JP7164937B2

JP7164937B2 - 発電機付き車輪用軸受装置および車両用システム

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Publication number: JP7164937B2
Application number: JP2017113970A
Authority: JP
Inventors: 佑介大畑; 健太郎西川
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2022-11-02
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: WO2018225696A1; JP2018203193A

Description

この発明は、発電機付き車輪用軸受装置および車両用システムに関し、構造を簡素化し、コスト低減を図ると共に、車輪用軸受の回転トルクを低減することができる技術に関する。

従来のインホイールモータシステムは、いずれも、走行の主駆動源としてインホイールモータを使用する設計と考えられている。
一方、インホイールモータではないが、エンジン自動車における走行の補助駆動源として、モータを用いることが提案されている。

補助動力システムとして、車両に搭載された電動発電機が、主動力システムによって駆動されない後輪リアホイールとの間でのみ動力を伝達可能とされ、電源装置が電動発電機にのみ駆動電力を供給しかつ電動発電機からの回生電力のみ蓄えるように構成された提案がある（例えば特許文献１）。

特許文献１の構成では、バッテリーと電動発電機とが接続されており、前記電動発電機がクラッチ、動力配分機構、ドライブシャフトを介して従動輪（タイヤ）と動力伝達する機構となっている。そのため、補助動力システムを搭載することによって、四輪駆動車と同等な部品構成となり、構造が複雑化するとともに、車両重量も増加する。

そこで、一般的な車輪用軸受およびブレーキの構成を大きく変えることなく、簡素でかつコンパクトな構成の発電機付き車輪用軸受装置が望まれる。
図９は、従来の車輪用軸受およびその周辺の足回り構造の断面図である。この車輪用軸受は、固定輪である外輪６０と、この外輪６０に複列の転動体６１を介して回転自在に支持されたハブ輪６２とを有する。外輪６０は、インボード側の端部である車体取り付け面で、ナックル等に取付けられている。ハブ輪６２のハブフランジ６３には、車輪のリム６４とブレーキロータ６５とが重なった状態で、ハブボルト６６により取付けられている。

特開２０１６－２５７８９号公報

図１０は、前記車輪用軸受の拡大断面図である。同図に示す車輪用軸受では、軸受内部の潤滑剤の流出を防止すると共に、外部から軸受内に水等が浸入することを防止するため、軸受空間のインボード側端だけでなくアウトボード側端に接触式のシール６７が設けられている。発電機付き車輪用軸受装置をコンパクトな構成にすべく、車輪用軸受に発電機を設置する場合、水等が発電機を経由して軸受空間のアウトボード側端に浸入する恐れがあるため、前記アウトボード側端の接触式のシール６７は、例えば、三つのシールリップ部を備える。これらシールリップ部の接触面積が大きく、ハブ輪６２の回転トルクが高い。

この発明の目的は、構造を簡素化してコスト低減を図り、軸受内のグリースが流出することを防止すると共に軸受内に水等が浸入することを防止し、さらに車輪用軸受の回転トルクを低減することができる発電機付き車輪用軸受装置および車両用システムを提供することである。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、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、
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モータ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、前記モータ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モータであり、
前記車輪用軸受内を封止する封止手段を備え、
この封止手段は、
前記モータロータを覆うモータケースの内周と、前記車輪用軸受の外周との間のインボード側端を密封する発電機用シール部材と、
前記固定輪と前記回転輪との間のインボード側端を密封するインナー側シール部材と、を備える。

この構成によると、発電機のモータロータが、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、発電機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。発電機は、モータロータがステータ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。

封止手段におけるインナー側シール部材は、ナックル等の足回りフレーム部品側から軸受空間のインボード側端を密封する。封止手段における発電機用シール部材は、モータロータを覆うモータケースの内周と車輪用軸受の外周とのインボード側端を密封することで、足回りフレーム部品側から発電機の内部への異物および水等の浸入を防止する。このように、モータロータを覆うモータケースの内周と車輪用軸受の外周とのインボード側端を密封する発電機用シール部材を備えたため、水等が発電機を経由して軸受空間のアウトボード側端に浸入することを防止することが可能となる。これにより、軸受空間のアウトボード側端を封止するアウター側シール部材は、軸受内部のグリースが流出するのを防ぐだけでよい。よってアウター側シール部材を従来例よりも簡素な構造とすることで、車輪用軸受の低トルク化を図れる。これにより車両の燃費の低減をさらに図ることができる。

前記封止手段は、前記固定輪と前記回転輪との間のアウトボード側端を封止するアウター側シール部材を有し、このアウター側シール部材は、前記固定輪に圧入嵌合され、前記回転輪に非接触の金属製の環状部材から成るものとしてもよい。この場合、アウター側シール部材が回転輪に非接触であるため、従来例の接触式のシールを用いるよりも、車輪用軸受の低トルク化を確実に図れる。このアウター側シール部材は金属製の環状部材から成るため、従来例の、芯金と弾性部材とから成るシールよりもシール構造を簡素化してコスト低減を図れる。

前記封止手段は、前記固定輪と前記回転輪との間のアウトボード側端を封止するアウトボード側端封止部を有し、このアウトボード側端封止部は、前記固定輪および前記回転輪のアウトボード側における互いに対向する周面がラビリンス隙間を介して対向するラビリンス構造であってもよい。この場合、固定輪および回転輪の互いに対向する周面を利用してラビリンス構造を実現することができる。したがって、部品点数の低減を図り、発電機付き車輪用軸受装置の全体構造を簡素化することができる。

前記封止手段は、前記固定輪と前記回転輪との間のアウトボード側端を密封するラジアルリップのみから成るオイルシールを有してもよい。この場合、ラジアルリップのみから成るオイルシールとすることで、回転トルクの増加を最小限に抑制しつつ、グリース漏れに対する信頼性が向上する。

この発明の車両用システムは、いずれかの発電機付き車輪用軸受装置と、前記発電機を制御する制御手段とを備える。この場合、車両の走行時において、制御手段が発電機を制御することで、例えば、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。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、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、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モータ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、前記モータ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モータであり、前記車輪用軸受内を封止する封止手段を備え、この封止手段は、前記モータロータを覆うモータケースの内周と、前記車輪用軸受の外周との間のインボード側端を密封する発電機用シール部材と、前記固定輪と前記回転輪との間のインボード側端を密封するインナー側シール部材と、を備える。このため、構造を簡素化してコスト低減を図り、軸受内のグリースが流出することを防止すると共に軸受内に水等が浸入することを防止し、さらに車輪用軸受の回転トルクを低減することができる。

この発明の車両システムは、いずれかの発電機付き車輪用軸受装置と、前記発電機を制御する制御手段とを備えるため、構造を簡素化してコスト低減を図り、軸受内のグリースが流出することを防止すると共に軸受内に水等が浸入することを防止し、さらに車輪用軸受の回転トルクを低減することができる。

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。同発電機付き車輪用軸受装置の封止手段の拡大断面図である。同封止手段の拡大断面図（図１のIII部）である。（Ａ）は、この発明の他の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置の断面図、（Ｂ）は、図４（Ａ）のIV(B)部の拡大図である。（Ａ）は、この発明のさらに他の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置の断面図、（Ｂ）は、図５（Ａ）のV(B)部の拡大図である。いずれかの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。従来の車輪用軸受およびその周辺の足回り構造の断面図である。同車輪用軸受の拡大断面図である。

この発明の実施形態に係る発電機付き車輪用軸受装置を図１～図３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。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７を有する。外輪４は、ハブフランジ７とは反対側（インボード側）の端部である車体取り付け面４ａにおいて、ナックル等の足回りフレーム部品（図示せず）に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４ｂと、この外輪本体４ｂの外周面に固定された円環状の外輪外周体４ｃとを有する。外輪本体４ｂは、例えば、既存のハブ外輪を加工する等して形成される。外輪本体４ｂの外周面に図示外のキー等を介して外輪外周体４ｃが固定されている。また外輪外周体４ｃにおけるアウトボード側の内周面には、半径方向内方に突出する肩部１４が設けられ、この肩部１４の内側面に外輪本体４ｂのアウトボード側端が当接することで、外輪本体４ｂに対し外輪外周体４ｃが軸方向に位置決めされる。なお外輪４は、外輪本体４ｂおよび外輪外周体４ｃが一体に形成された一部品であってもよい。

＜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、図示外のブレーキキャリパ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７に前記ケース底部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。

前記ブレーキキャリパは、ブレーキロータ１２の平板部１２ｂｂを挟み付ける摩擦パッド（図示せず）を有する。前記ブレーキキャリパは、前記足回りフレーム部品に取付けられている。前記ブレーキキャリパは、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。

＜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電動発電機である。発電機３は、内輪５のハブフランジ７に取付けられたモータケース１５と、外輪４の外周面に取付けられたステータ１８と、モータケース１５に覆われたモータロータ１９とを有する。発電機３は、モータロータ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）同期モータであるが、アウターロータ型のＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）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。

モータケース１５は、有底円筒状のケース本体１６と、このケース本体１６のインボード側の開口端を閉塞する環状の蓋２０とを有する。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とは一体に形成されている。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におけるインボード側の外周面には、半径方向外方に延びるフランジ部が設けられている。蓋２０の外周面に、半径方向外方に延びるフランジ部が設けられ、この蓋２０のフランジ部と、ケース円筒状部２５のフランジ部とが軸方向に重なり図示外のボルト等により接合されている。ケース円筒状部２５の内周面には、アウトボード側の小径部２５ａ、段差部２５ｂ、およびインボード側の大径部２５ｃが設けられている。

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（図示せず）とを有する。外輪外周体４ｃ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が設けられている。このフランジ部に、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。モータロータ１９は、図示外の磁性体と、この磁性体に内蔵される図示外の永久磁石とを備える。モータロータ１９は、ケース円筒状部２５における内周面のうち大径部２５ｃに接着等により設けられる。モータロータ１９のアウトボード側端がケース円筒状部２５の段差部２５ｂに当接すると共に、モータロータ１９のインボード側端が蓋２０の内側面に当接することで、モータケース１５に対しモータロータ１９が軸方向に位置決めされる。

＜封止手段について＞
この発電機付き車輪用軸受装置１は、車輪用軸受２を封止することで、車輪用軸受２内に封入されたグリースの流出を防止する封止手段２６を備えている。この封止手段２６は、発電機用シール部材２７と、インナー側シール部材２８と、アウター側シール部材２９とを有する。

図２に示すように、発電機用シール部材２７は、モータケース１５の内周と、車輪用軸受２の外周との間のインボード側端を密封する。すなわち発電機用シール部材２７は、モータケース１５の蓋２０の内周面に嵌合されるシール板２７ａと、このシール板２７ａの主にインボード側側面を覆うシール本体２７ｂと、このシール本体２７ｂから内径側に延びるリップ２７ｃとを有する。リップ２７ｃは、外輪外周体４ｃの外周面に対し、ラジアル方向に摺接するラジアルリップである。シール板２７ａは、鋼板製であり、蓋２０の内周面に圧入状態で嵌合させることで取付けられている。シール本体２７ｂおよびリップ２７ｃは、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム等の弾性材料から成り、シール板２７ａに加硫接着されて一体に設けられる。但し、これらの弾性材料に必ずしも限定されるものではない。

インナー側シール部材２８は、外輪４と内輪５との間のインボード側端を密封する。インナー側シール部材２８は、車輪用軸受２内に封入されたグリースの流出を防止すると共に、外部から水等が浸入することを防止する。このインナー側シール部材２８は、内輪５および外輪４にそれぞれ取付けられて互いに対向する環状のシール板３１および環状シール部材３２を有する。シール板３１は、内輪５の外周面に嵌合する円筒部３１ａと、この円筒部３１ａのインボード側の端部から立ち上がる立板部３１ｂとを含む断面Ｌ字状の金属製とされる。

弾性シール部材３２は、環状の芯金３３に弾性体３４を固着したものである。芯金３３は、外輪本体４ｂの内周面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立ち下がる立板部とを有し、前記シール板３１と軸方向に対向する断面逆Ｌ字状とされている。弾性体３４は、芯金３３の内側を覆って設けられたものであり、二枚のサイドリップ３４ａ，３４ａと、一枚のラジアルリップ３４ｂとを有する。

二枚のサイドリップ３４ａ，３４ａは、互いに芯金３３の径方向の内外に並んで配置され、芯金３３の立板部から斜め外径側へ延びて、それぞれ先端がシール板３１の立板部３１ｂに接する。これらサイドリップ３４ａ，３４ａは、外部から水等が浸入することを防止する。ラジアルリップ３４ｂは、グリース漏れ防止用であり、芯金３３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３１の円筒部３１ａに接する。

図３に示すように、アウター側シール部材２９は、外輪４と内輪５との間のアウトボード側端を封止する。アウター側シール部材２９は、円筒部２９ａと立板部２９ｂとを有する断面Ｌ字状の金属製の環状部材から成る。円筒部２９ａは、肩部１４の内周面に圧入嵌合される。立板部２９ｂは、円筒部２９ａのアウトボード側の端部から半径方向内方に延びる。この立板部２９ｂの先端部は、内輪５の外周面に対し非接触である。

＜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のモータロータ１９が、車輪用軸受２の回転輪である外輪４に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、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。発電機３は、モータロータ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。

インナー側シール部材２８は、足回りフレーム部品側から軸受空間のインボード側端を密封する。発電機用シール部材２７は、モータロータ１９を覆うモータケース１５の内周と車輪用軸受２の外周とのインボード側端を密封することで、足回りフレーム部品側から発電機３の内部への異物および水等の浸入を防止する。このように、モータロータ１９を覆うモータケース１５の内周と車輪用軸受２の外周とのインボード側端を密封する発電機用シール部材２７を備えたため、水等が発電機３を経由して軸受空間のアウトボード側端に浸入することを防止することが可能となる。

これにより、軸受空間のアウトボード側端を封止するアウター側シール部材２９は、軸受内部のグリースが流出するのを防ぐだけでよい。よってアウター側シール部材２９を従来例よりも簡素な構造とすることで、車輪用軸受２の低トルク化を図れる。具体的には、アウター側シール部材２９は内輪５の外周面に非接触であるため、従来例の接触式のシールを用いるよりも、車輪用軸受２の低トルク化を確実に図れる。これにより車両の燃費の低減をさらに図ることができる。このアウター側シール部材２９は金属製の環状部材から成るため、従来例の、芯金と弾性部材とから成るシールよりもシール構造を簡素化してコスト低減を図れる。

＜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４（Ａ），（Ｂ）に示すように、封止手段２６Ａは、前述のアウター側シール部材に代えて、ラビリンス構造であるアウトボード側端封止部３８を備えた構成としてもよい。このアウトボード側端封止部３８は、外輪外周体４ｃにおける肩部１４の内周面が、内輪５の外周面に対し、所定のラビリンス隙間δを介して対向するラビリンス構造である。前記所定のラビリンス隙間δは、設計等によって任意に定める隙間であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な隙間を求めて定められる。
この構成によると、内外輪５，４の互いに対向する周面を利用してラビリンス構造を実現することができる。したがって、部品点数の低減を図り、発電機付き車輪用軸受装置の全体構造を簡素化することができる。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、封止手段２６Ｂは、前述のアウター側シール部材に代えて、ラジアルリップ４６ａのみから成るオイルシール４６を備えた構成としてもよい。オイルシール４６は、肩部１４の内周面に嵌合されるシール板４６ｂと、このシール板４６ｂの主にアウトボード側側面を覆うシール本体４６ｃと、このシール本体４６ｃから内径側に延びるラジアルリップ４６ａとを有する。ラジアルリップ４６ａは、内輪外周面に対しラジアル方向に摺接する。
この場合、リップがラジアルリップ４６ａのみから成るオイルシール４６とすることで、回転トルクの増加を最小限に抑制しつつ、グリース漏れに対する信頼性が向上する。

＜車両用システムについて＞
図６は、いずれか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１０_Ｂを持つ車両２において、従動輪１０_Ｂ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）にモータロータ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負荷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７は、図６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６の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図７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１０_Ｂ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６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８は、いずれかの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１０_Ａおよび後輪である従動輪１０_Ｂにそれぞれ適用した例を示す。駆動輪１０_Ａ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１０_Ａおよび従動輪１０_Ｂ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１０_Ｂだけでなく、駆動輪１０_Ａにも適用し得る。

図６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。

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）
６…転動体
７…ハブフランジ
１２…ブレーキロータ
１５…モータケース
１８…ステータ
１９…モータロータ
２６、２６Ａ、２６Ｂ…封止手段
２７…発電機用シール部材
２８…インナー側シール部材
２９…アウター側シール部材
３８…アウトボード側端封止部
４６…オイルシール
４６ａ…ラジアルリップ
６８…制御手段

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、
前記固定輪の外周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モータ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、前記モータ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モータであり、
前記車輪用軸受を封止する封止手段を備え、
この封止手段は、
前記モータロータを覆うモータケースの内周と、前記車輪用軸受の外周との間のインボード側端を密封する、弾性体からなるリップを有する発電機用シール部材と、
前記固定輪と前記回転輪との間のインボード側端を密封する、弾性体からなるリップを有するインナー側シール部材と、を備え、
前記固定輪と前記回転輪との間のアウトボード側端を封止するアウター側シール部材を有し、このアウター側シール部材は、前記固定輪に圧入嵌合され、前記回転輪に非接触の金属製の環状部材から成る発電機付き車輪用軸受装置。
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、
前記固定輪の外周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モータ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、前記モータ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モータであり、
前記車輪用軸受を封止する封止手段を備え、
この封止手段は、
前記モータロータを覆うモータケースの内周と、前記車輪用軸受の外周との間のインボード側端を密封する、弾性体からなるリップを有する発電機用シール部材と、
前記固定輪と前記回転輪との間のインボード側端を密封する、弾性体からなるリップを有するインナー側シール部材と、を備え、
前記固定輪と前記回転輪との間のアウトボード側端を封止するアウトボード側端封止部を有し、このアウトボード側端封止部は、前記固定輪および前記回転輪のアウトボード側における互いに対向する周面がラビリンス隙間を介して対向するラビリンス構造である発電機付き車輪用軸受装置。
請求項１または２に記載の発電機付き車輪用軸受装置と、前記発電機を制御する制御手段とを備えた車両用システム。