JP7140608B2 - 車両用動力装置および発電機付き車輪用軸受装置 - Google Patents
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Description
そこで、図15の構成では、車輪用軸受の固定輪とハブフランジの間に通電ブラシBrを設けることで、アウターロータ型のモータを駆動源とする車両駆動装置に対応している。この場合、車輪用軸受の内外輪で発生する電位差を、通電ブラシBrに通電させることで、電位差を無くし、転動体60のスパークによる電食を防ぐ。
しかし、前記円錐面または球面の接触体あるいは通電ブラシBrは、車輪用軸受が回転中に摺動し続けるため、摩耗により通電能力が低下し、定期的な交換が必要となる。
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電動機と、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、前記電動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、
前記固定輪と前記ステータとの間に絶縁層を介在させた。
また、電食対策として、通電ブラシを用いた構成に比べて以下の利点が挙げられる。
(1)電食対策の確認をする際の点検が容易である。
上記理由として車両用動力装置を組み立てた状態において、通電ブラシによる手法では、軸受内外輪間の電気抵抗の測定だけで、通電ブラシによって軸受内外輪間で導通しているか確認できない。
一方、固定輪とステータとの間に絶縁層を介在させた本発明の構成では、ステータと固定輪間もしくはステータと回転輪間での電気抵抗の測定により絶縁されていれば、電食は生じ得ない。
(2)絶縁層は通電ブラシのように摩耗しないので取り換える必要がなくコストが抑えられる。
上記理由として、絶縁層は摺動しないため、運転時間による劣化が生じない。
従来例の減速機構を搭載した構成では、車輪用軸受周辺に電動発電機を設置する必要がなく、軸受内外輪に電位差が生じない構成とすることができる。軸受内外輪間で電動発電機のステータとロータを構成する場合に、軸受内外輪間に電位差が発生する。そのため、本発明は、車輪用軸受にダイレクトドライブ形式の電動発電機を搭載した構成に限るものとする。
中間部材とステータとの間に絶縁層を備える場合、この絶縁層を例えば樹脂材料またはゴム材料等の軟材料とすることができる。中間部材とステータの間に作用する力は、発電機により発生する力のみで、それ程大きな強度を必要としないからである。
中間部材と固定輪の間に絶縁層を備える場合、中間部材と固定輪の間には、この絶縁層は剛性のある絶縁材料を必要とする。中間部材と固定輪の間には、車重と車両の運動により発生する力が作用するためである。
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電動機と、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、前記電動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、
前記転動体が絶縁材で構成されている。
前述の軸受内外輪間の電位差による転動体への通電に加え、電動機のロータ、ステータ間で微量な渦電流の発生により、ロータから回転輪を通って転動体に通電するおそれがある。
この構成によれば、固定輪とステータとの間に絶縁層を介在させる構成に加え、ロータと回転輪との間に絶縁材を備えることで、ロータと回転輪間で絶縁され、転動体の電食をより確実に防ぐことができる。
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、を備えた発電機付き車輪用軸受装置において、
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、
前記固定輪と前記ステータとの間に絶縁層を介在させた。
この構成によれば、固定輪とステータとの間に絶縁層を介在させる構成に加え、ロータと回転輪との間に絶縁材を備えることで、ロータと回転輪間で絶縁され、転動体の電食をより確実に防ぐことができる。
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。
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。
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。
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(電動機)である。以後、電動発電機3を電動機3と言う場合がある。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。また、電動発電機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。もしくはSPM同期モータでもよい。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。
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。
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に示すように、ステータ保持部材24の内周面に、半径方向外方に凹む環状凹み24aが形成されている。この環状凹み24aに、円筒状で所望の剛性を有する絶縁材料から成る絶縁層9が挿入されている。絶縁層9の材質として、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が挙げられる。中間部材であるステータ保持部材24と外輪4の間には、車重と車両の運動により発生する力が作用するため、剛性を有する絶縁材料から成る絶縁層9が好ましい。
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および弾性シール部材を有する。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。
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に対する内輪5の回転角度あるいは回転速度を検出する。回転検出器27は、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。
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。
以上説明した車両用動力装置1によれば、電動発電機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るため、減速機構等を備える構成よりも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。
従来例の減速機構を搭載した構成では、車輪用軸受周辺に電動機を設置する必要がなく、軸受内外輪に電位差が生じない構成とすることができる。軸受内外輪間で電動機のステータとロータを構成する場合に、軸受内外輪間に電位差が発生する。そのため、本発明の実施形態は、車輪用軸受にダイレクトドライブ形式の電動発電機を搭載した構成に限るものとする。
また、電食対策として、通電ブラシを用いた構成に比べて以下の利点が挙げられる。
(1)電食対策の確認をする際の点検が容易である。
上記理由として車両用動力装置を組み立てた状態において、通電ブラシによる手法では、軸受内外輪間の電気抵抗の測定だけで、通電ブラシによって軸受内外輪間で導通しているか確認できない。
一方、固定輪である外輪4とステータ18との間に絶縁層9を介在させた本実施形態の構成では、ステータ18と外輪4間もしくはステータ18と内輪5間での電気抵抗の測定により絶縁されていれば、電食は生じ得ない。
(2)絶縁層9は通電ブラシのように摩耗しないので取り換える必要がなくコストが抑えられる。
上記理由として、絶縁層9は摺動しないため、運転時間による劣化が生じない。
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。
その他、中間部材であるステータ保持部材24と外輪4とが、別部材ではなく同一材料から成る一体の構成でもよい。この場合、外輪4の外周面にステータ18の内周面が嵌合された形態となる。この構成によると、中間部材と車輪用軸受2の剛性を高くすることができ、部品点数を削減することができる。
図示しないが、電動発電機は、ロータがステータの半径方向内方に位置するインナーロータ型であってもよい。
この構成によれば、外輪4とステータ18との間に絶縁層9を介在させる構成に加え、ロータ19と内輪5との間に絶縁材31を備えることで、ロータ19と内輪5間で絶縁され、転動体6の電食をより確実に防ぐことができる。
この構成の変形例として、図示しないが、回転ケース15全体に絶縁材料を塗布もしくは溶射し、または回転ケース15の材質を樹脂またはセラミックスにしてもよい。この変形例によれば、前記構成と同様の効果を得ることができる。この場合、前記絶縁材料、前記回転ケース15の材質を樹脂またはセラミックスにしたものが、それぞれ請求項8でいう「絶縁材」に相当する。図9の構成と、回転ケース15全体に絶縁材料を塗布もしくは溶射した変形例とを備えた構成としてもよい。
この構成によれば、ロータ19と内輪5との間に絶縁材31を備えることで、ロータ19と内輪5間で絶縁され、転動体6の電食をより確実に防ぐことができる。
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,図6~図8,図9,図12)は、従動輪10Bを支持する軸受である。
電動機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、電動機3に電流を印加し、車両の進行方向にトルクを発生させると内輪5(図1)が回転駆動され、逆方向にトルクを発生させることで回生電力が得られる。この電動機3の回転駆動用の駆動電圧または回生電圧が60V以下である。
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。
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。
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。
2…車輪用軸受
3…電動発電機(電動機、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)
9,9A…絶縁層
12…ブレーキロータ
18…ステータ
19…ロータ
24…ステータ保持部材(中間部材)
31…絶縁材
Kp…ブレーキキャリパ
Claims (7)
- 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電動機と、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、前記電動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、
前記固定輪と前記ステータとの間に絶縁層を介在させ、前記固定輪と前記ステータとの間に、前記固定輪を前記足回りフレーム部品に固定する中間部材を備え、この中間部材と前記固定輪との間、および前記中間部材と前記ステータとの間のいずれか一方または両方に前記絶縁層を備えた車両用動力装置。 - 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電動機と、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、前記電動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、
前記固定輪と前記ステータとの間に絶縁層を介在させ、前記固定輪と前記ステータとの間に、前記固定輪を前記足回りフレーム部品に固定する中間部材を備え、この中間部材が絶縁材料で構成されている車両用動力装置。 - 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電動機と、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、前記電動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、
前記固定輪と前記ステータとの間に絶縁層を介在させ、前記ロータと前記回転輪との間に絶縁材を備えた車両用動力装置。 - 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、前記電動機は、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4のいずれか1項に記載の車両用動力装置において、前記電動機は、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5に記載の車両用動力装置において、前記電動機の回転駆動用の駆動電圧または回生電圧が60V以下である車両用動力装置。
- 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、を備えた発電機付き車輪用軸受装置において、
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、
前記固定輪と前記ステータとの間に絶縁層を介在させ、前記ロータと前記回転輪との間に絶縁材を備えた発電機付き車輪用軸受装置。
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