JP2019202570A - 車両用動力装置および発電機付車輪用軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】車輪用軸受の交換を容易に行うことができ、交換部品の費用を低減することができる車両用動力装置および発電機付車輪用軸受を提供する。【解決手段】この車両用動力装置１は、外輪４、およびハブフランジ７を有し外輪４に転動体６を介して回転自在に支持されてハブフランジ７に車両の車輪およびブレーキロータ１２が取付けられるハブ輪５を有する車輪用軸受２と、外輪４の外周に位置するステータ１８、およびステータ１８の外周に位置しハブ輪５に取付けられたロータ１９を有する発電機３とを備える。車両におけるナックル８に車輪用軸受固定部材２４が設けられる。車輪用軸受固定部材２４に対し、外輪４が着脱可能に固定されている。【選択図】図１
Description
この発明は、車両用動力装置および発電機付車輪用軸受に関し、自動車等に適用される技術に関する。
車輪内部にモータを組み込んだ車両用動力装置は、車輪を支持する車輪用軸受と、車輪の駆動および回生を行うモータが一体構造の装置で、車両の駆動アシスト、減速時の回生、各輪のトルク制御による姿勢安定化など多くの利点があり、自動車の電動化と相俟って今後需要が見込まれている。
特に、以下の従来例に示す車輪用軸受装置は、装置が小型で、ブレーキロータ外周部よりも内径側に配置できるため、現行の車輪用軸受からの置き換えが容易である。
図１４は、従来の発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置の断面図である。図１５は、図１４のXV- XV線断面図である。図１４および図１５に示すように、この発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置は、ブレーキロータ７０の内周以内に収められる。自動車固定部品であるナックル７１に、車輪軸受用外輪７２、モータステータ固定部７３を介して、モータステータコア７４が固定される。モータステータコア７４には、電流を流し磁力を発生させるためのモータ巻線コイル７５が巻かれている。一方、車輪用軸受フランジ７６にモータロータケース７７とモータロータ７８が取付けられ、モータステータコア７４周りを回転する。この車輪用軸受と一体化されたモータによって車両走行状態に合わせて、駆動および回生を行う。
図１４は、従来の発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置の断面図である。図１５は、図１４のXV- XV線断面図である。図１４および図１５に示すように、この発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置は、ブレーキロータ７０の内周以内に収められる。自動車固定部品であるナックル７１に、車輪軸受用外輪７２、モータステータ固定部７３を介して、モータステータコア７４が固定される。モータステータコア７４には、電流を流し磁力を発生させるためのモータ巻線コイル７５が巻かれている。一方、車輪用軸受フランジ７６にモータロータケース７７とモータロータ７８が取付けられ、モータステータコア７４周りを回転する。この車輪用軸受と一体化されたモータによって車両走行状態に合わせて、駆動および回生を行う。
従来の上記車両用動力装置では、車輪用軸受に異常または劣化が発生した場合、モータを含めた車両用動力装置全体を交換する必要があり、交換作業の難易度が高く、交換部品の費用も高額となる。
この発明の目的は、車輪用軸受の交換を容易に行うことができ、交換部品の費用を低減することができる車両用動力装置および発電機付車輪用軸受を提供することである。
この発明の車両用動力装置は、外輪、およびハブフランジを有し前記外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ハブ輪を有する車輪用軸受と、前記外輪の外周に位置するステータ、および前記ステータの外周に位置し前記ハブ輪に取付けられたロータを有するモータとを備えた車両用動力装置において、
前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、
前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたものである。
前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、
前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたものである。
この構成によると、車輪用軸受固定部材に対し、外輪およびステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたため、車輪用軸受の交換時には、ステータに対し外輪を離脱すると共に、車輪用軸受固定部材に対し外輪またはステータを離脱することで、車両用動力装置から車輪用軸受の組立品等を抜き取ることが可能となる。その後、新品の車輪用軸受の組立品等を交換時と逆の手順で組立てることが可能となる。したがって、車輪用軸受に異常または劣化が発生した場合、モータはそのまま交換することなく、車輪用軸受のみ容易に交換することができるため、部品交換の手間が減り、交換部品の費用も低減することができる。
前記モータは、前記ロータの外郭を成す回転ケースを備え、この回転ケースと前記ハブフランジとが軸受軸方向に互いに着脱可能に固定されたものであってもよい。この場合、車輪用軸受の交換時には、回転ケースに対しハブフランジを離脱し、さらにステータに対し外輪を離脱すると共に、車輪用軸受固定部材に対し外輪またはステータを離脱する。これにより、車両用動力装置から車輪用軸受の組立品等を軸受軸方向に容易に抜き取ることができる。その後、新品の車輪用軸受の組立品等を交換時と逆の手順で組立てることができる。
前記足回りフレーム部品に前記車輪用軸受固定部材および前記ステータが取付けられた状態で、前記ステータに対し前記車輪用軸受が軸受軸方向に着脱可能に構成されたものであってもよい。この場合、車輪用軸受の交換時に、車両用動力装置全体を足回りフレーム部品から一旦取り外す手間を省略して、車両用動力装置から車輪用軸受の組立品等を軸受軸方向に抜き取ることができる。したがって、作業負担の低減をさらに図ることができる。
前記外輪は、前記転動体の軌道面が形成された外輪本体と、この外輪本体の外周面に設けられた円環状の外輪外周体とを有し、前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪外周体がボルトにより着脱可能に固定され、前記ボルトを前記外輪外周体から離脱した状態で、前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪本体、前記転動体および前記ハブ輪を含む車輪用軸受本体が軸受軸方向に着脱可能に構成されたものであってもよい。この場合、ボルトを前記外輪外周体から離脱することで、車両用動力装置から車輪用軸受本体を軸受軸方向に容易に抜き取ることができる。
前記外輪外周体は、前記外輪本体の外周面における、軸方向中間付近部からアウトボード側に渡って設けられ、前記外輪は、前記外輪本体におけるインボード側の外周面と前記外輪外周体のインボード側端とで、前記外輪外周体の外周面よりも半径方向内方に凹む環状凹みが形成され、この環状凹みに前記車輪用軸受固定部材が分離可能に嵌まり込むものであってもよい。
前記軸方向中間付近部は、設計等によって任意に定める位置であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な位置を求めて定められる。
この構成によると、車輪用軸受固定部材は、外輪本体におけるインボード側の外周面と外輪外周体のインボード側端との環状凹みに分離可能に嵌まり込むため、車輪用軸受と車輪用軸受固定部材とを同軸に精度良く容易に位置決めすることができる。
前記軸方向中間付近部は、設計等によって任意に定める位置であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な位置を求めて定められる。
この構成によると、車輪用軸受固定部材は、外輪本体におけるインボード側の外周面と外輪外周体のインボード側端との環状凹みに分離可能に嵌まり込むため、車輪用軸受と車輪用軸受固定部材とを同軸に精度良く容易に位置決めすることができる。
前記外輪外周体は、前記外輪本体の外周面に締まり嵌めで固定されたものであってもよい。前記締まり嵌めとして、例えば、圧入または焼き嵌めなどを適用し得る。
この構成によると、外輪本体とは別部品である外輪外周体に、ボルトを螺合するためのねじ孔を加工することができる。外輪外周体を外輪本体とは別部材としたうえで外輪自体にねじ孔を加工する必要がないため、いわゆる標準品の車輪用軸受を使用することができる。したがって、車両用動力装置のコスト低減を図ることができる。
この構成によると、外輪本体とは別部品である外輪外周体に、ボルトを螺合するためのねじ孔を加工することができる。外輪外周体を外輪本体とは別部材としたうえで外輪自体にねじ孔を加工する必要がないため、いわゆる標準品の車輪用軸受を使用することができる。したがって、車両用動力装置のコスト低減を図ることができる。
前記外輪外周体は、アウトボード側の端面に半径方向内方に突出する突出部を有し、この突出部と前記車輪用軸受固定部材の一部との間に、前記外輪本体の軸方向両端を挟み込んで前記ボルトにより、前記外輪本体、前記車輪用軸受固定部材および前記外輪外周体が固定されたものであってもよい。この場合、外輪本体に対し、車輪用軸受固定部材および外輪外周体をそれぞれすきま嵌めで挿入する構成にできるため、分解作業が容易に行える。
この発明の発電機付車輪用軸受は、外輪、およびハブフランジを有し前記外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ハブ輪を有する車輪用軸受と、前記外輪の外周に位置するステータ、および前記ステータの外周に位置し前記ハブ輪に取付けられたロータを有する発電機とを備えた発電機付車輪用軸受において、
前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、
前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたものである。
前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、
前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたものである。
この構成によると、車輪用軸受固定部材に対し、外輪およびステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたため、車輪用軸受の交換時には、ステータに対し外輪を離脱すると共に、車輪用軸受固定部材に対し外輪またはステータを離脱することで、発電機付車輪用軸受から車輪用軸受の組立品等を抜き取ることが可能となる。その後、新品の車輪用軸受の組立品等を交換時と逆の手順で組立てることが可能となる。したがって、車輪用軸受に異常または劣化が発生した場合、発電機はそのまま交換することなく、車輪用軸受のみ容易に交換することができるため、部品交換の手間が減り、交換部品の費用も低減することができる。
この発明の車両用動力装置は、外輪、およびハブフランジを有し前記外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ハブ輪を有する車輪用軸受と、前記外輪の外周に位置するステータ、および前記ステータの外周に位置し前記ハブ輪に取付けられたロータを有するモータとを備えた車両用動力装置において、前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたため、車輪用軸受の交換を容易に行うことができ、交換部品の費用を低減することができる。
この発明の発電機付車輪用軸受は、外輪、およびハブフランジを有し前記外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ハブ輪を有する車輪用軸受と、前記外輪の外周に位置するステータ、および前記ステータの外周に位置し前記ハブ輪に取付けられたロータを有する発電機とを備えた発電機付車輪用軸受において、前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定されたため、車輪用軸受の交換を容易に行うことができ、交換部品の費用を低減することができる。
この発明の実施形態に係る車両用動力装置を図１ないし図６と共に説明する。
図１は、実施形態に係る車両用動力装置の断面図（図２のI-I線断面図）である。図１に示すように、この車両用動力装置１は、車輪用軸受２と、モータを兼用する発電機である電動発電機３とを備える。
図１は、実施形態に係る車両用動力装置の断面図（図２のI-I線断面図）である。図１に示すように、この車両用動力装置１は、車輪用軸受２と、モータを兼用する発電機である電動発電機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、回転輪であるハブ輪５とを有する。外輪４とハブ輪５との間の軸受空間には、グリースが封入されている。車輪用軸受２の回転軸に沿った方向を「軸受軸方向」といい、前記回転軸に直交する方向を軸受径方向という。外輪４は、複列の軌道面が形成された外輪本体４ａと、この外輪本体４ａのアウトボード側の外周面に設けられた外輪外周体４ｂとを有し、この例では、これら外輪本体４ａと外輪外周体４ｂとは同一材料から一体形成されている。外輪外周体４ｂは、外輪本体４ａの外周面における、軸方向中間付近部からアウトボード側に渡って設けられている。外輪４は、外輪本体４ａにおけるインボード側の外周面と外輪外周体４ｂのインボード側端とで、外輪外周体４ｂの外周面よりも半径方向内方に凹む環状凹み４ｃが形成される。
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、回転輪であるハブ輪５とを有する。外輪４とハブ輪５との間の軸受空間には、グリースが封入されている。車輪用軸受２の回転軸に沿った方向を「軸受軸方向」といい、前記回転軸に直交する方向を軸受径方向という。外輪４は、複列の軌道面が形成された外輪本体４ａと、この外輪本体４ａのアウトボード側の外周面に設けられた外輪外周体４ｂとを有し、この例では、これら外輪本体４ａと外輪外周体４ｂとは同一材料から一体形成されている。外輪外周体４ｂは、外輪本体４ａの外周面における、軸方向中間付近部からアウトボード側に渡って設けられている。外輪４は、外輪本体４ａにおけるインボード側の外周面と外輪外周体４ｂのインボード側端とで、外輪外周体４ｂの外周面よりも半径方向内方に凹む環状凹み４ｃが形成される。
ハブ輪５は、ハブ輪本体５ａと、このハブ輪本体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。ハブ輪本体５ａは、外輪４よりも軸方向（軸受軸方向）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、ブレーキロータ１２と図示外の車輪のリム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。
なおこの明細書において、車両用動力装置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。
車両の足回りフレーム部品であるナックル８に車輪用軸受２を固定するための車輪用軸受固定部材２４が、車輪用軸受２に複数のボルト２５により着脱可能に固定されている。車輪用軸受固定部材２４は、大径円筒部２４ａと、この大径円筒部２４ａよりもインボード側に位置する小径円筒部２４ｂとを有する略円筒形状である。
大径円筒部２４ａは、車輪用軸受２の軸心と同軸でナックル８のアウトボード側に設けられる。大径円筒部２４ａのインボード側の外周面には、車体取付フランジ２４ａａが設けられている。ナックル８に対し、車体取付フランジ２４ａａが複数のボルト２６により着脱可能に固定されている。大径円筒部２４ａのアウトボード側の内周面には、段差部が形成されている。外輪本体４ａにおけるインボード側端が、前記段差部に嵌まり込み外輪４が軸方向に位置決めされる。
小径円筒部２４ｂは、大径円筒部２４ａと同軸で且つ一体に設けられる。この小径円筒部２４ｂの外周面は、大径円筒部２４ａの外周面よりも小径に形成されている。ナックル８には、小径円筒部２４ｂの挿通を許す貫通孔８ｂが形成されている。ナックル８の貫通孔８ｂに小径円筒部２４ｂが挿通された状態で、ナックル８のアウトボード側面８ａに車体取付フランジ２４ａａが固定される。前記大径円筒部２４ａおよび小径円筒部２４ｂを有する車輪用軸受固定部材２４に対し、外輪４が着脱可能に固定されている。
外輪本体４ａにおけるインボード側の外周面に大径円筒部２４ａがすきま嵌めで挿入され、この大径円筒部２４ａは、外輪本体４ａにおけるインボード側の外周面と、外輪外周体４ｂのインボード側端との環状凹み４ｃに嵌まり込む。また外輪外周体４ｂには、軸方向に延びる雌ねじから成るねじ孔４ｂａが円周方向所定間隔おきに複数形成されている。
図１および図２に示すように、大径円筒部２４ａには、複数のねじ孔４ｂａに対応する複数のボルト孔が形成されている。各ボルト孔は、各ボルト２５の雄ねじを通す貫通孔と、この貫通孔に連通する座繰り孔とを有する。大径円筒部２４ａの各ボルト孔にボルト２５が挿入され、同ボルト２５が外輪外周体４ｂのねじ孔４ｂａに着脱可能に螺合されている。
図１および図２に示すように、大径円筒部２４ａには、複数のねじ孔４ｂａに対応する複数のボルト孔が形成されている。各ボルト孔は、各ボルト２５の雄ねじを通す貫通孔と、この貫通孔に連通する座繰り孔とを有する。大径円筒部２４ａの各ボルト孔にボルト２５が挿入され、同ボルト２５が外輪外周体４ｂのねじ孔４ｂａに着脱可能に螺合されている。
＜ブレーキ１７について＞
図１に示すように、ブレーキ１７は、ディスク状のブレーキロータ１２と、ブレーキキャリパ１６（図１１）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。
前記ブレーキキャリパ１６（図１１）は、車両における足回りフレーム部品であるナックル８に取付けられ、前記平板部１２ｂｂを挟み付ける摩擦パッド（図示せず）を有する。前記ブレーキキャリパ１６（図１１）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。
図１に示すように、ブレーキ１７は、ディスク状のブレーキロータ１２と、ブレーキキャリパ１６（図１１）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。
前記ブレーキキャリパ１６（図１１）は、車両における足回りフレーム部品であるナックル８に取付けられ、前記平板部１２ｂｂを挟み付ける摩擦パッド（図示せず）を有する。前記ブレーキキャリパ１６（図１１）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について＞
図１および図３に示すように、この例の電動発電機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電動発電機である。電動発電機３は、外輪４の外周に位置するステータ１８と、このステータ１８の外周に位置しハブ輪５に取付けられたロータ１９とを有するアウターロータ型である。また、電動発電機３は、ロータ１９がハブ輪５に取付けられたダイレクトドライブ形式である。
図１および図３に示すように、この例の電動発電機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電動発電機である。電動発電機３は、外輪４の外周に位置するステータ１８と、このステータ１８の外周に位置しハブ輪５に取付けられたロータ１９とを有するアウターロータ型である。また、電動発電機３は、ロータ１９がハブ輪５に取付けられたダイレクトドライブ形式である。
この電動発電機３は、ブレーキロータ１２の内径よりも半径方向内方に設置され、且つ、ハブフランジ７と、ナックル８のアウトボード側面８ａとの間の軸方向範囲に設置されている。電動発電機３は、アウターロータ型の例えば表面磁石型永久磁石モータ、すなわちＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＳＰＭＳＭ(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）である。
もしくは電動発電機３は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＩＰＭＳＭ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）でもよい。その他、電動発電機３は、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。各モータ形式において、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。
ロータ１９は、ハブフランジ７の外周部にボルト２９により着脱可能に固定された円筒形状の回転ケース１５と、この回転ケース１５の内周面に設けられる複数の永久磁石１４とを備える。回転ケース１５は、例えば、軟磁性材料から成り、ハブ輪５と同心の円筒形状である。ハブフランジ７の外周部におけるインボード側面に環状凹み７ａが形成され、この環状凹み７ａに回転ケース１５のアウトボード側端部がインロー嵌合される。また回転ケース１５のアウトボード側端部には、軸方向に延びる雌ねじから成るねじ孔が円周方向所定間隔おきに複数形成されている。ハブフランジ７の外周部には、複数の前記ねじ孔に対応する複数のボルト孔が形成されている。前記ねじ孔にボルト２９が螺合される。
回転ケース１５の内周面に円周方向一定間隔おきに複数の凹み部が形成され、各凹み部に永久磁石１４が嵌り込んで接着等により固定されている。回転ケース１５は、一体の金属部品で切削または鋳造等を用いて製作してもよく、もしくは、複数の分割構造体で製作後、これら分割構造体を、例えば、溶接、接着等で固定してもよい。
ステータ１８は、環状のステータコア１８ａと、このステータコア１８ａに巻回されたステータコイル１８ｂとを有する。ステータコア１８ａは、例えば、電磁鋼板、圧粉磁心、またはアモルファス合金等から構成される。ステータコア１８ａは、外輪４における外輪外周体４ｂの外周面、および、車輪用軸受固定部材２４における大径円筒部２４ａの外周面に、絶縁層２２を介して取付けられている。またステータコア１８ａおよび絶縁層２２は、外輪外周体４ｂの外周面に着脱可能に取付けられている。ステータコア１８ａおよび絶縁層２２は、大径円筒部２４ａの外周面にしまり嵌めまたはすきま嵌めにより嵌合固定されている。
絶縁層２２は、車輪用軸受２の電食を防止する絶縁層であって、例えば、樹脂材料またはゴム材料などの絶縁性を有する軟材料、あるいはセラミックスなどの絶縁材料等から成る。絶縁層２２は、ステータコア１８ａの内周面の幅寸法と略同一でステータコア１８ａの内周面を全て覆うように形成されている。絶縁層２２の径方向の厚みは、この電動発電機３の駆動電圧に応じて適宜に設定されている。このような絶縁層２２により、転動体６への通電を遮断することにより、車輪用軸受２の電食を防止し得る。なおステータコア１８ａの内周面に、絶縁材料を塗布または溶射することにより絶縁層２２を形成してもよい。
＜シール構造について＞
図１に示すように、回転ケース１５のインボード側の内周面と、車体取付フランジ２４ａａの外周面との間には、電動発電機３および車輪用軸受２内部への水および異物の侵入を防ぐシール部材２３が配置されている。
図１に示すように、回転ケース１５のインボード側の内周面と、車体取付フランジ２４ａａの外周面との間には、電動発電機３および車輪用軸受２内部への水および異物の侵入を防ぐシール部材２３が配置されている。
＜回転検出器２７について＞
この車両用動力装置１には、回転検出器２７が設けられている。この回転検出器２７は、走行補助用の電動発電機３の回転を制御するために、外輪４に対するハブ輪５の回転角度または回転速度を検出する。回転検出器２７は、被検出部２７ａと、この被検出部２７ａを検出するセンサ部２７ｂとを有する。
この車両用動力装置１には、回転検出器２７が設けられている。この回転検出器２７は、走行補助用の電動発電機３の回転を制御するために、外輪４に対するハブ輪５の回転角度または回転速度を検出する。回転検出器２７は、被検出部２７ａと、この被検出部２７ａを検出するセンサ部２７ｂとを有する。
ハブ輪５のインボード側端に螺合された被検出部保持部材等に、被検出部２７ａが取付けられている。車輪用軸受固定部材２４における小径円筒部２４ｂの内周面に、センサ固定部材２８を介してセンサ部２７ｂが固定されている。この回転検出器２７として例えばレゾルバが適用される。なお回転検出器２７としては、レゾルバに限定されるものではなく、例えば、エンコーダ、パルサーリングあるいはホールセンサなど形式を問わず採用可能である。
＜車輪用軸受２の交換手順＞
図４〜６に示すように、車両用動力装置１をナックル８（図１）から離脱した状態で、回転ケース１５とハブフランジ７とを固定しているボルト２９を外す。また外輪４と車輪用軸受固定部材２４とを固定しているボルト２５を外す。次に、電動発電機３および車輪用軸受固定部材２４から、外輪４、転動体６およびハブ輪５を含む車輪用軸受２の組立品を軸受軸方向に抜き取る。その後、新品の車輪用軸受２の組立品を交換時と逆の手順で組立てる。
図４〜６に示すように、車両用動力装置１をナックル８（図１）から離脱した状態で、回転ケース１５とハブフランジ７とを固定しているボルト２９を外す。また外輪４と車輪用軸受固定部材２４とを固定しているボルト２５を外す。次に、電動発電機３および車輪用軸受固定部材２４から、外輪４、転動体６およびハブ輪５を含む車輪用軸受２の組立品を軸受軸方向に抜き取る。その後、新品の車輪用軸受２の組立品を交換時と逆の手順で組立てる。
＜作用効果＞
以上説明した車両用動力装置１によれば、車輪用軸受固定部材２４に対し外輪４が着脱可能に固定されたため、車輪用軸受２の交換時には、ステータ１８に対し外輪４を軸受軸方向に離脱すると共に、車輪用軸受固定部材２４に対し外輪４を軸受軸方向に離脱することで、車両用動力装置１から車輪用軸受２の組立品等を抜き取ることが可能となる。その後、新品の車輪用軸受２の組立品等を交換時と逆の手順で組立てることが可能となる。したがって、車輪用軸受２に異常または劣化が発生した場合、電動発電機３はそのまま交換することなく、車輪用軸受２のみ容易に交換することができるため、部品交換の手間が減り、交換部品の費用も低減することができる。
以上説明した車両用動力装置１によれば、車輪用軸受固定部材２４に対し外輪４が着脱可能に固定されたため、車輪用軸受２の交換時には、ステータ１８に対し外輪４を軸受軸方向に離脱すると共に、車輪用軸受固定部材２４に対し外輪４を軸受軸方向に離脱することで、車両用動力装置１から車輪用軸受２の組立品等を抜き取ることが可能となる。その後、新品の車輪用軸受２の組立品等を交換時と逆の手順で組立てることが可能となる。したがって、車輪用軸受２に異常または劣化が発生した場合、電動発電機３はそのまま交換することなく、車輪用軸受２のみ容易に交換することができるため、部品交換の手間が減り、交換部品の費用も低減することができる。
車輪用軸受固定部材２４は、外輪本体４ａにおけるインボード側の外周面と外輪外周体４ｂのインボード側端との環状凹み４ｃに嵌まり込むため、車輪用軸受２と車輪用軸受固定部材２４とを同軸に精度良く容易に位置決めすることができる。
＜他の実施形態について＞
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。
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。
図７に示すように、ナックル８に車輪用軸受固定部材２４およびステータ１８が取付けられた状態で、ステータ１８および車輪用軸受固定部材２４に対し車輪用軸受２が軸受軸方向に着脱可能に構成されてもよい。ナックル８に、ボルト２５を離脱するための孔８ｃを追加工することで、ステータ１８等がナックル８に取付けられた状態で車両用動力装置から車輪用軸受２を分解し得る。このステータ１８等がナックル８に取付けられた状態で分解するとき、ナックル８およびステータ１８に対してロータ１９が動かないように、図示外のロータ保持治具を使用して、ロータ１９を固定した後、分解を行う。
この構成によると、車輪用軸受２の交換時に、車両用動力装置全体をナックル８から一旦取り外す手間を省略して、車両用動力装置から車輪用軸受２の組立品等を軸受軸方向に抜き取ることができる。したがって、作業負担の低減をさらに図ることができる。
図８に示すように、外輪外周体４ｂを外輪本体４ａとは別部材とし、外輪外周体４ｂを外輪本体４ａの外周面に圧入または焼き嵌め等のしまり嵌めで固定してもよい。この場合、外輪本体４ａとは別部品である外輪外周体４ｂに、ボルト２５を螺合するためのねじ孔４ｂａを加工することができる。外輪外周体４ｂを外輪本体４ａとは別部材としたうえで外輪自体にねじ孔を加工する必要がないため、いわゆる標準品の車輪用軸受を使用することができる。したがって、車両用動力装置１のコスト低減を図ることができる。
図９に示す実施形態では、外輪外周体４ｂを外輪本体４ａとは別部材とし、外輪本体４ａに外輪外周体４ｂがすきま嵌めで挿入されている。この外輪外周体４ｂは、アウトボード側の端面に半径方向内方に突出するフランジ状の突出部４ｂｂを有する。この突出部４ｂｂのインボード側の当接面と、車輪用軸受固定部材２４の一部である段差部２４ｃとの間に、外輪本体４ａの軸方向両端を挟み込んでボルト２５により、外輪本体４ａ、車輪用軸受固定部材２４および外輪外周体４ｂが固定されている。
この構成によると、外輪本体４ａに対し、車輪用軸受固定部材２４および外輪外周体４ｂをそれぞれすきま嵌めで挿入する構成にできるため、ボルト２５を離脱するだけで、車輪用軸受固定部材２４に対し、外輪本体４ａ、転動体６およびハブ輪５を含む車輪用軸受本体２Ａを軸受軸方向に容易に抜き取ることができる。
図１０に示すように、ナックル８に車輪用軸受固定部材２４およびステータ１９１８が取付けられた状態で、車輪用軸受固定部材２４およびステータ１８に対し、ロータ１９と車輪用軸受２をセットで軸受軸方向に分離してもよい。このロータ１９の回転ケース１５Ａは、アウトボード側端にケース底部１５Ａａを有する有底円筒状である。ケース底部１５Ａａは、ブレーキロータ１２の平板状部１２ａ（図１）と、ハブフランジ７との間に挟まれる平板状で且つ環状の部材である。
この構成によれば、車両用動力装置から、車輪用軸受２およびロータ１９をそれぞれ軸受軸方向に容易に抜き取ることができる。ロータ１９、ステータ１８および車輪用軸受固定部材２４は再利用して、車輪用軸受２のみを交換することができる。
この構成によれば、車両用動力装置から、車輪用軸受２およびロータ１９をそれぞれ軸受軸方向に容易に抜き取ることができる。ロータ１９、ステータ１８および車輪用軸受固定部材２４は再利用して、車輪用軸受２のみを交換することができる。
＜車両用システムについて＞
図１１は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置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、車両用動力装置１は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪１０Ｂを持つ車両において、従動輪１０Ｂに対して搭載される。車両用動力装置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。
図１１は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置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、車両用動力装置１は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪１０Ｂを持つ車両において、従動輪１０Ｂに対して搭載される。車両用動力装置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。
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とを有するハイブッリド車（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を介して駆動輪１０Ａ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１０Ｂの回転駆動を行う走行補助用の発電機である電動発電機３と、この電動発電機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。電動発電機３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。
従動輪用の電動発電機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。電動発電機３は、電力を供給することで電動機として作用し、また車両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。
電動発電機３は、内輪５（図１）にロータ１９（図１）が取付けられているため、電動発電機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負荷することで回生電力が得られる。この電動発電機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。
電動発電機３は、内輪５（図１）にロータ１９（図１）が取付けられているため、電動発電機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負荷することで回生電力が得られる。この電動発電機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。
＜車両３０の制御系について＞
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をそれぞれ駆動する二つの電動発電機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。
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。個別電動発電機指令手段４５および個別制御手段３９により、電動発電機３を制御する制御手段６８が構成される。
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、電動発電機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１２は、前記車両用システムを搭載した車両（図１１）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。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１１の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図１２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電圧バッテリー（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３５ｂ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。
これに対してこの実施形態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。
これに対して、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。内燃機関３５ａのみ備えた既存の車両に、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置１と、電動発電機用のバッテリーとして、駆動電圧または回生電圧が１００Ｖ以下の前記中電圧バッテリー４９とを搭載することで、車両の大幅な改造をすることなく、マイルドハイブリッド車両にすることができる。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１３は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置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７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、車両用動力装置１が設置されている。このように車両用動力装置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。この車両用システムには、モータを兼用しない電動発電機３と、車輪用軸受２とを備える発電機付車輪用軸受が搭載される。この発電機付車輪用軸受は、いずれかの実施形態の車両用動力装置に対し、モータを兼用する電動発電機３を除き同一構成である。
この発電機付車輪用軸受が搭載される車両用システムによれば、電動発電機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、電動発電機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。
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、２Ａ…車輪用軸受本体、３…電動発電機（モータ）、４…外輪、４ａ…外輪本体、４ｂ…外輪外周体、４ｂｂ…突出部、４ｃ…環状凹み、５…ハブ輪、６…転動体、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、１５…回転ケース、１８…ステータ、１９…ロータ、２４…車輪用軸受固定部材、２４ｃ…段差部、２５…ボルト
Claims (8)
- 外輪、およびハブフランジを有し前記外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ハブ輪を有する車輪用軸受と、前記外輪の外周に位置するステータ、および前記ステータの外周に位置し前記ハブ輪に取付けられたロータを有するモータとを備えた車両用動力装置において、
前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、
前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定された車両用動力装置。 - 請求項１に記載の車両用動力装置において、前記モータは、前記ロータの外郭を成す回転ケースを備え、この回転ケースと前記ハブフランジとが軸受軸方向に互いに着脱可能に固定された車両用動力装置。
- 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、前記足回りフレーム部品に前記車輪用軸受固定部材および前記ステータが取付けられた状態で、前記ステータに対し前記車輪用軸受が軸受軸方向に着脱可能に構成された車両用動力装置。
- 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、前記外輪は、前記転動体の軌道面が形成された外輪本体と、この外輪本体の外周面に設けられた円環状の外輪外周体とを有し、前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪外周体がボルトにより着脱可能に固定され、前記ボルトを前記外輪外周体から離脱した状態で、前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪本体、前記転動体および前記ハブ輪を含む車輪用軸受本体が軸受軸方向に着脱可能に構成された車両用動力装置。
- 請求項４に記載の車両用動力装置において、前記外輪外周体は、前記外輪本体の外周面における、軸方向中間付近部からアウトボード側に渡って設けられ、前記外輪は、前記外輪本体におけるインボード側の外周面と前記外輪外周体のインボード側端とで、前記外輪外周体の外周面よりも半径方向内方に凹む環状凹みが形成され、この環状凹みに前記車輪用軸受固定部材が分離可能に嵌まり込む車両用動力装置。
- 請求項４または請求項５に記載の車両用動力装置において、前記外輪外周体は、前記外輪本体の外周面に締まり嵌めで固定された車両用動力装置。
- 請求項４または請求項５に記載の車両用動力装置において、前記外輪外周体は、アウトボード側の端面に半径方向内方に突出する突出部を有し、この突出部と前記車輪用軸受固定部材の一部との間に、前記外輪本体の軸方向両端を挟み込んで前記ボルトにより、前記外輪本体、前記車輪用軸受固定部材および前記外輪外周体が固定された車両用動力装置。
- 外輪、およびハブフランジを有し前記外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ハブ輪を有する車輪用軸受と、前記外輪の外周に位置するステータ、および前記ステータの外周に位置し前記ハブ輪に取付けられたロータを有する発電機とを備えた発電機付車輪用軸受において、
前記車両における足回りフレーム部品に車輪用軸受固定部材が設けられ、
前記車輪用軸受固定部材に対し、前記外輪および前記ステータのいずれか一方または両方が着脱可能に固定された発電機付車輪用軸受。
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