WO2019004025A1 - 車輪支持用転がり軸受ユニット - Google Patents

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WO2019004025A1
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wheel
hub
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bearing unit
rotor
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大輔 郡司
史明 早田
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日本精工株式会社
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle

Definitions

  • the present invention relates to a wheel support rolling bearing unit for rotatably supporting a wheel of a vehicle with respect to a suspension system.
  • Japanese Patent No. 5878612 discloses a technology for estimating the road surface condition by installing a sensor inside the tire.
  • Japanese Patent No. 4627108 and Japanese Patent No. 5508124 disclose a technology in which a generator is provided in a tire and power generated by the generator is supplied to a sensor.
  • the tire does not have a part that the entire component rotates and does not rotate, it is necessary to separately provide a mechanism that makes relative displacement using the rotational motion of the wheels in order to configure the generator. For this reason, there is a problem that the structure of the generator tends to be complicated, the cost is high, and it is difficult to obtain sufficient power.
  • Japanese Patent No. 3983509 discloses that a generator is attached to a rolling bearing unit for supporting a wheel, and the electric power generated by the generator is supplied to a sensor attached to the wheel.
  • the generator itself is used as a sensor, and the power generated by the generator is supplied to the sensor attached to the wheel, or a large-volume generator having sufficient power generation performance is used. It is not intended. Therefore, such a generator mounting structure can not be used as it is as a technology for supplying power to sensors mounted on wheels.
  • Japanese Patent No. 3983509 discloses attaching a wireless communication device to a rolling bearing unit.
  • this wireless communication device is provided only for wirelessly transmitting the output signal of the generator, and it is not intended to wirelessly communicate the output signal of the sensor rotating with the wheel. Therefore, the mounting structure of the wireless communication device can not be used as it is as a technology for wirelessly transmitting the output signal of the sensor rotating with the wheel.
  • Patent No. 5878612 gazette Patent No. 4627108 gazette Patent No. 5508124 gazette Patent No. 3983509
  • the object of the present invention in view of the above situation, is to minimize the increase in axial dimension associated with the installation of the generator and the radio, and to supply sufficient power to the sensor mounted on the wheel It is an object of the present invention to provide a wheel supporting rolling bearing unit that can transmit wirelessly an output signal of a sensor rotating with a wheel to an electronic device on a vehicle body side.
  • the rolling bearing unit for supporting a wheel is for rotatably supporting a wheel with respect to a suspension system, and includes a bearing portion, a generator, and a wireless communication device.
  • the bearing portion has an outer ring, a hub, and a plurality of rolling elements.
  • the outer ring has an outer ring raceway on the inner circumferential surface, and is supported by the suspension device and does not rotate.
  • the hub is disposed radially inward of the outer ring coaxially with the outer ring, has an inner ring track on a portion of the outer peripheral surface facing the outer ring track, and the wheel is fixed and rotates with the wheel.
  • the rolling element is composed of balls or rollers (including tapered rollers, cylindrical rollers, and spherical rollers), and is disposed between the outer ring raceway and the inner ring race so as to be freely rollable.
  • the generator has a stator and a rotor coaxially arranged with each other, and generates electric power based on relative rotation between the stator and the rotor.
  • the wireless communication device wirelessly communicates with an electronic device disposed on the vehicle body side.
  • the hub in the rolling bearing unit for supporting a wheel according to the present invention, includes an inner recess on the inner diameter side of the axially inner portion, and a through hole axially penetrating the center of the hub.
  • the present invention is provided with a cylindrical fitting surface portion coaxial with the center axis of the hub on the inner peripheral surface, and the opening of the through hole on the bottom surface.
  • a hollow cylindrical support member having a cylindrical guide surface portion on the outer peripheral surface is supported and fixed in a state where the guide surface portion is fitted to the fitting surface portion.
  • the rotor is an armature provided with a coil, and is coaxially fixed to the support member at an inner side in the axial direction of the support member.
  • the wireless communication device is supported by the hub and disposed radially inward of the support member.
  • a wire is provided to pass through the through hole opened in the bottom surface of the inner recess, and power is supplied to the sensor attached to the wheel from the rotor disposed on the axially inner portion of the hub. It is possible to supply and to transmit the output signal of the sensor to the radio located axially inward of the hub.
  • the hub may further include an outer recess on the inner diameter side of the axially outer portion, and a partition portion between the outer recess and the inner recess.
  • the through hole is provided in the partition.
  • the rolling bearing unit for wheel support according to the present invention may be provided with a battery disposed inside the outer recess and for storing electric power generated by the generator.
  • the rolling bearing unit for supporting a wheel further includes a cover closing an opening in the axial direction inner end of the outer ring, and at least a portion of the cover facing the wireless communication device in an axial direction is an ABS resin (acrylonitrile, It can also be made of a material having radio wave transparency such as butadiene, styrene copolymer synthetic resin) or AS resin (acrylonitrile, copolymer of styrene (copolymer compound)).
  • ABS resin acrylonitrile
  • AS resin acrylonitrile, copolymer of styrene (copolymer compound)
  • the stator and the rotor are opposed to each other via a radial air gap (radial gap), and the generator is constituted by a radial gap type generator. It can also be done.
  • An iron core or a core may be disposed inside a plurality of coils constituting the rotor, or may be hollow without arranging the iron core or the core.
  • the generator can be configured by a single phase generator, or can be configured by a three phase generator.
  • sufficient power can be supplied to the sensors mounted on the wheels, while minimizing the increase in axial dimension associated with installing the generator and the radio, and It becomes possible to wirelessly transmit the output signal of the sensor rotating with the wheel to the electronic device on the vehicle body side.
  • FIG. 1 is a perspective view, as viewed from the outside in the axial direction, of a wheel support structure in which a wheel is supported on a suspension device by a rolling bearing unit for wheel support according to an example of the embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the wheel support structure shown in FIG. 1 as viewed from the inside in the axial direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the wheel support structure shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the wheel support rolling bearing unit taken out of the wheel support structure shown in FIG.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing a part of the wheel support rolling bearing unit shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in the middle of assembly in which the support member is assembled to the bearing portion constituting the rolling bearing unit for wheel support shown in FIG.
  • the wheel supporting rolling bearing unit 1 of this example is for a driven wheel, and includes a tire 2 and a wheel 3 that constitute a wheel of an automobile, and a rotor 5 that constitutes a disc brake device 4 that is a braking device. It supports rotatably with respect to the knuckle 6 to comprise.
  • the knuckle 6 is supported by an upper arm 8 and a lower arm 9 which are supported so as to allow a rocking displacement with respect to the vehicle body 7.
  • the wheel support rolling bearing unit 1 processes a bearing unit 10 having a bearing function, a generator 11 having a power generation function, a wireless communicator 12 having a wireless communication function, a battery 13 having a storage function, and a sensor signal.
  • An interface circuit 14 and a connector 15 are provided.
  • the bearing portion 10 includes an outer ring 16 which is a stationary wheel, a hub 17 which is a rotating wheel, and a plurality of balls 18 which is rolling elements, and supports the tire 2 and the wheel 3 rotatably with respect to the knuckle 6 There is.
  • the outer ring 16 has a substantially annular shape as a whole, and is provided with double rows of outer ring raceways 19a and 19b on the inner circumferential surface and a stationary flange 20 at an axially intermediate portion of the outer circumferential surface.
  • the stationary flange 20 is provided with a plurality of mounting holes 21 which are screw holes or through holes that penetrate in the axial direction.
  • the “inside” in the axial direction corresponds to the right side of FIGS. 3 and 4 on the center side in the width direction of the vehicle when the wheel support rolling bearing unit 1 is assembled to the vehicle. "Corresponds to the left side of Figs. 3 and 4 which is on the outer side in the width direction of the vehicle.
  • the hub 17 includes a hub wheel 22 and an inner ring 23.
  • the hub wheel 22 is provided with a small diameter step on a portion near the axially inner end of the outer peripheral surface.
  • the inner ring 23 is externally fitted and fixed to the small diameter step portion 25 of the hub ring 22.
  • the axially inner end surface of the inner ring 23 is held down by a crimped portion 26 formed by plastically deforming the axially inner end portion of the hub wheel 22 radially outward.
  • the hub 17 has inner ring raceways 24a and 24b at portions facing the outer ring raceways 19a and 19b, respectively, of the outer peripheral surface, and is supported on the radially inner side of the outer ring 16 coaxially with the outer ring 16.
  • the inner ring raceway 24 a of the axially outer row is formed at an axially intermediate portion of the outer peripheral surface of the hub wheel 22.
  • the inner ring raceway 24 b of the axially inner row is formed on the outer peripheral surface of the inner ring 23.
  • the hub wheel 22 is provided at its axially outer end portion with a rotation side flange 27 for supporting the wheel at a portion that protrudes axially outward from the axially outer end opening portion of the outer ring 16.
  • the rotating flange 27 is provided with a plurality of connecting holes 28 which are internally threaded through holes.
  • the hub wheel 22 is provided with an inner recess 29 which is recessed outward in the axial direction on the inner diameter side of the axially inner portion located radially inward of the caulking portion 26.
  • the inner recess 29 has a substantially trapezoidal cross-sectional shape in which the inner diameter dimension gradually increases in the axial direction.
  • the inner recess 29 is provided with a cylindrical fitting surface (inlay portion) 30 coaxial with the central axis of the hub 17 at the axially outer end of the inner circumferential surface.
  • the inner recess 29 includes a bottom surface 31 which is a flat surface existing on a virtual plane orthogonal to the central axis of the hub 17.
  • the hub ring 22 is provided with an outer recess 32 that is recessed inward in the axial direction on the inner diameter side of the axially outer portion located radially inward of the rotation side flange 27.
  • the outer concave portion 32 has a substantially trapezoidal cross-sectional shape in which the inner diameter dimension is increased toward the axial direction.
  • the hub wheel 22 is provided with a partition 33 at the center of the axially intermediate portion and at a portion between the inner recess 29 and the outer recess 32.
  • the partition part 33 is provided with the through-hole 34 which penetrates the partition part 33 in an axial direction in center part.
  • An axially inner portion of the through hole 34 is opened in the bottom surface 31 of the inner recess 29, and an axially outer portion of the through hole 34 is opened in the bottom surface of the outer recess 32.
  • the bearing unit 10 includes a plurality of balls 18 as rolling elements.
  • Each of the balls 18 is rotatably disposed between the outer ring raceways 19a and 19b and the inner ring raceways 24a and 24b in a state of being held by the cage 35 respectively.
  • preloading is applied to each ball 18 together with the contact angle of the back combination type, and between the balls 18 in both rows, the diameter, the pitch circle diameter, the size of the contact angle, etc.
  • Various dimensions are mutually the same.
  • the diameter of the balls forming the inner side (axially inner) ball row is made larger than the diameter of the outer side (axially outer) ball row, and the pitch of the outer side ball row
  • the circle diameter is made larger than the pitch circle diameter of the ball row on the inner side
  • the outer ring 16 is supported and fixed to the knuckle 6. Specifically, a portion of the outer ring 16 provided axially inward of the stationary side flange 20 (knuckle side pilot portion) is inserted into the circular support hole 36 formed in the knuckle 6, and stationary The axially inner side surface of the side flange 20 abuts on the axially outer end surface of the knuckle 6. In this state, a plurality of attachment holes 21 of the stationary side flange 20 provided at mutually aligned positions and a plurality of knuckle side attachment holes 37 provided in the knuckle 6 and tightened. The outer ring 16 is supported and fixed to the knuckle 6 by the fastening member (bolt) 38 of
  • the wheel 3 constituting the wheel and the rotor 5 of the disc brake device 4 are fixed to the rotation side flange 27 provided on the hub 17 which is a rotation wheel.
  • a pilot provided at the axially outer end of the hub wheel 22 in the rotor center hole 39 provided in the center of the rotor 5 and the wheel center hole 40 provided in the center of the wheel 3
  • the positioning cylinder part 41 called a part is sequentially inserted (internally fitted). Thereby, radial positioning of the wheel 3 and the rotor 5 is achieved.
  • a seal ring (not shown) is present between the inner peripheral surface of the outer ring 16 and the outer peripheral surface of the hub 17 and closes the axially outer end opening of the internal space in which the ball 18 is installed.
  • a bottomed cylindrical cover 45 closes the axially inner end opening of the outer ring 16. This prevents the grease sealed in the internal space in which the ball 18 is installed from leaking to the external space or the foreign matter present in the external space from invading the internal space.
  • the cover 45 includes a cylindrical fitting cylinder 46 and a disc-like bottom plate 47.
  • the fitting cylindrical portion 46 and the bottom plate portion 47 are fastened by a plurality of bolts 48.
  • the small diameter portion 49 provided on the axially outer side of the fitting cylindrical portion 46 of the cover 45 is fitted and fixed to the axially inner side of the outer ring 16.
  • a step surface 50 provided at the axially middle portion of the fitting cylindrical portion 46 and facing axially outward abuts against the axially inner end surface of the outer ring 16, whereby the axial positioning of the cover 45 with respect to the outer ring 16 is shown in FIG. It is done.
  • the cover 45 is attached to the outer ring 16.
  • the fitting cylindrical portion 46 is made of metal, and is provided with an inward facing flange 51 projecting radially inward at an axially intermediate portion of the inner circumferential surface.
  • the bottom plate portion 47 is made of resin excellent in radio wave permeability such as ABS resin or AS resin.
  • the entire cover is made of metal, and a portion of the cover facing the antenna constituting the wireless communication device in the axial direction is provided with a through hole, and the through hole is a resin having radio wave transparency. It is also possible to adopt the structure of the cover sealed by the like.
  • the small cylindrical portion 52 provided on the outer diameter side of the axially outer side surface of the bottom plate portion 47 is internally fitted to the fitting cylindrical portion 46, whereby positioning of the bottom plate portion 47 with respect to the fitting cylindrical portion 46 in the radial direction Is planned.
  • the wheel 3 attached to the hub 17 is made of an aluminum alloy, and is provided with a disc portion 53 coupled and fixed to the axially outer surface of the rotation side flange 27 and a cylinder provided on the outer peripheral edge portion of the disc portion 53 And an annular rim portion 54.
  • the tire 2 is supported and fixed around the rim portion 54.
  • the rotor 5 has a crank shape in cross section and is in the form of a circular ring as a whole.
  • the rotor 5 supports a hat portion 55 coupled and fixed to an inner diameter side portion and an axial outer surface of the rotation side flange 27 and an outer diameter side portion to a caliper constituting the disc brake device 4 at the time of braking.
  • the sliding portion 56 is held by the pair of pads.
  • the generator 11, the wireless communication device 12, the battery 13, the interface circuit 14, and the connector 15 are assembled to the above-described bearing portion 10.
  • the generator 11 and the wireless communication device 12 that generate electric power using the relative rotation between the outer ring 16 and the hub 17 are disposed in a space existing inward in the axial direction of the hub 17 of the bearing unit 10.
  • the battery 13, the interface circuit 14, and the connector 15 are disposed inside the outer recess 32 of the hub 17 which can secure a large storage space.
  • the generator 11 and the wireless communication device 12, the battery 13, the interface circuit 14, and the connector 15 are electrically connected by a wire 57 inserted through a through hole 34 provided in the partition 33 of the hub 17. .
  • the wheel support rolling bearing unit 1 temporarily stores the electric power generated by the generator 11 in the battery 13 and then supplies the electric power to the wireless communication device 12 and the interface circuit 14 and is installed on the wheel side through the connector 15 To the sensors (tire side sensor 58a and wheel side sensor 58b).
  • the wheel supporting rolling bearing unit 1 transmits output signals from the sensors 58a and 58b to the interface circuit 14 through the connector 15, and through the wireless communication unit 12, to the computing unit 59 which is an electronic device disposed on the vehicle body 7 side. Wirelessly transmit.
  • the generator 11 and the wireless communication device 12 are disposed so as to overlap in the radial direction by using a bottomed cylindrical support member 67 fixed inside the inner recess 29 of the hub 17.
  • the generator 11 and the wireless communication device 12 are efficiently arranged in a limited space existing inward in the axial direction of the hub 17, and the axial dimension of the wheel support rolling bearing unit 1 is unnecessarily It is prevented from becoming large.
  • the power generation capacity of the generator 11 is enhanced by enhancing the coaxiality of the support member 67 with respect to the hub 17 and by enhancing the coaxiality of the rotor 61 constituting the generator 11 with respect to the support member 67.
  • the structure of the generator 11, the wireless communication device 12, and the support member 67 used in the present example, and the mounting structure thereof will be described.
  • the generator 11 is a magnet-type alternator that generates single-phase or three-phase alternating current.
  • the generator 11 includes a stator 60 and a rotor 61 coaxially disposed with each other, and generates electric power to be supplied to the sensors 58a and 58b installed on the wheel side.
  • the generator 11 in order to utilize relative rotation between the outer ring 16 and the hub 17, the generator 11 is disposed in an axially inward space of the hub 17, which makes it easy to take out relative rotation between the outer ring 16 and the hub 17. .
  • the stator 60 is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the fitting cylindrical portion 46 fixed to the outer ring 16.
  • the stator 60 includes a stator core 62 formed of a laminated body of cylindrical magnetic steel plates, and a plurality of permanent magnets 63 supported at a plurality of circumferential positions on the inner peripheral surface of the stator core 62.
  • Each permanent magnet 63 has a rectangular plate shape, and is magnetized in the radial direction, and the directions of magnetization are mutually opposite between the permanent magnets 63 adjacent in the circumferential direction. For this reason, on the inner peripheral surface of the stator 60, S poles and N poles are alternately arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • the stator core 62 is positioned on the axial direction of the stator core 62 by abutting on the axially inner surface of the inward facing flange 51 provided on the inner peripheral surface of the fitting cylindrical portion 46.
  • the stator 60 can also be fixed directly to the outer ring 16.
  • the rotor 61 is supported by the hub 17 via a support member 67.
  • the rotor 61 is an armature provided with a substantially annular rotor core 64 made of a laminate of a plurality of electromagnetic steel plates and a plurality of coils 65.
  • the rotor core 64 is provided with a plurality of teeth (saliency poles) 66 arranged radially.
  • the coil 65 is wound around the teeth 66 of the rotor core 64.
  • the rotor 61 is supported and fixed to the axially inner end portion of the hub 17 using the support member 67.
  • the support member 67 includes a stepped cylindrical fixed cylindrical portion 68 and a bottom portion 69 that closes the axial outer end opening of the fixed cylindrical portion 68.
  • the fixed cylindrical portion 68 is provided on the outer peripheral surface of the axially outer end portion with a cylindrical guide surface portion 70 having a diameter smaller than that of a portion adjacent to the axially inner side and coaxial with the central axis of the support member 67.
  • the fixed cylindrical portion 68 includes an outward flange 71 projecting radially outward at an axially inner end.
  • the outward flange 71 is provided with the flange side coupling hole 72 penetrating in the axial direction at a plurality of circumferential positions.
  • the bottom portion 69 includes an insertion hole 73 penetrating in the axial direction, a stepped hole 74, and a mounting hole 75.
  • the insertion hole 73 is for inserting the wire 57, and is provided in a portion of the bottom portion 69 which is aligned with the through hole 34 of the partition 33 in a state where the support member 67 is supported and fixed to the hub 17.
  • the stepped holes 74 and the mounting holes 75 are provided at positions of the bottom portion 69 in alignment with the bottom surface 31 of the inner recess 29 removed from the through hole 34 in a state where the support member 67 is supported and fixed to the hub 17.
  • the axially outer end surface (the axially outer surface of the bottom 69) of the support member 67 and the axially inner surface of the outward flange 71 are flat on an imaginary plane orthogonal to the central axis of the support member 67. It is a face.
  • the axial outer end surface of the support member 67 abuts on the bottom surface 31 of the inner recess 29, and the guide surface 70 of the support member 67 is internally fixed to the fitting surface 30 of the inner recess 29 without rattling. Thereby, the support member 67 is supported and fixed to the hub 17.
  • the mounting bolt 76 inserted through the stepped hole 74 of the bottom portion 69 is screwed and tightened to the bottom surface 31 of the inner recess 29.
  • the rotor core 64 of the rotor 61 is fixed to the flat inner axial surface of the outward facing flange 71 of the support member 67 by using a plurality of fastening members 77 such as spring pins. .
  • the axially outer surface of the inner diameter portion of the rotor core 64 is brought into contact with the axially inner surface of the outward flange 71, and rotation is provided at a plurality of circumferential positions of the inner diameter portion of the rotor core 64.
  • Phases of the child core side coupling holes 78 and the flange side coupling holes 72 of the outward flange 71 in the circumferential direction are made to coincide with each other.
  • the fastening member 77 is press-fit into both the rotor core side coupling hole 78 and the flange side coupling hole 72.
  • the rotor 61 is disposed axially inward of the caulking portion 26 of the hub 17.
  • the rotor core side coupling holes 78 and the flange side coupling holes 72 may be separately processed as long as they can be machined with high accuracy with respect to the radial position, and the rotor core 64 and the support member 67 are arranged coaxially You may process simultaneously.
  • the mounting structure of the rotor core to the support member adopting a structure in which a part of the rotor core is internally fitted to the outward facing flange of the support member instead of the mounting structure using a fastening member such as a spring pin. It is possible. However, in this case, the space on the inner side in the radial direction of the support member is likely to be narrower than the mounting structure using the fastening member. In this example, in order to arrange the wireless communication device 12 in the space on the inner side in the radial direction of the support member, it is preferable to adopt a mounting structure using a fastening member from the viewpoint of securing a wide installation space .
  • the stator 60 is coupled and fixed to the inner peripheral surface of the fitting cylindrical portion 46 of the cover 45, and the rotor 61 is supported and fixed to the hub 17 via the support member 67.
  • the rotor 61 is disposed coaxially.
  • the outer peripheral surface of the rotor 61 (the teeth 66) is radially opposed to the inner peripheral surface of the permanent magnet 63 of the stator 60 with a minute gap therebetween.
  • the radial gap type generator 11 is configured by the stator 60 and the rotor 61 arranged in this manner.
  • the wireless communication device 12 includes a wireless communication circuit (substrate) and an antenna, and performs wireless communication with the computing device 59 installed on the vehicle body 7 side.
  • the wireless communication device 12 can transmit and receive with the computing device 59.
  • the wireless communication device 12 is disposed in a space existing inward in the axial direction of the hub 17 at a position where there is no steel material forming the hub 17 with the computing unit 59, and wireless communication by the wireless communication device 12 The function is prevented from being lowered by the steel material of the hub 17. However, it is necessary to dispose the generator 11 in the space existing inward in the axial direction of the hub 17 as described above.
  • the wireless communication device 12 is disposed radially inward of the fixed cylindrical portion 68 of the support member 67 in a state of being attached to the rectification circuit 79.
  • the wireless communication device 12 and the generator 11 are disposed so as to overlap in the radial direction, the axial direction of the wheel support rolling bearing unit 1 accompanying the installation of the generator 11 and the wireless communication device 12 The increase in size is minimized.
  • the rectifying circuit 79 includes a substantially disc-shaped circuit body 80 having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the fixed cylindrical portion 68, and a plurality of legs 81.
  • the plurality of legs 81 are connected to the circuit body 80 by a plurality of connection bolts 82.
  • the rectifying circuit 79 is attached to the support member 67 by screwing the tip end portions of the legs 81 into the attachment holes 75 of the bottom portion 69 of the support member 67.
  • the wireless communication device 12 is supported by the hub 17 via the rectifying circuit 79 and the support member 67. Specifically, the wireless communication device 12 is attached to the axially inner side surface of the circuit body 80 of the rectifier circuit 79.
  • the antenna of the wireless communication device 12 is closely opposed in the axial direction to the bottom plate portion 47 made of radio wave transmitting resin. Therefore, since the radio signal entering and exiting the antenna of the wireless communication device 12 is effectively prevented from being blocked by the steel material of the hub 17 and the cover 45, the wireless communication between the wireless communication device 12 and the computing device 59 is performed by wireless High efficiency of communication is ensured.
  • the battery 13 is electrically connected to the generator 11 via the wiring 57 and the rectifier circuit 79.
  • the rectification circuit 79 includes a rectification circuit unit for converting an alternating voltage generated by the generator 11 into a direct voltage, a charge / discharge control circuit unit of the battery 13, and a voltage control circuit unit for keeping the output voltage constant.
  • the electric power generated by the generator can be converted to a DC voltage without using a battery, adjusted to a constant voltage, and supplied to a sensor or the like.
  • surplus power can be supplied to the battery to charge the battery.
  • the interface circuit 14 integrates the output signals of the sensors 58 a and 58 b installed on the wheel side, converts the signals into appropriate signals, and transmits the signals to the wireless communication device 12 through the wiring 57.
  • the connector 15 has a power output terminal for supplying power to the sensors 58a and 58b installed on the wheel side, and a signal input terminal for inputting output signals of the sensors 58a and 58b.
  • the power output terminal of the connector 15 is connected to the battery 13, and the signal input terminal of the connector 15 is connected to the wireless communication device 12 through the interface circuit 14.
  • the battery 13, the interface circuit 14, and the connector 15 are supported and fixed to the inside of the outer recess 32 through the attachment member 83.
  • the mounting member 83 includes an annular support ring portion 84 and a plurality of support cylindrical portions 85 projecting inward in the axial direction from the axial inner side surface of the support ring portion 84. Further, the interface circuit 14 is fixed to the tip end portion of the support cylindrical portion 85 by the connection bolt 86 so as to be separated in the axial direction.
  • the mounting member 83 is an inner peripheral surface of the inner peripheral surface of the outer recess 32 in the axial direction (inner peripheral surface of the positioning cylindrical portion 41) by fittingly fixing (press-fitting) the support ring 84 to the inside of the outer recess 32. It is supported by
  • the connector 15 is attached to the radially inner side of the support ring portion 84 of the attachment member 83.
  • the connector 15 is located inside the wheel center hole 40 in a state in which the wheel 3 is fixedly coupled to the wheel supporting rolling bearing unit 1.
  • a tire side sensor 58a and a wheel side sensor 58b which are sensors installed on the vehicle body side are attached to the wheel.
  • the tire side sensor 58 a is directly installed in the tire 2.
  • the tire side sensor 58a has a wear sensor, a tire strain sensor, a temperature sensor, and the like which need to be installed directly on the tire 2 to measure the state quantity of the tire 2 from the viewpoint of suppressing the cost at the time of tire replacement.
  • the wheel sensor 58 b is installed on the rim 54 of the wheel 3.
  • the wheel side sensor 58 b includes an air pressure sensor, a wheel strain sensor, an acceleration sensor, and the like for measuring a state quantity that can be measured without being installed in the tire 2.
  • the tire sensor 58 a and the wheel sensor 58 b and the connector 15 are connected by a wire 88 disposed along the axially inner side surface of the disc portion 53 of the wheel 3.
  • the hub 17, which is a rotating wheel, of the bearing portion 10 rotates.
  • the rotor 61 supported and fixed at the axially inner end of the hub 17 rotates relative to a stator 60 supported and fixed at the outer ring 16 which is a stationary wheel.
  • the generator 11 configured by the stator 60 and the rotor 61 generates power.
  • the AC voltage generated by the generator 11 is sent to the battery 13 through the wiring 57.
  • the power stored in the battery 13 is supplied through the connector 15 to the tire sensor 58 a installed on the tire 2 and the wheel sensor 58 b installed on the wheel 3.
  • the tire side sensor 58a and the wheel side sensor 58b detect state quantities of the tire 2 and the wheel 3, that is, tire pressure, tire or wheel distortion, vertical force, acceleration, temperature and the like.
  • the power stored in the battery 13 is also supplied to the wireless communication device 12 and the interface circuit 14.
  • the output signals of the tire sensor 58 a and the wheel sensor 58 b are sent to the connector 15 through the wiring 88, and further sent to the wireless communication device 12 through the interface circuit 14.
  • the output signals of the tire side sensor 58 a and the wheel side sensor 58 b are wirelessly transmitted to the computing unit 59 disposed on the vehicle body 7 side through the bottom plate portion 47 of the cover 45 by the antenna of the wireless communication device 12.
  • the computing unit 59 receives state quantities of the tire 2 and the wheel 3 which are output signals of the tire side sensor 58a and the wheel side sensor 58b, and utilizes these state quantities for the active safety technology of the vehicle and the like.
  • the wheel support rolling bearing unit 1 can receive a signal related to the traveling speed of the vehicle from the computing unit 59 by the antenna of the wireless communication device 12.
  • power is supplied to the tire sensor 58a and the wheel sensor 58b only when the traveling speed is equal to or higher than the predetermined value that can be determined to be in the traveling state, and the traveling speed substantially stops. If it is less than a predetermined value that can be determined to be present, the supply of power can be stopped.
  • Such power supply control prevents unnecessary consumption of power from the battery 13.
  • the increase in axial dimension due to the installation of the generator 11 and the wireless communication device 12 is minimized while the sensors 58a and 58b installed on the wheel side are sufficient.
  • Power can be supplied, and the output signals of the sensors 58a and 58b, which rotate with the wheels, can be wirelessly transmitted to the computing unit 59 on the vehicle body side. That is, from the viewpoint of generating power using relative rotation between outer ring 16 and hub 17 and securing the wireless communication function by wireless communication device 12, generator 11 and wireless communication device 12 are in the axial direction of hub 17. It is located in the space that exists, but the size of this space is limited.
  • the generator 11 and the wireless communication device 12 are efficiently overlapped in the radial direction by the bottomed cylindrical support member 67 fixed inside the inner recess 29 of the hub 17 It is well disposed, and the increase in the axial dimension of the wheel support rolling bearing unit 1 accompanying the installation of the generator 11 and the wireless communication device 12 is minimized.
  • Such a configuration also makes it possible to use a large volume generator 11 with high power generation performance.
  • the rotor 61 which is an armature provided with the coil 65, is supported by the hub 17 via the support member 67.
  • the support member 67 has an insertion hole 73 at the bottom 69, and the partition 33 has a through hole 34.
  • the wire 57 connected to the rotor 61 is drawn out axially outward through the insertion hole 73 and the through hole 34, and the electromotive force generated in the coil 65 is installed on the wheel side using the wire 57. It can be supplied to the sensors 58a, 58b.
  • the wireless communication device 12 is supported by the hub 17 via the rectifying circuit 79 and the support member 67.
  • the wires 57 connected to the wireless communication device 12 are drawn outward in the axial direction through the insertion holes 73 of the support member 67 and the through holes 34 of the partition 33, and the output signals of the sensors 58a and 58b that rotate with the wheels are
  • the wiring 57 can be used to transmit to the wireless communicator 12.
  • an encoder constituting a rotational speed detection device used for ABS or the like on the outer peripheral surface of the inner ring 23 constituting the hub 17 Etc. can also be fixed.
  • the power generated by the generator 11 can be supplied to the sensor 58a and the sensor 58b installed on the wheel side, and the output signals of the sensors 58a and 58b, which rotate with the wheel, are communicated by wireless It is possible to wirelessly transmit from the control unit 12 to the computing unit 59 installed on the vehicle body 7 side, so there is no need to carry out the harness routing operation when attaching the wheel support rolling bearing unit 1 to the knuckle 6. Assembly work efficiency is secured.
  • the generator 11, the wireless communication device 12, the battery 13, the interface circuit 14, and the connector 15 installed in the wheel support rolling bearing unit 1 can be used as they are. That is, it is sufficient to replace only the tire sensor 58a installed in the tire 2. For this reason, the cost at the time of tire replacement can be held down compared with the case where a power generator etc. are installed in a tire.

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Abstract

発電機および無線通信器の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑え、車輪に取り付けられたセンサに十分な電力を供給でき、かつ、センサの出力信号を車体側の電子機器に無線送信できる、車輪支持用転がり軸受ユニットを提供する。ハブ１７は、軸方向内側部の内径側に、ハブ１７の中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部３０を内周面に有するインナ凹部２９を備え、インナ凹部２９の内側に、中空円筒状の支持部材６７が、外周面に設けた円筒面状の案内面部７０を嵌合面部３０に嵌合させた状態で支持固定される。支持部材６７の軸方向内側部に、電機子である回転子６１が支持部材６７と同軸に固定され、支持部材６７の径方向内側に、無線通信器１２が配置される。インナ凹部２９の底面３１に、配線５７が配置される貫通孔３４が開口する。

Description

車輪支持用転がり軸受ユニット
　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ための車輪支持用転がり軸受ユニットに関する。
　近年、自動車の運動性能や安全性能を向上させるため、車両の挙動や路面状態の情報を正確に収集し、車両制御に利用することが求められている。現在、車両の挙動に関する情報は、車体に設置したＧセンサ、ヨーレートセンサ、アクセル開度などから得ている。より正確な情報を得るためには、路面に近いタイヤやホイールについての使用状況（たとえば、空気圧情報）や運動状態（たとえば、荷重情報）を把握することが望ましい。このため、たとえば、特許第５８７８６１２号公報には、タイヤの内部にセンサを設置することで、路面状態を推定する技術が開示されている。
　タイヤの内部に設置したセンサを作動させるには、このセンサに電力を供給する必要がある。特許第４６２７１０８号公報および特許第５５０８１２４号公報には、タイヤ内に発電機を設けて、この発電機で発電した電力をセンサに供給する技術が開示されている。ただし、タイヤは、構成部品全体が回転し、回転しない部分を備えないため、発電機を構成するためには、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。このため、発電機の構造が複雑になりやすく、コストが嵩み、かつ、十分な電力を得ることが難しいという問題がある。
　特許第３９８３５０９号公報には、車輪支持用の転がり軸受ユニットに発電機を取り付け、この発電機により発電した電力を、車輪に取り付けたセンサに供給することが開示されている。ただし、この技術では、発電機自体をセンサとして利用しており、発電機が発電した電力を車輪に取り付けたセンサに供給したり、十分な発電性能を有する体積の大きな発電機を使用したりすることは意図されていない。したがって、このような発電機の取付構造を、車輪に取り付けられるセンサに電力を供給する技術に、そのまま利用することはできない。
　特許第３９８３５０９号公報には、転がり軸受ユニットに無線通信器を取り付けることが開示されている。ただし、この無線通信器は、発電機の出力信号を無線送信するためにのみ設けられており、車輪とともに回転するセンサの出力信号を無線通信することは意図されていない。このため、この無線通信器の取付構造を、車輪とともに回転するセンサの出力信号を無線送信する技術に、そのまま利用することもできない。
　車輪支持用の転がり軸受ユニットにおいては、周囲に配置される部材との関係で、軸方向寸法に制約があり、発電機および無線通信器を設置可能な空間が限られているという問題もある。
特許第５８７８６１２号公報 特許第４６２７１０８号公報 特許第５５０８１２４号公報 特許第３９８３５０９号公報
　本発明の目的は、上述のような事情に鑑みて、発電機および無線通信器の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑え、車輪に取り付けられたセンサに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサの出力信号を車体側の電子機器に対して無線送信できる、車輪支持用転がり軸受ユニットを提供することにある。
　本発明の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を回転自在に支持するためのもので、軸受部と、発電機と、無線通信器とを備える。
　前記軸受部は、外輪と、ハブと、複数の転動体とを有する。前記外輪は、内周面に外輪軌道を有しており、前記懸架装置に支持されて回転しない。前記ハブは、前記外輪の径方向内側に前記外輪と同軸に配置されており、外周面のうち前記外輪軌道と対向する部分に内輪軌道を有し、車輪が固定され該車輪とともに回転する。前記転動体は、玉あるいはころ（円すいころ、円筒ころ、球面ころを含む）からなり、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置されている。
　前記発電機は、互いに同軸に配置された固定子と回転子とを有し、該固定子と回転子との相対回転に基づき発電する。
　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無線により通信を行う。
　特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットにおいては、前記ハブは、軸方向内側部の内径側にインナ凹部と、該ハブの中心部を軸方向に貫通した貫通孔とを備え、該インナ凹部は、内周面に該ハブの中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部を、および、底面に前記貫通孔の開口を備える。
　前記インナ凹部の内側には、外周面に円筒面状の案内面部を有する中空円筒状の支持部材が、該案内面部を前記嵌合面部に嵌合させた状態で支持固定されている。
　前記回転子は、コイルを備えた電機子であり、前記支持部材の軸方向内側部に前記支持部材と同軸に固定されている。
　前記無線通信器は、前記ハブに支持され、かつ、前記支持部材の径方向内側に配置されている。
　本発明では、前記インナ凹部の底面に開口した前記貫通孔を挿通するように配線が設けられており、前記ハブの軸方向内側部に配置された前記回転子から車輪に取り付けたセンサに電力を供給すること、および、前記センサの出力信号を、前記ハブの軸方向内方に配置された前記無線通信器に送信することが可能となっている。
　前記ハブは、軸方向外側部の内径側にアウタ凹部を、および、該アウタ凹部と前記インナ凹部との間に隔壁部をさらに備えることができる。この場合、前記貫通孔は該隔壁部に備えられる。
　本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前記アウタ凹部の内側に配置され、前記発電機が発電した電力を蓄えるためのバッテリを備えることもできる。
　本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前記外輪の軸方向内端開口を塞ぐカバーをさらに備え、該カバーのうち、少なくとも前記無線通信器と軸方向に対向する部分が、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（共重合化合物））などの電波透過性を有する材料からなるようにすることもできる。
　本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、前記固定子と前記回転子とを、径方向のエアギャップ（ラジアルギャップ）を介して対向させて、前記発電機をラジアルギャップ型の発電機により構成することもできる。
　前記回転子を構成する複数のコイルの内側には、鉄芯やコアを配置することもでき、あるいは、これらの鉄芯やコアを配置することなく、中空とすることもできる。
　また、前記発電機は、単相発電機により構成することができ、あるいは、三相発電機により構成することができる。
　本発明によれば、発電機および無線通信器を設置することに伴う、軸方向寸法の増大を最小限に抑えつつ、車輪に取り付けられるセンサに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサの出力信号を車体側の電子機器に対して無線送信することが可能となる。
図１は、実施の形態の１例にかかる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、軸方向外側から見た斜視図である。 図２は、図１に示す車輪支持構造を軸方向内側から見た斜視図である。 図３は、図１に示す車輪支持構造の断面図である。 図４は、図１に示す車輪支持構造から、車輪支持用転がり軸受ユニットを取り出して示す断面図である。 図５は、図４に示す車輪支持用転がり軸受ユニットの一部を分解して示す斜視図である。 図６は、図４に示す車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する軸受部に対して、支持部材を組み付ける、組立途中状態を示す断面図である。
［実施の形態の１例］
　実施の形態の１例について、図１～図６を用いて説明する。本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、従動輪用であり、自動車の車輪を構成するタイヤ２およびホイール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。図示の構造では、ナックル６は、車体７に対し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により支持されている。
　車輪支持用転がり軸受ユニット１は、軸受機能を有する軸受部１０と、発電機能を有する発電機１１と、無線通信機能を有する無線通信器１２と、蓄電機能を有するバッテリ１３と、センサ信号を処理するインターフェース回路１４と、コネクタ１５とを備えている。
　軸受部１０は、静止輪である外輪１６と、回転輪であるハブ１７と、転動体である複数の玉１８とを備え、タイヤ２およびホイール３を、ナックル６に対し回転自在に支持している。
　外輪１６は、全体が略円環状で、内周面に複列の外輪軌道１９ａ、１９ｂを、外周面の軸方向中間部に静止側フランジ２０を備えている。静止側フランジ２０は、軸方向に貫通したねじ孔または通孔である、複数の取付孔２１を備えている。なお、軸方向に関して「内側」は、車輪支持用転がり軸受ユニット１の車両への組み付け状態において、車両の幅方向中央側となる、図３および図４の右側に相当し、軸方向に関して「外側」は、車両の幅方向外側となる、図３および図４の左側に相当する。
　ハブ１７は、ハブ輪２２と内輪２３とを備える。ハブ輪２２は、外周面の軸方向内端寄り部分に小径段部を備える。内輪２３は、ハブ輪２２の小径段部２５に外嵌固定されている。内輪２３の軸方向内端面は、ハブ輪２２の軸方向内端部を径方向外方に塑性変形させることにより形成されたかしめ部２６によって、抑え付けられている。ハブ１７は、外周面のうち外輪軌道１９ａ、１９ｂとそれぞれ対向する部分に内輪軌道２４ａ、２４ｂを有し、外輪１６の径方向内側に外輪１６と同軸に支持されている。軸方向外側列の内輪軌道２４ａは、ハブ輪２２の外周面の軸方向中間部に形成されている。軸方向内側列の内輪軌道２４ｂは、内輪２３の外周面に形成されている。
　ハブ輪２２は、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、車輪を支持するための回転側フランジ２７を備えている。回転側フランジ２７は、軸方向に貫通した雌ねじ孔である、複数の結合孔２８を備えている。
　本例では、ハブ輪２２は、かしめ部２６の径方向内方に位置する、軸方向内側部の内径側に、軸方向外方に向けて凹んだインナ凹部２９を備えている。インナ凹部２９は、軸方向内方に向かうほど内径寸法が段階的に大きくなった断面略台形状を有している。インナ凹部２９は、内周面の軸方向外端部に、ハブ１７の中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部（インロー部）３０を備えている。インナ凹部２９は、ハブ１７の中心軸に対して直交する仮想平面上に存在する平坦面である、底面３１を備えている。
　ハブ輪２２は、回転側フランジ２７の径方向内方に位置する、軸方向外側部の内径側に、軸方向内方に向けて凹んだアウタ凹部３２を備えている。アウタ凹部３２は、軸方向外方に向かうほど内径寸法が大きくなった断面略台形状を有している。
　ハブ輪２２は、軸方向中間部の中心部で、かつ、インナ凹部２９とアウタ凹部３２との間部分に、隔壁部３３を備えている。隔壁部３３は、中心部に、隔壁部３３を軸方向に貫通する貫通孔３４を備えている。貫通孔３４の軸方向内側部は、インナ凹部２９の底面３１に開口し、貫通孔３４の軸方向外側部は、アウタ凹部３２の底面に開口している。
　本例では、軸受部１０は、転動体として、複数の玉１８を備える。それぞれの玉１８は、外輪軌道１９ａ、１９ｂと内輪軌道２４ａ、２４ｂとの間に、それぞれ保持器３５により保持された状態で、転動自在に配置されている。図示の例では、それぞれの玉１８に、背面組み合わせ型の接触角とともに予圧を付与しており、両列の玉１８同士の間で、直径、ピッチ円直径、および、接触角の大きさなどの各種寸法が互いに同じとなっている。ただし、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し、かつ、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ことで、アウタ凹部の空間の容積をより大きく確保する構成も採ることが可能である。
　外輪１６は、ナックル６に対して支持固定される。具体的には、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）が、ナックル６に形成された円形の支持孔３６に挿入し、かつ、静止側フランジ２０の軸方向内側面がナックル６の軸方向外端面に当接する。この状態で、互いに整合する位置に設けられた、静止側フランジ２０の複数の取付孔２１と、ナックル６に備えられた複数のナックル側取付孔３７とに挿通され、かつ、締め付けられた、複数の締結部材（ボルト）３８により、外輪１６は、ナックル６に対して支持固定される。
　回転輪であるハブ１７に設けられた回転側フランジ２７には、車輪を構成するホイール３およびディスクブレーキ装置４のロータ５が固定される。具体的には、ロータ５の中央部に設けられたロータ中心孔３９、および、ホイール３の中央部に設けられたホイール中心孔４０に、ハブ輪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４１が順次挿入（内嵌）する。これにより、ホイール３およびロータ５の径方向の位置決めが図られる。この状態で、互いに整合する位置に設けられた、ホイール３に備えられた複数のホイール結合孔４２およびロータ５に形成された複数のロータ結合孔４３をそれぞれ挿通し、回転側フランジ２７の結合孔２８に螺合し、かつ、締め付けられた締結部材４４により、回転側フランジ２７の軸方向外側面に、ホイール３およびロータ５が固定される。
　図示しないシールリングが、外輪１６の内周面とハブ１７の外周面との間に存在し、玉１８が設置されている内部空間の軸方向外端開口を塞いでいる。有底円筒状のカバー４５が、外輪１６の軸方向内端開口を塞いでいる。これにより、玉１８が設置されている内部空間に封入したグリースが外部空間に漏洩したり、または外部空間に存在する異物が、内部空間に侵入したりすることが防止される。
　カバー４５は、円筒状の嵌合筒部４６と、円板状の底板部４７とを備える。嵌合筒部４６と底板部４７は、複数のボルト４８により締結されている。カバー４５の嵌合筒部４６の軸方向外側部に備えられた小径部４９は、外輪１６の軸方向内側部に内嵌固定される。嵌合筒部４６の軸方向中間部に備えられ軸方向外側を向いた段差面５０が、外輪１６の軸方向内端面に当接し、これにより、外輪１６に対するカバー４５の軸方向の位置決めが図られている。このようにして、カバー４５は、外輪１６に取り付けられている。
　嵌合筒部４６は、金属製で、内周面の軸方向中間部に、径方向内方に向けて突出した内向フランジ５１を備えている。底板部４７は、ＡＢＳ樹脂やＡＳ樹脂などの電波透過性に優れた樹脂製である。ただし、本発明を実施する場合に、カバー全体を金属製とし、カバーのうち無線通信器を構成するアンテナと軸方向に対向する部分に通孔を備え、この通孔が電波透過性を有する樹脂などにより封止されたカバーの構造を採用することもできる。底板部４７の軸方向外側面の外径側部に備えられた小円筒部５２は、嵌合筒部４６に内嵌され、これにより、嵌合筒部４６に対する底板部４７の径方向に関する位置決めが図られている。嵌合筒部４６と外輪１６との当接部に、シール部材を備えることにより、カバー４５による防水性能を高めることも可能である。
　本例では、ハブ１７に取り付けられるホイール３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５３と、ディスク部５３の外周縁部に設けられた円筒状のリム部５４とを備える。リム部５４の周囲に、タイヤ２が支持固定される。ロータ５は、断面クランク形で、かつ、全体が円輪板状である。ロータ５は、内径側部分に、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５５を、および、外径側部分に、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に支持された１対のパッドにより挟持される摺動部５６を、備えている。
　本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、上述の軸受部１０に、発電機１１と、無線通信器１２と、バッテリ１３と、インターフェース回路１４と、コネクタ１５とが組み付けられる。
　本例では、軸受部１０のハブ１７の軸方向内方に存在する空間に、外輪１６とハブ１７との相対回転を利用して発電する発電機１１および無線通信器１２が配置される。一方、収容空間を大きく確保できるハブ１７のアウタ凹部３２の内側に、バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５が配置される。発電機１１および無線通信器１２と、バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５とは、ハブ１７の隔壁部３３に備えられた貫通孔３４を挿通した配線５７により、電気的に接続されている。車輪支持用転がり軸受ユニット１は、発電機１１により発電した電力を、バッテリ１３に一時的に蓄えた後、無線通信器１２およびインターフェース回路１４に供給し、かつ、コネクタ１５を通じて、車輪側に設置したセンサ（タイヤ側センサ５８ａ、ホイール側センサ５８ｂ）に供給する。車輪支持用転がり軸受ユニット１は、センサ５８ａ、５８ｂによる出力信号を、コネクタ１５を通じてインターフェース回路１４に送信し、無線通信器１２を通じて、車体７側に配置された電子機器である演算器５９に対して無線送信する。
　本例では、ハブ１７のインナ凹部２９の内側に固定した有底円筒状の支持部材６７を利用して、発電機１１および無線通信器１２が径方向に重畳するように配置されている。このようにして、ハブ１７の軸方向内方に存在する限られた空間内に、発電機１１および無線通信器１２が効率よく配置され、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸方向寸法がいたずらに大きくなることが防止されている。
　本例では、ハブ１７に対する支持部材６７の同軸度を高め、かつ、支持部材６７に対する発電機１１を構成する回転子６１の同軸度を高めることで、発電機１１の発電能力を高めることを図っている。以下、本例に使用する発電機１１、無線通信器１２、および支持部材６７の構造、および、これらの取付構造について説明する。
　発電機１１は、単相または三相の交流を発電する磁石式交流発電機である。発電機１１は、互いに同軸に配置された固定子６０と回転子６１とを備え、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに対して供給する電力を発電する。本例では、外輪１６とハブ１７との相対回転を利用するために、発電機１１は、外輪１６とハブ１７との相対回転を取り出しやすい、ハブ１７の軸方向内方の空間に配置される。
　固定子６０は、外輪１６に固定された嵌合筒部４６の内周面に内嵌固定されている。固定子６０は、円筒状の磁性鋼板の積層体からなる固定子コア６２と、固定子コア６２の内周面の円周方向複数個所に支持された複数の永久磁石６３とを備える。それぞれの永久磁石６３は、矩形板状であり、径方向に着磁し、かつ、着磁の向きを、円周方向に隣り合う永久磁石６３同士で互いに逆向きとしている。このため、固定子６０の内周面には、Ｓ極とＮ極とが円周方向に関して交互にかつ等間隔で配置されている。固定子コア６２は、嵌合筒部４６の内周面に設けられた内向フランジ５１の軸方向内側面に当接することで、固定子コア６２の軸方向に関する位置決めが図られている。なお、固定子６０を、外輪１６に対して直接固定することもできる。
　回転子６１は、支持部材６７を介してハブ１７に支持される。回転子６１は、複数の電磁鋼板の積層体からなる略円環状の回転子コア６４と、複数のコイル６５とを備えた電機子である。回転子コア６４は、放射状に配置された複数のティース（突極）６６を備える。コイル６５は、回転子コア６４のティース６６の周囲に巻装されている。
　本例では、ハブ１７の軸方向内方に存在する限られた空間を有効利用するために、回転子６１は、支持部材６７を利用して、ハブ１７の軸方向内端部に支持固定される。支持部材６７は、段付円筒状の固定筒部６８と、固定筒部６８の軸方向外端開口を塞ぐ底部６９とを備える。
　固定筒部６８は、軸方向外端部の外周面に、軸方向内側に隣接する部分に比べて小径で、かつ、支持部材６７の中心軸と同軸の円筒面状の案内面部７０を備える。固定筒部６８は、軸方向内端部に、径方向外方に突出した外向フランジ７１を備える。外向フランジ７１は、円周方向複数個所に、軸方向に貫通したフランジ側結合孔７２を備える。これに対して、底部６９は、軸方向に貫通した挿通孔７３と、段付孔７４と、取付孔７５とを備える。挿通孔７３は、配線５７を挿通するためのもので、底部６９のうち、支持部材６７をハブ１７に支持固定した状態で、隔壁部３３の貫通孔３４と整合する部分に備えられている。段付孔７４および取付孔７５は、底部６９のうち、支持部材６７をハブ１７に支持固定した状態で、貫通孔３４から外れたインナ凹部２９の底面３１と整合する位置に備えられている。本例では、支持部材６７の軸方向外端面（底部６９の軸方向外側面）および外向フランジ７１の軸方向内側面は、支持部材６７の中心軸に対して直交する仮想平面上に存在する平坦面である。
　支持部材６７の軸方向外端面は、インナ凹部２９の底面３１に当接し、かつ、支持部材６７の案内面部７０は、インナ凹部２９の嵌合面部３０にがたつきなく内嵌固定される。これにより、支持部材６７は、ハブ１７に支持固定される。底部６９の段付孔７４を挿通した取付ボルト７６は、インナ凹部２９の底面３１に対して螺合され締め付けられている。このように支持部材６７がハブ１７に対して支持固定されるため、ハブ１７への支持部材６７の同軸度、および、ハブ１７への支持部材６７の軸方向に関する取付精度のいずれも高くなっている。
　本例では、回転子６１の回転子コア６４は、支持部材６７の外向フランジ７１の平坦面状の軸方向内側面に対して、複数のスプリングピンなどの締結部材７７を利用して固定される。具体的には、回転子コア６４の内径部の軸方向外側面を、外向フランジ７１の軸方向内側面に当接させ、かつ、回転子コア６４の内径部の円周方向複数個所にある回転子コア側結合孔７８と、外向フランジ７１のフランジ側結合孔７２との、円周方向に関する位相を一致させる。この状態で、回転子コア側結合孔７８とフランジ側結合孔７２との双方に対して、締結部材７７を圧入する。このようにして、回転子６１を支持部材６７に支持固定した状態で、回転子６１は、ハブ１７のかしめ部２６の軸方向内方に配置される。このように回転子６１が支持部材６７に支持固定されるため、ハブ１７と回転子６１との同軸度が高くなっている。回転子コア側結合孔７８およびフランジ側結合孔７２については、径方向位置に関して高い精度で加工できる限り、別々に加工してもよく、回転子コア６４と支持部材６７とを同軸に配置して同時に加工してもよい。
　支持部材への回転子コアの取付構造に関して、スプリングピンのような締結部材を用いた取付構造に代替して、支持部材の外向フランジに回転子コアの一部を内嵌する構造を採用すること可能である。ただし、この場合、締結部材を用いた取付構造に比べて、支持部材の径方向内側の空間が狭くなりやすい。本例では、支持部材の径方向内側の空間に無線通信器１２を配置するため、無線通信器１２の設置空間を広く確保する観点からは、締結部材を用いた取付構造を採用することが好ましい。
　本例では、固定子６０は、カバー４５の嵌合筒部４６の内周面に結合固定され、回転子６１は、支持部材６７を介してハブ１７に支持固定され、かつ、固定子６０と回転子６１とは同軸に配置される。回転子６１（ティース６６）の外周面は、固定子６０の永久磁石６３の内周面に対して、微小隙間を介して径方向に対向する。このように配置された固定子６０と回転子６１により、ラジアルギャップ型の発電機１１は構成される。回転子６１がハブ１７とともに回転すると、それぞれのコイル６５の電磁誘導作用により起電力が発生する。すなわち、車輪とともにハブ１７が回転することで、発電機１１が発電する。本例では、ハブ１７に対する支持部材６７の同軸度は高く、かつ、支持部材６７に対する回転子６１の同軸度も高いため、回転子６１と固定子６０とのラジアルギャップが小さくなり、発電機１１による発電能力が高められている。
　無線通信器１２は、ワイヤレス通信回路（基板）と、アンテナとを備え、車体７側に設置された演算器５９との間で、無線による通信を行う。本例では、無線通信器１２は、演算器５９と送受信が可能である。無線通信器１２は、演算器５９との間にハブ１７を構成する鋼材が存在しない位置である、ハブ１７の軸方向内方に存在する空間に配置されており、無線通信器１２による無線通信機能が、ハブ１７の鋼材により低下することが防止されている。ただし、ハブ１７の軸方向内方に存在する空間には、上述のように発電機１１を配置する必要がある。したがって、限られた空間を有効利用するために、無線通信器１２は、整流回路７９に取り付けられた状態で、支持部材６７の固定筒部６８の径方向内側に配置される。このように、無線通信器１２と発電機１１とは、径方向に重畳するように配置されるため、発電機１１および無線通信器１２の設置に伴う、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸方向寸法の増大は最小限に抑えられている。
　整流回路７９は、固定筒部６８の内径よりもわずかに小さな外径を有する略円板状の回路本体８０と、複数の脚部８１とを備える。複数の脚部８１は、複数の連結ボルト８２により、回路本体８０に連結されている。整流回路７９は、脚部８１のそれぞれの先端部を、支持部材６７の底部６９の取付孔７５に螺合することで、支持部材６７に取り付けられている。無線通信器１２は、整流回路７９および支持部材６７を介して、ハブ１７に支持されている。具体的には、無線通信器１２は、整流回路７９の回路本体８０の軸方向内側面に取り付けられている。無線通信器１２のアンテナは、電波透過性樹脂製の底板部４７に対して軸方向に近接対向する。したがって、無線通信器１２のアンテナに出入りする無線信号は、ハブ１７の鋼材およびカバー４５により遮られることが有効に防止されているため、無線通信器１２と演算器５９との間での無線による通信の高い効率性が確保される。
　バッテリ１３は、配線５７と整流回路７９を介して発電機１１に電気的に接続する。整流回路７９は、発電機１１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための整流回路部と、バッテリ１３の充放電制御回路部と、出力電圧を一定に保つ電圧制御回路部とを備える。
　なお、本発明において、発電機が発電した電力を、バッテリを介さずに、直流電圧に変換し、かつ、一定電圧に調整して、センサなどに供給することもできる。また、発電機が発電した発電量が、センサなどを動作させるのに十分である場合に、余剰の電力をバッテリに供給し、このバッテリを充電することができる。
　インターフェース回路１４は、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を集約し、かつ、適切な信号に変換し、配線５７を通じて、無線通信器１２に送信する。
　コネクタ１５は、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに電力を供給するための電力出力端子と、センサ５８ａ、５８ｂの出力信号を入力するための信号入力端子とを備える。コネクタ１５の電力出力端子は、バッテリ１３に接続されており、コネクタ１５の信号入力端子は、インターフェース回路１４を介して、無線通信器１２に接続している。
　バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５は、取付部材８３を介して、アウタ凹部３２の内側に支持固定されている。取付部材８３は、円環状の支持環部８４と、支持環部８４の軸方向内側面から軸方向内方に突出した複数の支持筒部８５とを備える。また、支持筒部８５の先端部には、連結ボルト８６により、インターフェース回路１４が軸方向に離隔した状態で固定されている。取付部材８３は、アウタ凹部３２の内周面の軸方向外端部（位置決め筒部４１の内周面）に、支持環部８４を内嵌固定（圧入）することで、アウタ凹部３２の内側に支持されている。
　取付部材８３のうちの支持環部８４の径方向内側に、コネクタ１５が取り付けられている。コネクタ１５は、車輪支持用転がり軸受ユニット１に対してホイール３を結合固定した状態で、ホイール中心孔４０の内側に位置する。
　図３に示すように、車体側に設置されるセンサであるタイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂは車輪に取り付けられる。タイヤ側センサ５８ａは、タイヤ２内に直接設置される。タイヤ側センサ５８ａは、タイヤ交換時のコストを抑える観点から、タイヤ２の状態量を測定するためはタイヤ２に直接設置する必要のある、摩耗センサ、タイヤ歪みセンサ、温度センサなどを有する。ホイール側センサ５８ｂは、ホイール３のリム部５４に設置される。ホイール側センサ５８ｂは、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ための空気圧センサ、ホイール歪みセンサ、加速度センサなどを有する。タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂと、コネクタ１５とは、ホイール３のディスク部５３の軸方向内側面に沿って配置された配線８８によって、接続されている。
　本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、車両の走行に伴い車輪（タイヤ２およびホイール３）が回転すると、軸受部１０のうち、回転輪であるハブ１７が回転する。ハブ１７の軸方向内端部に支持固定された回転子６１は、静止輪である外輪１６に支持固定された固定子６０に対して相対回転する。これにより、固定子６０および回転子６１から構成される発電機１１が発電する。発電機１１により発電された交流電圧は、配線５７を通じてバッテリ１３に送られる。バッテリ１３に蓄えられた電力は、コネクタ１５を通じて、タイヤ２に設置されたタイヤ側センサ５８ａおよびホイール３に設置されたホイール側センサ５８ｂに供給される。タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂは、タイヤ２およびホイール３の状態量、すなわち、タイヤ空気圧、タイヤあるいはホイールの歪み、上下力、加速度、温度などを検出する。また、バッテリ１３に蓄えられた電力は、無線通信器１２およびインターフェース回路１４にも供給される。
　タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂの出力信号は、配線８８を通じてコネクタ１５に送られ、さらに、インターフェース回路１４を介して、無線通信器１２に送られる。無線通信器１２のアンテナにより、タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂの出力信号は、カバー４５の底板部４７を通じて、車体７側に配置された演算器５９に対して無線送信される。演算器５９は、タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂの出力信号であるタイヤ２およびホイール３の状態量を受け取り、これらの状態量を車両のアクティブセーフティ技術などに利用する。
　車輪支持用転がり軸受ユニット１は、車両の走行速度に関する信号を、演算器５９から無線通信器１２のアンテナにより受信することができる。この場合、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、タイヤ側センサ５８ａおよびホイール側センサ５８ｂに対して電力の供給を実行し、走行速度が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ことができる。このような電力供給制御により、バッテリ１３の無駄な電力の消費が防止される。
　本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、発電機１１および無線通信器１２の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑えつつ、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を車体側の演算器５９に対して無線送信することが可能である。すなわち、外輪１６とハブ１７との相対回転を利用して発電を行うとともに、無線通信器１２による無線通信機能を確保する観点から、発電機１１および無線通信器１２は、ハブ１７の軸方向内方に存在する空間に配置されるが、この空間の大きさは限られている。本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１では、ハブ１７のインナ凹部２９の内側に固定した有底円筒状の支持部材６７により、発電機１１および無線通信器１２は径方向に重畳するように効率よく配置されており、発電機１１と無線通信器１２の設置に伴う、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軸方向寸法の増大が最小限に抑えられている。このような構成により、発電性能の高い体積の大きな発電機１１を利用することも可能となっている。
　コイル６５を備えた電機子である回転子６１は、支持部材６７を介してハブ１７に支持される。支持部材６７は底部６９に挿通孔７３を備え、かつ、隔壁部３３は貫通孔３４を備える。挿通孔７３および貫通孔３４を通じて、回転子６１に接続された配線５７は軸方向外側に引き出されており、コイル６５に発生した起電力を、配線５７を利用して、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに供給することができる。無線通信器１２は、整流回路７９および支持部材６７を介してハブ１７に支持されている。支持部材６７の挿通孔７３および隔壁部３３の貫通孔３４を通じて、無線通信器１２に接続された配線５７は軸方向外側に引き出されており、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を、配線５７を利用して、無線通信器１２に送信することができる。
　支持部材６７の外周面に設けた案内面部７０は、インナ凹部２９の内周面に備えられた嵌合面部３０に対して、がたつきなく内嵌固定されているため、ハブ１７に対する支持部材６７の同軸度が高められており、かつ、支持部材６７に対する回転子６１の同軸度が高められている。このため、回転子６１と固定子６０とのラジアルギャップが小さくなり、発電機１１による発電能力が高められている。したがって、発電機１１および無線通信器１２の設置に伴う軸方向寸法の増大を最小限に抑えつつ、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、５８ｂに対して十分な電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を車体側の演算器５９に対して無線送信することができる。
　本例では、ハブ１７の径方向外側には、発電機１１および無線通信器１２が配置されないため、ハブ１７を構成する内輪２３の外周面に、ＡＢＳなどに用いる回転速度検出装置を構成するエンコーダなどを固定することもできる。
　本例では、車輪側に設置されたセンサ５８ａ、センサ５８ｂに対して、発電機１１によって発電した電力を供給することができ、かつ、車輪とともに回転するセンサ５８ａ、５８ｂの出力信号を、無線通信器１２から車体７側に設置された演算器５９に無線送信することができるため、車輪支持用転がり軸受ユニット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、良好な組立作業性が確保される。
　タイヤ２の交換時にも、車輪支持用転がり軸受ユニット１に設置された発電機１１、無線通信器１２、バッテリ１３、インターフェース回路１４、およびコネクタ１５は、そのまま継続して使用できる。すなわち、タイヤ２に設置されたタイヤ側センサ５８ａのみ交換すれば足りる。このため、発電装置など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ることができる。
　さらに、偏摩耗防止のため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車輪支持用転がり軸受ユニット１自体の取付位置には変更がないため、車体７側の演算器５９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ことも防止される。
　　１　　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
　１０　　軸受部
　１１　　発電機
　１２　　無線通信器
　１３　　バッテリ
　１４　　インターフェース回路
　１５　　コネクタ
　１６　　外輪
　１７　　ハブ
　１８　　玉
　１９ａ、１９ｂ　外輪軌道
　２０　　静止側フランジ
　２１　　取付孔
　２２　　ハブ輪
　２３　　内輪
　２４ａ、２４ｂ　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　　インナ凹部
　３０　　嵌合面部
　３１　　底面
　３２　　アウタ凹部
　３３　　隔壁部
　３４　　貫通孔
　３５　　保持器
　３６　　支持孔
　３７　　ナックル側取付孔
　３８　　締結部材
　３９　　ロータ中心孔
　４０　　ホイール中心孔
　４１　　位置決め筒部
　４２　　ホイール結合孔
　４３　　ロータ結合孔
　４４　　締結部材
　４５　　カバー
　４６　　嵌合筒部
　４７　　底板部
　４８　　ボルト
　４９　　小径部
　５０　　段差面
　５１　　内向フランジ
　５２　　小円筒部
　５３　　ディスク部
　５４　　リム部
　５５　　ハット部
　５６　　摺動部
　５７　　配線
　５８ａ　　タイヤ側センサ
　５８ｂ　　ホイール側センサ
　５９　　演算器
　６０　　固定子
　６１　　回転子
　６２　　固定子コア
　６３　　永久磁石
　６４　　回転子コア
　６５　　コイル
　６６　　ティース
　６７　　支持部材
　６８　　固定筒部
　６９　　底部
　７０　　案内面部
　７１　　外向フランジ
　７２　　フランジ側結合孔
　７３　　挿通孔
　７４　　段付孔
　７５　　取付孔
　７６　　取付ボルト
　７７　　締結部材
　７８　　回転子コア側結合孔
　７９　　整流回路
　８０　　回路本体
　８１　　脚部
　８２　　連結ボルト 
　８３　　取付部材
　８４　　支持環部
　８５　　支持筒部
　８６　　連結ボルト
　８８　　配線

Claims (4)

  1. 　内周面に外輪軌道を有し、懸架装置に支持されて回転しない外輪と、前記外輪の径方向内側に前記外輪と同軸に配置されており、外周面のうち前記外輪軌道と対向する部分に内輪軌道を有し、車輪とともに回転するハブと、前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置されている複数の転動体と、を有する軸受部と、
    　互いに同軸に配置された固定子と回転子とを有し、該固定子と該回転子との相対回転に基づき発電する発電機と、
    　車体側に配置された電子機器との間で無線により通信を行う無線通信器と、
    を備えた車輪支持用転がり軸受ユニットであって、
    　前記ハブは、軸方向内側部の内径側にインナ凹部を、および、中心部に軸方向に貫通する貫通孔を備え、
    　該インナ凹部は、内周面に該ハブの中心軸と同軸の円筒面状の嵌合面部を、および、底面に前記貫通孔の開口を備え、
    　前記インナ凹部の内側には、外周面に円筒面状の案内面部を有する中空円筒状の支持部材が、該案内面部を前記嵌合面部に嵌合させた状態で支持固定されており、
    　前記回転子は、コイルを備えた電機子であり、前記支持部材の軸方向内側部に前記支持部材と同軸に固定されており、および、
    　前記無線通信器は、前記ハブに支持され、かつ、前記支持部材の径方向内側に配置されている、
    車輪支持用転がり軸受ユニット。
  2. 　前記ハブは、軸方向外側部の内径側にアウタ凹部を、および、該アウタ凹部と前記インナ凹部との間に隔壁部をさらに備え、前記貫通孔は該隔壁部に備えられている、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  3. 　前記外輪の軸方向内端開口を塞ぐカバーをさらに備え、該カバーのうち、少なくとも前記無線通信器と軸方向に対向する部分が、電波透過性を有する材料からなる、請求項１または２に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
  4. 　前記固定子と前記回転子とが、径方向のエアギャップを介して対向している、請求項１～３のうちのいずれかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
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