JP7208833B2 - 車両用動力装置およびこれを備えた車両、発電機付き車輪用軸受装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車に設置される車両用動力装置およびこれを備えた車両、発電機付き車輪用軸受装置に関する。

自動車の電動化に伴い、需要が増加している車載用モータに関して、モータサイズを維持しつつ、モータ出力を増加させる要求が高まっている。
従来の車両用動力装置では、モータの外径がブレーキロータの内径より小さく、車輪用軸受のフランジ面から自動車固定部品であるナックルの取り付け面までの距離が十分小さいため、現行の車両部品の改造無しで取り付けられる利点を有している（特許文献１）。しかしながら、今後さらなる性能の向上を目指し、モータ出力を増加させる要求が高まることは容易に推定される。従来品では、この要求に対応するため、モータ軸方向長さの延長、モータステータコアの直径の拡大、あるいはモータ電流の増加を行う必要があった。

図１２に示す従来例の発電機能付き走行用モータを搭載した車両用動力装置は、ブレーキロータ６０の内周以内に収められる。自動車固定部品であるナックル６１に、外輪６２を介して、モータステータコア６３が固定される。モータステータコア６３には、電流を流し磁力を発生させるためのモータ巻線コイル６４が巻かれている。一方、車輪用軸受のフランジ６５にモータロータ６６が取り付けられ、このモータロータ６６がモータステータ６３周りを回転する。この車輪用軸受と一体化されたモータによって自動車駆動時の走行補助およびブレーキ時の発電によるエネルギーの回収が行われる。

一般に車両用動力装置をホイール内に搭載する場合、取り付け空間が狭く、車両用動力装置の外径側にはブレーキロータが近接しており、車両用動力装置の外径寸法を大きくすることはできない。近年、車両用動力装置に要求されるモータ出力は増加しており、従来の車両用動力装置では、モータステータコアの外径寸法を維持したまま、モータの軸方向長さを延長するか、モータ電流を増加するか、またはモータステータコアを内径側に拡大して対応することになる。

特開２０１８－５２４８２号公報

しかしながら、図１３に示すように、モータステータコア６３の軸方向長さを延長すると、モータ出力は増加するが、車輪用軸受の軸方向長さが長いため、車両から発生するモーメント荷重に耐えられない。また、モータステータコア６３に相対する永久磁石６６ａの軸方向長さが長くなり、車両用動力装置の重量増加、コスト増加につながってしまう。モータ巻線コイル６４に流す電流を増加させる方法もあるが、コイルでの発熱が大きくなるため現実的でない。
図１４に示すように、モータステータコア６３の内径側を小さくすることにより、コイル巻き空間を大きく確保しコイル巻き数を増加させる方法が考えられるが、車輪用軸受の転動体のピッチ円直径ＰＣＤを大きくできず、車輪用軸受の剛性を確保することができない。

この発明の目的は、車輪用軸受の剛性を確保することができると共に、車両用動力装置の外径寸法を維持したまま、電動機出力を増加させることができる車両用動力装置およびこれを備えた車両を提供することである。
この発明の他の目的は、車輪用軸受の剛性を確保することができると共に、発電機付き車輪用軸受装置の外径寸法を維持したまま、発電機出力を増加させ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である。

この発明の車両用動力装置は、固定輪である外輪およびこの外輪に転動体を介して回転自在に支持された内輪を有し、この内輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、
前記外輪に取付けられたステータおよび前記ハブフランジに取付けられ前記ステータの半径方向外方に位置するロータを有する電動機と、を備えた車両用動力装置であって、
前記外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部に前記ステータが設置されている。

この構成によると、外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部にステータが設置されたため、ステータは外径寸法を維持したまま内径側に広がる。これにより、ステータコイルを巻くための空間が広がり、ステータコイルの巻き数、換言すればステータコイルの占有面積を増やすことができる。したがって、車両用動力装置の外径寸法を維持したまま、電動機出力を増加させることができる。また外輪の外周に環状の溝部が設けられるため、転動体のピッチ円直径を所望の大きさにできることから、車輪用軸受の剛性を確保することができる。

前記車輪用軸受は二列の前記転動体を備え、これら転動体が転走する前記外輪の二列の軌道面の間の軸方向範囲に、前記溝部が設けられてもよい。この場合、車輪用軸受の外輪の軌道面間の距離が大きくなるため、モーメント荷重に対して強くなる。

前記溝部の外周面は、前記転動体のピッチ円直径よりも小さい構成であってもよい。この場合、転動体のピッチ円直径を所望の大きさにすることができるため、車輪用軸受の剛性を確保することが容易となる。

前記車輪用軸受は二列の前記転動体を備え、これら転動体が転走する前記外輪の二列の軌道面の間の軸方向範囲に、前記ステータのステータコアおよびステータコイルが配置されてもよい。この場合、ステータコアおよびステータコイルの占有面積を確実に拡大することができる。

前記車輪用軸受は二列の前記転動体を備え、インボード側の前記転動体が転走する前記内外輪の軌道面を、車両の足回りフレーム部品の軸受取付面よりもインボード側に配置してもよい。この場合、二列の軌道面間の距離が大きくなることでモーメント荷重に対する剛性を高めることができる。

前記車両用動力装置は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪を備えた車両における、前記従動輪に搭載されてもよい。車両用動力装置が従動輪に搭載される場合、既存の車両に車両用動力装置を後付けすることが容易となり、車両用動力装置の汎用性が高めることが可能となる。

この発明の車両は、この発明の上記いずれかの構成の車両用動力装置を搭載したものである。そのため、この発明の車両用動力装置につき前述した各効果が得られる。また動力補助または回生により、車両の燃費を低減す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、固定輪である外輪およびこの外輪に転動体を介して回転自在に支持された内輪を有し、この内輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、
前記外輪に取付けられたステータおよび前記ハブフランジに取付けられ前記ステータの半径方向外方に位置する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であって、
前記外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部に前記ステータが設置されている。

この構成によると、外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部にステータが設置されたため、ステータは外径寸法を維持したまま内径側に広がる。これにより、ステータコイルを巻くための空間が広がり、ステータコイルの巻き数、換言すればステータコイルの占有面積を増やすことができる。したがって、発電機付き車輪用軸受装置の外径寸法を維持したまま、発電機出力を増加させることができる。また外輪の外周に環状の溝部が設けられるため、転動体のピッチ円直径を所望の大きさにできることから、車輪用軸受の剛性を確保することができる。

この発明の車両用動力装置は、固定輪である外輪およびこの外輪に転動体を介して回転自在に支持された内輪を有し、この内輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、前記外輪に取付けられたステータおよび前記ハブフランジに取付けられ前記ステータの半径方向外方に位置するロータを有する電動機と、を備えた車両用動力装置であって、前記外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部に前記ステータが設置されたため、車輪用軸受の剛性を確保することができると共に、車両用動力装置の外径寸法を維持したまま、電動機出力を増加させることができる。

この発明の車両は、この発明の上記いずれかの構成の車両用動力装置を搭載したため、車輪用軸受の剛性を確保することができると共に、車両用動力装置の外径寸法を維持したまま、電動機出力を増加させることができる。

この発明の発電機付き車輪用軸受装置は、固定輪である外輪およびこの外輪に転動体を介して回転自在に支持された内輪を有し、この内輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、前記外輪に取付けられたステータおよび前記ハブフランジに取付けられ前記ステータの半径方向外方に位置する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であって、前記外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部に前記ステータが設置されたため、車輪用軸受の剛性を確保することができると共に、発電機付き車輪用軸受装置の外径寸法を維持したまま、発電機出力を増加させることができる。

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。 図１のII-II線断面図である。 同車両用動力装置の電動機のステータの組立方法を示す斜視図である。 同ステータの円環部の接合方法を示す斜視図である。 ステータコイルおよびボビンの挿入方法を示す斜視図である。 ティース先端の形状例を示す図である。 複数種類の電磁鋼板の形状例を示す図である。 図７の電磁鋼板または圧粉磁心を利用したステータアッシの例を示す斜視図である。 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。 同車両用動力装置を備えた他の車両の車両用システムの概念構成を説明する図である。 従来例の車両用動力装置の断面図である。 他の従来例の車両用動力装置の断面図である。 その他の従来例の車両用動力装置の断面図である。

［第１の実施形態］
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６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（この例では二列）の転動体６と、回転輪である内輪５とを有する。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。外輪４のインボード側の外周面には、半径方向外方に突出する車体取付フランジ４ａが設けられている。車両の足回りフレーム部品であるナックル８に、車体取付フランジ４ａが固定される。二列の転動体６，６間の距離が従来例よりも延長され、且つ外輪４の外周に環状の溝部Ｍｂが設けられている。この溝部Ｍｂに後述するステータ１８が設置される。

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。ハブ輪５ａの軸方向中間付近の外周面には、外輪４の内周面に所定の隙間を介して対向する断面矩形状の環状溝５ａａが形成されている。転動体６はボールから成り、車輪用軸受２は二列の転動体６，６により背面組合せのアンギュラ玉軸受を構成する。

インボード側の転動体６が転走する内外輪５，４の軌道面５ｉ，４ｉは、ナックル８の軸受取付面であるアウトボード側面８ａよりもインボード側に配置されている。インボード側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤは、アウトボード側の転動体６のピッチ円直径よりも小径に設定されている。前記二列の転動体６，６が転走する外輪４の軌道面４ｉ，４ｏの間の軸方向範囲に、環状の溝部Ｍｂが設けられている。また溝部Ｍｂの外周面は、前記インボード側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤよりも小さくなっている。

ハブフランジ７のアウトボード側の側面には、ブレーキロータ１２と図示外の車輪のリムとが軸方向に重なった状態で、ハブボルト１３により取付けられている。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。

＜ブレーキ１７について＞
ブレーキ１７は、ディスク状のブレーキロータ１２と、ブレーキキャリパ１６（図９）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１６（図９）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、前記平板部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１６（図９）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。

＜電動機３について＞
この例の電動機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。電動機３は、ステータ１８と、このステータ１８に対し半径方向外方に対向して位置するロータ１９とを備えたアウターロータ型である。また、電動機３は、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。

この電動機３は、ブレーキロータ１２の内径１２ｃよりも半径方向内方に設置され、且つ、ナックル８のアウトボード側面８ａと、ハブフランジ７との間の軸方向範囲に設置されている。電動機３は、アウターロータ型の例えば表面磁石型永久磁石モータ、すなわちＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＳＰＭＳＭ(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）である。電動機３は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）同期モータ（もしくはＩＰＭＳＭ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)と標記）でもよい。その他電動機３は、スイッチトリラクタンスモータ(Switched reluctance motor) であってもよい。

ロータ１９は、後述するロータ本体１９ａと、このロータ本体１９ａに設けられる複数の永久磁石１４とを備える。ロータケース１５は、例えば、軟磁性材料から成り、内輪５と同心の有底円筒状である。このロータケース１５は、平板状で且つ環状のケース底部１５ａと、このケース底部１５ａの外周縁部からインボード側に円筒状に延びる前記ロータ本体１９ａとを有する。これらケース底部１５ａとロータ本体１９ａとは一体もしくは別体で形成されている。ケース底部１５ａ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。ロータ本体１９ａの内周面に円周方向一定間隔おきに複数の永久磁石１４が接着等により固定されている。

図１および図２に示すように、ステータ１８は、外輪４の外周の溝部Ｍｂに、後述のように組み付けられる。外輪４は、軸方向一端側つまりインボード側に半径方向外方に突出する車体取付フランジ４ａを有し、軸方向他端側つまりアウトボード側に半径方向外方に突出するフランジ４ｂを有するため、軸方向からステータ１８を挿通することができない構造体である。

ステータ１８は、ステータコア１８ａと、このステータコア１８ａのティースＴｓに巻回され電流を流し磁力を発生させるためのステータコイル１８ｂとを有する。これらステータコア１８ａおよびステータコイル１８ｂは、二列の転動体６，６が転走する外輪４の軌道面４ｉ，４ｏの間の軸方向範囲に配置される。なおティースＴｓに図示外のボビンを介してステータコイル１８ｂを巻回させてもよい。コイル巻線の方式は、集中巻き、分布巻きのいずれの方法も可能である。但し、分布巻きの場合は、ステータコア１８ａを組み立てた後にステータコイル１８ｂを巻く必要がある。

ステータコア１８ａは、円環部１８ａａと、この円環部１８ａａから半径方向外方に放射状に突出する複数のティースＴｓとを備える。図６（ａ）に示すように、ティースＴｓは、基端部分から先端部分にわたってストレート形状つまり直線状に延びる形状であってもよく、図６（ｂ）に示すように、ティースＴｓは、先端部分から円周方向両側に円弧状に突出するＴ字形状の鍔部Ｒｂが設けられていてもよい。

図２および図３に示すように、ステータコア１８ａは、円環部１８ａａで円周方向に分割されて前記ティースＴｓを有する複数のステータコア分割体Ｄｖから成り、これらステータコア分割体Ｄｖの前記分割された円周方向両側部に、互いに半径方向に挿入して嵌合される嵌合部Ｋｂが設けられている。嵌合部Ｋｂは、円周方向に隣接するステータコア分割体Ｄｖ同士の当接面が凹凸形状となる凹凸部分Ｋｂａを有し、円周方向に隣接する凹凸部分Ｋｂａが互いに嵌め合わされて円環部１８ａａを構成する。ステータコア分割体Ｄｖは、左右非対称の一枚の電磁鋼板２０が表裏逆転させて積層されたものである。この例の電磁鋼板２０は、正面視において、ティースＴｓを中心として、円環部１８ａａの一部を成す円周方向一方の基端部２０ａが他方の基端部２０ｂよりも短く形成されることで左右非対称の電磁鋼板２０を構成する。

各ステータコア分割体Ｄｖにつき、左右非対称の一枚の電磁鋼板２０を一定の積厚で表裏を逆転させて順次積層することで、凹凸部分Ｋｂａが形成される。所望の積厚に積層された電磁鋼板２０は、加締めまたは接着により相互に接合されている。
図３および図４に示すように、外輪４の外周面に設けられた溝部Ｍｂに、複数のステータコア分割体Ｄｖを半径方向外方から内方に組み付け、円周方向に隣接する矩形溝である凹凸部分Ｋｂａが互いに嵌合することで円環形状のステータ１８となる。

＜組立手順について＞
（１）外輪４の外周の溝部Ｍｂに対し、複数のステータコア分割体Ｄｖを径方向から組み付ける（図３）。
（２）ティースＴｓ，Ｔｓ間の嵌合部Ｋｂを径方向から加締め、溶接または接着などにより接合する（図４）。
（３）ティースＴｓに径方向からボビン１８ｃおよびステータコイル１８ｂを挿入し、ステータコイル１８ｂの結線を行う（図５）。
（４）その後、ロータおよび周辺部品を組み立てて電動機３とする。
なおＴ字形状のティースＴｓ（図６（ｂ））を組み立てる場合、ステータ組立後に軸方向に分割された形状のボビンを装着し、コイル巻きを行うか、または先にティースＴｓにコイル巻きを施した後に接着または軽圧入などにより複数のステータコア分割体を円環状に組み立てる。

＜シール構造について＞
図１に示すように、ロータケース１５のインボード側の内周面と、車体取付フランジ４ａの外周面との間には、電動機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。

＜回転検出器２７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、走行補助用の電動機３の回転を制御するために、外輪４に対する内輪５の回転角度または回転速度を検出する。回転検出器２７は、被検出部保持部材等に取付けられた被検出部２７ａと、この被検出部２７ａを検出するセンサ部２７ｂとを有する。外輪４のインボード側の内周面に、センサ固定部材２８を介してセンサ部２７ｂが固定されている。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、それぞれを１つ以上もしくは組み合わせて搭載してもよい。

＜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の二列の転動体６，６間の距離である軸受間距離を延長し、外輪４の外周で且つ二列の転動体６，６間の円周上に、環状の溝部Ｍｂを設けた。車両から発生するモーメント荷重に耐えるために、アウトボード側つまり車輪側の転動体６は、インボード側よりもピッチ円直径を増大させる。また外輪４の二列の軌道面４ｉ，４ｏの間の軸方向範囲に、ステータコア１８ａおよびステータコイル１８ｂが配置される。溝部Ｍｂは、両列の転動体６近傍の外輪４の強度を確保した上で、インボード側の転動体６のピッチ円直径ＰＣＤより小さい径まで半径方向内方に深くすることができる。

これにより、従来例のモータステータコア６３（図１２）と比較して、ステータコア１８ａの内径を大幅に小さくすることができる。この構造では、ステータコイル１８ｂの巻線空間を広く取れるため、ステータコイル１８ｂの巻き数を増やすことができ、電動機出力が増加する。
またインボード側の内外輪５，４の軌道面５ｉ，４ｉを、ナックル８のアウトボード側面８ａよりインボード側へ配置することもできる。したがって、車輪用軸受２の二列の軌道面間の距離（軸受間距離）が大きくなるため、モーメント荷重に対して強くなる。

以上のように、本実施形態の車両用動力装置１では、電動機３の外径寸法つまり車両用動力装置１の外径寸法を維持したまま電動機出力を増加することが可能である。モータステータコア１８ａの外径寸法は維持されるため、車両のブレーキロータ１２内に車両用動力装置１を問題なく格納することができる。また、車輪用軸受２の剛性も十分確保されている。

＜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７および図８に示すように、ステータコア分割体Ｄｖは、前記嵌合部を構成する部分と他の部分とで互いに形状の異なる複数種類（この例では三種類）の電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが積層されたものであってもよい。この形状の異なる電磁鋼板２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが積層されたステータコア分割体Ｄｖは、嵌合部Ｋｂの面積が増加し、円環状に組み立てた際の強度を増すことができる。なお、電磁鋼板の種類は、二種類であってもよいし、四種類以上であってもよい。

前述の各実施形態では、ステータコア分割体Ｄｖを電磁鋼板で積層して構成した場合について述べたが、ステータコア分割体Ｄｖは積層された電磁鋼板に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、ステータコア分割体Ｄｖは、一体成形された圧粉磁心等の一体成型材（圧粉体）Ａｔであってもよい。この場合、金型によりステータコア分割体Ｄｖを製作すればよく、特に図３に示すステータコア分割体Ｄｖの形状であれば、一つの金型でステータコア分割体Ｄｖを製作可能である。したがって、電磁鋼板を積層したものより量産性を高めることが可能となる。

＜車両用システムについて＞
図９は、いずれかの車両用動力装置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３５と機械的に非連結である従動輪１０_Ｂを持つ車両３０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と称す。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電動機３と、この電動機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、電動機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。

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）と、電動機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、二つの電動機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１０は、図９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と中電圧バッテリー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。電動機３は二つあるが、代表して一つで図示している。図９の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図１０では図示を省略しているが、従動輪側の電動機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電動機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９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１１は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置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３７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、車両用動力装置１が設置されている。このように車両用動力装置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９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。この車両用システムには、モータを兼用しない発電機３と、車輪用軸受２とを備える発電機付き車輪用軸受装置が搭載される。この発電機付き車輪用軸受装置は、いずれかの実施形態の車両用動力装置に対し、電動機を除き同一構成である。

この発電機付車輪用軸受が搭載される車両用システムによれば、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。

本願における車両用動力装置、発電機付車輪用軸受は、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。

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…車両用動力装置、２…車輪用軸受、３…電動機（発電機）、４…外輪、４ｉ，４ｏ…軌道面、５…内輪、５ｉ…軌道面、６…転動体、７…ハブフランジ、８…ナックル（足回りフレーム部品）、１０_Ｂ…従動輪、１８…ステータ、１８ａ…ステータコア、１８ｂ…ステータコイル、１９…ロータ、３０…車両、３５…主駆動源、Ｍｂ…溝部、ＰＣＤ…ピッチ円直径

Claims (7)

1. 固定輪である外輪およびこの外輪に転動体を介して回転自在に支持された内輪を有し、この内輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、
   前記外輪に取付けられたステータおよび前記ハブフランジに取付けられ前記ステータの半径方向外方に径方向の隙間を介して位置するロータを有する電動機と、を備えた車両用動力装置であって、
   前記外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部に前記ステータが設置され、前記溝部の外周面の直径は、前記転動体のピッチ円直径よりも小さい車両用動力装置。
2. 請求項１に記載の車両用動力装置において、前記車輪用軸受は二列の前記転動体を備え、これら転動体が転走する前記外輪の二列の軌道面の間の軸方向範囲に、前記溝部が設けられる車両用動力装置。
3. 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、前記車輪用軸受は二列の前記転動体を備え、これら転動体が転走する前記外輪の二列の軌道面の間の軸方向範囲に、前記ステータのステータコアおよびステータコイルが配置される車両用動力装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記車輪用軸受は二列の前記転動体を備え、インボード側の前記転動体が転走する前記内外輪の軌道面を、車両の足回りフレーム部品の軸受取付面よりもインボード側に配置した車両用動力装置。
5. 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、前記車両用動力装置は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪を備えた車両における、前記従動輪に搭載される車両用動力装置。
6. 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を搭載した車両。
7. 固定輪である外輪およびこの外輪に転動体を介して回転自在に支持された内輪を有し、この内輪に設けられたハブフランジに車両の車輪が取付けられる車輪用軸受と、
   前記外輪に取付けられたステータおよび前記ハブフランジに取付けられ前記ステータの半径方向外方に径方向の隙間を介して位置する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であって、
   前記外輪の外周に環状の溝部が設けられ、この溝部に前記ステータが設置され、前記溝部の外周面の直径は、前記転動体のピッチ円直径よりも小さい発電機付き車輪用軸受装置。
   

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