車両用制動装置
【課題】 車両を適切に制動し、制動に伴って発生する熱エネルギーを効率よく回収する車両用制動装置を提供すること。
【解決手段】 車両用制動装置Ｓは車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１とブレーキキャリパ１２とからなる制動部１０を備えている。また、車両用制動装置Ｓは、ブレーキロータ１１の摩擦摺動部に設けられた伝熱部材１３に接触するベアリング２１と、このベアリング２１を介することにより、ブレーキロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に設けられた熱電変換部２２とを有する電力回収部２０を備えている。そして、熱電変換部２２は、伝熱部材１３およびベアリング２１を介して摩擦摺動部にて発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を回生電力（電気エネルギー）に変換する。このように変換された回生電力（電気エネルギー）は、変圧回路２５を介してバッテリ２６に蓄電される。
【解決手段】 車両用制動装置Ｓは車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１とブレーキキャリパ１２とからなる制動部１０を備えている。また、車両用制動装置Ｓは、ブレーキロータ１１の摩擦摺動部に設けられた伝熱部材１３に接触するベアリング２１と、このベアリング２１を介することにより、ブレーキロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に設けられた熱電変換部２２とを有する電力回収部２０を備えている。そして、熱電変換部２２は、伝熱部材１３およびベアリング２１を介して摩擦摺動部にて発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を回生電力（電気エネルギー）に変換する。このように変換された回生電力（電気エネルギー）は、変圧回路２５を介してバッテリ２６に蓄電される。
【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、車両の車輪を制動することに加えてこの制動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、車両の走行により発生する運動エネルギーを熱エネルギーとして回収し、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、車軸の回転に同期して回転するディスクロータと車軸の回転に同期することなくディスクロータに押し付けられるブレーキパッドとの摩擦により生じた熱を利用して発電する熱電変換素子をディスクロータに取り付けた発電機構が示されている。この発電機構においては、回転するディスクロータに熱電変換素子が取り付けられるため、制動により生じた摩擦熱がディスクロータを介して熱電変換素子の高温部に伝達される一方で熱電変換素子の低温部が空冷されて、熱電変換素子は高温部と低温部との間の温度差により電力を発電するようになっている。
【０００４】
また、下記特許文献２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】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６９４６９号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０８０４号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された発電機構や上記特許文献２に記載された回生ブレーキ装置においては、ディスクロータ（回転部）とブレーキキャリパに組み付けられたブレーキパッドとの摩擦によって制動力を発生する。この場合、摩擦によって発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、大まかに、ディスクロータ（回転部）とブレーキキャリパとに伝熱する。
【０００７】
この点に関し、上記特許文献１に記載された発電機構においては、ディスクロータに熱電変換素子が取り付けられるため、熱電変換素子はディスクロータに伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を効率よく回収できる。しかし、熱電変換素子は、ディスクロータと一体的に回転するため、その機械的な耐久性を確保する必要がある。一方、上記特許文献２に記載された回生ブレーキ装置においては、車両の制動に伴って発生する摩擦熱（熱エネルギー）をブレーキキャリパに接続されたヒートパイプを介して回収する。すなわち、上記特許文献２に記載された回生ブレーキ装置では、回転部（ディスクロータ）に伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）は回収できず、例えば、回転体（ディスクロータ）を介して周囲の大気中に放熱している。
【０００８】
このように、従来から、特に、ディスクロータとブレーキキャリパとを有するブレーキ装置（車両用制動装置）においては、制動に伴ってディスクロータが有する熱エネルギーを回収して利用することなく無駄に廃棄している場合があり、エネルギーの有効利用の観点から、熱エネルギーの回収効率を向上させることが重要である。また、継続的に熱エネルギーの回収効率を向上させるためには、熱電変換素子の機械的な耐久性を十分に確保しなければならない。
【０００９】
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を効率よく回収する車両用制動装置を提供することにある。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両の車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータにブレーキパッドを圧着させるブレーキキャリパとを有し、車両の前記車輪に対して前記ディスクロータと前記ブレーキパッドとの摩擦による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、車両の車体側に設けられ、前記ブレーキパッドが圧着されて摺動する前記ディスクロータの摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する電力回収手段と、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続し、前記ディスクロータの回転を伝達しない転動手段とを備えたことにある。この場合、前記転動手段として、例えば、玉軸受けまたはころ軸受けを採用するとよい。
【００１１】
また、この場合、前記転動手段は、例えば、前記ディスクロータの前記摩擦摺動部に設けられて、前記摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを伝熱する伝熱手段に接触し、前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続するとよい。
【００１２】
また、この場合、前記転動手段は、例えば、前記摩擦摺動部を形成して前記ディスクロータの前記ブレーキパッドとの摩擦摺動面に接触し、前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続するとよい。
【００１３】
また、この場合、前記電力回収手段は、一面側が前記転動手段を介して前記ディスクロータの摩擦摺動部から伝熱された熱エネルギーによって加熱されるとともに他面側が冷却されて、前記一面側と前記他面側との温度差に応じて前記熱エネルギーを前記電気エネルギーに変換する熱電変換手段を備えるとよい。
【００１４】
さらに、前記電力回収手段は、前記熱エネルギーから変換した前記電気エネルギーを電力として蓄電する蓄電手段を備えるとよい。
【００１５】
これらによれば、電力回収手段は、ディスクロータの摩擦摺動部に接触する転動手段（例えば、玉軸受やころ軸受など）を介して、ディスクロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に組み付けられる。これにより、回転する車輪に制動力が付与されることによって発生する熱エネルギーは、伝熱手段および転動手段を介してまたは転動手段により直接的に速やかに電力回収手段、より具体的には、熱電変換手段に伝熱される。このため、電力回収手段（より具体的には、熱電変換手段）は、熱エネルギーを極めて効率よく回収することができ、効率よく回収した熱エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することができる。したがって、本発明に係る車両用制動装置は、制動に伴って車両の運動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく回収して利用することができ、例えば、燃費を向上させることができる。
【００１６】
また、電力回収手段を転動手段を介してディスクロータの摩擦摺動部の近傍に配置することができるため、発生する熱エネルギーを回収することにより、ディスクロータの温度上昇を適切に抑制することができる。これにより、例えば、ディスクロータおよびブレーキキャリパに組み付けられるブレーキパッドの温度が上昇して摩擦係数が低下する現象、所謂、フェード現象が発生することを効果的に防止することができ、制動性能を良好に確保することができる。
【００１７】
また、電力回収手段は、転動手段を介して回転するディスクロータの摩擦摺動部から熱エネルギーを回収することができる。これにより、熱回収手段には、ディスクロータの回転が伝達されることがなく、その結果、例えば、電力回収手段を構成する熱電変換手段の機械的な耐久性が劣る場合であっても採用することができるとともに、電力回収手段を構成する熱電変換手段と蓄電手段とを電気的に接続するハーネスなどの取り回しが極めて容易となる。
【００１８】
また、玉軸受やころ軸受などのように、転動体を備える転動手段を採用することによって、ディスクロータの回転に対する摺動抵抗を極めて小さくすることができる。これにより、運転者のブレーキ操作に対するフィーリングが悪化することを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１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の電力回収部を具体的に示す概略図である。
【図３】本発明の第２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４】図３の電力回収部を具体的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ａ．第１実施形態
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、第１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。
【００２１】
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電力回収手段としての電力回収部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。
【００２２】
制動部１０は、ディスクロータ１１とブレーキキャリパ１２とを備えたディスクブレーキユニットである。ディスクロータ１１は、図示しないサスペンション装置を構成する車体側部材としてのナックルＮの内周面側にハブベアリングＢを介して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。そして、ディスクロータ１１は、図１および図２に示すように、２枚のディスクから形成されており、この２枚のディスク間には、伝熱特性に優れた材料（例えば、銅など）から形成された円盤状の伝熱部材１３が挟持（充填）されている。なお、この場合、ブレーキキャリパ１２によるブレーキパッドの押圧（圧着）に対してディスクロータ１１の回転軸方向への剛性を確保するために２枚のディスク同士の対向面にはフィン１１ａが形成されている。
【００２３】
ブレーキキャリパ１２は、２枚一対のブレーキパッドを収容しており、ブレーキパッドを回転するディスクロータ１１に対して押し付けて（圧着させて）、ブレーキパッドが摺動するディスクロータ１１の摩擦摺動部に摩擦力を発生させるものである。なお、ディスクブレーキユニットの詳細な構造および作動については、周知のディスクブレーキユニットと同様であり、また、本発明の直接関係しないため、その説明を省略する。
【００２４】
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、ブレーキキャリパ１２にブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキキャリパ１２は、供給されるブレーキ液圧の増加に伴ってブレーキパッドをディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動面）に対して圧着させる。これにより、車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部に摩擦力が発生し、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。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。
【００２５】
ところで、ディスクブレーキユニットにおいては、制動に伴って摩擦熱（熱エネルギー）が発生すると、発生した摩擦熱（熱エネルギー）のうちの大部分がディスクロータ１１に伝熱される。このため、電力回収部２０は、ディスクロータ１１に伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を電気エネルギー（電力）に変換する。以下、この電力回収部２０を詳細に説明する。
【００２６】
電力回収部２０は、図１および図２に示すように、ディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動部に組み付けられた伝熱部材１３の内周面）に対して接触する転動手段としてのベアリング２１と、このベアリング２１を介してディスクロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に設けられた熱電変換手段としての熱電変換部２２とを備えている。
【００２７】
ベアリング２１は、伝熱特性に優れた材料（例えば、金属材料など）から形成された所謂シールド型のころ軸受であり、図１および図２に示すように、伝熱部材１３の内周面に対して一体的に固着された外輪２１ａと、熱電変換部２２に対して密着する内輪２１ｂと、外輪２１ａと内輪２１ｂとの間に配置されて外輪２１ａの回転によって転動する転動体２１ｃとから構成されている。ここで、本実施形態におけるベアリング２１は、外輪２１ａの内周面および内輪２１ｂの内周面との接触面積が大きくなる円柱状のころを転動体２１ｃとするころ軸受として実施するが、転動体２１ｃとして断面テーパ状の針状ころや転動体２１ｃが玉（ボール）の玉軸受を採用して実施することも可能である。
【００２８】
熱電変換部２２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熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。そして、熱電変換部２２は、図１および図２に示すように、内周側がナックルＮの外周面上に一体的に固定された円盤状の固定部材２３の外周面にて、固定部材２３の周方向に沿って複数保持されている。固定部材２３は、絶縁特性に優れ、かつ、熱容量の小さな材料（例えば、樹脂材料や金属材料など）から形成されており、図２に示すように、熱電変換部２２をベアリング２１の内輪２１ｂに対して密着させる。また、固定部材２３は、複数（図２においては４か所）の開口部２３ａを備えている。そして、固定部材２３の開口部２３ａの各内周面には、複数の冷却フィン２４が組み付けられている。
【００２９】
ここで、電力回収部２０の熱電変換部２２による熱エネルギーから電気エネルギーへの変換について説明しておく。熱電変換部２２においては、図２に示すように、一面側すなわち加熱面２２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは伝熱部材１３）からベアリング２１を介して伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、他面側すなわち冷却面２２ｂが固定部材２３を介して開口部２３ａに組み付けられた冷却フィン２４によって冷却される。これにより、熱電変換部２２は、周知のゼーベック効果によって加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの温度差に応じた起電力（以下、この起電力を回生電力という）を発生する。すなわち、熱電変換部２２は、制動部１０の制動動作に伴って発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を電気エネルギー（回生電力）に変換することができる。
【００３０】
このように、熱電変換部２２によって熱エネルギー（摩擦熱）から変換された電気エネルギー（回生電力）は、図１に示すように、変圧回路２５を介して蓄電手段としてのバッテリ２６に供給される。変圧回路２５は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやコンデンサを主要構成部品とする電気回路であり、熱電変換部２２から出力された回生電力を変圧してバッテリ２６に出力するものである。バッテリ２６は、変圧されて出力された回生電力を蓄電するものである。
【００３１】
次に、上記のように構成した車両用制動装置Ｓの作動について説明する。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、制動部１０が車輪Ｗの回転に対して制動力を付与する。すなわち、制動部１０においては、上述したように、ブレーキペダルの操作に応じたブレーキ液圧がブレーキキャリパ１２に供給される。そして、ブレーキキャリパ１２は、供給されたブレーキ液圧により、車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部にブレーキパッドを圧着させる。これにより、ディスクロータ１１の摩擦摺動部とブレーキパッドとの間に摩擦力が発生し、この摩擦力が制動力として回転する車輪Ｗに付与される。
【００３２】
一方、摩擦力による制動に伴って摩擦摺動部に発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、電力回収部２０によって回収されて回生電力（電気エネルギー）に変換される。以下、摩擦熱（熱エネルギー）の回収と回生電力（電気エネルギー）の発電について、具体的に説明する。
【００３３】
まず、摩擦熱（熱エネルギー）の回収（伝熱）から詳しく説明すると、ベアリング２１の外輪２１ａは、ディスクロータ１１、より詳しくは、伝熱部材１３と一体的に回転し、この外輪２１ａの回転に伴って転動体２１ｃが内輪２１ｂに対して転動する。このため、制動に伴ってディスクロータ１１の摩擦摺動部に発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、２枚のディスクから伝熱部材１３に対して伝熱され、さらに、伝熱部材１３に一体的に固着されたベアリング２１の外輪２１ａに伝熱される。そして、外輪２１ａに伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、外輪２１ａに接触している転動体２１ｃに伝熱され、さらに、転動体２１ｃから内輪２１ｂに伝熱される。
【００３４】
一方、熱電変換部２２においては、加熱面２２ａが固定部材２３によってベアリング２１の内輪２１ｂに密着している。このため、ディスクロータ１１の摩擦摺動部からベアリング２１の内輪２１ｂに伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱する。すなわち、熱電変換部２２は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部にて制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収することができる。
【００３５】
次に、熱電変換部２２による回生電力の発電について詳しく説明する。熱電変換部２２の加熱面２２ａは、上述したように、ベアリング２１を介して伝熱された（回収した）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２２の冷却面２２ｂは、図２に示したように、固定部材２３に形成された開口部２３ａに近接しており、開口部２３ａに組み付けられた冷却フィン２４によって冷却される。すなわち、固定部材２３は、熱容量の小さな材料から形成されている。このため、冷却フィン２４が、例えば、車両の走行風との間で熱交換することによって開口部２３ａの周囲が速やかに冷却され、その結果、熱電変換部２２の冷却面２２ｂは冷却される。
【００３６】
これにより、熱電変換部２２においては、加熱面２２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部からベアリング２１を介して回収した摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、冷却面２２ｂが冷却フィン２４によって冷却される。したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、発電された回生電力は、変圧回路２５によって変圧され、バッテリ２６に蓄電される。このように、バッテリ２６に蓄電された回生電力は、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００３７】
以上の説明からも理解できるように、この第１実施形態によれば、電力回収部２０は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部に接触するベアリング２１を介して回転不能に組み付けられる。これにより、制動部１０が回転する車輪Ｗに制動力を付与することによって発生する摩擦熱（熱エネルギー）は伝熱部材１３およびベアリング２１を介して速やかに熱電変換部２２に伝熱されるため、摩擦熱（熱エネルギー）を極めて効率よく回収することができる。そして、熱電変換部２１は、効率よく回収した摩擦熱（熱エネルギー）を効率よく電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。したがって、車両用制動装置Ｓは、制動に伴って車両の運動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく回収して利用することができ、例えば、燃費を向上させることができる。
【００３８】
また、熱電変換部２２をベアリング２１を介してディスクロータ１１の摩擦摺動部の近傍に配置することができるため、発生する摩擦熱（熱エネルギー）を回収することにより、ディスクロータ１１の温度上昇を適切に抑制することができる。これにより、例えば、ディスクロータ１１およびブレーキキャリパ１２のブレーキパッドの温度が上昇して摩擦係数が低下する現象、所謂、フェード現象が発生することを効果的に防止することができ、制動部１０による制動性能を良好に確保することができる。
【００３９】
また、熱電変換部２２は、ベアリング２１を介して回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部から摩擦熱（熱エネルギー）を回収することができる。これにより、熱電変換部２２には、ディスクロータ１１の回転が伝達されることがなく、その結果、例えば、熱電変換部２２の機械的な耐久性が劣る場合であっても採用することができるとともに、熱電変換部２２とバッテリ２６とを電気的に接続するハーネスなどの取り回しが極めて容易となる。
【００４０】
また、転動体２１ｃを備えるベアリング２１を採用することによって、ディスクロータ１１の回転に対する摺動抵抗を極めて小さくすることができる。これにより、運転者のブレーキ操作に対するフィーリングが悪化することを効果的に防止することができる。さらに、ベアリング２１と熱電変換部２２とは一体化されていないため、例えば、メンテナンス等により、ディスクロータ１１を取り外す場合には、ディスクロータ１１およびベアリング２１のみを取り外すことができる。したがって、ハーネスなどが接続された熱電変換部２２を取り外す必要がないため、メンテナンスの作業性を大幅に向上させることもできる。
【００４１】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、ディスクロータ１１を形成する２枚のディスク間に伝熱部材１３を設けるとともに、この伝熱部材１３と一体的に回転する外輪２１ａを有するベアリング２１を設けるようにした。そして、制動によって発生した摩擦熱（熱エネルギー）を、伝熱部材１３を介して外輪２１ａに伝熱し、さらにベアリング２１を構成する転動体２１ｃおよび内輪２１ｂを介して伝熱して、熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱するように実施した。
【００４２】
この場合、転動手段としてのベアリングを構成する転動体を直接ディスクロータの摩擦摺動部に接触させてディスクロータ１１の回転に伴って転動させ、摩擦摺動部に発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収するように実施することも可能である。以下、この第２実施形態を詳細に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
この第２実施形態においても、図３に示すように、制動部１０は、ディスクロータ１１とブレーキキャリパ１２とを備えたディスクブレーキユニットである。ただし、この第２実施形態においては、ディスクロータ１１が１枚のソリッドディスクから形成されており、上記第１実施形態で採用した伝熱部材１３が省略されている点で異なる。
【００４４】
そして、この第２実施形態においては、図３および図４に示すように、電力回収部３０が設けられている。この第２実施形態における電力回収部３０は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動面）に対して接触するように組み付けられた転動手段としてのベアリング３１と、このベアリング３１を介してディスクロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に設けられた熱電変換部３２を備えている。
【００４５】
ベアリング３１は、伝熱特性に優れた材料（例えば、金属材料など）から形成された玉軸受であり、図３および図４に示すように、外側ケース３１ａと内側ケース３１ｂと転動体３１ｃとを備えている。外側ケース３１ａは断面略コの字状に形成されており、内側ケース３１ｂおよび転動体３１ｃを収容している。内側ケース３１ｂは、転動体３１ｃの一部をディスクロータ１１に向けて突出させるとともに、図４にて破線で示すように転動体３１ｃの転動軌道が形成されている。
【００４６】
転動体３１ｃは、例えば、玉（ボール）であり、ディスクロータ１１の摩擦摺動部を形成するブレーキパッドとの摩擦摺動面に接触して、ディスクロータ１１の回転に伴って内側ケース３１ｂに形成された転動軌道に沿って転動するようになっている。ここで、ベアリング３１は、図４に示すように、制動部１０のディスクロータ１１の摩擦摺動部（摩擦摺動面）に沿って円弧状に形成される部分と、ブレーキキャリパ１２を避けるようにディスクロータ１１の摩擦摺動部（摩擦摺動面）から離間して略扁平状に形成される部分とを有する。そして、ベアリング３１においては、内周面がナックルＮの外周面上に一体的に固定された円盤状の固定部材３３と外側ケース３１ａとが一体的に固着されている。
【００４７】
熱電変換部３２は、上記第１実施形態の熱電変換部２２と同様に、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熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。そして、この第２実施形態における電力回収部３０も、複数の熱電変換部３２を備えており、各熱電変換部３２は、図３および図４に示すように、一面側にてベアリング３１の外側ケース３１ａに組み付けられており、他面側には冷却フィン３４が組み付けられている。
【００４８】
ここで、この第２実施形態における電力回収部３０の熱電変換部３２による熱エネルギーから電気エネルギーへの変換について説明しておく。熱電変換部３２においては、一面側すなわち加熱面３２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動面）からベアリング３１（外側ケース３１ａ）を介して伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、他面側すなわち冷却面３２ｂが冷却フィン３４によって冷却される。これにより、熱電変換部３２は、周知のゼーベック効果によって加熱面３２ａと冷却面３２ｂとの温度差に応じた回生電力を発生する。すなわち、熱電変換部３２も、上記第１実施形態における熱電変換部２２と同様に、制動部１０の制動動作に伴って発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を電気エネルギー（回生電力）に変換することができる。
【００４９】
また、この第２実施形態においても、上記第１実施形態における変圧回路２５およびバッテリ２６に相当する変圧回路３５およびバッテリ３６を備えている。これにより、熱電変換部３２によって熱エネルギー（摩擦熱）から変換された電気エネルギー（回生電力）は、変圧回路３５を介してバッテリ３６に供給されるようになっている。
【００５０】
次に、上記のように構成した第２実施形態に係る車両用制動装置Ｓの作動について説明する。この第２実施形態に係る車両用制動装置Ｓにおいても、運転者によるブレーキペダルの操作に応じて、ブレーキキャリパ１２は車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部にブレーキパッドを圧着させる。これにより、ディスクロータ１１の摩擦摺動部とブレーキパッドとの間に摩擦力が発生し、この摩擦力が制動力として回転する車輪Ｗに付与される。
【００５１】
そして、摩擦力による制動に伴って摩擦摺動部に発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、電力回収部３０によって回収されて回生電力（電気エネルギー）に変換される。以下、摩擦熱（熱エネルギー）の回収と回生電力（電気エネルギー）の発電について、具体的に説明する。
【００５２】
まず、摩擦熱（熱エネルギー）の回収（伝熱）から詳しく説明すると、ベアリング３１の転動体３１ｃは、ディスクロータ１１の摩擦摺動部を形成する摩擦摺動面に接触しており、ディスクロータ１１の回転に伴って内側ケース３１ｂに形成された転動軌道に沿って転動する。このため、制動に伴ってディスクロータ１１の摩擦摺動部に発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、転動体３１ｃ対して伝熱され、さらに、転動体３１ｃを収容するベアリング３１の外側ケース３１ａに伝熱される。そして、外側ケース３１ａに伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、外側ケース３１ａに組み付けられた熱電変換部３２の加熱面３２ａを加熱する。すなわち、熱電変換部３２は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部にて制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収することができる。
【００５３】
次に、熱電変換部３２による回生電力の発電について詳しく説明する。熱電変換部３２の加熱面３２ａは、上述したように、ベアリング３１を介して伝熱された（回収した）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３２の冷却面３２ｂには冷却フィン２４が組み付けられている。このため、熱電変換部３２の冷却面３２ｂは、冷却フィン２４が、例えば、車両の走行風との間で熱交換することによって冷却される。
【００５４】
これにより、熱電変換部３２においては、加熱面３２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部からベアリング３１を介して回収した摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、冷却面３２ｂが冷却フィン３４によって冷却される。したがって、熱電変換部３２は、加熱面３２ａと冷却面３２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、発電された回生電力は、変圧回路３５によって変圧され、バッテリ３６に蓄電される。このように、バッテリ３６に蓄電された回生電力は、上記第１実施形態と同様に、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００５５】
以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態においては、ベアリング３１の転動体３１ｃがディスクロータ１１の摩擦摺動部に直接接触し、制動によって発生した摩擦熱（熱エネルギー）を熱電変換部３２に伝熱することができる。したがって、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
本発明の実施にあたっては、上記各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。
【００５７】
例えば、上記第１実施形態においては、熱電変換部２２を固定部材２３の外周面上に複数設けて実施した。また、上記第２実施形態においては、熱電変換部３２をベアリング３１の外側ケース３１ａ上に複数設けて実施した。この場合、熱電変換部２２，３２を、例えば、周状に形成しておき、固定部材２３またはベアリング３１の外周面上に組み付けて実施することも可能である。
【００５８】
また、上記各実施形態においては、車体側部材としてのナックルＮに対して固定部材２３，３３を組み付け、熱電変換部材２２，３２をディスクロータ１１と一体的に回転しないように実施した。しかし、この場合、車体側部材としてはナックルＮに限定されるものではなく、ベアリング２１，３１を介して、回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部と接続できれば、いかなる車体側部材を用いて実施してもよい。
【００５９】
また、上記各実施形態においては、熱電変換部２２，３２の冷却面２２ｂ，３２ｂを冷却するために冷却フィン２４，３４を採用して実施した。しかしながら、冷却面２２ｂ，３２ｂの冷却に関してはこれに限定されるものではなく、冷却面２２ｂ，３２ｂを冷却できるものであれば、いかなるものを採用して実施してもよい。
【００６０】
さらに、上記各実施形態においては、ディスクブレーキユニットとして、浮動式のブレーキキャリパ１２を有するディスクブレーキユニットを採用して実施した。しかし、ディスクブレーキユニットとして、例えば、固定式のブレーキキャリパを有するディスクブレーキユニットを採用して実施可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６１】
１０…制動部、１１…ディスクロータ、１２…ブレーキキャリパ、２０，３０…電力回収部、２１，３１…ベアリング、２２，３２…熱電変換部、２２ａ，３２ａ…加熱面、２２ｂ，３２ｂ…冷却面、２３，３３…固定部材、２４，３４…冷却フィン、３５…変圧回路、３６…バッテリＳ…車両用制動装置、Ｗ…車輪、Ｈ…ハブ、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、車両の車輪を制動することに加えてこの制動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、車両の走行により発生する運動エネルギーを熱エネルギーとして回収し、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、車軸の回転に同期して回転するディスクロータと車軸の回転に同期することなくディスクロータに押し付けられるブレーキパッドとの摩擦により生じた熱を利用して発電する熱電変換素子をディスクロータに取り付けた発電機構が示されている。この発電機構においては、回転するディスクロータに熱電変換素子が取り付けられるため、制動により生じた摩擦熱がディスクロータを介して熱電変換素子の高温部に伝達される一方で熱電変換素子の低温部が空冷されて、熱電変換素子は高温部と低温部との間の温度差により電力を発電するようになっている。
【０００４】
また、下記特許文献２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】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６９４６９号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０８０４号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に記載された発電機構や上記特許文献２に記載された回生ブレーキ装置においては、ディスクロータ（回転部）とブレーキキャリパに組み付けられたブレーキパッドとの摩擦によって制動力を発生する。この場合、摩擦によって発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、大まかに、ディスクロータ（回転部）とブレーキキャリパとに伝熱する。
【０００７】
この点に関し、上記特許文献１に記載された発電機構においては、ディスクロータに熱電変換素子が取り付けられるため、熱電変換素子はディスクロータに伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を効率よく回収できる。しかし、熱電変換素子は、ディスクロータと一体的に回転するため、その機械的な耐久性を確保する必要がある。一方、上記特許文献２に記載された回生ブレーキ装置においては、車両の制動に伴って発生する摩擦熱（熱エネルギー）をブレーキキャリパに接続されたヒートパイプを介して回収する。すなわち、上記特許文献２に記載された回生ブレーキ装置では、回転部（ディスクロータ）に伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）は回収できず、例えば、回転体（ディスクロータ）を介して周囲の大気中に放熱している。
【０００８】
このように、従来から、特に、ディスクロータとブレーキキャリパとを有するブレーキ装置（車両用制動装置）においては、制動に伴ってディスクロータが有する熱エネルギーを回収して利用することなく無駄に廃棄している場合があり、エネルギーの有効利用の観点から、熱エネルギーの回収効率を向上させることが重要である。また、継続的に熱エネルギーの回収効率を向上させるためには、熱電変換素子の機械的な耐久性を十分に確保しなければならない。
【０００９】
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を効率よく回収する車両用制動装置を提供することにある。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両の車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータにブレーキパッドを圧着させるブレーキキャリパとを有し、車両の前記車輪に対して前記ディスクロータと前記ブレーキパッドとの摩擦による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、車両の車体側に設けられ、前記ブレーキパッドが圧着されて摺動する前記ディスクロータの摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する電力回収手段と、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続し、前記ディスクロータの回転を伝達しない転動手段とを備えたことにある。この場合、前記転動手段として、例えば、玉軸受けまたはころ軸受けを採用するとよい。
【００１１】
また、この場合、前記転動手段は、例えば、前記ディスクロータの前記摩擦摺動部に設けられて、前記摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを伝熱する伝熱手段に接触し、前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続するとよい。
【００１２】
また、この場合、前記転動手段は、例えば、前記摩擦摺動部を形成して前記ディスクロータの前記ブレーキパッドとの摩擦摺動面に接触し、前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続するとよい。
【００１３】
また、この場合、前記電力回収手段は、一面側が前記転動手段を介して前記ディスクロータの摩擦摺動部から伝熱された熱エネルギーによって加熱されるとともに他面側が冷却されて、前記一面側と前記他面側との温度差に応じて前記熱エネルギーを前記電気エネルギーに変換する熱電変換手段を備えるとよい。
【００１４】
さらに、前記電力回収手段は、前記熱エネルギーから変換した前記電気エネルギーを電力として蓄電する蓄電手段を備えるとよい。
【００１５】
これらによれば、電力回収手段は、ディスクロータの摩擦摺動部に接触する転動手段（例えば、玉軸受やころ軸受など）を介して、ディスクロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に組み付けられる。これにより、回転する車輪に制動力が付与されることによって発生する熱エネルギーは、伝熱手段および転動手段を介してまたは転動手段により直接的に速やかに電力回収手段、より具体的には、熱電変換手段に伝熱される。このため、電力回収手段（より具体的には、熱電変換手段）は、熱エネルギーを極めて効率よく回収することができ、効率よく回収した熱エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することができる。したがって、本発明に係る車両用制動装置は、制動に伴って車両の運動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく回収して利用することができ、例えば、燃費を向上させることができる。
【００１６】
また、電力回収手段を転動手段を介してディスクロータの摩擦摺動部の近傍に配置することができるため、発生する熱エネルギーを回収することにより、ディスクロータの温度上昇を適切に抑制することができる。これにより、例えば、ディスクロータおよびブレーキキャリパに組み付けられるブレーキパッドの温度が上昇して摩擦係数が低下する現象、所謂、フェード現象が発生することを効果的に防止することができ、制動性能を良好に確保することができる。
【００１７】
また、電力回収手段は、転動手段を介して回転するディスクロータの摩擦摺動部から熱エネルギーを回収することができる。これにより、熱回収手段には、ディスクロータの回転が伝達されることがなく、その結果、例えば、電力回収手段を構成する熱電変換手段の機械的な耐久性が劣る場合であっても採用することができるとともに、電力回収手段を構成する熱電変換手段と蓄電手段とを電気的に接続するハーネスなどの取り回しが極めて容易となる。
【００１８】
また、玉軸受やころ軸受などのように、転動体を備える転動手段を採用することによって、ディスクロータの回転に対する摺動抵抗を極めて小さくすることができる。これにより、運転者のブレーキ操作に対するフィーリングが悪化することを効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１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の電力回収部を具体的に示す概略図である。
【図３】本発明の第２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４】図３の電力回収部を具体的に示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ａ．第１実施形態
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、第１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。
【００２１】
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電力回収手段としての電力回収部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。
【００２２】
制動部１０は、ディスクロータ１１とブレーキキャリパ１２とを備えたディスクブレーキユニットである。ディスクロータ１１は、図示しないサスペンション装置を構成する車体側部材としてのナックルＮの内周面側にハブベアリングＢを介して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。そして、ディスクロータ１１は、図１および図２に示すように、２枚のディスクから形成されており、この２枚のディスク間には、伝熱特性に優れた材料（例えば、銅など）から形成された円盤状の伝熱部材１３が挟持（充填）されている。なお、この場合、ブレーキキャリパ１２によるブレーキパッドの押圧（圧着）に対してディスクロータ１１の回転軸方向への剛性を確保するために２枚のディスク同士の対向面にはフィン１１ａが形成されている。
【００２３】
ブレーキキャリパ１２は、２枚一対のブレーキパッドを収容しており、ブレーキパッドを回転するディスクロータ１１に対して押し付けて（圧着させて）、ブレーキパッドが摺動するディスクロータ１１の摩擦摺動部に摩擦力を発生させるものである。なお、ディスクブレーキユニットの詳細な構造および作動については、周知のディスクブレーキユニットと同様であり、また、本発明の直接関係しないため、その説明を省略する。
【００２４】
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、ブレーキキャリパ１２にブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキキャリパ１２は、供給されるブレーキ液圧の増加に伴ってブレーキパッドをディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動面）に対して圧着させる。これにより、車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部に摩擦力が発生し、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。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。
【００２５】
ところで、ディスクブレーキユニットにおいては、制動に伴って摩擦熱（熱エネルギー）が発生すると、発生した摩擦熱（熱エネルギー）のうちの大部分がディスクロータ１１に伝熱される。このため、電力回収部２０は、ディスクロータ１１に伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を電気エネルギー（電力）に変換する。以下、この電力回収部２０を詳細に説明する。
【００２６】
電力回収部２０は、図１および図２に示すように、ディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動部に組み付けられた伝熱部材１３の内周面）に対して接触する転動手段としてのベアリング２１と、このベアリング２１を介してディスクロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に設けられた熱電変換手段としての熱電変換部２２とを備えている。
【００２７】
ベアリング２１は、伝熱特性に優れた材料（例えば、金属材料など）から形成された所謂シールド型のころ軸受であり、図１および図２に示すように、伝熱部材１３の内周面に対して一体的に固着された外輪２１ａと、熱電変換部２２に対して密着する内輪２１ｂと、外輪２１ａと内輪２１ｂとの間に配置されて外輪２１ａの回転によって転動する転動体２１ｃとから構成されている。ここで、本実施形態におけるベアリング２１は、外輪２１ａの内周面および内輪２１ｂの内周面との接触面積が大きくなる円柱状のころを転動体２１ｃとするころ軸受として実施するが、転動体２１ｃとして断面テーパ状の針状ころや転動体２１ｃが玉（ボール）の玉軸受を採用して実施することも可能である。
【００２８】
熱電変換部２２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熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。そして、熱電変換部２２は、図１および図２に示すように、内周側がナックルＮの外周面上に一体的に固定された円盤状の固定部材２３の外周面にて、固定部材２３の周方向に沿って複数保持されている。固定部材２３は、絶縁特性に優れ、かつ、熱容量の小さな材料（例えば、樹脂材料や金属材料など）から形成されており、図２に示すように、熱電変換部２２をベアリング２１の内輪２１ｂに対して密着させる。また、固定部材２３は、複数（図２においては４か所）の開口部２３ａを備えている。そして、固定部材２３の開口部２３ａの各内周面には、複数の冷却フィン２４が組み付けられている。
【００２９】
ここで、電力回収部２０の熱電変換部２２による熱エネルギーから電気エネルギーへの変換について説明しておく。熱電変換部２２においては、図２に示すように、一面側すなわち加熱面２２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは伝熱部材１３）からベアリング２１を介して伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、他面側すなわち冷却面２２ｂが固定部材２３を介して開口部２３ａに組み付けられた冷却フィン２４によって冷却される。これにより、熱電変換部２２は、周知のゼーベック効果によって加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの温度差に応じた起電力（以下、この起電力を回生電力という）を発生する。すなわち、熱電変換部２２は、制動部１０の制動動作に伴って発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を電気エネルギー（回生電力）に変換することができる。
【００３０】
このように、熱電変換部２２によって熱エネルギー（摩擦熱）から変換された電気エネルギー（回生電力）は、図１に示すように、変圧回路２５を介して蓄電手段としてのバッテリ２６に供給される。変圧回路２５は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやコンデンサを主要構成部品とする電気回路であり、熱電変換部２２から出力された回生電力を変圧してバッテリ２６に出力するものである。バッテリ２６は、変圧されて出力された回生電力を蓄電するものである。
【００３１】
次に、上記のように構成した車両用制動装置Ｓの作動について説明する。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、制動部１０が車輪Ｗの回転に対して制動力を付与する。すなわち、制動部１０においては、上述したように、ブレーキペダルの操作に応じたブレーキ液圧がブレーキキャリパ１２に供給される。そして、ブレーキキャリパ１２は、供給されたブレーキ液圧により、車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部にブレーキパッドを圧着させる。これにより、ディスクロータ１１の摩擦摺動部とブレーキパッドとの間に摩擦力が発生し、この摩擦力が制動力として回転する車輪Ｗに付与される。
【００３２】
一方、摩擦力による制動に伴って摩擦摺動部に発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、電力回収部２０によって回収されて回生電力（電気エネルギー）に変換される。以下、摩擦熱（熱エネルギー）の回収と回生電力（電気エネルギー）の発電について、具体的に説明する。
【００３３】
まず、摩擦熱（熱エネルギー）の回収（伝熱）から詳しく説明すると、ベアリング２１の外輪２１ａは、ディスクロータ１１、より詳しくは、伝熱部材１３と一体的に回転し、この外輪２１ａの回転に伴って転動体２１ｃが内輪２１ｂに対して転動する。このため、制動に伴ってディスクロータ１１の摩擦摺動部に発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、２枚のディスクから伝熱部材１３に対して伝熱され、さらに、伝熱部材１３に一体的に固着されたベアリング２１の外輪２１ａに伝熱される。そして、外輪２１ａに伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、外輪２１ａに接触している転動体２１ｃに伝熱され、さらに、転動体２１ｃから内輪２１ｂに伝熱される。
【００３４】
一方、熱電変換部２２においては、加熱面２２ａが固定部材２３によってベアリング２１の内輪２１ｂに密着している。このため、ディスクロータ１１の摩擦摺動部からベアリング２１の内輪２１ｂに伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱する。すなわち、熱電変換部２２は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部にて制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収することができる。
【００３５】
次に、熱電変換部２２による回生電力の発電について詳しく説明する。熱電変換部２２の加熱面２２ａは、上述したように、ベアリング２１を介して伝熱された（回収した）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２２の冷却面２２ｂは、図２に示したように、固定部材２３に形成された開口部２３ａに近接しており、開口部２３ａに組み付けられた冷却フィン２４によって冷却される。すなわち、固定部材２３は、熱容量の小さな材料から形成されている。このため、冷却フィン２４が、例えば、車両の走行風との間で熱交換することによって開口部２３ａの周囲が速やかに冷却され、その結果、熱電変換部２２の冷却面２２ｂは冷却される。
【００３６】
これにより、熱電変換部２２においては、加熱面２２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部からベアリング２１を介して回収した摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、冷却面２２ｂが冷却フィン２４によって冷却される。したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、発電された回生電力は、変圧回路２５によって変圧され、バッテリ２６に蓄電される。このように、バッテリ２６に蓄電された回生電力は、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００３７】
以上の説明からも理解できるように、この第１実施形態によれば、電力回収部２０は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部に接触するベアリング２１を介して回転不能に組み付けられる。これにより、制動部１０が回転する車輪Ｗに制動力を付与することによって発生する摩擦熱（熱エネルギー）は伝熱部材１３およびベアリング２１を介して速やかに熱電変換部２２に伝熱されるため、摩擦熱（熱エネルギー）を極めて効率よく回収することができる。そして、熱電変換部２１は、効率よく回収した摩擦熱（熱エネルギー）を効率よく電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。したがって、車両用制動装置Ｓは、制動に伴って車両の運動エネルギーを熱エネルギーとして効率よく回収して利用することができ、例えば、燃費を向上させることができる。
【００３８】
また、熱電変換部２２をベアリング２１を介してディスクロータ１１の摩擦摺動部の近傍に配置することができるため、発生する摩擦熱（熱エネルギー）を回収することにより、ディスクロータ１１の温度上昇を適切に抑制することができる。これにより、例えば、ディスクロータ１１およびブレーキキャリパ１２のブレーキパッドの温度が上昇して摩擦係数が低下する現象、所謂、フェード現象が発生することを効果的に防止することができ、制動部１０による制動性能を良好に確保することができる。
【００３９】
また、熱電変換部２２は、ベアリング２１を介して回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部から摩擦熱（熱エネルギー）を回収することができる。これにより、熱電変換部２２には、ディスクロータ１１の回転が伝達されることがなく、その結果、例えば、熱電変換部２２の機械的な耐久性が劣る場合であっても採用することができるとともに、熱電変換部２２とバッテリ２６とを電気的に接続するハーネスなどの取り回しが極めて容易となる。
【００４０】
また、転動体２１ｃを備えるベアリング２１を採用することによって、ディスクロータ１１の回転に対する摺動抵抗を極めて小さくすることができる。これにより、運転者のブレーキ操作に対するフィーリングが悪化することを効果的に防止することができる。さらに、ベアリング２１と熱電変換部２２とは一体化されていないため、例えば、メンテナンス等により、ディスクロータ１１を取り外す場合には、ディスクロータ１１およびベアリング２１のみを取り外すことができる。したがって、ハーネスなどが接続された熱電変換部２２を取り外す必要がないため、メンテナンスの作業性を大幅に向上させることもできる。
【００４１】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、ディスクロータ１１を形成する２枚のディスク間に伝熱部材１３を設けるとともに、この伝熱部材１３と一体的に回転する外輪２１ａを有するベアリング２１を設けるようにした。そして、制動によって発生した摩擦熱（熱エネルギー）を、伝熱部材１３を介して外輪２１ａに伝熱し、さらにベアリング２１を構成する転動体２１ｃおよび内輪２１ｂを介して伝熱して、熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱するように実施した。
【００４２】
この場合、転動手段としてのベアリングを構成する転動体を直接ディスクロータの摩擦摺動部に接触させてディスクロータ１１の回転に伴って転動させ、摩擦摺動部に発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収するように実施することも可能である。以下、この第２実施形態を詳細に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
この第２実施形態においても、図３に示すように、制動部１０は、ディスクロータ１１とブレーキキャリパ１２とを備えたディスクブレーキユニットである。ただし、この第２実施形態においては、ディスクロータ１１が１枚のソリッドディスクから形成されており、上記第１実施形態で採用した伝熱部材１３が省略されている点で異なる。
【００４４】
そして、この第２実施形態においては、図３および図４に示すように、電力回収部３０が設けられている。この第２実施形態における電力回収部３０は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動面）に対して接触するように組み付けられた転動手段としてのベアリング３１と、このベアリング３１を介してディスクロータ１１の回転が伝達されることなく車体側に設けられた熱電変換部３２を備えている。
【００４５】
ベアリング３１は、伝熱特性に優れた材料（例えば、金属材料など）から形成された玉軸受であり、図３および図４に示すように、外側ケース３１ａと内側ケース３１ｂと転動体３１ｃとを備えている。外側ケース３１ａは断面略コの字状に形成されており、内側ケース３１ｂおよび転動体３１ｃを収容している。内側ケース３１ｂは、転動体３１ｃの一部をディスクロータ１１に向けて突出させるとともに、図４にて破線で示すように転動体３１ｃの転動軌道が形成されている。
【００４６】
転動体３１ｃは、例えば、玉（ボール）であり、ディスクロータ１１の摩擦摺動部を形成するブレーキパッドとの摩擦摺動面に接触して、ディスクロータ１１の回転に伴って内側ケース３１ｂに形成された転動軌道に沿って転動するようになっている。ここで、ベアリング３１は、図４に示すように、制動部１０のディスクロータ１１の摩擦摺動部（摩擦摺動面）に沿って円弧状に形成される部分と、ブレーキキャリパ１２を避けるようにディスクロータ１１の摩擦摺動部（摩擦摺動面）から離間して略扁平状に形成される部分とを有する。そして、ベアリング３１においては、内周面がナックルＮの外周面上に一体的に固定された円盤状の固定部材３３と外側ケース３１ａとが一体的に固着されている。
【００４７】
熱電変換部３２は、上記第１実施形態の熱電変換部２２と同様に、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熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。そして、この第２実施形態における電力回収部３０も、複数の熱電変換部３２を備えており、各熱電変換部３２は、図３および図４に示すように、一面側にてベアリング３１の外側ケース３１ａに組み付けられており、他面側には冷却フィン３４が組み付けられている。
【００４８】
ここで、この第２実施形態における電力回収部３０の熱電変換部３２による熱エネルギーから電気エネルギーへの変換について説明しておく。熱電変換部３２においては、一面側すなわち加熱面３２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部（より詳しくは、摩擦摺動面）からベアリング３１（外側ケース３１ａ）を介して伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、他面側すなわち冷却面３２ｂが冷却フィン３４によって冷却される。これにより、熱電変換部３２は、周知のゼーベック効果によって加熱面３２ａと冷却面３２ｂとの温度差に応じた回生電力を発生する。すなわち、熱電変換部３２も、上記第１実施形態における熱電変換部２２と同様に、制動部１０の制動動作に伴って発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収し、この回収した摩擦熱（熱エネルギー）を電気エネルギー（回生電力）に変換することができる。
【００４９】
また、この第２実施形態においても、上記第１実施形態における変圧回路２５およびバッテリ２６に相当する変圧回路３５およびバッテリ３６を備えている。これにより、熱電変換部３２によって熱エネルギー（摩擦熱）から変換された電気エネルギー（回生電力）は、変圧回路３５を介してバッテリ３６に供給されるようになっている。
【００５０】
次に、上記のように構成した第２実施形態に係る車両用制動装置Ｓの作動について説明する。この第２実施形態に係る車両用制動装置Ｓにおいても、運転者によるブレーキペダルの操作に応じて、ブレーキキャリパ１２は車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部にブレーキパッドを圧着させる。これにより、ディスクロータ１１の摩擦摺動部とブレーキパッドとの間に摩擦力が発生し、この摩擦力が制動力として回転する車輪Ｗに付与される。
【００５１】
そして、摩擦力による制動に伴って摩擦摺動部に発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、電力回収部３０によって回収されて回生電力（電気エネルギー）に変換される。以下、摩擦熱（熱エネルギー）の回収と回生電力（電気エネルギー）の発電について、具体的に説明する。
【００５２】
まず、摩擦熱（熱エネルギー）の回収（伝熱）から詳しく説明すると、ベアリング３１の転動体３１ｃは、ディスクロータ１１の摩擦摺動部を形成する摩擦摺動面に接触しており、ディスクロータ１１の回転に伴って内側ケース３１ｂに形成された転動軌道に沿って転動する。このため、制動に伴ってディスクロータ１１の摩擦摺動部に発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、転動体３１ｃ対して伝熱され、さらに、転動体３１ｃを収容するベアリング３１の外側ケース３１ａに伝熱される。そして、外側ケース３１ａに伝熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、外側ケース３１ａに組み付けられた熱電変換部３２の加熱面３２ａを加熱する。すなわち、熱電変換部３２は、ディスクロータ１１の摩擦摺動部にて制動により発生した摩擦熱（熱エネルギー）を回収することができる。
【００５３】
次に、熱電変換部３２による回生電力の発電について詳しく説明する。熱電変換部３２の加熱面３２ａは、上述したように、ベアリング３１を介して伝熱された（回収した）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３２の冷却面３２ｂには冷却フィン２４が組み付けられている。このため、熱電変換部３２の冷却面３２ｂは、冷却フィン２４が、例えば、車両の走行風との間で熱交換することによって冷却される。
【００５４】
これにより、熱電変換部３２においては、加熱面３２ａがディスクロータ１１の摩擦摺動部からベアリング３１を介して回収した摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱され、冷却面３２ｂが冷却フィン３４によって冷却される。したがって、熱電変換部３２は、加熱面３２ａと冷却面３２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、発電された回生電力は、変圧回路３５によって変圧され、バッテリ３６に蓄電される。このように、バッテリ３６に蓄電された回生電力は、上記第１実施形態と同様に、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００５５】
以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態においては、ベアリング３１の転動体３１ｃがディスクロータ１１の摩擦摺動部に直接接触し、制動によって発生した摩擦熱（熱エネルギー）を熱電変換部３２に伝熱することができる。したがって、この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
本発明の実施にあたっては、上記各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。
【００５７】
例えば、上記第１実施形態においては、熱電変換部２２を固定部材２３の外周面上に複数設けて実施した。また、上記第２実施形態においては、熱電変換部３２をベアリング３１の外側ケース３１ａ上に複数設けて実施した。この場合、熱電変換部２２，３２を、例えば、周状に形成しておき、固定部材２３またはベアリング３１の外周面上に組み付けて実施することも可能である。
【００５８】
また、上記各実施形態においては、車体側部材としてのナックルＮに対して固定部材２３，３３を組み付け、熱電変換部材２２，３２をディスクロータ１１と一体的に回転しないように実施した。しかし、この場合、車体側部材としてはナックルＮに限定されるものではなく、ベアリング２１，３１を介して、回転するディスクロータ１１の摩擦摺動部と接続できれば、いかなる車体側部材を用いて実施してもよい。
【００５９】
また、上記各実施形態においては、熱電変換部２２，３２の冷却面２２ｂ，３２ｂを冷却するために冷却フィン２４，３４を採用して実施した。しかしながら、冷却面２２ｂ，３２ｂの冷却に関してはこれに限定されるものではなく、冷却面２２ｂ，３２ｂを冷却できるものであれば、いかなるものを採用して実施してもよい。
【００６０】
さらに、上記各実施形態においては、ディスクブレーキユニットとして、浮動式のブレーキキャリパ１２を有するディスクブレーキユニットを採用して実施した。しかし、ディスクブレーキユニットとして、例えば、固定式のブレーキキャリパを有するディスクブレーキユニットを採用して実施可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６１】
１０…制動部、１１…ディスクロータ、１２…ブレーキキャリパ、２０，３０…電力回収部、２１，３１…ベアリング、２２，３２…熱電変換部、２２ａ，３２ａ…加熱面、２２ｂ，３２ｂ…冷却面、２３，３３…固定部材、２４，３４…冷却フィン、３５…変圧回路、３６…バッテリＳ…車両用制動装置、Ｗ…車輪、Ｈ…ハブ、Ｎ…ナックル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータにブレーキパッドを圧着させるブレーキキャリパとを有し、車両の前記車輪に対して前記ディスクロータと前記ブレーキパッドとの摩擦による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、
車両の車体側に設けられ、前記ブレーキパッドが圧着されて摺動する前記ディスクロータの摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する電力回収手段と、
前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続し、前記ディスクロータの回転を伝達しない転動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、
前記転動手段は、
前記ディスクロータの前記摩擦摺動部に設けられて、前記摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを伝熱する伝熱手段に接触し、
前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項３】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記転動手段は、
前記摩擦摺動部を形成して前記ディスクロータの前記ブレーキパッドとの摩擦摺動面に接触し、
前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項４】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記電力回収手段は、
一面側が前記転動手段を介して前記ディスクロータの摩擦摺動部から伝熱された熱エネルギーによって加熱されるとともに他面側が冷却されて、前記一面側と前記他面側との温度差に応じて前記熱エネルギーを前記電気エネルギーに変換する熱電変換手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項５】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記電力回収手段は、
前記熱エネルギーから変換した前記電気エネルギーを電力として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６】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記転動手段は、
玉軸受けまたはころ軸受けであることを特徴とする車両用制動装置。
【請求項１】
車両の車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータにブレーキパッドを圧着させるブレーキキャリパとを有し、車両の前記車輪に対して前記ディスクロータと前記ブレーキパッドとの摩擦による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、
車両の車体側に設けられ、前記ブレーキパッドが圧着されて摺動する前記ディスクロータの摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する電力回収手段と、
前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続し、前記ディスクロータの回転を伝達しない転動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、
前記転動手段は、
前記ディスクロータの前記摩擦摺動部に設けられて、前記摩擦摺動部にて摩擦により発生した熱エネルギーを伝熱する伝熱手段に接触し、
前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項３】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記転動手段は、
前記摩擦摺動部を形成して前記ディスクロータの前記ブレーキパッドとの摩擦摺動面に接触し、
前記ディスクロータの回転を伝達することなく、前記摩擦摺動部と前記電力回収手段とを接続することを特徴とする車両用制動装置。
【請求項４】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記電力回収手段は、
一面側が前記転動手段を介して前記ディスクロータの摩擦摺動部から伝熱された熱エネルギーによって加熱されるとともに他面側が冷却されて、前記一面側と前記他面側との温度差に応じて前記熱エネルギーを前記電気エネルギーに変換する熱電変換手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項５】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記電力回収手段は、
前記熱エネルギーから変換した前記電気エネルギーを電力として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６】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記転動手段は、
玉軸受けまたはころ軸受けであることを特徴とする車両用制動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２１１７６６（Ｐ２０１１−２１１７６６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４１１１（Ｐ２０１０−７４１１１）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【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１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【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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