(57)【要約】  背面プレート（２）と、摩擦材料パッド（４）と、少なくとも１つの熱電モジュール（６）とを備えるブレーキパッド（１）であって、背面プレート（２）には、少なくとも熱電モジュール（６）のＮドープ半導体素子およびＰドープ半導体素子がその中に統合されている少なくとも１つの貫通孔（３）が設けられている、ブレーキパッド（１）。【選択図】図８
2020533540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面プレート（２）と、摩擦材料パッド（４）と、Ｐ型半導体素子およびＮ型半導体素子を備える少なくとも１つの熱電モジュール（６）とを備えるブレーキパッド（１）であって、前記熱電モジュール（６）は、第１の主面（６ａ）と前記第１の主面（６ａ）とは反対側の第２の主面（６ｂ）とを有し、前記背面プレート（２）には、少なくとも前記熱電モジュール（６）の前記ＮおよびＰドープ半導体素子がその中に統合されている少なくとも１つの貫通孔（３）が設けられ、第１の熱交換器（５）が前記熱電モジュール（６）の前記第１の主面（６ａ）に接触して設けられ、前記貫通孔（３）に収容された第２の熱交換器（７）が、前記熱電モジュール（６）の前記第２の主面（６ｂ）と接触して設けられていることを特徴とする、ブレーキパッド（１）。
【請求項２】
前記第１の熱交換器（５）は、前記摩擦パッド（４）のチャネル（１０）に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項３】
前記熱電モジュールは、前記孔内に完全に統合されていることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項４】
前記貫通孔（３）は、前記背面プレート（２）の内側主面（２ａ）に開口する第１の端部（３ａ）と、前記内側主面（２ａ）と平行な前記背面プレート（２）の外側主面（２ｂ）に開口する第２の端部（３ｂ）とを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項５】
前記貫通孔（３）は、既知のタイプの背面プレート上に通常存在する差込み孔であり、前記差込み孔は、前記熱電モジュール（６）を統合するように加工されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項６】
前記熱電モジュール（６）は、前記背面プレート（２）の前記内側主面（２ａ）に面する前記第１の主面（６ａ）と、前記背面プレート（２）の前記外側主面（２ｂ）に面する前記第２の主面（６ｂ）とを有するプレートの形態であることを特徴とする、請求項４および５のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項７】
前記プレートは、平坦でかつ前記背面プレート（２）の前記内側主面（２ａ）と平行な前記第１の主面（６ａ）と、平坦でかつ前記背面プレート（２）の前記外側主面（２ｂ）と平行な前記第２の主面（６ｂ）とを有することを特徴とする、請求項６に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項８】
前記熱電モジュール（６）の前記第１および第２の主面（６ａ、６ｂ）は、前記貫通孔（３）内に位置することを特徴とする、請求項６および７のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項９】
前記第１の熱交換器（５）は、前記熱電モジュール（６）の前記第１の主面（６ａ）上に接触して配置され、前記第２の熱交換器（７）は、前記熱電モジュール（６）の前記第２の主面（６ｂ）上に接触して配置されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１０】
前記第２の熱交換器（７）は、前記貫通孔（３）の前記第２の端部（３ｂ）と同一平面をなすことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１１】
前記第１の熱交換器（５）は、前記貫通孔（３）の前記第１の端部（３ａ）の外側に延在することを特徴とする、請求項９および１０のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１２】
前記第１の熱交換器（５）は、前記摩擦パッド（４）の外側主面（４ａ）と同一平面をなすことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１３】
前記第１の熱交換器（５）は、前記摩擦パッド（４）と前記背面プレート（２）との間に間置された下層（８）のチャネル（９）内に延在することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１４】
前記第１および第２の熱交換器（５、７）のうちの少なくとも一方は、５０Ｗ／ｍＫよりも高い熱伝導率を有する材料によって作製されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１５】
前記第１および第２の熱交換器（５、７）のうちの少なくとも一方は、黒鉛によって作製されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１６】
前記貫通孔（３）は、前記貫通孔（３）の前記第１の端部（３ａ）を含み、第１の直径（Ｄ１）を有する円筒形の第１の端部部分（３’）と、前記第１の直径（Ｄ１）よりも大きい第２の直径（Ｄ２）を有する円筒形中間部分（３’’）と、前記貫通孔（３）の前記第２の端部（３ｂ）を含み、前記第２の直径（Ｄ２）よりも大きい第３の直径（Ｄ３）を有する円筒形の第２の端部部分（３’’’）とを備えることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１７】
前記第１および第２の熱交換器（５、７）は、円筒形状を有することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１８】
前記第１の熱交換器（５）は、前記貫通孔（３）の前記円筒形の第１の端部部分（３’）と係合し、前記第２の熱交換器（７）は、前記貫通孔（３）の前記円筒形の第２の端部部分（３’’’）と係合していることを特徴とする、請求項１７に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項１９】
前記第１の熱交換器（５）は、前記貫通孔（３）の前記円筒形の第１の端部部分（３’）の周りで前記背面プレート（２）と係合する狭窄円筒形端部部分（５’）を有することを特徴とする、請求項１８に記載のブレーキパッド（１）。
【請求項２０】
前記熱電モジュール（６）は、前記貫通孔（３）の前記円筒形中間部分（３’’）内に収容されていることを特徴とする、請求項１８および１９のいずれか１項に記載のブレーキパッド。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のブレーキパッド（１）と、前記熱電モジュール（６）に接続されたエネルギー管理ユニット（１２）とを備えるブレーキ装置であって、前記エネルギー管理ユニット（１２）は、ロジック制御（１７）と、負荷（１４）に接続された供給電気回路（１３）と、前記供給電気回路（１３）に接続されたエネルギー蓄積器（１５）とを備え、前記供給電気回路（１３）は、充電状態と放電状態とを切り替える複数のスイッチ（１６）を備え、前記エネルギー蓄積器（１５）は、複数のコンデンサ（１５’）を備え、前記充電状態では、前記スイッチ（１６）は前記コンデンサ（１５’）を並列に接続し、前記放電状態では、前記スイッチ（１６）は前記コンデンサ（１５’）を直列に接続する、ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の説明】
【０００１】
本発明は、回転式または線形ブレーキシステムを備えたブレーキシステムおよび車両、風車、鉄道、電動モータなどに使用するように設計および構成された、統合熱電エネルギー収集器を備えたブレーキパッドに関連する。
【０００２】
熱電効果は、熱電材料の２つの側面間の温度差を電圧へ、およびその逆に、直接変換するものであり、それに電圧をかけることによって温度差を作り出すことができる。
【０００３】
この効果は、そのような材料で作製された何らかのデバイス、通常は、多数のＮ型およびＰ型半導体素子によって作られた半導体において得られる。熱電素子の２つの側面間のこうした温度差に比例する電位は、半導体素子の２つの側面上に温度差が存在するときは常に起こる。
【０００４】
この効果（ゼーベック効果）の理由は、電荷キャリヤが半導体材料の高温側から材料の低温側に拡散するからである。
【０００５】
熱電デバイスは、本質的に、２種の半導体材料で構成され、第１のものはｎドープされ、第２のものはｐドープされている。このような半導体材料の２つの端部に、電気相互接続が存在し、それが、時には、熱交換器、つまり高熱伝導率の材料の機能を統合することもできる。他方で、２つの別個の電気相互接続および熱交換器は、デバイスのｐ側とｎ側とを分割する。２つの異なる先端は、次いで、異なる熱源（１つは低温で、２番目は高温）に連結される。このようにして、ｐ側およびｎ側の対向側面に、熱電効果によって電圧差が現れる。回路の２つの側部間で負荷が閉じられると、電流が流れるのが分かり、デバイスは発電機のように動作する。
【０００６】
熱電デバイスはいくつかの適用分野で使用されている。摩擦ブレーキは大量の熱エネルギーを生成し、したがって原理的には対応する量の電気エネルギーを回収できるという事実を鑑み、ブレーキシステムは、こうした技術の潜在的な適用分野の１つである。いくつかの例を引用すると、初期速度１００ｋｍ／時から停止するためにブレーキをかけられた質量１５００ｋｇの車両は、摩擦力によって、約１ＭＪを消散し、その結果、パッドの内部温度は著しく上昇する。これは、こうした熱エネルギーの約１／８が車の典型的なブレーキシステムを構成する８つのパッド間で分配され、したがって、このようなエネルギーの極めてわずかな部分（４〜５％）のみが変換されるとしても、回収エネルギーの量はなおも有意な適用を可能とするのに十分大きい場合もあることを意味する。これが、世界中の多数の研究開発活動が、摩擦ブレーキから熱エネルギーを回収しようとすることに費やされている基本的な理由である。こうしたエネルギー収集システムの形成のためのキーポイントを以下に記載する。
【０００７】
まず、効率的な熱交換による効率の最大化と、適切な設計による低温側と高温側との間の温度勾配の最大化とに関連する。
【０００８】
したがって、匹敵する重要性は、熱電式発電機（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、以降ＴＥＧと称する）の設計と、それをブレーキパッドに統合するスキームとを定義することであり、ブレーキパッド設計および特性への影響は最小限であるが、優れた信頼性をもって、容易に統合されなければならない。
【０００９】
過小評価されることが多いこの後者の点に関して、ブレーキパッドの構造またはブレーキパッドの背面プレートの実質的な変更は、ＮＶＨ挙動（すなわち、ブレーキパッドのノイズ、振動および雑さ）またはブレーキパッドの性能の変化を引き起こすことがあるため、実際にブレーキパッドに統合されたＴＥＧモジュールを調査することがまことに重要である。摩擦材料側の背面プレート表面への侵襲性アプローチは、代わりに、摩擦材料脱離側の問題を誘起し得、技術の実際の適用に対して、非常に重要でもあり障害でもある。
【００１０】
最も関連する先行技術のいくつかを分析し、本発明者らは異なるアプローチを見出す。例えば、ＪＰ５８  ０３７３２９は、直列に相互接続され、パッドの背面上に特定の構造で配置されたアレイを形成する、いくつかのＰ型およびＮ型熱電ペレットで作製され、短絡回路を回避するために背面プレート上に電気絶縁層を有する解決策を開示している。この解決策は、侵襲性は低いが、実際の用途ではほとんど使用できず、ＴＥＧ改変パッドの厚さの顕著な変化を斟酌するためのキャリパーまたはパッドの実質的な再設計を示唆する。さらに、主な欠点が、摩擦材料に対して反対側（パッドの高温側）に位置し、小さい厚さを有する構造体の２つの側面から期待されるわずかな温度差から生じ、解決策の効率が悪くなる結果となる。
【００１１】
代わりに、ＪＰ１１−２２０８０４は、キャリパーに接続され、キャリパーの外にある熱電式発電機と接触しているヒートパイプと、一般的に、他方で、素子の低温側を提供するためにラジエータと接触しているブレーキとによって構成された、キャリパー上に統合されたシステムを開示している。この発明の主な欠点は、高温側源としてのキャリパーの選択に関連し、何故ならば、ブレーキシステムの構成部品（ロータ、パッドおよびキャリパー）の中で、キャリパーは、達成される最高温度の顕著な差をもって、より低温であり、したがって、ロータまたはパッドに基づく解決策に対して本質的に効率が悪くなるからである。
【００１２】
ＵＳ２０１２／００００７３７およびＷＯ２０１０／１０９５９２は、背面プレートの摩擦素子側に、または常に摩擦材料側にある背面プレートの凹部内に統合された複数の熱電部材によって構成された熱電モジュールのパッド内への統合のための解決策を開示している。こうした熱電素子において、高摩擦材料の外側パイプと、空洞がカーボンナノチューブ材料で満たされた内側の中空とによって構成された円筒形構造体が熱交換器として開示されている。こうした解決策の主な欠点は、効率の点で従来のものに対して改善されているが、特に、背面プレート材料を構成するスチールの熱伝導性が、この視点からはるかに性能の良い他の金属に対して限られているが故に、また、熱勾配が摩擦材料表面と摩擦材料側の背面プレートとの間に構成されるものに限定されているが故に、まだ改善の余地がある。さらに、パッドの背面プレートの表面に統合されている熱電モジュールであることで、製造プロセスでの強い圧力および力、ならびに圧力が最大４００バール以上に達し得るブレーキパッドの動作条件に暴露されるという、そのような構成部品の製造性および信頼性に関連する大きな問題が依然として存在する。最後になるが、背面プレートに凹部を有する構成では、パッドのＮＶＨ特性に対する異なる挙動が誘起され得、その上、接着問題による摩擦材料の重大な脱離問題が起こる可能性がある。
【００１３】
最後の分析ケースとして、Ａａｌｂｏｒｇ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙは、熱電式発電機素子アレイと、一方の側でロータに接触し、他方の側で熱電素子に接触している複数の熱接続素子とを備え、ブレーキ動作中に電気を生成する手段を有し、熱をロータからブレーキ本体へ移送し、ロータの温度を変換することにより電力を提供するためのセンサと、異なる動作モードへの切り替え機能をさらに有する温度センサと通信する制御媒体とを有するという追加機能を有する、熱電式発電機ブレーキパッドを開示している。本開示発明による要件に固有の強力な制限とは別に、上述の分析ケースについて、信頼性の問題と製造性とはまだ対処されていない。実際、例えば、パッドに対するロータの反応から生じる圧力は、ブレーキパッドが被った圧力レベルの故に潜在的には破壊的に、熱接続素子から熱電素子まで直接伝搬する。
【００１４】
本発明の目的は、ブレーキにおける既知の熱電適用が被る制限を克服しながら、任意のブレーキシステムのための統合熱電エネルギー収集器を備えたブレーキパッドを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、熱電モジュールに利用可能な改善された温度差を有する、任意のブレーキシステムのための統合熱電エネルギー収集器を備えたブレーキパッドを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、ＮＶＨ挙動の変化またはブレーキ装置性能の変化、あるいはさらに悪くは剪断力に対する摩擦脱離耐性に関連するいかなる問題も排除するために、熱電モジュール統合のためにブレーキパッドに及ぼす影響を低減した、任意のブレーキシステムのための熱電エネルギー収穫器を備えたブレーキパッドを提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、長期信頼性および圧力負荷耐性が改善された、任意のブレーキシステムのための熱電エネルギー収穫器を備えたブレーキパッドを提供することである。
【００１８】
本発明の目的は、背面プレートと、摩擦材料パッドと、Ｐ型半導体素子およびＮ型半導体素子を備える少なくとも１つの熱電モジュールとを備えるブレーキパッドであって、前記背面プレートには、少なくとも前記熱電モジュールの前記Ｐ型半導体素子およびＮ型半導体素子がその中に統合されている少なくとも１つの貫通孔が設けられていることを特徴とする、ブレーキパッドによって達成される。
【００１９】
本発明の一実施形態では、前記熱電モジュールは、前記孔内に完全に統合されている。
【００２０】
有利には、第１の熱交換器および第２の熱交換器が、前記熱電モジュールの対向表面に接触して配置されている。
【００２１】
有利には、前記貫通孔は、前記背面プレートの内側主面に開口する第１の端部と、前記内側主面と平行な前記背面プレートの外側主面に開口する第２の端部とを有する。
【００２２】
好ましくは、前記貫通孔は、前記熱電モジュールを統合するために適切に加工された、既知のタイプの典型的なブレーキパッド背面プレート上に存在する差込み孔の１つである。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態では、前記熱電モジュールは、前記背面プレートの前記内側主面に面する第１の主面と、前記背面プレートの前記外側主面に面する第２の主面とを有するプレートの形態である。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態では、前記プレートは、平坦でかつ前記背面プレートの前記内側主面と平行な前記第１の主面と、平坦でかつ前記背面プレートの前記外側主面と平行な前記第２の主面とを有する。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態では、前記熱電モジュールの前記第１および第２の主面は、前記貫通孔内に位置する。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記熱電モジュールの前記第１の主面上に接触して配置され、前記第２の熱交換器は、前記熱電モジュールの前記第２の主面上に接触して配置されている。
【００２７】
本発明の一実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記摩擦パッドのチャネル内に延在する。
【００２８】
本発明の一実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記摩擦パッドの前記チャネルの摩擦材料壁に固定されている。
【００２９】
本発明の一実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記摩擦パッドの外側主面と同一平面をなす。
【００３０】
本発明の一実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記摩擦パッドと前記背面プレートとの間に間置された下層のチャネル内に延在する。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態では、前記第２の熱交換器は、前記貫通孔の前記第２の端部と同一平面をなす。
【００３２】
本発明の一実施形態では、前記第１および第２の熱交換器のうちの少なくとも一方は黒鉛で作製されている。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態では、前記貫通孔は、前記貫通孔の前記第１の端部を含み、第１の直径を有する円筒形の第１の端部部分と、前記第１の直径よりも大きい第２の直径を有する円筒形中間部分と、前記貫通孔の前記第２の端部を含み、前記第２の直径よりも大きい第３の直径を有する円筒形の第２の端部部分とを備える。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態では、前記第１および第２の熱交換器は、円筒形状を有する。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記貫通孔の前記円筒形の第１の端部部分と係合し、前記第２の熱交換器は、前記貫通孔の前記円筒形の第２の端部部分と係合する。
【００３６】
本発明の一実施形態では、前記第１の熱交換器は、前記貫通孔の前記円筒形の第１の端部部分の周りで前記背面プレートと係合する狭窄円筒形端部部分を有する。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態では、前記熱電モジュールは、前記貫通孔の前記円筒形中間部分内に収容されている。
【００３８】
本発明の一実施形態では、背面プレートは、複数の貫通孔と複数の相互接続された熱電モジュールとを有し、各熱電モジュールは対応する貫通孔内に統合されている。
【００３９】
本発明はまた、上記ブレーキパッドと、前記熱電モジュールに接続されたエネルギー管理ユニットとを備えるブレーキ装置であって、前記エネルギー管理ユニットは、制御ロジックと、負荷への供給電気回路と、前記供給電気回路に接続されたエネルギー蓄積器とを備える、ブレード装置も開示する。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態では、前記供給電気回路は、充電状態と放電状態とを切り替える複数のスイッチを備え、前記エネルギー蓄積器は、複数のコンデンサまたはスーパーコンデンサを備え、前記充電状態では、前記コンデンサまたはスーパーコンデンサを前記スイッチに並列接続に接続し、前記放電状態では前記コンデンサ（スーパーコンデンサ）前記スイッチに直列接続に接続する。
【００４１】
本発明のさらなる特徴および利点は、例としてのみ与えられる、例示的で非限定的な実施形態の以下の説明から、および添付の図面を参照して、明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】は、あるブレーキ適用の後または間のブレーキパッド内の典型的な温度プロファイルを示す。
【図２】は、単一の熱電モジュールのスキームを示す。
【図３ａ】は、差込み孔を有する背面プレートの平面図を示す。
【図３ｂ】は、本発明に従う熱電モジュールを統合することに適合するように加工された差込み孔を有する背面プレートの詳細の平面図を示す。
【図４ａ】は、本発明の第１の実施形態に従うブレーキパッドの分解図を示す。
【図４ｂ】は、第１の実施形態のブレーキパッドの拡大詳細の断面図を示す。
【図５】は、より良い理解のために熱電モジュールおよび熱交換器が取り除かれた、図４のブレーキパッドの斜視図を示す。
【図６】は、本発明の第２の実施形態に従うブレーキパッドの平面図である。
【図７】は、図６の線Ａ−Ａに沿ったブレーキパッドの断面を示す。
【図８】は、図７の拡大詳細を示す。
【図９】は、本発明の第３の実施形態に従うブレーキパッドの平面図である。
【図１０】は、図９の線Ａ−Ａに沿ったブレーキパッドの断面を示す。
【図１１】は、図１０の拡大詳細を示す。
【図１２ａ】は、本発明の熱電モジュールの考えられる並列接続およびそれぞれ直列接続を示す。
【図１２ｂ】は、本発明の熱電モジュールの考えられる並列接続およびそれぞれ直列接続を示す。
【図１３ａ】は、本発明に従うブレーキパッドを含むブレーキ装置のエネルギー管理ユニットを示す。
【図１３ｂ】は、図１３ａのエネルギー管理ユニットのエネルギー蓄積器の実施形態を示す。
【図１４ａ】は、充電状態およびそれぞれ放電状態における供給回路を示す。
【図１４ｂ】は、充電状態およびそれぞれ放電状態における供給回路を示す。
【図１５ａ】は、試験に使用された第１のプロトタイプおよびそれぞれ第２のプロトタイプのブレーキパッドのスキームを示す。
【図１５ｂ】は、試験に使用された第１のプロトタイプおよびそれぞれ第２のプロトタイプのブレーキパッドのスキームを示す。
【図１６】は、プロトタイプＡから取得されたデータを示す。
【図１７】は、負荷下でプロトタイプＡから取得されたデータを示す。
【００４３】
図面を参照すると、本発明の異なる実施形態における相同な部品は同一の参照番号でラベル付けされている。
【００４４】
例えば車両のブレーキパッド１は、背面プレート２と、摩擦材料パッド４と、各々がＮドープ半導体素子およびＰドープ半導体素子を既知の様式で備える１つ以上の熱電モジュール６とを備える。
【００４５】
ブレーキパッド１には、摩擦パッド４と背面プレート２との間に間置された下層８も備えられている。
【００４６】
摩擦材料パッド４は、背面プレート２の内側主面２ａ上にある。
【００４７】
背面プレート２は、内側平坦主面２ａと、外側平坦主面４ａと平行な外側平坦主面２ｂとを有する。
【００４８】
摩擦パッド４は、外側平坦主面４ａと、外側平坦主面４ａと平行な内側平坦主面４ｂとを有する。
【００４９】
下層８は、第１の平坦主面８ａと、第１の平坦主面８ａと平行な第２の平坦主面８ｂとを有する。
【００５０】
下層８の第１の平坦主面８ａは、摩擦パッド４の内側平坦主面４ｂと合わさり、一方で、下層８の第２の平坦主面８ｂは、背面プレート２の内側平坦主面２ａと合わさっている。
【００５１】
通常は金属の背面プレート２には、有利には、（一般的には差込み孔として知られる）１つ以上の貫通孔３が設けられている。
【００５２】
有利には、各熱電モジュール６は、背面プレート２の対応する貫通孔３内に完全に統合される。
【００５３】
図示のない本発明の異なる実施形態では、熱電モジュール６の全体ではなく、少なくとも熱電モジュール６のＮドープ半導体素子およびＰドープ半導体素子が孔３に統合されている。
【００５４】
各貫通孔３は、背面プレート２の内側主面２ａに開口する第１の端部３ａと、背面プレート２の外側主面２ｂに開口する第２の端部３ｂとを有する。
【００５５】
好ましくは、各貫通孔３は、背面プレート２に一般的に存在し、熱電モジュール６を統合するよう適切に適合された、既知のタイプの差込み孔である。
【００５６】
さらなる詳細では、各貫通孔３は、前記貫通孔３の前記第１の端部３ａを含み、第１の直径Ｄ１を有する円筒形の第１の端部部分３’と、第１の直径Ｄ１よりも大きい第２の直径Ｄ２を有する円筒形中間部分３’’と、貫通孔３の第２の端部３ｂを含み、第２の直径Ｄ２よりも大きい第３の直径Ｄ３を有する円筒形の第２の端部部分３’’’とを備える。
【００５７】
熱電モジュール６は、背面プレート２の内側主面２ａに面する第１の主面６ａと、背面プレート２の外側主面２ｂに面する第２の主面６ｂとを有するプレートの形態である。
【００５８】
より具体的には、熱電モジュール６の第１の主面６ａは、背面プレート２の内側主面２ａと平行であり、熱電モジュール６の第２の主面２ｂは、背面プレート２の外側主面２ｂと平行である。
【００５９】
より正確には、熱電モジュール６の第１の主面６ａと熱電モジュール６の第２の主面６ｂとは、貫通孔３の内側に位置する。
【００６０】
第１の熱交換器５は、熱電モジュール６の第１の主面６ａに接触して配置され、第２の熱交換器７は、熱電モジュール６の第２の主面６ｂに接触して配置されている。
【００６１】
第１の熱交換器５は、下層８のチャネル９内に延在し、図４〜図８の実施形態に示す通り、摩擦パッド４のチャネル１０内にさらに延在してもよい。
【００６２】
チャネル９は、下層８の全厚に展開して、摩擦パッド４を背面プレート２に接続する。
【００６３】
チャネル１０は、予測するとすれば、摩擦パッド４の少なくとも一部分、好ましくは全厚に展開し得る。
【００６４】
好ましくは、チャネル１０が摩擦パッド４の全厚に展開する場合、第１の熱交換器５は摩擦パッド４の主外面４ａと同一平面をなす。
【００６５】
第２の熱交換器７は、一方の端部が貫通孔３の第２の端部３ｂと同一平面をなす。
【００６６】
第１の熱交換器５および第２の熱交換器７は、円筒形状を有する。
【００６７】
第１の熱交換器５は、貫通孔３の円筒形の第１の端部部分３’と係合し、第２の熱交換器７は、貫通孔３の円筒形の第２の端部部分３’’’と係合する。
【００６８】
好ましくは、第２の熱交換器７は、貫通孔３の円筒形の第２の端部部分３’’’と形状において共役なプレートの形態である。
【００６９】
図６〜図１１に示す実施形態では、第１の熱交換器５は、貫通孔３の円筒形の第１の端部部分３’の周りで背面プレート２と係合する狭窄円筒形端部部分５’を有する。
【００７０】
熱電モジュール６は、貫通孔３の円筒形中間部分３’’内に収容されている。
【００７１】
解決案の理由を立証するために、図１に示すように、あるブレーキ適用の後または間のブレーキパッドの典型的な温度プロファイルに戻ろう。
【００７２】
図１には、ロータ表面（高温側）から背面プレート（低温側）までのブレーキパッドの熱プロファイルが示されている。
【００７３】
（熱プローブを摩擦材料、ロータ、および背面プレートに配置することによる）最後の２つの測定点は、摩擦材料側およびその反対側の背面プレートの２つの側面と関連することが分かる。
【００７４】
２００℃に対して５０℃（２５％）が背面プレートの２つの側面間で失われていることが理解される。
【００７５】
これは、低温側熱交換器の位置決めにおける慎重な設計によって、２５％を超える効率が回収できることを意味する。
【００７６】
本発明は、ブレーキパッドの背面プレートに通常存在し、製造プロセスで摩擦材料の圧縮中にある役割を果たす、いわゆる差込み孔を好適に活用する。
【００７７】
差込み孔は、摩擦材料と背面プレートとの接着にいかなる寄与もしないし、背面プレートの内側をその外側部分と自然に接続し、温度勾配を最大化するのに理想的な支援を提供し、ブレーキパッドの機械的または構造的変化を示してブレーキパッドの内側と外側とを接触させて、これらの種類の機械的変化によるＮＶＨ側または性能側への悪影響を最小化するので、熱電モジュールをブレーキパッド内へ統合するのに理想的である。
【００７８】
ここでまず、図４および図５に示す実施形態を参照しよう。
【００７９】
背面プレート２の貫通差込み孔は、熱電モジュール６および熱交換器５、７を統合するように加工されている。この目的で、深さが約２〜３ｍｍの第１の凹部をミル加工して、貫通孔３の円筒形の第２の端部部分３’’’を作成し、次いで、第１の凹部の底部から第２の凹部をミル加工して、貫通孔３の円筒形中間部分３’’を作成し、貫通孔３の円筒形の第１および第２の端部部分３’、３’’’を分離する。
【００８０】
チャネル９もまた、下層８を貫いて作成され、ねじ切りチャネル１０が摩擦パッド４を貫いて作成される。
【００８１】
この場合、高温側の第１の熱交換器５も金属で作られ、ねじ山を付けて、摩擦パッド４のねじ切りチャネル１０と永久的に螺合する。
【００８２】
第１の熱交換器５は、単純に摩擦材料にねじ込まれ、摩擦材料は、十分に硬質であるので、第１の熱交換器自体５を支持して、下にある熱電モジュール６の表面への実質的な圧力放出を提供する機械的機能も行う。しかしながら、原理的には、シリコン、ビスマレイミド、エポキシド、エステルシアニド、またはポリマー族の、何らかの構造的に高温の樹脂を用いて、それを摩擦パッドに接着するような、２つの素子を取り付けて、それを封止し、第１の熱交換器５と摩擦パッドとの間の隙間を充填し、それを水分吸収に対して封止する他の方法も考えられる。
【００８３】
第１の熱交換器５の端面は、熱電モジュール６の対応する平坦面と適合するように平坦である必要がある。前記熱電モジュール６が、並列に設定された（高温側および低温側に対して）少なくとも２つの反対向きのｐ−ｎ接合部で構成されているとき、２つの終端または熱電モジュールは、生成された電流をモジュールの外側に引き出す、２本の高温ケーブルによってまたはスクリーン印刷回路によって閉じられる。
【００８４】
モジュール６の一方の主面６ａは、第１の熱交換器５の対応する平坦面と直接接触し、高温熱伝導ペーストの薄層を使用して、部品５と部品６との間の熱接触を改善することができる。モジュール６の他方の主面６ｂは、コイン状の第２の熱交換器７の対応する平坦面と接触している。
【００８５】
この場合でも、高温熱伝導性接着剤を使用して、部品６と部品７との間の熱接触を改善することができる（好ましくは、最大動作Ｔ＞２００℃とする）。扁平で、高熱伝導率を有する材料で作られたコイン状低温側熱交換器７は、標準ブレーキパッドに適用されるスチールに対してそのような材料（アルミニウムまたは銅）は熱伝導率がより高いため、事実上、モジュール６の低温側をその背面プレート２の外側と同じ温度またはそれ以下に保つ。
【００８６】
第１の熱交換器５に関して、ねじ孔の代わりに、他の技術的解決策を使用して、モジュール６への圧力を軽減することができる。そのようなモジュール６への大きな圧力を回避するために、高温側熱交換器５の異なる形状と引用の慎重な設計とを含む次の実施形態に、１つを示す。
【００８７】
この第１の実施形態におけるモジュール６の取付けスキームは以下の通りである。
【００８８】
ねじ込み金属ピン（高温側の第１の熱交換器５）を、貫通孔３の円筒形の第１の端部部分３’内に配置する。高温接着剤またはシーラントを孔３内に配置し、貫通孔３の円筒形の第１の端部部分３’とねじ込み金属ピンとの間の空間を封止する。
【００８９】
熱ペーストを、第１の熱交換器５の金属製平坦面上に配置し、熱電素子６を、貫通孔３の円筒形の中間部分３’’内でその上に配置する。ケーブルまたは相互接続素子を、背面プレート２の外側で、背面プレート２の表面上またはワイヤを通すための何らかの開口部を通してその中央に置く。
【００９０】
熱ペーストまたは封止熱接着剤を、熱電素子６の上に配置し、金属製コイン素子（低温側の第２の熱交換器７）をその上に配置する。第２の熱交換器７が孔３を完全に閉じ、背面プレート２に内蔵され、その表面と完全に整列した金属素子となり、望ましくないキャリパーへの引き込みの成立が回避される。
【００９１】
一旦組み立てられると、ブレーキパッド１はキャリパー上で使用する準備が整い、（ブレーキパッド１上に統合された２本のケーブルによって）２つの端子を相互接続することによって、熱勾配がブレーキパッド１上に存在する限り、ブレーキパッド１内の熱電モジュール６によって負荷が給電され得る。
【００９２】
この第１の実施形態は、摩耗問題が関連しないコーティングされたブレーキディスクのみで使用できるその金属製熱交換器５のために、明らかな限界を有する。これらの特殊なケースでは、熱交換器は、高熱伝導性で安価な金属（アルミニウムおよび銅）で作製されることが好ましいが、原理的には、ある種のセラミック（アルミナその他）のような高熱伝導性を有する他の断熱材料も使用できる。
【００９３】
ここで図６〜図８に示す第２の実施形態に焦点を当てよう。
【００９４】
前段落で述べたように、金属製の第１の熱交換器は、ディスクのコーティング材料が非常に硬質であることと、パッドの摩耗が極めて限定的であることから、コーティングされたブレーキパッドのように、ディスク表面上のパッド内への金属挿入の擦過作用が問題とならない限定されたケースで使用され得る。他のすべてのケースでは、ディスクが急速に回復困難に損傷することがあるため、同じ理由で使用できないであろう。
【００９５】
これらのすべてのケースで、ディスク表面損傷を回避するためには、高熱伝導率を有する軟質材料を使用する必要がある。こうした特性を有する材料は黒鉛である。黒鉛は、実際、（通常は５０〜４００Ｗ／ｍＫで構成される）多くの金属に匹敵する熱伝導率を有し、場合によってはアルミニウム（λ〜１８０Ｗ／ｍＫ）よりも大きい熱伝導率を有する。
【００９６】
値の大きな広がりは、面内伝導率が面内伝導率（２桁小さい）よりもずっと大きいという事実に起因するものである。結果として、実際の値は、黒鉛平面がその方向にあるロッドの円筒軸に沿って配向された粒子の割合に応じて、典型的な黒鉛ロッドを構成する黒鉛材料の微細構造の純度レベルと、最も重要なことには粒子配向とに影響される。好適な選択肢は、１００Ｗ／ｍＫよりも大きい、好ましくは２００Ｗ／ｍＫよりも大きい、つまり金属製ケースよりも良好な伝導率を有する黒鉛化合物用である。
【００９７】
第１の実施形態と比較して、第２の実施形態では、主な違いは、少なくとも第１の熱交換器５が黒鉛で作製されることである。この黒鉛の第１の熱交換器５は、金属製バージョンと類似した方法でモデル化され、一方の平坦面は、摩擦材料パッド４の対応するものと整列され、他方の平坦面はモジュール６の対応する平坦面を受け入れる。
【００９８】
しかしながら、前述のねじ式解決策に対する別の重要な違いは、モジュール６上に圧力を放出することに示され、モジュール６上に圧力を放出するために、第１の熱交換器５は、貫通孔３の円筒形の第１の端部部分３’の周りで背面プレート２と係合する狭窄円筒形端部部分５’を有する。このようにして、ブレーキパッド仕様に対するいかなる潜在的な影響も最小化される。熱電モジュール６は、前述の金属ケースに対して行われたものと類似した方法で背面プレート２に統合される。低温側の第２の熱交換器７は、高熱伝導性材料の薄いコインとして設けられる黒鉛または金属と相違なく行うことができる。
【００９９】
黒鉛材料の特性により、黒鉛の第１の熱交換器５は、ブレーキパッド１のブレーキ動作に干渉せず、最も重要なことには、ロータ表面を擦傷することがなく、黒鉛には潤滑性があり、パッドの異なる物理的特性のバランスをとるためにもブレーキパッド摩擦材料に使用されている。その上に、黒鉛の第１の熱交換器は、摩擦材料に続いて摩耗し、ロータと接触した常に平坦で整列した表面となり、良好な経時熱接触およびパッド磨耗プロセスを保証する。
【０１００】
ここで図９〜図１１に示す第３の実施形態について検討しよう。
【０１０１】
第３の実施形態は、高温側に短い第１の熱交換器５を有するものである。特に、摩擦材料の最端側レベルまで延在してブレーキロータと直接接触する代わりに、下層８の縁部までに限定されている。
【０１０２】
この後者の構成は、モジュール６の２つの側面によって露出された小さな熱勾配のために効率性は低いが、前述の２つと比べて、モジュール６の低侵襲性の統合と、最後になるが、使用する材料の量が少ないためにコストが小さいという製造的利点を有する。これは、生成されるエネルギーは本題ではないあらゆる用途に対して好適な実施形態であり、（低電力予算用途）したがって、摩擦ブレーキまたは摩擦に基づく用途（ブレーキドラム、クラッチなど）におけるあらゆる無線センサ用途を含む。
【０１０３】
この特定のケースにおける２つの熱交換器５、７は、２つの熱交換器５、７はブレーキパッド４の摩擦材料の下でかつ下層８のレベルより下方になるため、金属または黒鉛で相違なく作製することができる。好適な設計は、第１の熱交換器５の縁部が下層８の限界と実質的に一致して、熱勾配を最適化するものである。したがって、熱交換器５、７に採用される材料は、他よりもコストおよび効率の問題によって決定される。
【０１０４】
先に示されたすべての実施形態は、複数の類似構造を実現することができるケースに自然に拡張される。これは、例えば、単に、標準的なブレーキパッドでは通常２つまたは３つであるブレーキパッド内に存在するすべての差込み孔を利用することによって行うことができる。
【０１０５】
もちろん、同じ設計の適合された差込み孔を維持することによって、既存の差込み孔から派生するものに加えて、１つ以上の孔３を背面プレート２に作成して、ブレーキパッド１内に、より多くのモジュール６を受け入れることもできる。
【０１０６】
次いで、複数のモジュール６を相互接続して、電圧出力または電流が最大化される必要があるか否かに応じて、直列もしくは並列の相互接続、または両方を可能とすることができる（図１２ａおよび図１２ｂを参照）。
【０１０７】
有利には、エネルギー管理ユニット１２が熱電モジュール６に接続される。
【０１０８】
エネルギー管理ユニット１２は、制御ロジック１７と、負荷１４への供給電気回路１３と、供給電気回路１３に接続されたエネルギー蓄積器１５とを備える。
【０１０９】
供給電気回路１３は、充電状態と放電状態とを切り替える複数のスイッチ１６を備える。
【０１１０】
エネルギー蓄積器１５は、複数のコンデンサ１５を備える。
【０１１１】
スイッチ１６は、充電状態ではコンデンサ１５’を並列接続し、放電状態ではコンデンサ１５’を直列接続する。
【０１１２】
エネルギー管理ユニットは、回収されるエネルギーを最大化し、全追加電力予算を供給して、このユニットで電力供給される特定の用途に給電する。
【０１１３】
これは、ブレーキ適用が、概して、頻繁過ぎるということはなく、どんな場合でも偶発的であるブレーキシステムのようなケースには特に、極めて重要である。したがって、パッドに統合された熱電モジュールの使用可能性は、電子システムとの統合から多くの利益を得ることができる。
【０１１４】
図１３ａ、図１３ｂ、図１４ａ、図１４ｂを参照すると、モジュール６からの出力は、電圧調整器１８によって管理され、常に同じ電圧をエネルギー蓄積器１５にロードする。
【０１１５】
超低電力制御ロジック１７は、負荷１４の状態が高電流量を必要とするときに、スイッチ１６をスーパーコンデンサ１５’の充電状態から放電状態に処理する。制御ロジック１７は、例えば、外部負荷１４に対して閉じた回路１３の支線を開くスマートスイッチとしてのダイオード１８に動作する。
【０１１６】
図１４ａでは、充電状態に対応して、対角線上のものを除いて、すべてのスイッチ１６が閉じられている。これは、すべてのスーパーコンデンサ１５’がモジュール６によって給電される充電中であり、電圧調整器１８の同じの電圧で充電されることを意味する。この状態は、負荷が存在しないとき、またはモジュール６からの電流を必要としないときには常に発生する。
【０１１７】
図１４ｂでは、放電状態に対応して、制御ロジック１７は、対角線上のものを除いて、すべてのスイッチ１６を開く。結果として、第１のスーパーコンデンサ１５’は回路の残りの部分から分断され、モジュール６によってなおも給電され、この位相の間、充電を維持し、充電損失の大部分を回避する。残りのスーパーコンデンサ１５’は直列であり、外部回路をより高い電圧で給電することができる。この後者の態様は、簡易化されたモジュール６を低動作電圧（つまり安価）で使用でき、軽度動作状態（小熱勾配）でさえ再充電可能であり、その一方で、コストおよび自動車基準への適合性における利点をもって構成部品を使用することに関わる特別な要件なしに、放電状態において標準的な電子系統に電力供給できるという利点を提供するので、興味深い。
【０１１８】
図１５ａ、図１５ｂ、図１６および図１７を参照すると、２つの異なるエネルギー収集プロトタイプにおける試験セッションの結果が示され、図１５ａに示され、上述の第２の実施形態に従うプロトタイプＡでは、第１の熱交換器５は黒鉛で作製され、第２の熱交換器７はアルミニウムで作製され、図１５ｂに示されたプロトタイプＢでは、プロトタイプＡと比べて、第１の熱交換器は除外されている。
【０１１９】
黒鉛（λ〜５０〜４００Ｗ／ｍＫ）およびアルミニウム（λ〜１８０Ｗ／ｍＫ）は、両方が、良好な熱伝導体であり、パッドを通る熱輸送を最大化できる。プロトタイプＡに関して、摩擦材料表面上の黒鉛ピンホール５の存在は、黒鉛の自身を剥離する傾向のために、ディスクに損傷を生じさせない。
【０１２０】
試験は、摩擦材料側と背面プレート側との間に熱勾配を確立する目的で、軽度の圧力（最大１０バールまで）でブレーキを適用することからなる。
【０１２１】
摩擦材料温度（高温側）と等しいと想定されるディスク温度をパイロメータで取得し、背面プレート温度（低温側）をＫ型熱電対で取得した。
【０１２２】
さらに、ブレーキ適用中に生成された電力エンドエネルギーの点からシステムの効率を推定するために、パッド電圧を取得した。
【０１２３】
プロトタイプＡは、電力生成の点で、試験したプロトタイプのうちで最も効率的であった。１７０℃の最大熱勾配に対して図１６に示したように、モジュールは最大電圧３．８Ｖを与える。ディスク温度が設定点（〜２００℃）を超えると、システムは冷却され、モジュールの冷却ダイナミクスが確認される。圧力が除かれると、時間中の電圧損失を推定することができる。最初の５０秒には、経時的電圧損失はｄＶ／ｄｔ〜５０ｍＶ／秒であり、遷移後、システムが熱運動化し、ｄＶ／ｄｔは約０になり、電力出力は５００ｍＶであった。
【０１２４】
図１６は、右側に、ブレーキ適用中に生成された電圧、電力、およびエネルギーの比較を示す。電力はピーク値７００ｍＷに達し、ブレーキ適用中に生成されたエネルギーは２０Ｊ近くである。
【０１２５】
モジュールは電圧発生器として動作し、ブレーキ適用中に生成される総電力を推定するために、発電機の２つのポール間に負荷をかけた。
【０１２６】
図１７に示すような抵抗負荷の存在下で同じ試験を実施すると、３．５〜１．８Ｖの出力電圧の減少が観察された。達成される電圧レベルがより小さいことは、負荷のない開回路条件に関する内部電力損失と関連付けられる。電力は、単一モジュールについては対応して低下し、いずれにせよ、このような小さなユニット（＜１ｃｍ２）にしては優れた電力である。
【０１２７】
プロトタイプＢは、プロトタイプＡよりも効率性が低いが、試験では、やはりかなり良好な性能が明らかとなった。プロトタイプＢの利点は、熱電モジュールが、保護の役割を果たす下層内部に埋め込まれていることである。
【０１２８】
両システムとも、一旦エネルギー管理システムに連結されると、収集されるエネルギーの量によって決定される時間にわたって電子システムを給電することができる。
【図１】
2020533540.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
2020533540.tif 000005
【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
2020533540.tif 000010
【図７】
2020533540.tif 000011
【図８】
2020533540.tif 000012
【図９】
2020533540.tif 000013
【図１０】
2020533540.tif 000014
【図１１】
2020533540.tif 000015
【図１２ａ】
2020533540.tif 000016
【図１２ｂ】
2020533540.tif 000017
【図１３ａ】
2020533540.tif 000018
【図１３ｂ】
2020533540.tif 000019
【図１４ａ】
2020533540.tif 000020
【図１４ｂ】
2020533540.tif 000021
【図１５ａ】
2020533540.tif 000022
【図１５ｂ】
2020533540.tif 000023
【図１６】
2020533540.tif 000024
【図１７】
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【国際調査報告】
2020533540.tif 000026
2020533540.tif 000027