JP2012178961A

JP2012178961A - 発電機構

Info

Publication number: JP2012178961A
Application number: JP2011042343A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kiyohara; 武彦清原
Original assignee: Imasen Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Imasen Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-13

Abstract

【課題】発電機構に有する熱電変換素子モジュール低温部の冷却を効率よく行うことを目的とする。
【解決手段】車輪と共に回転するディスクローター１０と、ディスクローター１０に対向するように配置されるブレーキパッド２０と、ブレーキパッド２０をディスクローター１０に押圧するキャリパー３０とを備える制動装置４０と、制動装置４０のディスクローター１０のブレーキパッド２０との摩擦摺動面に取付けられ熱を電力に変換する熱電素子モジュール５０とで構成される発電機構であって、熱電素子モジュール５０は、熱を受熱する受熱面５１と熱を放熱する放熱面５２を備え、放熱面５２に放熱フィン５３をディスクローター１０の回転中心に対して円周上に設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱電変換素子を用いた発電機構であって、自動車などの車両が制動する際に発電を行う発電機構に関する。

従来、自動車などの車両が制動する際に発電を行う発電機構として、例えば、特許文献１に記載する発電機構が提案されている。この発電機構は、車軸の回転に同期して回転する回転部材（ディスクローター）と、車軸の回転に同期することなくディスクローターに押し付けられる押圧部材（ブレーキパッド）との摩擦により車軸の回転に制動をかけるブレーキシステムのうち、ディスクローターに熱電変換素子を備えた構造をしている。この熱電変換素子は、ディスクローターのブレーキパッドと干渉しない車軸側の面に取付けられており、ブレーキパッドとディスクローターとの摩擦により発電を行っている。

特開２００９−２６９４６９号

上記に記載する発電機構は、熱電変換素子をブレーキパッドと干渉しない内周側の位置に取付ける構造となっている。この際、熱電変換素子は、高温部をディスクローターのディスクに接触する部分に取付け、低温部をホイール内部空間に面する部分とすることで、高温部と低温部との間に十分な温度差を確保している。しかし、発電機構に備える熱電変換素子の低温部は、ホイール内部空間に露出した構造であるが、露出した構造だけでは低温部を低温に保つことは困難であると考える。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、発電機構に有する熱電変換素子モジュール低温部の冷却を効率よく行うことを目的とする。

請求項１の発明は、車輪と共に回転するディスクローターと、ディスクローターに対向するように配置されるブレーキパッドと、ブレーキパッドをディスクローターに押圧するキャリパーとを備える制動装置と、制動装置によりブレーキパッドがディスクローターに押圧された際の熱を電力に変換することのできる熱電素子モジュールとで構成される発電機構であって、熱電素子モジュールは、熱を受熱する受熱面と熱を放熱する放熱面を備え、放熱面に放熱フィンをディスクローターの回転中心に対して円周上に設けることを技術的特徴とする。

請求項１記載の発電機構によれば、熱電素子モジュールの放熱面にディスクローターの回転中心を中心として円周上に放熱フィンを設けることにより、熱電素子モジュールが効率よく冷却されるため、安定して発電することが可能となる。

本発明の発電機構の正面図（車両内側方向から見た図）を示す。本発明の発電機構の側面図（車両の進行方向から見た図）を示す。

以下に本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
本発明の発電機構１００は、図１及び図２に示すように、車輪と共に回転するディスクローター１０と、このディスクローターに対向するように配置されるブレーキパッド２０と、ブレーキパッド２０をディスクローター１０に押圧するキャリパー３０を備える制動装置４０と、制動装置４０のディスクローター１０に取付けられ熱を電力に変換する熱電素子モジュール５０と、熱電素子モジュール５０で発電した電力を車両に備えるバッテリー及びその他電装部品に伝達するスリップリング６０で構成されている。

先ず、制動装置４０について説明する。
制動装置４０に有するディスクローター１０は、図１及び図２に示すように、車輪と共に回転する円盤状の鉄であって、一枚板であるソリッドディスクローターである。このディスクローター１０は、後述するブレーキパッド２０との摩擦摺動面に後述する熱電素子モジュール５０とスリップリング６０を備える。この熱電素子モジュール５０及びスリップリング６０は、ディスクローターの車両内側（インナー側）又は車両外側（アウター側）、若しくはその両方に配設することが可能であるが、本実施例では、ディスクローター１０のアウター側摩擦摺動面に設けることとする。また、本実施例においてディスクローター１０は、一枚板のソリッドディスクローターを使用するが、ディスクが２枚以上としてその間にフィンを挟みこんで放熱に関与する表面積と通風性を増したベンチレーテッドディスクローターを使用しても良い。

ブレーキパッド２０は、後述するキャリパー３０によってディスクローター１０に押圧されるものであって、ディスクローター１０に有する摩擦摺動面の外縁部に押圧されるパッド部２１と、パッド部２１の背面に接合される裏金２２とを備え、ディスクローター１０に対向して設けられる。このディスクローター１０に対向して設けられるブレーキパッド２０は、車両内側（インナー側）をインナー側ブレーキパッド２０ａ、車両外側（アウター側）をアウター側ブレーキパッド２０ｂとし、後述するキャリパー３０によりブレーキパッド２０の裏金２２が押し出されることによりパッド部２１がディスクローター１０の摩擦摺動面に有する外縁部に押圧する。ここで、ブレーキパッド２０のパッド部２１がキャリパー３０によりディスクローター１０に有する摩擦摺動面の外縁部に押圧されると、摩擦が発生することからディスクローター１０の回転が抑制される。そのため、ブレーキパッド２０のパッド部２１とディスクローター１０の外縁部は、摩擦熱により発熱し高温になる。

キャリパー３０は、ブレーキパッド２０のパッド部２１をディスクローター１０に有する摩擦摺動面の外縁部に押圧するものであって、車両に固定されるキャリパーボディ３１と、キャリパーボディ３１内部に備えられブレーキパッド２０の裏金２２に係合するピストン３２と、ピストン３２を駆動する駆動機構３３（図示しない）とで構成されている。

キャリパーボディ３１は、キャリパー３０を車両に固定するものであって、側面に後述するスリップリング６０の固定部６２を下方へ延出するように設ける。ここで、スリップリング６０の固定部６２を設ける位置は、側面に限定する必要はなく、キャリパーボディ３１の下面（後述する熱電素子モジュール５０に近接する面）であっても良い。

ピストン３２は、キャリパーボディ３１内部に設けられる部品であって、後述する駆動機構３３が駆動することで、ブレーキパッド２０のパッド部２１をディスクローター１０に有する摩擦摺動面の外縁部に押圧する。このピストン３２は、ブレーキパッド２０の裏金２２に１つ又は複数係合されており、キャリパーボディ３１内部にディスクローター１０を挟んで対向するように設けられる。

駆動機構３３は、キャリパーボディ３１内部に設けられたピストン３２を駆動する機構であって、ワイヤーを動作することでピストン３２を駆動したり、油圧を変化させることでピストン３２を駆動する機構である。

次に熱電素子モジュール５０について説明する。
熱電素子モジュール５０は、温度差により電力を発生することのできる熱電変換素子であって、図１及び図２に示すように、熱を受熱する受熱面５１と熱を放熱する放熱面５２が形成されており、放熱面５２に放熱フィン５３を備える。また、受熱面５１及び放熱面５２は、縁部に端子５１ａ、５２ａが接続材により接続されている。この熱電素子モジュール５０は、ディスクローター１０の摩擦摺動面のブレーキパッド２０が接触する外縁部と、ディスクローター１０の摩擦摺動面の回転中心を除く範囲に取付けられおり、受熱面５１をディスクローター１０の摩擦摺動面に接触するように設ける。ここで、熱電素子モジュール５０の放熱面５２は、外部に露出した構造となっているため風通しが良い状態であることから、車両が制動する際の風を利用して冷却される。

放熱フィン５３は、熱電素子モジュール５０の冷却を促進するためのものであって、熱電素子モジュール５０の放熱面５２にディスクローター１０の回転中心を中心として円周上に設置する。ここで放熱フィン５３は、放熱面５２から突出するように設けられるが、ディスクローター１０回転時に風きり音を発生させない構造とする。

スリップリング６０は、熱電素子モジュール５０で発生した起電力を車両に有するバッテリー又はその他電装部品に伝達するものであって、ディスクローター１０の熱電素子モジュール５０の受熱面５１及び放熱面５２に有する端子５１ａ、５２ａに接続される回転部６１と、キャリパー３０に固定される固定部６２とで構成される。

スリップリング６０の回転部６１は、熱電素子モジュール５０の受熱面５１及び放熱面５２の縁部に設けられ導電性のよいものを使用する。本実施例では、スリップリング６０の回転部６１を銅線とするが、銅板や銅板爪などを用いてもよい。

スリップリング６０の固定部６２は、キャリパー３０の側面に固定されるものであって、ブラシ状に加工されており回転部６１に当接可能な構造をしている。本実施例では、固定部６２をブラシ状に加工したものを使用するが、回転部６１に当接可能な構造であればよい。ここで、スリップリング６０の固定部６２は、常に回転部６１に当接した状態に限定する必要はなく、ディスクローター１０が高温時にのみ当接するような構造であっても良い。

次に本発明の発電機構１００が車両制動時に発生する摩擦熱を利用して発電する手順について説明する。
車両を運転する乗員は、車両に備えるブレーキペダルを踏むことで制動装置４０のキャリパー３０を駆動して制動を行う。この制動装置４０のキャリパー３０は、乗員によりブレーキペダルが操作されると、駆動機構３３によりピストン３２がディスクローター１０を挟み込む方向へ駆動することで、ブレーキパッド２０の裏金２２が押し出され、ブレーキパッド２０のパッド部２１をディスクローター１０の摩擦摺動面の外縁部に押圧する。

ブレーキパッド２０のパッド部２１がディスクローター１０の外縁部に押圧されると、パッド部２１とディスクローター１０に有する摩擦摺動面の外縁部との間で摩擦が生じディスクローター１０の回転を抑制する。この際、ブレーキパッド２０のパッド部２１とディスクローター１０に有する摩擦摺動面の外縁部は、摩擦により発熱するため高温になる。ここで、ディスクローター１０の外縁部で発熱した熱が、ディスクローター１０全体に伝達することは言うまでもない。

すると、ディスクローター１０に備える熱電素子モジュール５０は、ディスクローター１０に接触する受熱面５１が高温、放熱フィン５３により冷却される放熱面５２が低温となるため、受熱面５１と放熱面５２との間で温度差が生じることから起電力が発生する。ここで、高温となる受熱面５１は、車両運転時に頻繁に行われる操作であるため、高温を維持することが可能である。また、低温となる放熱面５２は、放熱フィン５３をディスクローター１０の回転中心を中心として円周上に備えていることから、車両が制動する際に又は走行中に効率よく熱電素子モジュール５０を冷却することができるため、低温を維持することが可能である。このことから、車両制動時に安定して電力を発電することができる。

また、熱電素子モジュール５０により発生した起電力は、熱電素子モジュール５０の端子５１ａ、５２ａに接続されるスリップリング６０の回転部６１に伝達される。このスリップリング６０の回転部６１は、スリップリング６０の固定部６２と当接している構造となっていることから、スリップリング６０の固定部６２を介して車両に備えるバッテリー及びその他電装部品に伝達される。

１０ディスクローター
２０ブレーキパッド
３０キャリパー
４０制動装置
５０熱電素子モジュール
６０スリップリング

Claims

車輪と共に回転するディスクローターと、
該ディスクローターに対向するように配置されるブレーキパッドと、
該ブレーキパッドを前記ディスクローターに押圧するキャリパーとを備える制動装置と、
該制動装置により前記ブレーキパッドが前記ディスクローターに押圧された際の熱を電力に変換することのできる熱電素子モジュールとで構成される発電機構であって、
前記熱電素子モジュールは、熱を受熱する受熱面と熱を放熱する放熱面を備え、
該放熱面に放熱フィンを前記ディスクローターの回転中心に対して円周上に設けることを特徴とする。