JP2018052482A - 補助動力装置付き車輪用軸受装置およびその補助動力装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車輪用軸受2と補助動力装置3とを備える。補助動力装置3は、車輪用軸受2の固定輪4に取付けられたステータ18と、回転輪5に取付けられたモータロータ19とを備えるダイレクト駆動形式である。補助動力装置3の全体が、ブレーキロータ17におけるブレーキキャリパ16で押し付けられる部分となる外周部17bよりも小径であり、かつ軸方向は、車輪用軸受2のハブフランジ7と、車輪用軸受2の車体取り付け面4aとの間に位置する。
【選択図】図1
Description
一方、インホイールモータではないが、エンジン自動車における走行の補助駆動源として、モータを用いることが提案されている。
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は、特許文献2の他に種々の形式のものが提案されているが、いずれも、タイヤの内周側の空間を効果的に利用できず、あるいは車輪用軸受につき、車輪の支持に十分な設計とすることは考慮されておらず、実現が難しいものとなっている。
減速機付きのインホイールモータシステムであれば、実用可能なものも提案されているが、大型のものとなり、足回りの構成が、一般的な車両とは全く異なる構成となる。
そこで、特許文献3では、従動輪との間でのみ動力を伝達可能に設けられた電動発電機にのみ駆動電力を供給し、かつ、電動発電機からの回生電力のみ蓄える電源装置を備えることによって、上記問題の解決を提案している。
前記補助動力装置は、前記固定輪に取付けられたステータと、前記回転輪に取付けられたモータロータとを備える電動発電機であって、前記補助動力装置の全体が、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、かつ軸方向は、前記車輪用軸受の前記ハブフランジと、前記車輪用軸受の車体取り付け面との間に位置することを特徴とする。
前記主駆動源は内燃機関のみ、または内燃機関と電動モータとの併用であっても良く、電動モータのみであっても良い。
例えば、車両の車速や走行抵抗等の走行状態に併せて電動発電機を駆動させることで、主駆動源を効率が良くなる回転数・トルクとなるように駆動でき、走行性能を向上させることができる。より具体的には、加速時に電動発電機の駆動力補助を行い、また定速走行やクルージング状態で電動発電機の駆動力の付加もしくは発電作用させることで、主駆動源を効率良く駆動でき、また適切な回生電力が得られる。特に、前記主駆動源が内燃機関(ガソリンエンジンやディーゼルエンジン)の場合、回転数やトルクによる効率の違いが大きく、前記電動発電機の駆動力補助を行うことによる主駆動源の効率向上の効果が大きい。
上記のよう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、簡素でかつコンパクトな構成であるため、従動輪に簡単に設置することができる。また、従動輪に設置されることで、今まで機械式ブレーキで熱変換していたエネルギーを、前記補助動力装置を発電機として、バッテリーに回生電力を蓄えることにより、制動力を発生させることができる。機械式ブレーキ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。
上記のよう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、簡素でかつコンパクトな構成であるため、駆動輪に対しても簡単に設置することができる。駆動輪に設置されることで、今まで機械式ブレーキで熱変換していたエネルギーを、前記補助動力装置を発電機として、バッテリーに回生電力を蓄えることにより、制動力を発生させることができる。機械式ブレーキ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。
駆動輪に補助動力装置を接続するには、通常は煩雑な構成が必要となるが、前記補助動力装置がダイレクトドライブ方式であるため、駆動輪へも容易に適用することができる。
この発明の補助動力装置付き車輪用軸受装置は、回転輪が外輪である場合にも適用することができるが、回転輪が内輪であると、各構成部品を空間効率良く設置することができる。
この構成の場合、アウターロータ形となるため、モーメント発生位置が外径側となり、インナーロータ形に比べて効率が良い。また、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、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補助動力装置の設置に利用することができる。
回転検出器をこのような配置とすると、回転検出器を備える補助動力装置付き車輪用軸受装置の軸方向長さをコンパクト化できる。
この回転検出器の配置であると、車輪用軸受から回転検出器が軸方向に突出するが、配置空間を大きく得ることができる。
この構成によると、複列の転動体の中心間の距離αよりも、ステータ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、ステータとモータロータとの対向面積を大きくすることができ、補助動力装置の出力を大きくすることが可能となる。
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ることを特徴とする。この場合にも、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、ステータとモータロータとの対向面積を大きくすることが可能となり、補助動力装置の出力を大きくすることが可能となる。
前述のように、α<βとすると、電動発電機の軸方向端部に軸方向のモーメント荷重が生じた場合、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またはガタが生じる場合がある。しかし、前記車輪用軸受に予圧が付与されていることで軸受の剛性を高め、電動発電機の軸方向端部に軸方向のモーメント荷重が生じても、軸受のミスアライメントを抑制することができる。これにより、車輪用軸受とタイヤとの間またはガタを未然に防止することができる。
前記車輪用軸受に予圧が付与されているため、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、簡素でかつコンパクトな構成で、リムの内径側の空間を効率的に活用して車輪内に全体を収めることができ、足回りフレーム部品の大きな設計も不要で、走行用の主駆動源と併用して駆動アシスト、回生制動、発電による走行性能、制動性能、燃料消費量等の車両性能を向上させることができる。
車輪用軸受2は、固定輪である外輪4と、この外輪4に複列の転動体6を介して回転自在に支持された内輪5とでなり、内輪5は外輪4から軸方向に突出した箇所にハブフランジ7を有している。外輪4は、ハブフランジ7とは反対側の端部である車体取り付け面4aで、ナックル等の足回りフレーム部品8にボルト9で取付けられ、車体の重量を支持する。前記ハブフランジ7の外輪4と反対側の側面には、車輪10のリム11とブレーキロータ12とが重なった状態で、ハブボルト13により取付けられている。前記リム11の外周にタイヤ14が取付けられている。
取付けられており、回転ケース19aがハブフランジ7に取付けられることによって、ハブフランジ7に取付けられている。回転ケース19aのハブフランジ7への取付け位置は、この実施形態では図1のようにハブフランジ7の外周面とされ、例えば嵌合、溶接、または接着等により、ハブフランジ7に固定されている。モータロータ19は、永久磁石からなり、または永久磁石と磁性体とでなる。回転ケース19aの一端は、ナックル等からなる足回りフレーム部品8側からの補助動力装置3内部への異物の侵入を防止するモータシールド21により閉鎖されている。モータシールド21は、ケース19aに取付けられている。
ブレーキロータ12は補助動力装置3の外周に位置するため、前記ブレーキ17のブレーキロータ12やブレーキキャリパ16が補助動力装置3と干渉せず、補助動力装置3の設置によってブレーキ17の設置が妨げられることもない。このように、車輪10のタイヤ14およびリム11の内径側に生じている空間を効率的に利用し、ブレーキ17との干渉を生じることなく補助動力装置3を設置することができる。
例えば、車両の車速や走行抵抗等の走行状態に併せて電動発電機を駆動させることで、主駆動源を効率が良くなる回転数・トルクとなるように駆動でき、走行性能を向上させることができる。より具体的には、加速時に電動発電機の駆動力補助を行い、また定速走行やクルージング状態で電動発電機の駆動力の付加もしくは発電作用させることで、主駆動源を効率良く駆動でき、また適切な回生電力が得られる。特に、前記主駆動源が内燃機関(ガソリンエンジンやディーゼルエンジン)の場合、回転数やトルクによる効率の違いが大きく、前記電動発電機の駆動力補助を行うことによる主駆動源の効率向上の効果が大きい。
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。
この車両動力補助システムにおいて、前記補助動力装置付き車輪用軸受装置1は、前輪駆動または後輪駆動などの非駆動輪である従動輪10Bを持つ車両2において、主駆動源35とは、機械的に非連結である従動輪10Bに対して搭載される。主駆動源35は、ガソリンエンジンまたはディ ―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。なお、「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10A、後輪が従動輪10B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とでなるハイブッリド車(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をして駆動輪10Aのドライブシャフトに接続され、前記減速機37に前記駆動輪側の電動発電機35bが接続されている。
(1) 制動時
今まで機械式ブレーキで熱変換していたエネルギーを、補助動力装置3を発電機として、前記中電圧バッテリー49に電力を蓄えることにより制動力を発生させることにより、今まで捨てられていたエネルギーを回収することができる。
(2) 加速、定常走行時
主駆動源35に内燃機関(エンジン)35aを持つ車両30の場合、車両30の走行状態(車速、走行抵抗など)に併せて、エンジン効率が良くなる回転数・トルクとなるように補助動力装置3を駆動させる。これにより、エンジン効率がよくなり、燃費改善に貢献できる。例えば、加速時に補助動力装置3の駆動力補助や定速走行やクルージング状態で駆動力付加もしくは発電作用させることができる。
(3) 走行性能の向上
レーンチェンジのための加速時や旋回時において、補助動力装置3を個々に制御することにより、より安定した走行が可能となる。
(4) 低摩擦路面の走行
雨天時や雪道などの低摩擦路面での動き出しや停止の際、補助動力装置3によりタイヤのトラクションを制御し、安定した走行が可能となる。路面に近い車輪内に補助動力装置3を備えるため、応答性の良い操作性となる。回転検出装置45(図3参照)を備えており、車載のブレーキセンサなどを省略できる。
(5) 取付性
従来形式の一般的な内燃機関駆動の自動車において、足回りフレーム部品39の簡単な変更程の設計変更により、足回りフレーム部品39に取付けるだけの簡単な取付方法が採れる。
2…車輪用軸受
3…補助動力装置
4…外輪(固定輪)
4a…車体取り付け面
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
10…車輪
11…リム
12…ブレーキロータ
12a…平板状部
12b…外周部
13…ハブボルト
14…タイヤ
16…ブレーキキャリパ
17…ブレーキ
18…ステータ
19…モータロータ
18a…コア
18b…コイル
18c…コイルエンド
20…回転ケース
20…回転検出器
Claims (13)
- 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、補助動力装置とを備え、
前記補助動力装置は、前記固定輪に取付けられたステータと、前記回転輪に取付けられたモータロータとを備える電動発電機であって、前記補助動力装置の全体が、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、かつ軸方向は、前記車輪用軸受の前記ハブフランジと、前記車輪用軸受の車体取り付け面との間に位置することを特徴とする補助動力装置付き車輪用軸受装置。 - 請求項1に記載の補助動力装置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補助動力装置付き車輪用軸受装置。
- 請求項1に記載の補助動力装置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補助動力装置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項に記載の補助動力装置付き車輪用軸受装置において、前記車輪用軸受の前記固定輪が外輪、前記回転輪が内輪である補助動力装置付き車輪用軸受装置。
- 請求項4に記載の補助動力装置付き車輪用軸受装置において、前記補助動力装置の回転ケースが、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モータロータが固定され、前記ステータが前記外輪の外周に固定された補助動力装置付き車輪用軸受装置。
- 請求項4に記載の補助動力装置付き車輪用軸受装置において、前記内輪の前記外輪に対する回転速度を検出する回転検出器が、前記外輪における前記内輪の前記ハブフランジ側の端部と前記内輪との間に設けられている補助動力装置付き車輪用軸受装置。
- 請求項4に記載の補助動力装置付き車輪用軸受装置において、前記補助動力装置の回転ケースが、前記内輪の前記ハブフランジにおける前記車輪の取付面とは反対側の側面に固定され、前記回転ケースの内周に前記モータロータが固定され、前記ステータが前記外輪の外周に固定された補助動力装置付き車輪用軸受装置。
- 請求項7に記載の補助動力装置付き車輪用軸受装置において、前記内輪の前記外輪に対する回転速度を検出する回転検出器が、前記内輪の前記ハブフランジとは反対側の端部と前記外輪を固定する足回りフレーム部品との間に設けられている補助動力装置付き車輪用軸受装置。
- 車輪用軸受に設置される電動発電機からなる補助動力装置であって、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モータロータとを備え、全体が、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、かつ軸方向は、前記車輪用軸受の前記ハブフランジと、前記車輪用軸受の車体取り付け面との間に位置することを特徴とする補助動力装置。
- 車輪用軸受に設置される電動発電機からなる補助動力装置であって、
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モータロータとを備え、
前記ステータにおける軸方向の幅βが、前記車輪用軸受における、複列の転動体の中心間の距離αよりも大きいことを特徴とする補助動力装置。 - 請求項10に記載の補助動力装置と、前記車輪用軸受とを備える補助動力装置付き車輪用軸受装置であって、
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ことを特徴とする補助動力装置付き車輪用軸受装置。 - 請求項10に記載の補助動力装置と、前記車輪用軸受とを備える補助動力装置付き車輪用軸受装置であって、
前記車輪用軸受に予圧が付与されていることを特徴とする補助動力装置付き車輪用軸受装置。 - 請求項10に記載の補助動力装置と、前記車輪用軸受とを備える補助動力装置付き車輪用軸受装置であって、
前記回転輪は、車両の車輪およびブレーキロータが取付けられるハブフランジを有し、
前記ステータのコイルエンド、結線および配線が、前記ハブフランジのインボード側端部から前記車輪用軸受におけるアウトボード側の車体取り付け面との間に配置されることを特徴とする補助動力装置付き車輪用軸受装置。
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