JP7347422B2 - 転がり軸受ユニット - Google Patents

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Description

本発明は、車輪支持用の転がり軸受ユニットに関する。
従来、自動車の車輪は、転がり軸受ユニットを介して懸架装置に支持される。前記転がり軸受ユニットに、非接触給電装置を設ける構造が公知である(特許文献1参照)。
この特許文献1に記載された転がり軸受ユニットにおいては、静止側の外輪の車幅方向内側にカバー部材を設けることで回転側の内輪の車幅方向内側を覆っている。また、非接触給電装置は、磁界共振結合方式の給電装置であり、カバー部材の車幅方向内側に配置した給電コイルと、カバー部材の車幅方向外側に配置した受電コイルと、を有する。
特開2018-1769号公報
前述したように、特許文献1の非接触給電装置は、磁界共振結合方式であり、送電側、受電側ともにコイルが必要であって寸法が大きくなるという課題があった。また、給電コイルと受電コイルとがカバー部材を挟んで対向配置されるため、送受電間の距離が長くなり伝送効率が低下するという課題があった。
本発明は、小型で搭載性がよく、伝送効率の高い非接触給電装置を有する車輪支持用の転がり軸受ユニットを提供することを目的とする。
本発明の第1の態様に係る転がり軸受ユニットは、回転軸に沿う軸方向の一方側に前記軸方向の他方側に向けて凹む凹部を有する内輪部材と、前記内輪部材の外周側に配置される外輪部材と、前記内輪部材と前記外輪部材との間に転動可能に設けられ前記内輪部材を前記外輪部材に対して回転可能に支持する転動体と、電力及び信号のうちの1つ以上を伝送可能で、静止側電極を有する静止側伝送部、及び、前記静止側電極と前記軸方向に間隔をおいて対向配置される回転側電極を有する回転側伝送部を含む電界結合による非接触式の伝送装置と、前記外輪部材の前記軸方向の前記一方側に支持され、前記内輪部材における前記軸方向の前記一方側を覆うと共に、前記軸方向の一方側に前記静止側伝送部を固定するカバー部材と、を備える。
本発明の第1の態様によれば、電界結合による非接触式の伝送装置の全体をカバー部材における軸方向の他方側に配置している。従って、従来技術のように給電コイルと受電コイルとがカバー部材を挟んで対向配置された磁界共振結合方式の非接触給電装置と比較すると、本発明の方が送受電間の距離が短いので高い伝送効率を得やすいメリットがある。
本発明の第2の態様では、前記回転側伝送部及び前記静止側伝送部が前記凹部の内方に収納される。
本発明の第2の態様によれば、前記伝送装置が軸方向の一方側へ突き出る突出長さを小さく設定することができる。このため、転がり軸受ユニット全体の大型化を抑制することができる。
本発明の第3の態様では、前記回転側伝送部は前記凹部の内方に収納され、前記内輪部材は、径方向内側に延びて前記凹部の底部となると共に前記軸方向に貫通する貫通孔が設けられた隔壁を有し、前記回転側伝送部は、前記隔壁に当接されることにより前記貫通孔が封止される。
本発明の第3の態様によれば、回転側伝送部が隔壁に当接されることにより貫通孔が封止される。このため、簡素な構造で、貫通孔から凹部内に水が浸入することを抑制することができる。
本発明の第4の態様では、前記静止側伝送部は、前記カバー部材との一体成形品である。
本発明の第4の態様によれば、静止側電極を有する静止側伝送部がカバー部材に一体に設けられるため、静止側電極に水が浸入することを抑制することができる。また、カバー部材の部品点数を低減することができる。
本発明の転がり軸受ユニットによれば、非接触給電装置の伝送効率が従来よりも向上する。
図1は、実施形態に係る転がり軸受ユニットを示す断面図である。 図2は、図1の一部を拡大した断面図である。 図3は、図1の第1伝送部を車幅方向内側から見た側面図であり、被覆部を省略している。 図4は、実施形態に係る伝送装置の回路構成を示す図である。 図5は、変形例に係る転がり軸受ユニットを示す断面図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。なお、以下の説明においては、内輪部材の回転軸をAXとし、回転軸AXに沿った方向を「軸方向」または「左右方向」と称し、回転軸AXに直交する方向を「径方向」と称する。「軸方向の一方側」を「車幅方向の内側(IN側)」と称し、「軸方向の他方側」を「車幅方向の外側(OUT側)」と称する。また、車両の前方側をFR側、後方側をRR側と称する。
図1は、実施形態に係る転がり軸受ユニット(ハブベアリング)1の一例を示す断面図である。
図1に示すように、転がり軸受ユニット1は、自動車の車輪を回転可能に支持すると共に自動車の懸架装置10に支持される。即ち、自動車の車輪は、転がり軸受ユニット1を介して懸架装置10に支持される。
転がり軸受ユニット1は、内輪部材23と、外輪部材4(外輪)と、転動体5と、伝送装置30と、第1カバー60(カバー部材)と、を備える。内輪部材23は、回転軸AXを中心に回転可能である。外輪部材4(外輪)は、円筒状の形状を有し、内輪部材23の径方向外側(外周側)に配置されて静止された状態で支持される。
転動体5は、内輪部材23と外輪部材4との間に配置される。伝送装置30は、電界結合による非接触式の伝送装置であり、静止側伝送部31及び回転側伝送部32を有する。第1カバー60(カバー部材)は、外輪部材4に支持され、内輪部材23車幅方向内側を覆う。また、内輪部材23と外輪部材4との間隙を塞ぐようにシール部材7が設けられている。
内輪部材23は、ハブ2と内輪3とを含む。ハブ2は、軸方向に延びる筒状のハブ本体部2Aと、ハブ本体部2Aの外周面から径方向外側に延びるフランジ部2Bと、ハブ本体部2Aにおける車幅方向中央部の内周面から径方向内側に延びる隔壁2Cと、を有する。ハブ本体部2Aの車幅方向内側の外周部には、径方向の内側に凹む溝部2Dが設けられている。溝部2Dには、円環状の内輪3が嵌合され、ハブ2と内輪3とは一体になって回転軸AXを中心に回転する。図示しない車輪は、ハブボルト9を介してフランジ部2Bに固定される。
また、ハブ2には、車幅方向に沿って延びる2つの凹部が設けられている。具体的には、車幅方向内側に開口し車幅方向外側に向けて延びる第1凹部21(凹部)と、車幅方向外側に開口し車幅方向内側に向けて延びる第2凹部22と、が設けられている。第1凹部21と第2凹部22とは、隔壁2Cを介して軸方向に隣接している。即ち、第1凹部21の縁は、ハブ2の車幅方向内側の内周面2Eと、段差部2Fと、隔壁2Cの車幅方向内側の側面2C1と、を有する。隔壁2Cには、貫通孔2C2が軸方向に貫通している。このように、隔壁2Cは、径方向内側に延びて第1凹部21の底部となっている。
外輪部材4(外輪)は、回転不能であり、ハブ2及び内輪3の径方向外側(外周側)に配置される。外輪部材4は、フランジ部4Aを有し、フランジ部4Aは、懸架装置10と結合される。
転動体5は、内輪部材23と外輪部材4との間に配置される。転動体5は、ハブ本体部2Aと外輪部材4との間に配置される複数の転動体5Aと、内輪3と外輪部材4との間に配置される複数の転動体5Bとを含む。
本実施形態において、転動体5は、球体であるが、ころ(テーパころ)でもよい。例えば、重量が大きい自動車に転がり軸受ユニット1を適用する場合、転動体5としてテーパころが使用されてもよい。このように、転動体5は、内輪部材23と外輪部材4との間に転動可能に設けられ内輪部材23を外輪部材4に対して回転可能に支持する。
内輪部材23の外周面には、転動体5Aの外表面の一部が位置する第1内輪軌道11と、転動体5Bの外表面の一部が位置する第2内輪軌道13と、が設けられている。外輪部材4の内周面には、転動体5Aの外表面の一部が位置する第1外輪軌道14と、転動体5Bの外表面の一部が位置する第2外輪軌道15と、が設けられている。転動体5Aは、第1内輪軌道11と第1外輪軌道14との間に配置され、転動体5Bは、第2内輪軌道13と第2外輪軌道15との間に配置される。
外輪部材4の車幅方向外側の端部とハブ本体部2Aの外周面との間には、軸方向及び径方向に離隔すると共に周方向に延びる間隙が設けられている。本実施形態では、外輪部材4の軸方向外側の端部にシール部材7を設けることにより、間隙を塞いでいる。
第1カバー60(カバー部材)は、第1部位61、第2部位62、第3部位63及び第4部位64を有する。第1部位61は、円盤状の形状を有し、径方向内側に配置される。第2部位62は、第1部位の径方向外側端から径方向外側に行くにつれて車幅方向外側に向かうように傾斜する。第3部位63は、第2部位62の径方向外側端から径方向外側に向けて広がって延び、円環状の形状を有する。第4部位64は、第3部位63の径方向外側端から車幅方向外側に向けて延びる。
第1部位61の径方向中央部には、円形の貫通孔65が設けられている。外輪部材4における車幅方向内側の端部の内周面に第4部位64が嵌合されることにより、第1カバー60が外輪部材4に組み付けられている。なお、第1カバー60の材質は、樹脂である。
図2は、図1の一部を拡大した断面図である。図3は、図1の静止側伝送部31を車幅方向内側から見た側面図であり、被覆部314を省略している。
伝送装置30は、電界結合による非接触式の伝送装置であり、図2に示すように、静止側伝送部31及び回転側伝送部32を有する。伝送装置30においては、静止側伝送部31と回転側伝送部32との間で、タイヤの空気圧等の信号や電力などを送受信する。
なお、実施形態に係る伝送装置30は、電力と信号の双方を伝送する機能を有するが、電力と信号との一方を伝送する機能のみであってもよい。伝送装置30は、ハブ2の第1凹部21(凹部)に軸方向に沿って収納されている。以下、具体的に説明する。
静止側伝送部31は、静止側の伝送部であり、第1カバー60に一体に接合(固定)される。よって、静止側伝送部31は、第1カバー60を介して外輪部材4に支持されている。静止側伝送部31は、静止側本体部310と、被覆部314と、静止側第1電極311(静止側電極)、静止側第2電極312(静止側電極)及び静止側第3電極313(静止側電極)と、を有する。静止側本体部310は、円柱状の形状を有し、材質は樹脂である。被覆部314は、静止側本体部310の車幅方向外側端318に接合され、材質は樹脂である。静止側第1電極311(静止側電極)、静止側第2電極312(静止側電極)及び静止側第3電極313(静止側電極)は、被覆部314の内部に埋設されている。
また、静止側本体部310には、径方向外側に延びるフランジ315が周方向に沿って環状に設けられ、フランジ315よりも車幅方向内側の部位には、嵌合部316が設けられている。嵌合部316は、静止側本体部310における車幅方向内側端317とフランジ315の車幅方向内側端との部位である。第1カバー60の貫通孔65の内周面に嵌合部316の外周面が嵌合及び接合されている。
また、フランジ315が第1カバー60の第1部位61の径方向内側端部に接合されている。なお、静止側本体部310には、車幅方向内側に向けてコネクタ319が静止側本体部310と一体に接合されている。このように、静止側伝送部31は、静止側本体部310と被覆部314とが一体に接合された一体成形品である。また、静止側伝送部31と第1カバー60とについても、互いに一体に接合された一体成形品である。
図3に示すように、静止側第1電極311、静止側第2電極312及び静止側第3電極313は、回転軸を中心とした同心円状に形成されている。具体的には、それぞれの電極は、面積が略同一に設定され、円の一部が途切れたC形形状に形成されている。
図2に示すように、回転側伝送部32は、回転側の伝送部であり、ハブ2に一体に固定されている。回転側伝送部32は、回転側本体部320と、被覆部324と、回転側第1電極321(回転側電極)、回転側第2電極322(回転側電極)及び回転側第3電極323(回転側電極)と、を有する。回転側本体部320は、円筒状の形状を有し、材質は樹脂である。被覆部324は、回転側本体部320の車幅方向内側に接合され、材質は樹脂である。回転側第1電極321(回転側電極)、回転側第2電極322(回転側電極)及び回転側第3電極323(回転側電極)は、被覆部324の内部に埋設されている。
また、回転側本体部320における車幅方向外側の部位は、嵌合部326となっている。嵌合部326は、第1凹部21の縁の一部である段差部2Fに嵌合されている。換言すれば、嵌合部326と段差部2Fとはインロー構造になっている。回転側第1電極321、回転側第2電極322及び回転側第3電極323は、図3で説明した静止側第1電極311、静止側第2電極312及び静止側第3電極313と略同一形状及び略同一面積に形成され、被覆部324の内部に埋設されている。なお、嵌合部326と段差部2Fのインロー部との間に図示しないOリングを配置して封止性を高めてもよい。
このように、略同一面積に形成することにより、第1電極、第2電極及び第3電極間の静電容量を同等に設定することができる。なお、被覆部314,324の材質を、樹脂の中でも誘電率が高い種類を用いることにより、静電容量を大きく設定することができる。
また、静止側第1電極311と回転側第1電極321とが対向して配置され、静止側第2電極312と回転側第2電極322とが対向して配置され、及び静止側第3電極313と回転側第3電極323とが対向して配置されている。回転側伝送部32における車幅方向外側の端面328は、隔壁2Cの側面2C1に当接し、貫通孔2C2を封止している。そして、図1に示すように、回転側伝送部32には配線327が接続され、配線327は貫通孔2C2を挿通して配索されている。なお、端面328と側面2C1との間に図示しないOリングを配置するか、端面328と一体に柔軟材料を形成して封止性を高めてもよい。
図4は、実施形態に係る伝送装置の回路構成を示す図である。
第1カバー60に設けられた固定側の静止側伝送部31は、バッテリ等の直流電源332に接続されると共に半導体スイッチング素子を有する駆動回路330と、駆動回路330に接続されたインダクタ331と、静止側第1電極311及び静止側第2電極312と、を有する。なお、静止側第3電極313は便宜上省略している。
ハブ2に設けられた回転側伝送部32は、タイヤやホイールに設けられたセンサ等の負荷341と、負荷341に接続された整流回路340と、整流回路340に接続された回転側第1電極321及び回転側第2電極322と、を有する。なお、回転側第3電極323は便宜上省略している。静止側第1電極311と回転側第1電極321とは、軸方向に離隔して対向配置されたコンデンサC1となっている。
また、静止側第2電極312と回転側第2電極322とは、軸方向に離隔して対向配置されたコンデンサC2となっている。コンデンサC1とインダクタ331とは、直列に接続されてLC直列共振回路となる。静止側伝送部31においては、駆動回路330を共振周波数で駆動することで、高効率で回転側の回転側伝送部32に電力を伝送することができる。回転側伝送部32では、高周波電流を整流して、負荷341に直流で供給することができる。
なお、図4では、電力を伝送する態様を説明したが、電極数を増やして情報通信(信号の伝送)を行う回路とすることができる。情報通信を行う場合は、回路を高周波で作動させ、その高周波を変調して通信を行うことができる。例えば、振幅偏移変調などの変調方式を用いることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、電界結合による非接触式の伝送装置30の全体を第1カバー60(カバー部材)における車幅方向外側(軸方向の他方側)に配置している。従って、従来技術における給電コイルと受電コイルとがカバー部材を挟んで対向配置された磁界共振結合方式の非接触給電装置と比較すると、送受電間の距離が短いので高い伝送効率を得やすいメリットがある。
また、電界結合による伝送装置に含まれる一対の電極の間に第1カバー60がないため、第1カバー60の厚さ分だけ、一対の電極同士の距離を小さくできることによる伝送効率の向上を得ることができる。なお、本発明では、一対の電極を有する伝送装置30を第1カバー60の内側に配置することができる。よって、従来技術の非接触給電装置のように、給電コイルと受電コイルとがカバー部材の内側と外側にそれぞれ配置された給電装置と比較すると、本発明の方がより構造が簡素化される。
また、回転側伝送部32及び静止側伝送部31が第1凹部21(凹部)の内方に収納される。このため、伝送装置30が車幅方向内側(軸方向の一方側)へ突き出る突出長さを小さく設定することができる。よって、転がり軸受ユニット1全体の大型化を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、回転側伝送部32が隔壁2Cに当接されることにより貫通孔2C2が封止されるため、簡素な構造で、貫通孔2C2から第1凹部21(凹部)の内方に水が浸入することを抑制することができる。
さらに、本実施形態によれば、静止側第1電極311、静止側第2電極312及び静止側第3電極313(静止側電極)を有する静止側伝送部31が第1カバー60(カバー部材)に一体に設けられるため、静止側電極に水が浸入することを抑制することができる。また、第1カバー60の部品点数を低減することができる。
以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。
例えば、図5の変形例の転がり軸受ユニット1Aに示すように、静止側本体部310に配線319Aを直接接続してもよい。即ち、図1に示すように、実施形態に係る転がり軸受ユニット1では、コネクタ319が静止側本体部310と一体に接合されている。しかし、コネクタ319を一体に接合(結合)させることは必須要件でなく、静止側本体部310から配線319Aを接続させてもよい。
また、実施形態においては、静止側伝送部31は、静止側本体部310と被覆部314とが一体に接合され、また、静止側伝送部31と第1カバー60とが互いに一体に接合された一体成形品である。しかし、静止側第1電極311、静止側第2電極312及び静止側第3電極313を樹脂でモールド成形することにより、静止側本体部310、被覆部314及び第1カバー60の全体を同一の樹脂で一体に成形してもよい。
1,1A 転がり軸受ユニット
2C 隔壁
2C2 貫通孔
4 外輪部材
5 転動体
21 第1凹部(凹部)
23 内輪部材
30 伝送装置
31 静止側伝送部
32 回転側伝送部
60 第1カバー(カバー部材)
311 静止側第1電極(静止側電極)
312 静止側第2電極(静止側電極)
313 静止側第3電極(静止側電極)
321 回転側第1電極(回転側電極)
322 回転側第2電極(回転側電極)
323 回転側第3電極(回転側電極)
AX 回転軸

Claims (3)

  1. 回転軸に沿う軸方向の一方側に前記軸方向の他方側に向けて凹む凹部を有する内輪部材と、
    前記内輪部材の外周側に配置される外輪部材と、
    前記内輪部材と前記外輪部材との間に転動可能に設けられ前記内輪部材を前記外輪部材に対して回転可能に支持する転動体と、
    電力及び信号のうちの1つ以上を伝送可能で、静止側電極を有する静止側伝送部、及び、前記静止側電極と前記軸方向に間隔をおいて対向配置される回転側電極を有する回転側伝送部を含む電界結合による非接触式の伝送装置と、
    前記外輪部材の前記軸方向の前記一方側に支持され、前記内輪部材における前記軸方向の前記一方側を覆うと共に、前記軸方向の一方側に前記静止側伝送部を固定するカバー部材と、を備え
    前記回転側伝送部及び前記静止側伝送部が前記凹部の内方に収納される、
    転がり軸受ユニット。
  2. 前記回転側伝送部は前記凹部の内方に収納され、前記内輪部材は、径方向内側に延びて前記凹部の底部となると共に前記軸方向に貫通する貫通孔が設けられた隔壁を有し、前記回転側伝送部は、前記隔壁に当接されることにより前記貫通孔が封止される
    請求項1に記載の転がり軸受ユニット。
  3. 前記静止側伝送部は、前記カバー部材との一体成形品である
    請求項1または2に記載の転がり軸受ユニット。
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