JP2019059347A - 発電機付き車輪用軸受装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この車輪用軸受2と一体化された発電機3によって、ブレーキ時の発電によるエネルギーの回収、および自動車駆動時の走行援助が行われる。
・発電機3のロータ19とステータ18間での磁束ロスを減らすため、ロータ19とステータ18間のエアギャップG1を小さくする。
・発電機3の体積を大きくするために、発電機3の長さを車輪の回転軸方向に伸ばす。
図9は、図8の例において、固定部材31を介して軸受外輪4を足回りフレーム部品30に取り付けることで、ハブフランジ5aと足回りフレーム部品30との間の距離を長くして発電機3の軸方向長さを長くし、かつ、図8のエアギャップG1を小さくした例である。
前記発電機の前記足回りフレーム部品側の端部に保護用軸受が有り、
この保護用軸受の内輪内周面または外輪外周面のうち一方の面は、前記足回りフレーム部品および前記発電機の前記ロータと一体で回転する回転部材のいずれか一方の部品に対して固定され、前記保護用軸受の外輪外周面または内輪内周面のうち他方の面は、前記回転部材および前記足回りフレーム部品のうちの他方の部品に対してすきまを介して対向し、このすきまの径方向寸法は、前記発電機の前記ロータとステータ間のエアギャップの径方向寸法よりも小さい、
ことを特徴とする。
また、保護用軸受を設け、この保護用軸受は、通常は、ロータと一体で回転する回転部材または足回りフレーム部品に接触せず、そのすきまが発電機のロータとステータ間のエアギャップよりも小さいため、車両が縁石等の障害物へ乗り上げるなどの不測の発生時に、車輪への過負荷が生じて、ハブフランジや発電機の変形が生じても、ロータとステータとが接する前に保護用軸受と前記回転部材間が接触することで、ロータとステータとが接することが防止される。そのため、発電機のロータとステータとが接することによる耐久性低下の影響が防止される。また、保護用軸受は回転支持できるため、回転動作が維持され、車輪の回転動作に影響を与えることがない。
モータとして構成されることで、車両の走行の補助の駆動が行える。この場合に、前記車輪への過負荷の発生時に、前記ロータとステータとの接触の問題を生じることなく、ロータとステータ間の隙間を小さくし、また軸方向寸法をできるだけ大きくして補助の駆動力を大きく得ることができる。
アウターロータ型であると、モーメント発生位置が外径側となるため、インナーロータ型よりも効率が良い。
前記発電機の前記足回りフレーム部品側の端部に保護用軸受が有り、この保護用軸受の内輪内周面または外輪外周面のうち一方の面は、前記足回りフレーム部品および前記発電機の前記ロータと一体で回転する回転部材のいずれか一方の部品に対して固定され、前記保護用軸受の外輪外周面または内輪内周面のうち他方の面は、前記回転部材および前記足回りフレーム部品のうちの他方の部品に対してすきまを介して対向し、このエアギャップの径方向寸法は、前記発電機の前記ロータとステータ間のすきまの径方向寸法よりも小さいため、車輪周りの構成部品の大きな変更を伴うことなく、ホイール内に収納可能で、かつできるだけ発電機のエアギャップの幅狭化や軸方向の寸法増大を図っても、車輪への過負荷時のハブフランジおよび発電機の変形によるロータとステータ間の接触を避けることができる。
車輪用軸受2は、固定輪である外輪4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。転動体6は、鋼材が用いられるが、セラミック製であってもよい。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5aを有する。外輪4は、ハブフランジ5aとは反対側(インボード側)の端部である車体取り付け面4d において、ナックル等の足回りフレーム部品30に、固定部材31を介して図示外のボルトで取付けられ、車体の重量を支持する。なおこの明細書において、発電機付き車輪用軸受装置1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。
この例の外輪4は、各軌道面が形成された外輪本体4aと、この外輪本体4aの外周面に固定された円環状の外輪外周体4bとを有する。
外輪外周体4bは、円筒状の部材であって、内周面における軸方向中央よりもインボード側に位置決め突条4caを有し、かつアウトボード側端に止め輪溝32を有する。外輪本体4aは、位置決め突条4caにインボード側の端面が当接した状態で、前記止め輪溝32に嵌合する止め輪33により、外輪外周体4bに対して軸方向に位置決めされている。固定部材31は、段差形状の嵌合凹部31aを中心に有する環状の部品であり、この嵌合凹部31aに外輪外周体4bのインボード側端が嵌合して外輪4が固定部材31に固定されている。固定部材31は、前記足回りフレーム部品30に固定されている。固定部材31を用いることで、ハブフランジ5aと足回りフレーム部品30との間の距離を長くし、
発電機3の軸方向長さを長くすることを可能としている。
なお、外輪4は、外輪本体4aおよび外輪外周体4bが一体に形成された一部品であってもよい。また、固定部材31は、外輪外周部品4bの一部として構成されていてもよく、足回りフレーム部品30の一部として構成されていてもよい。
ブレーキ17は、ディスク式のブレーキロータ12と、ブレーキキャリパ17a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5aに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とを有し、この平板部12bbが前記ブレーキキャリパ17aに接する。
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モータである。発電機3は、外輪4の外周面に取付けられたステータ18と、ロータ19とを有する。ロータ19は、外周部が、ロータ19の磁性体及び磁石からなるロータ本体の外周を覆うロータケース15で構成される。ロータケース15は、この例では円筒状に形成されてブレーキロータ12の内周に固定され、ブレーキロータ12がハブフランジ5aに取付けられることによって、ハブフランジ5aに取付けられる。 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。図示の例の発電機3は、アウターロータ型のIPM(Interior Permanent Magnet )同期モータである。ロータ19は、内部の構成についての図示は省略するが、円筒状の磁性体とこの磁性体の円周方向複数箇所に並ぶ永久磁石となる。なお、発電機3は同期モータであってもよい。同期モータにおいては、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。
上記構成の発電機付き車輪用軸受装置において、発電機3の前記足回りフレーム部品30側の端部に保護用軸受34が設けられている。この保護用軸受34は、図2に拡大して示すように、内輪34aの内周面が足回りフレーム部品30に対して固定される。内輪34aは、図示の例では前記固定部品31に、内周が圧入またはすきま嵌めで固定される。外輪34bの外周面は、発電機3のロータ19と一体に回転する前記回転部材20に通常時は接触せず、前記回転部材20とすきまG2を介して対向する。このすきまG2の径方向寸法は、発電機3のロータ19とステータ18間のエアギャップG1の径方向寸法よりも小さい。エアギャップG1は、例えば0.3〜1.0mm 程度とされ、この場合に前記すきまG2は、例えば0.2〜0.3mmとされる。
また、保護用軸受34は、この例では内輪34aの内周面を足回りフレーム部品30に対して固定したが、外輪34bの外周面を回転部材20の内周面に固定し、内輪34aの内周面を足回りフレーム部品30に設けられた円筒面状の外周面(例えば図2における固定部材31の外周面)と前記すきまG2を介して対向するようにしてもよい。
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が車輪用軸受2の外周に配置され、かつブレーキロータ12におけるブレーキキャリパ12bが押しつけられる部分となる外周部12bbよりも小径であるため、車輪周りの構成部品の大きな変更を伴うことなく、ホイール内に収納可能である。また、発電機3のロータ19が、車輪用軸受2の回転輪である内輪5に取付けられたダイレクトドライブ形式であり、減速機を備えないため、発電機3の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。発電機3の構成が簡易な分コスト低減を図れる。車両重量の増加が抑えられるため、燃費の低減を図れる。
図5は、前記実施形態の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10Bを持つ車両2において、従動輪10B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10Bを支持する軸受である。
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付加することで回生電力が得られる。
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10B,10B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。
3…発電機
4…外輪(固定輪)
5…内輪(回転輪)
5a…ハブフランジ
6…転動体
7…ハブフランジ
12…ブレーキロータ
15…ロータケース
18…ステータ
19…ロータ
20…回転部材
30…足回りフレーム部品
31…固定部材
G1…エアギャップ
G2…すきま
Claims (6)
- 車両の足回りフレーム部品に取付けられる固定輪、およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記足回りフレーム部品から遠い方の端部にハブフランジを有する回転輪、を備える車輪用軸受と、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られたロータを有する発電機とを備え、この発電機が、前記ハブフランジに取付けられたブレーキロータにおけるブレーキキャリパが押しつけられる部分となる外周部よりも小径である発電機付き車輪用軸受装置であって、
前記発電機の前記足回りフレーム部品側の端部に保護用軸受が有り、
この保護用軸受の内輪内周面または外輪外周面のうち一方の面は、前記足回りフレーム部品および前記発電機の前記ロータと一体で回転する回転部材のいずれか一方の部品に対して固定され、前記保護用軸受の外輪外周面または内輪内周面のうち他方の面は、前記回転部材および前記足回りフレーム部品のうちの他方の部品に対してすきまを介して対向し、このエアギャップの径方向寸法は、前記発電機の前記ロータとステータ間のすきまの径方向寸法よりも小さい、
ことを特徴とする発電機付き車輪用軸受装置。 - 請求項1に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記発電機は、モータで構成されて回生制動により発電を行い、給電されることで回転駆動を行う発電機付き車輪用軸受装置。
- 請求項1または請求項2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、この発電機の前記ロータが前記ステータの外周側で回転するアウターロータ型である発電機付き車輪用軸受装置。
- 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、前記保護用軸受が玉軸受である発電機付き車輪用軸受装置。
- 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、前記保護用軸受がころ軸受である発電機付き車輪用軸受装置。
- 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、前記保護用軸受がすべり軸受である発電機付き車輪用軸受装置。
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