熱電功率獲取軸承配置制造技術

一種發電軸承組件(100)包括由軸承殼體(110)保持的軸承子組件(120)。在操作過程中，摩擦及其他因素增加軸承組件(100)的溫度。殼體(110)可任選地包括含有形成于其中內部的至少一個液體冷卻通道(134)的軸承冷卻通道系統。液體冷卻通道(134)將會被布置成靠近軸承子組件(120)，以從其中除去熱量。熱發電機腔(180)從殼體(110)的外表面向內延伸，終止于腔端壁(182)。腔(180)形成在被識別具有較高溫度的位置。熱電發電機(TEG)(200)插入腔(180)內，并且熱聯接至端壁(182)。熱電發電機(TEG)(200)利用端壁(182)與周圍空氣之間的溫度差來產生電功率。該功率可以用于操作電動裝置，比如狀態傳感器(150)、通信裝置等。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】熱電功率獲取軸承配置
本專利技術涉及利用熱電發電機(TEG)來將由軸承殼體內的軸承旋轉產生的熱能轉換成電能的用于發電的設備和方法。
技術介紹
軸承用于支承許多旋轉物體。軸承通常集成到各種機器中。軸承是有助于機器可靠性的關鍵因素。設計的系統通常會安裝一個或多個軸承狀態監測裝置，以確保軸承保持處于正常運轉狀態。大部分的狀態監測裝置要求低電壓的電力進行操作。有些系統包括還利用電力的其它部件。一個這樣的電操作部件可以是通信裝置，用于將狀態監測信息傳送至遠程服務公司。軸承可以被集成到具有各種廣泛應用的許多不同的機器中。這些應用可以布置在通常缺乏公共提供的電力的非常偏僻的農村地區。電池提供的容量有限，這決定了限量供應，從而運行時間有限。從商業實用源獲得電力可能是昂貴的，特別是對于遠程安裝。從市售來源傳輸電力可能需要運行大量的且昂貴的電源布線及支承設備。這些系統的維修必須加以考慮。更換電池會帶來零件及人工成本。對于臨時安裝來說，這些問題得以加劇。在操作期間，軸承可能產生顯著量的熱量。產生顯著量熱量的軸承通常包括熱耗散或熱傳遞系統。一個示例性的熱傳遞系統包括一個或多個集成的液體冷卻通道。液體冷卻劑被泵送通過集成 的液體冷卻通道，從軸承或軸承組件提取熱量。液體冷卻劑通過熱交換器，以將所提取的熱量從液體冷卻劑去除。冷卻的冷卻劑返回至軸承殼體來重復熱量提取或熱調節過程。熱電發電機(TEG)通常可用以各種的形式因素。它們可用以各種不同的尺寸和性能水平。通過利用這兩種技術(a)正交熱電偶和(b)薄膜技術中的任一種來提供熱電發電機(TEG)。基于熱電偶的熱電發電機(TEG)利用由不同材料(通常為金屬合金)的兩個導體構成的熱電偶。異種金屬的任何接合將產生與溫度有關的電勢。熱電偶在這兩個導體彼此接觸的點的附近產生電壓。所產生的電壓取決于至相應導體其它部分接合的溫度的差值，但不一定與其成比例。熱電偶用于各種應用，包括溫度傳感器、用于將溫度梯度轉變為電能的裝置等。商業熱電偶便宜、可互換，被提供有標準的連接器，并且可以測量寬范圍的溫度。相對于測量溫度的其它方法，熱電偶的一個優點是，熱電偶是自供電的。熱電偶可以產生電流。該概念利用被稱之為的珀耳帖效應。珀耳帖效應是在兩種不同的金屬的帶電接合點存在熱。當電流被產生流過由材料A和B組成的接合處時,熱量在上接點T2產生，并且在下接點Tl吸收。熱電發電機(TEG)根據珀爾帖效應的相反概念應用熱電偶，由此在上接點T2存在熱并且在下接點Tl存在降低的溫度，熱電偶產生電流。熱電發電機(TEG)可以利用一系列串聯連接的熱電偶以形成熱電堆，其中所有的熱接點暴露至較高的溫度，所有的冷接點暴露至較低的溫度。輸出是整個單獨接點上電壓的總和，給出更大的電壓及功率輸出。通過利用珀耳帖(Peltier)冷卻器芯片或基于塞貝克(Seebeck)效應的發電機，制造基于薄膜技術的熱電發電機(TEG)。熱電發電機(TEG)包括η型和P型材料的腿對。每個腿對產生一定的電壓。由熱電發電機(TEG)產生的電壓(U)正比于乘以塞貝克系數(α)的腿對(N)的數量及頂側與底側之間的溫度差(AT)，其中:U = Ν*ΔΤ*α塞貝克效應是由兩件事情引起的:電荷載體擴散和聲子拖曳。材料中的電荷載體在導體的一端與另一端溫度不同時將會擴散。熱載體從熱端擴散至冷端，因為在導體冷端的熱載體的密度更低，反之亦然。如果導體達到熱力學平衡，則此過程會導致熱量均勻分布在整個導體上。隨著電荷載體移動，熱量(以熱載體的形式)從一端至另一端的運動是熱流和電流。最近開發的熱電裝置由通過金屬連接器連接的交替的P型和η型半導體元件制成。半導體接點在發電設備中是常見的，而金屬接點多見于溫度測量。電荷流過η型元件，穿過金屬連接，并傳遞到P型元件。熱電裝置可以用于這兩種應用中的任何一種:(a)利用功率控制溫度和(b)利用熱差產生電力。在第一配置中，其中功率被提供，熱電裝置提供熱產生裝置，利用珀耳帖效應來用作冷卻器。在這種配置中，η型元件中的電子朝著電流的相反方向移動，P型元件中的孔將在電流的方向上移動，二者都從裝置的一側除去熱量。在第二配置中，其中熱差被施加至熱電裝置，熱電裝置用作電力發電機。熱源驅動η-型元件中的電子朝向冷卻器區域，產生電流通過電路。P型元件中的孔然后在電流的方向上流動。因此，熱能被轉換成電能。熱電發電機(TEG)還可以利用其他效應，包括:(A)艾聽豪森(Ettingshausen)效應,這是一種熱電(或熱磁)現象，其在存在磁場時影響導體中的電流，和/或(B)能斯特(Nernst)效應，這是一種熱電(或熱磁)現象，其在允許電傳導的樣品受到磁場及彼此正交(垂直)的溫度梯度時被觀測到。對各種參數進行監控，以不斷確定軸承的狀態。軸承的應用可以限制將電力提供給用于監測軸承狀態的傳感器的可用性或方便性。所期望的是一種發電系統，其可以集成到軸承組件中，以從軸承組件中獲取功率并且利用所獲取的功率來產生電能。
技術實現思路
本專利技術針對用于通過利用軸承或軸承組件的操作過程中所產生的熱能來產生電能的設備及相應的方法。在本專利技術的第一方面，一種發電軸承組件，所述發電軸承組件包括:[0021 ] 軸承殼體，其包括:軸承子組件座，以及熱發電機腔，其從所述軸承殼體的外表面向內延伸，所述熱發電機腔終止于腔端壁；軸承子組件，其保持在所述軸承子組件座內；以及熱電發電機(TEG)，其位于所述熱發電機腔內，其中，所述熱電發電機(TEG)與所述腔端壁的表面熱連通，其中在操作過程中，由所述軸承子組件的旋轉所產生的熱量升高所述軸承殼體的溫度，所述熱電發電機(TEG)將在所述腔端壁的所述軸承殼體升高的溫度與環境溫度之間的熱差轉換成電功率。在第二方面，所述軸承殼體還包括至少一個集成的液體冷卻通道，其中，所述至少一個集成的液體冷卻通道布置成靠近所述軸承子組件。在另一方面，所述至少一個集成的液體冷卻通道被進一步限定具有低溫冷卻劑流體部分和升高溫度冷卻劑流體部分。在另一方面，所述熱發電機腔形成在靠近所述至少一個集成的液體冷卻通道之一的升高溫度冷卻劑流體段的位置。在另一方面，通過使用插入其間的導熱材料，所述熱電發電機(TEG)熱聯接至所述熱發電機腔端壁。在另一方面，熱發電機腔填充物裝配在所述熱電發電機(TEG)與熱電發電機蓋板之間。所述熱發電機腔填充物提供所述熱電發電機蓋板與熱電發電機(TEG)的冷側之間的熱傳導性。在另一方面，散熱片熱聯接至所述熱電發電機蓋板的暴露表面，其中，所述散熱片增加所述熱電發電機蓋板的暴露表面的熱冷卻，通過所述熱發電機腔填充物將較冷溫度傳遞至熱電發電機(TEG)。在另一方面，所述熱發電機腔安裝成靠近冷卻系統排出口。在另一方面，所述熱電發電機(TEG)利用正交熱電偶技術。在另一方面，所述熱電發電機(TEG)利用薄膜技術。在另一方面，所述熱電發電機(TEG)還包括無源無線傳輸技術。在另一方面，所述熱電發電機(TEG)用來提供功率給單獨的電動裝置。在另一方面，所述熱電發電機(TEG)用來對至少一個軸承狀態監測傳感器供電。在另一方面，所述熱電發電機(TEG)用來對與相同的軸承組件相關聯的至少一個軸承狀態監測傳感器供電。在另一方面，所述熱電發電機(TEG)用來對與相同的軸承組件相關聯的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發電軸承組件(100)，包括：軸承殼體(110)，其包括：軸承子組件座(112)，以及熱發電機腔(180)，其從所述軸承殼體(110)的外表面向內延伸，所述熱發電機腔(180)終止于腔端壁(182)；軸承子組件(120)，其保持在所述軸承子組件座(112)內；以及熱電發電機(TEG)(200)，其位于所述熱發電機腔(180)內，其中，所述熱電發電機(TEG)(200)與所述腔端壁(182)的表面熱連通，其中在操作過程中，由所述軸承子組件(120)的旋轉所產生的熱量升高所述軸承殼體(110)的溫度，所述熱電發電機(TEG)(200)將在所述腔端壁(182)的所述軸承殼體升高的溫度(212)與環境溫度(210)之間的熱差轉換成電功率。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.10.06 US 61/544,1001.一種發電軸承組件(100)，包括: 軸承殼體(110)，其包括: 軸承子組件座(112)，以及 熱發電機腔(180)，其從所述軸承殼體(110)的外表面向內延伸，所述熱發電機腔(180)終止于腔端壁(182)； 軸承子組件(120)，其保持在所述軸承子組件座(112)內；以及熱電發電機(TEG) (200)，其位于所述熱發電機腔(180)內，其中，所述熱電發電機(TEG) (200)與所述腔端壁(182)的表面熱連通， 其中在操作過程中，由所述軸承子組件(120)的旋轉所產生的熱量升高所述軸承殼體(110)的溫度，所述熱電發電機(TEG) (200)將在所述腔端壁(182)的所述軸承殼體升高的溫度(212)與環境溫度(210)之間的熱差轉換成電功率。2.根據權利要求1所述的發電軸承組件(100)，還包括熱電發電機蓋板(250)，其將所述熱電發電機(TEG) (200)密封在所述熱發電機腔(180)內；以及 熱發電機腔填充物(254)，其夾持在所述熱電發電機(TEG) (200)與所述熱電發電機蓋板(250)之間，其中，所述熱發電機腔填充物(254)由導熱材料制成。3.根據權利要 求2所述的發電軸承組件(100)，所述熱電發電機蓋板(250)還包括至少一個冷卻熱散熱片(260)，冷卻熱散熱片(260)在所述熱電發電機蓋板(250)被裝配到所述軸承殼體(110)時從其外部暴露的表面延伸。4.根據權利要求1所述的發電軸承組件(100)，所述熱電發電機(TEG)(200)還利用薄膜技術與正交熱電偶技術之一的操作部件。5.根據權利要求1所述的發電軸承組件(100)，還包括導熱材料(202)，其裝配在所述熱電發電機(TEG) (200)與所述熱發電機腔端壁(182)的配合表面之間。6.根據權利要求1所述的發電軸承組件(100)，還包括狀態傳感器(150)，其中，由所述熱電發電機(TEG) (200)所產生的功率操作所述狀態傳感器(150)。7.一種發電軸承組件(100)，包括: 軸承殼體(110)，其包括: 軸承座(112)，以及 至少一個集成的液體冷卻通道(統稱為130、132、134、136、138)，其布置成靠近所述軸承座(I 12)，其中，通過所述至少一個集成的液體冷卻通道(統稱為130、132、134、136、138)的流體流(統稱為140、142、144、146、148)限定環境溫度供給段(130U32U34的一部分)和升高的溫度返回段(136、138、134的一部分)， 熱發電機腔(180)，其從所述軸承殼體(110)的外表面向內延伸，所述熱發電機腔(180)形成在靠近所述升高的溫度返回段(134的部分、136、138)的位置，所述熱發電機腔(180)終...

【專利技術屬性】
技術研發人員：F巴特爾，AC范德哈姆，
申請(專利權)人：SKF公司，
類型：發明
國別省市：瑞典;SE