來自制動系統的熱電能量回收的制作方法
【專利摘要】一種示例制動總成包括制動襯塊、使制動襯塊選擇性地移動來接觸轉子的致動器、和容納在制動襯塊外部的熱電發(fā)電機裝置。該熱電發(fā)電機裝置響應于制動總成內的溫度差而產生電力。
【專利說明】
來自制動系統的熱電能量回收
技術領域
[0001 ]本發(fā)明針對熱電能量回收并且，更具體地，涉及來自制動系統的相對低磨損部件的熱電能量回收。
【背景技術】
[0002]使旋轉部件——比如車輛車輪——制動可以產生熱量。一些已知的系統使用熱電發(fā)電機將熱量轉換成電能。使熱電發(fā)電機成為制動系統的一部分是具有挑戰(zhàn)性的。暴露于普遍在制動系統內的惡劣環(huán)境條件下會例如損壞熱電發(fā)電機或干擾熱電發(fā)電機的運行。
【發(fā)明內容】
[0003]根據本發(fā)明的示例性方面的一種制動總成，除了別的以外包括，制動襯塊、使制動襯塊選擇性地移動來接觸轉子的致動器、和容納在制動襯塊外部的熱電發(fā)電機裝置。該熱電發(fā)電機裝置響應于制動總成內的溫度差而產生電力。
[0004]在前述總成的又一非限制性實施例中，溫度差是致動器的一部分和環(huán)境空氣之間的溫度差。
[0005]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，溫度差是致動器的一部分和制動液之間的溫度差。
[0006]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，熱電發(fā)電機裝置固定到致動器。
[0007]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，致動器是制動鉗。
[0008]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，制動襯塊包含固定到襯塊背板的襯塊主體。
[0009]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，熱電發(fā)電機裝置包含整體的熱電陣列。
[0010]—種車輛，除了別的以外包括，任意前述總成的制動總成，并且進一步包括與轉子一起可旋轉的車輪。
[0011]在前述車輛的又一非限制性實施例中，車輛包括通過來自熱電發(fā)電機裝置的電力至少部分地供電的輪胎壓力監(jiān)測系統。
[0012]根據本發(fā)明的示例性方面的一種制動總成，除了別的以外包括，制動襯塊、使制動襯塊選擇性地移動來接觸轉子的致動器、和響應于第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的溫度差而產生電力的熱電發(fā)電機裝置。該熱電發(fā)電機容納在制動襯塊外部。
[0013]在前述總成的又一非限制性實施例中，第一區(qū)域和第二區(qū)域都是致動器的區(qū)域。
[0014]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，第一區(qū)域是致動器的區(qū)域，并且第二區(qū)域是流體。
[0015]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，第一區(qū)域是致動器的區(qū)域并且第二區(qū)域是制動襯塊的背板。
[0016]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，制動襯塊是相對高磨損部件，并且熱電發(fā)電機裝置固定到相對低磨損部件。
[0017]在任意前述總成的又一非限制性實施例中，第一區(qū)域是致動器的背板的區(qū)域并且第二區(qū)域是環(huán)境空氣。
[0018]根據本發(fā)明的示例性方面的一種電力產生的方法，除了別的以外包括，使用致動器使制動襯塊選擇性地移動抵靠轉子，和使用制動系統內并且與制動襯塊隔開的熱電發(fā)電機裝置產生電力。
[0019]在前述方法的又一非限制性實施例中，方法包括用電力為輪胎壓力監(jiān)測系統供電。
[0020]在任意前述方法的又一非限制性實施例中，方法包括用電力給車輛的電池充電。
[0021]在任意前述方法的又一非限制性實施例中，熱電發(fā)電機裝置通過塞貝克效應產生電力。
[0022]在任意前述方法的又一非限制性實施例中，致動器是制動鉗，并且熱電發(fā)電機裝置使用制動鉗的第一、相對熱的部分和制動鉗的第二、相對冷的部分之間的溫度差來產生電力。
[0023]在任意前述方法的又一非限制性實施例中，熱電發(fā)電機裝置使用致動器的一部分和制動液之間的溫度差來產生電力。
[0024]在任意前述方法的又一非限制性實施例中，制動襯塊包含固定到襯塊背板的襯塊主體。襯塊主體和背板是相對高磨損部件。熱電發(fā)電機裝置固定到制動系統的相對低磨損部件。
[0025]前述段落、權利要求、或下面的附圖和說明書中的實施例、示例和替代物，包括任何它們的各種方面或各自單獨的特征，可以獨立地或以任何組合使用。與一個實施例結合描述的特征適用于所有實施例，除非這些特征是不相容的。
【附圖說明】
[0026]從【具體實施方式】中，對于本領域技術人員而言，本公開的示例的各種特征和優(yōu)點將變得顯而易見。伴隨【具體實施方式】的附圖可以簡要描述如下:
[0027]圖1示出了電動車輛的局部示意圖；
[0028]圖2示出了與圖1的車輛連接使用的制動總成的端視圖；
[0029]圖3不出了來自圖2的制動總成的制動襯塊的側視圖；
[°03°]圖4示出了圖2的制動總成的透視圖；
[0031]圖5示出了圖4的制動總成的一部分的特寫、分解圖；
[0032]圖6A示出了用于在圖2的制動總成中使用的示例散熱板結構；
[0033]圖6B示出了用于在圖2的制動總成中使用的另一個示例散熱板結構。
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明總體上涉及從制動總成內的熱量中回收電力。制動總成示為與車輛的可旋轉的車輪連接使用的摩擦制動器，但可以適用于其它類型的制動總成。其它類型的制動總成包括用來制動輕軌總成、航空航天總成、叉車總成、風力渦輪機總成等中的可旋轉部件的摩擦制動器。
[0035]參照圖1，示例車輛10是包括多個可旋轉的車輪14的電動車輛。通常，電動車輛不同于傳統機動車輛，因為電動車輛可以使用一個或多個電池供電的電機選擇性地驅動。相比之下，傳統機動車輛典型地專門由內燃發(fā)動機驅動。
[0036]車輪14包括安裝到輪輞22的輪胎18。輪胎18是可充氣的、充氣輪胎。
[0037]輪胎壓力監(jiān)測傳感器26監(jiān)測輪胎18內的氣壓。控制器30接收來自輪胎壓力監(jiān)測傳感器26關于輪胎18內的氣壓的無線信號34。響應于無線信號34，如果內部壓力降到低于閾值則控制器30可以發(fā)起警報。輪胎壓力監(jiān)測傳感器26可以進一步包含電容器和控制電路，以及與控制器30無線通信的近場接收器。
[0038]在其它示例中，有線連接件將輪胎壓力監(jiān)測傳感器26連接到控制器30。在這樣的示例中，輪胎壓力監(jiān)測傳感器26可以不包括近場接收器。
[0039]輪胎壓力監(jiān)測傳感器26可以包括為輪胎壓力監(jiān)測傳感器26供電的電池。輪胎壓力監(jiān)測傳感器26還可以，或相反地，通過車輛10的附件電池38供電。
[0040]在一些示例中，輪胎壓力監(jiān)測傳感器26包含直接有線連接到控制器30的車輪速度傳感器。響應于其中一個車輪14的旋轉速度，控制器30可以計算出車輪14具有低于閾值的內部壓力。響應于此計算，控制器30可以發(fā)起警報。
[0041 ]示例輪胎壓力監(jiān)測傳感器26示出與車輛10的車輪14連接，但可以在其它車輪——比如拖車車輪——中使用。
[0042]現在參照圖2至4并繼續(xù)參照圖1，車輛10包括用來減慢或停止車輪10的旋轉的制動總成50 ο制動總成50包括制動襯塊54、轉子58、和致動器60。
[0043]車輪14的輪輞22通過安裝螺柱68安裝到輪轂66。輪轂66、轉子58、和車輪14 一起旋轉。致動器60使制動襯塊54選擇性地移動來與轉子58接觸。制動襯塊54和轉子58之間的摩擦限制車輪14的旋轉，這減慢了車輛10。當接觸轉子58時制動襯塊54處于制動位置，并且當不接觸轉子58時處于自由位置。
[0044]制動襯塊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屬的、半金屬的、或非金屬的，比如陶瓷。制動襯墊54的背板64典型地是金屬材料，比如鋼。
[0045]在本示例中，致動器60是制動鉗并且包括致動器60的活塞殼體部分內的活塞70。在本示例中致動器60是被鑄造的，但可以使用除了鑄造之外的技術制造。致動器60通常是在制動位置和自由位置之間移動制動襯塊54的摩擦材料62和背板64的總成。盡管被描述為包括活塞70的制動鉗，但是致動器60可以具有許多形式。
[0046]來自制動液源72的制動液選擇性地移動到區(qū)域74，以使活塞70移動到與轉子58接觸?；钊?0的充分運動抵靠轉子58的相對側夾緊制動襯塊54，以減慢或停止車輪14。制動總成50進一步包括便于移除制動液內的空氣的排氣氣門78。
[0047]如可以理解的是，當與致動器60相比時，制動襯塊54是相對高磨損部件。高磨損部件典型地被認為是需要以定期維護周期進行周期性更換的部件。制動襯塊，比如制動襯塊54，典型地以定期維護周期進行更換。與制動襯塊形成對比，致動器典型地不以定期維護周期進行更換。其它示例高磨損部件可以包括制動轉子、輪胎、火花塞、和機油濾清器。示例低磨損部件可以包括致動器60、傳感器、電氣繼電器和擋風玻璃。
[0048]在一些示例中，高磨損部件一一比如制動襯塊54—一是未設計為持續(xù)到車輛10的保證壽命的部件。與制動襯塊54形成對比的低磨損部件的致動器60被設計成持續(xù)到車輛10的保證壽命。
[0049]制動襯塊54與轉子58之間的接觸產生熱量，這使制動總成50的一些部分相對于制動總成50的其它部分和車輛10的其它部分變熱。制動過程中產生的熱量因此導致制動總成50內的熱梯度。
[0050]示例制動總成50使用這些熱量差異來產生電力。例如，電力可以用來為輪胎壓力監(jiān)測傳感器26供電而不是用電池，或除了電池之外，電力可以用來為輪胎壓力監(jiān)測傳感器26供電。電力也可以用來補充電池38的電荷。
[0051]現在參照圖5并繼續(xù)參照圖1至4，制動總成50包含熱電發(fā)電機裝置80以將制動總成50的區(qū)域中的溫度差轉換為電能。
[0052]示例熱電發(fā)電機裝置80包含多個半導體芯片的整體的熱電陣列84。一些半導體芯片84η是η型半導體芯片。一些半導體芯片84p是P型半導體芯片。η型半導體芯片84η和P型半導體芯片84ρ以棋盤型方式設置在陣列84內。導體片86導電地鏈接裝置80的陣列84內的芯片。
[0053]當陣列84的第一側90上的溫度不同于陣列84的第二側92上的溫度時，陣列84可以通過產生電力來收獲能量。在本示例中，熱電發(fā)電機裝置80響應于第一側90和第二側92之間的溫度差而利用塞貝克效應產生電力。本領域技術人員和本發(fā)明的益處將理解如何響應于溫差來產生電力。
[0054]示例陣列84容納在通過致動器60提供的空腔94內。致動器60在某種程度上被鑄造以提供空腔94。當示例陣列84容納在通過致動器60提供的空腔94內時，示例陣列84容納在制動襯塊54外部。值得注意的是，由于陣列84容納在制動襯塊54外部，所以制動襯塊54可以被更換而大體上不干擾陣列84。
[0055]為了固定陣列84，陣列84被放置到空腔94中。致動器60的蓋96因此固定在空腔94上方以將陣列84保持在空腔94內。蓋96包括檢查孔98，該檢查孔98在蓋96固定時允許正極引線10p和負極引線10n連接到空腔94內的陣列84。引線10p和10n從陣列84傳送電力。在其它示例中，蓋96被省略，并且陣列84黏附地固定到致動器60。蓋96也可以通過焊接、燒結、或分離的緊固件等而不是粘合劑接合到致動器60。
[0056]空腔94具有底板104、側壁108、和凹槽112。側壁108從底板104延伸到凹槽112。側壁108的高度總體上對應于陣列84的高度。當陣列84定位在空腔94內時，蓋96可以因此裝配在凹槽112內。當蓋96固定時，將蓋96裝配在凹槽112內使致動器60能夠具有相對光滑和面向外地不間斷的表面。當蓋96固定時，陣列84被包含并且封裝在空腔94內。
[0057]值得注意的是，底板104定位成比蓋96更靠近制動襯塊54。當在操作過程中制動襯塊54接觸轉子58時，產生的熱量使底板104比蓋96變熱更多。因此，陣列84的第二側92——其與底板104接觸——比陣列的第一側90——其與蓋96接觸——變熱更多。溫度梯度因此在陣列的第一側90和第二側92之間形成。陣列84使用這個溫度梯度來產生電力，該電力因此通過引線10p和10n供應到所需的位置，比如輪胎壓力監(jiān)測傳感器26或附件電池38。
[0058]在一些示例中，蓋96可以裝備有散熱板結構120Α(圖6Α)或散熱板結構120Β(圖6Β) ο散熱板結構120Α和120Β便于將熱能傳遞到環(huán)境空氣，這與缺少散熱板結構的蓋96相比將蓋96冷卻。用散熱板結構將蓋96冷卻可以對蓋96提供冷卻效果，并且從而增加蓋96和空腔94的底板104之間的溫度差。增加溫度差可以增加通過熱電發(fā)電機裝置80產生的電力。因此，從相對熱的底板104穿過相對冷的第二側92的熱傳遞通過散熱板結構120A或120B增強。
[0059]在本示例中，熱電發(fā)電機裝置80定位并容納在致動器60內。將熱電發(fā)電機裝置定位在與制動襯塊54隔開的致動器60內確保制動襯塊54可以被更換和修理，而不顯著地干擾或需要更換熱電發(fā)電機裝置80。
[0060]在本實施例中，致動器60提供鄰近熱電發(fā)電機裝置80的第一側90和第二側92的區(qū)域。
[0061 ]在另一個實施例中，致動器60的可以鄰近熱電發(fā)電機裝置80的第一側90和第二側92的區(qū)域可以鄰近制動總成的另一個區(qū)域，比如空腔74、或環(huán)境空氣。
[0062]典型地，在這樣的實施例中，鄰近空腔74的第二側92相對于鄰近致動器60的第一側90是冷的。來自制動液源72的制動液使鄰近空腔74的第二側92顯示出這個溫度差。鄰近致動器60的第一側90和鄰近空腔74的第二側92之間的熱梯度提供使熱電發(fā)電機裝置80能夠產生電力的熱梯度。
[0063]—些所公開的示例的特征包括將熱電發(fā)電機裝置集成到致動器，這可以保護熱電發(fā)電機的有源元件免遭惡劣的環(huán)境條件(例如灰塵、制動灰塵、水、鹽等)。將熱電發(fā)電機裝置容納且集成到致動器中可以期望地保護熱電發(fā)電機的有源元件免遭惡劣的環(huán)境條件(例如灰塵、制動灰塵、水、鹽等)。
[0064]—些所公開的示例的其它特征包括省去為輪胎壓力監(jiān)測系統的傳感器和/或輪胎壓力監(jiān)測系統的射頻(RF)發(fā)射器元件供電的有限壽命的電池電源。作為替代，或此外，傳感器和RF發(fā)射器元件通過使用熱電發(fā)電機裝置收獲的能量供電。對傳感器和RF發(fā)射器的供電可以通過無線電力傳輸來實現。
[0065]在一些實施例中，所公開的示例的實施可以省去在每個車輪的車輪速度傳感器線束并且提供用于車輛壽命的輪胎壓力監(jiān)測系統功能的電平而不需要直接輪胎壓力監(jiān)測系統所需的分離的有限壽命的電池電源。對用于輪胎壓力監(jiān)測系統的集中控制器的車輪速度傳感器線束的省去可以期望地提高可靠性并降低成本。
[0066]大型車輛和拖車牽引實施例可以包括具有信號復示器的連續(xù)或不連續(xù)的輪胎壓力監(jiān)測系統。這些系統可以通過RF通信至少部分地通信。這些實施例，和其它實施例中，可以從本發(fā)明的特征受益。
[0067]例如，在一些示例中，從與制動總成相關聯的熱電發(fā)電機裝置產生的電力可以省去將大型車輛的前方(或在牽引車輛中)的電源連接到放置在大型車輛的后部(或在拖車上)的一個或多個輪胎壓力監(jiān)測系統信號復示器的線束。
[0068]此外，在一些示例中，從制動總成產生的電力可以省去對在輪胎壓力監(jiān)測系統復示器中的分離的有限壽命的自給電池電源的需要，或可以提供不連續(xù)的供選擇的電源，這提高了輪胎壓力監(jiān)測系統復示器中所包括的主電池電源或可再充電電池電源的壽命。
[0069]與車輛的后部或拖車上的一個或多個車輪相關聯的制動總成中的熱電元件可以對輪胎壓力監(jiān)測系統信號復示器提供電力。
[0070]省去、或減少需要的，線束和分離的自給電池電源可以提高系統可靠性，省去與僅電池供電的輪胎壓力監(jiān)測系統復示器單元電池故障相關的服務/部件成本，并且能進一步提供這些車輛應用中的重量和成本減少。
[0071]實質上，前面的描述是示例性的而不是限制性的。對于本領域技術人員而言，不必脫離本公開的實質的對本公開示例的變化和修改將變得顯而易見。因此，給予本公開的法律保護的范圍僅能通過研究下面的權利要求來確定。
【主權項】
1.一種制動總成，包含: 制動襯塊； 致動器，所述致動器使所述制動襯塊選擇性地移動來接觸轉子；以及熱電發(fā)電機裝置，所述熱電發(fā)電機裝置容納在所述制動襯塊外部，所述熱電發(fā)電機裝置響應于所述制動總成內的溫度差而產生電力。2.根據權利要求1所述的制動總成，其中所述熱電發(fā)電機裝置固定到所述致動器。3.根據權利要求1所述的制動總成，其中所述致動器是制動鉗。4.根據權利要求1所述的制動總成，其中所述制動襯塊包含固定到襯塊背板的襯塊主體。5.根據權利要求1所述的制動總成，其中所述熱電發(fā)電機裝置包含整體的熱電陣列。6.—種車輛，所述車輛包含權利要求1所述的制動總成，并且進一步包含與所述轉子一起可旋轉的車輪。7.根據權利要求6所述的車輛，進一步包含通過來自所述熱電發(fā)電機裝置的電力至少部分地供電的輪胎壓力監(jiān)測系統。
【文檔編號】F16D61/00GK105822698SQ201610024027
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月14日
【發(fā)明人】布萊恩·約瑟夫·羅伯特, 肯特·施奈德
【申請人】福特全球技術公司