JP7025176B2

JP7025176B2 - 車両用動力装置

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Publication number: JP7025176B2
Application number: JP2017200781A
Authority: JP
Inventors: 康之藤田; 光生川村; 雄司矢田; 健太郎西川; 浩希藪田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: JP2019073170A; WO2019078217A1

Description

この発明は、車両用動力装置に関し、車輪用軸受の車体への取付構造を大きく変えることなく、車輪用軸受内の発電機の実装空間を大きく確保することができる技術等に関する。

図１０～図１２に示すように、インホイールモータを有しない一般的な車輪用軸受は、外輪６０と一体に設けられた取付用フランジ６０ａを備え、この取付用フランジ６０ａがナックル６１に取付けられる。前記取付用フランジ６０ａは、車体外側（アウトボード側）からナックル６１と当接し、前記ナックル６１と車体内側（インボード側）から挿通されたボルト６２により締結される。車輪用軸受は、車両メーカにより取り付けられるため、組み付け性の良さが求められる。

一般的なナックルへの取付用フランジ構造を備えた車輪用軸受が開示されている（特許文献１）。この車輪用軸受では、ナックル面からボルトで締結し、車体より外側に車輪用軸受の取付用フランジを保持する。

車輪の中にモータを組み込むインホイールモータ構造（特許文献２，３）は、モータを動作させるインバータおよび電池を車体に搭載する必要があるものの、動力ユニットを車体内に搭載する必要がない。このため、車体容積を占有することなく車両に動力を付与でき、車体設計の自由度も高い。しかしながら、モータ出力はモータ体積と比例するため、大きな出力トルクを得るためにはモータを大きくするか、減速機構等が必要となる。モータ体積が大きいものまたは減速機構を有するインホイールモータはホイール内に収めることが難しく、従来と同様の車輪用軸受の懸架装置を使うことができず、車体の足回りの構造変更が避けられない。

特許第４３０６９０３号公報特許第４６９４１４７号公報特許第４７２４０７５号公報

車輪用軸受とブレーキロータ内に収まるインホイールモータのみで車体の動力を賄うにはモータ体積が小さい。このため、出力トルクを増大するために減速機構を備える必要またはモータサイズを大きくする必要がある。しかし、大きなモータをホイール内に収めることは難しく、特にモータを軸方向に大きくした場合、一般的な車輪用軸受の固定方法のようなナックル面とフランジ面をボルトで締結する方法を用いることができず、車体の足回りの構造変更が避けられない（特許文献２，３）。

一方、内燃機関等の他の動力機構を主動力手段とするハイブリッドシステムの動力補助システムとしてインホイールモータを搭載することが考えられる。この場合、インホイールモータのみで車体の動力を賄う必要はなく、車両の走行状態または主動力手段の状態に合わせてインホイールモータを駆動、回生制動・充電することで、省燃費化および車両の動力性能の向上を図ることができる。その際、下記の課題が挙げられる。

・制限された空間における出力トルクの高出力化
・一般的な車輪用軸受と同等の実装性
・一般的な車輪用軸受とナックル周辺の設計の共通化

この発明の目的は、一般的な車輪用軸受と同等の組み付け性を有し、車輪用軸受の車体への取付構造を大きく変えることなく、発電機の実装空間を大きく確保することができる車両用動力装置を提供することである。

この発明の車両用動力装置は、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、
この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置において、
前記ステータおよび前記ロータの一部または全部が、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、且つ、前記発電機におけるハブフランジへの取付部を除く全体が、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との間の軸方向範囲に位置し、
前記固定輪に対する前記回転輪の回転角度または回転速度を検出する回転検出器を備え、この回転検出器が前記ステータの中空内部に位置する。

この構成によると、発電機のロータが、車輪用軸受の回転輪に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、車両用動力装置全体の部品点数が少なく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。

ステータおよびロータの一部または全部が、ブレーキロータの外周部よりも小径であり、且つ、発電機におけるハブフランジへの取付部を除く全体が、ハブフランジと、足回りフレーム部品のアウトボード側面との間の軸方向範囲に位置する。このため、ブレーキロータ内に発電機を設置するスペースを確保してこの発電機をコンパクトに収めることができる。

さらに、回転輪の回転角度または回転速度を検出する回転検出器がステータの中空内部に位置するため、ステータの軸方向端側に回転検出器を設ける構成等に比べて、所望の発電機の出力を確保しつつ装置全体を軸方向にコンパクト化することができる。また、車両用動力装置内において、発電機を収容すべき許容される空間内でステータとロータの軸方向長さを最大限に大きくし、ロータとステータとが対向する面積を増やすことで、発電機の出力の最大化を図ることができる。これにより、この車両用動力装置の足回りフレーム部品への固定方法として、一般的な車輪用軸受と同様にボルトで固定するような設計が可能となり、車両側の足回りフレーム部品のアウトボード側面の設計が、発電機を持たない車両と同様にすることができる。

前記発電機は、前記車輪を回転駆動可能な電動発電機であってもよい。従来の内燃機関等を搭載した車両に、前記電動発電機を備えた車両用動力装置を搭載する場合、電動発電機による動力アシストにより燃費低減することができる。

前記発電機は、前記ステータが前記車輪用軸受の外周に位置し、前記ロータが前記ステータの半径方向外方に位置するアウターロータ型であってもよい。この場合、インナーロータ型よりもロータとステータとが対向する面積を増やすことができる。これにより、限られた空間内で出力トルクを最大化することが可能となる。

前記車輪用軸受と前記足回りフレーム部品のアウトボード側面との間に、前記回転検出器が配置されてもよい。この場合、回転検出器が車両用動力装置全体のインボード側に位置することから、この車両用動力装置を足回りフレーム部品から取り外した状態で、回転検出器を着脱自在にすることが容易である。また回転検出器が例えばハブフランジ近傍に設置される構造等よりも、回転検出器からインボード側に延びる配線の長さを短くすることができる。これによりコスト低減を図れる。

前記車輪用軸受は、軸方向に並ぶ二個の軸受部を備え、前記二個の軸受部の間に、前記回転検出器が配置されてもよい。この場合、二個の軸受部の間の空間を活用して回転検出器を配置することができる。また回転検出器を車輪用軸受に直接設置することが可能となるため、回転検出器を保持する部品等を低減することが可能となる。したがって、構造を簡略化でき、製造コストの低減を図れる。

前記回転検出器は、前記発電機の制御に使用されるものであってもよい。この場合、回転検出器で検出される回転輪の回転速度に応じて、従動輪に動力補助または回生制動を行うことにより、車両の走行性能、制動性能、燃料消費量等の車両性能を向上させることが可能となる。

前記車両がアンチロックブレーキシステムを備え、前記回転検出器は、アンチロックブレーキシステムの制御に使用されるものであってもよい。

この発明の車両用動力装置は、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、この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置において、前記ステータおよび前記ロータの一部または全部が、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、且つ、前記発電機におけるハブフランジへの取付部を除く全体が、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との間の軸方向範囲に位置し、前記固定輪に対する前記回転輪の回転角度または回転速度を検出する回転検出器を備え、この回転検出器が前記ステータの中空内部に位置する。このため、一般的な車輪用軸受と同等の組み付け性を有し、車輪用軸受の車体への取付構造を大きく変えることなく、発電機の実装空間を大きく確保することができる。

この発明の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。同車両用動力装置の側面図である。同車両用動力装置の正面図である。図１のIV-IV線断面図である。同車両用動力装置の中間部材をナックル側から見た斜視図である。この発明の他の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。同車両用動力装置の正面図である。いずれかの車両用動力装置を備えた車両の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。従来例の車輪用軸受等の断面図である。同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを分解した側面図である。同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを分解した斜視図である。

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５と共に説明する。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、電動機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。外輪４と内輪５との間の軸受空間には、グリースが封入されている。内輪５は、ハブ輪５ａと、このハブ輪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５ａ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、車輪のリム（図示せず）とブレーキロータ１２とケース底部１１（後述する）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。

＜ブレーキについて＞
図２および図３に示すように、ブレーキは、ディスク式のブレーキロータ１２と、ブレーキキャリパＫｐとを備える摩擦ブレーキである。図１は、図３のI-I線断面図である。
図１に示すように、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にケース底部１１を介して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とを有する。

ブレーキキャリパＫｐ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を有する。ブレーキキャリパＫｐは、車両における足回りフレーム部品であるナックル８に取付けられている。ブレーキキャリパＫｐ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＞
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、回転ケース１５と、ステータ１８と、ロータ１９とを有する。回転ケース１５は、ハブフランジ７に取付けられ、ロータ１９およびステータ１８を覆う。電動発電機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型である。

この電動発電機３は、ステータ１８およびロータ１９の全部がブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径である。さらに電動発電機３におけるハブフランジ７への取付部を除く全体が、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Ｌ１に位置する。
電動発電機３は、アウターロータ型のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＩＰＭＳＭ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）である。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。

回転ケース１５は、有底円筒状のケース本体１６から成り、ケース本体１６は、ケース底部１１と、ケース円筒状部２５とを有する。これらケース底部１１と、ケース円筒状部２５とは一体もしくは別体で形成されている。ケース底部１１は、ブレーキロータ１２の平板状部１２ａ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。このケース底部１１の外周縁部からインボード側にケース円筒状部２５が円筒状に延びる。

ケース円筒状部２５の内周面には、アウトボード側からインボード側に順次、小径部、中径部および大径部が設けられている。図４に示すように、ロータ１９は、ケース円筒状部２５の前記中径部に圧入などにより設けられる磁性体１９ａと、この磁性体１９ａに内蔵される複数の永久磁石１９ｂとを備える。
図１に示すように、ケース円筒状部２５のうち、前記小径部と前記中径部とを繋ぐ段差部に、ロータ１９のアウトボード側端が当接することで、回転ケース１５に対しロータ１９が軸方向に位置決めされる。

ステータ１８は、外輪４の外周面にステータ保持部材２４を介して取付けられている。図１および図４に示すように、ステータ１８は、コア１８ａと、このコア１８ａの各ティースに巻回されたコイル１８ｂとを有する。コイル１８ｂは配線１７（図１）に接続されている。
図１に示すように、ステータ保持部材２４は、ステータ１８の内周面およびアウトボード側端面に接してこのステータ１８を保持する。ステータ１８は、例えば、ステータ保持部材２４に対し、圧入またはボルト締結などにより回転方向および径方向に固定されている。さらにステータ保持部材２４は、外輪４の外周面に圧入またはボルト締結などにより固定されている。

ステータ保持部材２４とナックル８はボルト２０により締結される。ステータ保持部材２４のインボード側端面とナックル８のアウトボード側面との間に、ユニットカバー２２のカバー立板部２２ａが介在されている。
図５に示すように、中間部材であるステータ保持部材２４のうち、インボード側（ナックル面側）の端面には、コイル１８ｂ（図１）の結線を、このステータ保持部材２４の外径側から内径側へ通す連通孔２４ｃが円周方向に複数（この例では六つ）設けられている。例えば、ステータ保持部材２４におけるインボード側の端面に、円周等配の切欠きを設けることで、複数の連通孔２４ｃが形成される。なお複数の連通孔２４ｃは、円周等配である必要なく、また一般的にＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三線から成る配線１７（図１）を通す連通孔であればよい。図１に示すように、ナックル８には、ユニットカバー２２における円筒部２２ｂの外周面の挿入を許す貫通孔８ｂが形成され、この貫通孔８ｂの周囲に、複数のボルト２０の挿通孔（図示せず）が形成されている。

図１および図５に示すように、ステータ保持部材２４には、軸方向に延びる雌ねじ２４ｄが円周等配に複数（この例では６つ）形成されている。カバー立板部２２ａには、前記各雌ねじ２４ｄと同位相の貫通孔（図示せず）が形成されている。各ボルト２０は、ナックル８のインボード側から同ナックル８の前記挿通孔に挿通され、カバー立板部２２ａの貫通孔を通して、ステータ保持部材２４の各雌ねじ２４ｄに螺合されている。

＜シール構造について＞
図１に示すように、回転ケース１５とナックル８のアウトボード側面との間には、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。シール部材２３は、互いに対向する環状のシール板２３ａおよび弾性シール部材２３ｂを有する。回転ケース１５のケース円筒状部２５における前記大径部およびこの端面に、環状のロータ端リング部材２６がボルトにより固定されている。ロータ端リング部材２６と、ナックル８のアウトボード側面８ａとの間には、アキシアルすきまが形成されている。

ロータ端リング部材２６のインボード側の内周面に、半径方向外方に凹む環状凹みが形成され、この環状凹みにシール部材２３の弾性シール部材２３ｂが圧入嵌合されている。カバー立板部２２ａの外周面に、シール部材２３のシール板２３ａが圧入嵌合されている。シール板２３ａは、カバー立板部２２ａの外周面に嵌合する円筒部と、この円筒部のインボード側の端部から半径方向外方に立ち上がる立板部とを含む断面Ｌ字状の金属製とされる。

なおロータ端リング部材２６の外周面に環状溝が形成され、この環状溝にＯリングが設けられている。このＯリングにより、回転ケース１５の端部内周面とロータ端リング部材２６との接触面を密封している。このロータ端リング部材２６は、磁性体１９ａ（図４）に内蔵される永久磁石１９ｂ（図４）の軸方向についての位置決め部材を兼ねる。

弾性シール部材２３ｂは、例えば、環状の芯金に弾性体を固着したものである。前記芯金は、ロータ端リング部材２６の環状凹みに嵌合する円筒部と、この円筒部のアウトボード側の端部から半径方向内方に立ち下がる立板部とを有し、前記シール板２３ａと軸方向に対向する断面逆Ｌ字状とされている。前記弾性体は、前記芯金の内側を覆って設けられたものであり、複数のサイドリップと、複数のラジアルリップとを有する。各サイドリップは、前記芯金の立板部から斜め外径側へ延びて、一部のサイドリップの先端がシール板２３ａの立板部に接する。各ラジアルリップは、芯金の立板部の先端から斜め内径側へ延びて、先端がシール板２３ａの円筒部に接する。

＜回転検出器等について＞
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、ステータ１８の中空内部に位置する。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に連結しているステータ１８に対する内輪５に連結しているロータ１９の回転角度を検出する。回転検出器２７は、後述する被検出部保持部材２８等に取付けられた被検出部２７ａと、ステータ保持部材２４の内周面に取付けられて前記被検出部２７ａを検出するセンサ部２７ｂとを有する。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。回転角度からは容易に回転速度を算出することができ、算出した回転速度は電動発電機３の制御やアンチロックブレーキシステム（図示せず）に使用してもよい。なおシステムの構成により、回転速度または回転角度のいずれか一方または両方が必要となる。例えば、電動発電機３のトルク制御（電流制御）を行う場合は回転角度と回転速度の両方が必要となり、消費電力、回生電力を算出するにはトルクと回転速度が必要である。アンチロックブレーキシステムは回転速度が必要である。

ステータ保持部材２４の内周面には、外輪４のインボード側端が当接する段差が形成されている。このステータ保持部材２４の内周面には、前記段差がある箇所から半径方向内方に所定小距離突出するフランジ部が設けられている。センサ部２７ｂは、ステータ保持部材２４の内周面にセンサ部固定部材２９を介して取付けられている。センサ部固定部材２９は、センサ部固定用リング、センサ部保持部および複数（この例では４本）のボルト６３を備える。

前記センサ部固定用リングは、センサ部２７ｂを軸方向に位置決めするリング状部材であり、ステータ保持部材２４の内周面に嵌合され、且つ、前記フランジ部のインボード側面に当接するように配置される。前記センサ部固定用リングの内周面には、センサ部２７ｂの外周面から半径方向外方に突出する突出部を嵌合固定する環状凹みが形成されている。センサ部固定用リングにおける、環状凹みを成す段差に、前記突出部のアウトボード側端が当接することで、ステータ保持部材２４に対しセンサ部２７ｂが軸方向に位置決めされる。センサ部２７ｂの配線２７ｂａは、センサコネクタ６４に接続されている。

前記センサ部保持部は、センサ部２７ｂを軸方向に保持する環状部材であり、円筒部と、この円筒部のアウトボード側の端部から半径方向外方に立ち上がる立板部とで断面Ｌ字状に形成されている。センサ部２７ｂの突出部におけるインボード側端を前記立板部に当接し、ボルト６３を前記立板部およびセンサ部固定用リングを通して前記フランジ部の雌ねじに螺合することで、センサ部２７ｂがステータ保持部材２４に固定される。

すなわち前記センサ部固定用リングおよび前記センサ部保持部の立板部には、ボルト挿通孔が円周方向一定間隔おきに形成されている。ステータ保持部材２４のフランジ部には、各ボルト挿通孔と同位相に前記雌ねじが形成されている。各ボルト６３は、インボード側から前記立板部および前記センサ部固定用リングの各ボルト挿通孔に挿通され、前記フランジ部の雌ねじに螺合されている。なおステータ保持部材２４の内周面に、センサ部２７ｂを直接圧入等により固定してもよい。

被検出部保持部材２８は、ハブ輪５ａのインボード側端にこのハブ輪５ａに同軸に螺合されている。被検出部保持部材２８の軸方向中間付近部には、部分内輪５ｂのインボード側端に当接するフランジ部が設けられている。被検出部保持部材２８のアウトボード側に位置する雄ねじを、ハブ輪５ａの雌ねじに螺合することで、部分内輪５ｂのインボード側端に前記フランジ部が当接し、ハブ輪５ａに部分内輪５ｂが強固に固定される。

被検出部保持部材２８の外周面のうち、前記フランジ部よりもインボード側に、大径部と小径部が設けられている。被検出部保持部材２８のインボード側端に前記雌ねじと同軸に雌ねじが形成されている。被検出部保持部材２８の小径部に、被検出部２７ａの内周面が嵌合されると共に、被検出部保持部材２８の段差部に被検出部２７ａのアウトボード側端が当接するようになっている。被検出部保持部材２８の雌ねじに被検出部固定用リング６５が螺合され、この被検出部固定用リング６５のフランジ部を被検出部２７ａのインボード側端に当接することで、被検出部２７ａが被検出部保持部材２８に保持され固定される。なお被検出部保持部材２８に被検出部２７ａを圧入嵌合して固定してもよい。

＜配線類等＞
ユニットカバー２２の円筒部２２ｂのインボード側端には、このインボード側端を覆うコネクタカバー６６が複数のボルトにより着脱自在に取付けられている。このコネクタカバー６６に、いわゆるパネルマウント型のパワー線用コネクタ６７を介して、この電動発電機３の配線１７が支持されている。コネクタカバー６６には、パネルマウント型のセンサコネクタ６４も支持されている。

＜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２が、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ため、電動発電機３が簡易で省スペースで済むことから、車体の足回りの構造等を変更することなく、この電動発電機３を従動輪に簡単に設置し得る。
電動発電機３のロータ１９が、車輪用軸受２の内輪５に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、電動発電機３の部品点数が少なく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。

ステータ１８およびロータ１９の全部がブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径で、且つ、電動発電機３におけるハブフランジ７への取付部を除く全体が、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Ｌ１に位置する。このため、ブレーキロータ１２内に電動発電機３を設置するスペースを確保してこの電動発電機３をコンパクトに収めることができる。

さらに回転検出器２７がステータ１８の中空内部に位置するため、ステータの軸方向端側に回転検出器を設ける構成等に比べて、所望の電動発電機３の出力を確保しつつ装置全体を軸方向にコンパクト化することができる。また、車両用動力装置内において、電動発電機３を収容すべき許容される空間内でステータ１８とロータ１９の軸方向長さを最大限に大きくし、ロータ１９とステータ１８とが対向する面積を増やすことで、電動発電機３の出力の最大化を図ることができる。これにより、この車両用動力装置１のナックル８への固定方法として、一般的な車輪用軸受と同様にボルトで固定するような設計が可能となり、車両側のナックル８のアウトボード側面８ａの設計が、電動発電機を持たない車両と同様にすることができる。

また、車輪用軸受２とナックル８のアウトボード側面８ａとの間に、回転検出器２７が配置されている。この場合、回転検出器２７が車輪用軸受装置全体のインボード側に位置することから、この車両用動力装置１をナックル８から取り外した状態で、回転検出器２７を着脱自在にすることが容易である。また回転検出器２７が例えばハブフランジ近傍に設置される構造等よりも、回転検出器２７からインボード側に延びる配線２７ｂａの長さを短くすることができる。これによりコスト低減を図れる。

電動発電機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型であるため、インナーロータ型よりもロータ１９とステータ１８とが対向する面積を増やすことができる。これにより、限られた空間内で出力トルクを最大化することが可能となる。

＜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。

図６は、他の実施形態に係る車両用動力装置１Ａの断面図（図７のVI-VI線断面図）である。図７は同車両用動力装置１Ａの正面図である。図６では、ブレーキロータ、ブレーキキャリパ、ナックル、コネクタカバーおよびコネクタを省略しているが、前述の図１に示す実施形態と同一構成である。図１と図６とを比較すると回転検出器の配置だけが異なるため、その部分のみ説明する。

図６に示すように、車輪用軸受２における軸方向に並ぶ二個の軸受部２Ａ，２Ａの間の空間に、回転検出器２７が配置されている。センサ部２７ｂは、外輪４とステータ保持部材２４を径方向に貫通する貫通孔に設置されている。被検出部２７ａは、ハブ輪５ａの外周面に圧入嵌合され、且つ、このハブ輪５ａの段差部と部分内輪５ｂのアウトボード側端との間に挟み込まれて軸方向位置が規制されている。この回転検出器２７の図示外の配線は、センサ部２７ｂよりステータ保持部材２４の貫通孔等を通り、コネクタカバー６６（図１参照）に支持されたセンサコネクタ６４（図１参照）に配線されている。

この構成によると、二個の軸受部２Ａ，２Ａの間の空間を活用して回転検出器２７を配置することができる。また回転検出器２７を車輪用軸受２に直接設置することが可能となるため、回転検出器２７を保持する部品等を低減することが可能となる。したがって、構造を簡略化でき、製造コストの低減を図れる。その他前述の同様の作用効果を奏する。

この例の電動発電機３は、ステータ１８およびロータ１９の全部がブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径であるが、この例に限定されるものではない。例えば、ステータ１８およびロータ１９の一部がブレーキロータ１２の外周部１２ｂよりも小径であってもよい。

＜車両用システムについて＞
図８は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置１，（１Ａ）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，（１Ａ）は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪１０_Ｂを持つ車両において、従動輪１０_Ｂに対して搭載される。車両用動力装置１，（１Ａ）における車輪用軸受２（図１，図６）は、従動輪１０_Ｂ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１０_Ａ、後輪が従動輪１０_Ｂ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１０_Ａ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１０_Ｂ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。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に車両の進行方向と同じ方向にトルクを発生するように電流を印加すると内輪５（図１）が回転駆動され、逆方向にトルクを発生するように電流を印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１０_Ｂ，１０_Ｂ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。従動輪側の電動発電機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）等を備える。

制御部４２は、例えば、個別電動発電機指令手段４５より与えられるトルク指令に対して、発生するトルクが一致するように電動発電機３を追従制御する。すなわち制御部４２は、指令トルクと、回転検出器２７（図１）で検出される回転速度（回転角度センサの場合、容易に算出可能）と、試験結果から電動発電機３に印加する電流を算出する。さらに算出した電流と回転角度と図示外の電流センサの値から電動発電機３に印加する電圧を算出する。算出した電圧を電動発電機３に印加し、指令トルクと一致するトルクを発生する。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９は、図８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。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８の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図９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良い。

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１０_Ｂ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１０_Ｂ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，（１Ａ）と、電動発電機用のバッテリーとして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８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。

図示しないが、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置を駆動輪に適用してもよい。車両用動力装置を駆動輪および従動輪にそれぞれ適用することも可能である。

図８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、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。

車両がアンチロックブレーキシステム（略称ＡＢＳ）を備える場合、回転検出器２７は、アンチロックブレーキシステムの制御に用いられるものであってもよい。この制御において、回転検出器２７から算出された車輪速と車体速から接地面に対する車輪の滑り状態を推定し、この滑り状態を解消するように制御し得る。
車両に回転検出器２７を複数配置し、いずれかの回転検出器２７を電動発電機３の制御に使用し、他のいずれかの回転検出器２７をＡＢＳの制御に使用してもよい。

加えて、本願における車両用動力装置１は、回転輪として、一つの部分内輪が嵌合されたハブ輪を備え、固定輪である外輪と、ハブ輪および部分内輪の嵌合体で構成された第３世代構造としているが、これに限定するものではない。
ハブフランジを有するハブと、転動体の軌道面を有する部材とを合わせた構造体が請求項でいう回転輪となる。例えば、主に固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた第１世代構造であってもよい。固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた内輪回転形式の第２世代構造であってもよい。これらの例では、前記ハブと前記内輪とが組み合わさったものが請求項でいう「回転輪」に相当する。ハブフランジを有する回転輪である外輪と、固定輪である内輪とを備えた外輪回転形式の第２世代構造であってもよい。

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。

１，１Ａ…車両用動力装置
２…車輪用軸受
３…電動発電機（発電機）
４…外輪（固定輪）
５…内輪（回転輪）
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
１８…ステータ
１９…ロータ
２７…回転検出器

Claims

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、
この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置において、
前記ステータおよび前記ロータの一部または全部が、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、且つ、前記発電機におけるハブフランジへの取付部を除く全体が、前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品のアウトボード側面との間の軸方向範囲に位置し、
前記固定輪に対する前記回転輪の回転角度または回転速度を検出する回転検出器を備え、この回転検出器が前記ステータの中空内部に位置し、前記ステータは、前記固定輪である外輪の外周面にステータ保持部材を介して取付けられ、前記ステータ保持部材のインボード側の端面には、前記ステータのコイルの結線を、前記ステータ保持部材の外径側から内径側へ通す連通孔が設けられている車両用動力装置。
請求項１に記載の車両用動力装置において、前記発電機は、前記車輪を回転駆動可能な電動発電機である車両用動力装置。
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、前記発電機は、前記ステータが前記車輪用軸受の外周に位置し、前記ロータが前記ステータの半径方向外方に位置するアウターロータ型である車両用動力装置。
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、前記車輪用軸受と前記足回りフレーム部品のアウトボード側面との間に、前記回転検出器が配置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、前記車輪用軸受は、軸方向に並ぶ二個の軸受部を備え、前記二個の軸受部の間に、前記回転検出器が配置された車両用動力装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記回転検出器は、前記発電機の制御に使用されるものである車両用動力装置。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記車両がアンチロックブレーキシステムを備え、前記回転検出器は、アンチロックブレーキシステムの制御に使用されるものである車両用動力装置。