JP7048320B2 - 車輪用軸受装置およびこの車輪用軸受装置を備えた車両 - Google Patents

Description

この発明は、自動車に走行駆動力を与える機能を有する車輪用軸受装置、およびこの車輪用軸受装置を備えた車両、並びにその動力装置に関する。

車輪内部にモータを組み込んだインホイールモータは、自動車の駆動および減速時の発電により、自動車の燃費改善に貢献している。しかしながら、大出力のモータをホイール内に納めることは難しく、また車輪周りの構成部品も従来品から変更しなければならなかった。例えば特許文献１には、ダイレクトドライブ形式のインホイールモータシステムとして、ハブ部に中空円筒状のプレートを介してモータのロータを設置し、前記モータのステータを、緩衝機構を介して車両の足回りフレーム部品に取付けたものが提案されている。

特開２００５－３３３７０６号公報

上記のようなインホイールモータではブレーキディスクが環状のモータの内径側に位置するため、ブレーキキャリパがモータに干渉するなど、ブレーキの設置が困難であった。 そこで、この問題を解決すべく、図１４に示すように、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径で寸法が小さく、ホイール内に収納可能なモータ３により走行駆動の補助および発電を行う発電機付き車輪用軸受装置を提案した。この提案例の発電機付き車輪用軸受における車輪用軸受２は、内輪回転であって、外輪４である固定輪の外周にモータ３のステータを設け、内輪５である回転輪のハブフランジ７にモータ３のロータ１９を設けている。

上記提案例の発電機付き車輪用軸受装置は、ホイール内に収納でき、車輪周りの構成部品も、発電や駆動の機能を持たない車輪用軸受装置を設置する従来構成のものをそのまま利用できる利点がある。しかし、モータ寸法の制限により、モータ出力が大きくできず、駆動力の補助とブレーキ動作時の電力回収による燃費改善効果が小さく、近年の自動車業界での高い燃費目標に対応できない。
モータ出力を大きくするためはステータ１８の巻線コイル１８ｂに流す電流を増加させる方法が考えられるが、巻線コイルで１８ｂの発熱が大きくなり、巻線コイル１８ｂ、永久磁石１９ｃなど、モータ構成部品や軸受シール部品などが、許容温度以上に温度上昇する恐れがある。結果的に過昇温を防止するには、モータ電流を制限しなければならず、必要十分なモータ出力が得られない。

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、動力装置を備えそのコイルの発熱による温度上昇を冷却油の循環で低減させることによって、寸法が制限された動力装置であっても大電流時の発熱が小さく抑えられる車輪用軸受装置、車両、およびその動力装置を提案することである。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、固定輪、およびこの固定輪に転動体を介し回転自在に支持されて車両の車輪が取付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られたロータを有する動力装置とを備える車輪用軸受装置であって、
前記ステータとロータとの間に生じたステータ・ロータ間隙間、前記ステータの両側のコイルエンド周囲で前記発電機内に生じた一対のコイルエンド収容空間、および前記足回りフレーム部品側で前記回転輪の軸方向に隣合って位置する軸受端部隣接空間を密封するケースが設けられ、
前記ケース内に設けた循環油路内の冷却油を循環させる循環力発生手段が設けられている。

この構成によると、循環力発生手段の循環力により循環油路を冷却油が循環することで、ステータの巻線コイルが冷却される。循環油路の冷却油の熱は、ケースがナックル等の足回りフレーム部品等を介して車体に接触する箇所等から、車体に熱伝導等で放熱され、また空冷され、低い温度に保たれる。このようにステータの巻線コイルが冷却されるため、寸法が制限された動力装置であっても大電流時の発熱が小さく抑えられて、過昇温の問題を生じることがない。

この発明の車輪用軸受装置において、前記固定輪内を貫通する連通油路が設けられて、前記ケース内に、前記軸受端部隣接空間、前記連通油路、一方の前記コイルエンド収容空間、前記ステータ・ロータ間隙間、他方の前記コイルエンド収容空間、および前記軸受端部隣接空間を順に循環する前記循環油路が形成されていてもよい。
この構成の場合、前記コイルエンド周囲に冷却油が流れ、コイルエンドが冷却油で直接に冷却されるため、冷却の効率が良い。

この発明の車輪用軸受装置において、前記循環力発生手段は、前記車輪用軸受の前記回転輪と固定輪との相対回転で前記冷却油を循環させる構成であってもよい。
この構成の場合、冷却油を循環させるために別の駆動源を必要としない。

この発明の車輪用軸受装置において、前記車輪用軸受が、前記回転輪が内輪となる内輪回転型であり、前記動力装置がアウターロータ型であって、前記ケースが、前記固定輪と互いに固定された固定ケースと、前記回転輪および前記ロータと互いに固定された回転ケースとを有していてもよい。
前記回転ケースがロータと互いに固定されていると、発電機のケースを前記ケースと別に設ける必要がなくて、コンパクトに構成できる。また、アウターロータ型であると、前記発電機にモータを用いる場合に、モーメント発生位置が径方位置となるため、大きなトルクが得られる。

この発明の車輪用軸受装置において、前記固定輪は、前記転動体を転走させる軌道面を有する固定輪本体と、この固定輪本体に外嵌し外周に前記ステータが取付けられる中間部材とを有し、この中間部材に前記連通油路が形成されていてもよい。
車輪用軸受の固定輪が、転動体転走用の軌道面を有する部材であると、動力装置のステータの取付けや、前記循環油路の形成が難しい。しかし、前記中間部材を設けてこれにステータの取付や連通油路の形成を行うようにすると、前記連通油路の形成が簡単に行える。
なお、前記固定輪の全体を一体の部品とした場合は、部品点数が少なくて済み、組立工数も削減される。

この発明の車輪用軸受装置において、前記循環力発生手段として、前記軸受端部隣接空間内に位置して前記回転輪に同軸心に連結されたインペラを有していてもよい。
インペラであると、効率良く循環油路の潤滑力が得られ、また車輪用軸受の回転輪とインペラとを直結することでインペラを回転させることができ、循環力発生手段の構成が簡素になる。
なお、インペラを設ける場合に、循環力発生手段としてインペラとは別の物を併用してもよい。

この発明の車輪用軸受装置において、前記循環油路の途中に、この循環油路を流れる冷却油を冷却する二次冷却装置を有していてもよい。
二次冷却装置があると、構成は複雑になるが、冷却油路の温度上昇をより低く抑えて、巻線コイルの温度上昇をより一層低下させることができる。

この発明の車輪用軸受装置において、前記循環力発生手段として、前記循環油路の冷却油の循環力を高めるポンプを有していてもよい。
別のポンプを有していると、冷却油の潤滑をより高速に行い、巻線コイルの温度上昇をより効率良く抑えることができる。

この発明の車輪用軸受装置において、前記循環力発生手段として、前記ロータおよび前記ステータのいずれか一方または両方における前記ステータ・ロータ間隙間を構成する周面に、前記ロータとステータの相対回転で圧力勾配を生じさせるねじ溝を有していてもよい。
ステータ・ロータ間隙を構成するロータおよびステータのいずれか一方または両方の周面にねじ溝が形成されていると、ロータの回転によってステータ・ロータ間隙冷却油に圧力勾配が発生する。このため、簡易な構成で循環力発生手段を構成することができる。前記ねじ溝は、インペラ等の他の循環力発生手段と併用してもよい。

この発明の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ってもよい。
この構成の場合、前記動力装置の駆動力を従動輪に与え、主駆動源の駆動力に従動輪の駆動力を付加して車両を走行させることができる。

この発明の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ってもよい。
この構成の場合、主駆動源の駆動力に、前記動力装置の駆動力を付加して駆動輪を駆動することができる。

この発明の車両は、この発明の前記いずれかの構成の車輪用軸受装置を備える。
この構成の車両によると、この発明の車輪用軸受装置につき説明した作用効果が得られる。

この発明の動力装置は、車輪用軸受に設置される電動発電機から成る動力装置であって、
前記車輪用軸受の固定輪に取付けられるステータと、前記車輪用軸受の回転輪に取付けられるロータとを備え、
この動力装置は、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半径方向外方に位置するアウターロータ型であり、
この動力装置の全体が、前記回転輪に取り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付けられる部分となる外周部よりも小径であり、且つ、この動力装置における前記回転輪のアウトボード側に設けられたハブフランジへの取付部を除く全体が、前記ハブフランジと、前記車輪用軸受のインボード側の車体取り付け面との間の軸方向範囲に位置し、
前記ステータとロータとの間に生じたステータ・ロータ間隙間、前記ステータの両側のコイルエンド周囲で前記発電機内に生じた一対のコイルエンド収容空間、および前記足回りフレーム部品側で前記回転輪の軸方向に隣合って位置する軸受端部隣接空間を密封するケースが設けられ、
前記ケース内に設けた循環油路内の冷却油を循環させる循環力発生手段が設けられている。
この構成の動力装置によると、車輪用軸受に設置されて、この発明の車輪用軸受につき前述した作用効果が得られる。

この発明の車輪用軸受装置は、固定輪、およびこの固定輪に転動体を介し回転自在に支持されて車両の車輪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られたロータを有する動力装置とを備える車輪用軸受装置であって、前記ステータとロータとの間に生じたステータ・ロータ間隙間、前記ステータの両側の軸方向延長位置でコイルエンド周囲に生じた一対のコイルエンド収容空間、および前記足回りフレーム部品側で前記回転輪の軸方向に隣合って位置する軸受端部隣接空間を密封するケースが設けられ、前記ケース内に設けた循環油路内の冷却油を循環させる循環力発生手段が設けられたため、
寸法が制限された動力装置であっても大電流時の発熱が小さく抑えられて、継続して動力装置に大電流を流すことができる。

この発明の第一の実施形態に係る車輪用軸受装置、およびその周辺部を示す断面図である。 同車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪用軸受装置のインペラの斜視図である。 同車輪用軸受装置のステータの部分拡大断面図である。 この発明の他の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車輪用軸受装置の断面図である。 この発明のさらに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。 この発明のさらに他の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置のロータの部分断面図である。 上記の任意の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置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。 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用いた他の車両用システムの概念構成を示すブロック図である。 発電機付き車輪用軸受装置の提案例の断面図である。

この発明の第１の実施形態を、図１ないし図４と共に説明する。この車輪用軸受装置１は、車輪用軸受２と、発電機能を有する電動発電機からなる動力装置であるモータ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。外輪４は軌道面を有する外輪本体４ａとその外周の中間部材４ｂとでなる。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。内輪５は、図示の例では、前記ハブフランジ７を有するハブ輪５ａと、このハブ輪５ａのインボード側端の外周に嵌合する部分内輪５ｂとでなる。外輪４は、車輪用軸受２およびモータ３の外郭となるケース２３を介し、車両の懸架装置のナックル等の足回りフレーム部品８に、ボルト等で取付けられ、車両の重量を支持する。なおこの明細書において、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。

ハブフランジ７のアウトボード側の側面には、ホイール１０のリム１１とブレーキロータ１２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。リム１１の外周にタイヤ（図示せず）が取付けられている。

＜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、ブレーキキャリパ２２とを備える摩擦ブレーキである。ブレーキロータ１２は、ハブフランジ７に重なる環状でかつ平板状の円板状部１２ａと、外周部１２ｂとでなる。外周部１２は、円板状部１２ａの外周からモータ３の外周側へ延びる円筒状部１２ｂａと、この円筒状部１２ｂａの先端から径方向外方へ延びる外径側平板部１２ｂｂとでなる。ブレーキロータ１２は、例えば鋼板のプレス加工品からなる。

前記ブレーキキャリパ２２は、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂにおける外径側平板部１２ｂｂを挟み付ける一対の摩擦パッド２２ａを有する。前記ブレーキキャリパ２２は前記足回りフレーム部品８に取付けられている。前記ブレーキキャリパ２２は、油圧式および機械式のいずれであってもよく、またモータ式であってもよい。

＜モータ３について＞
モータ３は、給電されることによって車輪１０を回転駆動可能な走行補助用の電動のモータであり、回生制動時に発電機として用いられる。モータ３は、外輪４の外周面に取付けられたステータ１８と、内輪５のハブフランジ７に取付けられたロータ１９とを有する。図示の例のモータ３は、アウターロータ型のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet Motor ）同期モータである。また、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet Motor）同期モータも使用できる。その他、モータ３として、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。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。

モータ３は、その全体が、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径である。モータ３は、ハブフランジ７への取付部およびケース２３の後述の固定ケース２３ａを除く略全体が、ハブンフランジ７と前記足回りフレーム部品８の取付面Ｓとの間の軸方向範囲に位置する

モータ３のステータ１８は、コア１８ａと、このコア１８ａの各ティース１８ａａ（図４参照）に巻回されたコイル１８ｂとを有する。コイル１８ｂのコア１８ａから軸方向に突出した部分は、コイルエンド１８ｂａを成す。コイル１８ｂは電線６０に接続されている。
モータロータ１９は、モータケースとなる横向きカップ状の回転ケース２３ｂと、この回転ケース２３ｂの内周に設けられる磁性体１９ｂと、この磁性体１９ｂに内蔵される永久磁石（図示せず）とを備え、回転ケース２３ｂの底部がハブフランジ７に取付けられている。回転ケース２３ｂの底部の中央は、内輪５のハブフランジ７よりもアウトボード側部分を突出させる中央開口を有している。回転ケース２３ｂのハブフランジ７への取付けは、前記ボルト１３による締め付け固定としても、またハブフランジ７の外周面への嵌合、溶接、または接着等で行ってもよい。回転ケース２３ｂの外周面は、ブレーキロータ１２の円筒状部１２ｂの内周面に近接している。

＜ケース２３について＞
車輪用軸受２およびモータ３は、その全体がケース２３によって覆われている。ケース２３は、前記回転ケース２３ｂと固定ケース２３ａとでなる。固定ケース２３ａは、カップ状の回転ケース２３ｂのインボート側端を閉じており、内側面に、車輪用軸受２の固定輪である外輪４のインボード側端が固定される。詳しくは、外輪４の中間部材４ｂのインボード側端が固定される。固定ケース２３ａの外周部と回転ケース２３ｂの開口縁との間は、環状のシール部材２５によって密閉され、ケース２３の内部空間の全体が、潤滑油充填空間となる。前記シール部材２５は、固定ケース２３ａと回転ケース２３ｂとの間の隙間を相対回転自在に密封する部材であり、例えば、固定ケース２３ａおよび回転ケース２３ｂのいずれか一方に取付けられたスリンガと、他方に取付けられて前記スリンガに摺接するシールリップ（いずれも図示せず）とでなる。
モータ３のコイルエンド１８ｂａから延びる電線６０は、固定ケース２３ａに設けられた電線挿通孔に挿通されてケース２３外に引き出され、電線挿通孔の外側開口部に電線との間の隙間を密封するシール６１が設けられている。

＜シール構造について＞
回転ケース２３ｂのインボード側端の内周にロータ端リング部材２７が取付けられ、このロータ端リング部材２７と固定ケース２３ａとの間の密封が、前記シール部材２５によりなされる。ロータ端リング部材２７は、磁性体１９ｂに内蔵される前記永久磁石の軸方向についての位置決め部材を兼ねる。ロータ端リング部材２７の外周面と回転ケース２３ｂの内周面との間には、Ｏリング等のシール部材２８が介在している。
固定ケース２３ａは、前記足回りフレーム部品８に固定され、これによりこの車輪用軸受装置１の全体が足回りフレーム部品８に固定される。

＜回転センサについて＞
車輪用軸受２の内輪５のインボード側に位置して、内輪５の回転を検出する回転センサ６３が設けられている。回転センサ６３は、レゾルバまたは磁気式のエンコーダからなる。回転センサ６３は、回転する被検出部６３ａとこの被検出部６３ａを検出するセンサ部６３ｂとでなる。被検出部６３ｂは、環状に形成されており、内輪５のインボード側面に内輪５と同軸心に取付けられた回転センサ軸６４の外周に嵌合し、被検出部固定ボルト６５で回転センサ軸６４に取付けられている。センサ部６３ｂは、検出面が被検出部６３ｂの外周面に対向する環状に形成され、外輪４の中間部材４ｂの内周に突出したフランジ部にセンサ部固定ボルト９１ で取付けられている。

＜冷却構造について＞
前記外輪４の前記中間部材４ｂは、外輪本体４ａよりもインボード側に延出した厚肉円筒状であり、内部の円周方向複数箇所に、軸方向に延びる連通油路６６が設けられている。連通油路６６は、一端が中間部材４ｂのアウトボード側の端面に開口し、他端が、中間部材４ｂのインボード側端付近の内周面に開口している。また、固定ケース２３ａの肉厚内に、ステータ１８との対向面から、内周面に連通するケース壁部連通路６７が、円周方向に複数箇所に形成されている。
ケース２３のケース内空間を構成する部分として、モータ３のステータ１８とロータ１９との間に生じたステータ・ロータ間隙間６８と、ステータ１８の両側のコイルエンド収容空間６９、７０と、車輪用軸受２の内輪５のインボード側に位置する軸受端部隣接空間７１とがある。ステータ・ロータ間隙間６８には、コア１８ａの隣合うティース１８ａａ間に生じるコイル間隙間７２を含む。

これらの空間は、前記連通油路６６およびケース壁部連通路６７が設けられたことにより、ステータ・ロータ間隙間６８、インボード側のコイルエンド収容空間７０、ケース内壁油路６７、軸受端部隣接空間７１、連通油路６６、およびアウトボード側のコイルエンド収容空間６９が、この順に循環する循環油路７３を構成している。この循環油路７３を構成するケース内空間には、モータ冷却用の冷却油が充填される。この冷却油は、この実施形態では車輪用軸受２の潤滑油を兼用するが、車輪用軸受２の外輪４と内輪５間の軸受空間におけるインボード側およびアウトボード側の口部にシール部材(図示せず)を設け、前記軸受空間にグリースを充填することで、前記冷却油を冷却専用としてもよい。

＜循環力発生手段、インペラ７４について＞
ケース２３内に、前記循環油路７３の冷却油を循環させる循環力発生手段として、ペラ７４が設けられている。インペラ７４は内輪５のインボード側に、前記被検出部固定ボルトセンサ固定ボルト６５の端面で、内輪５と同軸心に固定されている。前記連通油路６６の軸受端部隣接空間７１側の開口は、インペラ７４の外周に対向する軸方向位置にある。
インペラ７４は、図３に示すように、円錐台状の中央部７４ａと、この中央部７４ａの外周に周方向に並んで設けられた複数の羽根７４ｂとでなる。中央部７４ａは、軸心を含む断面の形状が、図１、図２のように凹曲線となっている。

なお、この実施形態の冷却構造では、冷却油が巻線コイル１８ｂに直接触れるため、冷却油によって、巻線コイル１８ｂを覆うニスなどの絶縁塗膜が劣化し絶縁不良を起こす恐れがある。そこで冷却油によって劣化することのない絶縁材の使用が好ましい。このような劣化が生じ難い絶縁塗膜として、フェノール系やアルキド系の絶縁ニス材を使用することが好ましく、これより前縁塗膜の劣化の問題が解決できる。以下の各実施形態でも同様である。

＜第一の実施形態の作用、効果＞
冷却油の循環動作について説明する。
車両走行中では、車輪の回転に伴い、車輪用軸受装置１のロータ１９および回転センサ回転軸６４が回転する。回転センサ回転軸６４と一体を成すインペラ７４の回転により、冷却油が連通油路６６を通ってハブフランジ７側のコイルエンド収容空間６９へ送られる。さらに冷却油は、ステータ・ロータ間隙間６８と、コイルエンド収容空間７０まで流れ、ケース内流路６７を通って軸受端部隣接空間７１内のインペラ７４まで戻される。
また、モータ３のロータ１９が回転することにより、冷却油がロータ１９の内周面に引きずられて、回転軸心まわりに撹拌され、巻線コイル１８ｂが均等に冷却される。

この冷却構造では、冷却油が発熱源である巻線コイル１８ｂに直接触れるため、冷却効果が大きい。従来の冷却液流路を設けた部材を介して冷却を行う冷却方法では、流路の構造が複雑となり、コンパクト化が難しい。また、巻線コイル１８ｂの円周方向に隣合うコイル磁極部に、放熱性を良くするための放熱樹脂を浸透させるなどの対策が不可欠であったが、この実施形態の冷却構造では、前記放熱樹脂を浸透等の必要がない。さらに、冷却油の循環を運転中の車輪の回転を利用して行うため、インペラ７４を回転させるための新たな電源を必要としない。

このように、巻線コイル１８ｂに電流を流すことで発生する熱を冷却し、巻線コイル１８ｂの発熱を抑えることにで、継続してモータ３に大電流を流すことができ、燃費改善に十分貢献できるモータ出力が発生可能となる。また、この冷却油を循環させる構造は、車輪用軸受２の潤滑にも貢献される。
モータ３は、車両の制動時は、回生制動により発電を行うが、発電時の発熱も駆動時と同様に抑制され、十分な発電が行える。
また、この実施形態の車輪用軸受装置１は、モータ３の全体がブレーキロータ１２の外周部よりも小径であるため、一般的な車両において生じているブレーキロータの外周部と車輪用軸受との間の空間を効率的に利用して補助動力装置を設置することができる。

＜図５の実施形態＞
他の各実施形態につき、図５ないし図１０と共に説明する。これらの実施形態において、特に説明した事項の他は、図１ないし図４と共に前述した第一の実施形態と同様である。

＜図５の実施形態＞
前記実施形態では、冷却油の連通油路の加工の容易のため、車輪用軸受２の外輪を分割構造とし、連通油路を持った中間部材を使用しているが、図５に示すように、車輪用軸受２の外輪４を一体構造して連通油路６６を設けてもよい。一体構造とすると構造が簡略化できる。

＜図６の実施形態＞
図１ないし図４に示す第１の実施形態において、さらに冷却効率を上げるために、図６に示すように、二次冷却装置７５を追加してもよい。この二次冷却装置７５は、循環油路７３におけるケース壁部連通路６７に沿う部分７６ａを有する二次冷却液循環路７６と、この二次冷却液循環路７６の冷却液を循環させるポンプ７７とで構成されている。ポンプ７７は、前記モータ３とは別のモータ（図示せず）によって駆動される。循環油路７３の潤滑油を熱交換により冷却した二次冷却液循環路７６内の冷却液は、二次冷却液環路７６内を流れる間に、車体への熱伝導および空気冷却により冷却される。
二次冷却装置７５があると、構成は複雑になるが、冷却油の温度上昇をより抑えて、巻線コイル１８ｂの温度上昇をより一層低下させることができる。

＜図７の実施形態＞
また、図１ないし図４に示す第１の実施形態において、インペラ７４を設ける代わりに、循環力発生手段として圧力ポンプ７８を設け、循環油路７３と圧力ポンプ７８とを吸引路７９および吐出路８０により接続してもよい。吐出路８０は軸受端部隣接空間７１のインボード側壁面における軸心部に開口し、吸引路７９はコイルエンド収容空間７０に、固定ケース２３ａに設けられた他の油路８１を介して接続されている。圧力ポンプ７８は、他のモータ（図示せず）により駆動される。
この構成の場合、図２のインペラ７４でポンプ動作させる場合に比べ、高性能な圧力ポンプ７８が設けられることで、より高速で冷却油を循環させることができ、冷却効率を上がる。

＜図８の実施形態＞
図８の実施形態は、第一の実施形態において、前記ステータ・ロータ間隙間６８を構成するステータ１８のコア１８ａの外周面にねじ溝８２を設け、ねじポンプを構成している。
前記循環力発生手段として、前記ねじ溝８２で形成されるねじポンプを、前記インペラ７４に加えて設けている。
この構成の場合、モータ３のロータの回転によりステータ・ロータ間隙間６８に、圧力勾配を発生させ、循環速度を上昇させることができる。これにより、巻線コイル１８ｂの冷却効率がさらに向上する。

＜図９の実施形態＞
図９の実施形態は、図８の実施形態において、ねじ溝８２をステータ１８の外周面に設けた構成に代えて、ねじ溝８２をロータ１９の内周面に設けている。
この構成の場合も、モータ３のロータ１９の回転によりステータ・ロータ間隙間６８に、圧力勾配を発生させ、循環速度を上昇させることができる。これにより、巻線コイル１８ｂの冷却効率がさらに向上する。

＜その他の実施形態＞
図８の実施形態と図９の実施形態とは併用してもよい。すなわち、ステータ・ロータ間隙６８を構成するステータ１８の外周面とロータ１９の内周面との両方に前記ねじ溝２２を設けてもよい。
なお、図１０のＳＰＭ同期モーターでは、ロータ１９の磁性体１９ｂの内周面で円周方向に並ぶ永久磁石１９ｃ間の隙間８２Ａを軸心方向に対して傾斜させてもよい。これによっても、ステータ・ロータ間隙間６８に圧力勾配が発生する。

＜車両３０の制御系について＞
図１１は、いずれかの実施形態に係る車輪用軸受装置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、車輪用軸受装置１は、主駆動源３５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。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とを有するハイブリッド車（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モータ３と、このモータ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３Ａ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。

従動輪用のモータ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。モータ３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。
モータ３は、ハブ輪である内輪５（図１）にロータ１９が取付けられているため、モータ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。このモータ３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。

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および駆動輪側のモータ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モータ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。従動輪側のモータ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、モータ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、モータ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、二つのモータ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１２は、図１１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。モータ３は二つあるが、代表して一つで図示している。図１５の駆動輪側のモータ３５ｂは、図１２では図示を省略しているが、従動輪側のモータ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、前記駆動輪側のモータ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、およびエアーコンフレッサなどである。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モータ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１１の例のように別の補助駆動用のモータ３５ｂが搭載されていると、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が、補助駆動用のモータ３５ｂは搭載されていなくてもよい。

図１３は、いずれかの実施形態に係る車輪用軸受装置１を、前輪である駆動輪１０Ａおよび後輪である従動輪１０Ｂにそれぞれ適用した例を示す。駆動輪１０Ａ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３７を介して駆動される。この前輪駆動車において、各駆動輪１０Ａおよび従動輪１０Ｂの支持および補助駆動に、車輪用軸受装置１が設置されている。このように車輪用軸受装置１を、従動輪１０Ｂだけでなく、駆動輪１０Ａにも適用し得る。

図１１、図１２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、モータ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、モータ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。

１…車輪用軸受装置、２…車輪用軸受、３…モータ（動力装置）、４…外輪（固定輪）、４ａ…外輪本体、４ｂ…中間部材、５…内輪（回転輪）、６…転動体、７…ハブフランジ、８…足回りフレーム部品、１２…ブレーキロータ、１７…ブレーキ、１８…ステータ、１８ａ…コア、１８ｂ…巻線コイル、１８ｂａ…コイルエンド、１９ｂ…磁性体、
１９ｃ…永久磁石、２３…ケース、２３ｂ…回転ケース、２３ａ…固定ケース、２５…シール部材、６３…回転センサ、６６…連通油路、６８…ステータ・ロータ間隙間、６９、７０…コイルエンド収容空間、７１…軸受端部隣接空間、７３…循環油路、７４…インペラ（循環力発生手段）、７５…二次冷却装置、７７…ポンプ（循環力発生手段）、７８…圧力ポンプ（循環力発生手段）、８２…ねじ溝（循環力発生手段）

Claims (12)

1. 固定輪、およびこの固定輪に転動体を介し回転自在に支持されて車両の車輪が取付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られたロータを有する動力装置と、を備える車輪用軸受装置であって、
   前記ステータとロータとの間に生じたステータ・ロータ間隙間、前記ステータの両側のコイルエンド周囲で前記動力装置内に生じた一対のコイルエンド収容空間、および足回りフレーム部品側で前記回転輪の軸方向に隣合って位置する軸受端部隣接空間を密封するケースが設けられ、
   前記ケース内に設けた循環油路内の冷却油を循環させる循環力発生手段および前記固定輪内を貫通する連通油路を有し、
   前記ケース内に、前記軸受端部隣接空間、前記連通油路、一方の前記コイルエンド収容空間、前記ステータ・ロータ間隙間、他方の前記コイルエンド収容空間、および前記軸受端部隣接空間を順に循環する前記循環油路が形成された、車輪用軸受装置。
2. 請求項１に記載の車輪用軸受装置において、前記循環力発生手段は、前記車輪用軸受の前記回転輪と固定輪との相対回転で前記冷却油を循環させる車輪用軸受装置。
3. 固定輪、およびこの固定輪に転動体を介し回転自在に支持されて車両の車輪が取付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られたロータを有する動力装置と、を備える車輪用軸受装置であって、
   前記ステータとロータとの間に生じたステータ・ロータ間隙間、前記ステータの両側のコイルエンド周囲で前記動力装置内に生じた一対のコイルエンド収容空間、および足回りフレーム部品側で前記回転輪の軸方向に隣合って位置する軸受端部隣接空間を密封するケースが設けられ、
   前記ケース内に設けた循環油路内の冷却油を循環させる循環力発生手段を有し、
   前記車輪用軸受が、前記回転輪が内輪となる内輪回転型であり、前記動力装置がアウターロータ型であって、前記ケースが、前記固定輪と互いに固定された固定ケースと、前記回転輪および前記ロータと互いに固定された回転ケースとを有する車輪用軸受装置。
4. 固定輪、およびこの固定輪に転動体を介し回転自在に支持されて車両の車輪が取付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られたロータを有する動力装置と、を備える車輪用軸受装置であって、
   前記ステータとロータとの間に生じたステータ・ロータ間隙間、前記ステータの両側のコイルエンド周囲で前記動力装置内に生じた一対のコイルエンド収容空間、および足回りフレーム部品側で前記回転輪の軸方向に隣合って位置する軸受端部隣接空間を密封するケースが設けられ、
   前記ケース内に設けた循環油路内の冷却油を循環させる循環力発生手段を有し、
   前記固定輪は、前記転動体を転走させる軌道面を有する固定輪本体と、この固定輪本体に外嵌し外周に前記ステータが取付けられる中間部材とを有し、この中間部材に前記連通油路が形成された車輪用軸受装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置において、前記循環力発生手段として、前記軸受端部隣接空間内に位置して前記回転輪に同軸心に連結されたインペラを有する車輪用軸受装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置において、前記循環油路の途中に、この循環油路を流れる冷却油を冷却する二次冷却装置を有する車輪用軸受装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置において、循環力発生手段として、前記循環油路の冷却油の循環力を高めるポンプを有する車輪用軸受装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置において、前記循環力発生手段として、前記ロータおよび前記ステータのいずれか一方または両方における前記ステータ・ロータ間隙間を構成する周面に、前記ロータとステータの相対回転で圧力勾配を生じさせるねじ溝を有する車輪用軸受装置。
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車輪用軸受装置。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の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車輪用軸受装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置を備えた車両。
12. 車輪用軸受に設置される電動発電機から成る動力装置であって、
    前記車輪用軸受の固定輪に取付けられるステータと、前記車輪用軸受の回転輪に取付けられるロータとを備え、
    この動力装置は、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半径方向外方に位置するアウターロータ型であり、
    この動力装置の全体が、前記回転輪に取り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付けられる部分となる外周部よりも小径であり、且つ、この動力装置における前記回転輪のアウトボード側に設けられたハブフランジへの取付部を除く全体が、前記ハブフランジと、前記車輪用軸受のインボード側の車体取り付け面との間の軸方向範囲に位置し、
    前記ステータとロータとの間に生じたステータ・ロータ間隙間、前記ステータの両側のコイルエンド周囲で前記発電機内に生じた一対のコイルエンド収容空間、および足回りフレーム部品側で前記回転輪の軸方向に隣合って位置する軸受端部隣接空間を密封するケースが設けられ、
    前記ケース内に設けた循環油路内の冷却油を循環させる循環力発生手段および前記固定輪内を貫通する連通油路を有し、
    前記ケース内に、前記軸受端部隣接空間、前記連通油路、一方の前記コイルエンド収容空間、前記ステータ・ロータ間隙間、他方の前記コイルエンド収容空間、および前記軸受端部隣接空間を順に循環する前記循環油路が形成された、動力装置。

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