JPWO2017051881A1 - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

車輪支持用転がり軸受ユニット Download PDF

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Abstract

外径側軌道輪部材と、内径側軌道輪部材と、これらの間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを有し、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうちの何れか一方が、使用状態で回転しない静止側軌道輪部材であり、他方が、車輪と共に回転する回転側軌道輪部材である軸受部と、固定子と回転子とを有し、これら固定子と回転子との相対回転に基づき、前記車輪に設置したセンサに対し供給する電力を発電する発電機と、該発電機が発電した電力を蓄えるバッテリと、車体側に配置された電子機器との間で、前記センサの出力信号を含む信号を、無線により通信する無線通信器と、を備え、前記固定子が、前記静止側軌道輪部材に対し支持固定されていると共に、前記回転子と前記バッテリと前記無線通信器とが、前記回転側軌道輪部材に対し支持固定されている車輪支持用転がり軸受ユニットを提供する。

Description

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に使用する車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。
自動車の運動性能や安全性能に影響を与える因子は数多くあるが、最終的に自動車の走る・曲がる・止まるといった挙動を決定しているのは、車輪を構成するタイヤと路面との摩擦力(グリップ力、タイヤ力)である。この為、近年、タイヤに作用する摩擦力に代表されるタイヤの状態量を検出して、アクティブセーフティ技術に利用する事などが考えられている。例えば、タイヤ内の空気圧を測定したり、タイヤに作用する荷重を直接或いはタイヤの歪みを検出する事で間接的に求めたりする技術などが考えられている(特許文献1参照)。
又、タイヤに空気圧センサや歪センサ等の各種センサを設置する場合には、これら各種センサに電力を供給する必要がある。この様な事情に鑑み、例えば特許文献2、3には、タイヤ内に発電装置を設け、該発電装置で発電した電力を、センサ等の電子機器に供給する技術が開示されている。ところが、タイヤ(及びホイール)に対し発電装置を設置する場合、タイヤ(及びホイール)は、構成部品全体が回転し、回転しない部分を備えない為、発電装置を構成する為には、車輪の回転運動を利用して相対変位する機構を別途設ける必要がある。この為、発電装置の構造が複雑になり易く、コストが嵩む原因になる。又、タイヤは、定期的に交換する必要がある為、交換後のタイヤに対し、センサや発電装置等を取り付け直す必要があり、やはりコストが嵩み易くなる。
一方、例えば特許文献4には、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに荷重センサを設置する事で、タイヤに作用する摩擦力を求める技術が開示されている。この様な技術によれば、前述した様なタイヤの定期交換の問題は生じないが、次の様な問題を生じる可能性がある。
第一に、ブレーキ(制動力)が作用している状態では、転がり軸受ユニットに設置された荷重センサが検出する荷重と実際にタイヤに作用している力とが一致しなくなり、摩擦力を正確に求められなくなる可能性がある。この理由は、ブレーキが作用している状態では、タイヤに作用している力が車体に伝達されるまでの経路が、「タイヤ→転がり軸受ユニット→車体」の経路と、「タイヤ→ブレーキ装置→車体」の経路との2経路になり、転がり軸受ユニットに設置した荷重センサによっては、前者の経路を伝達する力しか検出できない為である。
第二に、前記特許文献4に記載された構造の場合には、前記荷重センサから引き出されたハーネスを、車体側に設置された演算器に接続する必要がある為、転がり軸受ユニットの車体への組み付け作業時のハーネスの取り回し作業が面倒になり、組立工数が増加し、組立コストが嵩む原因になる。
日本国特開2013−107460号公報 日本国特許第4627108号公報 日本国特許第5508124号公報 日本国特開2005−43336号公報
上述の様な事情に鑑みて、本発明の一態様によればブレーキの作用状態に拘らず、タイヤの状態量を正確に検出できる構造を、低コストで実現する。
本発明の一実施形態に係る車輪支持用転がり軸受ユニットは、懸架装置に対して車輪(タイヤ及びホイール)を回転自在に支持する為のもので、軸受部と、発電機と、バッテリと、無線通信器とを備える。
前記軸受部は、外径側軌道輪部材と、内径側軌道輪部材と、複数個の転動体とを有する。
前記外径側軌道輪部材は、例えば略円環状(円筒状)に構成されており、内周面に1乃至複数(例えば複列)の外輪軌道を有する。
前記内径側軌道輪部材は、例えば略円環状(円筒状)に構成されており、前記外径側軌道輪部材の径方向内側に配置され、外周面に1乃至複数(例えば複列)の内輪軌道を有する。
前記各転動体は、例えば玉やころ(円すいころ、円筒ころ、ニードル、球面ころを含む)を使用する事ができ、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に、転動自在に設けられる。
そして、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうち何れか一方の軌道輪部材を、使用状態で、前記懸架装置に支持固定されて回転しない静止側軌道輪部材とし、他方の軌道輪部材を、前記車輪を結合固定して、該車輪と共に回転する回転側軌道輪部材としている。
又、前記発電機は、互いに同心(同軸上)に配置された固定子と回転子とを有し、これら固定子と回転子との相対回転に基づき、前記車輪に設置したセンサ(車輪の状態量を測定するセンサであり、例えば歪センサ、加速度センサ、空気圧センサ、摩耗センサ、温度センサ等)に対し供給する電力を発電するものである。
又、前記バッテリは、前記発電機により発電した電力を蓄えると共に、前記発電機の発電量が低下した場合には、前記センサに電力を供給するものである。
又、前記無線通信器は、車体側に配置された電子機器との間で、前記センサの出力信号を含む信号(例えば車体側から送信される車両の走行状態、エンジンの運転状態等を表す信号を必要に応じて含む)を、無線により通信するものである。
さらに、前記固定子を、前記静止側軌道輪部材に対して直接又は間接的に支持固定すると共に、前記回転子と前記バッテリと前記無線通信器とを、前記回転側軌道輪部材に対して直接又は間接的に支持固定している。
尚、タイヤ交換時のコストを抑える面からは、前記各センサのうち、摩耗センサ、タイヤ歪みセンサ、温度センサなど、タイヤに設置しなければ測定できない状態量を測定するセンサのみを、タイヤに設置し、空気圧センサ、ホイール歪みセンサ、加速度センサなど、タイヤに設置しなくても測定可能な状態量を測定するセンサに就いては、ホイールに設置する事が好ましい。
上記構成において、前記回転側軌道輪部材に対し前記車輪を構成するホイールを結合固定した状態で、該ホイールの中心孔の内側に挿入される部分に、前記センサとの接続に用いるセンサコネクタを配置してもよい。この場合には、これらセンサとセンサコネクタとを、有線の配線(ケーブル)により接続する事ができる。尚、前記センサコネクタは、前記バッテリ及び前記無線通信器に対し電気的に接続されている。
更に、上記構成において、前記静止側軌道輪部材の軸方向内端開口部を、カバーにより塞いてもよい。該カバーのうち、前記無線通信器を構成するアンテナと対向する部分を、例えばABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂)やAS樹脂(アクリロニトリル、スチレンのコポリマー(共重合化合物))等の電波透過性樹脂(繊維強化樹脂も含む)製としてもよい。
又、上記構成において、前記発電機を、それぞれが略円輪状の1つの固定子と1つの回転子とを備えたものとしてもよい。そして、これら固定子と回転子とを、軸方向のエアギャップ(アキシアルギャップ)を介して対向する状態で配置し、前記発電機を、アキシアルギャップ型の発電機としてもよい。
又、上記構成において、例えば、前記固定子を、円周方向に複数の永久磁石を配置したものとし、前記回転子を、円周方向に複数のコイルを配置してもよい。
又、例えば、前記回転子を構成する複数のコイルの内側を中空として(鉄芯、コアを配置せず)、前記発電機をコアレス構造としてもよい。
更に、例えば、前記回転子を構成するコイル数と、前記固定子を構成する永久磁石の極数とを一致させて、前記発電機を単相発電機としてもよい。
或いは、前記発電機を、固定子と回転子とを径方向のエアギャップ(ラジアルギャップ)を介して配置する事で、ラジアルギャップ型の発電機としてもよい。
又、上記構成において、前記発電機により発電した電力を前記バッテリに供給して該バッテリを充電する充電器を設けてもよい。
この充電器は、前記発電機により発電した交流電圧を直流電圧に変換する為の整流回路を備える。又、この様な充電器(回路)は、前記無線通信器と同じスペース内に設置しても良いし、該無線通信器とは別に設置しても良い。
又、上記構成において、前記内径側軌道輪部材の中央部に貫通孔を形成してもよい(内径側軌道輪部材全体を中空筒状に構成する)。そして、該貫通孔内に、前記発電機と前記バッテリと前記無線通信器とのうちの少なくとも何れかの部材を配置してもよい。
又、上記構成において、例えば前記静止側軌道輪部材の軸方向内端部に直接又は間接的に前記固定子を固定してもよい。そして、該固定子の径方向内側に、前記無線通信器をその内部に収納した状態で、前記回転側軌道部材に固定されるマウント部材を配置し、該マウント部材の周囲に前記回転子を固定してもよい。
又、上記構成において、前記発電機に、回転速度検出センサとしての機能を併せ持たせてもよい。
又、上記構成において、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうち、内径側軌道輪部材を回転側軌道輪部材とし、外径側軌道輪部材を静止側軌道輪部材とした、内輪回転型の構造を採用してもよいし、反対に、内径側軌道輪部材を静止側軌道輪部材とし、外径側軌道輪部材を回転側軌道輪部材とした、外輪回転型の構造を採用してもよい。
又、上記軸受ユニットは、従動輪用と駆動輪用との何れの構造を採用する事もできるが、前記バッテリ等の収納スペースを確保する面からは、従動輪用の構造を採用する事が好ましい。尚、内輪回転型で駆動輪用の構造を採用する場合には、内径側軌道輪部材の中央部に形成した係合孔(貫通孔)に駆動軸を挿入する必要がある為、例えば、該駆動軸の軸方向外端部(先端部)よりも軸方向外方の空間に例えば前記バッテリを設置し、該駆動軸の周囲に前記発電機を設置する事ができる。
又、上記構成において、前記回転側軌道輪部材に、前記バッテリの軸方向の位置決めを図る為の例えば円輪状の軸方向位置決め部、及び、前記バッテリの径方向の位置決めを図る為の例えば円筒面状の径方向位置決め部をそれぞれ設けてもよい。そして、前記バッテリを、前記回転側軌道輪部材に対し軸方向及び径方向の位置決めを図った状態で支持固定してもよい。
上記構成において、中空筒状に構成された前記回転側軌道輪部材の内周面に径方向内方に突出する状態で内向フランジ部を設けてもよい。そして、該内向フランジ部のうち、軸方向側面を前記軸方向位置決め部として機能させ、内周面を前記径方向位置決め部として機能させてもよい。
より具体的には、例えば、前記バッテリを中空筒状のバッテリーケース内に収納した状態で、該バッテリーケースの一部を、前記内向フランジ部の内側に軸方向に挿通(通過)させる。これにより、前記径方向位置決め部である前記内向フランジ部の内周面により、前記バッテリーケースの径方向の位置決めを図る。又、前記バッテリーケースのうち、前記内向フランジ部の内側に軸方向に挿通した部分に、例えばナットや止め輪等の抜け止め部材を固定する。そして、該抜け止め部材を、前記軸方向位置決め部である前記内向フランジ部の軸方向内側面に軸方向に当接させると共に、前記バッテリーケースの一部を、前記回転側軌道輪部材の内面に設けられた別の軸方向位置決め部に対し軸方向に当接させる。これにより、前記バッテリーケースの一部と前記抜け止め部材との間で、前記回転側軌道輪部材を軸方向両側から挟持し、前記バッテリーケースの軸方向の位置決めを図る。この結果、前記バッテリーケースを前記回転側軌道輪部材に対し軸方向及び径方向の位置決めを図った状態で支持固定する事ができる。
更に、上記構成において、前記内向フランジ部の内周面に、前記バッテリ(バッテリーケース)との相対回転を阻止する為の、雌セレーション部(溝)、雌スプライン部(溝)、キー溝等の回り止め部を設けてもよい。
上述の様に構成する、車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、低コストで、ブレーキの作用状態に拘らず、タイヤの状態量を正確に検出する事が可能になる。
即ち、上記構成の場合には、前記特許文献4に記載された構造の様に、軸受ユニット側ではなく、車輪(タイヤ、ホイール)側にセンサを設置する為、例えばタイヤに作用する力を検出する場合にも、ブレーキの作用状態に拘らず、正確に検出する事が可能になる。
又、上記構成の軸受ユニットの場合には、前記センサに供給する為の電力を発電する発電機、及び、該センサの出力信号を車体側に設置した電子機器に対し無線送信する無線通信器を備えている為、前記軸受ユニットを前記車体(懸架装置)に対し取り付ける際に、ハーネスの取り回し作業を行う必要がなく、組立作業性を良好にできる。
又、タイヤの交換時にも、軸受ユニットに設けられた発電機、バッテリ、及び無線通信器は、そのまま継続して使用できる(タイヤに設置されたセンサのみ交換すれば足りる)為、タイヤ交換時のコストを低く抑えられる。
更に、上記構成の場合には、偏摩耗防止の為にタイヤローテーション(タイヤの位置変更)を実施した場合にも、無線通信機能を有する軸受ユニット自体の取付位置には変更がない為、車体側の電子機器(受信器)で受信した信号が、どのタイヤの信号か判別がつかなくなる事も防止できる。
本発明の実施の形態の第1例の車輪支持用転がり軸受ユニットにより車輪を懸架装置に対して支持した車輪支持構造を示す正面図。 同じく軸方向外側から見た斜視図。 同じく軸方向内側から見た斜視図。 同じく図1のA−A断面図。 同じく図4のB部拡大図。 同じく軸受ユニットを取り出し、軸方向外側から見た状態を示す斜視図。 同じく軸受ユニットを取り出し、軸方向内側から見た状態を示す斜視図。 同じく分解斜視図。 本発明の実施の形態の第2例を示す図8に相当する図。 同じく軸受部とバッテリーケースのみを取り出して示す斜視図。 本発明の実施の形態の第3例の車輪支持用転がり軸受ユニットを軸方向外側から見た状態を示す正面図。 同じく図11のC−C断面図。 本発明の実施の形態の第4例を示す、図12に相当する図。 同じく一部の部材を省略して示す図8に相当する図。
[実施の形態の第1例]
本発明の実施の形態の第1例に就いて、図1〜8を参照しつつ説明する。
本例の車輪支持用転がり軸受ユニット(以下、軸受ユニット)1は、従動輪用であり、自動車の車輪を構成するタイヤ2及びホイール3、並びに、制動装置であるディスクブレーキ装置4を構成するロータ5を、懸架装置を構成するナックル6に対し回転自在に支持している。又、図示の構造の場合には、車体7に対して揺動変位を可能に支持されたアッパアーム8とロアアーム9とにより、ナックル6を支持している。
軸受ユニット1は、軸受機能を有する軸受部11と、発電機能を有する発電機12と、無線通信機能を有する無線通信器13と、蓄電機能を有するバッテリ14と、充電機能を有する充電器15とを備えている。
軸受部11は、タイヤ2及びホイール3をナックル6に対し回転自在に支持する部分であり、外径側軌道輪部材である外輪16と、内径側軌道輪部材であるハブ17と、複数個の玉18、18とを備えている。
外輪16は、全体を略円環状に構成されており、内周面に複列の外輪軌道19a、19bを、外周面の軸方向中間部内端寄り部分に静止側フランジ20をそれぞれ有する。又、該静止側フランジ20には、軸方向に貫通する取付孔(ねじ孔又は通孔)21、21が複数設けられている。
尚、本明細書及び特許請求の範囲に於いて、軸方向に関して「内」とは、車両への組み付け状態で車両の幅方向中央側となる、図4、5の右側を言う。反対に、車両の幅方向外側となる、図4、5の左側を、軸方向に関して「外」と言う。
ハブ17は、ハブ本体22と内輪23とを組み合わせて成るもので、外周面に複列の内輪軌道24a、24bを有し、外輪16の内径側にこの外輪16と同心に支持されている。具体的には、ハブ本体22の外周面の軸方向中間部に軸方向外側列の内輪軌道24aを直接形成すると共に、同じく軸方向内端寄り部分に形成した小径段部25に、外周面に軸方向内側列の内輪軌道24bを形成した内輪23を外嵌固定している。そして、ハブ本体22の軸方向内端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部26により、内輪23の軸方向内端面を抑え付けている。又、ハブ本体22の軸方向外端部で、外輪16の軸方向外端開口部よりも軸方向外方に突出した部分には、車輪を支持する為の回転側フランジ27を設けている。又、この回転側フランジ27には、軸方向に貫通する結合孔(ねじ孔又は通孔)28、28が設けられている。
尚、本発明を実施する場合には、ハブ本体のうち、内輪が外嵌固定された部分よりも軸方向内方に突出した部分に雄ねじ部を形成し、該雄ねじ部にナットを螺合し更に締め付ける事で、内輪をハブ本体に支持固定する構成を採用する事もできる。
特に本例の場合、ハブ本体22を、中空筒状に構成しており、該ハブ本体22の中心部には、軸方向に貫通した貫通孔(中心孔)29を設けている。該貫通孔29は、軸方向外端部乃至中間部に設けられた外端側大径部30と、軸方向中間部内端寄り部分に設けられた小径部31と、軸方向内端部に設けられた内端側大径部32とから構成されている。本例の場合には、ハブ本体22の軸方向中間部内端寄り部分の内周面に、軸方向両側に隣接する部分よりも径方向内方に突出した円輪状の内向フランジ部33を全周に亙り形成する事で、中心孔29を、外端側大径部30と小径部31と内端側大径部32とに区分けしている。又、このうちの外端側大径部30は、軸方向外方に向かう程内径寸法が次第に大きくなった断面略台形状に構成されているのに対し、内端側大径部32は、軸方向内方に向かう程内径寸法が次第に大きくなった断面略台形状に構成されている。
又、本例の場合、貫通孔29のうち、外端側大径部30及び内端側大径部32に関しては、塑性加工である鍛造加工によりハブ本体22を製造する際に形成しているのに対し、内向フランジ部33の内周面により構成される小径部31に関しては、切削加工(穴あけ加工)により形成している。これにより、特許請求の範囲に記載した径方向位置決め部に相当する円筒面状の小径部31の中心軸と、ハブ本体22の中心軸との同軸度を高めている。又、特許請求の範囲に記載した軸方向位置決め部(座面)に相当する円輪状の内向フランジ部33の軸方向内側面(必要に応じて軸方向両側面)に関しては、切削加工や研削加工(座面加工)を施して、ハブ本体22の中心軸に直交する仮想平面に対する平行度を高めている。更に、本例の場合には、後述する様に、貫通孔29内に、前述したバッテリ14及び充電器15と無線通信器13の一部(軸方向外端部)とを配置している。
各玉18、18は、両外輪軌道19a、19bと両内輪軌道24a、24bとの間に、両列毎に複数個ずつ、それぞれ保持器34、34により保持した状態で、背面組み合わせ型の接触角と共に予圧を付与した状態で転動自在に設けている。又、図示の例の場合、両列の玉18、18同士の間で、直径、ピッチ円直径、及び、接触角の大きさを、互いに同じに設定している。但し、本発明を実施する場合には、両列の玉の直径は必ずしも同じである必要はない。例えば、インナ側(軸方向内側)の玉列を構成する玉の直径を、アウタ側(軸方向外側)の玉列を構成する玉の直径よりも大きくすると共に、アウタ側の玉列のピッチ円直径を、インナ側の玉列のピッチ円直径よりも大きくする事で、外端側大径部の空間の容積をより大きく確保する(内部に収納するバッテリの容量を増大させる)事もできる。
又、外輪16をナックル6に支持固定する為に、該外輪16のうち、静止側フランジ20よりも軸方向内側に設けられた部分(ナックル側パイロット部)を、ナックル6に形成された円形の支持孔35に挿入すると共に、静止側フランジ20の軸方向内側面をナックル6の軸方向外端面に当接させる。そして、この状態で、互いに整合する位置に設けられた、各取付孔21、21と、ナックル6に設けられた複数のナックル側取付孔(通孔又はねじ孔)36、36とに、それぞれ結合部材(ボルト)37、37を螺合又は挿通し、更に締め付ける。これにより、外輪16をナックル6に支持固定する。従って、本例の場合には、外輪16が、特許請求の範囲に記載した静止側軌道輪部材に相当する。
これに対し、回転側フランジ27には、車輪を構成するホイール3及びロータ5を結合固定する。この為に、該ロータ5の中央部に設けられたロータ中心孔38、及び、ホイール3の中央部に設けられたホイール中心孔39に、ハブ本体22の軸方向外端部に設けられたパイロット部と呼ばれる位置決め筒部40を順次挿入(内嵌)する。これにより、ホイール3及びロータ5の径方向の位置決めを図った状態で、互いに整合する位置に設けられた、各結合孔28、28と、ホイール3に形成されたホイール結合孔41、41と、ロータ5に形成されたロータ結合孔42とに、それぞれ結合部材43、43を螺合又は挿通し、更に締め付ける。これにより、回転側フランジ27の軸方向外側面に、ホイール3及びロータ5を結合固定している。従って、本例の場合には、ハブ17が、特許請求の範囲に記載した回転側軌道輪部材に相当する。
ホイール3は、図示の例ではアルミニウム合金製であり、回転側フランジ27の軸方向外側面に結合固定されるディスク部44と、該ディスク部44の外周縁部に設けられた円筒状のリム部45とから構成されている。そして、該リム部45の周囲に、タイヤ2を支持固定している。一方、ロータ5は、断面クランク形で、全体を円輪板状に構成されている。又、該ロータ5は、内径側部分に設けられ、回転側フランジ27の軸方向外側面に結合固定されるハット部46と、外径側部分に設けられ、ブレーキ作動時に、ディスクブレーキ装置4を構成するキャリパ47に支持された1対のパッドにより挟持される摺動部48とを備えている。
又、本例の軸受ユニット1の場合には、外輪16の軸方向外端開口部とハブ本体22の軸方向中間部外周面との間に、シールリング49を設置すると共に、外輪16の軸方向内端開口部に、有底円筒状のカバー50を装着している。これにより、各玉18、18を設置した内部空間51内に封入したグリースが外部空間に漏洩したり、又は外部空間に存在する異物が、この内部空間51内に侵入したりする事を防止している。
カバー50は、円筒状の円筒部52と、円板状の底部53とから構成されており、このうちの円筒部52の軸方向外端部を、外輪16の軸方向内端部内周面に内嵌固定している。又、この円筒部52の軸方向外端寄り部分に設けられた外向鍔部(屈曲部)54を、外輪16の軸方向内端面に突き当てる事で、カバー50の軸方向に関する位置決めを図っている。又、底部53は、円筒部52の軸方向内端部から径方向内方に直角に折れ曲がる状態で設けられた外径側円輪部55と、底部53の中央部で、該外径側円輪部55の径方向内側に設けられた中央円板部56とから構成されている。本例の場合、円筒部52及び外径側円輪部55を、ステンレス鋼板等の金属板にプレス加工を施す事により一体的に構成しているのに対し、中央円板部56を、ABS樹脂やAS樹脂等の電波透過性に優れた樹脂から構成している。又、図示の構造の場合には、該中央円板部56を、断面略コ字形として、その外周縁部を外径側円輪部55の内周縁部に結合固定した状態で、該外径側円輪部55よりも軸方向内側に突出した構成としている。
本例の場合、上述の様な構成を有する軸受部11に対して、発電機12と、無線通信器13と、バッテリ14と、充電器15とを組み付け、軸受ユニット1を構成している。
発電機12は、三相の交流を発電する磁石式交流発電機で、後述する車輪側に設置されたセンサ(タイヤ側、ホイール側各センサ87、88)に対し供給する電力を発電するものであり、互いに同心に配置された固定子57と回転子58とを備えている。尚、本発明を実施する場合には、単相の交流を発電する交流発電機を使用する事もできる。
このうちの固定子57は、磁性金属板により円筒状に構成された支持環59と、該支持環59の内周面に支持固定された永久磁石60とを備えている。該永久磁石60は、円筒状に構成されており、径方向に着磁すると共に、着磁の向きを円周方向に関して交互に且つ等間隔で変化させている。この為、永久磁石60の内周面には、S極とN極とが交互に且つ等間隔で配置されている。本例の場合には、永久磁石60の内周面に、S極とN極との組み合わせを合計3組(6極)設けている。又、支持環59を、カバー50を構成する円筒部52の軸方向内端部内周面に結合固定している。
これに対し、回転子58は、複数枚の電磁鋼板を積層する事により形成したステータコア61と、コイル62、62とから構成されている。これら各コイル62、62は、ステータコア61を構成する放射状に配置された複数本(図示の例では6本)のティース(突極)63、63の周囲に巻装されている。より具体的には、各コイル62、62は、各ティース63、63に導線であるエナメル線を巻回した三相巻線として構成されている。
そして、本例の場合には、回転子58を構成するステータコア61を、断面クランク形で全体を略円環状に構成したマウント部材64を利用して、ハブ17の軸方向内端部に支持固定している。より具体的には、マウント部材64を、円板部65と、該円板部65の外径側端部から軸方向外側に折れ曲がる状態で設けられた大径筒部66と、該円板部65の内径側端部から軸方向内側に折れ曲がる状態で設けられた小径筒部67とから構成している。そして、このうちの大径筒部66を、ハブ17を構成する内輪23の軸方向内端部(肩部)に締り嵌めにより外嵌固定した状態で、小径筒部67にステータコア61を外嵌固定している。更に、小径筒部67のうちで、ステータコア61を外嵌した部分よりも軸方向内側に突出した部分に、略C字形の止め輪68を係止し、回転子58が、マウント部材64から軸方向に脱落する事を防止している。
本例の場合、固定子57を、カバー50を構成する円筒部52の内周面に結合固定すると共に、回転子58を、マウント部材64を介して内輪23に支持固定した状態で、固定子57と回転子58とが同心(同軸上)に配置され、該回転子58(ティース63、63)の外周面が、固定子57を構成する永久磁石60の内周面に対し、微小隙間を介して径方向に対向する。即ち、本例の場合には、発電機12を、ラジアルギャップ型の発電機としている。この様な構成を採用する事で、回転子58がハブ17と共に回転した際に、各コイル62、62の電磁誘導作用により起電力が発生する様にしている。つまり、車輪と共にハブ17を回転させる事により、発電機12が発電する様にしている。
無線通信器13は、車体7側に設置された電子機器である演算器69との間で、無線による通信を行うもの(本例の場合には送受信が可能)であり、ワイヤレス通信回路(基板)70と、アンテナ71とを備えている。又、無線通信器13は、ケース72内に樹脂モールドにより固定された状態で、マウント部材64を構成する小径筒部67の径方向内側に配置されている。本例の場合には、ケース72を段付円筒状に構成しており、軸方向中間部乃至内端部に設けられた小径部73を、マウント部材64を構成する小径筒部67に対し、軸方向外側から内嵌固定している。この際に、ケース72の軸方向外端部に設けられた大径部74の軸方向内側面を、マウント部材64を構成する円板部65の軸方向外側面に突き当てている。この様に、本例の場合には、無線通信器13に関しても、マウント部材64を利用して、ハブ17(内輪23)に支持固定している。
ケース72の軸方向外端開口は、該ケース72とは別体の円板状の中継基板75により塞いでいる。該中継基板75には、図示しない配線及び複数の端子が設けられており、ケース72内に収納されたワイヤレス通信回路70が電気的に接続されている。又、中継基板75の軸方向外側面に形成した配線には、ケース72を構成する大径部74を軸方向に挿通した、発電機12を構成するコイル62、62の両端部が接続されている。これに対し、ケース72の軸方向内端部には、ワイヤレス通信回路70に電気的に接続されたアンテナ71が配置されている。本例の場合には、この様にアンテナ71を配置する事で、該アンテナ71を、カバー50を構成する樹脂製の中央円板部56に対し軸方向に近接対向させている。従って、該アンテナ71に出入りする無線信号が、カバー50により遮られる事を有効に防止して、無線通信器13と演算器69との間で、無線による通信が効率良く行える様にしている。
バッテリ14は、発電機12が発電した電力を蓄えるものであり、複数本の蓄電池(例えばニッケル水素電池)を直列に接続する事により構成している。又、充電器15は、発電機12により発電した電力をバッテリ14に供給し、該バッテリ14を充電するものであり、発電機12が発電した交流電圧を直流電圧に変換する為の整流回路と、バッテリ14の残量に応じて充放電を制御する充放電制御回路と、回転子58の回転数変化に拘らず定電圧出力を行う為の電圧制御回路とを備えている。本例の場合には、この様な構成を有するバッテリ14及び充電器15を、電気的に接続した状態で、軸方向外端側に開口部を有するバッテリーケース76内に収納し、キャップ77により軸方向外側から蓋をしている(密閉している)。又、バッテリーケース76の軸方向外端側の開口部とキャップ77との間で、円環状のシールリング(例えばOリング)110を弾性的に挟持して、バッテリーケース76内に水や埃等の異物が侵入する事を防止している。
バッテリーケース76は、軸方向内端部に設けられた金属製で軸状の接続部78と、軸方向中間部乃至外端部に設けられた、接続部78よりも大径で、絶縁性に優れた合成樹脂製である、中空筒状の収納部79と、該収納部79の軸方向外端部を全周に亙り覆う様に設けられた金属製で円環状のコネクタ部80とを備えている。そして、この様な構成を有するバッテリーケース76を、ハブ本体22の貫通孔29内に配置する為に、接続部78を先頭に軸方向外側から貫通孔29に挿入していく。そして、接続部78を、内向フランジ部33の内側を軸方向外側から内側に向けて挿通する(通過させる)。これにより、接続部78を、小径部31及び内端側大径部32の内側に配置し、収納部79及びコネクタ部80を、外端側大径部30の内側に配置する。又、この状態で、該コネクタ部80を、ハブ本体22を構成する位置決め筒部40の内側に圧入(径方向のがたつきなく内嵌)若しくは隙間嵌で内嵌固定する。この様に本例の場合には、バッテリーケース76のうち、接続部78(の中間部乃至基端部)を内向フランジ部33(小径部31)に内嵌すると共に、コネクタ部80を位置決め筒部40に内嵌する事により、バッテリーケース76の径方向の位置決めを図っている。この為、本例の場合には、内向フランジ部33の内周面と同様に、特許請求の範囲に記載した径方向位置決め部として機能する円筒面状の位置決め筒部40の内周面に関しても、切削加工や研削加工を施している。これにより、位置決め筒部40の内周面の中心軸とハブ本体22の中心軸との同軸度を高めている。
更に、接続部78のうちで、内向フランジ部33の内側を通過し、内端側大径部32内に突出した部分に、環状のナット81を螺合している。この為に、接続部78の先端部(軸方向内端部)外周面には、雄ねじ部111を形成している。そして、雄ねじ部111にナット81を螺合した状態で、該ナット81の軸方向外側面を内向フランジ部33の軸方向内側面に軸方向に当接させると共に、コネクタ部80の径方向外端部の軸方向内端面を、位置決め筒部40の内周面の軸方向内側に隣接して設けられた段差面109に軸方向に当接させている。これにより、該ナット81とコネクタ部80の一部との間で、ハブ本体22の一部を軸方向両側から挟持し、バッテリーケース76の軸方向の位置決めを図っている。この為、本例の場合には、内向フランジ部33の軸方向内側面と同様に、特許請求の範囲に記載した軸方向位置決め部として機能する円輪状の段差面109に関しても、切削加工や研削加工を施し、ハブ本体22の中心軸に直交する仮想平面に対する平行度を高めている。本例の場合には、以上の様な構成により、バッテリーケース76を、ハブ本体22に対し、軸方向及び径方向の位置決めを図った状態で支持固定している。又、本例の場合、ナット81が、特許請求の範囲に記載した抜け止め部材に相当する。
上述した様に、本例の場合には、コネクタ部80の一部を段差面109に当接させた場合に就いて説明したが、別の例として、バッテリーケース76のうちで、接続部78と収納部79との間部分に設けられた段差面112を、内向フランジ部33の軸方向外側面に当接させる事もできる。この様な構成を採用する場合には、軸方向位置決め部(座面)として機能する内向フランジ部33の軸方向両側面に切削加工や研削加工を施す。
上述の様にバッテリーケース76をハブ本体22に対し支持固定した状態で、接続部78の先端部(軸方向内端部)に設けた複数の端子83、83を、中継基板75に対し弾性的に押し付ける様にして電気的に接続している。より具体的には、各端子83、83を中継基板75に当接させた状態で、これら各端子83、83の基端部に設けた図示しないバネを弾性変形させている。これにより、中継基板75(又はバッテリーケース76)の軸方向位置が多少ずれた場合にも、各端子83、83を中継基板75に対し確実に接続できる様にしている。接続部78に設けられた端子83、83には、発電機12により発電した交流電圧を中継基板75側から受け取る為の端子と、バッテリ14に蓄えられた電圧を中継基板75側に送る為の端子と、コネクタ部80に接続されるセンサ(タイヤ側、ホイール側各センサ87、88)の出力信号を中継基板75側に送る為の端子とをそれぞれ備えている。従って、接続部78内には、図示しない複数の信号線及び電源線が、モールドされ絶縁された状態で配置されており、このうちの電源線は充電器15(バッテリ14)に接続され、信号線はコネクタ部80に接続される。
又、収納部79のうち、奥側(軸方向内側)に充電器15を配置し、開口部側(軸方向外側)にバッテリ14を配置している。この様にバッテリ14を収納部79内に配置し、キャップ77を取り付けた(ねじ止め固定した)状態で、該バッテリ14の軸方向両端部に設けられた電極に対して、充電器15に電気的に接続された1対の端子84が接続される。本例の場合には、このうちの一方の端子84を、キャップ77の内面(軸方向内側面)に設けている。この様な構成により、発電機11により発電した電力は、充電器15を構成する全波整流回路にて整流され、センサ等に電力を供給するとともに、充電器15を介してバッテリ14に給電される。この場合、発電機の発電量がセンサ等を動作させるのに不足する場合に、バッテリ14からセンサ等に電力を供給する。また、発電機の発電量がセンサ等を動作させるのに十分な場合は、充電器15の要求に応じてバッテリ14を充電することができる。
コネクタ部80は、車輪に設置する1乃至複数のセンサ(タイヤ側、ホイール側各センサ87、88)に接続する為の配線(89a、89c)を接続する為のもので、軸受ユニット1に対しホイール3を結合固定した状態で、ホイール中心孔39の内側(外周縁部分)に位置している。つまり、本例の軸受ユニット1のうちで、最も軸方向外側に位置する部分に設けられている。又、コネクタ部80の外周面は、位置決め筒部40の内周面との間の密封性能(シール性能)を高める為に、ゴム等の弾性材や合成樹脂により覆う事もできる。又、コネクタ部80は、バッテリーケース76の軸方向外端面から軸方向に突出(露出)した、それぞれが1対のピン85a、85bから成る複数(図示の例では3つ)のセンサコネクタ(オスコネクタ)86、86を有している。尚、これら両ピン85a、85bの種類(機能及び用途)に就いては、アナログ信号用やデジタル信号用等に応じて適宜決定する事ができ、例えば、一方のピン85aを電力供給用のピンとし、他方のピン85bを信号用のピンとする事ができる。この場合には、このうちの一方のピン85aは、バッテリ14に電気的に接続され、他方のピン85bは、前述した様に、中継基板75を介して無線通信器13に接続される。
本例の場合には、タイヤ交換時のコストを抑える面から、図4に示す様に、タイヤ2の状態量を測定する為のセンサのうち、摩耗センサ、タイヤ歪みセンサ、温度センサなどの、該タイヤ2に直接設置しなければ測定できない状態量を測定するタイヤ側センサ87を、タイヤ2内に直接設置している。これに対し、空気圧センサ、ホイール歪みセンサ、加速度センサなどの、タイヤ2に設置しなくても測定可能な状態量を測定するホイール側センサ88に就いては、ホイール3(図示の例ではリム部45)に設置している。そして、このうちのホイール側センサ88と、何れか1つのセンサコネクタ86とを、ホイール3を構成するディスク部44の軸方向内側面に沿って配置した配線89a、及び、該配線89aの端部に設けたメスコネクタ108により接続している。これに対し、タイヤ側センサ87に就いては、ホイール3(リム部45)に取り付けた中継コネクタ90を介して接続している。具体的には、タイヤ側センサ87と中継コネクタ90との間を配線89bにより接続し、該中継コネクタ90と別のセンサコネクタ86との間を、配線89c及びメスコネクタ108により接続している。この様に、タイヤ側とホイール側とで配線89b、89cを分ける事で、タイヤ交換時の作業を容易に行える様にしている。尚、残り1個のセンサコネクタ86に就いては、センサを接続していないが、必要に応じてセンサを接続する事ができる。又、本発明を実施する場合には、バッテリ容量に応じて、センサコネクタの数を増やす事もでき、接続できるセンサ数を増やす事ができる。
以上の様な構成を有する本例の軸受ユニット1の場合には、車両の走行に伴い車輪(タイヤ2及びホイール3)が回転すると、軸受部11のうち、回転側軌道輪部材であるハブ17が回転する。すると、該ハブ17の軸方向内端部に支持固定された回転子58が、静止側軌道輪部材である外輪16に支持固定された固定子57に対して相対回転する。これにより、これら固定子57及び回転子58から構成される発電機12が発電する。そして、該発電機12により発電された交流電圧は、図示しないケーブル等を通じてバッテリーケース76内の充電器15に送られる。そして、該充電器15にて直流電圧に変換された後、バッテリ14に給電される。該バッテリ14に蓄えられた電力は、コネクタ部80を構成するセンサコネクタ86、メスコネクタ108及び配線89a〜89cを通じて、タイヤ2に設置されたタイヤ側センサ87及びホイール3に設置されたホイール側センサ88に供給される。これにより、これらタイヤ側、ホイール側各センサ87、88は、タイヤ2及びホイール3の状態量(例えばタイヤ空気圧、歪み、上下力、加速度、温度など)を検出する。又、バッテリ14に蓄えられた電力は、無線通信器14にも供給される。
その後、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88の出力信号は、配線89a〜89cを通じてセンサコネクタ86に送られた後、接続部78及び中継基板75等を介して、無線通信器13に送られる。そして、該無線通信器13を構成するアンテナ71により、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88の出力信号を、カバー50の中央円板部56を通じて、車体7側に配置された演算器69に対し無線送信する。この結果、該演算器69は、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88の出力信号であるタイヤ2及びホイール3の状態量を受け取り、例えば車両のアクティブセーフティ技術に利用する。
又、本例の軸受ユニット1の場合には、演算器69から、車両の走行速度に関する信号を、無線通信器13(アンテナ71)により受信する。そして、走行速度が走行状態にあると判定できる所定値以上である場合にのみ、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88に対し電力の供給を実行し、実質的に停止していると判定できる所定値未満である場合には、電力の供給を停止する様にしている。この様な電力供給制御を行う事で、バッテリ14の無駄な電力の消費を防止している。
以上の様な構成を有する本例の軸受ユニット1によれば、低コストで、ブレーキの作用状態に拘らず、タイヤ2の状態量を正確に検出する事が可能になる。
即ち、本例の場合には、特許文献4に記載された構造の様に、軸受ユニット1側ではなく、車輪(タイヤ2及びホイール3)側に、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88を設置している為、例えばタイヤ2に作用する力を検出する場合にも、ディスクブレーキ装置4の作動状態(ブレーキの作用状態)に拘らず、正確に検出する事が可能になる。
又、本例の場合には、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88に対し、軸受ユニット1に設けられた発電機12によって発電され、バッテリ14に蓄えられた電力を供給する事ができる。又、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88の出力信号を、軸受ユニット1に設けられた無線通信器13から車体7側に設置された演算器69に対し、無線送信する事ができる。この為、軸受ユニット1をナックル6に対して取り付ける際に、ハーネスの取り回し作業を行う必要がなく、組立作業性を良好にできる。
又、タイヤ2の交換時にも、軸受ユニット1に設けられた発電機12、無線通信器13、バッテリ14、及び、充電器15は、そのまま継続して使用できる(タイヤ2に設置されたタイヤ側センサ87のみ交換すれば足りる)。この為、発電装置等をタイヤ内に設置する場合に比べて、タイヤ交換時のコストを低く抑えられる。
又、本例の場合には、偏摩耗防止の為にタイヤローテーション(タイヤの位置変更)を実施した場合にも、無線通信機能を有する軸受ユニット1自体の取付位置には変更がない為、車体7側の演算器69で受信した信号が、どのタイヤの信号か判別がつかなくなる事も防止できる。
更に、本例の場合には、軸受ユニット1を構成するハブ本体22に対するバッテリ14の軸方向及び径方向の位置決めを図れる具体的な支持構造を実現できる。
即ち、本例の場合には、バッテリ14をバッテリーケース76内に収納した状態で、該バッテリーケース76のうち、接続部78の基端部乃至中間部及びバッテリ部80を、それぞれが径方向位置決め部である内向フランジ部33の内周面及び位置決め筒部40の内周面に内嵌すると共に、バッテリ部80の一部及び接続部78の先端部に螺合したナット81を、それぞれが軸方向位置決め部である内向フランジ部33の軸方向内側面及び段差面109に対し軸方向に当接させている(コネクタ部80の一部とナット81とにより、段差面109と内向フランジ部33の軸方向内側面とを軸方向両側から挟持している)。従って、本例の場合には、ハブ本体22に対し、バッテリーケース76を、軸方向及び径方向の位置決めを図った状態で支持固定する事ができる。しかも、本例の場合には、内向フランジ部33の内周面(小径部31)及び位置決め筒部40の内周面に対し、切削加工や研削加工を施して、当該面のハブ本体22の中心軸に対する同軸度を高めていると共に、段差面109及び内向フランジ部33の軸方向内側面に対し、切削加工や研削加工を施して、当該面の仮想平面に対する平行度を向上させている。この為、バッテリーケース76をハブ本体22に支持固定した状態で、ハブ本体22に対するバッテリーケース76の径方向のがたつきを有効に防止できると共に、バッテリーケース76の中心軸とハブ本体22の中心軸とを一致させる事ができる。又、ハブ本体22に対するバッテリーケース76の軸方向のがたつきを有効に防止できる。以上の様に、本例の場合には、ハブ本体22に対するバッテリ14(バッテリーケース76)の軸方向及び径方向の位置決めを図れる実用性の高い支持構造を実現できる。
[実施の形態の第2例]
本発明の実施の形態の第2例に就いて、図9〜10を参照しつつ説明する。本例の軸受ユニット1aの特徴は、バッテリーケース76aとハブ本体22aとの間に、これらバッテリーケース76aとハブ本体22aとの相対回転を阻止する為の回り止め機構を設けた点にある。その他の構成に就いては、前述した実施の形態の第1例の場合と同じであるから、重複する説明は省略し、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
本例の場合には、バッテリーケース76aを構成する接続部78aの外周面のうち、雄ねじ部111が形成された部分よりも基端側部分(軸方向外端部乃至中間部)に、軸方向に長い複数の凹部と凸部とを円周方向に交互に配置して成る雄セレーション部(雄セレーション溝)113を形成している。これに対し、径方向位置決め部である、ハブ本体22aに設けた内向フランジ部33a(小径部31a)の内周面に、軸方向に長い複数の凹部と凸部とを円周方向に交互に配置して成る雌セレーション部(雌セレーション溝)114を形成している。そして、バッテリーケース76aに設けた雄セレーション部113と、ハブ本体22aに設けた雌セレーション部114とをセレーション係合させて、ハブ本体22aとバッテリーケース76aとの相対回転を阻止している。尚、本例の場合には、雌セレーション部114が、特許請求の範囲に記載した回り止め部に相当する。
以上の様な構成を有する本例の場合には、ハブ本体22aに対しバッテリーケース76aを支持固定する作業を容易にする事ができる。即ち、実施の形態の第1例の場合の様に、バッテリーケースとハブ本体との間に回り止め機構を設けていない場合には、該バッテリーケースに対してナットを締結する際に、該バッテリーケースが回転しない様に把持しておく必要があるが、本例の場合には、バッテリーケース76aとハブ本体22aとの相対回転が阻止されている為、ハブ本体22aを回転しない様にしておくだけで、バッテリーケース76aに対してナット81を容易に締結する事ができる。又、本例の場合には、雄セレーション部113と雌セレーション部114とのセレーション係合部(回り止め機構)が耐え得る程度の大きなトルクで、ナット81を締結する事もできる。尚、本発明を実施する場合には、セレーション係合による回り止め機構に代えて、スプライン係合やキー係合による回り止め機構を採用する事ができる。
その他の構成及び作用効果に就いては、実施の形態の第1例の場合と同様である。
[実施の形態の第3例]
本発明の実施の形態の第3例に就いて、図11〜12を参照しつつ説明する。前述した実施の形態の第1例及び第2例が、内輪回転型の構造を対象としていたのに対し、本例では、外輪回転型の構造を対象としている。
本例の軸受ユニット1bも、従動輪用であり、図示は省略するが、実施の形態の第1例及び第2例の場合と同様に、車輪を構成するタイヤ2及びホイール3、並びに、ロータ5を、懸架装置を構成するナックル6に対し回転自在に支持している。
軸受ユニット1bは、軸受機能を有する軸受部11bと、発電機能を有する発電機12と、無線通信機能を有する無線通信器13と、蓄電機能を有するバッテリ14と、充電機能を有する充電器15とを備えている。
軸受部11bは、タイヤ2及びホイール3をナックル6に対し回転自在に支持する部分であり、外径側軌道輪部材であり回転側軌道輪部材であるハブ(外輪)91と、内径側軌道輪部材であり静止側軌道輪部材である内輪組立体92と、複数個の玉18、18とを備えている。
ハブ91は、全体を略円環状に構成されており、内周面に複列の外輪軌道19c、19dを、外周面の軸方向中間部に回転側フランジ93をそれぞれ有する。又、該回転側フランジ93には、軸方向に貫通する結合孔(ねじ孔又は通孔)94、94が複数設けられている。
内輪組立体92は、組立体本体95と内輪素子96とを組み合わせて成るもので、全体を略円環状に構成しており、外周面に複列の内輪軌道24c、24dを有し、ハブ91の内径側にこのハブ91と同心に支持されている。具体的には、組立体本体95の外周面の軸方向中間部に軸方向内側列の内輪軌道24dを直接形成すると共に、同じく軸方向外端寄り部分に形成した小径段部97に、外周面に軸方向外側列の内輪軌道24cを形成した内輪素子96を外嵌固定している。そして、組立体本体95の軸方向外端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部98により、内輪素子96の軸方向外端面を抑え付けている。又、組立体本体95の軸方向内端寄り部分で、ハブ91の軸方向内端開口部よりも軸方向内方に突出した部分には、ナックル6に固定する為の静止側フランジ99を設けている。又、該静止側フランジ99には、軸方向に貫通する図示しない結合孔(ねじ孔又は通孔)が設けられている。
特に本例の場合、組立体本体95の中心部には、軸方向に貫通した貫通孔(中心孔)29bが設けられている。該貫通孔29bは、軸方向外半部に設けられた小径部100と、軸方向内半部に設けられた大径部101とから構成されている。又、このうちの小径部100は、軸方向に亙り内径寸法が一定であるのに対し、大径部101は、軸方向内方に向かう程内径寸法が次第に大きくなった断面略台形状に構成されている。又、本例の場合にも、貫通孔29b内に、前述したバッテリ14及び充電器15と無線通信器13の一部(軸方向外端部)を配置している。
本例の軸受ユニット1bの場合、ハブ91を構成する回転側フランジ93に対して、タイヤ2及びホイール3を結合固定する。そして、車両への組み付け状態で、内輪組立体92を構成する組立体本体95の軸方向内端部を、ナックル6を構成する支持孔35(図2、3参照)に挿入し、静止側フランジ99を該ナックル6に対して結合固定する。
又、本例の軸受ユニット1bの場合には、ハブ91の軸方向内端開口部と組立体本体95の軸方向中間部外周面との間に、シールリング102を設置すると共に、ハブ91のうちで、内輪組立体92よりも軸方向外方に突出した軸方向外端部内周面(円筒面)に、バッテリーケース76bを装着している。更に、組立体本体95の軸方向内端開口部に、有底円筒状のカバー50bを装着している。これにより、各玉18、18を設置した内部空間51b内に封入したグリースが外部空間に漏洩したり、又は外部空間に存在する異物が、この内部空間51b内に侵入したりする事を防止している。
本例の場合にも、カバー50bは、円筒状の円筒部52bと、円板状の底部53bとから構成されており、このうちの円筒部52bの軸方向外端部を、ハブ91の軸方向内端部内周面に内嵌固定している。又、この円筒部52bの軸方向中間部に設けられた外向鍔部(屈曲部)54bを、内輪組立体92の軸方向内端面に突き当てる事で、カバー50bの軸方向に関する位置決めを図っている。又、底部53bは、円筒部52bの軸方向内端部から径方向内方に直角に折れ曲がる状態で設けられた外径側円輪部55bと、底部53bの中央部で、該外径側円輪部55bの径方向内側に設けられた中央円板部56bとから構成されている。本例の場合、円筒部52b及び外径側円輪部55bを、ステンレス鋼板等の金属板にプレス加工を施す事により一体的に構成しているのに対し、中央円板部56bを、電波透過性に優れた樹脂製としている。
本例の場合、上述の様な構成を有する軸受部11bに対して、発電機12と、無線通信器13と、バッテリ14と、充電器15とを組み付け、軸受ユニット1bを構成している。尚、発電機12と、無線通信器13と、バッテリ14と、充電器15との基本的な機能に就いては、実施の形態の第1例の場合と同様である為、重複する説明は省略若しくは簡略にし、実施の形態の第1例とは相違する部分を中心に説明する。
発電機12は、三相の交流を発電する磁石式交流発電機で、互いに同心に配置された固定子57bと回転子58bとを備えている。このうちの固定子57bは、カバー50bを構成する円筒部52bの軸方向外端部内周面に結合固定している。これに対し、回転子57bは、断面クランク形で全体を略円環状に構成したマウント部材64b、及び、バッテリーケース76bを利用して、ハブ91の軸方向外端部に支持固定している。
より具体的には、マウント部材64bを、円板部65bと、該円板部65bの外径側端部から軸方向内側に折れ曲がる状態で設けられた大径筒部66bと、該円板部65bの内径側端部から軸方向外側に折れ曲がる状態で設けられた小径筒部67bとから構成している。そして、このうちの小径筒部67bを、バッテリーケース76bの軸方向内端部(接続部78b)に対し相対回転不能にスプライン係合させた状態で、大径筒部66bに回転子58bを外嵌固定している。尚、この様な構成を有するマウント部材64bは、貫通孔29bを構成する大径部101の内側に配置される。
本例の場合、固定子57bを、カバー50bを構成する円筒部52bの内周面に結合固定すると共に、回転子58bを、マウント部材64b及びバッテリーケース76bを介してハブ91に支持固定した状態で、固定子57bと回転子58bとが同心に配置され、該回転子58bの外周面が、固定子57b(永久磁石)の内周面に対し、微小隙間を介して径方向に対向する。この様な構成を採用する事で、回転子58bがハブ91と共に回転した際に、該回転子58bを構成するコイルの電磁誘導作用により起電力を発生させる様にしている。
無線通信器13は、演算器69(図4参照)との間で、無線による通信を行うものであり、ワイヤレス通信回路(基板)70と、アンテナ71とを備えている。又、無線通信器13は、マウント部材64bを構成する大径筒部66bの径方向内側に、樹脂によりモールド固定した状態で配置(収納)されている。より具体的には、無線通信器13のうち、ワイヤレス通信機70を軸方向外側に、アンテナ71を軸方向内側に配置した状態で固定している。本例の場合にも、この様にアンテナ71を配置する事で、該アンテナ71を、カバー50bを構成する樹脂製の中央円板部56bに対し軸方向に近接対向させている。この様に、無線通信器13に関しても、マウント部材64b及びバッテリーケース76bを利用して、ハブ91に支持固定している。
バッテリ14は、発電機12が発電した電力を蓄えるものであり、複数本の蓄電池を直列に接続する事により構成している。又、充電器15は、発電機12により発電した電力をバッテリ14に供給し、該バッテリ14を充電するものであり、整流回路と、充放電制御回路と、電圧制御回路とを備えている。本例の場合にも、この様な構成を有するバッテリ14及び充電器15を、電気的に接続した状態で、軸方向両側が開口したバッテリーケース76b内に収納し、キャップ77bにより軸方向外側から蓋をしている。
バッテリーケース76bは、全体が合成樹脂製で、軸方向内端部に設けられた小径筒状の接続部78bと、軸方向中間部乃至外端部に設けられた大径筒状の収納部79bと、該収納部79bの軸方向外端部外周面に設けられた円輪状の取付フランジ部103とを備えている。そして、バッテリーケース76bのうち、収納部79b及び接続部78bを、組立体本体95の径方向内側に配置した状態で、組立体本体95の軸方向外端側開口から軸方向に突出した部分に設けられた取付フランジ部103を、ハブ91の軸方向外端部内周面にシールした状態で内嵌固定している。特に本例の場合には、取付フランジ部103を、軸方向内半部の小径部115と軸方向外半部の大径部116とを突き当て段差面117により連続する事により構成している。そして、このうちの小径部115を、特許請求の範囲に記載した径方向位置決め部に相当するハブ91の軸方向外端部内周面に圧入(若しくは隙間嵌で内嵌固定)すると共に、突き当て段差面117を、特許請求の範囲に記載した軸方向位置決め部に相当するハブ91の軸方向外端面に対し軸方向に当接させている。又、収納部79bの外周面と貫通孔29bを構成する小径部100との間部分に、ラジアルニードル軸受104を配置し、ハブ91と共に回転するバッテリーケース76bが振れ回る事を防止し、該バッテリーケース76bと内輪組立体92との同心性を確保している。又、本例の場合には、ラジアルニードル軸受104の軸方向への変位を防止する為に、収納部79bの外周面の軸方向中間部に、軸方向内方に向いた段差面105を形成すると共に、収納部79bの外周面のうち、ラジアルニードル軸受103の内輪軌道を構成する面よりも軸方向内側部分に止め輪106を係止している。この様な構成を有する本例のバッテリーケース76bに関しても、組立体本体95の貫通孔29b内に軸方向外側から内側に向けて挿入し、軸方向内端部に設けられた接続部78bをマウント部材64bにスプライン係合させた状態で、取付フランジ部103をハブ91に支持固定する。これにより、バッテリーケース76bをハブ91に対し軸方向及び径方向の位置決めを図った状態で支持固定する。
上述の様にバッテリーケース76bを支持固定した状態で、接続部78bの内側に設けられた充電器15を、発電機12からマウント部材64bの大径筒部66bの内側に引き出された図示しないケーブルに接続している。又、大径筒部66b内に配置された無線通信器13に接続された信号線を、接続部78b及び収納部79bの内側を通し、キャップ77bに電気的に接続している。
又、本例の場合には、キャップ77bの軸方向外端部に、車輪に設置する1乃至複数のセンサ(タイヤ側、ホイール側各センサ87、88)に接続する為の配線(89a、89c)を接続する為のセンサコネクタ107を設置している。この様なコネクタ107は、軸受ユニット1bのうちで、最も軸方向外側に位置する部分に設けられており、図4に示した様に、ホイール3を結合固定した状態で、ホイール中心孔39の内側(中央部)に位置する。
本例の場合にも、タイヤ交換時のコストを抑える面から、図4に示す様に、タイヤ2の状態量を測定する為のセンサのうち、摩耗センサ、タイヤ歪みセンサ、温度センサなどの、該タイヤ2に直接設置しなければ測定できない状態量を測定するタイヤ側センサ87を、タイヤ2内に直接設置している。これに対し、空気圧センサ、ホイール歪みセンサ、加速度センサなどの、タイヤ2に設置しなくても測定可能な状態量を測定するホイール側センサ88に就いては、ホイール3(図示の例ではリム部45)に設置している。そして、このうちのホイール側センサ88とコネクタ107とを、ホイール3を構成するディスク部44の軸方向内側面に沿って配置した配線89a、及び、該配線89aの端部に設けたコネクタにより接続している。これに対し、タイヤ側センサ87に就いては、ホイール3(リム部45)に取り付けた中継コネクタ90を介して接続している。
以上の様な構成を有する本例の軸受ユニット1bの場合には、車両の走行に伴い車輪(タイヤ2及びホイール3)が回転すると、軸受部11bのうち、回転側軌道輪部材であるハブ91が回転する。すると、該ハブ91の軸方向外端部に対し、バッテリーケース76b及びマウント部材64bを介して支持固定された回転子58bが、静止側軌道輪部材である内輪組立体92に支持固定された固定子57bに対して相対回転する。これにより、これら固定子57b及び回転子58bから構成される発電機12が発電する。そして、該発電機12により発電された交流電圧は、図示しないケーブル等を通じてバッテリーケース76b内の充電器15に送られる。そして、該充電器15にて直流電圧に変換された後、バッテリ14に給電される。該バッテリ14に蓄えられた電力は、コネクタ107及び配線89a〜89cを通じて、タイヤ2に設置されたタイヤ側センサ87及びホイール3に設置されたホイール側センサ88に供給される。これにより、これらタイヤ側、ホイール側各センサ87、88は、タイヤ2及びホイール3の状態量を検出する。
その後、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88の出力信号は、配線89a〜89cを通じてコネクタ107に送られた後、図示しない信号線を通じて、無線通信器13に送られる。そして、該無線通信器13を構成するアンテナ71により、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88の出力信号を、カバー50bの中央円板部56bを通じて、車体7側に配置された演算器69に対し無線送信する。この結果、該演算器69は、タイヤ側、ホイール側各センサ87、88の出力信号であるタイヤ2の状態量を受け取り、例えば車両のアクティブセーフティ技術に利用する。
その他の構成及び作用効果に就いては、実施の形態の第1例の場合と同様である。
[実施の形態の第4例]
本発明の実施の形態の第4例に就いて、図13〜14を参照しつつ説明する。本例の軸受ユニット1cの特徴は、発電機12cとして、アキシアルギャップ型でコアレス構造の単相発電機を使用した点にある。その他の部分の構成に就いては、基本的には、前述した実施の形態の第1例の構造と同じである為、重複する説明は省略し、本例の特徴部分を中心に説明する。
本例に使用する発電機12cは、外輪16の軸方向内端開口部を塞いだ有底円筒状のカバー50cの内側に配置されており、それぞれが同心(同軸上)に配置された1つの固定子120と1つの回転子121とを備えている。本例の場合、これら固定子120及び回転子121を、それぞれ略円輪状に構成しており、軸方向に隣接する状態で配置している。又、固定子120と回転子121との間には、それぞれエアギャップ(アキシアルギャップ)を設けている。つまり、これら固定子120と回転子121とを、軸方向のエアギャップを介して対向する状態で配置している。
又、固定子120は、鉄系材料製で略円輪板状のバックヨーク122と、複数個の永久磁石123、123とから構成されている。これら各永久磁石123、123は、それぞれ扇状に形成されており、バックヨーク122のうち、回転子121と軸方向に対向する軸方向片側面(外側面)に、円周方向に等間隔に支持されている。又、本例の場合には、各永久磁石123、123を、軸方向に着磁すると共に、円周方向に隣り合う永久磁石123、123同士の間で着磁の向きを異ならせている。この為、バックヨーク122の軸方向片側面には、S極とN極とが交互に且つ等間隔で配置されている。又、本例の場合には、この様な構成を有する固定子120(バックヨーク122)の外周面を、カバー50を構成する円筒部52の内周面に内嵌固定(圧入)する事で、該カバー50に対し支持固定している。
又、回転子121は、固定子120が備える永久磁石123、123と同数のコイル126、126を、円周方向に等間隔に配置する事により構成されている。本例の場合、各コイル126、126を、非磁性材製で円輪状の支持板127に支持(例えば包埋支持や接着支持等)している。又、各コイル126、126は、略扇状(中空扇状)に構成されており、それぞれの中心軸はハブ17の中心軸と平行に配置されている。又、本例の場合には、各コイル126、127の内側を中空として(鉄芯、コアを配置せず)、発電機12cをコアレス構造としている。又、本例の場合には、この様な構成を有する回転子121を、内輪23の軸方向内端部に外嵌固定された断面クランク形のマウント部材64と止め輪124を利用して、ハブ17の軸方向内端部に支持固定している。より具体的には、マウント部材64を、円板部65と、該円板部65の外径側端部から軸方向外側に折れ曲がる状態で設けられた大径筒部66と、該円板部65の内径側端部から軸方向内側に折れ曲がる状態で設けられた小径筒部67とから構成している。そして、このうちの大径筒部66を、ハブ17を構成する内輪23の軸方向内端部(肩部)に締り嵌めにより外嵌固定した状態で、小径筒部67に回転子121を外嵌固定している。尚、マウント部材64のハブ17に対する固定方法としては、例えばかしめ固定や接着固定を採用する事もできる。更に、小径筒部67のうちで、回転子121を外嵌した部分よりも軸方向内側に突出した部分に、略C字形の止め輪124を係止し、回転子121が、マウント部材64から軸方向に脱落する事を防止している。又、本例の場合、回転子121の周方向(回転方向)に関する位置決めを図る為に、該回転子121の内周面に設けた爪部(係合凸部)125を小径筒部67に係止している。そして、この状態で、各コイル126、126と、固定子120を構成する永久磁石123、123との間に、それぞれエアギャップを設けている。
以上の様な構成を有する本例の場合には、各永久磁石123、123と各コイル126、126との対向面積を、実施の形態の第1例で使用した様なラジアルギャップ型の発電機12(図4等参照)の場合に比べて、設置空間を同じとした場合に大きくし易くできる。この為、各コイル126、126を通過する磁束の変化率を大きく確保する事ができて、誘導起電力を大きくできる。従って、本例で使用する発電機12cは、実施の形態の第1例で使用した様なラジアルギャップ型の発電機12に比べて小型化及び軽量化を図れる。
又、本例で使用する発電機12cは、各コイル126、126を、その内側に鉄芯(コア)を備えないコアレス構造としている為、コギングトルクの発生を防止できる。この為、本例の軸受ユニット1cによれば、ハブ17の回転時の振動及び騒音を低減する事ができる。更に、発電機12cは、固定子120を構成する永久磁石123、123の数(極数)と回転子121を構成するコイル126、126の数とを一致させた単相発電機である為、実施の形態の第1例で使用した様な三相用の発電機12を使用する場合に比べて、整流回路を単純化する事ができる。従って、軸受ユニット1cの製品コストを抑える面からも有利になる。
尚、本発明を実施する場合には、例えば、本例で使用した様な構成を有する固定子を複数設けて、回転子を軸方向両側から挟み込む様な構造を採用する事もできる。より具体的には、回転子を軸方向両側から挟む様に1対の固定子を配置した状態で、これら両固定子のうちの何れか一方の固定子に設けた外側筒部を、他方の固定子に設けた内側筒部に対して外嵌固定する。そして、これら両固定子を、回転子に対してそれぞれエアギャップ(ラジアルギャップ)を持たせた状態で組み合わせる。又、この様に、1対の固定子を組み合わせた状態で、軸方向内側(カバー側)の固定子を構成する永久磁石のN極(又はS極)と、軸方向外側(ハブ側)の固定子を構成する永久磁石のS極(又はN極)とを、軸方向に対向させる。この様な構成を採用する事で、固定子を1つだけ用いた場合に比べて、磁束密度を増加させる事ができ、この結果、発電量を増加させる事が可能になる。
その他の構成及び作用効果に就いては、実施の形態の第1例の場合と同様である。
上述した実施の形態の各例では、両列の玉の直径及びピッチ円直径を、互いに同じとした場合に就いて説明したが、例えば、インナ側(軸方向内側)の玉列を構成する玉の直径を、アウタ側(軸方向外側)の玉列を構成する玉の直径よりも大きくすると共に、アウタ側の玉列のピッチ円直径を、インナ側の玉列のピッチ円直径よりも大きくする事を採用する事もできる。この様な構成を採用すれば、外端側大径部の空間の容積をより大きく確保する(内部に収納するバッテリの容量を増大させる)事もできる。なお、発電機により発電した電力は、充電器を構成する全波整流回路にて整流され、センサ等に電力を供給するとともに、充電器を介してバッテリに給電される。発電機の発電量がセンサ等を動作させるのに不足する場合に、バッテリからセンサ等に電力を供給する。また、発電機の発電量がセンサ等を動作させるのに十分な場合は、充電器の要求に応じてバッテリを充電することができる。又、本発明は、従動輪用に限らず、駆動輪用の軸受ユニットに適用する事もできる。更に、上述した実施の形態の各例の構造は、適宜組み合わせて実施する事ができる。
本出願は、2015年9月24日出願の日本特許出願・出願番号2015−186307、2016年1月12日出願の日本特許出願・出願番号2016−003297および2016年1月22日出願の日本特許出願・出願番号2016−010636に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1、1a、1b、1c 車輪支持用転がり軸受ユニット
2 タイヤ
3 ホイール
4 ディスクブレーキ装置
5 ロータ
6 ナックル
7 車体
8 アッパアーム
9 ロアアーム
11、11b 軸受部
12、12c 発電機
13 無線通信器
14 バッテリ
15 充電器
16 外輪
17 ハブ
18 玉
19a〜19d 外輪軌道
20 静止側フランジ
21 取付孔
22、22a ハブ本体
23 内輪
24a〜24d 内輪軌道
25 小径段部
26 かしめ部
27 回転側フランジ
28 結合孔
29、29b 貫通孔(中心孔)
30 外端側大径部
31 小径部
32 内端側大径部
33 内向フランジ部
34 保持器
35 支持孔
36 ナックル側取付孔
37 結合部材
38 ロータ中心孔
39 ホイール中心孔
40 位置決め筒部
41 ホイール結合孔
42 ロータ結合孔
43 結合部材
44 ディスク部
45 リム部
46 ハット部
47 キャリパ
48 摺動部
49 シールリング
50、50b、50c カバー
51、51b 内部空間
52、52b 円筒部
53、53b 底部
54、54b 外向鍔部
55、55b 外径側円輪部
56、56b 中央円板部
57、57b 固定子
58、58b 回転子
59 支持環
60 永久磁石
61 ステータコア
62 コイル
63 ティース
64、64b マウント部材
65、65b 円板部
66、66b 大径筒部
67、67b 小径筒部
68 止め輪
69 演算器
70 ワイヤレス通信回路
71 アンテナ
72 ケース
73 小径部
74 大径部
75 中継基板
76、76a、76b バッテリーケース
77、77b キャップ
78、78a、78b 接続部
79、79b 収納部
80 コネクタ部
81 ナット
82 ストッパ部
83 端子
84 端子
85a、85b ピン
86 センサコネクタ
87 タイヤ側センサ
88 ホイール側センサ
89a〜89c 配線
90 中継コネクタ
91 ハブ
92 内輪組立体
93 回転側フランジ
94 結合孔
95 組立体本体
96 内輪素子
97 小径段部
98 かしめ部
99 静止側フランジ
100 小径部
101 大径部
102 シールリング
103 取付フランジ部
104 ラジアルニードル軸受
105 段差面
106 止め輪
107 センサコネクタ
108 メスコネクタ
109 段差面
110 シールリング
111 雄ねじ部
112 段差面
113 雄セレーション部
114 雌セレーション部
115 小径部
116 大径部
117 突き当て段差面
120 固定子
121 回転子
122 バックヨーク
123 永久磁石
124 止め輪
125 爪部
126 コイル
127 支持板

Claims (9)

  1. 内周面に外輪軌道を有する外径側軌道輪部材と、外周面に内輪軌道を有する内径側軌道輪部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを有し、前記外径側軌道輪部材と前記内径側軌道輪部材とのうちの何れか一方の軌道輪部材が、使用状態で懸架装置に支持固定されて回転しない静止側軌道輪部材であり、他方の軌道輪部材が、車輪を結合固定して該車輪と共に回転する回転側軌道輪部材である軸受部と、
    互いに同心に配置された固定子と回転子とを有し、これら固定子と回転子との相対回転に基づき、前記車輪に設置したセンサに対し供給する電力を発電する発電機と、
    該発電機が発電した電力を蓄えるバッテリと、
    車体側に配置された電子機器との間で、前記センサの出力信号を含む信号を、無線により通信する無線通信器と、を備え、
    前記固定子が、前記静止側軌道輪部材に対し支持固定されていると共に、前記回転子と前記バッテリと前記無線通信器とが、前記回転側軌道輪部材に対し支持固定されている
    車輪支持用転がり軸受ユニット。
  2. 前記回転側軌道輪部材に対し前記車輪を構成するホイールを結合固定した状態で、該ホイールの中心孔の内側に挿入される部分に、前記センサとの通電に用いるセンサコネクタが配置されている、請求項1に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  3. 前記静止側軌道輪部材の軸方向内端開口部がカバーにより塞がれており、該カバーのうち、前記無線通信器を構成するアンテナと対向する部分が、電波透過性樹脂製である、請求項1〜2のうちの何れか1項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  4. 前記発電機が、それぞれが略円輪状の1つの固定子と1つの回転子とを備えており、これら固定子と回転子とが軸方向のエアギャップを介して配置されている、請求項1〜3のうちの何れか1項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  5. 前記発電機により発電した電力を前記バッテリに供給して、前記バッテリを充電する充電器を更に備える、請求項1〜4のうち何れか1項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  6. 前記内径側軌道輪部材の中央部に貫通孔が形成され、
    前記貫通孔に、前記発電機と、前記バッテリと、前記無線通信器の少なくともいずれかが配置される、請求項1〜5のうち何れか1項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  7. 前記回転側軌道輪部材に、前記バッテリの軸方向の位置決めを図る為の軸方向位置決め部及び前記バッテリの径方向の位置決めを図る為の径方向位置決め部がそれぞれ設けられており、前記バッテリが前記回転側軌道輪部材に対し軸方向及び径方向の位置決めが図られた状態で支持固定されている、請求項1〜6のうち何れか1項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  8. 前記回転側軌道輪部材の内周面に径方向内方に突出する状態で内向フランジ部が設けられており、前記内向フランジ部のうち、軸方向側面が前記軸方向位置決め部として機能し、内周面が前記径方向位置決め部として機能する、請求項7に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  9. 前記内向フランジ部の内周面に、前記バッテリとの相対回転を阻止する為の回り止め部が設けられている、請求項8に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
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