JP6997571B2 - 発電機付き車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車等の車両の従動輪または駆動輪内に設置されて発電を行い、あるいはさらに駆動の補助を行う機能を備えた発電機付き車輪用軸受装置に関する。

車輪内部にモータを組み込んだインホイールモータは、駆動力の援助およびブレーキ時の発電により、自動車の燃費改善に貢献している。例えば特許文献１には、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として、ハブ部に中空円筒状のプレートを介してモータのロータを設置し、前記モータのステータを、緩衝機構を介して車両の足回りフレーム部品に取付けたものが提案されている。

特開２００５-３３３７０６号公報

しかしながら、大出力のモータをホイール内に納めることは難しく、また車輪周りの構成部品も従来品から変更しなければならなかった。特許文献１のシステムでは、ブレーキディスクが環状のモータの内径側に位置するため、ブレーキキャリパがモータに干渉するなど、ブレーキの設置が困難であった。

そこで、この問題を解決すべく、図８に示すように、寸法が小さく、車輪周りの構成部品、ホイール内に収納可能な発電機付き車輪用軸受を試案した。この試案例の発電機付き車輪用軸受装置は、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂの内周以内に収められる。懸架装置を構成する足回りフレーム部品（例えばナックル）３０に、車輪用軸受２の外輪４を介して、発電機３のステータ１８が固定される。一方、ロータ１９は、ロータケース１５を介して車輪用軸受２の内輪５のハブフランジ５ａに取り付けられ、ステータ１８の周りを回転する。発電機３は、モータを兼用し、ステータ１８とロータ１９間のエアギャップＧ１は、例えは０．３mm～１．０mm程度である。
この車輪用軸受２と一体化された発電機３によって、ブレーキ時の発電によるエネルギーの回収、および自動車駆動時の走行援助が行われる。

同試案例の発電機付き車輪用軸受装置は、ブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径であって、車輪用軸受２の外周に配置されるため、ホイール内に収納でき、車輪周りの構成部品もそのまま利用できる利点がある。しかし、発電機３の直径が制限されるため、発電機３の出力が小さい。そのため、ブレーキ動作時の電力回収による燃費改善効果が小さく、近年の自動車業界での燃費改善への高まりから、発電機出力をさらに大きく向上されることが望まれる。

これを解決する対策として、以下２つの案がある。
・発電機３のロータ１９とステータ１８間での磁束ロスを減らすため、ロータ１９とステータ１８間のエアギャップＧ１を小さくする。
・発電機３の体積を大きくするために、発電機３の長さを車輪の回転軸方向に伸ばす。
図９は、図８の例において、固定部材３１を介して軸受外輪４を足回りフレーム部品３０に取り付けることで、ハブフランジ５ａと足回りフレーム部品３０との間の距離を長くして発電機３の軸方向長さを長くし、かつ、図８のエアギャップＧ１を小さくした例である。

しかしながら、前記エアギャップＧ１を小さくした場合、発電機３のロータ１９、ステータ１８、ロータケース１５の組み立て精度が高く要求され、また縁石等への乗り上げ等の突発的に発生する車輪への過負荷により、車輪用軸受１のハブフランジ５ａの変形（図９の例）や、ロータケース１５の取り付け状態の変形（図１０の例）が発生した場合、これら図９，図１０に示すように、ロータ１９とステータ１８とが接触することがある。Ｔは、その接触部を示す。このような接触が繰り返し生じると、発電機３の耐久性に影響を与える懸念がある。図９，図１０の例のように、発電機３の長さを車輪の回転軸方向に伸ばした場合、ロータ１９等の僅かな角度の変形が接触に繋がるため、上記接触の問題はより発生し易くなる。

この発明は、上記課題を解消するものであり、車輪周りの構成部品の大きな変更を伴うことなく、ホイール内に収納可能で、かつできるだけ発電機のエアギャップの幅狭化や軸方向の寸法増大を図っても、車輪への過負荷時のハブフランジおよび発電機の変形によるロータとステータ間の接触を避けることができる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。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、車両の足回りフレーム部品に取付けられる固定輪、およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記足回りフレーム部品から遠い方の端部にハブフランジを有する回転輪を備える車輪用軸受と、前記固定輪に取付けられたステータおよび前記回転輪に取付られたロータを有する発電機とを備え、この発電機が、前記ハブフランジに取付けられたブレーキロータにおけるブレーキキャリパが押しつけられる部分となる外周部よりも小径である発電機付き車輪用軸受装置であって、
前記発電機の前記足回りフレーム部品側の端部に保護用軸受が有り、
この保護用軸受の内輪内周面または外輪外周面のうち一方の面は、前記足回りフレーム部品および前記発電機の前記ロータと一体で回転する回転部材のいずれか一方の部品に対して固定され、前記保護用軸受の外輪外周面または内輪内周面のうち他方の面は、前記回転部材および前記足回りフレーム部品のうちの他方の部品に対してすきまを介して対向し、このすきまの径方向寸法は、前記発電機の前記ロータとステータ間のエアギャップの径方向寸法よりも小さい、
ことを特徴とする。

この構成によると、発電機が車輪用軸受の外周に配置され、かつブレーキロータにおけるブレーキキャリパが押しつけられる部分となる外周部よりも小径であるため、車輪周りの構成部品の大きな変更を伴うことなく、ホイール内に収納可能である。
また、保護用軸受を設け、この保護用軸受は、通常は、ロータと一体で回転する回転部材または足回りフレーム部品に接触せず、そのすきまが発電機のロータとステータ間のエアギャップよりも小さいため、車両が縁石等の障害物へ乗り上げるなどの不測の発生時に、車輪への過負荷が生じて、ハブフランジや発電機の変形が生じても、ロータとステータとが接する前に保護用軸受と前記回転部材間が接触することで、ロータとステータとが接することが防止される。そのため、発電機のロータとステータとが接することによる耐久性低下の影響が防止される。また、保護用軸受は回転支持できるため、回転動作が維持され、車輪の回転動作に影響を与えることがない。

この発明において、前記発電機は、発電専用であってもよいが、モータで構成されて回生制動により発電を行い、給電されることで回転駆動を行う構成であってもよい。
モータとして構成されることで、車両の走行の補助の駆動が行える。この場合に、前記車輪への過負荷の発生時に、前記ロータとステータとの接触の問題を生じることなく、ロータとステータ間の隙間を小さくし、また軸方向寸法をできるだけ大きくして補助の駆動力を大きく得ることができる。

この発明において、前記発電機は、この発電機の前記ロータが前記ステータの外周側で回転するアウターロータ型であってもよい。
アウターロータ型であると、モーメント発生位置が外径側となるため、インナーロータ型よりも効率が良い。

この発明において、前記保護用軸受が玉軸受またはころ軸受等の転がり軸受であってもよい。 転がり軸受であると、接触時の回転抵抗が小さい。

この発明において、前記保護用軸受がすべり軸受であってもよい。 すべり軸受であると、保護用軸受が簡素な構成とできる。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、車両の足回りフレーム部品に取付けられる固定輪、およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記足回りフレーム部品から遠い方の端部にハブフランジを有する回転輪を備える車輪用軸受と、前記固定輪に取付けられたステータおよび前記回転輪に取付られたロータを有する発電機とを備え、この発電機が、前記ハブフランジに取付けられたブレーキロータにおけるブレーキキャリパが押しつけられる部分となる外周部よりも小径である発電機付き車輪用軸受装置であって、
前記発電機の前記足回りフレーム部品側の端部に保護用軸受が有り、この保護用軸受の内輪内周面または外輪外周面のうち一方の面は、前記足回りフレーム部品および前記発電機の前記ロータと一体で回転する回転部材のいずれか一方の部品に対して固定され、前記保護用軸受の外輪外周面または内輪内周面のうち他方の面は、前記回転部材および前記足回りフレーム部品のうちの他方の部品に対してすきまを介して対向し、このエアギャップの径方向寸法は、前記発電機の前記ロータとステータ間のすきまの径方向寸法よりも小さいため、車輪周りの構成部品の大きな変更を伴うことなく、ホイール内に収納可能で、かつできるだけ発電機のエアギャップの幅狭化や軸方向の寸法増大を図っても、車輪への過負荷時のハブフランジおよび発電機の変形によるロータとステータ間の接触を避けることができる。

この発明の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置の断面図である。 図１のII部の拡大断面図である。 同発電機付き車輪用軸受装置の側面図である。 同発電機付き車輪用軸受装置の保護軸受接触時の状態を示す断面図である。 同発電機付き車輪用軸受装置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。 同車両用システムを搭載した車両の一例となる電源系統図である。 同発電機付き車輪用軸受装置を用いた他の車両用システムの概念の説明図である。 試案例に係る発電機付き車輪用軸受装置の断面図である。 他の試案例に係る発電機付き車輪用軸受装置のロータ接触状態を示す断面図である。 同試案例に係る発電機付き車輪用軸受装置の他の形態のロータ接触状態を示す断面図である。

この発明の一実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置を図１～図４と共に説明する。 図１に示すように、この発電機付き車輪用軸受装置１は、車輪用軸受２と、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、回転輪である内輪５とを有する。外輪４に複列の転動体６を介して内輪５が回転自在に支持されている。内外輪５，４間の軸受空間には、グリースが封入されている。転動体６は、鋼材が用いられるが、セラミック製であってもよい。内輪５は、外輪４よりも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５ａを有する。外輪４は、ハブフランジ５ａとは反対側（インボード側）の端部である車体取り付け面４ｄ において、ナックル等の足回りフレーム部品３０に、固定部材３１を介して図示外のボルトで取付けられ、車体の重量を支持する。なおこの明細書において、発電機付き車輪用軸受装置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。

ハブフランジ５ａのアウトボード側の側面には、車輪のリム（図示せず）とブレーキロータ１２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。前記リムの外周にタイヤが取付けられている。
この例の外輪４は、各軌道面が形成された外輪本体４ａと、この外輪本体４ａの外周面に固定された円環状の外輪外周体４ｂとを有する。
外輪外周体４ｂは、円筒状の部材であって、内周面における軸方向中央よりもインボード側に位置決め突条４ｃａを有し、かつアウトボード側端に止め輪溝３２を有する。外輪本体４ａは、位置決め突条４ｃａにインボード側の端面が当接した状態で、前記止め輪溝３２に嵌合する止め輪３３により、外輪外周体４ｂに対して軸方向に位置決めされている。固定部材３１は、段差形状の嵌合凹部３１ａを中心に有する環状の部品であり、この嵌合凹部３１ａに外輪外周体４ｂのインボード側端が嵌合して外輪４が固定部材３１に固定されている。固定部材３１は、前記足回りフレーム部品３０に固定されている。固定部材３１を用いることで、ハブフランジ５ａと足回りフレーム部品３０との間の距離を長くし、
発電機３の軸方向長さを長くすることを可能としている。
なお、外輪４は、外輪本体４ａおよび外輪外周体４ｂが一体に形成された一部品であってもよい。また、固定部材３１は、外輪外周部品４ｂの一部として構成されていてもよく、足回りフレーム部品３０の一部として構成されていてもよい。

＜ブレーキ１７について＞
ブレーキ１７は、ディスク式のブレーキロータ１２と、ブレーキキャリパ１７ａ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５ａ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から外輪４の外周側へ延びる。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とを有し、この平板部１２ｂｂが前記ブレーキキャリパ１７ａに接する。

前記ブレーキキャリパ１７ａは、ブレーキロータ１２の平板部１２ｂｂを挟み付ける摩擦パッド１７ａａを有する。前記ブレーキキャリパ１７ａは、前記足回りフレーム部品３０に取付けられている。前記ブレーキキャリパ１７ａは、油圧式および機械式のいずれであってもよく、またモータ式であってもよい。

＜発電機３について＞
この例の発電機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モータである。発電機３は、外輪４の外周面に取付けられたステータ１８と、ロータ１９とを有する。ロータ１９は、外周部が、ロータ１９の磁性体及び磁石からなるロータ本体の外周を覆うロータケース１５で構成される。ロータケース１５は、この例では円筒状に形成されてブレーキロータ１２の内周に固定され、ブレーキロータ１２がハブフランジ５ａに取付けられることによって、ハブフランジ５ａに取付けられる。 発電機３は、ロータ１９がステータ１８の半径方向外方に位置するアウターロータモータである。図示の例の発電機３は、アウターロータ型のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet ）同期モータである。ロータ１９は、内部の構成についての図示は省略するが、円筒状の磁性体とこの磁性体の円周方向複数箇所に並ぶ永久磁石となる。なお、発電機３は同期モータであってもよい。同期モータにおいては、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。

ロータケース１５のインボード側端には、回転部材２０が取付けられている。回転部材２０は、ロータケース１５のインボード側端内周側に印籠継手状の嵌合部分によって固定されている。回転部材２０は、ロータ１９の一部として構成されていてもよい。

ステータ１８は、コア１８ａと、このコア１８ａの内周に円周方向に並ぶ各ティースに巻回されたコイル１８ｂとを有する。外輪外周体４ｂにおけるアウトボード側の外周面に、半径方向外方に延びるフランジ部４ｂａが設けられていて、このフランジ部４ｂａに、コア１８ａのアウトボード側端が当接することで、外輪４に対しステータ１８が軸方向に位置決めされる。

＜保護用軸受３４について＞
上記構成の発電機付き車輪用軸受装置において、発電機３の前記足回りフレーム部品３０側の端部に保護用軸受３４が設けられている。この保護用軸受３４は、図２に拡大して示すように、内輪３４ａの内周面が足回りフレーム部品３０に対して固定される。内輪３４ａは、図示の例では前記固定部品３１に、内周が圧入またはすきま嵌めで固定される。外輪３４ｂの外周面は、発電機３のロータ１９と一体に回転する前記回転部材２０に通常時は接触せず、前記回転部材２０とすきまＧ２を介して対向する。このすきまＧ２の径方向寸法は、発電機３のロータ１９とステータ１８間のエアギャップＧ１の径方向寸法よりも小さい。エアギャップＧ１は、例えば０．３～１．０mm 程度とされ、この場合に前記すきまＧ２は、例えば０．２～０．３mmとされる。

保護用軸受３４には、この例では深溝玉軸受等の玉軸受が用いられている。保護用軸受３４は、この他に、円筒ころ軸受や円すいころ軸受等のころ軸受であってもよく、また滑り軸受であってもよい。
また、保護用軸受３４は、この例では内輪３４ａの内周面を足回りフレーム部品３０に対して固定したが、外輪３４ｂの外周面を回転部材２０の内周面に固定し、内輪３４ａの内周面を足回りフレーム部品３０に設けられた円筒面状の外周面（例えば図２における固定部材３１の外周面）と前記すきまＧ２を介して対向するようにしてもよい。

＜作用効果＞
以上説明した発電機付き車輪用軸受装置１によれば、発電機３が車輪用軸受２の外周に配置され、かつブレーキロータ１２におけるブレーキキャリパ１２ｂが押しつけられる部分となる外周部１２ｂｂよりも小径であるため、車輪周りの構成部品の大きな変更を伴うことなく、ホイール内に収納可能である。また、発電機３のロータ１９が、車輪用軸受２の回転輪である内輪５に取付けられたダイレクトドライブ形式であり、減速機を備えないため、発電機３の構成が簡易で省スペースで済み、車両重量の増加も抑えられる。発電機３の構成が簡易な分コスト低減を図れる。車両重量の増加が抑えられるため、燃費の低減を図れる。

特に、保護用軸受３４を設け、この保護用軸受３４は、通常は、発電機３のロータ１９と一体で回転する回転部材２０に接触せず、そのすきまＧ２を発電機３のロータ１９とステータ１８間のエアギャップＧ１よりも小さくしたため、車両が縁石等の障害物へ乗り上げるなどの不測の発生時に、車輪への過負荷が生じて、ハブフランジ５ａや発電機３の変形が生じても、ロータ１９とステータ１８とが接する前に保護用軸受３４と前記回転部材２０間が接触することで、ロータ１９とステータ１８とが接することが防止される。そのため、発電機３のロータ１９とステータ１８とが接することによる耐久性低下の影響が防止される。保護用軸受３４は回転支持できるため、回転動作が維持され、車輪の回転動作に影響を与えることがない。

発電機３は、ロータ１９がステータ１８の半径方向外方に位置するアウターロータモータであるため、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よい。

＜車両用システムについて＞
図５は、前記実施形態の発電機付き車輪用軸受装置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、発電機付き車輪用軸受装置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２において、従動輪１０Ｂに対して搭載される。発電機付き車輪用軸受装置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（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とを有するハイブリッド車（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電動発電機である発電機３と、この発電機３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。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。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。
発電機３は、ハブ輪である内輪５（図１）にロータ１９（図１）が取付けられているため、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付加することで回生電力が得られる。

＜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、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、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、補助動力装置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６は、図５に示した車両用システムを搭載した車両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。発電機３は二つあるが、代表して一つで図示している。図５の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図６では図示を省略しているが、従動輪側の発電機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、前記駆動輪側の発電機３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１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が、従動輪１０Ｂ内に収まるこの車両用システムの発電機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。この実施形態の車両用システムを搭載した車両に、図５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７は、前記実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置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、発電機付き車輪用軸受装置１が設置されている。このように発電機付き車輪用軸受装置１を、従動輪１０Ｂだけでなく、駆動輪１０Ａにも適用し得る。

図５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。この場合、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、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。

なお、前記実施形態は、発電機３をアウターロータ型としたが、この発明は、発電機３が、ロータがステータの内周側で回転するインナーロータ型である場合にも適用することができる。また、前記実施形態では発電機３をモータとしたが、発電専用であってもよい。

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。

２…車輪用軸受
３…発電機
４…外輪（固定輪）
５…内輪（回転輪）
５ａ…ハブフランジ
６…転動体
７…ハブフランジ
１２…ブレーキロータ
１５…ロータケース
１８…ステータ
１９…ロータ
２０…回転部材
３０…足回りフレーム部品
３１…固定部材
Ｇ１…エアギャップ
Ｇ２…すきま

Claims (6)

1. 車両の足回りフレーム部品に取付けられる固定輪、およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記足回りフレーム部品から遠い方の端部にハブフランジを有する回転輪、を備える車輪用軸受と、前記固定輪に取付けられたステータおよび前記回転輪に取付けられたロータを有する発電機とを備え、この発電機が、前記ハブフランジに取付けられたブレーキロータにおけるブレーキキャリパが押しつけられる部分となる外周部よりも小径である発電機付き車輪用軸受装置であって、
   前記発電機の前記足回りフレーム部品側の端部にのみ保護用軸受が有り、
   この保護用軸受の内輪内周面または外輪外周面のうち一方の面は、前記足回りフレーム部品および前記発電機の前記ロータと一体で回転する回転部材のいずれか一方の部品に対して固定され、前記保護用軸受の外輪外周面または内輪内周面のうち他方の面は、前記回転部材および前記足回りフレーム部品のうちの他方の部品に対してすきまを介して対向し、このすきまの径方向寸法は、前記発電機の前記ロータとステータ間のエアギャップの径方向寸法よりも小さい、
   ことを特徴とする発電機付き車輪用軸受装置。
2. 請求項１に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記発電機は、モータで構成されて回生制動により発電を行い、給電されることで回転駆動を行う発電機付き車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記発電機は、この発電機の前記ロータが前記ステータの外周側で回転するアウターロータ型である発電機付き車輪用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記保護用軸受が玉軸受である発電機付き車輪用軸受装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記保護用軸受がころ軸受である発電機付き車輪用軸受装置。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発電機付き車輪用軸受装置において、前記保護用軸受がすべり軸受である発電機付き車輪用軸受装置。

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