JP2020076487A - 発電機付き車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計自由度が高くなると共に、発電機の設置スペースを確保し、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】外方部材２の車体取付フランジ２ｂのインナー側の側面２ｃに軸方向に延びる環状の突出部２１が形成され、この突出部２１と外方部材２の外周面２ｄとの間に形成される環状空間２２に発電機３０を構成するステータ２３が装着されると共に、外側継手部材１２の肩部１７から径方向外方に延びて一体に形成されたフランジ状のロータケース３１に永久磁石２９が装着され、軸方向のエアギャップを介してステータ２３に対向配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置、詳しくは、発電機を構成するステータを軸受部品に組み込むことで、軸受部と発電機をユニット化させた発電機付き車輪用軸受装置に関するものである。

自動車は、エンジンにより回転駆動させて発電するオルタネータが設けられ、このオルタネータの発電で得たエネルギーをバッテリーへの蓄電や電動機の動力源としている。また、低燃費および排気清浄化の目的で、車両走行駆動源がエンジンと電動機とを併用したハイブリッド、プラグインハイブリッド車両が近年注目されており、例えば、一対の前輪にエンジンおよび発電機を接続し、一対の後輪に電動機を接続し、発電機により回生した電力を用いて電動機を駆動することにより、四輪駆動を可能とする、例えば、図７に示すような発明が知られている。

この発明は、前輪の制動トルクと後輪の制動トルクとの理想的な理想前後輪配分率を算出すると共に、この理想前後輪配分率に対する配分許容度を算出する（ａ７）。この配分許容度の範囲で、後輪に接続する第１電動発電機（モータＡ）と前輪に接続する第２電動発電機（モータＢ）の発電効率が高くなるように、理想前後輪配分率を補正し、得られる前後輪配分率に基づいて、各電動発電機へのトルク指令値を算出する（ａ８）ようにしている。このように、減速要求に応じて電動発電機を回生運転することにより、制動トルクを付与する回生制動時に、前輪の制動トルクと後輪の制動トルクのバランスを大きく崩すことなく、回生電力を効率良く得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。

通常、オルタネータ等の補機はエンジンと同様にエンジンコンパートメント内に配置されるが、オルタネータ以外にもエンジンコンパートメント内に配置される補機類は多数あり、補機類以外の配管やワイヤーハーネス類が密集しており、過密化であるという課題がある。

そこで、エンジンコンパートメント内の過密化の問題解消と空間設計に余裕を与えるには、エンジンコンパートメント外に配置させた、例えば、図８に示すような構成のものが知られている。この車輪用軸受装置は、エンジンコンパートメント外に配置させることが可能な発電構造を備えている。この発電機付き車輪用軸受装置は、外周にナックル５０に取付けられるための車体取付フランジ５１ｂを有し、内周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａが形成された外方部材５１と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジ５２を一体に有し、外周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａの一方に対向する内側転走面５３ａと、この内側転走面５３ａから軸方向に延びる円筒状に小径段部５３ｂが形成されたハブ輪５３、およびこのハブ輪５３の小径段部５３ｂに圧入され、外周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａの他方に対向する内側転走面５４ａが形成された内輪５４とからなる内方部材５５と、これら外方部材５１と内方部材５５のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列のボール５６、５６を備えている。

発電機５７は、円周方向に磁極が並ぶ多極磁石５８と、コイルを収容して多極磁石５８に対面する磁性体リング５９とからなる。磁性体リング５９はナックル５０に取付けられ、多極磁石５８は内方部材５５に取付けられている。こうした構成により、発電機５７の磁性体リング５９をナックル５０に取付けたため、等速自在継手６０の外側継手部材６１とナックル５０との空間を、発電機５７の設置スペースとして効率的に使用することができる。そのため、スペースに余裕のない軸受の端部に、容積上の問題なく発電機５７を配置することができ、設計の自由度が得易い（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−１３５４７１号公報 特開２００３−２８７０４６号公報

然しながら、この従来の発電機付き車輪用軸受装置では、発電機５７を構成するステータとロータは、内方部材５５の外径と界磁部品の大きさに限界があり、発電容量に制約があった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、設計自由度が高くなると共に、発電機の設置スペースを確保し、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪とからなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記ハブ輪に等速自在継手を構成する外側継手部材が軸方向に着脱自在に結合された車輪用軸受装置において、前記外方部材の車体取付フランジのインナー側に発電機を構成するステータが装着されると共に、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたロータケースに永久磁石が装着され、エアギャップを介して前記ステータに対向配置されている。

このように、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪とからなり、外周に複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、ハブ輪に等速自在継手を構成する外側継手部材が軸方向に着脱自在に結合された車輪用軸受装置において、外方部材の車体取付フランジのインナー側に発電機を構成するステータが装着されると共に、外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたロータケースに永久磁石が装着され、エアギャップを介してステータに対向配置されているので、既存の車両エンジンコンパートメントにおける発電機を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができる。さらには、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記外方部材の車体取付フランジのインナー側の側面に軸方向に延びる環状の突出部が形成され、この突出部と前記外方部材の外周面との間に形成される環状空間に前記ステータが収容されていれば、従来の車輪用軸受装置と置き換えができ、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記永久磁石が扇形に形成されて円周方向に複数配列され、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたフランジ状のロータケース内に装着されると共に、当該永久磁石が軸方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置され、前記発電機がアキシアルギャップ形の発電機で構成されていても良い。

また、請求項４に記載の発明のように、前記永久磁石が、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられ、アウター側に突出した円筒状のロータケースの外径部に装着されると共に、当該永久磁石が径方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置され、前記発電機がラジアルギャップ形の発電機で構成されていても良い。

また、請求項５に記載の発明のように、前記環状空間の開口部にステータカバーが装着され、前記ステータが環状空間内に閉塞されると共に、前記ステータカバーとロータケース間にシールが装着されていれば、外部から塵埃や泥水等の異物が内部に侵入するのを防止することができ、耐久性を向上させることができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記ロータケースが前記外側継手部材の肩部に一体形成されていれば、部品点数と組立工数を削減することができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のピッチ円直径がアウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、前記転動体のサイズは同じで、前記インナー側の転動体の個数が前記アウター側の転動体の個数よりも多く設定されていれば、有効に軸受スペースを活用してアウター側に比べインナー側部分の軸受剛性を増大させることができると共に、軸受列の負荷容量を増大させて軸受の長寿命化を図ることができる。

本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置は、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪とからなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記ハブ輪に等速自在継手を構成する外側継手部材が軸方向に着脱自在に結合された車輪用軸受装置において、前記外方部材の車体取付フランジのインナー側に発電機を構成するステータが装着されると共に、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたロータケースに永久磁石が装着され、エアギャップを介して前記ステータに対向配置されているので、既存の車両エンジンコンパートメントにおける発電機を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができる。さらには、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することができる。

本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置を適用した足回りの一部を示す縦断面図である。 本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）は、図２の発電機付き車輪用軸受装置の軸受部を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のアウター側から見た矢視図、（ｃ）は、（ａ）のインナー側から見た矢視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。 本発明に係る電気部品を概略的に示すブロック図である。 本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。 従来の制御装置による回生制動時の制御内容を簡略的に示すブロック図である。 従来の発電機付き車輪用軸受装置を示す縦断面図である。

外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記ハブ輪に等速自在継手を構成する外側継手部材が軸方向に着脱自在に結合された車輪用軸受装置において、前記外方部材の車体取付フランジのインナー側の側面に軸方向に延びる環状の突出部が形成され、この突出部と前記外方部材の外周面との間に形成される環状空間に発電機を構成するステータが装着されると共に、前記外側継手部材の肩部から径方向外方に延びて一体に形成されたフランジ状のロータケースに永久磁石が装着され、軸方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置を適用した足回りの一部を示す縦断面図、図２は、本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図、図３（ａ）は、図２の発電機付き車輪用軸受装置の軸受部を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のアウター側から見た矢視図、（ｃ）は、（ａ）のインナー側から見た矢視図、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ矢視図、図５は、本発明に係る電気部品を概略的に示すブロック図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

図１に、本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置を適用した足回りの一部を示す。サスペンションには大きく分けて２つの方式があり、独立懸架方式と固定車軸方式がある。このうち独立懸架方式は、左右それぞれの車輪を別々のサスペンションで動作する方式のことで、操作性や乗り心地が良く、一般的な乗用車やスポーツカーあるいは小型のフロントサスペンションとして採用されている。この独立懸架方式にはストラット式、ダブルウィッシュボーン式、マルチリンク式、リーディング式およびトレーリンク式等があり、この中でもストラット式は広く乗用車の懸架装置として採用されている。

懸架装置を構成するナックルＫが、懸架装置の上下動を受持つアッパーアームＵＡと、車輪Ｗの旋回を受持つロアアームＬＡに連結されて車体側に固定されている。ここで、ロアアームＬＡは、ナックルＫに装着されたボールジョイントＢＪを介して回動可能に連結されている。また、アッパーアームＵＡの上部と車体との上下方向の間にはショックアブソーバＳＡが配設され、このショックアブソーバＳＡの外周にはコイルスプリングＣＳが略同軸に配置されている。車輪Ｗは、ナックルブラケットＫＢに連結されたナックルＫに対して車輪用軸受装置１を介して回転自在に支持されている。

車輪用軸受装置１はナックルＫに固定される外方部材２と、車輪Ｗを支持するハブ輪３とを備え、等速自在継手４によってエンジンからの回転トルクがドライブシャフトＤＳを介してハブ輪３に伝達されている。

ここで、図示しない操舵機構を介して操舵力がナックルＫに伝達されると、このナックルＫはキングピン軸（アッパーアームＵＡの支持点とロアアームＬＡのボールジョイントＢＪを結ぶ線、所謂キングピン軸周りに回動し、このナックルＫに支持された車輪Ｗが転舵される。また、車体重量は、ショックアブソーバＳＡ、ナックルＫを介して車輪Ｗに支持される。そして、車両が走行路面上の凹凸を通過する等して発生する車輪Ｗの上下動に対しては、ショックアブソーバＳＡの伸縮によって減衰されると共に、このショックアブソーバＳＡと同軸に配設されたコイルスプリングＣＳの撓みによって吸収される。

図２に本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置１を示す。この車輪用軸受装置１は駆動輪用の第３世代と呼称され、内方部材５と外方部材２、および両部材５、２間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備え、等速自在継手４が着脱自在に結合されている。内方部材５は、ハブ輪３と、このハブ輪３に圧入固定された内輪７とからなる。

ハブ輪３は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ８を一体に有し、外周に一方（アウター側）の内側転走面３ａと、この内側転走面３ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部３ｂが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）３ｃが形成されている。車輪取付フランジ８の円周等配位置には車輪を取り付けるハブボルト（図示せず）を固定するボルト孔８ａが穿設されている。

ハブ輪３はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面３ａをはじめ、アウター側のシール９が摺接するシールランド部となる車輪取付フランジ８のインナー側の基部８ｂから小径段部３ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

内輪７は外周に他方（インナー側）の内側転走面７ａが形成され、ハブ輪３の小径段部３ｂに所定のシメシロをもって圧入され、軸方向に固定されている。内輪７はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。また、転動体６はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで６２〜６７ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

外方部材２は、外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２ｂを一体に有し、内周に前記内方部材５の内側転走面３ａ、７ａに対向する複列の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。この外方部材５は、ハブ輪３と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面２ａ、２ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。そして、それぞれの転走面２ａ、３ａと２ａ、７ａ間に複列の転動体６、６が保持器１０、１０によって転動自在に収容されている。また、外方部材２と内方部材５との間に形成される環状空間の開口部にシール９、１１が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩を防止すると共に、外部から軸受内部に泥水等の異物が侵入するのを防止している。

本実施形態では、インナー側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤｉがアウター側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤｏよりも大径に設定されている（ＰＣＤｉ＞ＰＣＤｏ）。また、こうしたピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いにより、それぞれの転動体６のサイズは同じで、インナー側の転動体６の個数Ｚｉがアウター側の転動体６の個数Ｚｏよりも多く設定されている。これにより、有効に軸受スペースを活用してアウター側に比べインナー側部分の軸受剛性を増大させることができると共に、軸受列の負荷容量を増大させて軸受の長寿命化を図ることができる。

なお、本実施形態では、転動体６にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、例えば、転動体６に円すいころを用いた複列の円すいころ軸受で構成されていても良い。また、ここでは、ハブ輪３の外周に一方の内側転走面３ａが直接形成された第３世代構造からなる車輪用軸受装置を例示したが、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入された、所謂第２世代構造であっても良い。

等速自在継手４は、外側継手部材１２と継手内輪１３とケージ１４およびトルク伝達ボール１５を備えている。外側継手部材１２は、カップ状のマウス部１６と、このマウス部１６の底部をなす肩部１７と、この肩部１７から軸方向に延びるステム部１８を一体に有している。ステム部１８は、外周にハブ輪３のセレーション３ｃに係合するセレーション（またはスプライン）１８ａと、このセレーション１８ａの端部に雄ねじ１８ｂが形成されている。

外側継手部材１２のマウス部１６の内周および継手内輪１３の外周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝１６ａ、１３ａがそれぞれ形成されている。また、外側継手部材１２および継手内輪１３はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、トラック溝１６ａ、１３ａをはじめ、外側継手部材１２の肩部１７からステム部１８の基部に亙ってその外周面に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

ハブ輪３と外側継手部材１２との結合は、外側継手部材１２の肩部１７が内輪７の大端面７ｂに衝合するまでステム部１８がハブ輪３に嵌挿され、この内輪７の大端面７ｂと外側継手部材１２の肩部１７とが突き合わせ状態で、雄ねじ１８ｂに固定ナット１９が所定の締付トルクで締結され、ハブ輪３と外側継手部材１２が軸方向に着脱自在に結合されている。

ここで、ハブ輪３の車輪取付フランジ８は、図３（ｂ）に示すように、ボルト孔８ａの近傍を除く部分を切欠いて、各ボルト孔８ａの形成部分と略同じ幅でもって、環状の基部（８ｂ）から放射状に突出するように形成されている。すなわち、車輪取付フランジ８は、円周方向に離れた複数（ここでは、４つ）の部分フランジに分割して形成されている。これにより、ハブ輪３の剛性を低下させることなく軽量化を図ることができる。なお、このような部分フランジからなる車輪取付フランジ８に限らず、図示はしないが、ボルト孔８ａの周辺を避けてボルト孔８ａ間に、このボルト孔８ａのピッチ円直径より内径側まで深くＲ形状の切欠きが形成された花形形状であっても良い。

外方部材２の車体取付フランジ２ｂは、図示しないアッパーアームとロアアームに連結される二股状に形成されたナックルブラケットにそれぞれ固定され、路面垂直方向に突出して一対形成されている。そして、この車体取付フランジ２ｂの図示しないナックルに締結されるボルトが挿通されるボルト孔２０が複数（ここでは、３個）穿設されている。

また、（ａ）に示すように、外方部材２のインナー側の側面２ｃに軸方向に延びる環状の突出部２１が形成されている。この突出部２１と円筒状の外周面２ｄとの間に環状空間２２が形成され、この環状空間２２に後述する発電機３０を構成するステータ２３が収容されている。

ステータ２３は、電磁鋼板を積層することにより構成されているステータコア２４と、このステータコア２４に巻回されたコイル２５と、（ｃ）に示すホール素子２６を備えている。また、ステータ２３にはステータブラケット２７が装着されており、組立時に外方部材２に位置決め固定されると共に、ステータカバー２８が、突出部２１と外周面２ｄとで形成される環状空間２２の開口部に装着され、ステータ２３が環状空間内に閉塞されている。なお、コイル２５の巻き付け方法は、分布巻きあるいは集中巻きのいずれであっても良い。

一方、発電機３０を構成するロータ界磁部材である永久磁石２９は等速自在継手４側に装着されている。具体的には、図２に示すように、永久磁石２９は、外側継手部材１２の肩部１７から径方向外方に延びて形成されたフランジ状のロータケース３１内に装着されている。そして、図４に示すように、永久磁石２９は略扇形に形成され、円周方向に複数とホール素子２６用の磁石が配列されると共に、所定の軸方向のエアギャップを介してステータコア２４に対向配置されている。なお、ロータケース３１を外側継手部材１２の肩部１７に着脱可能に圧入しても良いが、本実施形態のように、ロータケース３１が外側継手部材１２に一体形成されていれば、部品点数と組立工数を削減することができる。

図２に戻って、本実施形態では、発電機３０におけるエアギャップの磁力線の方向は、軸心と平行となるアキシアルエアギャップ形で、永久磁石型同期発電機である。永久磁石２９はフェライト系であるが、これ以外にも希土類磁石にしても良い。ここでは、アキシアルエアギャップ部にすきまがあり、外部から塵埃や泥水等の異物が内部に侵入しないよう、シール３２がロータケース３１の外縁部に装着されている。このシール３２はガータースプリング付きのオイルシールで構成されている。

また、発電機３０は、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池３４から充電可能なバッテリーと制御装置３５により、電力の授受が行われるように構成されている。この制御装置３５は、図５に示すように、発電機３０から出力される３相出力電圧は、制御装置３５より順変換されて直流出力電圧となり、バッテリーに充電される。この場合、バッテリー充電を効率よく行うため、交流発電機の発電量を制御する進角・遅角制御が行われている。

制御回路は、ステータコイルＵ相、Ｗ相に電圧が誘起され、この誘起された電圧は、回路の整流回路３３により直流電圧に変換されてコンデンサに印加される。そして、電圧の降圧、昇圧の電圧制御も適宜実行される。また、制御装置３５は、バッテリーの充電量を監視し、バッテリー容量を超えない範囲で走行エネルギーを電力とする。バッテリー容量が規定値になった場合、図示しない抵抗器により電力を損出させてバッテリーの過充電を防止する。

本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置１では、既存の車両エンジンコンパートメントにおける発電機３０を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができる。さらには、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することができる。また、組立工程においては、前工程で予め外方部材２へステータ２３をサブアッシーとして組立ができ、組立工程を簡素化することができる。

図６は、本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。なお、この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態と基本的には発電機の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図６に示す車輪用軸受装置３６は駆動輪用の第３世代と呼称され、内方部材５と外方部材２、および両部材５、２間に転動自在に収容された複列の転動体６、６とを備え、等速自在継手３７が着脱自在に結合されている。内方部材５は、ハブ輪３と、このハブ輪３に圧入固定された内輪７とからなる。

等速自在継手３７は、外側継手部材３８と継手内輪１３とケージ１４およびトルク伝達ボール１５を備えている。外側継手部材３８は、カップ状のマウス部１６と、このマウス部１６の底部をなす肩部３９と、この肩部３９から軸方向に延びるステム部１８を一体に有している。

外側継手部材３８はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、トラック溝１６ａ、１３ａをはじめ、外側継手部材３８の肩部３９からステム部１８の基部に亙ってその外周面に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

ここで、外方部材２のインナー側の側面２ｃに軸方向に延びる環状の突出部２１が形成されている。この突出部２１と円筒状の外周面２ｄとの間に環状空間２２が形成され、この環状空間２２に後述する発電機４０を構成するステータ４１が収容されている。

ステータ４１は、電磁鋼板を積層することにより構成されているステータコア４２と、このステータコア４２に巻回されたコイル４３を備えている。また、ステータ４１にはステータブラケット２７が装着されており、組立時に外方部材２に位置決め固定されると共に、ステータカバー４４が、突出部２１と外周面２ｄとで形成される環状空間２２の開口部に装着され、ステータ４１が環状空間内に閉塞されている。

一方、発電機４０を構成するロータ界磁部材である永久磁石４５は、外側継手部材３８の肩部３９から径方向外方に延び、環状空間２２内にアウター側に突出した円筒状のロータケース４６の外径部に装着され、所定の径方向のエアギャップを介してステータコア４２に対向配置されている。

本実施形態では、発電機４０におけるエアギャップの磁力線の方向は、軸心と直交するラジアルエアギャップ形で、永久磁石型同期発電機である。そして、ラジアルエアギャップ部にすきまがあり、外部から塵埃や泥水等の異物が内部に侵入しないよう、シール３２がステータカバー４４の内縁部に装着されている。

このように、本実施形態においては、前述した実施形態と同様、発電機４０を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができ、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置は、等速自在継手が連結された車輪用軸受装置に、発電機を構成するステータとロータとが組み合わされ、車輪用軸受装置が、回転側部材となる内方部材と、固定側部材となる外方部材を備えた第２世代または第３世代構造に適用できる。

１、３６ 車輪用軸受装置
２ 外方部材
２ａ 外側転走面
２ｂ 車体取付フランジ
２ｃ 外方部材のインナー側の側面
２ｄ 外方部材の外周面
３ ハブ輪
３ａ、７ａ 内側転走面
３ｂ 小径段部
３ｃ、１８ａ セレーション
４、３７ 等速自在継手
５ 内方部材
６ 転動体
７ 内輪
７ｂ 内輪の大端面
８ 車輪取付フランジ
８ａ ボルト孔
８ｂ 車輪取付フランジのインナー側の基部
９、１１、３２ シール
１０ 保持器
１２、３８ 外側継手部材
１３ 継手内輪
１３ａ、１６ａ トラック溝
１４ ケージ
１５ トルク伝達ボール
１６ マウス部
１７、３９ 肩部
１８ ステム部
１８ｂ 雄ねじ
１９ 固定ナット
２０ ボルト孔
２１ 突出部
２２ 環状空間
２３、４１ ステータ
２４、４２ ステータコア
２５、４３ コイル
２６ ホール素子
２７ ステータブラケット
２８、４４ ステータカバー
２９、４５ 永久磁石
３０、４０ 発電機
３１、４６ ロータケース
３３ 整流回路
３４ ２次電池
３５ 制御装置
５０ ナックル
５１ 外方部材
５１ａ 外側転走面
５２ 車輪取付フランジ
５３ ハブ輪
５３ａ、５４ａ 内側転走面
５３ｂ 小径段部
５４ 内輪
５５ 内方部材
５６ ボール
５７ 発電機
５８ 多極磁石
５９ 磁性体リング
６０ 等速自在継手
６１ 外側継手部材
ＢＪ ボールジョイント
ＣＳ コイルスプリング
ＤＳ ドライブシャフト
Ｋ ナックル
ＫＢ ナックルブラケット
ＬＡ ロアアーム
ＰＣＤｉ インナー側の転動体のピッチ円直径
ＰＣＤｏ アウター側の転動体のピッチ円直径
ＳＡ ショックアブソーバ
ＵＡ アッパーアーム
Ｗ 車輪
Ｚｉ インナー側の転動体の個数
Ｚｏ アウター側の転動体の個数

本発明は、車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置、詳しくは、発電機を構成するステータを軸受部品に組み込むことで、軸受部と発電機をユニット化させた発電機付き車輪用軸受装置に関するものである。

自動車は、エンジンにより回転駆動させて発電するオルタネータが設けられ、このオルタネータの発電で得たエネルギーをバッテリーへの蓄電や電動機の動力源としている。また、低燃費および排気清浄化の目的で、車両走行駆動源がエンジンと電動機とを併用したハイブリッド、プラグインハイブリッド車両が近年注目されており、例えば、一対の前輪にエンジンおよび発電機を接続し、一対の後輪に電動機を接続し、発電機により回生した電力を用いて電動機を駆動することにより、四輪駆動を可能とする、例えば、図７に示すような発明が知られている。

この発明は、前輪の制動トルクと後輪の制動トルクとの理想的な理想前後輪配分率を算出すると共に、この理想前後輪配分率に対する配分許容度を算出する（ａ７）。この配分許容度の範囲で、後輪に接続する第１電動発電機（モータＡ）と前輪に接続する第２電動発電機（モータＢ）の発電効率が高くなるように、理想前後輪配分率を補正し、得られる前後輪配分率に基づいて、各電動発電機へのトルク指令値を算出する（ａ８）ようにしている。このように、減速要求に応じて電動発電機を回生運転することにより、制動トルクを付与する回生制動時に、前輪の制動トルクと後輪の制動トルクのバランスを大きく崩すことなく、回生電力を効率良く得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。

通常、オルタネータ等の補機はエンジンと同様にエンジンコンパートメント内に配置されるが、オルタネータ以外にもエンジンコンパートメント内に配置される補機類は多数あり、補機類以外の配管やワイヤーハーネス類が密集しており、過密化であるという課題がある。

そこで、エンジンコンパートメント内の過密化の問題解消と空間設計に余裕を与えるには、エンジンコンパートメント外に配置させた、例えば、図８に示すような構成のものが知られている。この車輪用軸受装置は、エンジンコンパートメント外に配置させることが可能な発電構造を備えている。この発電機付き車輪用軸受装置は、外周にナックル５０に取付けられるための車体取付フランジ５１ｂを有し、内周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａが形成された外方部材５１と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジ５２を一体に有し、外周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａの一方に対向する内側転走面５３ａと、この内側転走面５３ａから軸方向に延びる円筒状に小径段部５３ｂが形成されたハブ輪５３、およびこのハブ輪５３の小径段部５３ｂに圧入され、外周に複列の外側転走面５１ａ、５１ａの他方に対向する内側転走面５４ａが形成された内輪５４とからなる内方部材５５と、これら外方部材５０と内方部材５５のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列のボール５６、５６を備えている。

発電機５７は、円周方向に磁極が並ぶ多極磁石５８と、コイルを収容して多極磁石５８に対面する磁性体リング５９とからなる。磁性体リング５９はナックル５０に取付けられ、多極磁石５８は内方部材５５に取付けられている。こうした構成により、発電機５７の磁性体リング５９をナックル５０に取付けたため、等速自在継手６０の外側継手部材６１とナックル５０との空間を、発電機５７の設置スペースとして効率的に使用することができる。そのため、スペースに余裕のない軸受の端部に、容積上の問題なく発電機５７を配置することができ、設計の自由度が得易い（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−１３５４７１号公報 特開２００３−２８７０４６号公報

然しながら、この従来の発電機付き車輪用軸受装置では、発電機５７を構成するステータとロータは、内方部材５５の外径と界磁部品の大きさに限界があり、発電容量に制約があった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、設計自由度が高くなると共に、発電機の設置スペースを確保し、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪とからなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記外方部材と前記内方部材との間に形成される環状空間の開口部にシールが装着された車輪用軸受装置において、前記外方部材における、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体の径方向外方に発電機を構成するステータが径方向に重畳して装着されると共に、永久磁石を有するロータが、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体の径方向外方に重畳して前記内方部材の一端に装着され、前記ステータと前記ロータがエアギャップを介して径方向に重畳して対向配置され、前記ステータと前記ロータとの間の環状空間を密封するシールを備えている。

このように、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪とからなり、外周に複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、ハブ輪に等速自在継手を構成する外側継手部材が軸方向に着脱自在に結合された車輪用軸受装置において、外方部材の車体取付フランジのインナー側に発電機を構成するステータが装着されると共に、外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたロータケースに永久磁石が装着され、エアギャップを介してステータに対向配置されているので、既存の車両エンジンコンパートメントにおける発電機を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができる。さらには、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記外方部材の車体取付フランジのインナー側の側面に軸方向に延びる環状の突出部が形成され、この突出部と前記外方部材の外周面との間に形成される環状空間に前記ステータが収容されていれば、従来の車輪用軸受装置と置き換えができ、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図ることができる。

また、前記永久磁石が扇形に形成されて円周方向に複数配列され、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたフランジ状のロータケース内に装着されると共に、当該永久磁石が軸方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置され、前記発電機がアキシアルギャップ形の発電機で構成されていても良い。

また、前記永久磁石が、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられ、アウター側に突出した円筒状のロータケースの外径部に装着されると共に、当該永久磁石が径方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置され、前記発電機がラジアルギャップ形の発電機で構成されていても良い。

また、請求項３に記載の発明のように、前記環状空間の開口部にステータカバーが装着され、前記ステータが環状空間内に閉塞されていれば、外部から塵埃や泥水等の異物が内部に侵入するのを防止することができ、耐久性を向上させることができる。

また、前記ロータケースが前記外側継手部材の肩部に一体形成されていれば、部品点数と組立工数を削減することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のピッチ円直径がアウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、前記転動体のサイズは同じで、前記インナー側の転動体の個数が前記アウター側の転動体の個数よりも多く設定されていれば、有効に軸受スペースを活用してアウター側に比べインナー側部分の軸受剛性を増大させることができると共に、軸受列の負荷容量を増大させて軸受の長寿命化を図ることができる。

本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置は、外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪とからなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記外方部材と前記内方部材との間に形成される環状空間の開口部にシールが装着された車輪用軸受装置において、前記外方部材における、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体の径方向外方に発電機を構成するステータが径方向に重畳して装着されると共に、永久磁石を有するロータが、前記複列の転動体のうちインナー側の転動体の径方向外方に重畳して前記内方部材の一端に装着され、前記ステータと前記ロータがエアギャップを介して径方向に重畳して対向配置され、前記ステータと前記ロータとの間の環状空間を密封するシールを備えているので、既存の車両エンジンコンパートメントにおける発電機を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができる。さらには、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することができる。

参考提案例に係る発電機付き車輪用軸受装置を適用した足回りの一部を示す縦断面図である。 参考提案例に係る発電機付き車輪用軸受装置を示す縦断面図である。 （ａ）は、図２の発電機付き車輪用軸受装置の軸受部を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のアウター側から見た矢視図、（ｃ）は、（ａ）のインナー側から見た矢視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ矢視図である。 本発明に係る電気部品を概略的に示すブロック図である。 本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。 従来の制御装置による回生制動時の制御内容を簡略的に示すブロック図である。 従来の発電機付き車輪用軸受装置を示す縦断面図である。

外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記ハブ輪に等速自在継手を構成する外側継手部材が軸方向に着脱自在に結合された車輪用軸受装置において、前記外方部材の車体取付フランジのインナー側の側面に軸方向に延びる環状の突出部が形成され、この突出部と前記外方部材の外周面との間に形成される環状空間に発電機を構成するステータが装着されると共に、前記外側継手部材の肩部から径方向外方に延びて一体に形成されたフランジ状のロータケースに永久磁石が装着され、軸方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置されている。

以下、本発明の実施の形態および参考提案例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、参考提案例の発電機付き車輪用軸受装置を適用した足回りの一部を示す縦断面図、図２は、参考提案例の発電機付き車輪用軸受装置を示す縦断面図、図３（ａ）は、図２の発電機付き車輪用軸受装置の軸受部を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のアウター側から見た矢視図、（ｃ）は、（ａ）のインナー側から見た矢視図、図４は、図２のＩＶ−ＩＶ矢視図、図５は、本発明に係る電気部品を概略的に示すブロック図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

図１に、参考提案例に係る発電機付き車輪用軸受装置を適用した足回りの一部を示す。サスペンションには大きく分けて２つの方式があり、独立懸架方式と固定車軸方式がある。このうち独立懸架方式は、左右それぞれの車輪を別々のサスペンションで動作する方式のことで、操作性や乗り心地が良く、一般的な乗用車やスポーツカーあるいは小型のフロントサスペンションとして採用されている。この独立懸架方式にはストラット式、ダブルウィッシュボーン式、マルチリンク式、リーディング式およびトレーリンク式等があり、この中でもストラット式は広く乗用車の懸架装置として採用されている。

懸架装置を構成するナックルＫが、懸架装置の上下動を受持つアッパーアームＵＡと、車輪Ｗの旋回を受持つロアアームＬＡに連結されて車体側に固定されている。ここで、ロアアームＬＡは、ナックルＫに装着されたボールジョイントＢＪを介して回動可能に連結されている。また、アッパーアームＵＡの上部と車体との上下方向の間にはショックアブソーバＳＡが配設され、このショックアブソーバＳＡの外周にはコイルスプリングＣＳが略同軸に配置されている。車輪Ｗは、ナックルブラケットＫＢに連結されたナックルＫに対して車輪用軸受装置１を介して回転自在に支持されている。

車輪用軸受装置１はナックルＫに固定される外方部材２と、車輪Ｗを支持するハブ輪３とを備え、等速自在継手４によってエンジンからの回転トルクがドライブシャフトＤＳを介してハブ輪３に伝達されている。

ここで、図示しない操舵機構を介して操舵力がナックルＫに伝達されると、このナックルＫはキングピン軸（アッパーアームＵＡの支持点とロアアームＬＡのボールジョイントＢＪを結ぶ線、所謂キングピン軸周りに回動し、このナックルＫに支持された車輪Ｗが転舵される。また、車体重量は、ショックアブソーバＳＡ、ナックルＫを介して車輪Ｗに支持される。そして、車両が走行路面上の凹凸を通過する等して発生する車輪Ｗの上下動に対しては、ショックアブソーバＳＡの伸縮によって減衰されると共に、このショックアブソーバＳＡと同軸に配設されたコイルスプリングＣＳの撓みによって吸収される。

図２に参考提案例に係る発電機付き車輪用軸受装置１を示す。この車輪用軸受装置１は駆動輪用の第３世代と呼称され、内方部材５と外方部材２、および両部材５、２間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）６、６とを備え、等速自在継手４が着脱自在に結合されている。内方部材５は、ハブ輪３と、このハブ輪３に圧入固定された内輪７とからなる。

ハブ輪３は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ８を一体に有し、外周に一方（アウター側）の内側転走面３ａと、この内側転走面３ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部３ｂが形成され、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）３ｃが形成されている。車輪取付フランジ８の円周等配位置には車輪を取り付けるハブボルト（図示せず）を固定するボルト孔８ａが穿設されている。

ハブ輪３はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、内側転走面３ａをはじめ、アウター側のシール９が摺接するシールランド部となる車輪取付フランジ８のインナー側の基部８ｂから小径段部３ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

内輪７は外周に他方（インナー側）の内側転走面７ａが形成され、ハブ輪３の小径段部３ｂに所定のシメシロをもって圧入され、軸方向に固定されている。内輪７はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。また、転動体６はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで６２〜６７ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。

外方部材２は、外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ２ｂを一体に有し、内周に前記内方部材５の内側転走面３ａ、７ａに対向する複列の外側転走面２ａ、２ａが一体に形成されている。この外方部材５は、ハブ輪３と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、少なくとも複列の外側転走面２ａ、２ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。そして、それぞれの転走面２ａ、３ａと２ａ、７ａ間に複列の転動体６、６が保持器１０、１０によって転動自在に収容されている。また、外方部材２と内方部材５との間に形成される環状空間の開口部にシール９、１１が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩を防止すると共に、外部から軸受内部に泥水等の異物が侵入するのを防止している。

本参考提案例および実施形態では、インナー側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤｉがアウター側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤｏよりも大径に設定されている（ＰＣＤｉ＞ＰＣＤｏ）。また、こうしたピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いにより、それぞれの転動体６のサイズは同じで、インナー側の転動体６の個数Ｚｉがアウター側の転動体６の個数Ｚｏよりも多く設定されている。これにより、有効に軸受スペースを活用してアウター側に比べインナー側部分の軸受剛性を増大させることができると共に、軸受列の負荷容量を増大させて軸受の長寿命化を図ることができる。

なお、本参考提案例および実施形態では、転動体６にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、例えば、転動体６に円すいころを用いた複列の円すいころ軸受で構成されていても良い。また、ここでは、ハブ輪３の外周に一方の内側転走面３ａが直接形成された第３世代構造からなる車輪用軸受装置を例示したが、図示はしないが、ハブ輪の小径段部に一対の内輪が圧入された、所謂第２世代構造であっても良い。

等速自在継手４は、外側継手部材１２と継手内輪１３とケージ１４およびトルク伝達ボール１５を備えている。外側継手部材１２は、カップ状のマウス部１６と、このマウス部１６の底部をなす肩部１７と、この肩部１７から軸方向に延びるステム部１８を一体に有している。ステム部１８は、外周にハブ輪３のセレーション３ｃに係合するセレーション（またはスプライン）１８ａと、このセレーション１８ａの端部に雄ねじ１８ｂが形成されている。

外側継手部材１２のマウス部１６の内周および継手内輪１３の外周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝１６ａ、１３ａがそれぞれ形成されている。また、外側継手部材１２および継手内輪１３はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、トラック溝１６ａ、１３ａをはじめ、外側継手部材１２の肩部１７からステム部１８の基部に亙ってその外周面に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

ハブ輪３と外側継手部材１２との結合は、外側継手部材１２の肩部１７が内輪７の大端面７ｂに衝合するまでステム部１８がハブ輪３に嵌挿され、この内輪７の大端面７ｂと外側継手部材１２の肩部１７とが突き合わせ状態で、雄ねじ１８ｂに固定ナット１９が所定の締付トルクで締結され、ハブ輪３と外側継手部材１２が軸方向に着脱自在に結合されている。

ここで、ハブ輪３の車輪取付フランジ８は、図３（ｂ）に示すように、ボルト孔８ａの近傍を除く部分を切欠いて、各ボルト孔８ａの形成部分と略同じ幅でもって、環状の基部（８ｂ）から放射状に突出するように形成されている。すなわち、車輪取付フランジ８は、円周方向に離れた複数（ここでは、４つ）の部分フランジに分割して形成されている。
これにより、ハブ輪３の剛性を低下させることなく軽量化を図ることができる。なお、このような部分フランジからなる車輪取付フランジ８に限らず、図示はしないが、ボルト孔８ａの周辺を避けてボルト孔８ａ間に、このボルト孔８ａのピッチ円直径より内径側まで深くＲ形状の切欠きが形成された花形形状であっても良い。

外方部材２の車体取付フランジ２ｂは、図示しないアッパーアームとロアアームに連結される二股状に形成されたナックルブラケットにそれぞれ固定され、路面垂直方向に突出して一対形成されている。そして、この車体取付フランジ２ｂの図示しないナックルに締結されるボルトが挿通されるボルト孔２０が複数（ここでは、３個）穿設されている。

また、（ａ）に示すように、外方部材２のインナー側の側面２ｃに軸方向に延びる環状の突出部２１が形成されている。この突出部２１と円筒状の外周面２ｄとの間に環状空間２２が形成され、この環状空間２２に後述する発電機３０を構成するステータ２３が収容されている。

ステータ２３は、電磁鋼板を積層することにより構成されているステータコア２４と、このステータコア２４に巻回されたコイル２５と、（ｃ）に示すホール素子２６を備えている。また、ステータ２３にはステータブラケット２７が装着されており、組立時に外方部材２に位置決め固定されると共に、ステータカバー２８が、突出部２１と外周面２ｄとで形成される環状空間２２の開口部に装着され、ステータ２３が環状空間内に閉塞されている。なお、コイル２５の巻き付け方法は、分布巻きあるいは集中巻きのいずれであっても良い。

一方、発電機３０を構成するロータ界磁部材である永久磁石２９は等速自在継手４側に装着されている。具体的には、図２に示すように、永久磁石２９は、外側継手部材１２の肩部１７から径方向外方に延びて形成されたフランジ状のロータケース３１内に装着されている。そして、図４に示すように、永久磁石２９は略扇形に形成され、円周方向に複数とホール素子２６用の磁石が配列されると共に、所定の軸方向のエアギャップを介してステータコア２４に対向配置されている。なお、ロータケース３１を外側継手部材１２の肩部１７に着脱可能に圧入しても良いが、本参考提案例のように、ロータケース３１が外側継手部材１２に一体形成されていれば、部品点数と組立工数を削減することができる。

図２に戻って、本参考提案例では、発電機３０におけるエアギャップの磁力線の方向は、軸心と平行となるアキシアルエアギャップ形で、永久磁石型同期発電機である。永久磁石２９はフェライト系であるが、これ以外にも希土類磁石にしても良い。ここでは、アキシアルエアギャップ部にすきまがあり、外部から塵埃や泥水等の異物が内部に侵入しないよう、シール３２がロータケース３１の外縁部に装着されている。このシール３２はガータースプリング付きのオイルシールで構成されている。

また、発電機３０は、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の２次電池３４から充電可能なバッテリーと制御装置３５により、電力の授受が行われるように構成されている。この制御装置３５は、図５に示すように、発電機３０から出力される３相出力電圧は、制御装置３５より順変換されて直流出力電圧となり、バッテリーに充電される。この場合、バッテリー充電を効率よく行うため、交流発電機の発電量を制御する進角・遅角制御が行われている。

制御回路は、ステータコイルＵ相、Ｗ相に電圧が誘起され、この誘起された電圧は、回路の整流回路３３により直流電圧に変換されてコンデンサに印加される。そして、電圧の降圧、昇圧の電圧制御も適宜実行される。また、制御装置３５は、バッテリーの充電量を監視し、バッテリー容量を超えない範囲で走行エネルギーを電力とする。バッテリー容量が規定値になった場合、図示しない抵抗器により電力を損出させてバッテリーの過充電を防止する。

本参考提案例に係る発電機付き車輪用軸受装置１では、既存の車両エンジンコンパートメントにおける発電機３０を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができる。さらには、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図った発電機付き車輪用軸受装置を提供することができる。また、組立工程においては、前工程で予め外方部材２へステータ２３をサブアッシーとして組立ができ、組立工程を簡素化することができる。

図６は、本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。なお、この実施形態は、特に説明した事項の他は、前述した参考提案例と発電機の構成が異なるだけであり、同一部品同一部位あるいは同様の機能を有する部品や部位には同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図６に示す車輪用軸受装置３６は駆動輪用の第３世代と呼称され、内方部材５と外方部材２、および両部材５、２間に転動自在に収容された複列の転動体６、６とを備え、等速自在継手３８が着脱自在に結合されている。内方部材５は、ハブ輪３と、このハブ輪３に圧入固定された内輪７とからなる。

等速自在継手３７は、外側継手部材３８と継手内輪１３とケージ１４およびトルク伝達ボール１５を備えている。外側継手部材３８は、カップ状のマウス部１６と、このマウス部１６の底部をなす肩部３９と、この肩部３９から軸方向に延びるステム部１８を一体に有している。

外側継手部材３８はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０重量％を含む中高炭素鋼で形成され、トラック溝１６ａ、１３ａをはじめ、外側継手部材３８の肩部３９からステム部１８の基部に亙ってその外周面に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

ここで、外方部材２のインナー側の側面２ｃに軸方向に延びる環状の突出部２１が形成されている。この突出部２１と円筒状の外周面２ｄとの間に環状空間２２が形成され、この環状空間２２に後述する発電機４０を構成するステータ４１が収容されている。

ステータ４１は、電磁鋼板を積層することにより構成されているステータコア４２と、このステータコア４２に巻回されたコイル４３を備えている。また、ステータ４１にはステータブラケット２７が装着されており、組立時に外方部材２に位置決め固定されると共に、ステータカバー４４が、突出部２１と外周面２ｄとで形成される環状空間２２の開口部に装着され、ステータ４１が環状空間内に閉塞されている。

一方、発電機４０を構成するロータ界磁部材である永久磁石４５は、外側継手部材３８の肩部３９から径方向外方に延び、環状空間２２内にアウター側に突出した円筒状のロータケース４６の外径部に装着され、所定の径方向のエアギャップを介してステータコア４２に対向配置されている。

本実施形態では、発電機４０におけるエアギャップの磁力線の方向は、軸心と直交するラジアルエアギャップ形で、永久磁石型同期発電機である。そして、ラジアルエアギャップ部にすきまがあり、外部から塵埃や泥水等の異物が内部に侵入しないよう、シール３２がステータカバー４４の内縁部に装着されている。

このように、本実施形態においては、前述した参考提案例と同様、発電機４０を小型化させることができると共に、車両エンジンコンパートメントの空間に余裕を持たせることができ、既存のパワートレーンが利用可能で、かつ、従来の車輪用軸受装置と置き換えができ、界磁部品のサイズアップにより発電容量の増大を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態および参考提案例について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る発電機付き車輪用軸受装置は、等速自在継手が連結された車輪用軸受装置に、発電機を構成するステータとロータとが組み合わされ、車輪用軸受装置が、回転側部材となる内方部材と、固定側部材となる外方部材を備えた第２世代または第３世代構造に適用できる。

１、３６ 車輪用軸受装置
２ 外方部材
２ａ 外側転走面
２ｂ 車体取付フランジ
２ｃ 外方部材のインナー側の側面
２ｄ 外方部材の外周面
３ ハブ輪
３ａ、７ａ 内側転走面
３ｂ 小径段部
３ｃ、１８ａ セレーション
４、３７ 等速自在継手
５ 内方部材
６ 転動体
７ 内輪
７ｂ 内輪の大端面
８ 車輪取付フランジ
８ａ ボルト孔
８ｂ 車輪取付フランジのインナー側の基部
９、１１、３２ シール
１０ 保持器
１２、３８ 外側継手部材
１３ 継手内輪
１３ａ、１６ａ トラック溝
１４ ケージ
１５ トルク伝達ボール
１６ マウス部
１７、３９ 肩部
１８ ステム部
１８ｂ 雄ねじ
１９ 固定ナット
２０ ボルト孔
２１ 突出部
２２ 環状空間
２３、４１ ステータ
２４、４２ ステータコア
２５、４３ コイル
２６ ホール素子
２７ ステータブラケット
２８、４４ ステータカバー
２９、４５ 永久磁石
３０、４０ 発電機
３１、４６ ロータケース
３３ 整流回路
３４ ２次電池
３５ 制御装置
５０ ナックル
５１ 外方部材
５１ａ 外側転走面
５２ 車輪取付フランジ
５３ ハブ輪
５３ａ、５４ａ 内側転走面
５３ｂ 小径段部
５４ 内輪
５５ 内方部材
５６ ボール
５７ 発電機
５８ 多極磁石
５９ 磁性体リング
６０ 等速自在継手
６１ 外側継手部材
ＢＪ ボールジョイント
ＣＳ コイルスプリング
ＤＳ ドライブシャフト
Ｋ ナックル
ＫＢ ナックルブラケット
ＬＡ ロアアーム
ＰＣＤｉ インナー側の転動体のピッチ円直径
ＰＣＤｏ アウター側の転動体のピッチ円直径
ＳＡ ショックアブソーバ
ＵＡ アッパーアーム
Ｗ 車輪
Ｚｉ インナー側の転動体の個数
Ｚｏ アウター側の転動体の個数

Claims (7)

1. 外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
   一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪とからなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
   前記外方部材と内方部材のそれぞれの転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
   前記ハブ輪に等速自在継手を構成する外側継手部材が軸方向に着脱自在に結合された車輪用軸受装置において、
   前記外方部材の車体取付フランジのインナー側に発電機を構成するステータが装着されると共に、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたロータケースに永久磁石が装着され、エアギャップを介して前記ステータに対向配置されていることを特徴とする発電機付き車輪用軸受装置。
2. 前記外方部材の車体取付フランジのインナー側の側面に軸方向に延びる環状の突出部が形成され、この突出部と前記外方部材の外周面との間に形成される環状空間に前記ステータが収容されている請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置。
3. 前記永久磁石が扇形に形成されて円周方向に複数配列され、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられたフランジ状のロータケース内に装着されると共に、当該永久磁石が軸方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置され、前記発電機がアキシアルギャップ形の発電機で構成されている請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置。
4. 前記永久磁石が、前記外側継手部材の肩部の径方向外方に設けられ、アウター側に突出した円筒状のロータケースの外径部に装着されると共に、当該永久磁石が径方向のエアギャップを介して前記ステータに対向配置され、前記発電機がラジアルギャップ形の発電機で構成されている請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置。
5. 前記環状空間の開口部にステータカバーが装着され、前記ステータが環状空間内に閉塞されると共に、前記ステータカバーとロータケース間にシールが装着されている請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置。
6. 前記ロータケースが前記外側継手部材の肩部に一体形成されている請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置。
7. 前記複列の転動体のうちインナー側の転動体のピッチ円直径がアウター側の転動体のピッチ円直径よりも大径に設定されると共に、前記転動体のサイズは同じで、前記インナー側の転動体の個数が前記アウター側の転動体の個数よりも多く設定されている請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置。

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