JP7025175B2 - 車両用動力装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車輪用軸受と電動発電機等の発電機を備え、車輪用軸受の車体への取付構造を大きく変えることなく、少ない部品点数で、より大きな発電またはさらに駆動の出力が得られる技術に関する。
車輪の中にモータを組み込むインホイールモータ構造は、モータを動作させるインバータや電池の車体への搭載が必要であるものの、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（例えば、特許文献１，２）。前記モータは、制動時には回生電力を発電する発電機として機能する。このため、この明細書では、「電動発電機」と称する場合がある。
特許第４６９４１４７号公報 特許第４７２４０７５号公報
しかしながら、モータ出力はモータ体積と比例するため、大きな出力を得るためにはモータを大きくするか、減速機構などが必要となる。モータ体積が大きいものや減速機構を有するインホイールモータはホイール内に納めることは難しく、従来と同様の車輪用軸受の搭載構造を使うことができず、車体足回りの構造変更が避けられない。
これにつき、図面と共に説明する。従来の一般的な車輪用軸受の固定構造を１２～図１４に示す。車輪用軸受２は、ハブ輪となる内輪５と固輪である外輪４とを備え、外輪４がナックル８Ａに締結ボルトで固定される。内輪５のハブフランジ７にブレーキロータ１２と車輪のリム（図示せず）とが重ねて取付けられる。
このような車輪用軸受２とブレーキロータ１２内に収まるインホイールモータ（図示せず）のみで車体動力を賄うにはモータ体積が小さいため、出力トルクを増大するために減速機構を有するか、またはモータサイズを大きくする必要がある。モータを大きくした場合、軸方向をホイール内に納めることが難しく、同図の車輪用軸受固定構造のようなナックル面とフランジ面をボルトで締結する構造を使うことができず、車体足回りの構造変更が避けられない。
一方、内燃機関など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した場合、インホイールモータのみで車体動力を賄う必要はなく、車両の走行状態や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、省燃費化や車両の動力性能向上を図ることができる。
しかしながら、動力補助システムとした場合に、次の事項が要求され、課題となる。
・ 周辺部品の構造の改造不要
・ 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
そこで、図１０のような車体足回りの構造に大きな変更を施すことなく設置できる構造として、次の構造を提案した。これは、車輪用軸受のハブフランジと、車輪用軸受の車体取付面であるナックル面との軸方向間で、かつブレーキロータにおけるブレーキキャリパで押し付けられる部分となる外周部よりも内側の径方向範囲にモータを備える構成である。 これによると、懸架部分を改造することなく、車体に取り付けられる。また、ホイール内の制限された空間に設置される構成であっても、ある程度は高い出力トルクや発電電圧が得られる。
しかし、限られた空間内でさらに高出力化を図る余地があり、またロータやその磁石や磁性体を車輪用軸受の回転輪に堅固に取付けるにつき、製造性やコンパクト性について課題がある。
この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとできる車両用動力装置を提供することである。
この発明の車両用動力装置は、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、
この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置であって、

前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部および磁石を前記ハブフランジに一体に固定する樹脂材部とでなる。
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、車両用動力装置全体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。
また、前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部と磁石とを一体に成形した樹脂材料とでなるため、部品点数の削減、ロータの加工精度および組付け精度の向上、ロータの軽量化、磁石をロータに保持させる強度の向上、ロータ全体の強度の向上が得られる。
すなわち、ロータを構成する軟磁性材および磁石をインサート成形など樹脂材料の射出成形により、一体に構成することにより、ロータを構成する部品は最小限になる。金型を使用した成形が行えて加工精度は高い。また、金属材料でロータケースを構成するよりも軽量となる。
具体的には、軟磁性材と磁石を樹脂材料で一体に形成することにより、磁石の保持と構造体を一体で構成することができ、またロータにおける磁石の保持強度を向上することができる。従来、ＳＰＭの磁石を保持するために、リング材を内径側に挿入する手法があるが、部品点数が増え、また透磁率が低い材料を用いるとモータの特性を低減させる。このような課題が、軟磁性材と磁石を樹脂材料で一体に形成することで解消できる。
この発明において、前記発電機の前記ステータおよび前記ロータの全部または一部が、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、かつ前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との間の軸方向範囲に位置していてもよい。
この構成の場合、ブレーキロータ内の限られた空間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。
この発明において、前記発電機が、給電されることによって回転駆動力を発生する電動発電機であってもよい。
電動発電機である場合、内燃機関やモータ等の走行駆動源をこの車両用動力装置とは別に有する車両において、動力アシストにより燃費低減することができる。
前記発電機は、前記ステータが前記車輪用軸受の外周に位置し、前記ロータが前記ステータの外周に位置するアウターロータ型であってもよい。
アウターロータ型であると、インナーロータ型よりもロータとステータとが対向する面積を増やすことができる。これにより、限られた空間内で出力を最大化することが可能となる。また、電動発電機である場合、モーメント発生位置が発電機中心軸から遠く、大きなトルクが得られる。
この発明において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料の内径部に磁石が配置された表面磁石永久磁石型であってもよい。
限られた空間内で出力トルクあるいは発電電力を最大化させるためには、ロータとステータとが対抗する面積を増やす必要があり、アウターロータに磁石を、インナーステータにコイルを配置したアウターロータ型の永久磁石同期モータ等の電動発電機、または発電機が望ましい。
この発明において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料の内部に磁石が配置された埋込磁石永久磁石型であってもよい。
埋込磁石永久磁石型であると、ロータ内に磁石が埋め込まれた形式であるため、磁石のステータ側への脱落が生じにくい。また、埋込磁石型であると、周方向に隣合う磁石の間の磁性体の部分による突極性を利用した回転が行われる。
この発明において、前記車輪要軸受の前記内輪と前記ロータとが、前記樹脂材部となる樹脂材料で一体成形されていてもよい。前記一体成形は、射出成形による一体成形であってもよい。
ロータを内輪に固定するにつき、樹脂材料で一体成形とすることで、ロータの樹脂材部の成形時に、同時にロータをハブフランジに固定することができて、ボルト等による固定が不要で、生産性に優れる。
この発明において、前記発電機の発電電圧が６０Ｖ未満であってもよい。
この構成の場合、中電圧バッテリーを搭載することにより、内燃機関のみの車両においても車両の大幅な改造をすることなく、いわゆる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、この発明の上記いずれかの構成の車両用動力装置を備える。
この構成の車両によると、この発明の車両用動力装置につき説明した各作用、効果が得られる。
この発明の車両用動力装置は、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、この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置であって、前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部と磁石とを一体に成形した樹脂材部とでなるため、足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとすることができる。
この発明の車両は、この発明の車両用動力装置を備えるため、車輪につき、足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとすることができる。
この発明の一実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 同車両用動力装置の分解斜視図である。 同車両用動力装置の発電機のロータの断面図である。 同ロータの斜視図である。 同車両用動力装置の保持部材の斜視図である。 同ロータの部分断面図である。 同ロータの変形例の部分断面図である。 同ロータと車輪用軸受との組み立て状態を示す断面図である。 他の実施形態に係る車両用動力装置の足回りフレーム部品への取付状態を示す斜視図である。 同車両用動力装置を装備した車両の駆動および制御系を示す概念構成の説明図である。 同車両の一例の電源系統図である。 従来の車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを互いに分解して示す側面図である。 同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを互いに分解して示す斜視図である。
この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はこの車両用動力装置の断面図を示す。この車両用動力装置１は、車輪用軸受２にダイレクトドライブ方式の電動発電機３が組込まれている。
電動発電機３は、電動機を兼用する発電機である。この電動発電機３は、径方向についてはブレーキロータ１２のブレーキキャリパが押し付けられる部分となる外周部１２ｂ よりも内径側に、軸方向については車輪用軸受２のハブフランジ７の側面から、足回りフレーム部品８のアウトボード側面８ａとの間の軸方向範囲Ｌに配置される。足回りフレーム部品８は、サスペンションにおける車輪用軸受２を取付ける部品であり、この実施形態ではナックルである。
電動発電機３は、ステータ１８と、ロータ１９とを有する。ロータ１９は、軟磁性材部３１と、磁石３２（図３、図６～図８）と、これら軟磁性材部３１と磁石３２とを一体に成形したケース状の樹脂材部３３とでなる、
＜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と、複列の転動体６と、回転輪である内輪５とを有する。内輪５は、ハブ輪５ａと、このハブ輪５ａのインボード側の外周面に嵌合された部分内輪５ｂとを有する。ハブ輪５ａ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。
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、前記ロータ１９の樹脂材部３３の底部３３ｂ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。前記リムの外周に図示外のタイヤが取付けられている。
なおこの明細書において、車両用動力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。
＜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、ブレーキキャリパ１６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にロータ１９の樹脂材部３３の底部３３ｂを介して重なる環状でか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。
ブレーキキャリパ１６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を有する。ブレーキキャリパ１６は、車両におけるナックルからなる足回りフレーム部品８に取付けられている。ブレーキキャリパ１６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。
＜電動発電機３の具体的構成＞
電動発電機３は、ロータ１９がステータ１８の外周側に位置するアウターロータ型でＳＰＭ（表面磁石永久磁石）型の同期モータ、またはＩＰＭ（埋込磁石永久磁石）型の同期モータである。前記ロータ１９は、図３および図５～図７に示すように、軟磁性材部３１および磁石３２が、樹脂材部３３で一体となって構成されている。軟磁性材部３１は、薄板を積層した電磁鋼板、アモルファス合金などの軟磁性材料からなり、前記磁石３２が組み込まれ、樹脂材部３３となる樹脂材料により射出成形で一体にインサート成形されている。
電動発電機３がＳＰＭ型である場合、およびＩＰＭ型である場合の具体的構成と作用は、後に説明する。
前記樹脂材部３３は、電動発電機３のケースを兼ねる部材であって、円筒状部３３ａと、この円筒状部３３ａの一端から内径側へ延びる内鍔状の底部３３ｂを有している。このケース兼用の樹脂材部３３は、前記底部３３ｂが、車輪用軸受２の内輪５のハブフランジ７とボルト２０（図１参照）で締結され、内輪５と一体で回転する。ボルト２０は、底部３３ｂの内周縁に設けられた厚肉部３３ｂａのボルト挿通孔６１に挿通され、ハブフランジ７のねじ孔６４に螺合している。樹脂材部３３の底部３３ｂには、この他にハブボルト挿通孔６２が設けられている。前記円筒状部３３ａの内周面は、アウトボード側からインボード側に順次、小径部、中径部および大径部に形成され、その中径部に前記軟磁性材部３１が位置している。大径部にはリング状部品６７が嵌合し、後述の固定側のスペーサ２２との間にシール６８が設けられている。
図１おいて、ステータ１８は、コア１８ａと、このコア１８ａの円周方向に並ぶ各ティースに巻回されたコイル１８ｂとを有する。コイル１８ｂは配線６５に接続されている。ステータ１８は、外輪４の外周面に環状の保持部材２４を介して取付けられている。保持部材２４には、ステータ１８の内周面および外輪４の外周面が固定され、端部が前記ナックルからなる足回りフレーム部品８のアウトボード側面８ａに接して、この足回りフレーム部品８に固定されている。ステータ１８は、例えば、保持部材２４に対し、圧入またはボルト締結などにより回転方向および径方向に固定されている。さらに保持部材２４は、外輪４の外周面に圧入またはボルト締結などにより固定されている。
図５に示すように、保持部材２４におけるインボード側（足回りフレーム部品８側）の端部には、コイル１８ｂ（図１参照）の結線を、この保持部材２４の外径側から内径側へ通す連通孔２４ｃが円周方向に複数（この例では六つ）設けられている。例えば、保持部材２４におけるインボード側の端面に、円周等配の切欠きを設けることで、前記複数の連通孔２４ｃが形成される。なお複数の連通孔２４ｃは、円周等配である必要なく、また一般的にＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三線から成る配線６５の径方向引き出し部６５ａ（図１）を通す連通孔であればよい。
保持部材２４には、軸方向に延びる雌ねじ２４ｄが円周等配に複数形成されている。
図１、図２に示すように、保持部材２４と足回りフレーム部品８とは、複数のボルト６６により締結される。これらのボルト６６は、足回りフレーム部品８に設けられたボルト相通孔（図示せず）にインボード側から相通され、保持部材２４の前記雌ねじ２４ｄにねじ込まれる。
保持部材２４のインボード側端面と足回りフレーム部品８のアウトボード側面８ｂとの間に、図１のようにユニットカバー２２のカバー立板部２２ａが介在している。足回りフレーム部品８には、ユニットカバー２２における円筒部２２ｂの外周面の挿入を許す貫通孔８ｂが形成され、この貫通孔８ｂの周囲に前記複数のボルト６６を相通する挿通孔（図示せず）が、前記各雌ねじ２４ｄと同位相形成されている。ユニットカバー２２は、前記ボルト６６により、保持部材２４と共に足回りフレーム部品８に締付固定される。
この構成の車両用動力装置によると、電動発電機３のロータ１９が車輪用軸受２の回転輪である内輪４に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、この車両用動力装置１の全体の部品点数が少なく構成が簡易で省スペースで済み、この車両用動力装置１を装備する車両の重量の増加も抑えられる。
また、ステータ１８およびロータ１９の一部または全部が、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径であり、かつ、電動発電機３におけるハブフランジ７への取付部を除く全体が、ハブフランジ７と、足回りフレーム部品８のアウトボード側面８ａとの間の軸方向範囲Ｌに位置するため、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂ内の限られた空間に電動発電機３を設置するスペースを確保してこの電動発電機３をコンパクトに収めることができる。
さらに、前記ロータ１９が、軟磁性材部３１と、磁石３２と、これら軟磁性材部３１と磁石３２とを一体に成形した樹脂材部３３とでなるため、部品点数の削減、ロータ１９の加工制度および組付け精度の向上、ロータ１９の軽量化、磁石３２をロータ１９に保持させる強度の向上、ロータ１９の全体の強度の向上が得られる。
すなわち、ロータ１９を構成する軟磁性材部３１および磁石３２をインサート成形など樹脂材料の射出成形により、一体に構成することにより、ロータ１９を構成する部品は最小限になる。この場合に、金型を使用した成形が行えて加工精度は高い。また、ロータ１９のケースを兼ねる樹脂材部３３が樹脂材料で構成されることにより、金属材料でロータケースを構成するよりも軽量となる。
従来、ＳＰＭの磁石を保持するために、リング材を内径側に挿入する手法があるが、部品点数が増え、また透磁率が低い材料を用いるとモータの特性を低減させる。このような課題が、軟磁性材３１と磁石３２を樹脂材部３３で一体に形成することで解消できる。
限られた空間内で出力トルクあるいは発電電力を最大化させるためには、ロータ１９とステータ１８とが対抗する面積を増やす必要があり、アウター側のロータ１９に磁石３２を、インナー側のステータ１８にコイル１８ｂを配置したアウターロータ型の永久磁石同期モータが望ましい。一般的に、加減速を伴う電動発電機は磁束の変化に伴い発生する鉄損を抑制するため、ステータのコア、およびロータの軟磁性体部に電磁鋼板や圧粉磁心、アモルファス合金などの軟磁性材で構成される。
この車両用動力装置１の電動発電機３は、ロータ１９の軟磁性体部３１として適切な軟磁性材（ケイ素鋼板やアモルファス合金）の薄板で構成されることで、ロータ１９の渦電流損失が低下し、モータ特性が向上する。しかし軟磁性材料のみでロータ１９を構成することは難しい。軟磁性材は構造体として強度が低く、前述のように薄板を重ねて構成されるため、積層が剥がれるなどの問題がある。また、軟磁性材、磁石共に錆が発生しやすく、酸化により性能が低下するため、表面処理や密封構造が必要となる。
つぎに、電動発電機３がＳＰＭ型である場合、およびＩＰＭ型である場合の具体的構成例および作用につき、図６、図７と共に説明する。
図６にＳＰＭ型の電動発電機３におけるロータ１９の構成例を示す。同図はロータ部分のみの拡大図である。この電動発電機３は、ロータ１９のステータ側表面に、複数の磁石３２が露出して円周方向に並び固定されている。
電動発電機３の動作時にステータ１８側のコイル１８ｂに通電すると、ステータ１８のコア１８ａが磁化され、ロータ１９の磁石３２が吸引される。ＳＰＭモータはモータ動作時に磁石が分離することを防ぐため、接着や嵌合、別体の部品を挿入するなどにより磁石を固定する必要がある。この実施形態では、ロータ１９およびその磁石３２の周辺に樹脂材料が回り込んで樹脂材部３３が成形される。そのため、磁石３２を接着などで固定せずに分離を防ぐことができる。また、樹脂材料で形成することにより透磁率が高く磁束が流れないため、電動発電機３の特性を変化させることがない。鉄など透磁率が低い材料で磁石３２を固定すると、磁束の流れが変化し、電動発電機３の特性を著しく低下させる。また、ロータ１９とステータ１８の間にはモータすきまが設けられる。このモータすきまが小さいほどモータ特性（電動発電機３の特性）が向上する。しかし、モータすきまが小さい場合は車輪用軸受２のガタや外部からの振動、衝撃により、ロータ１９とステータ１８が接触しうる。この実施形態ではロータ１９の内径側に樹脂材部３３が構成されていることにより、ロータ１９とステータ１８の接触が生じた場合、従来の構成よりも損傷の可能性が低くなる。
図７にＩＰＭ（埋込磁石型永久磁石）モータでの構成例を示す。ＩＰＭモータはロータ内に磁石が埋め込まれた形式で、一般的に、磁石のステータ側への脱落は生じ難い。しかし、磁石配置によってはロータの内径側に薄肉部が形成されることがあり、磁石の吸引力によりロータの変形や破損が生じうる。この実施形態では、ロータ１９の内径側へ樹脂材部３３の一部となる樹脂材料の層３３ｃを形成しており、これによりロータ１９の強度を向上させることができる。また、樹脂材料は透磁率の高い材料のため、ロータ１９の内径側へ樹脂材部３３が存在しても、モータ特性を変化させることがない。また、ロータ１９とステータ１８の接触が生じた場合も、樹脂材部３３の滑りが良いため、損傷を低減させることができる。
ＩＰＭ型の電動発電機３においても、磁石３２の軸方向の固定は必要であるが、ロータ１９の端面まで樹脂材部３３を形成することや、ロータ１９の磁石孔と磁石３２の寸法を調整することで、樹脂材部３３を磁石３２の周囲へ回り込ませることにより、磁石３２の固定をすることができる。
前記ロータ１９の製作方法として、樹脂材料のインサート成形が好ましい。こうすることで、少ない工程で高精度の形状を得ることができる。磁石３２は、未着磁の磁性体を用い、前記インサート成形の後に着磁とすることで、金型などへの磁石３２の吸着を防いで製作することができ、射出成型時の熱による磁石の減磁も考慮する必要がない。
電動発電機３がＩＰＭ型である場合は、着磁により磁石３２とする磁性体をロータ１９の磁石孔に挿入して射出成型することが容易である。こうすることで、磁石３２の磁化方向を均等に製作することができる。
樹脂材部３３の材料には、一般的に射出成型に使用される樹脂材料を採用することがでる。樹脂の補強材としてガラス繊維材、炭素繊維材などを使用してもよい。補強材の形状として繊維、ビーズ、ウィスカなどを用いることができる。
ロータ１９は、インサート成形時に、車輪用軸受２の内輪５と一体で形成してもよい。こうすることで、車輪用軸受２の内輪５と固定されたロータ１９を形成することができる。
また、図９に示すように、車輪用軸受２の内輪５のハブフランジ７に溝６８を形成し、ロータ１９の樹脂材部３３の樹脂を回り込ませて放射状のリブ部３３ｃを形成してもよい。リブ３３ｃは、樹脂材部３３の円筒状３３ａから、底部３３ｂの内周縁の厚肉部３３ｂａまで続いている。このようにリブ部３３ｃを形成するこれにより、ロータ１９を強固に内輪５に固定することができる。
図９の例では、ハブフランジ７の側面に溝６８を掘り樹脂を成形しているが、樹脂を回り込ませる溝６８は周方向に延びていてもよく、ハブフランジ７のインボード側の側面に樹脂を流し込ませるなどの構成も採用しうる。
また、ロータ１９を上記のいずれかと同様の形状として、車輪用軸受２の内輪５とは別に製造しておき、その底付きケース状となったロータ１９を車輪用軸受２の内輪５に嵌合させてもよい。インサート成形では車輪用軸受２の周囲に金型を設置する必要があるが、こうすることで簡易に同様の形状を得ることができる。
＜車両３０の制御系について＞
図１０において、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１０Ｂ，１０Ｂに前記車両用動力装置１が設けられていて、電動発電機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、電動発電機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、発電機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、二つの電動発電機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１１は、図１０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、これら中電圧バッテリー４９と低電圧バッテリー５０とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して接続されている。電動発電機３は二つあるが、代表して一つで図示している。図１０の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図１１では図示を省略しているが、従動輪側の電動発電機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よい。
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、前記駆動輪側の電動発電機３ｂ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。
これに対してこの例の車両用システムは従動輪１０Ｂ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が、従動輪１０Ｂ内に収まるこの車両用システムの電動発電機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。この実施形態の車両用システムを搭載した車両に、図１０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１０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、電動発電機３に変わる専用の発電機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。
なお、前記実施形態では、電動発電機３は、その全体が、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径であり、さらに電動発電機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に位置するように構成したが、前記ステータ１２および前記モータロータ１９の一部または全部が、前記ブレーキロータ１２の前記円板状部１２ａと円筒状部１２ｂとで形成された空間内に位置していればよい。ブレーキロータ１２の円板状部１２ａと円筒状部１２ｂとで形成された空間とは、外径がブレーキロータ１２の円筒状部１２ｂよりも小径であって、軸方向範囲が円筒状部１２ｂの存在する範囲であり、内径が円板状部１２ａの最小径以上となる円筒状の空間である。この空間にステータ１８およびロータ１９の一部のみが位置する場合、ステータ１８およびロータ１９の残り部分は、例えば、前記足回りフレーム部品８の車輪用軸受取り付け面よりもハブフランジ７側の軸方向範囲に配置される。
また、車輪用軸受２が外輪回転である場合も、この発明を適用することができる。
加えて、本願における車両用動力装置１は、回転輪として、一つの部分内輪が嵌合されたハブ輪を備え、固定輪である外輪と、ハブ輪および部分内輪の嵌合体で構成された第３世代構造としているが、これに限定するものではない。
ハブフランジを有するハブと、転動体の軌道面を有する部材とを合わせた構造体が請求項でいう回転輪となる。例えば、主に固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた第１世代構造であってもよい。固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた内輪回転形式の第２世代構造であってもよい。これらの例では、前記ハブと前記内輪とが組み合わさったものが請求項でいう「回転輪」に相当する。ハブフランジを有する回転輪である外輪と、固定輪である内輪とを備えた外輪回転形式の第２世代構造であってもよい。
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。
１…車両用動力装置、２…車輪用軸受、３…電動発電機（発電機）、４…外輪（固定輪）、５…内輪（回転輪）、７…ハブフランジ、８…ナックル（足回りフレーム部品）、１２…ブレーキロータ、１８…ステータ、１９…ロータ、３１…軟磁性体部、３２…磁石、３３…樹脂材部、

Claims (9)

  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、
    この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置であって、
    前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部と磁石とを一体に成形した樹脂材部とでなり、
    前記樹脂材部を介して前記ブレーキロータが前記ハブフランジに取り付けられている、
    ことを特徴とした車両用動力装置。
  2. 請求項１に記載の車両用動力装置において、前記発電機が、給電されることによって回転駆動力を発生する電動発電機である車両用動力装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の車両用動力装置において、前記発電機は、前記ステータが前記車輪用軸受の外周に位置し、前記ロータが前記ステータの外周に位置するアウターロータ型である車両用動力装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料の表面に磁石が配置された表面磁石永久磁石型である車両用動力装置。
  5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料の内部に磁石が配置された埋込磁石永久磁石型である車両用動力装置。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記車輪用軸受の前記内輪と前記ロータとが、前記樹脂材部となる樹脂材料で一体成形された車両用動力装置。
  7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記発電機の発電電圧が６０Ｖ未満である車両用動力装置。
  8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、
    前記ブレーキロータが、平板状部と、前記平板状部から前記固定輪の外周側へ延びる外周部とを有し、
    前記ロータの前記樹脂材部が前記発電機のケースを形成し、前記樹脂材部の底部が前記ブレーキロータの前記平板状部に重ねられ、前記ブレーキロータの前記平板状部が前記樹脂材部の前記底部を介して前記ハブフランジに取り付けられている、
    車両用動力装置。
  9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両用動力装置を備えた車両。
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