来自制动系统的热电能量回收的制作方法
【专利摘要】一种示例制动总成包括制动衬块、使制动衬块选择性地移动来接触转子的致动器、和容纳在制动衬块外部的热电发电机装置。该热电发电机装置响应于制动总成内的温度差而产生电力。
【专利说明】
来自制动系统的热电能量回收
技术领域
[0001 ]本发明针对热电能量回收并且，更具体地，涉及来自制动系统的相对低磨损部件的热电能量回收。
【背景技术】
[0002]使旋转部件——比如车辆车轮——制动可以产生热量。一些已知的系统使用热电发电机将热量转换成电能。使热电发电机成为制动系统的一部分是具有挑战性的。暴露于普遍在制动系统内的恶劣环境条件下会例如损坏热电发电机或干扰热电发电机的运行。
【发明内容】
[0003]根据本发明的示例性方面的一种制动总成，除了别的以外包括，制动衬块、使制动衬块选择性地移动来接触转子的致动器、和容纳在制动衬块外部的热电发电机装置。该热电发电机装置响应于制动总成内的温度差而产生电力。
[0004]在前述总成的又一非限制性实施例中，温度差是致动器的一部分和环境空气之间的温度差。
[0005]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，温度差是致动器的一部分和制动液之间的温度差。
[0006]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，热电发电机装置固定到致动器。
[0007]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，致动器是制动钳。
[0008]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，制动衬块包含固定到衬块背板的衬块主体。
[0009]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，热电发电机装置包含整体的热电阵列。
[0010]—种车辆，除了别的以外包括，任意前述总成的制动总成，并且进一步包括与转子一起可旋转的车轮。
[0011]在前述车辆的又一非限制性实施例中，车辆包括通过来自热电发电机装置的电力至少部分地供电的轮胎压力监测系统。
[0012]根据本发明的示例性方面的一种制动总成，除了别的以外包括，制动衬块、使制动衬块选择性地移动来接触转子的致动器、和响应于第一区域和第二区域之间的温度差而产生电力的热电发电机装置。该热电发电机容纳在制动衬块外部。
[0013]在前述总成的又一非限制性实施例中，第一区域和第二区域都是致动器的区域。
[0014]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，第一区域是致动器的区域，并且第二区域是流体。
[0015]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，第一区域是致动器的区域并且第二区域是制动衬块的背板。
[0016]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，制动衬块是相对高磨损部件，并且热电发电机装置固定到相对低磨损部件。
[0017]在任意前述总成的又一非限制性实施例中，第一区域是致动器的背板的区域并且第二区域是环境空气。
[0018]根据本发明的示例性方面的一种电力产生的方法，除了别的以外包括，使用致动器使制动衬块选择性地移动抵靠转子，和使用制动系统内并且与制动衬块隔开的热电发电机装置产生电力。
[0019]在前述方法的又一非限制性实施例中，方法包括用电力为轮胎压力监测系统供电。
[0020]在任意前述方法的又一非限制性实施例中，方法包括用电力给车辆的电池充电。
[0021]在任意前述方法的又一非限制性实施例中，热电发电机装置通过塞贝克效应产生电力。
[0022]在任意前述方法的又一非限制性实施例中，致动器是制动钳，并且热电发电机装置使用制动钳的第一、相对热的部分和制动钳的第二、相对冷的部分之间的温度差来产生电力。
[0023]在任意前述方法的又一非限制性实施例中，热电发电机装置使用致动器的一部分和制动液之间的温度差来产生电力。
[0024]在任意前述方法的又一非限制性实施例中，制动衬块包含固定到衬块背板的衬块主体。衬块主体和背板是相对高磨损部件。热电发电机装置固定到制动系统的相对低磨损部件。
[0025]前述段落、权利要求、或下面的附图和说明书中的实施例、示例和替代物，包括任何它们的各种方面或各自单独的特征，可以独立地或以任何组合使用。与一个实施例结合描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征是不相容的。
【附图说明】
[0026]从【具体实施方式】中，对于本领域技术人员而言，本公开的示例的各种特征和优点将变得显而易见。伴随【具体实施方式】的附图可以简要描述如下:
[0027]图1示出了电动车辆的局部示意图；
[0028]图2示出了与图1的车辆连接使用的制动总成的端视图；
[0029]图3不出了来自图2的制动总成的制动衬块的侧视图；
[°03°]图4示出了图2的制动总成的透视图；
[0031]图5示出了图4的制动总成的一部分的特写、分解图；
[0032]图6A示出了用于在图2的制动总成中使用的示例散热板结构；
[0033]图6B示出了用于在图2的制动总成中使用的另一个示例散热板结构。
【具体实施方式】
[0034]本发明总体上涉及从制动总成内的热量中回收电力。制动总成示为与车辆的可旋转的车轮连接使用的摩擦制动器，但可以适用于其它类型的制动总成。其它类型的制动总成包括用来制动轻轨总成、航空航天总成、叉车总成、风力涡轮机总成等中的可旋转部件的摩擦制动器。
[0035]参照图1，示例车辆10是包括多个可旋转的车轮14的电动车辆。通常，电动车辆不同于传统机动车辆，因为电动车辆可以使用一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，传统机动车辆典型地专门由内燃发动机驱动。
[0036]车轮14包括安装到轮辋22的轮胎18。轮胎18是可充气的、充气轮胎。
[0037]轮胎压力监测传感器26监测轮胎18内的气压。控制器30接收来自轮胎压力监测传感器26关于轮胎18内的气压的无线信号34。响应于无线信号34，如果内部压力降到低于阈值则控制器30可以发起警报。轮胎压力监测传感器26可以进一步包含电容器和控制电路，以及与控制器30无线通信的近场接收器。
[0038]在其它示例中，有线连接件将轮胎压力监测传感器26连接到控制器30。在这样的示例中，轮胎压力监测传感器26可以不包括近场接收器。
[0039]轮胎压力监测传感器26可以包括为轮胎压力监测传感器26供电的电池。轮胎压力监测传感器26还可以，或相反地，通过车辆10的附件电池38供电。
[0040]在一些示例中，轮胎压力监测传感器26包含直接有线连接到控制器30的车轮速度传感器。响应于其中一个车轮14的旋转速度，控制器30可以计算出车轮14具有低于阈值的内部压力。响应于此计算，控制器30可以发起警报。
[0041 ]示例轮胎压力监测传感器26示出与车辆10的车轮14连接，但可以在其它车轮——比如拖车车轮——中使用。
[0042]现在参照图2至4并继续参照图1，车辆10包括用来减慢或停止车轮10的旋转的制动总成50 ο制动总成50包括制动衬块54、转子58、和致动器60。
[0043]车轮14的轮辋22通过安装螺柱68安装到轮毂66。轮毂66、转子58、和车轮14 一起旋转。致动器60使制动衬块54选择性地移动来与转子58接触。制动衬块54和转子58之间的摩擦限制车轮14的旋转，这减慢了车辆10。当接触转子58时制动衬块54处于制动位置，并且当不接触转子58时处于自由位置。
[0044]制动衬块54包括接合到背板64的摩擦材料62。摩擦材料可以是完全金属的、半金属的、或非金属的，比如陶瓷。制动衬垫54的背板64典型地是金属材料，比如钢。
[0045]在本示例中，致动器60是制动钳并且包括致动器60的活塞壳体部分内的活塞70。在本示例中致动器60是被铸造的，但可以使用除了铸造之外的技术制造。致动器60通常是在制动位置和自由位置之间移动制动衬块54的摩擦材料62和背板64的总成。尽管被描述为包括活塞70的制动钳，但是致动器60可以具有许多形式。
[0046]来自制动液源72的制动液选择性地移动到区域74，以使活塞70移动到与转子58接触。活塞70的充分运动抵靠转子58的相对侧夹紧制动衬块54，以减慢或停止车轮14。制动总成50进一步包括便于移除制动液内的空气的排气气门78。
[0047]如可以理解的是，当与致动器60相比时，制动衬块54是相对高磨损部件。高磨损部件典型地被认为是需要以定期维护周期进行周期性更换的部件。制动衬块，比如制动衬块54，典型地以定期维护周期进行更换。与制动衬块形成对比，致动器典型地不以定期维护周期进行更换。其它示例高磨损部件可以包括制动转子、轮胎、火花塞、和机油滤清器。示例低磨损部件可以包括致动器60、传感器、电气继电器和挡风玻璃。
[0048]在一些示例中，高磨损部件一一比如制动衬块54—一是未设计为持续到车辆10的保证寿命的部件。与制动衬块54形成对比的低磨损部件的致动器60被设计成持续到车辆10的保证寿命。
[0049]制动衬块54与转子58之间的接触产生热量，这使制动总成50的一些部分相对于制动总成50的其它部分和车辆10的其它部分变热。制动过程中产生的热量因此导致制动总成50内的热梯度。
[0050]示例制动总成50使用这些热量差异来产生电力。例如，电力可以用来为轮胎压力监测传感器26供电而不是用电池，或除了电池之外，电力可以用来为轮胎压力监测传感器26供电。电力也可以用来补充电池38的电荷。
[0051]现在参照图5并继续参照图1至4，制动总成50包含热电发电机装置80以将制动总成50的区域中的温度差转换为电能。
[0052]示例热电发电机装置80包含多个半导体芯片的整体的热电阵列84。一些半导体芯片84η是η型半导体芯片。一些半导体芯片84p是P型半导体芯片。η型半导体芯片84η和P型半导体芯片84ρ以棋盘型方式设置在阵列84内。导体片86导电地链接装置80的阵列84内的芯片。
[0053]当阵列84的第一侧90上的温度不同于阵列84的第二侧92上的温度时，阵列84可以通过产生电力来收获能量。在本示例中，热电发电机装置80响应于第一侧90和第二侧92之间的温度差而利用塞贝克效应产生电力。本领域技术人员和本发明的益处将理解如何响应于温差来产生电力。
[0054]示例阵列84容纳在通过致动器60提供的空腔94内。致动器60在某种程度上被铸造以提供空腔94。当示例阵列84容纳在通过致动器60提供的空腔94内时，示例阵列84容纳在制动衬块54外部。值得注意的是，由于阵列84容纳在制动衬块54外部，所以制动衬块54可以被更换而大体上不干扰阵列84。
[0055]为了固定阵列84，阵列84被放置到空腔94中。致动器60的盖96因此固定在空腔94上方以将阵列84保持在空腔94内。盖96包括检查孔98，该检查孔98在盖96固定时允许正极引线10p和负极引线10n连接到空腔94内的阵列84。引线10p和10n从阵列84传送电力。在其它示例中，盖96被省略，并且阵列84黏附地固定到致动器60。盖96也可以通过焊接、烧结、或分离的紧固件等而不是粘合剂接合到致动器60。
[0056]空腔94具有底板104、侧壁108、和凹槽112。侧壁108从底板104延伸到凹槽112。侧壁108的高度总体上对应于阵列84的高度。当阵列84定位在空腔94内时，盖96可以因此装配在凹槽112内。当盖96固定时，将盖96装配在凹槽112内使致动器60能够具有相对光滑和面向外地不间断的表面。当盖96固定时，阵列84被包含并且封装在空腔94内。
[0057]值得注意的是，底板104定位成比盖96更靠近制动衬块54。当在操作过程中制动衬块54接触转子58时，产生的热量使底板104比盖96变热更多。因此，阵列84的第二侧92——其与底板104接触——比阵列的第一侧90——其与盖96接触——变热更多。温度梯度因此在阵列的第一侧90和第二侧92之间形成。阵列84使用这个温度梯度来产生电力，该电力因此通过引线10p和10n供应到所需的位置，比如轮胎压力监测传感器26或附件电池38。
[0058]在一些示例中，盖96可以装备有散热板结构120Α(图6Α)或散热板结构120Β(图6Β) ο散热板结构120Α和120Β便于将热能传递到环境空气，这与缺少散热板结构的盖96相比将盖96冷却。用散热板结构将盖96冷却可以对盖96提供冷却效果，并且从而增加盖96和空腔94的底板104之间的温度差。增加温度差可以增加通过热电发电机装置80产生的电力。因此，从相对热的底板104穿过相对冷的第二侧92的热传递通过散热板结构120A或120B增强。
[0059]在本示例中，热电发电机装置80定位并容纳在致动器60内。将热电发电机装置定位在与制动衬块54隔开的致动器60内确保制动衬块54可以被更换和修理，而不显著地干扰或需要更换热电发电机装置80。
[0060]在本实施例中，致动器60提供邻近热电发电机装置80的第一侧90和第二侧92的区域。
[0061 ]在另一个实施例中，致动器60的可以邻近热电发电机装置80的第一侧90和第二侧92的区域可以邻近制动总成的另一个区域，比如空腔74、或环境空气。
[0062]典型地，在这样的实施例中，邻近空腔74的第二侧92相对于邻近致动器60的第一侧90是冷的。来自制动液源72的制动液使邻近空腔74的第二侧92显示出这个温度差。邻近致动器60的第一侧90和邻近空腔74的第二侧92之间的热梯度提供使热电发电机装置80能够产生电力的热梯度。
[0063]—些所公开的示例的特征包括将热电发电机装置集成到致动器，这可以保护热电发电机的有源元件免遭恶劣的环境条件(例如灰尘、制动灰尘、水、盐等)。将热电发电机装置容纳且集成到致动器中可以期望地保护热电发电机的有源元件免遭恶劣的环境条件(例如灰尘、制动灰尘、水、盐等)。
[0064]—些所公开的示例的其它特征包括省去为轮胎压力监测系统的传感器和/或轮胎压力监测系统的射频(RF)发射器元件供电的有限寿命的电池电源。作为替代，或此外，传感器和RF发射器元件通过使用热电发电机装置收获的能量供电。对传感器和RF发射器的供电可以通过无线电力传输来实现。
[0065]在一些实施例中，所公开的示例的实施可以省去在每个车轮的车轮速度传感器线束并且提供用于车辆寿命的轮胎压力监测系统功能的电平而不需要直接轮胎压力监测系统所需的分离的有限寿命的电池电源。对用于轮胎压力监测系统的集中控制器的车轮速度传感器线束的省去可以期望地提高可靠性并降低成本。
[0066]大型车辆和拖车牵引实施例可以包括具有信号复示器的连续或不连续的轮胎压力监测系统。这些系统可以通过RF通信至少部分地通信。这些实施例，和其它实施例中，可以从本发明的特征受益。
[0067]例如，在一些示例中，从与制动总成相关联的热电发电机装置产生的电力可以省去将大型车辆的前方(或在牵引车辆中)的电源连接到放置在大型车辆的后部(或在拖车上)的一个或多个轮胎压力监测系统信号复示器的线束。
[0068]此外，在一些示例中，从制动总成产生的电力可以省去对在轮胎压力监测系统复示器中的分离的有限寿命的自给电池电源的需要，或可以提供不连续的供选择的电源，这提高了轮胎压力监测系统复示器中所包括的主电池电源或可再充电电池电源的寿命。
[0069]与车辆的后部或拖车上的一个或多个车轮相关联的制动总成中的热电元件可以对轮胎压力监测系统信号复示器提供电力。
[0070]省去、或减少需要的，线束和分离的自给电池电源可以提高系统可靠性，省去与仅电池供电的轮胎压力监测系统复示器单元电池故障相关的服务/部件成本，并且能进一步提供这些车辆应用中的重量和成本减少。
[0071]实质上，前面的描述是示例性的而不是限制性的。对于本领域技术人员而言，不必脱离本公开的实质的对本公开示例的变化和修改将变得显而易见。因此，给予本公开的法律保护的范围仅能通过研究下面的权利要求来确定。
【主权项】
1.一种制动总成，包含: 制动衬块； 致动器，所述致动器使所述制动衬块选择性地移动来接触转子；以及热电发电机装置，所述热电发电机装置容纳在所述制动衬块外部，所述热电发电机装置响应于所述制动总成内的温度差而产生电力。2.根据权利要求1所述的制动总成，其中所述热电发电机装置固定到所述致动器。3.根据权利要求1所述的制动总成，其中所述致动器是制动钳。4.根据权利要求1所述的制动总成，其中所述制动衬块包含固定到衬块背板的衬块主体。5.根据权利要求1所述的制动总成，其中所述热电发电机装置包含整体的热电阵列。6.—种车辆，所述车辆包含权利要求1所述的制动总成，并且进一步包含与所述转子一起可旋转的车轮。7.根据权利要求6所述的车辆，进一步包含通过来自所述热电发电机装置的电力至少部分地供电的轮胎压力监测系统。
【文档编号】F16D61/00GK105822698SQ201610024027
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月14日
【发明人】布莱恩·约瑟夫·罗伯特, 肯特·施奈德
【申请人】福特全球技术公司