車両用制動装置
【課題】車両を適切に制動するとともに、制動に伴って発生する熱エネルギーの回収と熱エネルギーから変換された電気エネルギーの利用とを効率よく行う車両用制動装置を提供すること。
【解決手段】制動部１０は、内周面に相対変位不能に組み付けられた摺動部材１１ａを有するブレーキドラム１１と摺動部材と摩擦係合するライニングを有するブレーキシュー１２とを備えている。熱回収部２０は、ブレーキドラムの内周面と摺動部材との間に挟持された熱電変換部２１を備えている。また、熱回収部は、熱電変換部の一面側２１ａと電気的に接続されたスリップリング２３ａと摺動する集電ブラシ２２ａと、熱電変換部の他面側２１ｂと電気的に接続されたスリップリング２３ｂと摺動する集電ブラシ２２ｂとを備えている。これにより、ブラシは熱電変換部が変換した電気エネルギーを集電することができる。
【解決手段】制動部１０は、内周面に相対変位不能に組み付けられた摺動部材１１ａを有するブレーキドラム１１と摺動部材と摩擦係合するライニングを有するブレーキシュー１２とを備えている。熱回収部２０は、ブレーキドラムの内周面と摺動部材との間に挟持された熱電変換部２１を備えている。また、熱回収部は、熱電変換部の一面側２１ａと電気的に接続されたスリップリング２３ａと摺動する集電ブラシ２２ａと、熱電変換部の他面側２１ｂと電気的に接続されたスリップリング２３ｂと摺動する集電ブラシ２２ｂとを備えている。これにより、ブラシは熱電変換部が変換した電気エネルギーを集電することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両用制動装置に関し、特に、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の熱源から熱エネルギーを回収し、この回収した熱エネルギーを、例えば、電気エネルギーに変換して利用することが盛んに研究されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、回転部にブレーキパッドを圧着してブレーキをかけるブレーキキャリパと、ブレーキキャリパに接続するヒートパイプと、ヒートパイプの放熱側端に接続する熱電変換素子と、熱電変換素子の冷却側面に接続する放熱器と、熱電変換素子に接続する蓄電池とを備えた回生ブレーキ装置が示されている。この回生ブレーキ装置においては、制動によりブレーキキャリパのブレーキパッドに生じた摩擦熱がヒートパイプを介して熱電変換素子の加熱面に伝達される一方で熱電変換素子の冷却面が放熱器によって冷却されるため、熱電変換素子は加熱面側と冷却面側との間の温度差により電力を発生することができる。したがって、制動により運動エネルギーを熱エネルギー（摩擦熱）として回収して電気エネルギーに変換できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２０８０４号公報
【発明の概要】
【０００５】
ところで、車両用制動装置としては、上記特許文献１に記載された従来の装置のように、ブレーキディスクとブレーキキャリパを備えたディスクブレーキユニットの他に、ブレーキドラムとブレーキシューを備えたドラムブレーキユニットが存在し、広く採用されている。そして、このようなドラムブレーキユニットを採用し、制動により発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する場合には、摩擦熱の回収効率および電気への変換効率の観点から、ブレーキドラムとブレーキシューとが摩擦熱を発生させる摺動部位の近傍に熱電変換素子をできる限り近づけて配置することが望ましい。
【０００６】
ところが、一般的に、ドラムブレーキユニットにおいては、ブレーキシューが車輪と一体的に回転するブレーキドラム内に収容されるとともに車体側に固定され、ブレーキドラムの内周面にブレーキシューを圧着させる構造が採用される。このため、例えば、ブレーキシューに熱電変換素子を組み付けた場合には、ブレーキドラム内に熱が籠るため、熱電変換素子の加熱面側と冷却面側との間に大きな温度差を生じさせることが難しくなる。一方で、ブレーキシューとの摩擦によって発熱可能でありかつ走行風などによって冷却可能なブレーキドラム側に熱電変換素子を組み付けることが想定されるが、ブレーキドラムの内周面にはブレーキシューが圧着されるため、機械的な強度に劣る熱電変換素子をブレーキシューの圧着に伴って発生するせん断力から保護する必要がある。また、ブレーキドラムは車輪と一体的に回転するものであるため、変換された電力を回収する点で検討の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両を適切に制動するとともに、制動に伴って発生する熱エネルギーの回収と熱エネルギーから変換された電気エネルギーの利用とを効率よく行う車両用制動装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、前記車輪の回転に対して回転不能に組み付けられたブレーキシューの摩擦部材と摩擦係合する金属製の摺動部材を前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムの内周面に対して相対変位不能に設けて、前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、前記ブレーキドラムの内周面と前記摺動部材との間に配置されて、前記摩擦によって発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段とを備えたことにある。この場合、さらに、前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えるとよい。
【０００９】
また、この場合、前記車輪の回転に対して回転不能に設けられて、前記ブレーキドラムと一体的に回転する前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを集電する集電手段を備えるとよい。
【００１０】
そして、この場合、前記集電手段は、例えば、前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続された前記摺動部材との間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続された前記ブレーキドラムの内面との間で摺動して集電する、または、前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電するとよい。さらに、この場合、前記集電手段を、例えば、前記ブレーキシューの摩擦部材を前記ブレーキドラムの摺動部材に摩擦係合させるために設けられたホイールシリンダ、または、前記ブレーキドラムを支持するハブを回転可能に支持するハブベアリングに設けられたシール機構内部に設けるとよい。
【００１１】
これらによれば、ブレーキドラムの内周面にブレーキシューの摩擦部材（ライニング）と摩擦係合する摺動部材をブレーキドラムの内周面に対して相対変位不能に設けることができ、この摺動部材とブレーキドラムの内周面とによって熱電変換手段を挟持することができる。これにより、熱電変換手段をブレーキドラムの内周面に接触（密着）させて組み付けることができ、制動に伴ってブレーキシューの摩擦部材が摺動部材と摩擦係合した場合であっても、熱電変換手段は摺動部材によって保護されているため、例えば、摩擦係合に伴うせん断力によって熱電変換手段が破損することを防止することができる。
【００１２】
また、制動時において、摺動部材と摩擦部材とが摩擦係合して摩擦熱（熱エネルギー）が生じると、摺動部材に接触（密着）する熱電変換手段の一面側が加熱されるとともにブレーキドラムの内周面に密着する熱電変換手段の他面側が冷却される。したがって、熱電変換手段の一面側（加熱側）と他面側（冷却側）との間に温度差を適切に生じさせることができるため、例えば、周知のゼーベック効果によって発生した熱エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換することができる。また、ブレーキドラムと一体的に回転しない集電手段が摺動を伴って変換された電気エネルギーを回収することができるため、極めて簡便な構造により確実に電気エネルギーを回収することができる。
【００１３】
ここで、ブレーキドラムとブレーキシューとを備える、所謂、ドラムブレーキユニットにおいては、制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）がブレーキドラムの内部に籠りやすい。したがって、熱電変換手段の一面側（加熱側）は比較的長い時間にわたり高温状態が維持される一方で、熱電変換手段の他面側（冷却側）は走行風などによって常に冷却される。このため、熱電変換手段は、長時間にわたって継続して摩擦熱（熱エネルギー）を回生電力（電気エネルギー）に変換することができるため、効率よく電力を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用制動装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図２】図１の摺動部材および熱電変換部の組み付け状態を詳細に示す概略図である。
【図３】図１の熱回収部を説明するための図である。
【図４】本発明の変形例に係る熱回収部（集電ブラシ）の構成を詳細に示す概略図である。
【図５】図４の熱回収部を説明するための図である。
【図６】本発明の変形例に係る熱回収部を説明するための図である。
【図７】本発明の変形例に係り、ハブベアリングに設けた熱回収部を説明するための図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、本発明の変形例に係り、摺動部材および熱電変換部の組み付けを説明するための図である。
【図９】図８の摺動部材および熱電変換部の組み付けの変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る車両用制動装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る車両用制動装置Ｓのシステム構成を概略的に示している。この車両用制動装置Ｓは、車両を制動することに加えて、制動に伴って発生する運動エネルギーを熱エネルギーとして回収し、さらに、この回収した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電するものである。
【００１６】
このため、車両用制動装置Ｓは、図１に示すように、車輪Ｗに対して制動力を付与する制動部１０と、この制動部１０による制動に伴って発生する熱エネルギーを回収するとともに回収された熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電する熱回収部２０とを備えている。なお、図１においては、１輪に車両用制動装置Ｓを設けた場合を図示するが、例えば、車両の左右前輪側に車両用制動装置Ｓを設けたり、車両の左右後輪側や全輪に車両用制動装置Ｓを設けて実施可能であることはいうまでもない。
【００１７】
制動力付与手段としての制動部１０は、ブレーキドラム１１とブレーキシュー１２とを備えたドラムブレーキユニットである。ブレーキドラム１１は、図示しないサスペンション装置を構成するナックルＮに組み付けられたハブベアリングＢに回転可能に支持されたハブＨに対してナットにより組み付けられていて、車輪Ｗと一体的に回転するものである。ブレーキシュー１２は、図１および図２に示すように、ブレーキドラム１１内に収容されており、車体側に回転不能に固定されるバックプレートＢＰに対して組み付けられている。そして、ブレーキシュー１２は、ホイールシリンダＷＳの作動により、摩擦部材としてのライニング１２ａがブレーキドラム１１の内周面に後に詳述するように固着される金属製の摺動部材１１ａに対して摩擦係合するようになっている。なお、ドラムブレーキユニットの詳細な構造および作動については、周知のドラムブレーキユニットと同様であり、また、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。
【００１８】
このように構成された制動部１０においては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、ホイールシリンダＷＳにブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキシュー１２は、供給されるブレーキ液圧の増圧に伴って、ライニング１２ａをブレーキドラム１１に固着された摺動部材１１ａに対して圧着させて摩擦係合させる。そして、車輪Ｗと一体的に回転するブレーキドラム１１（より詳しくは、摺動部材１１ａ）に対してライニング１２ａを摩擦係合させることによって摩擦力が発生し、この摩擦力が車輪Ｗの回転を制動する制動力として付与される。
【００１９】
また、車輪Ｗの回転に対して制動力すなわち摩擦力を付与することに伴い、摺動部材１１ａおよびライニング１２ａには摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。したがって、制動部１０は、車両の制動に伴って運動エネルギーを摩擦によって熱エネルギー（摩擦熱）に変換することにより、回転する車輪Ｗを制動する。
【００２０】
熱回収部２０は、図１および図２に概略的に示すように、ブレーキドラム１１の内周面と摺動部材１１ａとにより挟持された熱電変換手段としての熱電変換部２１を備えている。熱電変換部２１は、物質（具体的には、半導体）が有する周知のゼーベック効果を利用して、付与された熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。この熱電変換部２１は、図２に示すように、一面側２１ａが制動部１０の発熱部分である摺動部材１１ａに接触し、他面側２１ｂがブレーキドラム１１の内周面に接触するように、略円筒状に挟持されて組み付けられている。
【００２１】
ここで、熱電変換部２１の組み付けについて、説明しておく。まず、ブレーキドラム１１の内周面に形成されたキー溝の幅長分だけブレーキドラム１１の内周長よりも短くなるように成形されたシート状の熱電変換部２１を、キー溝を基準にしてブレーキドラム１１の内周面に仮組み付けする。次に、このように熱電変換部２１を仮組み付けしたブレーキドラム１１の内周面に対して、常温にてブレーキドラム１１の内周長よりも僅かに長い外周長となるように成形された円筒状の摺動部材１１ａを組み付ける。このとき、摺動部材１１ａを、例えば、極低温に冷却しておき、外周長を常温時に比して僅かに短くした状態でブレーキドラム１１の内面に接触することなく組み付ける。そして、最終的に、絶縁材を表面に形成したキーをブレーキドラム１１の内周面および摺動部材１１ａの外周面に形成したキー溝に対して嵌め込む。なお、本実施形態においては、キー溝およびキーをそれぞれ１つ設けて実施するが、キー溝およびキーの数については、複数設けて実施してもよい。
【００２２】
これにより、摺動部材１１ａの温度が常温まで戻ると、摺動部材１１ａは、膨張することにより、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に対して押し付けて（密着させて）挟持することができる。また、キー溝にキーを嵌め込むことにより、摺動部材１１ａとブレーキドラム１１とを電気的に絶縁した状態とすることができるとともに、ブレーキドラム１１の内周面に対して摺動部材１１ａが周方向に相対的に変位することを防止することができる。
【００２３】
これにより、上述したように制動に伴ってブレーキシュー１２のライニング１２ａと摺動部材１１ａとの間に摩擦力が発生した場合であっても、摺動部材１１ａがブレーキドラム１１の内周面に対して相対的に変位することがない。したがって、摺動部材１１ａとライニング１２ａとの摩擦係合によって適切な摩擦力すなわち制動力を発生することができるとともに、熱電変換部２１に対して摩擦係合に伴うせん断力が作用することを防止することができる。さらに、摺動部材１１ａの内周面は、周方向にて、継ぎ目なく連続しているため、ライニング１２ａとの摩擦係合時すなわち制動時においても、例えば、振動等が発生することを防止することができる。なお、図示を省略するが、熱電変換部２１がブレーキドラム１１に組み付けられるときには、例えば、水などによる腐食を防止するために、熱電変換部２１の周辺にシール材を塗布して防水性を確保するようになっている。
【００２４】
また、ブレーキドラム１１の内面に対して摺動部材１１ａを接触させることなく組み付けることにより、ブレーキシュー１２のライニング１２ａと摺動部材１１ａとの摩擦係合によって発生した摩擦熱（熱エネルギー）が摺動部材１１ａからブレーキドラム１１の内面に伝熱することを防止することができる。これにより、発生した摩擦熱（熱エネルギー）の大部分を熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）に伝熱させることができる。
【００２５】
このように、熱電変換部２１が組み付けられることにより、熱電変換部２１は、後述するように、周知にゼーベック効果によって一面側２１ａと他面側２１ｂとの間の温度差に応じた起電力（電気エネルギー）を発電することができる。なお、以下の説明においては、熱電変換部２１によって発電された起電力を回生電力（電気エネルギー）という。
【００２６】
また、熱回収部２０は、図２に示すように、熱電変換部２１によって発電された回生電力を集電するための集電ブラシ２２ａ，２２ｂを備えている。集電ブラシ２２ａ，２２ｂは、それぞれ、車両搭載時において路面からの位置が高くなるホイールシリンダＷＳに組み付けられており、図３に具体的に示すように、集電ブラシ２２ａはブレーキドラム１１の内面に絶縁層を介して組み付けられた導電性を有するスリップリング２３ａと摺動し、集電ブラシ２２ｂはブレーキドラム１１の内面に組み付けられた導電性を有するスリップリング２３ｂと摺動するようになっている。ここで、導電性を有するスリップリング２３ａは、図３に示すように、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と電気的に接続されている。また、導電性を有するスリップリング２３ｂは、図３に示すように、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）と電気的に接続されている。
【００２７】
さらに、熱回収部２０は、図３に示すように、変圧回路２４とバッテリ２５とを備えている。変圧回路２４は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやコンデンサなどを主要構成部品として熱電変換部２１（より具体的には、集電ブラシ２２ａ，２２ｂ）とバッテリ２５とを電気的に接続する電気回路である。そして、変圧回路２４は、熱電変換部２１によって発電された回生電力を変圧してバッテリ２５に出力する。バッテリ２５は、変圧回路２４から出力された回生電力を蓄電するものである。
【００２８】
このように構成された熱回収部２０においては、熱電変換部２１の一面側２１ａは、摺動部材１１ａに密着しているため、ブレーキシュー１２のライニング１２ａと摺動部材１１ａとの摩擦係合により発生する摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱される。一方、熱電変換部２１の他面側２１ｂは、外気に曝されているブレーキドラム１１の内周面に密着しているため、例えば、走行風などによってブレーキドラム１１が冷却されることに伴って冷却される。これにより、制動部１０が回転している車輪Ｗに制動力を付与している状況においては、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と他面側２１ｂ（冷却側）との間に温度差が生じるため、熱電変換部２１は、発生した温度差に応じた回線電力（電気エネルギー）を周知のゼーベック効果により発電することができる。
【００２９】
そして、熱電変換部２１によって発電された回生電力は、電気的に接続されたスリップリング２３ａ，２３ｂを介して、集電ブラシ２２ａ，２２ｂによって集電される。具体的には、スリップリング２３ａ，２３ｂは、ブレーキドラム１１に組み付けられているため、熱電変換部２１とともに一体的に回転する。また、熱電変換部２１とスリップリング２３ａ，２３ｂとは、互いに電気的に接続されている。そして、回転不能に車体側に固定されたホイールシリンダＷＳに組み付けられた集電ブラシ２２ａ，２２ｂは、回転するスリップリング２３ａ，２３ｂに対して摺動しながら回生電力を集電する。
【００３０】
このように集電された回生電力は、変圧回路２４によって変圧されてバッテリ２５に出力される。そして、バッテリ２５は、出力された回生電力を蓄電し、蓄電された回生電力は、例えば、車両に搭載された各種機器の駆動に利用される。
【００３１】
以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、ドラムブレーキユニットにおいて、ブレーキドラム１１の内周面にブレーキシュー１２のライニング１２ａと摩擦係合する摺動部材１１ａをブレーキドラム１１の内周面に対して相対変位不能に設け、この摺動部材１１ａとブレーキドラム１１の内周面とにより、熱電変換部２１を挟持することができる。これにより、制動時において、摺動部材１１ａとブレーキシュー１２のライニング１２ａとが摩擦係合して摩擦熱（熱エネルギー）が生じると、摺動部材１１ａに密着する熱電変換部２１の一面側２１ａが加熱されるとともにブレーキドラム１１の内周面に密着する熱電変換部２１の他面側２１ｂが冷却される。したがって、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と他面側２１ｂ（冷却側）との間に温度差を適切に生じさせることができるため、例えば、周知のゼーベック効果によって発生した熱エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換することができる。また、ブレーキドラム１１と一体的に回転しない集電ブラシ２２ａ，２２ｂが摺動を伴って変換された回生電力（電気エネルギー）を回収することができるため、極めて簡便な構造により確実に回生電力（電気エネルギー）を回収することができる。
【００３２】
ここで、ドラムブレーキユニットにおいては、ブレーキドラム１１の開口側（車体側）がバックプレートＢＰによって塞がれる構造であるため、制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）がブレーキドラム１１の内部に籠りやすい。したがって、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）は比較的長い時間にわたり高温状態が維持される一方で、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）は走行風などによって常に冷却される。このため、熱電変換部２１は、長時間にわたって継続して摩擦熱（熱エネルギー）を回生電力（電気エネルギー）に変換することができるため、効率よく電力を回収することができる。
【００３３】
また、熱電変換部２１は、ブレーキドラム１１の内周面に対して相対変位不能に組み付けられた摺動部材１１ａによってブレーキドラム１１の内周面に密着して組み付けられる。これにより、制動に伴ってブレーキシュー１２のライニング１２ａが摺動部材１１ａと摩擦係合した場合であっても、熱電変換部２１は摺動部材１１ａによって保護されているため、例えば、摩擦係合に伴うせん断力によって熱電変換部２１が破損することを防止することができる。
【００３４】
上記実施形態においては、ホイールシリンダＷＳに組み付けられた集電ブラシ２２ａ，２２ｂがブレーキドラム１１と一体的に回転するとともに熱電変換部２１と電気的に接続されたスリップリング２３ａ，２３ｂと摺動することにより、言い換えれば、スリップリング２３ａ，２３ｂを介することにより、発電された回生電力を集電するように実施した。この場合、ブレーキドラム１１および摺動部材１１ａが導電性を有する金属材料から形成されるため、スリップリング２３ａ，２３ｂを設けることなく集電ブラシ２２ａ，２２ｂが回生電力を集電することが可能である。すなわち、この場合には、図４および図５に概略的に示すように、集電ブラシ２２ａは熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）に密着する摺動部材１１ａに接触して摺動するように配置され、集電ブラシ２２ｂは熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）に密着するブレーキドラム１１の内面に接触して摺動するように配置される。
【００３５】
このように、集電ブラシ２２ａ，２２ｂが配置され、それぞれ、摺動部材１１ａとブレーキドラム１１の内面とに接触して摺動することによっても、熱電変換部２１によって発電された回生電力を集電することができる。したがって、この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、上記実施形態においては、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）と電気的に接続されるスリップリング２３ｂを設けて実施した。しかしながら、上述したように、ブレーキドラム１１は一般的に導電性を有する金属材料から形成されるため、スリップリング２３ｂを省略して実施することも可能である。この場合、図６に示すように、集電ブラシ２２ａは、上記実施形態と同様に、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と電気的に接続されてブレーキドラム１１の内面に絶縁層を介して組み付けられるスリップリング２３ａと摺動するように配置され、集電ブラシ２２ｂは、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）に密着するブレーキドラム１１の内面に直接接触するように配置される。したがって、この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、上記実施形態においては、例えば、深い水溜りなどを走行する際に飛散する泥や水の影響を受けにくくするために、集電ブラシ２２ａ，２２ｂを路面からの高さが高くなるホイールシリンダＷＳに組み付けるように実施した。この場合、より防水性を高めるために、図７に概略的に示すように、従来からハブベアリングＢに設けられているシール部材Ｇによるシール構造内に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを収容して実施することも可能である。
【００３８】
具体的に説明すると、この場合、集電ブラシ２２ａ，２２ｂは、図７に示すように、シール部材ＧとハブベアリングＢを構成するアウターベアリングとの間に配置され、かつ、ハブベアリングＢの外輪側（回転しない側）に組み付けられている。また、この場合、スリップリング２３ａ，２３ｂは、図７に示すように、集電ブラシ２２ａ，２２ｂに対向してハブベアリングＢの内輪側（ハブＨと一体的に回転する側）に絶縁層を介して組み付けられている。そして、スリップリング２３ａ，２３ｂは、それぞれ、上記実施形態と同様にブレーキドラム１１の内周面に組み付けられた熱電変換部２１に電気的に接続される。具体的には、上記実施形態と同様に、スリップリング２３ａは熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と電気的に接続され、スリップリング２３ｂは熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）と電気的に接続される。なお、この場合、図７に示したように、シール部材Ｇの内側でアウターベアリングの外側に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを設けることに代えて、例えば、アウターベアリングとインナーベアリング間に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを設けてもよい。
【００３９】
このように、ハブベアリングＢのシール構造内に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを収容することにより、防水性を良好に確保することができる。これにより、例えば、泥や水による集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂの腐食を良好に防止することができ、熱電変換部２１によって発電された回生電力を長期間にわたり効率よく集電（回収）することができる。その他の効果については、上記実施形態と同様である。
【００４０】
さらに、上記実施形態においては、ブレーキドラム１１に対して、予め円筒状に形成した摺動部材１１ａを組み付けて（嵌め込んで）、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面および摺動部材１１ａの外周面に密着させるようにした。この場合、より組み付け性を向上させるために、図８（ａ）に概略的に示すように、板状のばね鋼から形成した摺動部材１１ａに接着層を介して板状（薄膜状）の熱電変換部２１を積層し、さらに、熱電変換部２１に接着層を積層した仮組み付け部材を予め成形しておく。そして、この仮組み付け部材を、図８（ｂ）に示すように、湾曲させてブレーキドラム１１の内周面に組み付け、仮組み付け部材がブレーキドラム１１の内周方向に相対変位することを防止するキーを嵌め込む。これにより、湾曲された摺動部材１１ａ（ばね鋼）の反発力により、熱電変換部２１が摺動部材１１ａおよびブレーキドラム１１の内周面に密着される状態が実現される。また、キーを嵌め込むことにより、摺動部材１１ａの相対変位を防止することができて、摩擦係合に伴うせん断力によって熱電変換部２１が破損することも防止することができる。
【００４１】
このように、摺動部材１１ａおよび熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に組み付けることにより、例えば、冷却装置などが不要となり簡便な組み付け装置を用いることができて、製造コストを低減することができる。
【００４２】
なお、このような組み付け方法を採用する場合には、組み付け後の摺動部材１１ａの内周面に対してキーが若干突出する場合がある。この場合には、キーの突出部分を、例えば、切削加工により切削して、摺動部材１１ａの内周面を平滑にしておくことが好ましい。このように摺動部材１１ａの内周面を平滑にしておくことにより、制動時においてブレーキシュー１２のライニング１２ａと摩擦係合する際に発生する振動を抑制することができる。
【００４３】
また、この場合、仮組み付け部材を、例えば、２つに予め分割しておき、図９に概略的に示すように、これら仮組み付け部材を湾曲させてブレーキドラム１１の内周面に組み付けた後、２つのキーを嵌め込んで摺動部材１１ａおよび熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に組み付けることも可能である。この場合においても、簡便な組み付け装置を用いることができて、製造コストを低減することができる。
【００４４】
さらに、摺動部材１１ａをばね鋼以外の金属から形成した場合には、例えば、図８（ｂ）および図９に示すように、嵌め込まれるキーが摺動部材１１ａをブレーキドラム１１の内周方向に拡張する力を発生させるようにすることができる。この場合には、キーによる拡張する力により、熱電変換部２１が摺動部材１１ａおよびブレーキドラム１１の内周面に密着される状態が実現される。
【００４５】
本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態においては、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面の全周に渡り配置するように実施した。この場合、摺動部材１１ａが伝熱性に優れた金属材料から形成されるため、例えば、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に対して間隔を有して複数配置して実施することも可能である。この場合であっても、上記実施形態および各変形例と同様の効果が期待できる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、集電ブラシ２２ａ，２２ｂをホイールシリンダＷＳに組み付けて実施した。しかしながら、防水性を確保可能であれば、集電ブラシ２２ａ，２２ｂをホイールシリンダＷＳに組み付けることに限定することなく、ブレーキドラム１１内であればいかなる位置に集電ブラシ２２ａ，２２ｂを設けてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…制動部、１１…ブレーキドラム、１１ａ…摺動部材、１２…ブレーキシュー、１２ａ…ライニング、２０…熱回収部、２１…熱電変換部、２１ａ…一面側（加熱側）、２１ｂ…他面側（冷却側）、２２ａ，２２ｂ…集電ブラシ、２３ａ，２３ｂ…スリップリング、２４…変圧回路、２５…バッテリ、Ｓ…車両用制動装置、Ｗ…車輪、Ｈ…ハブ、Ｂ…ハブナット、Ｎ…ナックル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両用制動装置に関し、特に、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の熱源から熱エネルギーを回収し、この回収した熱エネルギーを、例えば、電気エネルギーに変換して利用することが盛んに研究されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、回転部にブレーキパッドを圧着してブレーキをかけるブレーキキャリパと、ブレーキキャリパに接続するヒートパイプと、ヒートパイプの放熱側端に接続する熱電変換素子と、熱電変換素子の冷却側面に接続する放熱器と、熱電変換素子に接続する蓄電池とを備えた回生ブレーキ装置が示されている。この回生ブレーキ装置においては、制動によりブレーキキャリパのブレーキパッドに生じた摩擦熱がヒートパイプを介して熱電変換素子の加熱面に伝達される一方で熱電変換素子の冷却面が放熱器によって冷却されるため、熱電変換素子は加熱面側と冷却面側との間の温度差により電力を発生することができる。したがって、制動により運動エネルギーを熱エネルギー（摩擦熱）として回収して電気エネルギーに変換できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２０８０４号公報
【発明の概要】
【０００５】
ところで、車両用制動装置としては、上記特許文献１に記載された従来の装置のように、ブレーキディスクとブレーキキャリパを備えたディスクブレーキユニットの他に、ブレーキドラムとブレーキシューを備えたドラムブレーキユニットが存在し、広く採用されている。そして、このようなドラムブレーキユニットを採用し、制動により発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する場合には、摩擦熱の回収効率および電気への変換効率の観点から、ブレーキドラムとブレーキシューとが摩擦熱を発生させる摺動部位の近傍に熱電変換素子をできる限り近づけて配置することが望ましい。
【０００６】
ところが、一般的に、ドラムブレーキユニットにおいては、ブレーキシューが車輪と一体的に回転するブレーキドラム内に収容されるとともに車体側に固定され、ブレーキドラムの内周面にブレーキシューを圧着させる構造が採用される。このため、例えば、ブレーキシューに熱電変換素子を組み付けた場合には、ブレーキドラム内に熱が籠るため、熱電変換素子の加熱面側と冷却面側との間に大きな温度差を生じさせることが難しくなる。一方で、ブレーキシューとの摩擦によって発熱可能でありかつ走行風などによって冷却可能なブレーキドラム側に熱電変換素子を組み付けることが想定されるが、ブレーキドラムの内周面にはブレーキシューが圧着されるため、機械的な強度に劣る熱電変換素子をブレーキシューの圧着に伴って発生するせん断力から保護する必要がある。また、ブレーキドラムは車輪と一体的に回転するものであるため、変換された電力を回収する点で検討の余地がある。
【０００７】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両を適切に制動するとともに、制動に伴って発生する熱エネルギーの回収と熱エネルギーから変換された電気エネルギーの利用とを効率よく行う車両用制動装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、前記車輪の回転に対して回転不能に組み付けられたブレーキシューの摩擦部材と摩擦係合する金属製の摺動部材を前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムの内周面に対して相対変位不能に設けて、前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、前記ブレーキドラムの内周面と前記摺動部材との間に配置されて、前記摩擦によって発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段とを備えたことにある。この場合、さらに、前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えるとよい。
【０００９】
また、この場合、前記車輪の回転に対して回転不能に設けられて、前記ブレーキドラムと一体的に回転する前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを集電する集電手段を備えるとよい。
【００１０】
そして、この場合、前記集電手段は、例えば、前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続された前記摺動部材との間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続された前記ブレーキドラムの内面との間で摺動して集電する、または、前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電するとよい。さらに、この場合、前記集電手段を、例えば、前記ブレーキシューの摩擦部材を前記ブレーキドラムの摺動部材に摩擦係合させるために設けられたホイールシリンダ、または、前記ブレーキドラムを支持するハブを回転可能に支持するハブベアリングに設けられたシール機構内部に設けるとよい。
【００１１】
これらによれば、ブレーキドラムの内周面にブレーキシューの摩擦部材（ライニング）と摩擦係合する摺動部材をブレーキドラムの内周面に対して相対変位不能に設けることができ、この摺動部材とブレーキドラムの内周面とによって熱電変換手段を挟持することができる。これにより、熱電変換手段をブレーキドラムの内周面に接触（密着）させて組み付けることができ、制動に伴ってブレーキシューの摩擦部材が摺動部材と摩擦係合した場合であっても、熱電変換手段は摺動部材によって保護されているため、例えば、摩擦係合に伴うせん断力によって熱電変換手段が破損することを防止することができる。
【００１２】
また、制動時において、摺動部材と摩擦部材とが摩擦係合して摩擦熱（熱エネルギー）が生じると、摺動部材に接触（密着）する熱電変換手段の一面側が加熱されるとともにブレーキドラムの内周面に密着する熱電変換手段の他面側が冷却される。したがって、熱電変換手段の一面側（加熱側）と他面側（冷却側）との間に温度差を適切に生じさせることができるため、例えば、周知のゼーベック効果によって発生した熱エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換することができる。また、ブレーキドラムと一体的に回転しない集電手段が摺動を伴って変換された電気エネルギーを回収することができるため、極めて簡便な構造により確実に電気エネルギーを回収することができる。
【００１３】
ここで、ブレーキドラムとブレーキシューとを備える、所謂、ドラムブレーキユニットにおいては、制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）がブレーキドラムの内部に籠りやすい。したがって、熱電変換手段の一面側（加熱側）は比較的長い時間にわたり高温状態が維持される一方で、熱電変換手段の他面側（冷却側）は走行風などによって常に冷却される。このため、熱電変換手段は、長時間にわたって継続して摩擦熱（熱エネルギー）を回生電力（電気エネルギー）に変換することができるため、効率よく電力を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用制動装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図２】図１の摺動部材および熱電変換部の組み付け状態を詳細に示す概略図である。
【図３】図１の熱回収部を説明するための図である。
【図４】本発明の変形例に係る熱回収部（集電ブラシ）の構成を詳細に示す概略図である。
【図５】図４の熱回収部を説明するための図である。
【図６】本発明の変形例に係る熱回収部を説明するための図である。
【図７】本発明の変形例に係り、ハブベアリングに設けた熱回収部を説明するための図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、本発明の変形例に係り、摺動部材および熱電変換部の組み付けを説明するための図である。
【図９】図８の摺動部材および熱電変換部の組み付けの変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る車両用制動装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る車両用制動装置Ｓのシステム構成を概略的に示している。この車両用制動装置Ｓは、車両を制動することに加えて、制動に伴って発生する運動エネルギーを熱エネルギーとして回収し、さらに、この回収した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電するものである。
【００１６】
このため、車両用制動装置Ｓは、図１に示すように、車輪Ｗに対して制動力を付与する制動部１０と、この制動部１０による制動に伴って発生する熱エネルギーを回収するとともに回収された熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電する熱回収部２０とを備えている。なお、図１においては、１輪に車両用制動装置Ｓを設けた場合を図示するが、例えば、車両の左右前輪側に車両用制動装置Ｓを設けたり、車両の左右後輪側や全輪に車両用制動装置Ｓを設けて実施可能であることはいうまでもない。
【００１７】
制動力付与手段としての制動部１０は、ブレーキドラム１１とブレーキシュー１２とを備えたドラムブレーキユニットである。ブレーキドラム１１は、図示しないサスペンション装置を構成するナックルＮに組み付けられたハブベアリングＢに回転可能に支持されたハブＨに対してナットにより組み付けられていて、車輪Ｗと一体的に回転するものである。ブレーキシュー１２は、図１および図２に示すように、ブレーキドラム１１内に収容されており、車体側に回転不能に固定されるバックプレートＢＰに対して組み付けられている。そして、ブレーキシュー１２は、ホイールシリンダＷＳの作動により、摩擦部材としてのライニング１２ａがブレーキドラム１１の内周面に後に詳述するように固着される金属製の摺動部材１１ａに対して摩擦係合するようになっている。なお、ドラムブレーキユニットの詳細な構造および作動については、周知のドラムブレーキユニットと同様であり、また、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。
【００１８】
このように構成された制動部１０においては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、ホイールシリンダＷＳにブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキシュー１２は、供給されるブレーキ液圧の増圧に伴って、ライニング１２ａをブレーキドラム１１に固着された摺動部材１１ａに対して圧着させて摩擦係合させる。そして、車輪Ｗと一体的に回転するブレーキドラム１１（より詳しくは、摺動部材１１ａ）に対してライニング１２ａを摩擦係合させることによって摩擦力が発生し、この摩擦力が車輪Ｗの回転を制動する制動力として付与される。
【００１９】
また、車輪Ｗの回転に対して制動力すなわち摩擦力を付与することに伴い、摺動部材１１ａおよびライニング１２ａには摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。したがって、制動部１０は、車両の制動に伴って運動エネルギーを摩擦によって熱エネルギー（摩擦熱）に変換することにより、回転する車輪Ｗを制動する。
【００２０】
熱回収部２０は、図１および図２に概略的に示すように、ブレーキドラム１１の内周面と摺動部材１１ａとにより挟持された熱電変換手段としての熱電変換部２１を備えている。熱電変換部２１は、物質（具体的には、半導体）が有する周知のゼーベック効果を利用して、付与された熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。この熱電変換部２１は、図２に示すように、一面側２１ａが制動部１０の発熱部分である摺動部材１１ａに接触し、他面側２１ｂがブレーキドラム１１の内周面に接触するように、略円筒状に挟持されて組み付けられている。
【００２１】
ここで、熱電変換部２１の組み付けについて、説明しておく。まず、ブレーキドラム１１の内周面に形成されたキー溝の幅長分だけブレーキドラム１１の内周長よりも短くなるように成形されたシート状の熱電変換部２１を、キー溝を基準にしてブレーキドラム１１の内周面に仮組み付けする。次に、このように熱電変換部２１を仮組み付けしたブレーキドラム１１の内周面に対して、常温にてブレーキドラム１１の内周長よりも僅かに長い外周長となるように成形された円筒状の摺動部材１１ａを組み付ける。このとき、摺動部材１１ａを、例えば、極低温に冷却しておき、外周長を常温時に比して僅かに短くした状態でブレーキドラム１１の内面に接触することなく組み付ける。そして、最終的に、絶縁材を表面に形成したキーをブレーキドラム１１の内周面および摺動部材１１ａの外周面に形成したキー溝に対して嵌め込む。なお、本実施形態においては、キー溝およびキーをそれぞれ１つ設けて実施するが、キー溝およびキーの数については、複数設けて実施してもよい。
【００２２】
これにより、摺動部材１１ａの温度が常温まで戻ると、摺動部材１１ａは、膨張することにより、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に対して押し付けて（密着させて）挟持することができる。また、キー溝にキーを嵌め込むことにより、摺動部材１１ａとブレーキドラム１１とを電気的に絶縁した状態とすることができるとともに、ブレーキドラム１１の内周面に対して摺動部材１１ａが周方向に相対的に変位することを防止することができる。
【００２３】
これにより、上述したように制動に伴ってブレーキシュー１２のライニング１２ａと摺動部材１１ａとの間に摩擦力が発生した場合であっても、摺動部材１１ａがブレーキドラム１１の内周面に対して相対的に変位することがない。したがって、摺動部材１１ａとライニング１２ａとの摩擦係合によって適切な摩擦力すなわち制動力を発生することができるとともに、熱電変換部２１に対して摩擦係合に伴うせん断力が作用することを防止することができる。さらに、摺動部材１１ａの内周面は、周方向にて、継ぎ目なく連続しているため、ライニング１２ａとの摩擦係合時すなわち制動時においても、例えば、振動等が発生することを防止することができる。なお、図示を省略するが、熱電変換部２１がブレーキドラム１１に組み付けられるときには、例えば、水などによる腐食を防止するために、熱電変換部２１の周辺にシール材を塗布して防水性を確保するようになっている。
【００２４】
また、ブレーキドラム１１の内面に対して摺動部材１１ａを接触させることなく組み付けることにより、ブレーキシュー１２のライニング１２ａと摺動部材１１ａとの摩擦係合によって発生した摩擦熱（熱エネルギー）が摺動部材１１ａからブレーキドラム１１の内面に伝熱することを防止することができる。これにより、発生した摩擦熱（熱エネルギー）の大部分を熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）に伝熱させることができる。
【００２５】
このように、熱電変換部２１が組み付けられることにより、熱電変換部２１は、後述するように、周知にゼーベック効果によって一面側２１ａと他面側２１ｂとの間の温度差に応じた起電力（電気エネルギー）を発電することができる。なお、以下の説明においては、熱電変換部２１によって発電された起電力を回生電力（電気エネルギー）という。
【００２６】
また、熱回収部２０は、図２に示すように、熱電変換部２１によって発電された回生電力を集電するための集電ブラシ２２ａ，２２ｂを備えている。集電ブラシ２２ａ，２２ｂは、それぞれ、車両搭載時において路面からの位置が高くなるホイールシリンダＷＳに組み付けられており、図３に具体的に示すように、集電ブラシ２２ａはブレーキドラム１１の内面に絶縁層を介して組み付けられた導電性を有するスリップリング２３ａと摺動し、集電ブラシ２２ｂはブレーキドラム１１の内面に組み付けられた導電性を有するスリップリング２３ｂと摺動するようになっている。ここで、導電性を有するスリップリング２３ａは、図３に示すように、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と電気的に接続されている。また、導電性を有するスリップリング２３ｂは、図３に示すように、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）と電気的に接続されている。
【００２７】
さらに、熱回収部２０は、図３に示すように、変圧回路２４とバッテリ２５とを備えている。変圧回路２４は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやコンデンサなどを主要構成部品として熱電変換部２１（より具体的には、集電ブラシ２２ａ，２２ｂ）とバッテリ２５とを電気的に接続する電気回路である。そして、変圧回路２４は、熱電変換部２１によって発電された回生電力を変圧してバッテリ２５に出力する。バッテリ２５は、変圧回路２４から出力された回生電力を蓄電するものである。
【００２８】
このように構成された熱回収部２０においては、熱電変換部２１の一面側２１ａは、摺動部材１１ａに密着しているため、ブレーキシュー１２のライニング１２ａと摺動部材１１ａとの摩擦係合により発生する摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱される。一方、熱電変換部２１の他面側２１ｂは、外気に曝されているブレーキドラム１１の内周面に密着しているため、例えば、走行風などによってブレーキドラム１１が冷却されることに伴って冷却される。これにより、制動部１０が回転している車輪Ｗに制動力を付与している状況においては、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と他面側２１ｂ（冷却側）との間に温度差が生じるため、熱電変換部２１は、発生した温度差に応じた回線電力（電気エネルギー）を周知のゼーベック効果により発電することができる。
【００２９】
そして、熱電変換部２１によって発電された回生電力は、電気的に接続されたスリップリング２３ａ，２３ｂを介して、集電ブラシ２２ａ，２２ｂによって集電される。具体的には、スリップリング２３ａ，２３ｂは、ブレーキドラム１１に組み付けられているため、熱電変換部２１とともに一体的に回転する。また、熱電変換部２１とスリップリング２３ａ，２３ｂとは、互いに電気的に接続されている。そして、回転不能に車体側に固定されたホイールシリンダＷＳに組み付けられた集電ブラシ２２ａ，２２ｂは、回転するスリップリング２３ａ，２３ｂに対して摺動しながら回生電力を集電する。
【００３０】
このように集電された回生電力は、変圧回路２４によって変圧されてバッテリ２５に出力される。そして、バッテリ２５は、出力された回生電力を蓄電し、蓄電された回生電力は、例えば、車両に搭載された各種機器の駆動に利用される。
【００３１】
以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、ドラムブレーキユニットにおいて、ブレーキドラム１１の内周面にブレーキシュー１２のライニング１２ａと摩擦係合する摺動部材１１ａをブレーキドラム１１の内周面に対して相対変位不能に設け、この摺動部材１１ａとブレーキドラム１１の内周面とにより、熱電変換部２１を挟持することができる。これにより、制動時において、摺動部材１１ａとブレーキシュー１２のライニング１２ａとが摩擦係合して摩擦熱（熱エネルギー）が生じると、摺動部材１１ａに密着する熱電変換部２１の一面側２１ａが加熱されるとともにブレーキドラム１１の内周面に密着する熱電変換部２１の他面側２１ｂが冷却される。したがって、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と他面側２１ｂ（冷却側）との間に温度差を適切に生じさせることができるため、例えば、周知のゼーベック効果によって発生した熱エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換することができる。また、ブレーキドラム１１と一体的に回転しない集電ブラシ２２ａ，２２ｂが摺動を伴って変換された回生電力（電気エネルギー）を回収することができるため、極めて簡便な構造により確実に回生電力（電気エネルギー）を回収することができる。
【００３２】
ここで、ドラムブレーキユニットにおいては、ブレーキドラム１１の開口側（車体側）がバックプレートＢＰによって塞がれる構造であるため、制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）がブレーキドラム１１の内部に籠りやすい。したがって、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）は比較的長い時間にわたり高温状態が維持される一方で、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）は走行風などによって常に冷却される。このため、熱電変換部２１は、長時間にわたって継続して摩擦熱（熱エネルギー）を回生電力（電気エネルギー）に変換することができるため、効率よく電力を回収することができる。
【００３３】
また、熱電変換部２１は、ブレーキドラム１１の内周面に対して相対変位不能に組み付けられた摺動部材１１ａによってブレーキドラム１１の内周面に密着して組み付けられる。これにより、制動に伴ってブレーキシュー１２のライニング１２ａが摺動部材１１ａと摩擦係合した場合であっても、熱電変換部２１は摺動部材１１ａによって保護されているため、例えば、摩擦係合に伴うせん断力によって熱電変換部２１が破損することを防止することができる。
【００３４】
上記実施形態においては、ホイールシリンダＷＳに組み付けられた集電ブラシ２２ａ，２２ｂがブレーキドラム１１と一体的に回転するとともに熱電変換部２１と電気的に接続されたスリップリング２３ａ，２３ｂと摺動することにより、言い換えれば、スリップリング２３ａ，２３ｂを介することにより、発電された回生電力を集電するように実施した。この場合、ブレーキドラム１１および摺動部材１１ａが導電性を有する金属材料から形成されるため、スリップリング２３ａ，２３ｂを設けることなく集電ブラシ２２ａ，２２ｂが回生電力を集電することが可能である。すなわち、この場合には、図４および図５に概略的に示すように、集電ブラシ２２ａは熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）に密着する摺動部材１１ａに接触して摺動するように配置され、集電ブラシ２２ｂは熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）に密着するブレーキドラム１１の内面に接触して摺動するように配置される。
【００３５】
このように、集電ブラシ２２ａ，２２ｂが配置され、それぞれ、摺動部材１１ａとブレーキドラム１１の内面とに接触して摺動することによっても、熱電変換部２１によって発電された回生電力を集電することができる。したがって、この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、上記実施形態においては、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）と電気的に接続されるスリップリング２３ｂを設けて実施した。しかしながら、上述したように、ブレーキドラム１１は一般的に導電性を有する金属材料から形成されるため、スリップリング２３ｂを省略して実施することも可能である。この場合、図６に示すように、集電ブラシ２２ａは、上記実施形態と同様に、熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と電気的に接続されてブレーキドラム１１の内面に絶縁層を介して組み付けられるスリップリング２３ａと摺動するように配置され、集電ブラシ２２ｂは、熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）に密着するブレーキドラム１１の内面に直接接触するように配置される。したがって、この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、上記実施形態においては、例えば、深い水溜りなどを走行する際に飛散する泥や水の影響を受けにくくするために、集電ブラシ２２ａ，２２ｂを路面からの高さが高くなるホイールシリンダＷＳに組み付けるように実施した。この場合、より防水性を高めるために、図７に概略的に示すように、従来からハブベアリングＢに設けられているシール部材Ｇによるシール構造内に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを収容して実施することも可能である。
【００３８】
具体的に説明すると、この場合、集電ブラシ２２ａ，２２ｂは、図７に示すように、シール部材ＧとハブベアリングＢを構成するアウターベアリングとの間に配置され、かつ、ハブベアリングＢの外輪側（回転しない側）に組み付けられている。また、この場合、スリップリング２３ａ，２３ｂは、図７に示すように、集電ブラシ２２ａ，２２ｂに対向してハブベアリングＢの内輪側（ハブＨと一体的に回転する側）に絶縁層を介して組み付けられている。そして、スリップリング２３ａ，２３ｂは、それぞれ、上記実施形態と同様にブレーキドラム１１の内周面に組み付けられた熱電変換部２１に電気的に接続される。具体的には、上記実施形態と同様に、スリップリング２３ａは熱電変換部２１の一面側２１ａ（加熱側）と電気的に接続され、スリップリング２３ｂは熱電変換部２１の他面側２１ｂ（冷却側）と電気的に接続される。なお、この場合、図７に示したように、シール部材Ｇの内側でアウターベアリングの外側に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを設けることに代えて、例えば、アウターベアリングとインナーベアリング間に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを設けてもよい。
【００３９】
このように、ハブベアリングＢのシール構造内に集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂを収容することにより、防水性を良好に確保することができる。これにより、例えば、泥や水による集電ブラシ２２ａ，２２ｂおよびスリップリング２３ａ，２３ｂの腐食を良好に防止することができ、熱電変換部２１によって発電された回生電力を長期間にわたり効率よく集電（回収）することができる。その他の効果については、上記実施形態と同様である。
【００４０】
さらに、上記実施形態においては、ブレーキドラム１１に対して、予め円筒状に形成した摺動部材１１ａを組み付けて（嵌め込んで）、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面および摺動部材１１ａの外周面に密着させるようにした。この場合、より組み付け性を向上させるために、図８（ａ）に概略的に示すように、板状のばね鋼から形成した摺動部材１１ａに接着層を介して板状（薄膜状）の熱電変換部２１を積層し、さらに、熱電変換部２１に接着層を積層した仮組み付け部材を予め成形しておく。そして、この仮組み付け部材を、図８（ｂ）に示すように、湾曲させてブレーキドラム１１の内周面に組み付け、仮組み付け部材がブレーキドラム１１の内周方向に相対変位することを防止するキーを嵌め込む。これにより、湾曲された摺動部材１１ａ（ばね鋼）の反発力により、熱電変換部２１が摺動部材１１ａおよびブレーキドラム１１の内周面に密着される状態が実現される。また、キーを嵌め込むことにより、摺動部材１１ａの相対変位を防止することができて、摩擦係合に伴うせん断力によって熱電変換部２１が破損することも防止することができる。
【００４１】
このように、摺動部材１１ａおよび熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に組み付けることにより、例えば、冷却装置などが不要となり簡便な組み付け装置を用いることができて、製造コストを低減することができる。
【００４２】
なお、このような組み付け方法を採用する場合には、組み付け後の摺動部材１１ａの内周面に対してキーが若干突出する場合がある。この場合には、キーの突出部分を、例えば、切削加工により切削して、摺動部材１１ａの内周面を平滑にしておくことが好ましい。このように摺動部材１１ａの内周面を平滑にしておくことにより、制動時においてブレーキシュー１２のライニング１２ａと摩擦係合する際に発生する振動を抑制することができる。
【００４３】
また、この場合、仮組み付け部材を、例えば、２つに予め分割しておき、図９に概略的に示すように、これら仮組み付け部材を湾曲させてブレーキドラム１１の内周面に組み付けた後、２つのキーを嵌め込んで摺動部材１１ａおよび熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に組み付けることも可能である。この場合においても、簡便な組み付け装置を用いることができて、製造コストを低減することができる。
【００４４】
さらに、摺動部材１１ａをばね鋼以外の金属から形成した場合には、例えば、図８（ｂ）および図９に示すように、嵌め込まれるキーが摺動部材１１ａをブレーキドラム１１の内周方向に拡張する力を発生させるようにすることができる。この場合には、キーによる拡張する力により、熱電変換部２１が摺動部材１１ａおよびブレーキドラム１１の内周面に密着される状態が実現される。
【００４５】
本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態においては、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面の全周に渡り配置するように実施した。この場合、摺動部材１１ａが伝熱性に優れた金属材料から形成されるため、例えば、熱電変換部２１をブレーキドラム１１の内周面に対して間隔を有して複数配置して実施することも可能である。この場合であっても、上記実施形態および各変形例と同様の効果が期待できる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、集電ブラシ２２ａ，２２ｂをホイールシリンダＷＳに組み付けて実施した。しかしながら、防水性を確保可能であれば、集電ブラシ２２ａ，２２ｂをホイールシリンダＷＳに組み付けることに限定することなく、ブレーキドラム１１内であればいかなる位置に集電ブラシ２２ａ，２２ｂを設けてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…制動部、１１…ブレーキドラム、１１ａ…摺動部材、１２…ブレーキシュー、１２ａ…ライニング、２０…熱回収部、２１…熱電変換部、２１ａ…一面側（加熱側）、２１ｂ…他面側（冷却側）、２２ａ，２２ｂ…集電ブラシ、２３ａ，２３ｂ…スリップリング、２４…変圧回路、２５…バッテリ、Ｓ…車両用制動装置、Ｗ…車輪、Ｈ…ハブ、Ｂ…ハブナット、Ｎ…ナックル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、
前記車輪の回転に対して回転不能に組み付けられたブレーキシューの摩擦部材と摩擦係合する金属製の摺動部材を前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムの内周面に対して相対変位不能に設けて、前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、
前記ブレーキドラムの内周面と前記摺動部材との間に配置されて、前記摩擦によって発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段とを備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記車輪の回転に対して回転不能に設けられて、前記ブレーキドラムと一体的に回転する前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを集電する集電手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項３】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記集電手段は、
前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続された前記摺動部材との間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続された前記ブレーキドラムの内面との間で摺動して集電することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項４】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記集電手段は、
前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項５】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記集電手段を、
前記ブレーキシューの摩擦部材を前記ブレーキドラムの摺動部材に摩擦係合させるために設けられたホイールシリンダ、または、前記ブレーキドラムを支持するハブを回転可能に支持するハブベアリングに設けられたシール機構内部に設けたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項６】
請求項１に記載した車両用制動装置において、さらに、
前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項１】
車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、
前記車輪の回転に対して回転不能に組み付けられたブレーキシューの摩擦部材と摩擦係合する金属製の摺動部材を前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムの内周面に対して相対変位不能に設けて、前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、
前記ブレーキドラムの内周面と前記摺動部材との間に配置されて、前記摩擦によって発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段とを備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記車輪の回転に対して回転不能に設けられて、前記ブレーキドラムと一体的に回転する前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを集電する集電手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項３】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記集電手段は、
前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続された前記摺動部材との間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続された前記ブレーキドラムの内面との間で摺動して集電することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項４】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記集電手段は、
前記熱電変換手段の一面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電するとともに、前記熱電変換手段の他面側と電気的に接続されて前記ブレーキドラムの内周面と一体的に回転するスリップリングとの間で摺動して集電することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項５】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記集電手段を、
前記ブレーキシューの摩擦部材を前記ブレーキドラムの摺動部材に摩擦係合させるために設けられたホイールシリンダ、または、前記ブレーキドラムを支持するハブを回転可能に支持するハブベアリングに設けられたシール機構内部に設けたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項６】
請求項１に記載した車両用制動装置において、さらに、
前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３３０６８（Ｐ２０１１−１３３０６８Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４３８７（Ｐ２００９−２９４３８７）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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