JP6516077B1 - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

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Abstract

発電機および無線通信器の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑え、車輪に取り付けられたセンサに十分な電力を供給でき、かつ、センサの出力信号を車体側の電子機器に無線送信できる、車輪支持用転がり軸受ユニットを提供する。ハブ１７は、軸方向内側部の内径側に、ハブ１７の中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部３０を内周面に有するインナ凹部２９を備え、インナ凹部２９の内側に、中空円筒状の支持部材６７が、外周面に設けた円筒面状の案内面部７０を嵌合面部３０に嵌合させた状態で支持固定される。支持部材６７の軸方向内側部に、電機子である回転子６１が支持部材６７と同軸に固定され、支持部材６７の径方向内側に、無線通信器１２が配置される。インナ凹部２９の底面３１に、配線５７が配置される貫通孔３４が開口する。【選択図】図４

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するための車輪支持用転がり軸受ユニットに関する。
近年、自動車の運動性能や安全性能を向上させるため、車両の挙動や路面状態の情報を正確に収集し、車両制御に利用することが求められている。現在、車両の挙動に関する情報は、車体に設置したＧセンサ、ヨーレートセンサ、アクセル開度などから得ている。より正確な情報を得るためには、路面に近いタイヤやホイールについての使用状況（たとえば、空気圧情報）や運動状態（たとえば、荷重情報）を把握することが望ましい。このため、たとえば、特許第５８７８６１２号公報には、タイヤの内部にセンサを設置することで、路面状態を推定する技術が開示されている。
タイヤの内部に設置したセンサを作動させるには、このセンサに電力を供給する必要がある。特許第４６２７１０８号公報および特許第５５０８１２４号公報には、タイヤ内に発電機を設けて、この発電機で発電した電力をセンサに供給する技術が開示されている。ただし、タイヤは、構成部品全体が回転し、回転しない部分を備えないため、発電機を構成するためには、車輪の回転運動を利用して相対変位する機構を別途設ける必要がある。このため、発電機の構造が複雑になりやすく、コストが嵩み、かつ、十分な電力を得ることが難しいという問題がある。
特許第３９８３５０９号公報には、車輪支持用の転がり軸受ユニットに発電機を取り付け、この発電機により発電した電力を、車輪に取り付けたセンサに供給することが開示されている。ただし、この技術では、発電機自体をセンサとして利用しており、発電機が発電した電力を車輪に取り付けたセンサに供給したり、十分な発電性能を有する体積の大きな発電機を使用したりすることは意図されていない。したがって、このような発電機の取付構造を、車輪に取り付けられるセンサに電力を供給する技術に、そのまま利用することはできない。
特許第３９８３５０９号公報には、転がり軸受ユニットに無線通信器を取り付けることが開示されている。ただし、この無線通信器は、発電機の出力信号を無線送信するためにのみ設けられており、車輪とともに回転するセンサの出力信号を無線通信することは意図されていない。このため、この無線通信器の取付構造を、車輪とともに回転するセンサの出力信号を無線送信する技術に、そのまま利用することもできない。
車輪支持用の転がり軸受ユニットにおいては、周囲に配置される部材との関係で、軸方向寸法に制約があり、発電機および無線通信器を設置可能な空間が限られているという問題もある。
特許第５８７８６１２号公報 特許第４６２７１０８号公報 特許第５５０８１２４号公報 特許第３９８３５０９号公報
本発明の目的は、上述のような事情に鑑みて、発電機および無線通信器の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑え、車輪に取り付けられたセンサに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサの出力信号を車体側の電子機器に対して無線送信できる、車輪支持用転がり軸受ユニットを提供することにある。
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、懸架装置に対して車輪を回転自在に支持するためのもので、軸受部と、発電機と、無線通信器とを備える。
前記軸受部は、外輪と、ハブと、複数の転動体とを有する。前記外輪は、内周面に外輪軌道を有しており、前記懸架装置に支持されて回転しない。前記ハブは、前記外輪の径方向内側に前記外輪と同軸に配置されており、外周面のうち前記外輪軌道と対向する部分に内輪軌道を有し、車輪が固定され該車輪とともに回転する。前記転動体は、玉あるいはころ（円すいころ、円筒ころ、球面ころを含む）からなり、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置されている。
前記発電機は、互いに同軸に配置された固定子と回転子とを有し、該固定子と回転子との相対回転に基づき発電する。
前記無線通信器は、車体側に配置された電子機器との間で無線により通信を行う。
特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットにおいては、前記ハブは、軸方向内側部の内径側にインナ凹部と、該ハブの中心部を軸方向に貫通した貫通孔とを備え、該インナ凹部は、内周面に該ハブの中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部を、および、底面に前記貫通孔の開口を備える。
前記インナ凹部の内側には、外周面に円筒面状の案内面部を有する中空円筒状の支持部材が、該案内面部を前記嵌合面部に嵌合させた状態で支持固定されている。
前記回転子は、コイルを備えた電機子であり、前記支持部材の軸方向内側部に前記支持部材と同軸に固定されている。
前記無線通信器は、前記ハブに支持され、かつ、前記支持部材の径方向内側に配置されている。
本発明では、前記インナ凹部の底面に開口した前記貫通孔を挿通するように配線が設けられており、前記ハブの軸方向内側部に配置された前記回転子から車輪に取り付けたセンサに電力を供給すること、および、前記センサの出力信号を、前記ハブの軸方向内方に配置された前記無線通信器に送信することが可能となっている。
前記ハブは、軸方向外側部の内径側にアウタ凹部を、および、該アウタ凹部と前記インナ凹部との間に隔壁部をさらに備えることができる。この場合、前記貫通孔は該隔壁部に備えられる。
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前記アウタ凹部の内側に配置され、前記発電機が発電した電力を蓄えるためのバッテリを備えることもできる。
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前記外輪の軸方向内端開口を塞ぐカバーをさらに備え、該カバーのうち、少なくとも前記無線通信器と軸方向に対向する部分が、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂）やＡＳ樹脂（アクリロニトリル、スチレンのコポリマ（共重合化合物））などの電波透過性を有する材料からなるようにすることもできる。
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、前記固定子と前記回転子とを、径方向のエアギャップ（ラジアルギャップ）を介して対向させて、前記発電機をラジアルギャップ型の発電機により構成することもできる。
前記回転子を構成する複数のコイルの内側には、鉄芯やコアを配置することもでき、あるいは、これらの鉄芯やコアを配置することなく、中空とすることもできる。
また、前記発電機は、単相発電機により構成することができ、あるいは、三相発電機により構成することができる。
本発明によれば、発電機および無線通信器を設置することに伴う、軸方向寸法の増大を最小限に抑えつつ、車輪に取り付けられるセンサに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサの出力信号を車体側の電子機器に対して無線送信することが可能となる。
図１は、実施の形態の１例にかかる車輪支持用転がり軸受ユニットにより車輪を懸架装置に対して支持した車輪支持構造を、軸方向外側から見た斜視図である。 図２は、図１に示す車輪支持構造を軸方向内側から見た斜視図である。 図３は、図１に示す車輪支持構造の断面図である。 図４は、図１に示す車輪支持構造から、車輪支持用転がり軸受ユニットを取り出して示す断面図である。 図５は、図４に示す車輪支持用転がり軸受ユニットの一部を分解して示す斜視図である。 図６は、図４に示す車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する軸受部に対して、支持部材を組み付ける、組立途中状態を示す断面図である。
［実施の形態の１例］
実施の形態の１例について、図１〜図６を用いて説明する。本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、従動輪用であり、自動車の車輪を構成するタイヤ２およびホイール３、並びに、制動装置であるディスクブレーキ装置４を構成するロータ５を、懸架装置を構成するナックル６に対し回転自在に支持している。図示の構造では、ナックル６は、車体７に対し揺動変位を可能に支持されたアッパアーム８とロアアーム９により支持されている。
車輪支持用転がり軸受ユニット１は、軸受機能を有する軸受部１０と、発電機能を有する発電機１１と、無線通信機能を有する無線通信器１２と、蓄電機能を有するバッテリ１３と、センサ信号を処理するインターフェース回路１４と、コネクタ１５とを備えている。
軸受部１０は、静止輪である外輪１６と、回転輪であるハブ１７と、転動体である複数の玉１８とを備え、タイヤ２およびホイール３を、ナックル６に対し回転自在に支持している。
外輪１６は、全体が略円環状で、内周面に複列の外輪軌道１９ａ、１９ｂを、外周面の軸方向中間部に静止側フランジ２０を備えている。静止側フランジ２０は、軸方向に貫通したねじ孔または通孔である、複数の取付孔２１を備えている。なお、軸方向に関して「内側」は、車輪支持用転がり軸受ユニット１の車両への組み付け状態において、車両の幅方向中央側となる、図３および図４の右側に相当し、軸方向に関して「外側」は、車両の幅方向外側となる、図３および図４の左側に相当する。
ハブ１７は、ハブ輪２２と内輪２３とを備える。ハブ輪２２は、外周面の軸方向内端寄り部分に小径段部を備える。内輪２３は、ハブ輪２２の小径段部２５に外嵌固定されている。内輪２３の軸方向内端面は、ハブ輪２２の軸方向内端部を径方向外方に塑性変形させることにより形成されたかしめ部２６によって、抑え付けられている。ハブ１７は、外周面のうち外輪軌道１９ａ、１９ｂとそれぞれ対向する部分に内輪軌道２４ａ、２４ｂを有し、外輪１６の径方向内側に外輪１６と同軸に支持されている。軸方向外側列の内輪軌道２４ａは、ハブ輪２２の外周面の軸方向中間部に形成されている。軸方向内側列の内輪軌道２４ｂは、内輪２３の外周面に形成されている。
ハブ輪２２は、軸方向外端部で、外輪１６の軸方向外端開口部よりも軸方向外方に突出した部分に、車輪を支持するための回転側フランジ２７を備えている。回転側フランジ２７は、軸方向に貫通した雌ねじ孔である、複数の結合孔２８を備えている。
本例では、ハブ輪２２は、かしめ部２６の径方向内方に位置する、軸方向内側部の内径側に、軸方向外方に向けて凹んだインナ凹部２９を備えている。インナ凹部２９は、軸方向内方に向かうほど内径寸法が段階的に大きくなった断面略台形状を有している。インナ凹部２９は、内周面の軸方向外端部に、ハブ１７の中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部（インロー部）３０を備えている。インナ凹部２９は、ハブ１７の中心軸に対して直交する仮想平面上に存在する平坦面である、底面３１を備えている。
ハブ輪２２は、回転側フランジ２７の径方向内方に位置する、軸方向外側部の内径側に、軸方向内方に向けて凹んだアウタ凹部３２を備えている。アウタ凹部３２は、軸方向外方に向かうほど内径寸法が大きくなった断面略台形状を有している。
ハブ輪２２は、軸方向中間部の中心部で、かつ、インナ凹部２９とアウタ凹部３２との間部分に、隔壁部３３を備えている。隔壁部３３は、中心部に、隔壁部３３を軸方向に貫通する貫通孔３４を備えている。貫通孔３４の軸方向内側部は、インナ凹部２９の底面３１に開口し、貫通孔３４の軸方向外側部は、アウタ凹部３２の底面に開口している。
本例では、軸受部１０は、転動体として、複数の玉１８を備える。それぞれの玉１８は、外輪軌道１９ａ、１９ｂと内輪軌道２４ａ、２４ｂとの間に、それぞれ保持器３５により保持された状態で、転動自在に配置されている。図示の例では、それぞれの玉１８に、背面組み合わせ型の接触角とともに予圧を付与しており、両列の玉１８同士の間で、直径、ピッチ円直径、および、接触角の大きさなどの各種寸法が互いに同じとなっている。ただし、インナ側（軸方向内側）の玉列を構成する玉の直径を、アウタ側（軸方向外側）の玉列を構成する玉の直径よりも大きくし、かつ、アウタ側の玉列のピッチ円直径を、インナ側の玉列のピッチ円直径よりも大きくすることで、アウタ凹部の空間の容積をより大きく確保する構成も採ることが可能である。
外輪１６は、ナックル６に対して支持固定される。具体的には、外輪１６のうち、静止側フランジ２０よりも軸方向内側に設けられた部分（ナックル側パイロット部）が、ナックル６に形成された円形の支持孔３６に挿入し、かつ、静止側フランジ２０の軸方向内側面がナックル６の軸方向外端面に当接する。この状態で、互いに整合する位置に設けられた、静止側フランジ２０の複数の取付孔２１と、ナックル６に備えられた複数のナックル側取付孔３７とに挿通され、かつ、締め付けられた、複数の締結部材（ボルト）３８により、外輪１６は、ナックル６に対して支持固定される。
回転輪であるハブ１７に設けられた回転側フランジ２７には、車輪を構成するホイール３およびディスクブレーキ装置４のロータ５が固定される。具体的には、ロータ５の中央部に設けられたロータ中心孔３９、および、ホイール３の中央部に設けられたホイール中心孔４０に、ハブ輪２２の軸方向外端部に設けられたパイロット部と呼ばれる位置決め筒部４１が順次挿入（内嵌）する。これにより、ホイール３およびロータ５の径方向の位置決めが図られる。この状態で、互いに整合する位置に設けられた、ホイール３に備えられた複数のホイール結合孔４２およびロータ５に形成された複数のロータ結合孔４３をそれぞれ挿通し、回転側フランジ２７の結合孔２８に螺合し、かつ、締め付けられた締結部材４４により、回転側フランジ２７の軸方向外側面に、ホイール３およびロータ５が固定される。
図示しないシールリングが、外輪１６の内周面とハブ１７の外周面との間に存在し、玉１８が設置されている内部空間の軸方向外端開口を塞いでいる。有底円筒状のカバー４５が、外輪１６の軸方向内端開口を塞いでいる。これにより、玉１８が設置されている内部空間に封入したグリースが外部空間に漏洩したり、または外部空間に存在する異物が、内部空間に侵入したりすることが防止される。
カバー４５は、円筒状の嵌合筒部４６と、円板状の底板部４７とを備える。嵌合筒部４６と底板部４７は、複数のボルト４８により締結されている。カバー４５の嵌合筒部４６の軸方向外側部に備えられた小径部４９は、外輪１６の軸方向内側部に内嵌固定される。嵌合筒部４６の軸方向中間部に備えられ軸方向外側を向いた段差面５０が、外輪１６の軸方向内端面に当接し、これにより、外輪１６に対するカバー４５の軸方向の位置決めが図られている。このようにして、カバー４５は、外輪１６に取り付けられている。
嵌合筒部４６は、金属製で、内周面の軸方向中間部に、径方向内方に向けて突出した内向フランジ５１を備えている。底板部４７は、ＡＢＳ樹脂やＡＳ樹脂などの電波透過性に優れた樹脂製である。ただし、本発明を実施する場合に、カバー全体を金属製とし、カバーのうち無線通信器を構成するアンテナと軸方向に対向する部分に通孔を備え、この通孔が電波透過性を有する樹脂などにより封止されたカバーの構造を採用することもできる。底板部４７の軸方向外側面の外径側部に備えられた小円筒部５２は、嵌合筒部４６に内嵌され、これにより、嵌合筒部４６に対する底板部４７の径方向に関する位置決めが図られている。嵌合筒部４６と外輪１６との当接部に、シール部材を備えることにより、カバー４５による防水性能を高めることも可能である。
本例では、ハブ１７に取り付けられるホイール３は、アルミニウム合金製であり、回転側フランジ２７の軸方向外側面に結合固定されるディスク部５３と、ディスク部５３の外周縁部に設けられた円筒状のリム部５４とを備える。リム部５４の周囲に、タイヤ２が支持固定される。ロータ５は、断面クランク形で、かつ、全体が円輪板状である。ロータ５は、内径側部分に、回転側フランジ２７の軸方向外側面に結合固定されるハット部５５を、および、外径側部分に、ブレーキ作動時に、ディスクブレーキ装置４を構成するキャリパに支持された１対のパッドにより挟持される摺動部５６を、備えている。
本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、上述の軸受部１０に、発電機１１と、無線通信器１２と、バッテリ１３と、インターフェース回路１４と、コネクタ１５とが組み付けられる。
本例では、軸受部１０のハブ１７の軸方向内方に存在する空間に、外輪１６とハブ１７との相対回転を利用して発電する発電機１１および無線通信器１２が配置される。一方、収容空間を大きく確保できるハブ１７のアウタ凹部３２の内側に、バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５が配置される。発電機１１および無線通信器１２と、バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５とは、ハブ１７の隔壁部３３に備えられた貫通孔３４を挿通した配線５７により、電気的に接続されている。車輪支持用転がり軸受ユニット１は、発電機１１により発電した電力を、バッテリ１３に一時的に蓄えた後、無線通信器１２およびインターフェース回路１４に供給し、かつ、コネクタ１５を通じて、車輪側に設置したセンサ（タイヤ側センサ５８ａ、ホイール側センサ５８ｂ）に供給する。車輪支持用転がり軸受ユニット１は、センサ５８ａ、５８ｂによる出力信号を、コネクタ１５を通じてインターフェース回路１４に送信し、無線通信器１２を通じて、車体７側に配置された電子機器である演算器５９に対して無線送信する。
本例では、ハブ１７のインナ凹部２９の内側に固定した有底円筒状の支持部材６７を利用して、発電機１１および無線通信器１２が径方向に重畳するように配置されている。このようにして、ハブ１７の軸方向内方に存在する限られた空間内に、発電機１１および無線通信器１２が効率よく配置され、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸方向寸法がいたずらに大きくなることが防止されている。
本例では、ハブ１７に対する支持部材６７の同軸度を高め、かつ、支持部材６７に対する発電機１１を構成する回転子６１の同軸度を高めることで、発電機１１の発電能力を高めることを図っている。以下、本例に使用する発電機１１、無線通信器１２、および支持部材６７の構造、および、これらの取付構造について説明する。
発電機１１は、単相または三相の交流を発電する磁石式交流発電機である。発電機１１は、互いに同軸に配置された固定子６０と回転子６１とを備え、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに対して供給する電力を発電する。本例では、外輪１６とハブ１７との相対回転を利用するために、発電機１１は、外輪１６とハブ１７との相対回転を取り出しやすい、ハブ１７の軸方向内方の空間に配置される。
固定子６０は、外輪１６に固定された嵌合筒部４６の内周面に内嵌固定されている。固定子６０は、円筒状の磁性鋼板の積層体からなる固定子コア６２と、固定子コア６２の内周面の円周方向複数個所に支持された複数の永久磁石６３とを備える。それぞれの永久磁石６３は、矩形板状であり、径方向に着磁し、かつ、着磁の向きを、円周方向に隣り合う永久磁石６３同士で互いに逆向きとしている。このため、固定子６０の内周面には、Ｓ極とＮ極とが円周方向に関して交互にかつ等間隔で配置されている。固定子コア６２は、嵌合筒部４６の内周面に設けられた内向フランジ５１の軸方向内側面に当接することで、固定子コア６２の軸方向に関する位置決めが図られている。なお、固定子６０を、外輪１６に対して直接固定することもできる。
回転子６１は、支持部材６７を介してハブ１７に支持される。回転子６１は、複数の電磁鋼板の積層体からなる略円環状の回転子コア６４と、複数のコイル６５とを備えた電機子である。回転子コア６４は、放射状に配置された複数のティース（突極）６６を備える。コイル６５は、回転子コア６４のティース６６の周囲に巻装されている。
本例では、ハブ１７の軸方向内方に存在する限られた空間を有効利用するために、回転子６１は、支持部材６７を利用して、ハブ１７の軸方向内端部に支持固定される。支持部材６７は、段付円筒状の固定筒部６８と、固定筒部６８の軸方向外端開口を塞ぐ底部６９とを備える。
固定筒部６８は、軸方向外端部の外周面に、軸方向内側に隣接する部分に比べて小径で、かつ、支持部材６７の中心軸と同軸の円筒面状の案内面部７０を備える。固定筒部６８は、軸方向内端部に、径方向外方に突出した外向フランジ７１を備える。外向フランジ７１は、円周方向複数個所に、軸方向に貫通したフランジ側結合孔７２を備える。これに対して、底部６９は、軸方向に貫通した挿通孔７３と、段付孔７４と、取付孔７５とを備える。挿通孔７３は、配線５７を挿通するためのもので、底部６９のうち、支持部材６７をハブ１７に支持固定した状態で、隔壁部３３の貫通孔３４と整合する部分に備えられている。段付孔７４および取付孔７５は、底部６９のうち、支持部材６７をハブ１７に支持固定した状態で、貫通孔３４から外れたインナ凹部２９の底面３１と整合する位置に備えられている。本例では、支持部材６７の軸方向外端面（底部６９の軸方向外側面）および外向フランジ７１の軸方向内側面は、支持部材６７の中心軸に対して直交する仮想平面上に存在する平坦面である。
支持部材６７の軸方向外端面は、インナ凹部２９の底面３１に当接し、かつ、支持部材６７の案内面部７０は、インナ凹部２９の嵌合面部３０にがたつきなく内嵌固定される。これにより、支持部材６７は、ハブ１７に支持固定される。底部６９の段付孔７４を挿通した取付ボルト７６は、インナ凹部２９の底面３１に対して螺合され締め付けられている。このように支持部材６７がハブ１７に対して支持固定されるため、ハブ１７への支持部材６７の同軸度、および、ハブ１７への支持部材６７の軸方向に関する取付精度のいずれも高くなっている。
本例では、回転子６１の回転子コア６４は、支持部材６７の外向フランジ７１の平坦面状の軸方向内側面に対して、複数のスプリングピンなどの締結部材７７を利用して固定される。具体的には、回転子コア６４の内径部の軸方向外側面を、外向フランジ７１の軸方向内側面に当接させ、かつ、回転子コア６４の内径部の円周方向複数個所にある回転子コア側結合孔７８と、外向フランジ７１のフランジ側結合孔７２との、円周方向に関する位相を一致させる。この状態で、回転子コア側結合孔７８とフランジ側結合孔７２との双方に対して、締結部材７７を圧入する。このようにして、回転子６１を支持部材６７に支持固定した状態で、回転子６１は、ハブ１７のかしめ部２６の軸方向内方に配置される。このように回転子６１が支持部材６７に支持固定されるため、ハブ１７と回転子６１との同軸度が高くなっている。回転子コア側結合孔７８およびフランジ側結合孔７２については、径方向位置に関して高い精度で加工できる限り、別々に加工してもよく、回転子コア６４と支持部材６７とを同軸に配置して同時に加工してもよい。
支持部材への回転子コアの取付構造に関して、スプリングピンのような締結部材を用いた取付構造に代替して、支持部材の外向フランジに回転子コアの一部を内嵌する構造を採用すること可能である。ただし、この場合、締結部材を用いた取付構造に比べて、支持部材の径方向内側の空間が狭くなりやすい。本例では、支持部材の径方向内側の空間に無線通信器１２を配置するため、無線通信器１２の設置空間を広く確保する観点からは、締結部材を用いた取付構造を採用することが好ましい。
本例では、固定子６０は、カバー４５の嵌合筒部４６の内周面に結合固定され、回転子６１は、支持部材６７を介してハブ１７に支持固定され、かつ、固定子６０と回転子６１とは同軸に配置される。回転子６１（ティース６６）の外周面は、固定子６０の永久磁石６３の内周面に対して、微小隙間を介して径方向に対向する。このように配置された固定子６０と回転子６１により、ラジアルギャップ型の発電機１１は構成される。回転子６１がハブ１７とともに回転すると、それぞれのコイル６５の電磁誘導作用により起電力が発生する。すなわち、車輪とともにハブ１７が回転することで、発電機１１が発電する。本例では、ハブ１７に対する支持部材６７の同軸度は高く、かつ、支持部材６７に対する回転子６１の同軸度も高いため、回転子６１と固定子６０とのラジアルギャップが小さくなり、発電機１１による発電能力が高められている。
無線通信器１２は、ワイヤレス通信回路（基板）と、アンテナとを備え、車体７側に設置された演算器５９との間で、無線による通信を行う。本例では、無線通信器１２は、演算器５９と送受信が可能である。無線通信器１２は、演算器５９との間にハブ１７を構成する鋼材が存在しない位置である、ハブ１７の軸方向内方に存在する空間に配置されており、無線通信器１２による無線通信機能が、ハブ１７の鋼材により低下することが防止されている。ただし、ハブ１７の軸方向内方に存在する空間には、上述のように発電機１１を配置する必要がある。したがって、限られた空間を有効利用するために、無線通信器１２は、整流回路７９に取り付けられた状態で、支持部材６７の固定筒部６８の径方向内側に配置される。このように、無線通信器１２と発電機１１とは、径方向に重畳するように配置されるため、発電機１１および無線通信器１２の設置に伴う、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸方向寸法の増大は最小限に抑えられている。
整流回路７９は、固定筒部６８の内径よりもわずかに小さな外径を有する略円板状の回路本体８０と、複数の脚部８１とを備える。複数の脚部８１は、複数の連結ボルト８２により、回路本体８０に連結されている。整流回路７９は、脚部８１のそれぞれの先端部を、支持部材６７の底部６９の取付孔７５に螺合することで、支持部材６７に取り付けられている。無線通信器１２は、整流回路７９および支持部材６７を介して、ハブ１７に支持されている。具体的には、無線通信器１２は、整流回路７９の回路本体８０の軸方向内側面に取り付けられている。無線通信器１２のアンテナは、電波透過性樹脂製の底板部４７に対して軸方向に近接対向する。したがって、無線通信器１２のアンテナに出入りする無線信号は、ハブ１７の鋼材およびカバー４５により遮られることが有効に防止されているため、無線通信器１２と演算器５９との間での無線による通信の高い効率性が確保される。
バッテリ１３は、配線５７と整流回路７９を介して発電機１１に電気的に接続する。整流回路７９は、発電機１１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための整流回路部と、バッテリ１３の充放電制御回路部と、出力電圧を一定に保つ電圧制御回路部とを備える。
なお、本発明において、発電機が発電した電力を、バッテリを介さずに、直流電圧に変換し、かつ、一定電圧に調整して、センサなどに供給することもできる。また、発電機が発電した発電量が、センサなどを動作させるのに十分である場合に、余剰の電力をバッテリに供給し、このバッテリを充電することができる。
インターフェース回路１４は、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を集約し、かつ、適切な信号に変換し、配線５７を通じて、無線通信器１２に送信する。
コネクタ１５は、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに電力を供給するための電力出力端子と、センサ５８ａ、５８ｂの出力信号を入力するための信号入力端子とを備える。コネクタ１５の電力出力端子は、バッテリ１３に接続されており、コネクタ１５の信号入力端子は、インターフェース回路１４を介して、無線通信器１２に接続している。
バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５は、取付部材８３を介して、アウタ凹部３２の内側に支持固定されている。取付部材８３は、円環状の支持環部８４と、支持環部８４の軸方向内側面から軸方向内方に突出した複数の支持筒部８５とを備える。また、支持筒部８５の先端部には、連結ボルト８６により、インターフェース回路１４が軸方向に離隔した状態で固定されている。取付部材８３は、アウタ凹部３２の内周面の軸方向外端部（位置決め筒部４１の内周面）に、支持環部８４を内嵌固定（圧入）することで、アウタ凹部３２の内側に支持されている。
取付部材８３のうちの支持環部８４の径方向内側に、コネクタ１５が取り付けられている。コネクタ１５は、車輪支持用転がり軸受ユニット１に対してホイール３を結合固定した状態で、ホイール中心孔４０の内側に位置する。
図３に示すように、車体側に設置されるセンサであるタイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂは車輪に取り付けられる。タイヤ側センサ５８ａは、タイヤ２内に直接設置される。タイヤ側センサ５８ａは、タイヤ交換時のコストを抑える観点から、タイヤ２の状態量を測定するためはタイヤ２に直接設置する必要のある、摩耗センサ、タイヤ歪みセンサ、温度センサなどを有する。ホイール側センサ５８ｂは、ホイール３のリム部５４に設置される。ホイール側センサ５８ｂは、タイヤ２に設置しなくても測定可能な状態量を測定するための空気圧センサ、ホイール歪みセンサ、加速度センサなどを有する。タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂと、コネクタ１５とは、ホイール３のディスク部５３の軸方向内側面に沿って配置された配線８８によって、接続されている。
本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、車両の走行に伴い車輪（タイヤ２およびホイール３）が回転すると、軸受部１０のうち、回転輪であるハブ１７が回転する。ハブ１７の軸方向内端部に支持固定された回転子６１は、静止輪である外輪１６に支持固定された固定子６０に対して相対回転する。これにより、固定子６０および回転子６１から構成される発電機１１が発電する。発電機１１により発電された交流電圧は、配線５７を通じてバッテリ１３に送られる。バッテリ１３に蓄えられた電力は、コネクタ１５を通じて、タイヤ２に設置されたタイヤ側センサ５８ａおよびホイール３に設置されたホイール側センサ５８ｂに供給される。タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂは、タイヤ２およびホイール３の状態量、すなわち、タイヤ空気圧、タイヤあるいはホイールの歪み、上下力、加速度、温度などを検出する。また、バッテリ１３に蓄えられた電力は、無線通信器１２およびインターフェース回路１４にも供給される。
タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂの出力信号は、配線８８を通じてコネクタ１５に送られ、さらに、インターフェース回路１４を介して、無線通信器１２に送られる。無線通信器１２のアンテナにより、タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂの出力信号は、カバー４５の底板部４７を通じて、車体７側に配置された演算器５９に対して無線送信される。演算器５９は、タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂの出力信号であるタイヤ２およびホイール３の状態量を受け取り、これらの状態量を車両のアクティブセーフティ技術などに利用する。
車輪支持用転がり軸受ユニット１は、車両の走行速度に関する信号を、演算器５９から無線通信器１２のアンテナにより受信することができる。この場合、走行速度が走行状態にあると判定できる所定値以上である場合にのみ、タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂに対して電力の供給を実行し、走行速度が実質的に停止していると判定できる所定値未満である場合には、電力の供給を停止することができる。このような電力供給制御により、バッテリ１３の無駄な電力の消費が防止される。
本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、発電機１１および無線通信器１２の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑えつつ、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を車体側の演算器５９に対して無線送信することが可能である。すなわち、外輪１６とハブ１７との相対回転を利用して発電を行うとともに、無線通信器１２による無線通信機能を確保する観点から、発電機１１および無線通信器１２は、ハブ１７の軸方向内方に存在する空間に配置されるが、この空間の大きさは限られている。本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、ハブ１７のインナ凹部２９の内側に固定した有底円筒状の支持部材６７により、発電機１１および無線通信器１２は径方向に重畳するように効率よく配置されており、発電機１１と無線通信器１２の設置に伴う、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸方向寸法の増大が最小限に抑えられている。このような構成により、発電性能の高い体積の大きな発電機１１を利用することも可能となっている。
コイル６５を備えた電機子である回転子６１は、支持部材６７を介してハブ１７に支持される。支持部材６７は底部６９に挿通孔７３を備え、かつ、隔壁部３３は貫通孔３４を備える。挿通孔７３および貫通孔３４を通じて、回転子６１に接続された配線５７は軸方向外側に引き出されており、コイル６５に発生した起電力を、配線５７を利用して、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに供給することができる。無線通信器１２は、整流回路７９および支持部材６７を介してハブ１７に支持されている。支持部材６７の挿通孔７３および隔壁部３３の貫通孔３４を通じて、無線通信器１２に接続された配線５７は軸方向外側に引き出されており、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を、配線５７を利用して、無線通信器１２に送信することができる。
支持部材６７の外周面に設けた案内面部７０は、インナ凹部２９の内周面に備えられた嵌合面部３０に対して、がたつきなく内嵌固定されているため、ハブ１７に対する支持部材６７の同軸度が高められており、かつ、支持部材６７に対する回転子６１の同軸度が高められている。このため、回転子６１と固定子６０とのラジアルギャップが小さくなり、発電機１１による発電能力が高められている。したがって、発電機１１および無線通信器１２の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑えつつ、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を車体側の演算器５９に対して無線送信することができる。
本例では、ハブ１７の径方向外側には、発電機１１および無線通信器１２が配置されないため、ハブ１７を構成する内輪２３の外周面に、ＡＢＳなどに用いる回転速度検出装置を構成するエンコーダなどを固定することもできる。
本例では、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、センサ５８ｂに対して、発電機１１によって発電した電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を、無線通信器１２から車体７側に設置された演算器５９に無線送信することができるため、車輪支持用転がり軸受ユニット１をナックル６に対して取り付ける際に、ハーネスの取り回し作業を行う必要がなく、良好な組立作業性が確保される。
タイヤ２の交換時にも、車輪支持用転がり軸受ユニット１に設置された発電機１１、無線通信器１２、バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５は、そのまま継続して使用できる。すなわち、タイヤ２に設置されたタイヤ側センサ５８ａのみ交換すれば足りる。このため、発電装置などをタイヤ内に設置する場合に比べて、タイヤ交換時のコストを低く抑えることができる。
さらに、偏摩耗防止のためにタイヤローテーション（タイヤの位置変更）を実施した場合にも、無線通信機能を有する車輪支持用転がり軸受ユニット１自体の取付位置には変更がないため、車体７側の演算器５９で受信した信号が、どのタイヤの信号か判別がつかなくなることも防止される。
１ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ タイヤ
３ ホイール
４ ディスクブレーキ装置
５ ロータ
６ ナックル
７ 車体
８ アッパアーム
９ ロアアーム
１０ 軸受部
１１ 発電機
１２ 無線通信器
１３ バッテリ
１４ インターフェース回路
１５ コネクタ
１６ 外輪
１７ ハブ
１８ 玉
１９ａ、１９ｂ 外輪軌道
２０ 静止側フランジ
２１ 取付孔
２２ ハブ輪
２３ 内輪
２４ａ、２４ｂ 内輪軌道
２５ 小径段部
２６ かしめ部
２７ 回転側フランジ
２８ 結合孔
２９ インナ凹部
３０ 嵌合面部
３１ 底面
３２ アウタ凹部
３３ 隔壁部
３４ 貫通孔
３５ 保持器
３６ 支持孔
３７ ナックル側取付孔
３８ 締結部材
３９ ロータ中心孔
４０ ホイール中心孔
４１ 位置決め筒部
４２ ホイール結合孔
４３ ロータ結合孔
４４ 締結部材
４５ カバー
４６ 嵌合筒部
４７ 底板部
４８ ボルト
４９ 小径部
５０ 段差面
５１ 内向フランジ
５２ 小円筒部
５３ ディスク部
５４ リム部
５５ ハット部
５６ 摺動部
５７ 配線
５８ａ タイヤ側センサ
５８ｂ ホイール側センサ
５９ 演算器
６０ 固定子
６１ 回転子
６２ 固定子コア
６３ 永久磁石
６４ 回転子コア
６５ コイル
６６ ティース
６７ 支持部材
６８ 固定筒部
６９ 底部
７０ 案内面部
７１ 外向フランジ
７２ フランジ側結合孔
７３ 挿通孔
７４ 段付孔
７５ 取付孔
７６ 取付ボルト
７７ 締結部材
７８ 回転子コア側結合孔
７９ 整流回路
８０ 回路本体
８１ 脚部
８２ 連結ボルト
８３ 取付部材
８４ 支持環部
８５ 支持筒部
８６ 連結ボルト
８８ 配線

Claims (6)

  1. 内周面に外輪軌道を有し、懸架装置に支持されて回転しない外輪と、前記外輪の径方向内側に前記外輪と同軸に配置されており、外周面のうち前記外輪軌道と対向する部分に内輪軌道を有し、車輪とともに回転するハブと、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置されている複数の転動体と、を有する軸受部と、
    互いに同軸に配置された固定子と回転子とを有し、該固定子と該回転子との相対回転に基づき発電する発電機と、
    車体側に配置された電子機器との間で無線により通信を行う無線通信器と、
    を備えた車輪支持用転がり軸受ユニットであって、
    該車輪支持用転がり軸受ユニットは、段付円筒状の固定筒部と、該固定筒部の軸方向外端開口を塞ぐ底部とを備える、中空円筒状の支持部材をさらに備え、
    前記ハブは、軸方向内側部の内径側にインナ凹部を、および、中心部に軸方向に貫通する貫通孔を備え、
    該インナ凹部は、内周面に該ハブの中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部を、および、底面に前記貫通孔の開口を備え、
    前記支持部材は、前記固定筒部の軸方向外端部の外周面に該支持部材の中心軸と同軸である円筒面状の案内面部を備え、
    前記インナ凹部の内側には、前記支持部材が、前記案内面部を前記嵌合面部に嵌合させ、かつ、該支持部材の軸方向外端面が前記インナ凹部の前記底面に当接した状態で支持固定されており、
    前記支持部材は、該支持部材を前記インナ凹部の内側に支持固定した状態で、前記底部のうち前記貫通孔と整合する部分に挿通孔を、前記底部のうち前記貫通孔から外れた前記インナ凹部の前記底面と整合する位置に段付孔をそれぞれ備え、
    前記底部の段付孔を挿通した取付ボルトは、前記インナ凹部の前記底面に対して螺合され締め付けられており、
    前記回転子は、コイルを備えた電機子であり、前記支持部材の軸方向内側部に前記支持部材と同軸に固定されており、および、
    前記無線通信器は、前記ハブに支持され、かつ、前記支持部材の径方向内側に配置されている、
    ことを特徴とする、車輪支持用転がり軸受ユニット。
  2. 前記支持部材は、該支持部材を前記インナ凹部の内側に支持固定した状態で、前記底部のうち前記貫通孔から外れた前記インナ凹部の前記底面と整合する位置に取付孔をさらに備え、前記無線通信器は、複数の脚部を備え、および、該複数の脚部の先端部は、前記支持部材の前記底部の前記取付孔に螺合されている、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  3. 前記回転子は、複数の締結部材を利用して、前記支持部材の軸方向内側部に固定されている、請求項１または２に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  4. 前記ハブは、軸方向外側部の内径側にアウタ凹部を、および、該アウタ凹部と前記インナ凹部との間に隔壁部をさらに備え、前記貫通孔は該隔壁部に備えられている、請求項１〜３のいずれかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  5. 前記外輪の軸方向内端開口を塞ぐカバーをさらに備え、該カバーのうち、少なくとも前記無線通信器と軸方向に対向する部分が、電波透過性を有する材料からなる、請求項１〜４のいずれかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  6. 前記固定子と前記回転子とが、径方向のエアギャップを介して対向している、請求項１〜５のうちのいずれかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
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