热电功率获取轴承配置的制作方法

热电功率获取轴承配置的制作方法
【专利摘要】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。轴承壳体(110)可任选地包括含有将会集成在轴承壳体(110)内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。热电发电机(TEG)(200)在识别用于收集操作过程中所产生的热量的位置热联接至壳体(110)的外表面。热电发电机(TEG)(200)利用壳体(110)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。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用热电发电机（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。 热电功率获取轴承配置

【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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)。
[0007] 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。
[0008] 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。当产生电流流过由材料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T1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T1存在降低的温度，热电偶产生电流。 [0009] 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。
[0010] 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 U)的腿对（Ν)的数量及顶侧与底侧之间的温度差（ΛΤ)，其中：
[0011] υ = Ν*ΔΤ*α
[0012] 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。
[0013] 最近开发的热电装置由通过金属连接器连接的交替的ρ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Ρ型元件。
[0014] 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，ρ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。Ρ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。
[0015] 热电发电机（TEG)还可以利用其他效应，包括：
[0016] (Α)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
[0017] (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。
[0018] 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。


【发明内容】

[0019] 本发明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。
[0020] 在本发明的第一方面，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；
[0022] 轴承子组件，其保持在所述轴承子组件座内；以及
[0023] 热电发电机（TEG)，其与所述轴承壳体的外表面热连通，
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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 体部分和升高温度的冷却剂流体部分。
[0027] 在另一方面，所述热电发电机（TEG)在靠近所述至少一个集成的液体冷却通道之 一的升高温度的冷却剂流体段的位置热联接至轴承壳体的外表面。
[0028] 在另一方面，所述热电发电机（TEG)热联接至具有插入其间的导热材料的轴承壳 体的外表面。
[0029] 在另一方面，散热片热联接至所述热电发电机（TEG)的暴露表面，其中，所述散热 片增加所述热电发电机（TEG)的暴露表面的热冷却。
[0030] 在另一方面，所述热电发电机（TEG)安装成靠近冷却系统排出口。
[0031] 在另一方面，所述热电发电机（TEG)利用正交热电偶技术。
[0032] 在另一方面，所述热电发电机（TEG)利用薄膜技术。
[0033] 在另一方面，所述热电发电机（TEG)还包括无源无线传输技术。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 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以及与位于靠近所述发电轴承组件的单独轴承组件相关联的至少一 个轴承状态监测传感器供电。
[0038] 本发明的一个优点是能够很容易地将热电发电机（TEG)合并到轴承组件上来创 建功率获取轴承组件。从标准的液体冷却轴承组件转换成功率获取轴承组件可以通过将热 电发电机（TEG)与轴承组件的轴承壳体热联接来完成。变形通过识别在轴承组件的操作过 程中具有升高的温度的轴承壳体上的位置来完成。可以通过使用本领域技术人员所公知的 任何机械紧固形式因素将热电发电机（TEG)保持就位。机械紧固形式因素的示例包括螺纹 紧固件、铆钉、粘合剂等。
[0039] 本发明的另一个优点是能够通过使用由轴承组件的液体冷却系统所获得的热能 产生连续的电流。包括液体冷却系统增强了从轴承组件去除热量的过程。通过收集、引导且 聚焦热量至轴承壳体的特定区域，液体冷却系统可以用来增加热电发电机（TEG)的效率。 热电发电机（TEG)将在靠近携带升高温度的冷却剂流体的液体冷却系统的段的位置联接 至轴承壳体的外表面。
[0040] 一个或多个传感器可以用来监测轴承的状态。通常使用电功率来操作这些传感 器。这些传感器可以监测各种参数来连续地确定轴承的状态。通信装置可被用作传输媒介， 从而将信息传输至远程监控设施。还可以通过使用电功率来操作这些通信装置。不寻常的 地方在于，利用轴承组件的系统将位于获得电能可能很困难的偏远地区。轴承组件可以用 在布置于远程位置的设备上。轴承组件的应用可能会限制将电功率提供给用于监测轴承状 态的传感器的可用性或方便性。包括在轴承组件内的电功率产生装置省去了对电功率外部 来源的需要。此外，通过利用从轴承壳体的表面所获得的热能，电能不会从轴承子组件的轴 承内圈或系统的其它旋转元件的旋转吸收能量。因此，热电发电机（TEG)不影响系统的旋 转元件的效率。
[0041] 本发明的另一个优点是可以灵活地进行安装。安装可以通过将热电发电机（TEG) 热联接至轴承壳体上的任何合适的位置来实现。可以通过确定操作过程中轴承壳体上具有 最高温度的位置对效率进行优化。
[0042] 状态监测传感器的位置可能使对于用于监测轴承状态的外部提供的电源的任何 设置变得复杂。轴承可以在难以接近特别是用于布线的位置集成到设备中。在轴承组件内 包括发电机优化了在靠近传感器或需要电能的其它设备的位置处的电能来源。这显著减少 所需布线的长度。减少的布线避免了由设备部件的任何旋转运动或其他运动所造成的任何 意外干扰或磨损。
[0043] 本发明的另一个优点是能够为便携式的受监测的系统布置具有集成的涡轮的临 时系统。该解决方案能够实现完整独立的无线系统。同样，通过将热电发电机（TEG)简单 地热联接至轴承壳体来将热电发电机（TEG)安装在合适的位置。
[0044] 对于本领域技术人员来说，参照下面的书面说明书、权利要求以及后面的附图，将 进一步理解本发明的这些和其他特征、方面及优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0045] 为了更充分地理解本发明的性质，应参照附图，其中：
[0046] 图1示出了包括与轴承壳体的外表面热连通的热电发电机（TEG)的示例性轴承组 件的内部正视图，其中热电发电机（TEG)利用由操作轴承组件所产生的热量与周围空气之 间的热差来产生电功率；
[0047] 图2示出了示例性轴承组件的等距视图，其包括最初在图1中所介绍的热电发电 机（TEG);
[0048] 图3示出了表示示例性的基于薄膜的热电发电机（TEG)的操作元件的示例性示意 图；以及
[0049] 图4示出了利用无源无线功率传输系统的示例性热电发电机（TEG)。
[0050] 在整个附图的若干附图中，相同的附图标记指代相同的部件。

【具体实施方式】
[0051] 下面的详细说明在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制所描述的实施例或所描 述的实施例的应用及使用。如本文所用，词语"示例性"或"说明性"是指"充当示例、例子 或说明"。本文中描述为"示例性"或"说明性"的任何实施方式不必被解释为优于或胜过其 他实施方式。下面描述的所有实施方式是为了使本领域技术人员能够制作或使用本公开中 实施例的示例性实施方式，并且不旨在限制本公开的范围（其由权利要求限定）。为了本文 说明书的目的，术语"上"、"下"、"左"、"后"、"右"、"前"、"垂直"、"水平"及它们的衍生词应 涉及如图1中的指向的发明。此外，没有由在前面的【技术领域】、【背景技术】、
【发明内容】
或下面 的详细描述中给出的任何明示或暗示的理论所要约束的任何意图。还要理解的是，在附图 中所示出的以及在下面的说明书中所描述的特定装置和过程仅仅是在所附权利要求中限 定的发明概念的示例性实施例。因此，与本文所公开的实施例相关的具体尺寸及其它物理 特性不被认为是限制性的，除非权利要求中明确说明。
[0052] 图1和2中示出了功率获取轴承组件100。功率获取轴承组件100包括轴承组件 120,其通过轴承子组件座112保持在轴承壳体110内。示例性轴承组件120包括轴承外圈 122、位于轴承外圈122内的轴承内圈124、以及旋转地装配在轴承外圈122与轴承内圈124 之间的一系列跨环轴承126。跨环轴承126可以是球形的、圆柱形的、圆锥形的、双圆锥形 等。圈122U24的配合面将被设计成容纳选定的轴承形状。轴承内周面128形成在轴承内 圈124的内表面上。轴承内周面128与旋转部件比如轴接合。
[0053] 轴承壳体110以各种形式因素配置，具有多种可选的配置。一个可选的特征是包 括在轴承壳体110内的集成的轴承冷却通道系统。可选的集成的轴承冷却通道系统提供热 传递系统，以除去通过轴承和/或与轴承接触的其它旋转部件的旋转所产生的热量。集成 的轴承冷却通道系统包括冷却系统供给口 130、至少一个集成的液体冷却通道134、以及冷 却系统返回口 138;所有这些彼此流体连通。集成的轴承冷却系统另外还会包括液体冷却 齐[J、从液体冷却剂去除热量的外部热交换器、以及用于驱动液体冷却剂通过集成的液体冷 却段的泵。这些部件对于本领域技术人员来说是熟知的。
[0054] 集成的轴承冷却通道系统起启于冷却系统供给口 130,其将较低温度的冷却剂供 给到集成的轴承冷却通道系统中。较冷的冷却剂可以被直接输送到集成的液体冷却通道 134 (如图2所示），或者通过设置成在冷却系统供给口 130与集成的液体冷却通道134之 间流体连通的可选的冷却流体供给输送管132 (如图1所示）。
[0055] 集成的液体冷却通道134布置在轴承壳体110内，以优化热传递以及从功率获取 轴承组件100除去热。冷却剂通过冷却系统返回口 138返回到热交换器（未示出）。集成 的液体冷却通道134可以与冷却系统返回口 138直接流体连通（如图2所示），或者通过设 置成在集成的液体冷却通道134与冷却系统返回口 138之间流体连通的可选的冷却流体返 回输送管136 (如图1所示）。
[0056] 随着流体流过集成的轴承冷却通道系统，冷却剂从功率获取轴承组件100吸收热 量。低温供给冷却剂流体140以环境温度或冷却的温度进入冷却系统供给口 130。随着低 温供给冷却剂流体140传输至集成的液体冷却通道134的入口段，流体可以被称作低温冷 却剂流体142。随着冷却剂继续流过集成的轴承冷却通道系统，更具体地说是集成的液体冷 却通道134,冷却剂从功率获取轴承组件100吸收热量。随着冷却剂通过靠近轴承组件120 的集成的液体冷却通道134的段，冷却剂从轴承组件120吸收热量。在此热交换过程中，冷 却剂被称为热传输流体144。随着集成的液体冷却通道134的路径分叉集成的液体冷却通 道134远离轴承组件120,热传输流体144不再从轴承子组件120吸收热量。集成的液体冷 却通道134布置成最初会聚在轴承子组件120上，沿着轴承子组件120的轮廓，然后从轴承 组件120分叉以与冷却系统返回口 138连接。随着集成的液体冷却通道134分叉远离轴承 组件120,从轴承组件120至冷却剂的热传递减弱。在所述过程中的此阶段，冷却剂被称为 升高温度的冷却剂流体146。冷却剂通过冷却系统返回口 138排出，用于返回至热交换器 (未示出）。返回的、被加热的冷却剂被称为升高温度的返回冷却剂流体148。
[0057] 热电发电机（TEG) 200热联接至轴承壳体110的外表面。通过使用本领域技术人 员所公知的任何机械联接配置，热电发电机（TEG) 200可以被固定到轴承壳体110。合适的 机械联接配置的示例包括螺纹紧固件（比如螺栓、螺钉等）、安装支架、铆钉、粘合剂等。热 电发电机（TEG) 200将热能（以温度差的形式）转换成电能。所产生的电能通过发电机功 率输出布线252(图1-3)或无源无线电力传输系统270(图4)被传输至电操作装置、电功 率存储装置等。发电机功率输出布线252可以以任意各种的形式因素设置，包括电线、电 线束或电缆、带状电缆等。产品设计者将确定发电机功率输出布线252连接至热电发电机 (TEG)200的位置。作为替代的有线解决方案，所产生的电能量可以通过使用任何合适的无 线传递电力传输系统270包括无源无线通信等被传输至电操作装置。电力发射天线将同与 任何电功率存储装置、电操作装置等中的任何一个电通信的电力接收天线相匹配。
[0058] 导热垫或粘合剂202可以用在热电发电机（TEG) 200与轴承壳体110的每个的接 触表面之间来优化其间的热传递。热电发电机（TEG)200在靠近包含高温冷却剂流体146 的集成的液体冷却通道134的段的位置被固定至轴承壳体110。靠近包含高温冷却剂流体 146的集成的液体冷却通道134的段的区域提供高温源210,用于热电发电机（TEG) 200的 操作。热电发电机（TEG) 200的暴露部分提供低温源212,用于热电发电机（TEG) 200的操 作。高温源210与低温源212之间的热差促使热电发电机（TEG)200产生电能输出。热电 发电机（TEG) 200的操作的细节在图3中示出，下面将对其进行说明。
[0059] 因为热电发电机（TEG) 200的外表面提供了低温源212,所以平面配置依赖于局部 的气流和环境冷却，以维持较低的温度。一系列的热冷却散热片260可以包括在热电发电 机（TEG)200的外部上，以提高低温源212的冷却。通过采用任何已知的散热片连接技术， 热冷却散热片260将连接至热电发电机（TEG) 200的外部。
[0060] 功率获取轴承组件100可以包括状态传感器150或其它电操作部件。通过将发电 机功率输出布线252连接至状态传感器布线152,电功率从热电发电机（TEG) 200被传输至 状态传感器150。状态传感器布线152提供状态传感器150与发电机功率输出布线252之 间的电通信通道。要理解的是，热电发电机（TEG)200可以将电功率提供给传感器150及位 于功率获取轴承组件100的大体附近的其他电操作部件，包括位于其他轴承组件上的轴承 传感器；温度传感器；负荷传感器；转数计数器；速度传感器；麦克风；SEE传感器；扭矩传 感器；GPS传感器；通信装置（有线或无线）；通信装置（有线或无线）；警报；数据记录装 置（包括计算机、磁带驱动器、数字记录装置、光盘记录装置等）；控制器等。
[0061] 一个或多个维护接近面板160可以设置在轴承壳体110上，其中维护接近面板160 提供接近内部元件进行检查、维护和维修。
[0062] 热电发电机（TEG) 200包括本领域技术人员所公知的任何热电发电机（TEG)的元 件。本文所提出的热电发电机（TEG)200的示例性实施例示出了一实施例来描述各种元件、 部件间的相互关系以及它们的功能。
[0063] 热电发电机（TEG)200通常可用以各种的形式因素。它们可以是各种不同的尺寸 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)200。
[0064] 基于热电偶的热电发电机（TEG)200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。电压反过来又产生电流。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。当产生电流流过由材料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T1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T1存在降低的温 度，热电偶产生电流。
[0065] 基于薄膜技术的热电发电机（TEG) 200利用基于半导体的技术。基于热电偶的热 电发电机（TEG) 200的效率很少超过3%。随着半导体器件的问世，热电发电机（TEG) 200的 效率大大提高。因此，本公开的重点是基于薄膜技术的热电发电机（TEG) 200。
[0066] 图3表示的是示出了基于薄膜技术的热电发电机（TEG)200的操作部件的示例性 示意图。热电发电机（TEG) 200暴露至温度差。热电发电机（TEG) 200的一侧暴露至高温源 210。热电发电机（TEG)200的另一侧暴露至低温源212。热电发电机（TEG)200的关键部件 是P型半导体元件230和η型半导体元件232。高温源210与半导体元件230、232之间的 热传递由热载体240完成。热载体240通常是热电发电机（TEG) 200的接触或连接构件或 部分。Ρ侧冷载体220和Ν侧冷载体222通常是热电发电机（TEG) 200的暴露的构件或部 分。热载体240和冷载体220、222位于半导体元件230、232的相对端。热载体240与冷载 体220、222之间的热差促使半导体元件230、232产生电流，其由发电机功率输出布线252 携带。
[0067] 热电发电机（TEG) 200包括ρ型半导体元件230和η型半导体元件232的腿对。每 个腿对产生一定的电压。由热电发电机（TEG) 200产生的电压（U)正比于乘以塞贝克系数 U)的腿对（Ν)的数量及顶侧与底侧之间的温度差（ΛΤ)，其中：
[0068] U = Ν* Δ Τ* α
[0069] 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。热载体从热载体240扩散至低温源212,因为 在导体冷端的热载体的密度更低，反之亦然。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。
[0070] 最近开发的热电装置由通过金属连接器连接的交替的ρ型半导体元件230和η型 半导体元件232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232,穿过金属连接，并传递到ρ型元件230。所产生的电流流过发电机功 率输出布线252。
[0071] 发电机功率输出布线252连接至任何电操作装置，比如状态传感器150。在有 线配置中，发电机功率输出布线252连接至状态传感器布线152,以将电能从热电发电机 (TEG)200传输至状态传感器150,如图3所示。可替代地，通过使用无源无线电力传输系统 270,如图4所示，热电发电机（TEG) 200可以将功率传输至任何电操作装置。
[0072] 在操作中，热电发电机（TEG)200热联接至轴承壳体110的外表面。随着轴承转 动，摩擦及其它相互作用产生热量。所引起的热量升高轴承壳体110的温度。热电发电机 (TEG) 200暴露至并位于轴承壳体110 (高温源210)与周围环境（低温源212)之间的温度 的差异之间。轴承壳体110与周围环境之间的温度差促使热电发电机（TEG)200产生电压， 其在电联接至负载时产生电流，如图3所示。所产生的电功率由发电机功率输出布线252 或无源无线电力传输系统270传输，用于存储或由电动装置比如状态传感器150使用。
[0073] 该系统可由于包括在轴承壳体110内的集成的轴承冷却通道系统而得到增强。流 体流过集成的轴承冷却通道系统以从功率获取轴承组件100中去除热量。集成的轴承冷却 通道系统包括集成的液体冷却通道134,其布置成相邻于轴承组件120流动。随着冷却剂沿 着集成的液体冷却通道134流动，冷却剂从低温冷却剂流体142转变成热传输流体144,并 且最终转变成升高温度的冷却剂流体146。升高温度的冷却剂流体146由于导热性能和热 梯度升高在总体附近的轴承壳体110的一部分的温度。热电发电机（TEG)200在靠近具有 升高温度的区域的位置处连接至功率获取轴承组件100。正如前面所述，暴露的环境空气提 供创建温度增量所需的第二部分或低温源212,用于热电发电机（TEG) 200的操作。高温源 210与低温源212之间的温度差促使热电发电机（TEG) 200产生电功率。
[0074] 可以理解的是，热电发电机（TEG)200可以选自任何可用的或定制设计的操作及 物理设计。操作特性可以设计用于任何预期的操作温度差和电压或电流输出。
[0075] 由于可以详细地对本发明的所述优选实施例进行许多修改、变化和改变，所以希 望是在前面描述中的以及在附图中所示的所有事项应被解释为说明性的而不是限制性的。 因此，本发明的范围应当由所附权利要求及其合法的等价物来确定。
[0076] 附图标记列表
[0077] 100功率获取轴承组件
[0078] 110轴承壳体
[0079] 112轴承座
[0080] 120轴承子组件
[0081] 122轴承外圈
[0082] 124轴承内圈
[0083] 126跨环轴承
[0084] 128轴承内周面
[0085] 130冷却系统供给口
[0086] 132冷却流体供给输送管
[0087] 134集成的液体冷却通道
[0088] 136冷却流体返回输送管
[0089] 138冷却系统返回口 [0090] 140低温供给冷却剂流体
[0091] 142低温冷却剂流体
[0092] 144热传输流体
[0093] 146升高温度的冷却剂流体
[0094] 148升高温度的返回冷却剂流体
[0095] 150状态传感器
[0096] 152状态传感器布线
[0097] 160维护接近面板
[0098] 200热电发电机（TEG)
[0099] 202导热材料
[0100] 210高温源
[0101] 212低温源
[0102] 220 P侧冷载体
[0103] 222 N侧冷载体
[0104] 230 p型半导体元件
[0105] 232 η型半导体元件
[0106] 240热载体
[0107] 252发电机功率输出布线
[0108] 260热冷却散热片
[0109] 270无源无线电力传输系统
【权利要求】
1. 一种发电轴承组件（100)，包括： 轴承壳体（110)，其包括轴承座（112); 轴承子组件（120)，其保持在轴承座（112)内；以及 热电发电机（TEG) (200)，其与轴承壳体（110)的外表面热连通， 其中在操作过程中，由轴承子组件（120)的旋转所产生的热量升高轴承壳体（110)的 温度，热电发电机（TEG) (200)将轴承壳体升高的温度（210)与环境温度（212)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)，所述热电发电机（TEG) (200)还包括利 用薄膜技术的操作部件。
3. 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)还包括利 用正交热电偶技术的操作部件。
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)还包括 至少一个冷却热散热片（260)，其在所述热电发电机（TEG) (200)热联接至所述轴承壳体 (110)时从外部暴露的表面延伸。
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)与所述轴承壳体（110)外表面的配合表面之间。
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. -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（112)，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（130、132、134的部分）和 升高温度返回段（134的部分、136、138);以及 轴承子组件（120)，其保持在轴承座（112)内；以及 热电发电机（TEG) (200)，其在靠近所述升高温度返回段（134的部分、136U38)的位置 与轴承壳体（110)的外表面热连通， 其中在操作过程中，由轴承子组件（120)的旋转所产生的热量升高轴承壳体（110)的 温度，热电发电机（TEG) (200)将轴承壳体升高的温度（210)与环境温度（212)之间的热差 转换成电功率。
8. 根据权利要求7所述的发电轴承组件（100)，所述至少一个集成的液体冷却通道 (统称为130、132、134、136、138)包括冷却系统返回口（138)，其位于所述至少一个集成的 液体冷却通道（统称为130、132、134、136、138)的排出端，并且 所述热电发电机（TEG) (200)位于靠近所述冷却系统返回口（138)。
9. 根据权利要求7所述的发电轴承组件（100)，所述至少一个集成的液体冷却通道 (134)布置成最初会聚于轴承子组件（120)上，沿着轴承子组件（120)的轮廓，然后从轴承 子组件（120)分叉以与冷却系统返回口（138)连接；以及 所述热电发电机（TEG) (200)位于靠近所述至少一个集成的液体冷却通道（134)与所 述轴承子组件（120)之间的所述分叉处。
10. 根据权利要求7所述的发电轴承组件（100)，所述热电发电机（TEG) (200)还包括 利用薄膜技术的操作部件。
11. 根据权利要求7所述的发电轴承组件（100)，所述热电发电机（TEG) (200)还包括 利用正交热电偶技术的操作部件。
12. 根据权利要求7所述的发电轴承组件（100)，所述热电发电机（TEG) (200)还包括 至少一个冷却热散热片（260)，其在所述热电发电机（TEG) (200)热联接至所述轴承壳体 (110)时从外部暴露的表面延伸。
13. 根据权利要求7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)与所述轴承壳体（110)外表面的配合表面之间。
14. 根据权利要求7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)。
【文档编号】F16C37/00GK104114887SQ201280060313
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年10月3日 优先权日:2011年10月6日
【发明者】F.巴特尔, A.C.范德哈姆 申请人:Skf公司