Энергогенерирующее устройство (варианты)

Энергогенерирующее устройство (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии и, в частности, к устройству для производства электроэнергии из возобновляемого источника энергии, включающему шарнирное сочленение, имеющее подшипник.

Уровень техники

Возобновляемые источники энергии становятся все более значительными как средства для сокращения и, возможно, замены невозобновляемых источников энергии. В настоящее время используются различные механизмы для захвата естественно доступной энергии из возобновляемых доступных источников энергии, в том числе, например, ветряного, солнечного и геотермальных источников, и преобразования ее в электрическую энергию для использования в нашей повседневной жизни. Примечательно, что источники возобновляемой энергии преобразуются в электрическую энергию с помощью энергогенерирующих устройств, которые приспособлены к возобновляемым источникам энергии. Например, в настоящее время энергия ветра используется энергогенерирующими устройствами в виде ветряных турбин с массивными пропеллерами, генерирующими электричество, когда ветер вращает пропеллеры. Солнечная энергия захватывается энергоцентрами солнечных батарей, которые преобразуют пучки энергии излучения солнца в электрическую энергию.

Некоторые регионы земного шара могут быть более подходящими, чем другие регионы, для использования возобновляемых источников энергии, и, таким образом, определенные земные среды являются более подходящими для размещения отдельных энергогенерирующих устройств, чем другие среды. Например, пустыня на экваторе Земли получает большее количество прямых солнечных лучей, чем регион на Северном полюсе, в результате чего пустынный регион больше подходит для использования солнечной энергии. Кроме того, в некоторой степени, успех определенных устройств преобразования энергии требует движущихся частей, и некоторые из различных сред, где размещаются возобновляемые источники энергии, могут быть экстремальными и/или коррозийными (например, пустыни, береговые линии океана и т.д.).

Композитные подшипниковые элементы, которые имеют металлическую подложку и покрывающий снижающий трение материал, известны и используются в различных применениях, включая, прежде всего, автомобильную промышленность. См., например, ЕР 0 394 518 А1. Кроме того, уплотнительные устройства, имеющие подобную конструкцию, в том числе, например, уплотнительные кольца, уплотнительные манжеты, уплотнения под напряжением и тому подобное, использовались в автомобильной промышленности.

Однако, так как различные отрасли промышленности, применяющие возобновляемые источники энергии, продолжают развиваться, усовершенствование элементов, ответственных за обеспечение производства электроэнергии, будет востребовано.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному аспекту изобретения энергогенерирующее устройство для производства энергии из возобновляемых источников энергии включает в себя базу (основание), устройство преобразования энергии, связанное с базой, и шарнирное сочленение между базой и устройством преобразования энергии. Шарнирное сочленение включает подшипниковый элемент, имеющий корпус, включающий композитный материал, имеющий жесткий материал и снижающий трение материал, покрывающий жесткий материал, где жесткий материал включает в себя материал, выбранный из группы, состоящей из алюминия и нержавеющей стали.

Согласно другому аспекту энергогенерирующее устройство для производства энергии из возобновляемых источников энергии включает в себя базу, солнечные батареи, подключенные к базе с помощью шарнирного сочленения, настроенного так, чтобы позволять осуществлять перемещение солнечных батарей относительно базы, в которой шарнирное сочленение включает в себя вкладыш с корпусом из композитного материала, имеющего жесткий материал и снижающий трение материал, покрывающий жесткий материал. Жесткий материал включает материал, выбранный из группы материалов, состоящей из алюминия и нержавеющей стали, и где снижающий трение материал содержит материал, выбранный из группы материалов, состоящей из графита, стекла и их комбинации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Настоящее раскрытие может быть лучше понято, и его многочисленные особенности и преимущества станут очевидны специалистам в этой области благодаря ссылкам на прилагаемые графические материалы.

ФИГ.1 включает изображение энергогенерирующего устройства в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.2А включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.2В включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.2С включает в себя изображение в перспективе подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.3А включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.3В включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.3С включает в себя изображение в перспективе подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.4А включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.4В включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.4С включает изображение в перспективе подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.5 включает изображение поперечного сечения общего устройства подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.6 включает изображение поперечного сечения части подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.7 включает изображение подшипниковых элементов, сконструированных в соответствии с вариантами осуществления, не имеющих видимых дефектов после проведения испытания на стойкость к соляному туману.

ФИГ.8 включает изображение подшипниковых элементов, сконструированных в соответствии с вариантами осуществления, не имеющих видимых дефектов после проведения испытания на стойкость к соляному туману.

ФИГ.9 включает изображение подшипниковых элементов, сконструированных в соответствии с вариантами осуществления, не имеющих видимых дефектов после проведения испытания на стойкость к соляному туману.

ФИГ.10 включает изображение стандартного подшипникового элемента, имеющего видимые дефекты после проведения испытания на стойкость к соляному туману.

ФИГ.11 включает изображение стандартного подшипникового элемента, имеющего видимые дефекты после проведения испытания на стойкость к соляному туману.

ФИГ.12 включает схему проведения испытания.

ФИГ.13 включает график момента трения относительно количества циклов для подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

ФИГ.14 включает график износа относительно количества циклов для подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

Использование одних и тех же обозначений ссылок в различных рисунках указывает на аналогичные или идентичные элементы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже описаны энергогенерирующие устройства, разработанные для использования возобновляемых источников энергии, и, в частности шарнирные сочленения в энергогенерирующих устройствах, имеющих подшипниковые элементы для использования в устройствах преобразования энергии, призванные использовать возобновляемые источники энергии в различных средах. Подшипниковые элементы могут способствовать движению основных компонентов в суровых условиях, в том числе средах, которые могут привести к чрезмерной коррозии и/или механическим повреждениям у других подшипниковых элементов.

Фиг.1 включает изображение энергогенерирующего устройства в соответствии с одним вариантом осуществления. В частности, устройство 100 может быть особенно подходящим для использования солнечной энергии и преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. Как изображено, устройство 100 может включать в себя базу 103, в том числе основание 107, которое может быть напрямую прикреплено к земле для того, чтобы обезопасить устройство 100 в месте его расположения. Как изображено далее, основание 103 может включать подставку 108, непосредственно связанную с основанием 107, и расширяться вверх от основания 107 для поддержания и связывания других компонентов устройства 100. Как изображено далее, база 103 может включать силовой терминал 109, прикрепленный к основанию 107, который может поставлять энергию для двигателей, используемых для перемещения частей устройства 100.

Устройство 100 может также включать шарнирное сочленение 115, прикрепленное к базе 103 и, в частности, непосредственно прикрепленное к подставке 108, и приспособленное для перемещения удлиненного элемента 118, связанного с шарнирным сочленением 115. Шарнирное сочленение 115 - это исходная точка стыка между двумя компонентами, где один из компонентов предназначен для перемещения относительно другого компонента. Виды перемещения могут включать в себя простое поступательное движение (вдоль одной оси), сложное поступательное движение (вдоль двух или более осей), простое вращение (вокруг одной оси), сложное вращение (вокруг двух или более осей), а также их комбинации. Шарнирное сочленение 115 может включать в себя приводной механизм 116, который может включать двигатель, который помогает движению удлиненного элемента 118. В частности, приводной механизм 116 может быть запрограммирован так, что он меняет положение удлиненного элемента 118 и, таким образом, положение панели 101, прикрепленной к удлиненному элементу 118, так, чтобы панель 101 могла следовать за положением солнца в небе для эффективного сбора и/или направления пучков излучения энергии солнца. В особых случаях приводной механизм 116 запрограммирован с определенным азимутом и координатами наклона, за которыми он следует в течение периода времени в соответствии с конкретным днем.

Шарнирное сочленение 115 может включать кожух 117, связанный с приводным механизмом 116 и сконфигурированный для поддержания удлиненного элемента 118. Как будет понятно, кожух 117 может включать в себя компоненты, которые облегчают движение удлиненного элемента, включая, например, подшипниковые элементы, пригодные для облегчения скольжения удлиненного элемента 118 вокруг частей кожуха 117.

Как будет понятно далее, движение удлиненного элемента 118 может облегчить движение частей устройства 100 и, в частности, панелей 101, которые прикреплены к удлиненному элементу 118 через опорные устройства 102. Как изображено, устройство 100 может включать множество панелей 101, прикрепленных к единой базе 103. В соответствии с одним вариантом осуществления панели 101 могут быть устройствами преобразования энергии, такими как солнечные батареи, настроенные для преобразования излучаемой энергии солнца в электрическую энергию. В другом варианте осуществления панели 101 изделия могут быть отражателями, такими как зеркала, сконструированные чтобы перенаправлять излучаемую энергию солнца в близлежащие устройства преобразования энергии, такие как солнечные батареи.

Хотя это и не изображено, устройство 100 может включать в себя другие шарнирные сочленения, как, например, между основанием 107 и подставкой 108 для вращения подставки относительно основания 107. Любое шарнирное сочленение может использовать подшипниковый элемент, соответствующий данному варианту осуществления. Кроме того, следует иметь в виду, что другие устройства преобразования энергии могут использовать шарнирное сочленение 115 и, в частности, подшипниковые элементы в шарнирном сочленении 115. Например, другое подходящее устройство преобразования энергии может включать в себя ветряную турбину, которая может включать в себя множество пропеллеров (или лопастей), отходящих от центрального устройства, в котором турбины должны иметь возможность вращаться для вырабатывания электроэнергии, и, таким образом, может использоваться подшипниковый элемент в шарнирном сочленении внутри устройства.

Фиг.2А-2С включают изображения частей шарнирного сочленения и/или подшипникового элемента для использования в энергогенерирующем устройстве, предназначенном для использования возобновляемых источников энергии. Фиг.2А включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления. В частности, Фиг.2А включает изображение нижнего кожуха 201, часть верхнего кожуха 203 и часть удлиненного элемента 205, расположенного между нижним кожухом 201 и верхним кожухом 203. Шарнирное сочленение может включать подшипниковый элемент 210, соединенный верхним кожухом 203 и сконфигурированный, чтобы контактировать с удлиненным элементом 205. Кроме того, Фиг.2А включает подшипниковый элемент 216, соединенный с нижним кожухом 201 и сконфигурированный, чтобы входить в зацепление с частью удлиненного элемента 205. Подшипниковые элементы 310 и 316 могут обеспечить поверхность, подходящую для движения (например, вращения) удлиненного элемента относительно верхнего кожуха 203 и нижнего кожуха 316.

Согласно одному варианту осуществления подшипниковый элемент 210 может иметь корпус 211, выполненный из композитного материала, включающего жесткий материал 212 и снижающий трение материал 213, покрывающий основную поверхность жесткого материала 212. В частных вариантах снижающий трение материал 213 может быть связан непосредственно с поверхностью жесткого материала 212, чтобы образовывать композит корпуса 211.

В некоторых конструкциях подшипниковый элемент 210 может содержаться в углублении 225, образованном во внутренней поверхности 226 верхнего кожуха 203, чтобы надлежащим образом закрепить подшипниковый элемент 210 относительно верхнего кожуха 203. В частных случаях корпус 211 подшипникового элемента и особенно жесткий материал 212 могут находиться в прямом контакте с внутренней поверхностью 226. Следует иметь в виду, что подшипниковый элемент 216 может содержаться в подобном углублении в нижнем кожухе 201.

Во время работы шарнирного сочленения удлиненный элемент 205 может поворачиваться вокруг продольной оси 207 так, что части устройства 100, такие как панели 101, могут быть сочленены с удлиненным элементом 205. Тем не менее, верхний кожух 203 и нижний кожух 201, возможно, не обязательно должны быть сочленены, и, соответственно, подшипниковые элементы 210 и 216 обеспечивают границу полосы скольжения с низким коэффициентом трения между верхним кожухом 203 и удлиненным элементом 205 и нижним кожухом 201 и удлиненным элементом 205 соответственно.

Фиг.2В включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с одним вариантом осуществления. В частности, Фиг.2В включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения Фиг.2А в плоскости АА. Как изображено, верхний кожух 203 и нижний кожух 201 могут включать дугообразные поверхности, стыкующиеся с дугообразной поверхностью удлиненного элемента 205, так, что наружные поверхности удлиненного элемента 205 стыкуются с цилиндрическим отверстием 251, образованным соединением верхнего кожуха 203 и нижнего кожуха 201. Как показано на Фиг.2В, в цилиндрическом отверстии 251, верхний кожух 203 и нижний кожух 201 могут окружать большую часть периферии удлиненного элемента 205. Подшипниковый элемент 210 может быть расположен между верхним кожухом 203 и удлиненным элементом 205, в то время как подшипниковый элемент 216 может быть расположен между нижним кожухом 201 и удлиненным элементом 205.

Примечательно, что подшипниковый элемент 210 не может распространяться по всей внутренней поверхности 226 верхнего кожуха 203, так что образуются области разрыва 261 и 263, в которых подшипниковый элемент 210 не покрывает внутреннюю поверхность 226 верхнего кожуха 203 и внутренняя поверхность 226 отделена от удлиненного элемента 205 без промежуточного подшипникового элемента 210. Аналогичная область образована между нижним кожухом 201 и удлиненным элементом 205, в местах, где подшипниковый элемент 216 не покрывает всю внутреннюю поверхность нижнего кожуха 201.

Хотя это и не показано, верхний кожух 203 может быть также спаренным, например напрямую связанным с нижним кожухом 201. Согласно одному из вариантов осуществления верхний кожух 203 может быть прикреплен к нижнему кожуху 201. Таким образом, верхний кожух 203 и нижний кожух 201 могут образовывать трехслойную конструкцию с удлиненным элементом 205, и, таким образом, подшипниковый элемент 210 и 216 облегчают вращение удлиненного элемента 205 относительно продольной оси 207, будучи расположенными между верхним кожухом 203 и нижним кожухом 201.

Фиг.2С включает изображение в перспективе подшипникового элемента в соответствии с вариантом осуществления. В частности, подшипниковый элемент 210 может иметь корпус 211, который является композитом, включающим жесткий материал 212 и снижающий трение материал 213. Частные аспекты конструкции корпуса 211, включающего жесткий материал 212 и снижающий трение материал 213, и другие материальные составляющие будут здесь представлены более детально. В частности, корпус 211 может иметь округлую форму и проходить по окружности вокруг центральной оси (например, продольной оси 207) для облегчения соединения корпуса 211 с удлиненным элементом 205. Следует принять во внимание, что снижающий трение материал 213 может быть расположен на внутренней поверхности корпуса 211 и сконфигурирован так, чтобы контактировать с удлиненным элементом 205 и обеспечивать подходящую поверхность скольжения для вращения удлиненного элемента 205 относительно снижающего трение материала 213.

Подшипниковый элемент 210 может иметь дугообразную форму, как показано на поперечном сечении продольной оси 207. В соответствии с одним вариантом осуществления подшипниковый элемент 210 может быть простым вкладышем, имеющим цилиндрическую или частично цилиндрическую форму. Например, как изображено, подшипниковый элемент 210 может иметь полукруглую форму, как видно из поперечного сечения продольной оси 207. Соответственно, в некоторых случаях подшипниковый элемент 210 может иметь корпус 211, который проходит через часть окружности круга. Например, корпус 211 может проходить через центральный угол 180° или меньший, образованный на точке на центральной оси 207.

Как в дальнейшем изображено на Фиг.2С, корпус 211 может иметь наружный диаметр 271, измеренный в направлении, перпендикулярном к продольной оси 207 между внешними поверхностями корпуса 211. В соответствии с одним вариантом осуществления подшипниковый элемент 210 имеет корпус 211 с внешним диаметром 271, по меньшей мере, 500 мм. В других вариантах осуществления наружный диаметр 271 может быть, по меньшей мере, примерно 100 мм, например, по меньшей мере, 200 мм, по меньшей мере, примерно 300 мм, по меньшей мере, примерно 400 мм, или даже, по меньшей мере, 500 мм. В особых случаях корпус 211 может иметь наружный диаметр 271, что находится в диапазоне от примерно 50 мм до примерно 1000 мм, такой как от 50 мм до 750 мм, от 50 мм до 500 мм, от 100 мм до 500 мм или даже от 200 мм до 500 мм. Использование подшипникового элемента 210, имеющего корпус 211 с наружным диаметром 271, как отмечено здесь, может обеспечить подшипниковый элемент 210 с подходящими механическими характеристиками (например, жесткостью), пригодный для использования в требуемых областях применения, таких как устройства, использующие возобновляемые источники энергии.

Кроме того, корпус 211 может иметь среднюю толщину 221, измеренную в направлении, перпендикулярном к продольной оси 207 через жесткий материал 212 и снижающий трение материал 213. В соответствии с одним вариантом осуществления подшипниковый элемент 210 может иметь среднюю толщину 221 по меньшей мере, примерно 30 мм. В других вариантах осуществления средняя толщина может быть по меньшей мере примерно 40 мм, по меньшей мере примерно 50 мм, по меньшей мере примерно 75 мм или даже по меньшей мере 80 мм. В других вариантах осуществления, средняя толщина 221 может быть в диапазоне от примерно 35 мм до примерно 500 мм, например от 35 до 300 мм, или даже от 35 мм до 200 мм. Использование подшипникового элемента 210 с корпусом 211 со средней толщиной 221, как уже отмечалось здесь, может обеспечить подшипниковый элемент 210, имеющий подходящие механические характеристики (например, жесткость), пригодный для использования в требуемых областях применения, таких как устройства, использующие возобновляемые источники энергии.

Как изображено далее на Фиг.2С, жесткий материал 212 может иметь среднюю толщину 222, измеренную перпендикулярно к продольной оси 207 по толщине жесткого материала 212. В некоторых случаях следует иметь в виду, что жесткий материал 212 может быть выполнен из металлического сплава или металла и, в частности, алюминия или нержавеющей стали. Как будет понятно, нержавеющая сталь - это стальной материал, имеющий по меньшей мере 10,5% хрома. В вариантах осуществления, использующих жесткий материал 212, состоящий в основном из нержавеющей стали, средняя толщина 222 может быть не менее 35 мм. Однако в конструкциях, использующих жесткий материал 212, состоящий в основном из нержавеющей стали, средняя толщина 222 может быть не менее 40 мм, например не менее 45 мм, по меньшей мере примерно 50 мм, или даже по меньшей мере 60 мм. В частных случаях жесткий материал 212 может состоять в основном из нержавеющей стали, а средняя толщина 222 может быть в диапазоне от примерно 35 мм до примерно 200 мм, например от 35 до 150 мм, или даже от 35 мм до 100 мм.

В других случаях жесткий материал 212 может быть выполнен так, что он состоит в основном из алюминия. В таких вариантах осуществления жесткий материал 212 может иметь среднюю толщину 222 по меньшей мере, примерно 70 мм. Однако в вариантах осуществления, использующих жесткий материал 212, который состоит в основном из алюминия, средняя толщина 222 может быть не менее 75 мм, по меньшей мере, примерно 80 мм по меньшей мере примерно 90 мм или даже по меньшей мере 100 мм. В соответствии с одним из вариантов осуществления подшипниковый элемент может быть выполнен таким образом, чтобы жесткий материал 212 состоял в основном из алюминия, а средняя толщина 222 жесткого материала 212 могла быть в диапазоне от примерно 70 мм до примерно 200 мм, или даже от примерно 70 мм до примерно 175 мм, и от 75 мм до 150 мм.

Как изображено далее на Фиг.2С, подшипниковый элемент 210 может быть выполнен таким образом, чтобы снижающий трение материал 213 имел особую толщину. Например, снижающий трение материал 213 может иметь среднюю толщину 223, измеренную в направлении, перпендикулярном к продольной оси 207, которая может быть по меньшей мере примерно 0,1 мм, например по меньшей мере примерно 0,2 мм, по меньшей мере примерно 0,3 мм или даже по меньшей мере примерно 1 мм. В соответствии с одним из вариантов осуществления подшипниковый элемент может быть выполнен таким образом, чтобы снижающий трение материал 213 имел среднюю толщину 223 в диапазоне от примерно 0,1 мм до примерно 25 мм, от 0,1 мм до 15 мм, от 0,1 мм до 10 мм или даже от 0,1 мм до 5 мм.

Фиг.3А-3С включают иллюстрации шарнирного сочленения и/или подшипникового элемента в соответствии с вариантом. В частности, Фиг.3А включает изображение поперечного сечения шарнирного сочленения, содержащего подшипниковый элемент в соответствии с одним вариантом осуществления. Как изображено, шарнирное сочленение может включать в себя часть нижнего кожуха 201, верхнего кожуха 203 и удлиненный элемент 205, проходящий между нижним кожухом 201 и верхним кожухом 203. Кроме того, шарнирное сочленение может включать в себя подшипниковый элемент 310, расположенный между частью верхнего кожуха 203 и удлиненным элементом 205. Подшипниковый элемент 310 может иметь корпус 311, выполненный из композитного материала, включающего жесткий материал 312 и снижающий трение материал 313, сконфигурированный так, чтобы контактировать с удлиненным элементом 205 и облегчать стыковку и в особенности вращение удлиненного элемента 205 вокруг продольной оси 207 по отношению к верхнему кожуху 203.

Как изображено далее, шарнирное сочленение может включать подшипниковый элемент 316, расположенный между нижним кожухом 201 и удлиненным элементом 205. Подшипниковый элемент 316 может иметь те же свойства что, и подшипниковый элемент 210.

Что касается подшипникового элемента 310, корпус 311 подшипникового элемента 310 может быть выполнен таким образом, что включает в себя первый фланец 315, проходящий от конца корпуса 311 и сконфигурированный, чтобы контактировать с внешней боковой поверхностью 307 верхнего кожуха 203. Кроме того, корпус 311 подшипникового элемента 310 может включать второй фланец 314, проходящий от конца корпуса 311 противоположно фланцу 315 и сконфигурированный так, чтобы контактировать с внешней боковой поверхностью 306 верхнего кожуха 203. В частности, подшипниковый элемент 310 и фланцы 314 и 315 сконфигурированы так, чтобы контактировать с внешними боковыми поверхностями 306 и 307 верхнего кожуха 203, тем самым блокируя положение подшипникового элемента 310 относительно верхнего кожуха 203. Следует принимать во внимание что, подшипниковый элемент 310 также включает в себя внутреннюю поверхность жесткого материала 312, сконфигурированную так, чтобы контактировать с внутренней поверхностью 305 кожуха 203.

Как изображено далее, подшипниковый элемент 310 может быть выполнен таким образом, чтобы снижающий трение материал 313 перекрывал внешние поверхности фланцев 314 и 313 так, чтобы снижающий трение материал 313 проходил радиально вдоль внешней периферической поверхности фланцев 314 и 315.

Фиг.3В включает изображение поперечного сечения шарнирного сочленения в плоскости АА, как показано на Фиг.3А. Как изображено, верхний кожух 203 и нижний кожух 201 могут иметь дугообразную форму, сконфигурированную так, чтобы проходить вокруг большей части наружных поверхностей удлиненного элемента 205. Как изображено далее, подшипниковый элемент 310 сконфигурирован так, чтобы контактировать с частью верхнего кожуха 203, и сконфигурирован так, чтобы контактировать с дугообразной поверхностью удлиненного элемента 205 таким образом, чтобы удлиненный элемент 205 мог свободно вращаться относительно верхнего кожуха 203. Кроме того, подшипниковый элемент 316 расположен между нижним кожухом 201 и удлиненным элементом 205 так, чтобы удлиненный элемент 205 мог вращаться относительно нижнего кожуха 201.

Как изображено далее, фланец 315 подшипникового элемента 310 может проходить радиально от конца корпуса 311 так, что он перекрывает часть внешней боковой поверхности 307 верхнего кожуха 203 и фиксирует положение подшипникового элемента 310 относительно верхнего кожуха 203. В дальнейшем на Фиг.3В снижающий трение материал 313 проходит по всей внешней поверхности корпуса 311, включая фланец 315. Подшипниковый элемент 316 может иметь те же свойства, как у подшипникового элемента 310, которые были описаны выше.

Фиг.3С включает в себя изображение в перспективе подшипникового элемента 310. Как изображено, подшипниковый элемент 310 может иметь корпус 311, представляющий собой композитный материал, включающий жесткий материал 312 и снижающий трение материал 313, покрывающий поверхности жесткого материала 312. Подшипниковый элемент 310 может иметь дугообразную форму, как видно из поперечного сечения продольной оси 207, так что он имеет форму фланцевого вкладыша. В частных случаях подшипниковый элемент 310 может иметь полукруглую форму, если смотреть в поперечном сечении продольной оси 207.

Кроме того, как изображено на Фиг.3С, снижающий трение материал 313 может проходить вдоль внутренней поверхности 351 жесткого материала 312, а также внутренних поверхностей 352 и 353 фланцев 314 и 315 соответственно. Когда подшипниковый элемент 310 расположен в шарнирном сочленении, как показано на Фиг.3А и 3В, удлиненный элемент 205 может быть расположен в полости 355 подшипникового элемента 310 и образовывать шарнирное сочленение (например, с вращением) в полости 355.

Фиг.4А-4С включают изображения шарнирного сочленения и/или подшипникового элемента в соответствии с одним вариантом осуществления. В частности, Фиг.4А включает изображение поперечного сечения части шарнирного сочленения в соответствии с вариантом осуществления. Примечательно, что шарнирное сочленение может включать в себя элементы, описанные ранее в других вариантах осуществления, в частности включая кожух 403, удлиненный элемент 205, проходящий через отверстие в кожухе 403, и подшипниковый элемент 410, расположенный между кожухом 403 и удлиненным элементом 205. В частности, конструкция шарнирного сочленения, изображенная на Фиг.4А, использует один из подшипниковых элементов (в отличие от двух подшипниковых элементов), который будет расположен между кожухом 403 и удлиненным элементом 205, где подшипниковый элемент сконфигурирован так, чтобы контактировать с удлиненным элементом 205 и облегчать шарнирное сочленение (например, с вращением вокруг продольной оси 207) удлиненного элемента 205 относительно кожуха 403. Более конкретно, жесткий материал 412 сконфигурирован так, чтобы примыкать к поверхности корпуса 403, в то время как снижающий трение материал 413 сконфигурирован так, чтобы примыкать к поверхности удлиненного элемента 205, так чтобы он мог вращаться вокруг продольной оси 207 относительно кожуха 403.

Подшипниковый элемент 410 может иметь корпус 411, образованный из композитного материала, включающего жесткий материал 412 и снижающий трение материал 413, покрывающий поверхность жесткого материала 412. Как изображено далее, подшипниковый элемент 410 может иметь корпус 411, включающий фланец 415, отходящий радиально от конца корпуса 411. Фланец 415 может быть выполнен так, что по меньшей мере часть фланца 415 сконфигурирована таким образом, чтобы контактировать с внешней боковой поверхностью 406 кожуха 403.

Фиг.4В содержит изображение поперечного сечения шарнирного сочленения Фиг.4А в плоскости АА. Как изображено, шарнирное сочленение содержит корпус 403, который включает отверстие 420, сконфигурованное так, чтобы в нем осуществлялось зацепление с удлиненным элементом 205. Кроме того, отверстие 420 сконфигуровано так, чтобы в нем осуществлялось зацепление с подшипниковым элементом 410. Как изображено, подшипниковый элемент 410 может быть выполнен таким образом, чтобы фланец 415 отходил радиально от продольной оси и проходил вдоль части внешней боковой поверхности 406 кожуха 403. Такая конфигурация обеспечивает блокировку положения подшипникового элемента 410 относительно кожуха 403.

Фиг.4С включает в себя изображение в перспективе подшипникового элемента 410 в соответствии с одним вариантом осуществления. В частности, подшипниковый элемент 410 может быть в форме чашеобразного вкладыша. Примечательно, что чашеобразный вкладыш имеет обычно цилиндрическую форму, проходящую почти полностью вокруг продольной оси 207. Чашеобразный вкладыш может включать в себя прорезь 417, которая расширяется аксиально вдоль продольной оси 207 корпуса 411, таким образом, что корпус 411 не образует полную окружность (менее 360°), если смотреть в поперечном сечении по продольной оси 207. В дальнейшем на Фиг.4С подшипниковый элемент 410 может иметь фланец 415, который может отходить радиально от конца корпуса 411. Как изображено, внутренняя поверхность 422 подшипникового элемента 410 может включать снижающий трение материал 413 для облегчения вращения удлиненного элемента 205 в нем. Кроме того, подшипниковый элемент 410 может быть выполнен таким образом, чтобы снижающий трение материал 413 перекрывал внешнюю поверхность фланца 415, таким образом, чтобы снижающий трение материал 313 распространялся радиально вдоль внешних периферических поверхностей фланца 415.

Вышеупомянутые подшипниковые элементы могут быть выполнены так, что корпус выполнен из композитного материала, включающего жесткий материал и снижающий трение материал, как описано здесь. В соответствии с вариантом осуществления подшипниковые элементы здесь могут иметь особые характеристики, включая, но не ограничиваясь, коррозионную стойкость, износостойкость, и свойства прерывистого скольжения, делающие их особенно хорошо подходящими для использования в энергогенерирующих устройствах.

В то время как в вышеизложенном были описаны некоторые ключевые особенности подшипниковых элементов, ниже приводится более подробная информация о частных аспектах, которые могут быть включены в варианты осуществления подшипниковых элементов в настоящем документе. В одном варианте осуществления подшипниковый элемент может включать в себя жесткий материал, промежуточный материал, нанесенный непосредственно на него, и снижающий трение материал, нанесенный на промежуточный материал, где отличная адгезия снижающего трение материала к жесткому материалу обеспечивается на долгий срок, и производство которого возможно без использования экологически проблемных процессов для предварительной обработки поверхности. В варианте осуществления подшипниковый элемент может включать промежуточный материал, включающий в себя по меньшей мере один функционализированный термопластичный полимер с введением функциональных групп формулы , , , -COOH и/или -COOR, где радикалы R являются циклическими и линейными органическими радикалами, имеющими от 1 до 20 атомов углерода. Если органический радикал R содержит, например, только один атом углерода, функциональная группа , предпочтительно имеет следующую формулу:

Функциональные группы могут быть включены в термопластичный полимер (А) путем добавления хотя бы одного модифицирующего реагента (В). Подходящие модифицирующие реагенты могут включать в себя малеиновую кислоту, итаконовую кислоту, цитраконовую кислоту, их производные, а также их комбинации. В частности, модифицирующие реагенты добавок могут включать в себя ангидрид малеиновой кислоты, ангидрид итаконовой кислоты, ангидрид цитраконовой кислоты, их производные, а также их комбинации. Здесь, соотношение полимера (А) и модифицирующего реагента (В) может составлять от 99,9 мол.% (А): 0,1 мол.% (В) до 80 мол.% (А): 20 мол.% (В). Объемный расход расплава (MVR при 50°C>относительно точки плавления и под нагрузкой 7 кг) может быть порядка от 0,1 до 1000 мм³/сек. MVR является показателем расхода расплава полимера и поэтому может использоваться в качестве грубой оценки молекулярного веса. В идеале, MVR составляет порядка от 5 до 500 мм³/сек, особенно предпочтительно в диапазоне от примерно 10 до примерно 200 мм³/сек.

В одном варианте осуществления подшипниковый элемент может быть охарактеризован адгезией снижающего трение материала относительно опорного материала, вызванной промежуточным материалом, включающим функционализированный термопластичный полимер с функциональными группами вышеуказанного типа. Благодаря отличной адгезии даже к предварительно не обработанной поверхности жесткого материала, в частности, из холоднокатаной нержавеющей стали, холоднокатаной, а затем электролитически оцинкованной нержавеющей стали, алюминия, можно обойтись без экологически проблематичных процессов предварительной обработки и процессов с интенсивным выбросом жидких реактивов, таких как, в частности, хромирование. Физические процессы для предварительной обработки поверхности (например, предварительной обработки плазмо-коронным разрядом), которые описаны, например, в EP 0848031 B1, где функционализированные термопластичные фторполимеры также описаны в качестве составной части ламината, как показали проведенные заявителем исследования, более не являются необходимыми. Процесс производства подшипниковых элементов может, таким образом, осуществляться при значительно меньших затратах по сравнению с известным уровнем техники.

В одном варианте осуществления, по меньшей мере, один функционализированный термопластичный полимер промежуточного материала может быть функционализированным термопластичным фторполимером, в том числе