热电功率获取轴承配置制造技术

一种发电轴承组件(100)包括由轴承壳体(110)保持的轴承子组件(120)。在操作过程中，摩擦及其他因素增加轴承组件(100)的温度。壳体(110)可任选地包括含有形成于其中内部的至少一个液体冷却通道(134)的轴承冷却通道系统。液体冷却通道(134)将会被布置成靠近轴承子组件(120)，以从其中除去热量。热发电机腔(180)从壳体(110)的外表面向内延伸，终止于腔端壁(182)。腔(180)形成在被识别具有较高温度的位置。热电发电机(TEG)(200)插入腔(180)内，并且热联接至端壁(182)。热电发电机(TEG)(200)利用端壁(182)与周围空气之间的温度差来产生电功率。该功率可以用于操作电动装置，比如状态传感器(150)、通信装置等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电功率获取轴承配置
本专利技术涉及利用热电发电机(TEG)来将由轴承壳体内的轴承旋转产生的热能转换成电能的用于发电的设备和方法。
技术介绍
轴承用于支承许多旋转物体。轴承通常集成到各种机器中。轴承是有助于机器可靠性的关键因素。设计的系统通常会安装一个或多个轴承状态监测装置，以确保轴承保持处于正常运转状态。大部分的状态监测装置要求低电压的电力进行操作。有些系统包括还利用电力的其它部件。一个这样的电操作部件可以是通信装置，用于将状态监测信息传送至远程服务公司。轴承可以被集成到具有各种广泛应用的许多不同的机器中。这些应用可以布置在通常缺乏公共提供的电力的非常偏僻的农村地区。电池提供的容量有限，这决定了限量供应，从而运行时间有限。从商业实用源获得电力可能是昂贵的，特别是对于远程安装。从市售来源传输电力可能需要运行大量的且昂贵的电源布线及支承设备。这些系统的维修必须加以考虑。更换电池会带来零件及人工成本。对于临时安装来说，这些问题得以加剧。在操作期间，轴承可能产生显著量的热量。产生显著量热量的轴承通常包括热耗散或热传递系统。一个示例性的热传递系统包括一个或多个集成的液体冷却通道。液体冷却剂被泵送通过集成 的液体冷却通道，从轴承或轴承组件提取热量。液体冷却剂通过热交换器，以将所提取的热量从液体冷却剂去除。冷却的冷却剂返回至轴承壳体来重复热量提取或热调节过程。热电发电机(TEG)通常可用以各种的形式因素。它们可用以各种不同的尺寸和性能水平。通过利用这两种技术(a)正交热电偶和(b)薄膜技术中的任一种来提供热电发电机(TEG)。基于热电偶的热电发电机(TEG)利用由不同材料(通常为金属合金)的两个导体构成的热电偶。异种金属的任何接合将产生与温度有关的电势。热电偶在这两个导体彼此接触的点的附近产生电压。所产生的电压取决于至相应导体其它部分接合的温度的差值，但不一定与其成比例。热电偶用于各种应用，包括温度传感器、用于将温度梯度转变为电能的装置等。商业热电偶便宜、可互换，被提供有标准的连接器，并且可以测量宽范围的温度。相对于测量温度的其它方法，热电偶的一个优点是，热电偶是自供电的。热电偶可以产生电流。该概念利用被称之为的珀耳帖效应。珀耳帖效应是在两种不同的金属的带电接合点存在热。当电流被产生流过由材料A和B组成的接合处时,热量在上接点T2产生，并且在下接点Tl吸收。热电发电机(TEG)根据珀尔帖效应的相反概念应用热电偶，由此在上接点T2存在热并且在下接点Tl存在降低的温度，热电偶产生电流。热电发电机(TEG)可以利用一系列串联连接的热电偶以形成热电堆，其中所有的热接点暴露至较高的温度，所有的冷接点暴露至较低的温度。输出是整个单独接点上电压的总和，给出更大的电压及功率输出。通过利用珀耳帖(Peltier)冷却器芯片或基于塞贝克(Seebeck)效应的发电机，制造基于薄膜技术的热电发电机(TEG)。热电发电机(TEG)包括η型和P型材料的腿对。每个腿对产生一定的电压。由热电发电机(TEG)产生的电压(U)正比于乘以塞贝克系数(α)的腿对(N)的数量及顶侧与底侧之间的温度差(AT)，其中:U = Ν*ΔΤ*α塞贝克效应是由两件事情引起的:电荷载体扩散和声子拖曳。材料中的电荷载体在导体的一端与另一端温度不同时将会扩散。热载体从热端扩散至冷端，因为在导体冷端的热载体的密度更低，反之亦然。如果导体达到热力学平衡，则此过程会导致热量均匀分布在整个导体上。随着电荷载体移动，热量(以热载体的形式)从一端至另一端的运动是热流和电流。最近开发的热电装置由通过金属连接器连接的交替的P型和η型半导体元件制成。半导体接点在发电设备中是常见的，而金属接点多见于温度测量。电荷流过η型元件，穿过金属连接，并传递到P型元件。热电装置可以用于这两种应用中的任何一种:(a)利用功率控制温度和(b)利用热差产生电力。在第一配置中，其中功率被提供，热电装置提供热产生装置，利用珀耳帖效应来用作冷却器。在这种配置中，η型元件中的电子朝着电流的相反方向移动，P型元件中的孔将在电流的方向上移动，二者都从装置的一侧除去热量。在第二配置中，其中热差被施加至热电装置，热电装置用作电力发电机。热源驱动η-型元件中的电子朝向冷却器区域，产生电流通过电路。P型元件中的孔然后在电流的方向上流动。因此，热能被转换成电能。热电发电机(TEG)还可以利用其他效应，包括:(A)艾听豪森(Ettingshausen)效应,这是一种热电(或热磁)现象，其在存在磁场时影响导体中的电流，和/或(B)能斯特(Nernst)效应，这是一种热电(或热磁)现象，其在允许电传导的样品受到磁场及彼此正交(垂直)的温度梯度时被观测到。对各种参数进行监控，以不断确定轴承的状态。轴承的应用可以限制将电力提供给用于监测轴承状态的传感器的可用性或方便性。所期望的是一种发电系统，其可以集成到轴承组件中，以从轴承组件中获取功率并且利用所获取的功率来产生电能。
技术实现思路
本专利技术针对用于通过利用轴承或轴承组件的操作过程中所产生的热能来产生电能的设备及相应的方法。在本专利技术的第一方面，一种发电轴承组件，所述发电轴承组件包括:[0021 ] 轴承壳体，其包括:轴承子组件座，以及热发电机腔，其从所述轴承壳体的外表面向内延伸，所述热发电机腔终止于腔端壁；轴承子组件，其保持在所述轴承子组件座内；以及热电发电机(TEG)，其位于所述热发电机腔内，其中，所述热电发电机(TEG)与所述腔端壁的表面热连通，其中在操作过程中，由所述轴承子组件的旋转所产生的热量升高所述轴承壳体的温度，所述热电发电机(TEG)将在所述腔端壁的所述轴承壳体升高的温度与环境温度之间的热差转换成电功率。在第二方面，所述轴承壳体还包括至少一个集成的液体冷却通道，其中，所述至少一个集成的液体冷却通道布置成靠近所述轴承子组件。在另一方面，所述至少一个集成的液体冷却通道被进一步限定具有低温冷却剂流体部分和升高温度冷却剂流体部分。在另一方面，所述热发电机腔形成在靠近所述至少一个集成的液体冷却通道之一的升高温度冷却剂流体段的位置。在另一方面，通过使用插入其间的导热材料，所述热电发电机(TEG)热联接至所述热发电机腔端壁。在另一方面，热发电机腔填充物装配在所述热电发电机(TEG)与热电发电机盖板之间。所述热发电机腔填充物提供所述热电发电机盖板与热电发电机(TEG)的冷侧之间的热传导性。在另一方面，散热片热联接至所述热电发电机盖板的暴露表面，其中，所述散热片增加所述热电发电机盖板的暴露表面的热冷却，通过所述热发电机腔填充物将较冷温度传递至热电发电机(TEG)。在另一方面，所述热发电机腔安装成靠近冷却系统排出口。在另一方面，所述热电发电机(TEG)利用正交热电偶技术。在另一方面，所述热电发电机(TEG)利用薄膜技术。在另一方面，所述热电发电机(TEG)还包括无源无线传输技术。在另一方面，所述热电发电机(TEG)用来提供功率给单独的电动装置。在另一方面，所述热电发电机(TEG)用来对至少一个轴承状态监测传感器供电。在另一方面，所述热电发电机(TEG)用来对与相同的轴承组件相关联的至少一个轴承状态监测传感器供电。在另一方面，所述热电发电机(TEG)用来对与相同的轴承组件相关联的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电轴承组件(100)，包括：轴承壳体(110)，其包括：轴承子组件座(112)，以及热发电机腔(180)，其从所述轴承壳体(110)的外表面向内延伸，所述热发电机腔(180)终止于腔端壁(182)；轴承子组件(120)，其保持在所述轴承子组件座(112)内；以及热电发电机(TEG)(200)，其位于所述热发电机腔(180)内，其中，所述热电发电机(TEG)(200)与所述腔端壁(182)的表面热连通，其中在操作过程中，由所述轴承子组件(120)的旋转所产生的热量升高所述轴承壳体(110)的温度，所述热电发电机(TEG)(200)将在所述腔端壁(182)的所述轴承壳体升高的温度(212)与环境温度(210)之间的热差转换成电功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.06 US 61/544,1001.一种发电轴承组件(100)，包括: 轴承壳体(110)，其包括: 轴承子组件座(112)，以及 热发电机腔(180)，其从所述轴承壳体(110)的外表面向内延伸，所述热发电机腔(180)终止于腔端壁(182)； 轴承子组件(120)，其保持在所述轴承子组件座(112)内；以及热电发电机(TEG) (200)，其位于所述热发电机腔(180)内，其中，所述热电发电机(TEG) (200)与所述腔端壁(182)的表面热连通， 其中在操作过程中，由所述轴承子组件(120)的旋转所产生的热量升高所述轴承壳体(110)的温度，所述热电发电机(TEG) (200)将在所述腔端壁(182)的所述轴承壳体升高的温度(212)与环境温度(210)之间的热差转换成电功率。2.根据权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括热电发电机盖板(250)，其将所述热电发电机(TEG) (200)密封在所述热发电机腔(180)内；以及 热发电机腔填充物(254)，其夹持在所述热电发电机(TEG) (200)与所述热电发电机盖板(250)之间，其中，所述热发电机腔填充物(254)由导热材料制成。3.根据权利要 求2所述的发电轴承组件(100)，所述热电发电机盖板(250)还包括至少一个冷却热散热片(260)，冷却热散热片(260)在所述热电发电机盖板(250)被装配到所述轴承壳体(110)时从其外部暴露的表面延伸。4.根据权利要求1所述的发电轴承组件(100)，所述热电发电机(TEG)(200)还利用薄膜技术与正交热电偶技术之一的操作部件。5.根据权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括导热材料(202)，其装配在所述热电发电机(TEG) (200)与所述热发电机腔端壁(182)的配合表面之间。6.根据权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括状态传感器(150)，其中，由所述热电发电机(TEG) (200)所产生的功率操作所述状态传感器(150)。7.一种发电轴承组件(100)，包括: 轴承壳体(110)，其包括: 轴承座(112)，以及 至少一个集成的液体冷却通道(统称为130、132、134、136、138)，其布置成靠近所述轴承座(I 12)，其中，通过所述至少一个集成的液体冷却通道(统称为130、132、134、136、138)的流体流(统称为140、142、144、146、148)限定环境温度供给段(130U32U34的一部分)和升高的温度返回段(136、138、134的一部分)， 热发电机腔(180)，其从所述轴承壳体(110)的外表面向内延伸，所述热发电机腔(180)形成在靠近所述升高的温度返回段(134的部分、136、138)的位置，所述热发电机腔(180)终...

【专利技术属性】
技术研发人员：F巴特尔，AC范德哈姆，
申请(专利权)人：SKF公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE