JP2019048555A - 発電機付き車輪用軸受装置およびこの発電機付き車輪用軸受装置を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の車輪用軸受と同等の組み付け性を有し、且つ、従来の車輪用軸受よりも発電機の実装空間を拡張することができる発電機付き車輪用軸受装置およびこの発電機付き車輪用軸受装置を備えた車両を提供する。【解決手段】この発電機付き車輪用軸受装置１は、外輪４、およびハブフランジ７を有し外輪４に転動体６を介して回転自在に支持されてハブフランジ７に車両の車輪およびブレーキロータ１２が取付けられる内輪５を有する車輪用軸受２と、外輪４に取付けられたステータ１９、および内輪５に取付けられたロータ１９を有する発電機３とを備える。外輪４は、この外輪４の外周面に設けられ且つナックル８よりもインボード側に位置するフランジ部２０ｂを含む取付用フランジ２０を有し、この取付用フランジ２０は、外輪４と別体に構成され、ナックル８に締結されている。【選択図】図１

Description

この発明は、発電機付き車輪用軸受装置およびこの発電機付き車輪用軸受装置を備えた車両に関し、発電機の実装空間を拡張することができる技術に関する。

図１０〜図１２に示すように、一般的な車輪用軸受は、外輪６０と一体に設けられた取付用フランジ６０ａを備え、この取付用フランジ６０ａがナックル６１に取付けられる。前記取付用フランジ６０ａは、車体外側（アウトボード側）からナックル６１と当接し、前記ナックル６１と車体内側（インボード側）から挿通されたボルト６２により締結される。車輪用軸受は、車両メーカにより取り付けられるため、組み付け性の良さが求められる。

一般的なナックルへの取付用フランジ構造を備えた車輪用軸受が開示されている（特許文献１）。この車輪用軸受では、ナックル面からボルトで締結し、車体より外側に車輪用軸受の取付用フランジを保持する。

車輪の中にモータを組み込むインホイールモータ構造（特許文献２，３）は、モータを動作させるインバータおよび電池を車体に搭載する必要があるものの、動力ユニットを車体内に搭載する必要がない。このため、車体容積を占有することなく車両に動力を付与でき、車体設計の自由度も高い。しかしながら、モータ出力はモータ体積と比例するため、大きな出力トルクを得るためにはモータを大きくするか、減速機構等が必要となる。モータ体積が大きいものまたは減速機構を有するインホイールモータはホイール内に収めることが難しく、従来と同様の車輪用軸受の懸架装置を使うことができず、車体の足回りの構造変更が避けられない。

特許第４３０６９０３号公報 特許第４６９４１４７号公報 特許第４７２４０７５号公報

車輪用軸受とブレーキロータ内に収まるインホイールモータのみで車体の動力を賄うにはモータ体積が小さい。このため、出力トルクを増大するために減速機構を備える必要またはモータサイズを大きくする必要がある。しかし、大きなモータをホイール内に収めることは難しく、特にモータを軸方向に大きくした場合、従来の車輪用軸受の固定方法のようなナックル面とフランジ面をボルトで締結する方法を用いることができず、車体の足回りの構造変更が避けられない。

一方、内燃機関等の他の動力機構を主動力手段とするハイブリッドシステムの動力補助システムとしてインホイールモータを搭載することが考えられる。この場合、インホイールモータのみで車体の動力を賄う必要はなく、車両の走行状態または主動力手段の状態に合わせてインホイールモータを駆動、回生制動・充電することで、省燃費化および車両の動力性能の向上を図ることができるが、要求機能および費用対効果の面から以下の課題がある。

・周辺部品の構造の改造が不要
・従来の車輪用軸受と同等の実装性
・部品点数の削減
・制限された空間における出力トルクの高出力化

背景技術で述べたように、一般的な車輪用軸受は、取付用フランジ構造をアウトボード側から車両ナックル面に当接し、インボード側からボルトにより締結している。車輪用軸受は、車軸荷重およびタイヤから入力されるタイヤ−路面間の荷重を、前記取付用フランジと車両ナックル面および前記ボルトにより保持するため、前記ボルトの固定位置は車輪の回転軸中心から離れた位置とすることが望ましい。しかしながら、前記取付用フランジの外径を大きくすると電動発電機と取付用フランジとが干渉するため、電動発電機を搭載可能な空間は、前記取付用フランジからハブフランジとの間しかない。

この発明の目的は、従来の車輪用軸受と同等の組み付け性を有し、且つ、従来の車輪用軸受よりも発電機の実装空間を拡張することができる発電機付き車輪用軸受装置およびこの発電機付き車輪用軸受装置を備えた車両を提供することである。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、前記固定輪に取付けられたステータ、および前記回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた発電機付き車輪用軸受装置において、
前記固定輪は、前記ステータの半径方向内方に位置する外輪と、この外輪の外周面に設けられ且つ車体側取付部材よりもインボード側に位置するフランジ部を含む取付用フランジとを有し、この取付用フランジは、前記外輪と別体に構成され、前記車体側取付部材に締結されている。

この構成によると、発電機のロータが、車輪用軸受の回転輪に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、発電機の部品点数が少なく構成が簡易で省スペースで済み、車両重量の増加も抑えられる。
取付用フランジのフランジ部が車体側取付部材よりもインボード側に位置するため、取付用フランジがナックルのアウトボード側に位置する従来構造の車輪用軸受に、発電機を設ける場合よりも、発電機の軸方向の実装空間を拡張することができる。したがって、出力トルクを高出力化することができる。

また取付用フランジは、外輪と別体に構成され、車体側取付部材に締結されているため、例えば、以下のように発電機付き車輪用軸受装置を車体側取付部材に容易に組み付けることができる。発電機を車輪用軸受に実装したうえで、取付用フランジを外輪とは別体の状態で発電機付きの準組立品を車体側取付部材のアウトボード側に位置決めする。その後、取付用フランジを車体側取付部材のインボード側から締結する。したがって、この発電機付き車輪用軸受装置によれば、従来の車輪用軸受と同等の組み付け性を有する。

前記車輪用軸受が、前記車両の主駆動源と機械的に非連結である従動輪を支持する軸受であってもよい。この場合、発電機が簡易で省スペースで済む構成であるため、車体の足回りの構造等を変更することなく、この発電機を従動輪に簡単に設置することができる。

前記車輪用軸受が、前記車両の主駆動源と機械的に連結された駆動輪を支持する軸受であってもよい。前述のように、発電機の部品点数が少なく構成が簡易で省スペースで済むことから、車体の足回りの構造等を変更することなく、この発電機を駆動輪に簡単に設置することができる。

前記発電機は、前記ロータおよび前記ステータを覆い前記回転輪である内輪に一体に設けられる回転ケースを備え、この回転ケースが、前記内輪の前記ハブフランジの外径面に固定され、前記回転ケースの内周に前記ロータが固定されてもよい。この場合、ハブフランジの外径面に回転ケースが固定される構成であるため、ブレーキロータの軸方向位置を変更せずにロータを構成し得る。また回転ケースの固定のために軸方向寸法が増えることがなく、外輪の外周における空間をより広く発電機の設置に利用することができる。

前記発電機の全体が、前記ブレーキロータにおける、ブレーキキャリパが押し付けられる部分となる外周部よりも小径であり、且つ、前記発電機における前記ハブフランジへの取付部を除く全体が、前記車輪用軸受のインボード側の車体取り付け面と前記ハブフランジとの間の軸方向範囲に位置してもよい。この場合、ブレーキロータ内に発電機を設置するスペースを確保してこの発電機をコンパクトに収めることができる。

前記車輪用軸受における複列の転動体の各中心が、前記ステータにおける軸方向の幅βの範囲内に配置されていてもよい。この場合に、一般的な車輪用軸受およびブレーキの構成を大きく変えることなく、ステータとロータとの対向面積を大きくすることが可能となり、発電機の出力を大きくすることが可能となる。

前記発電機の回転駆動用の駆動電圧または回生電圧が１００Ｖ以下であってもよい。この場合、乗員またはメンテナンス作業者等への感電の危険性を低くすることができる。内燃機関のみ備えた既存の車両に、この発電機付き車輪用軸受装置と、発電機用のバッテリーとして１００Ｖ以下の中電圧バッテリーとを搭載することで、車両の大幅な改造をすることなく、マイルドハイブリッド車両にすることができる。

この発明の車両は、いずれかに記載の発電機付き車輪用軸受装置を備えている。この構成によると、車体の足回りの構造変更を行うことなく発電機付き車輪用軸受装置を車両に設けることができる。この発電機付き車輪用軸受装置により燃費を低減することができる。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、前記固定輪に取付けられたステータ、および前記回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた発電機付き車輪用軸受装置において、前記固定輪は、前記ステータの半径方向内方に位置する外輪と、この外輪の外周面に設けられ且つ車体側取付部材よりもインボード側に位置するフランジ部を含む取付用フランジとを有し、この取付用フランジは、前記外輪と別体に構成され、前記車体側取付部材に締結されている。このため、従来の車輪用軸受と同等の組み付け性を有し、且つ、従来の車輪用軸受よりも発電機の実装空間を拡張することができる。

この発明の車両は、いずれかに記載の発電機付き車輪用軸受装置を備えているため、従来の車輪用軸受と同等の組み付け性を有し、且つ、従来の車輪用軸受よりも発電機の実装空間を拡張することができる。

この発明の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置の断面図である。 同発電機付き車輪用軸受装置の破断斜視図である。 同発電機付き車輪用軸受装置の分解図である。 同発電機付き車輪用軸受装置の分解斜視図である。 この発明の他の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置の断面図である。 この発明の他の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置の断面図である。 いずれかの発電機付き車輪用軸受装置を備えた車両の車両用システムの概念構成を示すブロック図である。 同車両用システムを搭載した車両の一例となる電源系統図である。 同発電機付き車輪用軸受装置を備えた他の車両の車両用システムの概念構成を説明する図である。 従来例の車輪用軸受等の断面図である。 同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを分解した側面図である。 同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを分解した斜視図である。

この発明の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置を図１ないし図４と共に説明する。
図１に示すように、この発電機付き車輪用軸受装置１は、車輪用軸受２と、発電機３とを備える。

＜車輪用軸受２について＞
車輪用軸受２は、固定輪である、外輪４および取付用フランジ２０と、複列の転動体６と、回転輪である内輪５とを有する。外輪４に複列の転動体６を介して内輪５が回転自在に支持されている。内外輪５，４間の軸受空間には、グリースが封入されている。内輪５は、外輪４よりも軸方向のアウトボード側に突出した箇所にハブフランジ７を有する。取付用フランジ２０は、外輪４と別体に構成され、この外輪４の外周面におけるインボード側に引き込みナット２１により固定される。

取付用フランジ２０は、円筒部２０ａと、フランジ部２０ｂとを有する。円筒部２０ａは、この軸方向一端が外輪４の外周面の段差部に当接するように配置され、フランジ部２０ｂは、円筒部２０ａの軸方向他端から半径方向外方に延びる。このフランジ部２０ｂは、車体側取付部材であるナックル８よりもインボード側に位置する。フランジ部２０ｂをナックル８のインボード側面に当接させ、引き込みナット２１を締め込むことにより、外輪４に取付用フランジ２０が固定される。

図４に示すように、フランジ部２０ｂには、後述する複数（この例では四つ）の締結ボルト２２を挿通する挿通孔２０ｃがそれぞれ設けられている。なおこの明細書において、発電機付き車輪用軸受装置が車両に搭載された状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の車幅方向の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

図１に示すように、ハブフランジ７のアウトボード側の側面には、車輪のリム（図示せず）とブレーキロータ１２とケース底部１１（後述する）とが軸方向に重なった状態で、ハブボルト１３により取り付けられている。前記リムの外周にタイヤが取付けられている。
複列の転動体６は、車輪用軸受装置１が車両に取り付けられた場合において、インナー側に位置するインナー側転動体列６ａと、アウター側に位置するアウター側転動体列６ｂとを備える。

＜ブレーキ１７について＞
ブレーキ１７は、ディスク式のブレーキロータ１２と、図示外のブレーキキャリパとを備える摩擦ブレーキである。ブレーキロータ１２は、平板状部１２ａと、外周部１２ｂとを有する。平板状部１２ａは、ハブフランジ７にケース底部１１を介して重なる環状で且つ平板状の部材である。外周部１２ｂは、平板状部１２ａから外輪４の外周側へ延びる。外周部１２ｂは、平板状部１２ａの外周縁部からインボード側に円筒状に延びる円筒状部１２ｂａと、この円筒状部１２ｂａのインボード側端から外径側に平板状に延びる平板部１２ｂｂとを有する。

前記ブレーキキャリパは、ブレーキロータ１２の平板部１２ｂｂを挟み付ける摩擦パッド（図示せず）を有する。前記ブレーキキャリパは、ナックル８に取付けられている。前記ブレーキキャリパは、油圧式および機械式のいずれであってもよく、また電動モータ式であってもよい。

＜発電機３等について＞
この例の発電機３は、車輪の回転で発電を行い、給電されることによって車輪を回転駆動可能な走行補助用の電動発電機である。発電機３は、回転ケース１５と、ステータ１８と、ロータ１９とを有する。回転ケース１５は、内輪５のハブフランジ７に取付けられ、ロータ１９およびステータ１８を覆う。発電機３は、ロータ１９がステータ１８の半径方向外方に位置するアウターロータモータである。

発電機３は、その全体の径方向範囲Ｌ２が、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径である。さらに発電機３におけるハブフランジ７への取付部を除く全体が、車輪用軸受２のインボード側の車体取り付け面とハブフランジ７との間の軸方向範囲Ｌ１に位置する。すなわち、発電機３は、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂと外輪４の外周との間の径方向範囲に収められ、軸方向範囲Ｌ１については、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂにおける円筒状部１２ｂａに、発電機３の一部（アウトボード側半部）が入っている。

図示の例の発電機３は、アウターロータ型のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＩＰＭＳＭ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）である。
その他、発電機３は、その他、スイッチトリラクタンスモータ(Switched reluctance motor；略称：ＳＲモータ)、インダクションモータ（Induction Motor；略称：ＩＭ）等各種形式が採用できる。各モータ形式において、ステータ１８の巻き線形式として分布巻、集中巻の各形式が採用できる。

図２〜図４に示すように、回転ケース１５は、有底円筒状のケース本体１６から成り、ケース本体１６は、ケース底部１１と、ケース円筒状部２５とを有する。これらケース底部１１と、ケース円筒状部２５とは一体もしくは別体で形成されている。ケース底部１１は、ブレーキロータ１２の平板状部１２ａと、ハブフランジ７との間に挟まれる平板状で且つ環状の部材である。このケース底部１１の外周縁部からインボード側にケース円筒状部２５が円筒状に延びる。回転ケース１５とナックル面との間には、後述するシール２３が配置されている。

図１および図２に示すように、ケース円筒状部２５の内周面には、アウトボード側の小径部２５ａ、段差部２５ｂ、およびインボード側の大径部２５ｃが設けられている。ロータ１９は、回転ケース１５の内周に設けられる磁性体と、この磁性体に内蔵される図示外の永久磁石とを備える。ロータ１９は、ケース円筒状部２５における内周面のうち大径部２５ｃに接着等により設けられる。ロータ１９のアウトボード側端がケース円筒状部２５の段差部２５ｂに当接することで、回転ケース１５に対しロータ１９が軸方向に位置決めされる。

ステータ１８は、外輪４の外周面にステータ保持部材２４を介して取付けられている。ステータ１８は、コア１８ａと、このコア１８ａの各ティースに巻回されたコイル１８ｂとを有する。
図２および図４に示すように、ステータ保持部材２４は、ステータ１８の内周面およびインボード側端面に接してこのステータ１８を保持する。ステータ保持部材２４は、ステータ保持本体２４ａとフランジ２４ｂとを有し、これらステータ保持本体２４ａ、フランジ２４ｂは一体もしくは別体に形成されている。

ステータ保持本体２４ａは、ステータ１８の内周面と外輪４の外周面との間に設けられた円筒状の部材である。このステータ保持本体２４ａの外周面には、この外周面よりも半径方向外方に所定距離突出し、軸方向に延びる突条２４ａａが複数形成された嵌合部が設けられている。これら複数の突条２４ａａは円周方向一定間隔おきに形成されている。ステータ１８の内周面には、複数の突条２４ａａから成る前記嵌合部に嵌合される複数の溝１８ｃから成る被嵌合部が形成されている。これら嵌合部と被嵌合部とで、ステータ保持部材２４とステータ１８の互いの相対回転を防止する回転止め機構が構成される。

フランジ２４ｂは、ステータ保持本体２４ａのインボード側端から半径方向外方に延びる。フランジ２４ｂは、ステータ１８のインボード側端面と、円板状のスペーサ２８との間に設けられる。ステータ１８のインボード側端面とナックル８との間に、スペーサ２８が介在されている。

ナックル８には、取付用フランジ２０における円筒部２０ａの外周面の挿入を許す貫通孔８ａが形成されると共に、取付用フランジ２０における複数の挿通孔２０ｃの位相に合う複数の雌ねじ８ｂが形成されている。複数の締結ボルト２２が、取付用フランジ２０のインボード側から複数の挿通孔２０ｃにそれぞれ挿入され、ナックル８の各雌ねじ８ｂに螺合されている。これにより、外輪４と取付用フランジ２０が保持されたうえで、ステータ保持部材２４とスペーサ２８とナックル８と取付用フランジ２０とが固定される。

＜転動体６とステータ１８との位置関係＞
ここで、図１に示すように、車輪用軸受２の回転軸を回転軸Ｏ、回転軸Ｏ方向における、複列の転動体６のインナー側転動体列６ａとアウター側転等体列６ｂとの中心間の軸方向距離を距離α、発電機３のステータ１８の回転軸Ｏ方向の幅を幅βとすると、この発電機付き車輪用軸受装置１は、距離α＜幅βの関係が成り立つ。

このように、複列の転動体６の中心間の距離αよりも、回転軸Ｏ方向におけるステータ１８の軸方向の幅βを大きくすることで、ステータ１８とロータ１９との対向面積を大きくすることができ、発電機３の出力を大きくすることが可能となる。ただし、距離α＜幅βとすると、モータＯ軸方向端部に回転軸Ｏ方向のモーメント荷重が生じたとき、軸受のミスアライメントが発生しやすくなり、車輪用軸受とタイヤとの間で傾きやガタが生じる場合がある。しかし車輪用軸受２に適正な予圧を付与すれば解決できる。

ただし、幅βは車輪用軸受２のハブフランジ７のインボード側端部から車輪用軸受２のアウトボード側の車体取り付け面よりも小さく、ステータ１８のコイルエンド、結線および配線が、ハブフランジ７のインボード側端部から車輪用軸受２のアウトボード側の車体取り付け面との間に構成される。前記コイルエンドとは、ステータコアよりも軸方向外側に突出するコイルの突出部分である。

また、回転軸Ｏ方向において、複列の転動体６の各中心が、ステータ１８における軸方向の幅βの範囲内となるように配置されている。換言すれば、複列の転動体６の各中心は、ステータ１８のインナー側端面１８ａａと、ステータ１８のアウター側端面１８ａｂとの間に配置されている。複列の転動体６において、インナー側転動体列６ａのインナー側端部が、ステータ１８のインナー側端面１８ａａよりも、インナー（インボード）側に位置する場合であっても、ステータ１８のインナー側端面１８ａａが、インナー側転動体列６ａの中心よりもインナー（インボード）側に位置していれば、本発明の範疇に含まれる。

＜シール構造について＞
スペーサ２８の外周縁部には、発電機３および車輪用軸受２内部への水および異物の侵入を防ぐ環状のシール２３が嵌合されている。このシール２３は、径方向に所定距離隔てて設けられた内側円筒部および外側円筒部と、これら内側円筒部、外側円筒部を繋ぐ立板部とを有する。前記内側円筒部、前記外側円筒部および前記立板部は一体に形成されている。スペーサ２８の外周縁部に、前記内側円筒部が嵌合固定されるうえ、ナックル８のアウトボード側面に前記立板部が密接に設けられている。また外側円筒部の外周面には、半径方向外方に所定小距離突出するリップが設けられ、このリップがケース円筒状部２５の内周面に摺接する。このようなシール２３により、発電機３および車輪用軸受２内部への水および異物の侵入を防止し得る。

＜回転検出器等＞
この発電機付き車輪用軸受装置１には、図示外の回転検出器が設けられている。この回転検出器は、走行補助用の電動発電機である発電機３の回転を制御するために、外輪４に対する内輪５の回転速度を検出する。この回転検出器として例えばレゾルバが適用される。回転検出器としては、例えば、磁気エンコーダ等の磁気検出器、レーザまたは赤外線等の光学検出器を採用してもよい。

車輪用軸受２における車体側端面には、カバー２７が設けられている。このカバー２７は、有底円筒状で、外輪４のインボード側の内周面に嵌合固定される円筒部と、この円筒部のインボード側端を塞ぐ底部とを有する。このカバー２７により、車輪用軸受内部への水および異物の侵入を防ぐ。

＜作用効果＞
以上説明した発電機付き車輪用軸受装置１によれば、発電機３のロータ１９が、車輪用軸受２の回転輪に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、発電機３の部品点数が少なく構成が簡易で省スペースで済み、車両重量の増加も抑えられる。
取付用フランジ２０のフランジ部２０ｂがナックル８よりもインボード側に位置するため、取付用フランジがナックルのアウトボード側に位置する従来構造の車輪用軸受に、発電機を設ける場合よりも、発電機３の軸方向の実装空間を拡張することができる。したがって、出力トルクを高出力化することができる。

取付用フランジ２０は、外輪４と別体に構成され、ナックル８に締結されているため、例えば、以下のように発電機付き車輪用軸受装置１をナックル８に容易に組み付けることができる。発電機３を車輪用軸受２に実装したうえで、取付用フランジ２０を外輪４とは別体の状態で発電機付きの準組立品をナックル８のアウトボード側に位置決めする。その後、取付用フランジ２０をナックル８のインボード側から締結する。したがって、この発電機付き車輪用軸受装置１によれば、従来の車輪用軸受と同等の組み付け性を有する。

発電機３の全体が、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径であり、且つ、発電機３におけるハブフランジ７への取付部を除く全体が、車輪用軸受２のインボード側の車体取り付け面とハブフランジ７との間の軸方向範囲Ｌ１に位置しているため、ブレーキロータ１２内に発電機３を設置するスペースを確保してこの発電機３をコンパクトに収めることができる。

複列の転動体６の中心間の距離αよりも、ステータ１８における軸方向の幅βを大きくする（α＜βとする）ことで、一般的な車輪用軸受およびブレーキの構成を大きく変えることなく、ステータ１８とロータ１９との対向面積を大きくすることができ、発電機３の出力を大きくすることが可能となる。
複列の転動体６の各中心が、ステータ１８における軸方向の幅βの範囲内に配置されている場合にも、一般的な車輪用軸受およびブレーキの構成を大きく変えることなく、ステータ１８とロータ１９との対向面積を大きくすることができ、発電機３の出力を大きくすることが可能となる。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図５に示すように、回転ケース１５がケース円筒状部２５から成り、このケース円筒状部２５の内周面におけるアウトボード側端が、内輪５のハブフランジ７の外径面に固定されてもよい。この場合、ブレーキロータ１２の軸方向位置を変更せずにロータ１９を構成し得る。また回転ケース１５の固定のために軸方向寸法が増えることがなく、外輪４の外周における空間をより広く発電機３の設置に利用することができる。

図６に示すように、回転ケース１５におけるケース底部１１が、内輪５のハブフランジ７における車輪の取付面とは反対側の側面に固定されてもよい。この場合にも、ブレーキロータ１２の軸方向位置を変更せずにロータ１９を構成し得る。また、回転ケース１５のケース底部１１が内輪５のハブフランジ７に重なることから、回転ケース１５の剛性を上げることができる。これによりロータ１９の回転精度を向上させることができる。

各実施形態では、外輪４とステータ１８の間に、回転止め機構を構成するステータ保持部材２４を挟んでいるが、外輪４の外周面にステータ１８を直接嵌合してもよい。また、外輪４とステータ１８がボルト等の締結部品で締結されていてもよい。このような構成により、車輪用軸受２とステータ１８を分解することができる。
外輪４に対する取付用フランジ２０の保持構造としては、前述の締結ボルト２２を用いたナット締めに限定されるものではない。例えば、外輪４の外周面と取付用フランジ２０の内周面とのスプライン嵌合または外輪４の外周面に取付用フランジ２０の内周面を嵌め合い圧入後、ナット締結、加締め、溶接、接着等のいずれかの方法で固定してもよい。
各実施形態では、車輪用軸受２として、複列の転走面を有する外輪４とナックル８への取付部材とが別部材で形成される所謂第２世代ハブベアリングが適用されているが、第２世代ハブベアリングに対して、複列の転走面を有する内輪とハブフランジ部とが別部品で構成される第１世代ハブベアリングを適用してもよい。

＜車両用システムについて＞
図７は、いずれかの実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置１を用いた車両用システムの概念構成を示すブロック図である。
この車両用システムにおいて、発電機付き車輪用軸受装置１は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪１０_Ｂを持つ車両において、従動輪１０_Ｂに対して搭載される。発電機付き車輪用軸受装置１における車輪用軸受２（図１）は、従動輪１０_Ｂを支持する軸受である。

主駆動源３５は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関、または電動発電機（電動モータ）、または両者を組み合わせたハイブリッド型の駆動源である。前記「電動発電機」は、回転付与による発電が可能な電動モータを称す。図示の例では、車両３０は、前輪が駆動輪１０_Ａ、後輪が従動輪１０_Ｂとなる前輪駆動車であって、主駆動源３５が内燃機関３５ａと駆動輪側の電動発電機３５ｂとを有するハイブッリド車（以下、「ＨＥＶ」と称することがある）である。

具体的には、駆動輪側の電動発電機３５ｂが４８Ｖ等の中電圧で駆動されるマイルドハイブリッド形式である。ハイブリッドはストロングハイブリッドとマイルドハイブリッドとに大別されるが、マイルドハイブリッドは、主要駆動源が内燃機関であって、発進時や加速時等にモータで走行の補助を主に行う形式を言い、ＥＶ（電気自動車）モードでは通常の走行を暫くは行えても長時間行うことができないことでストロングハイブリッドと区別される。同図の例の内燃機関３５ａは、クラッチ３６および減速機３７を介して駆動輪１０_Ａのドライブシャフトに接続され、減速機３７に駆動輪側の電動発電機３５ｂが接続されている。

この車両用システムは、従動輪１０_Ｂの回転駆動を行う走行補助用の電動発電機である発電機３と、この発電機３の制御を行う個別制御手段３９と、上位ＥＣＵ４０に設けられて前記個別制御手段３９に駆動および回生の制御を行わせる指令を出力する個別電動発電機指令手段４５とを備える。発電機３は、蓄電手段に接続されている。この蓄電手段は、バッテリー（蓄電池）またはキャパシタ、コンデンサ等を用いることができ、その形式や車両３０への搭載位置は問わないが、この実施形態では、車両３０に搭載された低電圧バッテリー５０および中電圧バッテリー４９のうちの中電圧バッテリー４９とされている。

従動輪用の発電機３は、変速機を用いないダイレクトドライブモータである。発電機３は、電力を供給することで電動機として作用し、また車両３０の運動エネルギーを電力に変換する発電機としても作用する。
発電機３は、ハブ輪である内輪５（図１）にロータ１９（図１）が取付けられているため、発電機３に電流を印加すると内輪５（図１）が回転駆動され、逆に電力回生時には誘起電圧を負荷することで回生電力が得られる。

＜車両３０の制御系について＞
上位ＥＣＵ４０は、車両３０の統合制御を行う手段であり、トルク指令生成手段４３を備える。このトルク指令生成手段４３は、アクセルペダル等のアクセル操作手段５６およびブレーキペダル等のブレーキ操作手段５７からそれぞれ入力される操作量の信号に従ってトルク指令を生成する。この車両３０は、主駆動源３５として内燃機関３５ａおよび駆動輪側の電動発電機３５ｂを備え、また二つの従動輪１０_Ｂ，１０_Ｂをそれぞれ駆動する二つの発電機３，３を備えるため、前記トルク指令を各駆動源３５ａ，３５ｂ，３，３に定められた規則によって分配するトルク指令分配手段４４が上位ＥＣＵ４０に設けられている。

内燃機関３５ａに対するトルク指令は内燃機関制御手段４７に伝達され、内燃機関制御手段４７によるバルブ開度制御等に用いられる。駆動輪側の発電電動機３５ｂに対するトルク指令は、駆動輪側電動発電機制御手段４８に伝達されて実行される。従動輪側の発電機３，３に対するトルク指令は、個別制御手段３９，３９に伝達される。前記トルク指令分配手段４４のうち、個別制御手段３９，３９へ出力する部分を個別電動発電機指令手段４５と称している。この個別電動発電機指令手段４５は、ブレーキ操作手段５７の操作量の信号に対して、発電機３が回生制動により制動を分担する制動力の指令となるトルク指令を個別制御手段３９へ与える機能も備える。個別電動発電機指令手段４５および個別制御手段３９により、発電機３を制御する制御手段６８が構成される。

個別制御手段３９はインバータ装置であり、中電圧バッテリー４９の直流電力を三相の交流電圧に変換するインバータ４１と、前記トルク指令等によりインバータ４１の出力をＰＷＭ制御等で制御する制御部４２とを有する。インバータ４１は、半導体スイッチング素子等によるブリッジ回路（図示せず）と、補助動力装置３の回生電力を中電圧バッテリー４９に充電する充電回路（図示せず）とを備える。なお個別制御手段３９は、二つの発電機３，３に対して個別に設けられるが、一つの筐体内に収められ、制御部４２を両個別制御手段３９，３９で共有する構成であってもよい。

図８は、図７に示した車両用システムを搭載した車両の一例となる電源系統図である。同図の例では、バッテリーとして低電圧バッテリー５０と中電力バッテリー４９とが設けられ、両バッテリー４９，５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して接続されている。発電機３は二つあるが、代表して一つで図示している。図７の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図８では図示を省略しているが、従動輪側の発電機３と並列に中電力系統に接続されている。低電圧系統には低電圧負荷５２が接続され、中電圧系統には中電圧負荷５３が接続される。低電圧負荷５２および中電圧負荷５３は、それぞれ複数あるが、代表して一つで示している。

低電圧バッテリー５０は、制御系等の電源として各種の自動車一般に用いられているバッテリーであり、例えば１２Ｖまたは２４Ｖとされる。低電圧負荷５２としては、内燃機関３５ａのスタータモータ、灯火類、上位ＥＣＵ４０およびその他のＥＣＵ（図示せず）等の基幹部品がある。低電圧バッテリー５０は電装補機類用補助バッテリーと称し、中電圧バッテリー４９は電動システム用補助バッテリー等と称しても良い。

中電圧バッテリー４９は、低電圧バッテリー５０よりも電圧が高く、かつストロングハイブリッド車等に用いられる高圧バッテリー（１００Ｖ以上、例えば２００〜４００Ｖ程度）よりも低く、かつ作業時に感電による人体への影響が問題とならない程度の電圧であり、近年マイルドハイブリッドに用いられている４８Ｖバッテリーが好ましい。４８Ｖバッテリー等の中電圧バッテリー４９は、従来の内燃機関を搭載した車両に比較的容易に搭載することができ、マイルドハイブリッドとして電力による動力アシストや回生により、燃費低減することができる。

前記４８Ｖ系統の中電圧負荷５３は前記アクセサリー部品であり、前記駆動輪側の発電機３である動力アシストモータ、電動ポンプ、電動パワーステアリング、スーパーチャージャ、およびエアーコンプレッサなどである。アクセサリーによる負荷を４８Ｖ系統で構成することで、高電圧（１００Ｖ以上のストロングハイブリッド車など）よりも動力アシストの出力が低くなるものの、乗員やメンテナンス作業者への感電の危険性を低くすることができる。電線の絶縁被膜を薄くすることができるので、電線の重量や体積を減らすことができる。また、１２Ｖよりも小さな電流量で大きな電力量を入出力することができるため、電動機または発電機の体積を小さくすることができる。これらのことから、車両の燃費低減効果に寄与する。

この車両用システムは、こうしたマイルドハイブリッド車のアクセサリー部品に好適であり、動力アシストおよび電力回生部品として適用される。なお、従来よりマイルドハイブリッド車において、ＣＭＧ、ＧＭＧ、ベルト駆動式スタータモータ（いずれも図示せず）などが採用されることがあるが、これらはいずれも、内燃機関または動力装置に対して動力アシストまたは回生するため、伝達装置および減速機などの効率の影響を受ける。

これに対してこの実施形態の車両用システムは従動輪１０_Ｂに対して搭載されるため、内燃機関３５ａおよび電動モータ（図示せず）等の主駆動源とは切り離されており、電力回生の際には車体１の運動エネルギーを直接利用することができる。また、ＣＭＧ、ＧＭＧ、ベルト駆動式スタータモータなどを搭載する際には、車両３０の設計段階から考慮して組み込む必要があり、後付けすることが難しい。

これに対して、従動輪１０_Ｂ内に収まるこの車両用システムの発電機３は、完成車であっても部品交換と同等の工数で取り付けることができ、内燃機関３５ａのみの完成車に対しても４８Ｖのシステムを構成することができる。内燃機関３５ａのみ備えた既存の車両に、いずれかの実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置１と、発電機用のバッテリーとして前記中電圧バッテリー４９とを搭載することで、車両の大幅な改造をすることなく、マイルドハイブリッド車両にすることができる。この実施形態の車両用システムを搭載した車両に、図７の例のように別の補助駆動用の電動発電機３５ｂが搭載されていても構わない。その際は車両３０に対する動力アシスト量や回生電力量を増加させることができ、さらに燃費低減に寄与する。

図９は、いずれかの実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置１を、前輪である駆動輪１０_Ａおよび後輪である従動輪１０_Ｂにそれぞれ適用した例を示す。駆動輪１０_Ａは内燃機関からなる主駆動源３５により、クラッチ３６および減速機７を介して駆動される。この前輪駆動車において、各駆動輪１０_Ａおよび従動輪１０_Ｂの支持および補助駆動に、発電機付き車輪用軸受装置１が設置されている。このように発電機付き車輪用軸受装置１を、従動輪１０_Ｂだけでなく、駆動輪１０_Ａにも適用し得る。

図７に示す車両用システムは、発電を行う機能を有するが、給電による回転駆動をしないシステムとしてもよい。この場合、発電機３が発電した回生電力を中電圧バッテリー４９に蓄えることにより、制動力を発生させることができる。機械式のブレーキ操作手段５７と併用や使い分けで、制動性能も向上させることができる。このように発電を行う機能に限定した場合、個別制御手段３９はインバータ装置ではなく、AC/DCコンバータ装置（図示せず）として構成することができる。前記AC/DCコンバータ装置は、３相交流電圧を直流電圧に変換することで、発電機３の回生電力を中電圧バッテリー４９に充電する機能を備え、インバータと比較すると制御方法が容易であり、小型化が可能となる。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２…車輪用軸受
３…発電機
４…外輪（固定輪）
５…内輪（回転輪）
６…転動体
７…ハブフランジ
８…ナックル（車体側取付部材）
１２…ブレーキロータ
１２ｂ…外周部
１５…回転ケース
１８…ステータ
１９…ロータ
２０…取付用フランジ
２０ｂ…フランジ部

Claims (8)

1. 固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、前記固定輪に取付けられたステータ、および前記回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた発電機付き車輪用軸受装置において、
   前記固定輪は、前記ステータの半径方向内方に位置する外輪と、この外輪の外周面に設けられ且つ車体側取付部材よりもインボード側に位置するフランジ部を含む取付用フランジとを有し、この取付用フランジは、前記外輪と別体に構成され、前記車体側取付部材に締結されている発電機付き車輪用軸受装置。
2. 請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記車輪用軸受が、前記車両の主駆動源と機械的に非連結である従動輪を支持する軸受である発電機付き車輪用軸受装置。
3. 請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記車輪用軸受が、前記車両の主駆動源と機械的に連結された駆動輪を支持する軸受である発電機付き車輪用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記発電機は、前記ロータおよび前記ステータを覆い前記回転輪である内輪に一体に設けられる回転ケースを備え、この回転ケースが、前記内輪の前記ハブフランジの外径面に固定され、前記回転ケースの内周に前記ロータが固定された発電機付き車輪用軸受装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記発電機の全体が、前記ブレーキロータにおける、ブレーキキャリパが押し付けられる部分となる外周部よりも小径であり、且つ、前記発電機における前記ハブフランジへの取付部を除く全体が、前記車輪用軸受のインボード側の車体取り付け面と前記ハブフランジとの間の軸方向範囲に位置する発電機付き車輪用軸受装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記車輪用軸受における複列の転動体の各中心が、前記ステータにおける軸方向の幅βの範囲内に配置されている発電機付き車輪用軸受装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記発電機の回転駆動用の駆動電圧または回生電圧が１００Ｖ以下である発電機付き車輪用軸受装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置を備えた車両。

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