[發明專利]壓電發電滾動軸承單元

有效

• 申請號: 201210470957.3
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102937137A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 余譜;陳仕洪;程超;汪久根
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F16C19/18
• 分類號: F16C19/18;H02N2/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種滾動軸承，尤其是涉及一種壓電發電滾動軸承單元。

背景技術

在滾動軸承工作時，軸承要承受復合載荷作用（徑向載荷、軸向載荷和傾翻力矩），這些載荷由滾動軸承承受。徑向載荷、軸向載荷和傾翻力矩，對軸承的回轉運動沒有任何益處，而且導致軸承零件的疲勞點蝕和表面塑性變形。如果能夠利用這些載荷來發電，則可以利用軸承上的載荷達到發電的目的。通過聯網每套軸承上所發的電能，則可以產生可觀的節能效果，對于重型機械尤其如此。

壓電效應：某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。

基于上述背景，如果能夠通過壓電效應，將軸承所受的徑向載荷、軸向載荷和傾翻力矩利用起來進行發電，無疑有重要的工程意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種壓電發電滾動軸承單元，在軸承的外圈和端面分別裝有壓電外圈和壓電端板，能將軸承承受的徑向力和軸向力轉換成電能，從而達到節能的目的。

本發明采用的技術方案是：

本發明包括軸承外圈、軸承內圈、保持架和滾子；在軸承外圈裝有壓電外圈，在軸承的一個端面裝有壓電端板。

所述壓電外圈和壓電端板材料為具有壓電效應的壓電陶瓷。

本發明具有的有益效果是：

1、滾動軸承工作時，壓電外圈和壓電端板會分別受到徑向力和軸向力的作用，由于其壓電效應，能夠將其轉換成電能，從而將無用的機械力回收利用。

2、由于工廠所用的軸承數量眾多，壓電外圈和壓電端板產生的電能累計起來可以給工廠提供一部分電能，從而起到節能的作用。

3、采用壓電陶瓷材料制成壓電外圈和壓電端板，使得發電裝置結構簡單，生產成本低，具有很強的可行性和工程意義。

附圖說明

圖1是壓電發電滾動軸承單元示意圖。

圖2是壓電發電滾動軸承單元剖面圖。

圖3是壓電外圈徑向受力示意圖。

圖4是壓電端板軸向受力示意圖。

圖1、圖2中：?1、軸承外圈，2、軸承內圈，3、保持架，4、滾子，5、壓電外圈，6、壓電端板。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施案例對本發明作進一步的說明。

如圖1、圖2所示，本發明包括軸承外圈1、軸承內圈2、保持架3和滾子4；在軸承外圈1裝有壓電外圈5，在軸承的一個端面裝有壓電端板6。

所述壓電外圈5和壓電端板6材料為具有壓電效應的壓電陶瓷。

所述的壓電外圈5和壓電端板6，可以將軸承承受的徑向力和軸向力，利用其壓電效應，可以產生電能。

如圖3、圖4所示，所述壓電外圈和壓電端板是由壓電陶瓷材料制作而成。當軸承工作時，產生的軸向力????????????????????????????????????????????????和徑向力會分別作用在壓電端板和壓電外圈上，由于其具有的壓電效應，會在材料表面產生電荷，通過外接電路可以產生輸出電壓，從而達到發電的目的。相關計算公式如下：

???????????????????（1）

?????????????????????????????（2）

???????????????????????????????（3）

?????????????????????????????????????（4）

?????????????????????????????????（5）

???????????????????（6）

式中：d表示壓電常數；F表示軸承力；Q表示產生的電荷量；表示壓電材料等效電容；表示相對介電常數；表示真空介電常數；S表示作用面積；t表示壓電材料厚度；W表示壓電材料儲存的電能；??表示發電功率；?表示發電時間；R表示壓電外圈的外圈半徑；r表示壓電端板的內圈半徑；B表示軸承寬度。

對于案例，，，，?，，t=0.005m，R=0.026m，r=0.015m，B=0.007m，=1s。