WO2021251299A1 - 車両用動力装置および発電機付車輪用軸受 - Google Patents

車両用動力装置および発電機付車輪用軸受 Download PDF

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WO2021251299A1
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wheel
bracket
power unit
vehicle
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雄司 矢田
健太郎 西川
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Ntn株式会社
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    • F16C19/18—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls
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    • F16C19/183—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles
    • F16C19/184—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement
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Definitions

  • the present invention relates to a technology applied to an automobile or the like with respect to a power unit for a vehicle and a bearing for a wheel with a generator.
  • a vehicle power unit that incorporates a motor inside a wheel is a device that has an integrated structure of a wheel bearing that supports the wheel and a motor that drives and regenerates the wheel. It has many advantages such as posture stabilization by torque control, and demand is expected in the future in combination with the electrification of automobiles.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a vehicle power unit equipped with a conventional traveling motor with a power generation function.
  • the vehicle power unit equipped with the traveling motor with a power generation function is housed on the inner peripheral side of the sliding portion of the brake rotor 70 (Patent Document 1).
  • the motor stator core 74 is fixed to the suspension device 71 via the wheel bearing outer ring 72 and the motor stator fixing member 73.
  • a motor winding coil 75 for passing an electric current to generate a magnetic force is wound around the motor stator core 74.
  • the motor rotor case 77 and the motor rotor 78 are attached to the wheel bearing flange 76 and rotate around the motor stator core 74.
  • a traveling motor with a power generation function integrated with the wheel bearings drives and regenerates the vehicle according to the traveling state of the vehicle.
  • ⁇ Conventional structure 2> In order to solve the problem of the conventional structure 1, as shown in FIG. 15, a proposal has been made to make the bearing portion for wheels and the traveling motor portion with a power generation function separable (Patent Document 2).
  • a wheel bearing fixing member 80 is provided on the knuckle 79, which is a suspension frame component, and one or both of the outer ring 81 and the stator 82 are detachably fixed to the wheel bearing fixing member 80. Has been done.
  • the wheel bearing, the motor rotor, and the motor stator can be separated without disassembling the wheel bearing.
  • this structure there is a fastening portion between the outer ring 81 and the wheel bearing fixing member 80, and fixing with a bolt 83 is appropriate for ensuring ease of replacement.
  • the fastening portion between the outer ring 81 and the wheel bearing fixing member 80 becomes thicker on the outer diameter side.
  • the occupied space of the motor portion located on the outer diameter side of the fastening portion becomes smaller, and as a result, the desired output cannot be obtained.
  • the motor stator 82 is in contact with the outer diameter portion of the wheel bearing fixing member 80, and heat generation (copper loss) due to current flowing through the coil during motor operation and heat generation (copper loss) due to a change in magnetic flux inside the stator core due to rotation (heat generation). With iron loss).
  • the generated heat is transferred to the wheel bearing fixing member 80 and the outer ring 81, and the temperature of the bearing internal space rises.
  • the grease inside the bearing, the cage that holds the rolling element 84, the magnetic encoder, and the like deteriorate at an early stage, and there is a possibility that the reliability is lower than before.
  • An object of the present invention is that when a wheel bearing or the like is replaced, it can be replaced by itself, the labor of replacement and the cost of replacement parts can be reduced, a desired output can be obtained, and the reliability of the bearing can be obtained. It is an object of the present invention to provide a vehicle power unit and a bearing for a wheel with a generator, which can ensure the performance.
  • the vehicle power unit of the present invention has a fixed wheel and a rotating wheel rotatably supported by the fixed wheel via a rolling element, and a wheel mounting flange for mounting the wheel of the vehicle is attached to an outboard side end of the rotating wheel.
  • a vehicle power unit provided with a wheel bearing and an electric motor capable of rotationally driving the rotary wheel.
  • the fixed ring is an inner ring
  • the rotary wheel is an outer ring, which is an outer ring rotation, and is attached to a suspension frame component in the vehicle to detachably fix the inboard side end of the inner ring and install the motor. Equipped with a bracket,
  • the motor is an outer rotor type.
  • the bracket has a bracket base that is attached to the suspension frame component and fixed to the inner ring, and extends from the bracket base toward the outboard side and is located on the outer periphery of the outer ring via a radial gap and is located on the outer peripheral surface. It has a bracket cylindrical portion on which the stator of the motor is installed. The rotor of the motor is detachably attached to the wheel mounting flange via the rotor case or directly.
  • the fixed wheel is the inner ring and the rotating wheel is the outer ring rotation of the outer ring.
  • the bracket attached to the undercarriage frame component is fixed so that the inboard side end of the inner ring can be detached, and the motor is installed on this bracket. Therefore, when the wheel bearing is replaced, the wheel bearing assembly or the like can be easily removed from the vehicle power unit by separating the inboard side end of the inner ring from the bracket. After that, it becomes possible to assemble a new wheel bearing assembly or the like in the reverse procedure of the replacement.
  • the motor Since the motor is installed on the bracket, it is possible to secure a larger space occupied in the radial direction of the motor than in the conventional structure or the like in which the fastening portion is provided between the outer ring of the wheel bearing and the outer ring outer peripheral body. Therefore, a desired motor output can be obtained.
  • the rotor of the motor is detachably attached to the wheel mounting flange via the rotor case or directly. Therefore, when the wheel bearing is replaced, the wheel mounting flange of the outer ring, which is a rotating wheel, is separated from the rotor. Since the bracket has a bracket base that is attached to and fixed to the inner ring of the undercarriage frame component, the inboard side end of the inner ring can be detached from the bracket base attached to the undercarriage frame component. Therefore, the wheel bearing assembly can be easily detached from and assembled from the vehicle power unit. Even when the motor is replaced, it can be carried out without disassembling the bearing parts or the like by simply removing the wheel bearing from the vehicle power unit.
  • stator Since the stator is installed on the outer peripheral surface of the bracket cylinder extending from the bracket base to the outboard side, a large radial space of the motor is secured without the need for a thick fastening part on the outer diameter side. Can be. This makes it possible to obtain the desired motor output.
  • the wheel bearing may be detachably configured in the bearing axial direction with respect to the bracket base in a state where the bracket is attached to the suspension frame component and the stator is installed in the bracket cylindrical portion.
  • the inner ring has an inner ring main body and a partial inner ring fitted to the outer peripheral surface of the inner ring main body on the inboard side. It has a side protrusion, and the bracket base is formed with an insertion hole that allows the insertion of the inboard side protrusion, and the inboard side protrusion is inserted into the insertion hole of the bracket base and the partial inner ring.
  • a nut may be provided to be screwed into the male screw portion of the inboard side protrusion in a state where the inboard side end surface of the bracket is in contact with the outboard side surface of the bracket base.
  • the assembly of the wheel bearing can be easily detached from the bracket base in the axial direction by detaching the nut from the male threaded portion of the inboard side protrusion. Further, it is possible to assemble a new wheel bearing assembly or the like in the reverse procedure of the above.
  • the inner ring has an inner ring main body and a partial inner ring fixed to the outer peripheral surface of the inner ring main body on the outboard side by fastening or crimping with a nut.
  • the bracket base is formed with an insertion hole that allows the insertion of the inboard side protrusion, and the inboard side protrusion is formed in the insertion hole of the bracket base.
  • a nut may be provided which is inserted and screwed into the male screw portion of the inboard side protruding portion in a state where the inboard side end surface of the inner ring body is in contact with the outboard side surface of the bracket base.
  • the wheel bearing assembly can be easily detached from the bracket base in the axial direction. Since the bearing preload is applied to the partial inner ring by fixing it to the outer peripheral surface of the inner ring body on the outboard side by fastening or crimping with a nut, a means for applying the bearing preload and a means for fixing the inner ring to the bracket base are provided. Can be configured separately. This facilitates the adjustment of the bearing preload and improves the reliability of the bearing.
  • the inner ring has an inner ring main body and a partial inner ring fixed to the outer peripheral surface of the inner ring main body on the outboard side by fastening or crimping with a nut, and a screw hole is formed at the inboat side end of the inner ring main body.
  • the flange portion may be detachably fixed to the bracket base portion by bolts from the inboard side.
  • the wheel bearing assembly can be easily detached from the bracket base in the axial direction by detaching the bolt from the flange portion of the inner ring body. Since the bearing preload is applied to the partial inner ring by fixing it to the outer peripheral surface of the inner ring body on the outboard side by fastening or crimping with a nut, a means for applying the bearing preload and a means for fixing the inner ring to the bracket base are provided. Can be configured separately. This facilitates the adjustment of the bearing preload and improves the reliability of the bearing.
  • the inboard-side protrusion inserted into the insertion hole of the bracket base may be provided with a spline that prevents relative rotation with respect to the bracket base.
  • the spline can suppress the rotation of the inner ring, which is a fixed ring, and the vibration in the rotation direction. This makes it possible to further improve the reliability of the bearing.
  • a rotation detection sensor for detecting the rotation speed of the outer ring with respect to the inner ring is provided on the wheel bearing, and the rotation detection sensor includes a rotation detection sensor rotor installed at the outboard side end of the outer ring and the inner ring. It may have a rotation detection sensor stator installed at the end of the outboard side and detect the rotation detection sensor rotor, and may be provided with an external take-out means for taking out the output cable of the rotation detection sensor to the outside. In this case, the rotation of the electric motor can be controlled by detecting the rotation speed of the outer ring with respect to the inner ring. In addition, since both the rotation detection sensor rotor and the rotation detection sensor stator are installed at the outboard side ends of each wheel, the gap adjustment of the rotation detection sensor can be performed without separating the wheel bearings from the vehicle power unit. Maintenance can be performed.
  • the rotation detection sensor may also function as a wheel speed sensor. In this case, the number of parts can be reduced and the structure can be simplified.
  • the rotor may have a rotor core that also functions as the rotor case integrally with the rotor case.
  • the number of parts can be reduced and the cost can be reduced as compared with the configuration in which the rotor case and the rotor core are separate parts.
  • the "integral" means that the rotor case and the rotor core are not formed by combining a plurality of elements, but are formed from a single material as a part or as a whole by forging, machining, etc., for example. do.
  • the bearing for wheels with a generator of the present invention has a fixed wheel and a rotating wheel rotatably supported by the fixed wheel via a rolling element, and a wheel mounting flange for mounting a wheel of the vehicle is attached to the outboard of the rotating wheel.
  • a wheel bearing with a generator provided with a wheel bearing at the side end and a generator that generates power by the rotation of the rotating wheel.
  • the fixed ring is an inner ring
  • the rotary ring is an outer ring, which is an outer ring rotation, and is attached to a suspension frame component in the vehicle to detachably fix the inboard side end of the inner ring and install the generator. Equipped with a bracket to The generator is an outer rotor type.
  • the bracket has a bracket base that is attached to the suspension frame component and fixed to the inner ring, and extends from the bracket base toward the outboard side and is located on the outer periphery of the outer ring via a radial gap and is located on the outer peripheral surface. It has a bracket cylindrical portion on which the stator of the generator is installed, and has. The rotor of the generator is detachably attached to the wheel mounting flange via a rotor case or directly.
  • the rotor of the generator can be detachably attached to the wheel mounting flange via the rotor case or directly. Therefore, when the wheel bearing is replaced, the wheel mounting flange of the outer ring, which is a rotating wheel, is separated from the rotor. Since the bracket has a bracket base that is attached to and fixed to the inner ring of the undercarriage frame component, the inboard side end of the inner ring can be detached from the bracket base attached to the undercarriage frame component. Therefore, the wheel bearing assembly can be easily separated and assembled from the generator-equipped wheel bearing. Even when the generator is replaced, it can be carried out without disassembling the bearing parts or the like by simply separating the wheel bearing from the wheel bearing with the generator.
  • stator Since the stator is installed on the outer peripheral surface of the bracket cylinder extending from the bracket base to the outboard side, the space occupied in the radial direction of the generator is increased without the need for a thick fastening portion on the outer diameter side. Can be secured.
  • the vehicle power unit 1 includes a wheel bearing 2, a bracket 24, and a traveling motor 3 with a power generation function, which is an electric motor that also serves as a generator.
  • the vehicle power unit 1 has an outer rotor type traveling motor 3 with a power generation function.
  • the wheel bearing 2 has an outer ring 4 which is a rotating wheel, a double-row rolling element 6, a cage (not shown) for holding the rolling element 6, and an inner ring 5 which is a fixed ring.
  • the wheel bearing 2 is an angular contact ball bearing to which a steel ball is applied as the rolling element 6. Grease is sealed in the bearing space between the outer ring 4 and the inner ring 5.
  • the direction along the rotation axis C1 of the wheel bearing 2 is referred to as "bearing axis direction", and the direction orthogonal to the rotation axis C1 is referred to as the bearing radial direction.
  • the outer ring 4 has an outer ring main body 4a on which a double-row raceway surface is formed, and a wheel mounting flange 7 extending from the outer peripheral surface of the outer ring main body 4a on the outboard side to the outer diameter side.
  • a plurality of hub bolts 13 are inserted through the wheel mounting flange 7.
  • the wheel mounting flange 7 is mounted by the hub bolt 13 with the brake rotor 12 and the wheels of wheels (not shown) overlapping in the axial direction. Tires (not shown) are attached to the outer circumference of the wheel.
  • a screw hole may be formed on the flange surface of the outer ring 4, and the outer ring 4, the brake rotor 12, the wheel, and the tire may be fixed from the outside by a wheel bolt (not shown).
  • the side that is closer to the outside in the vehicle width direction of the vehicle when the vehicle power unit 1 is mounted on the vehicle is called the outboard side, and the side that is closer to the center in the vehicle width direction of the vehicle is in. Called the board side.
  • the inner ring 5 has an inner ring main body 5a and a partial inner ring 5b fitted to the outer peripheral surface of the inner ring main body 5a on the inboard side.
  • the inner ring main body 5a has an inboard side projecting portion 5i projecting toward the inboard side.
  • the inboard side protruding portion 5i is provided coaxially with the inner ring main body 5a and integrally with the inner ring main body 5a, and protrudes toward the inboard side from the arrangement position of the partial inner ring 5b.
  • the "integrally provided” means that the inboard side protrusion 5i and the inner ring body 5a are not a combination of a plurality of elements, but a part of a single material, for example, by forging, machining, or the like. Or it means that it was molded as a whole.
  • the inboard side protruding portion 5i includes the fitting portion 9 and the male screw portion 11 in order from the outboard side to the inboard side.
  • the fitting portion 9 is a fitting portion of the bracket 24 described later, and is connected to the outer peripheral surface of the inner ring main body 5a on the inboard side via a step.
  • the fitting portion 9 has a first fitting portion 9a formed having a diameter slightly smaller than the outer peripheral surface on the inboard side and a second fitting portion 9 located on the outboard side of the first fitting portion 9a.
  • the second fitting portion 9b is formed with a spline Sm that is fitted to a part of the bracket base portion 24a of the bracket 24 (fitted portion 21 (FIG. 4) described later).
  • the spline Sm is composed of a plurality of spline teeth formed at regular intervals in the circumferential direction, and an involute spline is particularly preferable from the viewpoint of suppressing vibration.
  • the outer peripheral surface of the second fitting portion 9b, that is, the outer diameter surface of the spline Sm is formed to have a smaller diameter than the first fitting portion 9a and a larger diameter than the male screw portion 11.
  • the bracket 24 is a bracket base portion 24a fixed to a knuckle 8 which is a vehicle suspension frame component, and a bracket cylindrical portion extending from a predetermined radial position of a large diameter portion (described later) in the bracket base portion 24a to the outboard side. It has 24b and.
  • the bracket base portion 24a and the bracket cylindrical portion 24b are coaxially and integrally formed. Further, the base portion 24a and the bracket cylindrical portion 24b may be composed of different members.
  • the bracket cylindrical portion 24b is located on the outer periphery of the outer ring main body 4a of the outer ring 4 via a predetermined radial gap ⁇ .
  • the bracket base portion 24a has a large diameter portion 24aa on the outboard side and a small diameter portion 24ab connected to the inboard side surface of the large diameter portion 24aa and having a smaller diameter than the large diameter portion 24aa.
  • the large diameter portion 24aa is formed with a fitted portion 20 fitted and fixed to the first fitting portion 9a, and the small diameter portion 24ab is fitted with a spline Sm which is an involute spline.
  • a fitted portion 21 formed of a spline groove to be jointly fixed is formed.
  • the first fitting portion 9a and the fitted portion 20 thereof may be fitted by a clearance fitting, but may be press-fitted in order to further improve the axial center accuracy.
  • the knuckle 8 is formed with a through hole 8b that allows the small diameter portion 24ab to be fitted.
  • a plurality of screw holes in the circumferential direction are formed in the large diameter portion 24aa, and the bracket base portion 24a is attached to the knuckle 8 by a plurality of bolts 22 screwed into these screw holes.
  • the bracket base 24a is a knuckle with the outer peripheral surface of the small diameter portion 24ab fitted to the through hole 8b of the knuckle 8 and the inboard side surface of the large diameter portion 24aa abutting against the outboard side surface 8a of the knuckle 8. It is fixed at 8.
  • the inboard side end surface of the partial inner ring 5b is configured to be able to contact and separate from the outboard side surface of the large diameter portion 24aa.
  • the bracket base portion 24a is formed with an insertion hole ha that allows the insertion of the inboard side protrusion 5i. Insertion holes ha are formed by the fitted portions 20 and 21 (FIG. 4). Further, the first fitting portion 9a of the inboard side protrusion 5i and the fitted portion 20 (FIG. 4) of the large diameter portion 24aa are fitted, and the second fitting portion 9b of the inboard side protrusion 5i is fitted. And the fitted portion 21 (FIG. 4) of the small diameter portion 24ab are spline-fitted.
  • the wheel bearing 2 is fixed to the bracket 24 at a torque value at which a predetermined axial force is generated in the bearing portion.
  • Involute spline grooves Sm are formed in a part of the fitting portion 9 of the inner ring main body 5a and the bracket 24, and by fitting each other, the rotation of the inner ring 5 and the vibration in the rotation direction can be suppressed.
  • the brake 17 is a friction brake including a disc-shaped brake rotor 12 and a brake caliper 16 (FIG. 11).
  • the brake rotor 12 has a flat plate-shaped portion 12a and an outer peripheral portion 12b.
  • the flat plate-shaped portion 12a is an annular and flat plate-shaped member that overlaps the wheel mounting flange 7.
  • the outer peripheral portion 12b has a cylindrical portion 12ba that extends cylindrically from the outer peripheral edge portion of the flat plate-shaped portion 12a to the inboard side, and a flat plate portion 12b that extends in a flat plate shape from the inboard side end of the cylindrical portion 12ba to the outer diameter side.
  • the brake caliper 16 (FIG. 11) may be a hydraulic type or a mechanical type, or may be an electric motor type.
  • the traveling motor 3 with a power generation function of this example generates power by the rotation of the wheels, and the wheels can be rotationally driven by being supplied with power for traveling with a power generation function.
  • It is a motor.
  • the traveling motor with a power generation function has a stator 18 fitted on the outer peripheral surface of the bracket cylindrical portion 24b, and a rotor 19 located on the outer periphery of the stator 18 and mounted on the wheel mounting flange 7 via the rotor case 15. It is an outer rotor type.
  • the traveling motor 3 with a power generation function is a direct drive type in which the rotor 19 is attached to the outer ring 4.
  • the traveling motor 3 with a power generation function is installed inward in the radial direction from the inner diameter of the brake rotor 12, and is installed in the axial range between the wheel mounting flange 7 and the outboard side surface 8a of the knuckle 8. ing.
  • the traveling motor 3 with a power generation function is, for example, a surface magnet type permanent magnet motor, that is, an SPM (Surface Permanent Magnet) synchronous motor (or SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)).
  • the traveling motor 3 with a power generation function may be an IPM (Interior Permanent Magnet) synchronous motor (or IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)).
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • IPMSM Interior Permanent Magnet Synchronous Motor
  • various types such as a switched reluctance motor (abbreviation: SR motor) and an induction motor (abbreviation: IM) can be adopted.
  • SR motor switched reluctance motor
  • IM induction motor
  • distributed winding and centralized winding can be adopted as the winding type of the stator 18.
  • the stator 18 has an annular stator core 18a and a stator coil 18b wound around a tooth portion of the stator core 18a via an insulating material (not shown). A resin bobbin or the like is applied as the insulating material.
  • the stator core 18a is made of, for example, an electromagnetic steel sheet, a dust core, an amorphous alloy, or the like.
  • the stator core 18a is fitted and fixed to the outer peripheral surface of the bracket cylindrical portion 24b of the bracket 24.
  • the stator core 18a is fixed to the outer peripheral surface of the bracket cylindrical portion 24b by press fitting, adhesion, restraint by another member, or the like.
  • a plurality of recesses or protrusions are formed on the inner peripheral surface of the stator core 18a at regular intervals in the circumferential direction, and the plurality of recesses or protrusions are fitted on the outer peripheral surface of the bracket cylindrical portion 24b.
  • a plurality of ridges or dents may be formed. As a result, it is possible to suppress the stator core 18 from moving in the rotational direction.
  • the rotor 19 is provided so as to face the stator core 18a in the radial direction.
  • the rotor case 15 is detachably fixed to the outer peripheral portion of the wheel mounting flange 7 by, for example, a bolt (not shown).
  • the rotor case 15 has a cylindrical shape concentric with the outer ring 4.
  • An annular recess 7a is formed on the side surface of the inboard on the outer peripheral portion of the wheel mounting flange 7, and the outboard side end portion of the rotor case 15 is fitted in the annular recess 7a.
  • a plurality of screw holes made of female threads extending in the axial direction are formed at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of bolt holes corresponding to the plurality of screw holes are formed on the outer peripheral portion of the wheel mounting flange 7.
  • a bolt (not shown) is screwed into the screw hole. It is also possible to omit screwing with the bolts and fix the rotor case 15 to the outer peripheral portion of the wheel mounting flange 7 by press-fitting or the like.
  • a cylindrical rotor core 19a is fixed to the inner peripheral surface of the rotor case 15.
  • the rotor core 19a is made of, for example, a soft magnetic material, and is concentrically fixed to the rotor case 15 by press fitting, welding, adhesion, or the like.
  • a plurality of recesses are formed on the inner peripheral surface of the rotor core 19a at regular intervals in the circumferential direction, and a permanent magnet 19b is fitted into each recess and fixed by adhesion or the like.
  • the rotor core 19a may be integrated with the rotor case 15 and also function as a rotor case. In this case, the number of parts can be reduced and the structure can be simplified as compared with the structure of FIG.
  • the vehicle power unit 1 is provided with a rotation detection sensor 27.
  • the rotation detection sensor 27 detects the rotation angle or rotation speed of the outer ring 4 with respect to the inner ring 5 in order to control the rotation of the traveling motor 3 with a power generation function. This rotation speed is synonymous with the number of rotations per unit time.
  • the rotation detection sensor 27 has a rotation detection sensor rotor 27a, a rotation detection sensor stator 27b for detecting the rotation detection sensor rotor 27a, and an output cable 27c connected to the rotation detection sensor stator 27b.
  • the rotation detection sensor stator 27b is fixed to the outboard side end of the inner ring main body 5a via the sensor fixing member 28.
  • a rotation detection sensor rotor 27a is fixed to the outboard side end of the outer ring 4 via a bottomed cylindrical cap 29.
  • the rotation detection sensor rotor 27a is fixed to the outer peripheral surface of the shaft portion protruding from the bottom of the cap 29 in the bearing axial direction by fitting or the like.
  • the cap 29 is waterproof and prevents water from entering the rotation detection sensor 27 and the wheel bearing portion.
  • a through hole 5aa is formed as an external extraction means for taking out the output cable 27c to the outside (in this example, on the inboard side of the knuckle 8).
  • the through hole 5aa is formed along the axial center of the inner ring main body 5a and penetrates from the outboard side end to the inboard side end of the inner ring main body 5a.
  • a resolver is applied as the rotation detection sensor 27, but the resolver is not limited to the resolver, and for example, an encoder, a pulsar ring, a hall sensor, or the like can be adopted regardless of the type.
  • the wheel speed sensor Sa is a sensor that detects the rotational speed of the wheel, and is, for example, a magnetic encoder ring ER installed at the inboard side end of the outer ring 4 and a partial inner ring separated by a predetermined gap from the magnetic encoder ring ER. It has a sensor unit (not shown) installed on the outer peripheral surface of 5b.
  • the wheel speed sensor Sa is provided independently of the rotation detection sensor 27, but the rotation detection sensor 27 may also function as the wheel speed sensor.
  • the rotor 19 is detachably attached to the wheel mounting flange 7 via the rotor case 15. Therefore, when the wheel bearing 2 is replaced, the wheel mounting flange 7 of the outer ring 4, which is a rotating wheel, is separated from the rotor 19 and the rotor case 15. Since the bracket 24 has a bracket base portion 24a for attaching to the knuckle 8 and fixing to the inner ring 5, the inboard side end of the inner ring 5 can be detached from the bracket base portion 24a attached to the knuckle 8. Therefore, the assembly of the wheel bearing 2 can be easily separated from and assembled from the vehicle power unit 1. Even when the traveling motor 3 with a power generation function is replaced, it can be carried out by simply separating the wheel bearing 2 from the vehicle power unit 1 without disassembling the bearing parts and the like.
  • the traveling motor 3 with a power generation function does not require a thick fastening portion or the like on the outer diameter side. It is possible to secure a large space occupied in the radial direction of. Therefore, a desired motor output can be obtained. Further, since there is a radial gap ⁇ between the stator 18 of the traveling motor 3 with a power generation function and the outer periphery of the outer ring 4, it is difficult for heat generated by the stator 18 to be transmitted to the inside of the wheel bearing 2, and the temperature of the bearing internal space rises. Can be suppressed.
  • the wheel bearing 2 With the bracket 24 attached to the knuckle 8 and the stator 18 installed on the bracket cylindrical portion 24b, the wheel bearing 2 is detachably configured in the bearing axial direction with respect to the bracket base portion 24a. Therefore, it is possible to remove the assembly of the wheel bearing 2 from the vehicle power unit 1 in the bearing axial direction by omitting the trouble of temporarily removing the entire vehicle power unit from the knuckle 8 when replacing the wheel bearing 2. .. Therefore, the work load can be reduced.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG.
  • the inner ring 5 is fixed to the inner ring main body 5a and the outer peripheral surface of the inner ring main body 5a on the outboard side by fastening with nuts 58. It has a partial inner ring 5b.
  • the inner ring main body 5a of this example has an inboard side projecting portion 5i projecting toward the inboard side and an outboard side projecting portion 5o projecting toward the outboard side.
  • a male screw portion 59 is formed at the tip of the protrusion 5o on the outboard side, and the nut 58 is screwed into the male screw portion 59 to fix the partial inner ring 5b to the inner ring main body 5a and give a bearing preload. ..
  • the inboard side protrusion 5i is inserted into the insertion hole of the bracket base 24a, and the inboard side end surface of the inner ring body 5a is in contact with the outboard side surface of the bracket base 24a.
  • the nut 25 is screwed.
  • the assembly of the wheel bearing 2 can be easily detached from the bracket base portion 24a in the axial direction. .. Since the bearing preload is given by fixing the partial inner ring 5b to the outer peripheral surface of the inner ring body 5a on the outboard side by fastening with the nut 58, a means for applying the bearing preload and a means for fixing the inner ring 5 to the bracket base 24a. And can be configured separately. This facilitates the adjustment of the bearing preload and improves the reliability of the bearing.
  • the partial inner ring 5b may be fixed to the outer peripheral surface of the inner ring main body 5a on the outboard side by crimping by the crimping portion 60.
  • the number of parts can be reduced as compared with the examples of FIGS. 6 and 7, and the axial length of the inner ring main body 5a can be shortened.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX of FIG.
  • the inner ring 5 of this example has an inner ring main body 5a and a partial inner ring 5b fixed to the outer peripheral surface of the inner ring main body 5a on the outboard side by fastening with a nut 58.
  • the inner ring main body 5a has a flange portion 61 in which a screw hole 61a is formed at the inboat side end, and the flange portion 61 is detachably fixed to the bracket base portion 24a from the inboard side by a bolt 62.
  • the partial inner ring 5b may be fixed to the outer peripheral surface of the inner ring main body 5a on the outboard side by crimping with a crimping portion 60 (see FIG. 8).
  • the assembly of the wheel bearing 2 can be easily detached from the bracket base portion 24a in the axial direction. Since the partial inner ring 5b is fixed to the outer peripheral surface of the inner ring main body 5a on the outboard side by fastening or crimping with a nut 58 to give a bearing preload, a means for applying the bearing preload and an inner ring 5 with respect to the bracket base 24a. Can be configured separately from the fixing means of. This facilitates the adjustment of the bearing preload and improves the reliability of the bearing.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a conceptual configuration of a vehicle system using the vehicle power unit 1 according to any one of the embodiments.
  • the vehicle power plant 1 in a vehicle having a driven wheel 10 B is a main drive source mechanically unconnected, is mounted against the driven wheel 10 B.
  • Wheel bearing 2 in the vehicle power unit 1 (FIG. 1, etc.) is a bearing supporting the driven wheel 10 B.
  • the main drive source 35 is an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, a motor generator (motor), or a hybrid type drive source in which both are combined.
  • the "motor generator” refers to an electric motor capable of generating electricity by applying rotation.
  • the vehicle 30 is a front-wheel drive vehicle in which the front wheels are the drive wheels 10 A and the rear wheels are the driven wheels 10 B, and the main drive source 35 is an internal combustion engine 35a and an electric generator 35b on the drive wheel side.
  • It is a hybrid electric vehicle (hereinafter, may be referred to as "HEV”) having the above.
  • Mild hybrids are a type in which the main drive source is an internal combustion engine and the motor mainly assists driving when starting or accelerating. In the (electric vehicle) mode, it is distinguished from the strong hybrid because it can run normally for a while but cannot run for a long time.
  • Internal combustion engine 35a of the example of the figure is connected to the drive shaft of the drive wheel 10 A via the clutch 36 and speed reducer 37, the motor generator 35b of the driving wheel is connected to a reduction gear 37.
  • This vehicle system is provided in the motor generator 3 which is a motor-generator for driving the driven wheel 10 B to rotate, the individual control means 39 for controlling the motor generator, and the upper ECU 40. It is provided with an individual motor generator command means 45 that outputs a command for causing the individual control means 39 to control drive and regeneration.
  • the motor generator 3 is connected to the power storage means.
  • a battery storage battery
  • a capacitor capacitor
  • the type and the mounting position on the vehicle 30 are not limited, but in this embodiment, the low voltage battery 50 mounted on the vehicle 30 and It is said to be a medium voltage battery 49 among the medium voltage batteries 49.
  • the motor generator 3 for the driven wheel is a direct drive motor that does not use a transmission.
  • the motor generator 3 acts as an electric motor by supplying electric power, and also acts as a generator that converts the kinetic energy of the vehicle 30 into electric power. Since the rotor 19 (FIG. 1) is attached to the outer ring 4 (FIG. 1) of the motor generator 3, when a current is applied to the motor generator 3, the outer ring 4 (FIG. 1) is rotationally driven, and conversely, power regeneration occurs. Sometimes regenerative power is obtained by loading an induced voltage.
  • the drive voltage or regenerative voltage for rotational drive of the motor generator 3 is 100 V or less.
  • the upper ECU 40 is a means for performing integrated control of the vehicle 30, and includes a torque command generation means 43.
  • the torque command generating means 43 generates a torque command according to the operation amount signals input from the accelerator operating means 56 such as the accelerator pedal and the brake operating means 57 such as the brake pedal.
  • This vehicle 30 includes an internal combustion engine 35a and a motor generator 35b on the drive wheel side as a main drive source 35, and also includes two motor generators 3 and 3 for driving two driven wheels 10 B and 10 B, respectively.
  • the upper ECU 40 is provided with a torque command distribution means 44 that distributes the torque command according to the rules defined for the drive sources 35a, 35b, 3, and 3.
  • the torque command for the internal combustion engine 35a is transmitted to the internal combustion engine control means 47 and used for valve opening control and the like by the internal combustion engine control means 47.
  • the torque command to the motor generator 35b on the drive wheel side is transmitted to the motor generator control means 48 on the drive wheel side and executed.
  • the torque command for the generators 3 and 3 on the driven wheel side is transmitted to the individual control means 39 and 39.
  • the portion that outputs to the individual control means 39, 39 is referred to as the individual motor generator command means 45.
  • the individual motor generator command means 45 gives a torque command to the individual control means 39, which is a command of the braking force in which the motor generator 3 shares the braking by regenerative braking, with respect to the signal of the operation amount of the brake operation means 57. It also has a function.
  • the individual motor generator command means 45 and the individual control means 39 constitute a control means 68 for controlling the motor generator 3.
  • the individual control means 39 is an inverter device, and includes an inverter 41 that converts the DC power of the medium voltage battery 49 into a three-phase AC voltage, and a control unit 42 that controls the output of the inverter 41 by PWM control or the like by the torque command or the like.
  • the inverter 41 includes a bridge circuit (not shown) using a semiconductor switching element or the like, and a charging circuit (not shown) for charging the regenerative power of the motor generator 3 into the medium voltage battery 49.
  • the individual control means 39 is individually provided for the two motor generators 3 and 3, it is housed in one housing and the control unit 42 is shared by both the individual control means 39 and 39. May be good.
  • FIG. 12 is a power supply system diagram as an example of a vehicle (FIG. 11) equipped with the vehicle system.
  • a low voltage battery 50 and a medium power battery 49 are provided as batteries, and both batteries 49 and 50 are connected via a DC / DC converter 51.
  • the motor generator 35b on the drive wheel side of FIG. 11 is connected to the medium power system in parallel with the motor generator 3 on the driven wheel side.
  • a low voltage load 52 is connected to the low voltage system, and a medium voltage load 53 is connected to the medium voltage system. Although there are a plurality of low voltage loads 52 and medium voltage loads 53, they are represented by one.
  • the low voltage battery 50 is a battery generally used in various automobiles as a power source for a control system or the like, and is, for example, 12V or 24V.
  • the low voltage load 52 includes key components such as a starter motor of an internal combustion engine 35a, lights, an upper ECU 40, and other ECUs (not shown).
  • the low-voltage battery 50 may be referred to as an auxiliary battery for electrical accessories, and the medium-voltage battery 49 may be referred to as an auxiliary battery for an electric system.
  • the medium voltage battery 49 has a higher voltage than the low voltage battery 50 and is lower than the high voltage battery (100 V or more, for example, about 200 to 400 V) used for strong hybrid vehicles and the like, and has an effect on the human body due to electric shock during work. Is a voltage that does not pose a problem, and a 48V battery that has been used in mild hybrids in recent years is preferable.
  • a medium-voltage battery 49 such as a 48V battery can be relatively easily mounted on a vehicle equipped with a conventional internal combustion engine, and as a mild hybrid, fuel consumption can be reduced by power assist and regeneration by electric power.
  • the medium voltage load 53 of the 48V system is an accessory component, such as a power assist motor, an electric pump, an electric power steering, a supercharger, and an air compressor, which are motor generators 35b on the drive wheel side.
  • a power assist motor such as a power assist motor, an electric pump, an electric power steering, a supercharger, and an air compressor, which are motor generators 35b on the drive wheel side.
  • the output of power assist is lower than that of high voltage (strong hybrid vehicles of 100V or more), but the risk of electric shock to occupants and maintenance workers can be reduced. can.
  • the insulating coating of the electric wire can be thinned, the weight and volume of the electric wire can be reduced.
  • a large amount of electric power can be input / output with a current amount smaller than 12V, the volume of the electric motor or the generator can be reduced. From these things, it contributes to the effect of reducing the fuel consumption of the vehicle.
  • This vehicle system is suitable for accessory parts of such mild hybrid vehicles, and is applied as power assist and power regeneration parts.
  • CMG, GMG, belt-driven starter motors (none of which are shown), etc. may be adopted, but all of these are power assists for the internal combustion engine or the power unit. Or because it regenerates, it is affected by the efficiency of transmission devices and speed reducers.
  • the power regeneration In some cases, the kinetic energy of the vehicle body can be used directly. Further, when mounting a CMG, GMG, belt-driven starter motor, etc., it is necessary to incorporate them in consideration from the design stage of the vehicle 30, and it is difficult to retrofit them.
  • motor generator 3 of the system for this vehicle to fit in the driven wheel 10 in the B may be attached even complete vehicles in part exchange the same steps, to complete vehicle internal combustion engine 35a only Even a 48V system can be configured.
  • An existing vehicle equipped with only an internal combustion engine 35a is equipped with the vehicle power unit 1 according to any one embodiment and the medium voltage battery 49 having a drive voltage or a regenerative voltage of 100 V or less as a battery for a motor generator. By doing so, it is possible to make a mild hybrid vehicle without major modification of the vehicle.
  • a vehicle equipped with the vehicle system of this embodiment may be equipped with another motor generator 35b for auxiliary drive as shown in the example of FIG. In that case, the amount of power assist and the amount of regenerative power for the vehicle 30 can be increased, which further contributes to the reduction of fuel consumption.
  • FIG 13 shows an example of the vehicle power system 1 was applied respectively to the driven wheels 10 B which is a driving wheel 10 A and a rear wheel is a front wheel according to any of the embodiments.
  • the drive wheels 10 A are driven by a main drive source 35 composed of an internal combustion engine via a clutch 36 and a speed reducer 37.
  • the power unit 1 is installed for a vehicle.
  • the vehicle power system 1, not only the driven wheels 10 B, can also be applied to the drive wheels 10 A.
  • the vehicle system shown in FIG. 11 has a function of generating electric power, but may be a system that is not rotationally driven by power supply.
  • This vehicle system is equipped with a wheel bearing with a generator including an electric generator 3 that does not also serve as a motor and a wheel bearing 2.
  • This bearing for wheels with a generator has the same configuration as that of the vehicle power unit of any embodiment except for the motor generator 3 which also serves as a motor.
  • braking force can be generated by storing the regenerative power generated by the motor generator 3 in the medium voltage battery 49. Braking performance can also be improved by using it in combination with the mechanical brake operating means 57 or by using it properly.
  • the individual control means 39 can be configured as an AC / DC converter device (not shown) instead of an inverter device.
  • the AC / DC converter device has a function of charging the regenerated power of the motor generator 3 to the medium voltage battery 49 by converting the three-phase AC voltage into a DC voltage, and the control method is easier than that of the inverter. , Miniaturization is possible.

Abstract

車両用動力装置(1)は、固定輪が内輪(5)であり、回転輪が外輪(4)である外輪回転であって、ナックル(8)に取付けられ内輪(5)のインボード側端を着脱可能に固定しかつ電動機(3)を設置するブラケット(24)を備える。電動機(3)はアウターロータ型であり、ブラケット(24)は、ナックル(8)への取付および内輪(5)への固定を行うブラケット基部(24a)と、ブラケット基部(24a)からアウトボード側に延びて外輪(4)の外周に径方向隙間(δ)を介して位置し外周面にステータ(18)が設置されるブラケット円筒部(24b)とを有する。電動機(3)のロータ(19)が車輪取付フランジ(7)にロータケース(15)を介して着脱可能に取付けられる。

Description

車両用動力装置および発電機付車輪用軸受 関連出願
　本出願は、２０２０年６月８日出願の特願２０２０－０９９１８３の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、車両用動力装置および発電機付車輪用軸受に関し、自動車等に適用される技術に関する。
　車輪内部にモータを組み込んだ車両用動力装置は、車輪を支持する車輪用軸受と、車輪の駆動および回生を行うモータが一体構造の装置で、車両の駆動アシスト、減速時の回生、各輪のトルク制御による姿勢安定化など多くの利点があり、自動車の電動化と相俟って今後需要が見込まれている。
　＜従来構造１＞
　図１４は、従来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の断面図である。同図１４に示すように、こ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７０の摺動部よりも内周側に収められる（特許文献１）。懸架装置７１に、車輪用軸受外輪７２、モータステータ固定部材７３を介して、モータステータコア７４が固定される。モータステータコア７４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７５が巻かれている。一方、車輪用軸受フランジ７６にモータロータケース７７とモータロータ７８が取付けられ、モータステータコア７４周りを回転する。この車輪用軸受と一体化された発電機能付き走行用モータによって車両走行状態に合わせて、駆動および回生を行う。
　従来の上記車両用動力装置では、車輪用軸受または発電機能付き走行用モータに異常、劣化が発生した場合、車輪用軸受と発電機能付き走行用モータとを分離することができず、車両用動力装置全体を交換する必要があり、交換作業の難易度が高く、交換部品の費用も高額となる。
　＜従来構造２＞
　従来構造１の課題を解決するため、図１５に示すように、車輪用軸受部と発電機能付き走行用モータ部を分離可能とする提案がなされている（特許文献２）。図１５の例では、足回りフレーム部品であるナックル７９に車輪用軸受固定部材８０が設けられ、車輪用軸受固定部材８０に対し、外輪８１およびステータ８２のいずれか一方または両方が着脱可能に固定されている。
特開２０１８－５２４８２号公報 特開２０１９－２０２５７０号公報
　従来構造２の場合、車輪用軸受を分解することなく、車輪用軸受、モータロータ、モータステータを分離することが可能となる。しかし、この構造では、外輪８１と車輪用軸受固定部材８０間に締結部があり、交換の容易性を確保するためボルト８３での固定が適切である。但し、路面からの荷重に耐えうるボルト強度が必要となるため、外輪８１と車輪用軸受固定部材８０との締結部は外径側に肉厚となる。これに伴い、締結部の外径側に位置するモータ部の占有空間が小さくなり、結果、所望の出力が得られなくなる。
　また、車輪用軸受固定部材８０の外径部にモータステータ８２が接しており、モータ動作時にコイルに電流が流れることによる発熱（銅損）と、回転に伴うステータコア内部の磁束の変化による発熱（鉄損）を伴う。その発生した熱が車輪用軸受固定部材８０、外輪８１を伝熱して軸受内部空間の温度が上昇する。これによって、軸受内部のグリースおよび転動体８４を保持する保持器、磁気エンコーダ等が早期に劣化し、従来よりも信頼性に欠ける可能性があった。
　この発明の目的は、車輪用軸受等の交換時に単体での交換が可能となり、交換の手間と交換部品の費用を低減することができ、また、所望の出力を得ることができ且つ軸受の信頼性を担保することが可能となる車両用動力装置および発電機付車輪用軸受を提供することである。
　この発明の車両用動力装置は、固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、車両の車輪を取付ける車輪取付フランジを前記回転輪のアウトボード側端に有する車輪用軸受と、前記回転輪を回転駆動可能な電動機とを備えた車両用動力装置において、
　前記固定輪が内輪であり、前記回転輪が外輪である外輪回転であって、前記車両における足回りフレーム部品に取付けられ前記内輪のインボード側端を着脱可能に固定しかつ前記電動機を設置するブラケットを備え、
　前記電動機はアウターロータ型である。
　前記ブラケットは、前記足回りフレーム部品への取付および前記内輪への固定を行うブラケット基部と、このブラケット基部からアウトボード側に延びて前記外輪の外周に径方向隙間を介して位置し外周面に前記電動機のステータが設置されるブラケット円筒部とを有する。
　前記電動機のロータが前記車輪取付フランジにロータケースを介してまたは直接に着脱可能に取付けられる。
　この車輪用軸受は、固定輪が内輪で回転輪が外輪の外輪回転である。さらに足回りフレーム部品に取付けられるブラケットが、内輪のインボード側端を着脱可能に固定され、かつこのブラケットに電動機が設置される。したがって、車輪用軸受の交換時には、ブラケットに対し内輪のインボード側端を離脱することで、車両用動力装置から車輪用軸受の組立品等を容易に抜き取ることが可能となる。その後、新品の車輪用軸受の組立品等を交換時と逆の手順で組立てることが可能となる。電動機はブラケットに設置されるため、車輪用軸受外輪と外輪外周体間に締結部がある前記従来構造等よりも、電動機の径方向の占有空間を大きく確保することができる。よって所望の電動機出力を得ることができる。
　具体的には、電動機のロータが車輪取付フランジにロータケースを介してまたは直接に着脱可能に取付けられる。よって、車輪用軸受の交換時、回転輪である外輪の車輪取付フランジをロータから離脱する。ブラケットは、足回りフレーム部品への取付および内輪への固定を行うブラケット基部を有するため、足回りフレーム部品に取付けられたブラケット基部に対し、内輪のインボード側端を離脱し得る。したがって、車輪用軸受の組立品を車両用動力装置から容易に離脱、組立することができる。電動機を交換する場合も、車輪用軸受を車両用動力装置から離脱するだけで、軸受部品等を分解することなく実施できる。ブラケット基部からアウトボード側に延びるブラケット円筒部の外周面に、ステータが設置されるため、外径側に肉厚となる締結部等を必要とすることなく電動機の径方向の占有空間を大きく確保し得る。これにより所望の電動機出力を得ることができる。
　また電動機のステータと外輪の外周との間に径方向隙間があるため、ステータでの発熱が車輪用軸受の内部へ伝わり難く、軸受内部空間の温度上昇を抑制することができる。これにより、軸受内部のグリース等が早期に劣化することを防ぐことができる。
　したがって、車輪用軸受等の交換時に単体での交換が可能となり、交換の手間と交換部品の費用を低減することができ、また、所望の出力を得ることができ且つ軸受の信頼性を担保することが可能となる。
　前記足回りフレーム部品に前記ブラケットが取付けられると共に前記ブラケット円筒部に前記ステータが設置された状態で、前記ブラケット基部に対し前記車輪用軸受が軸受軸方向に着脱可能に構成されてもよい。この場合、車輪用軸受の交換時に車両用動力装置全体を足回りフレーム部品から一旦取り外す手間を省略して、車両用動力装置から車輪用軸受の組立品等を軸受軸方向に抜き取ることができる。したがって、作業負担の低減を図ることができる。
　前記内輪は、内輪本体と、この内輪本体のインボード側の外周面に嵌合された部分内輪とを有し、前記内輪本体はインボード側に突出し先端部に雄ねじ部が形成されるインボード側突出部を有し、前記ブラケット基部には、前記インボード側突出部の挿通を許す挿通孔が形成され、前記インボード側突出部が前記ブラケット基部の前記挿通孔に挿通されかつ前記部分内輪のインボード側端面が前記ブラケット基部のアウトボード側面に当接した状態で前記インボード側突出部の前記雄ねじ部に螺合されるナットが設けられてもよい。この場合、ナットをインボード側突出部の雄ねじ部から離脱することで、ブラケット基部から車輪用軸受の組立品を軸方向に容易に離脱させることができる。また新品の車輪用軸受の組立品等を前記と逆の手順で組立てることが可能となる。
　前記内輪は、内輪本体と、この内輪本体のアウトボード側の外周面にナットによる締結または加締めで固定された部分内輪とを有し、前記内輪本体はインボード側に突出し先端部に雄ねじ部が形成されるインボード側突出部を有し、前記ブラケット基部には、前記インボード側突出部の挿通を許す挿通孔が形成され、前記インボード側突出部が前記ブラケット基部の前記挿通孔に挿通されかつ前記内輪本体のインボード側端面が前記ブラケット基部のアウトボード側面に当接した状態で前記インボード側突出部の前記雄ねじ部に螺合されるナットが設けられてもよい。
　この場合、インボード側のナットをインボード側突出部の雄ねじ部から離脱することで、ブラケット基部から車輪用軸受の組立品を軸方向に容易に離脱させることができる。部分内輪は、内輪本体のアウトボード側の外周面にナットによる締結または加締めで固定されることで軸受予圧が与えられるため、軸受予圧を付与する手段と、ブラケット基部に対する内輪の固定手段とを別々に構成することができる。これにより軸受予圧の調整が容易になり、軸受の信頼性が向上する。
　前記内輪は、内輪本体と、この内輪本体のアウトボード側の外周面にナットによる締結または加締めで固定された部分内輪とを有し、前記内輪本体のインボート側端にねじ孔が形成されるフランジ部を有し、前記フランジ部が前記ブラケット基部にインボード側からボルトにより着脱可能に固定されてもよい。
　この場合、内輪本体のフランジ部からボルトを離脱することで、ブラケット基部から車輪用軸受の組立品を軸方向に容易に離脱させることができる。部分内輪は、内輪本体のアウトボード側の外周面にナットによる締結または加締めで固定されることで軸受予圧が与えられるため、軸受予圧を付与する手段と、ブラケット基部に対する内輪の固定手段とを別々に構成することができる。これにより軸受予圧の調整が容易になり、軸受の信頼性が向上する。
　前記ブラケット基部の前記挿通孔に挿通される前記インボード側突出部には、前記ブラケット基部に対する相対的な回転を防止するスプラインが設けられていてもよい。前記スプラインにより、固定輪である内輪の回転および回転方向への振動を抑制し得る。これにより軸受の信頼性をさらに向上することができる。
　前記内輪に対する前記外輪の回転速度を検出する回転検出センサが前記車輪用軸受に設けられ、前記回転検出センサは、前記外輪のアウトボード側端部に設置される回転検出センサ回転子と、前記内輪のアウトボード側端部に設置され前記回転検出センサ回転子を検出する回転検出センサ固定子とを有し、前記回転検出センサの出力ケーブルを外部に取り出す外部取出手段を備えてもよい。この場合、内輪に対する外輪の回転速度を検出することで、電動機の回転を制御し得る。また、回転検出センサ回転子、回転検出センサ固定子ともに各輪のアウトボード側端部に設置されているため、車輪用軸受を車両用動力装置から離脱することなく回転検出センサのギャップ調整等のメンテナンスを行うことが可能となる。
　前記回転検出センサが車輪速センサとしての機能を兼ねてもよい。この場合、部品点数の低減を図り構造を簡単化することができる。
　前記ロータは、前記ロータケースと一体でこのロータケースとしての機能を兼ねるロータコアを有してもよい。この場合、ロータケースとロータコアとが別部品となる構成よりも、部品点数を低減しコスト低減を図ることができる。
　前記「一体」とは、ロータケースとロータコアとが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。
　この発明の発電機付車輪用軸受は、固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、車両の車輪を取付ける車輪取付フランジを前記回転輪のアウトボード側端に有する車輪用軸受と、前記回転輪の回転により発電する発電機とを備えた発電機付車輪用軸受において、
　前記固定輪が内輪であり、前記回転輪が外輪である外輪回転であって、前記車両における足回りフレーム部品に取付けられ前記内輪のインボード側端を着脱可能に固定しかつ前記発電機を設置するブラケットを備え、
　前記発電機はアウターロータ型であり、
　前記ブラケットは、前記足回りフレーム部品への取付および前記内輪への固定を行うブラケット基部と、このブラケット基部からアウトボード側に延びて前記外輪の外周に径方向隙間を介して位置し外周面に前記発電機のステータが設置されるブラケット円筒部とを有し、
　前記発電機のロータが前記車輪取付フランジにロータケースを介してまたは直接に着脱可能に取付けられる。
　この構成によると、発電機のロータが車輪取付フランジにロータケースを介してまたは直接に着脱可能に取付けられる。このため、車輪用軸受の交換時、回転輪である外輪の車輪取付フランジをロータから離脱する。ブラケットは、足回りフレーム部品への取付および内輪への固定を行うブラケット基部を有するため、足回りフレーム部品に取付けられたブラケット基部に対し、内輪のインボード側端を離脱し得る。したがって、車輪用軸受の組立品を発電機付車輪用軸受から容易に離脱、組立することができる。発電機を交換する場合も、車輪用軸受を発電機付車輪用軸受から離脱するだけで、軸受部品等を分解することなく実施できる。ブラケット基部からアウトボード側に延びるブラケット円筒部の外周面に、ステータが設置されるため、外径側に肉厚となる締結部等を必要とすることなく発電機の径方向の占有空間を大きく確保し得る。
　また発電機のステータと外輪の外周との間に径方向隙間があるため、ステータでの発熱が車輪用軸受の内部へ伝わり難く、軸受内部空間の温度上昇を抑制することができる。これにより、軸受内部のグリース等が早期に劣化することを防ぐことができる。
　したがって、車輪用軸受等の交換時に単体での交換が可能となり、交換の手間と交換部品の費用を低減することができ、また、所望の出力を得ることができ且つ軸受の信頼性を担保することが可能となる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 同車両用動力装置の側面図である。 図１のIII-III線断面図である。 同車両用動力装置の分解断面図である。 同車両用動力装置の一部を部分的に変更した断面図である。 この発明の他の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 同車両用動力装置の側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る車両用動力装置の断面図である。 同車両用動力装置の側面図である。 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。 従来構造の車両用動力装置の断面図である。 他の従来構造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４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、ブラケット２４と、発電機を兼用する電動機である発電機能付き走行用モータ３とを備える。この車両用動力装置１は、アウターロータ型の発電機能付き走行用モータ３を有する。
　＜車輪用軸受２について＞
　車輪用軸受２は、回転輪である外輪４と、複列の転動体６と、転動体６を保持する図示外の保持器と、固定輪である内輪５とを有する。この車輪用軸受２は、転動体６として鋼球が適用されるアンギュラ玉軸受である。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。車輪用軸受２の回転軸Ｃ１に沿った方向を「軸受軸方向」といい、前記回転軸Ｃ１に直交する方向を軸受径方向という。
　外輪４は、複列の軌道面が形成された外輪本体４ａと、この外輪本体４ａのアウトボード側の外周面から外径側に延びる車輪取付フランジ７とを有する。車輪取付フランジ７に、複数のハブボルト１３が挿通されている。車輪取付フランジ７には、ブレーキロータ１２と図示外の車輪のホイールとが軸方向に重なった状態で、前記ハブボルト１３により取付けられている。前記ホイールの外周に図示外のタイヤが取付けられている。
　前記ハブボルト１３ではなく、外輪４のフランジ面にねじ孔を形成し、外方よりホイールボルト（図示せず）で外輪４とブレーキロータ１２と前記ホイールおよびタイヤとが固定されてもよい。
　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。
　内輪５は、内輪本体５ａと、この内輪本体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。内輪本体５ａは、インボード側に突出するインボード側突出部５ｉを有する。インボード側突出部５ｉは、内輪本体５ａと同軸で内輪本体５ａと一体に設けられ、且つ、部分内輪５ｂの配設位置よりもインボード側に突出する。前記「一体に設けられ」とは、インボード側突出部５ｉと内輪本体５ａとが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。
　インボード側突出部５ｉは、アウトボード側からインボード側に向かって順次、嵌合部９および雄ねじ部１１を含む。前記嵌合部９は、後述するブラケット２４の嵌合部であり、内輪本体５ａのインボード側の外周面に段差を介して繋がる。嵌合部９は、インボード側の外周面よりも若干小径に形成される第１の嵌合部９ａと、この第１の嵌合部９ａのアウトボード側に位置する第２の嵌合部９ｂとを有する。第２の嵌合部９ｂには、ブラケット２４のブラケット基部２４ａの一部（後述する被嵌合部２１（図４））に嵌合されるスプラインＳｍが形成されている。スプラインＳｍは、円周方向一定間隔おきに形成される複数のスプライン歯から成り、特に振動を抑制する観点からインボリュートスプラインが好ましい。この第２の嵌合部９ｂの外周面つまりスプラインＳｍの外径面は、第１の嵌合部９ａよりも小径で且つ雄ねじ部１１よりも大径に形成されている。
　＜ブラケット２４＞
　ブラケット２４は、車両の足回りフレーム部品であるナックル８に固定されるブラケット基部２４ａと、このブラケット基部２４ａにおける大径部（後述する）の所定の径方向位置からアウトボード側に延びるブラケット円筒部２４ｂとを有する。これらブラケット基部２４ａとブラケット円筒部２４ｂとは、同軸で且つ一体に形成されている。また、基部２４aとブラケット円筒部２４bは別部材から構成されても良い。ブラケット円筒部２４ｂは、外輪４の外輪本体４ａの外周に所定の径方向隙間δを介して位置する。ブラケット基部２４ａは、アウトボード側の大径部２４ａａと、この大径部２４ａａのインボード側面に繋がり大径部２４ａａよりも小径の小径部２４ａｂとを有する。
　図４に示すように、大径部２４ａａには、第１の嵌合部９ａに嵌合固定される被嵌合部２０が形成され、小径部２４ａｂには、インボリュートスプラインであるスプラインＳｍに嵌合固定されるスプライン溝から成る被嵌合部２１が形成されている。第１の嵌合部９ａとその被嵌合部２０との嵌合は、すきま嵌めでよいが、より軸心精度を上げるために圧入してもよい。
　図１および図２に示すように、ナックル８には、小径部２４ａｂの嵌合を許す貫通孔８ｂが形成されている。大径部２４ａａには円周方向複数のねじ孔が形成され、ブラケット基部２４ａはこれらねじ孔に螺合される複数のボルト２２でナックル８に取付けられる。ナックル８の貫通孔８ｂに小径部２４ａｂの外周面が嵌合された状態で、かつナックル８のアウトボード側面８ａに大径部２４ａａのインボード側面が当接された状態でブラケット基部２４ａがナックル８に固定される。
　部分内輪５ｂのインボード側端面は、大径部２４ａａのアウトボード側面に当接離隔可能に構成されている。ブラケット基部２４ａには、インボード側突出部５ｉの挿通を許す挿通孔ｈａが形成されている。前記被嵌合部２０，２１（図４）により挿通孔ｈａが形成される。またインボード側突出部５ｉの第１の嵌合部９ａと大径部２４ａａの被嵌合部２０（図４）が嵌合すると共に、インボード側突出部５ｉの第２の嵌合部９ｂと小径部２４ａｂの被嵌合部２１（図４）がスプライン嵌合する。さらに雄ねじ部１１にナット２５を螺合することにより、軸受部に所定の軸力が発生するトルク値で車輪用軸受２がブラケット２４に固定される。内輪本体５ａとブラケット２４との嵌合部９の一部にそれぞれインボリュートスプライン溝Ｓｍが形成され、互いに嵌合することで、内輪５の回転、および回転方向への振動を抑制し得る。
　＜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１１）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、車輪取付フランジ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１１）は、油圧式および機械式のいずれであってもよく、また電動モータ式であってもよい。
　＜発電機能付き走行用モータ３について＞
　図１および図３に示すように、この例の発電機能付き走行用モータ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発電機能付き走行用モータである。発電機能付き走行用モータは、ブラケット円筒部２４ｂの外周面に嵌合するステータ１８と、このステータ１８の外周に位置し車輪取付フランジ７にロータケース１５を介して取付けられたロータ１９とを有するアウターロータ型である。また、発電機能付き走行用モータ３は、ロータ１９が外輪４に取付けられたダイレクトドライブ形式である。
　この発電機能付き走行用モータ３は、ブレーキロータ１２の内径よりも半径方向内方に設置され、且つ、車輪取付フランジ７と、ナックル８のアウトボード側面８ａとの間の軸方向範囲に設置されている。発電機能付き走行用モータ３は、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。
　もしくは発電機能付き走行用モータ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、発電機能付き走行用モータ３は、スイッチトリラクタンスモータ(Switched reluctance motor；略称：ＳＲモータ)、インダクションモータ（Induction Motor；略称：ＩＭ）等各種形式が採用できる。各モータ形式において、ステータ１８の巻き線形式として分布巻、集中巻の各形式が採用できる。
　＜ステータ１８＞
　ステータ１８は、環状のステータコア１８ａと、このステータコア１８ａのティース部に図示外の絶縁材を介して巻回されたステータコイル１８ｂとを有する。前記絶縁材として樹脂ボビン等が適用される。ステータコア１８ａは、例えば、電磁鋼板、圧粉磁心、またはアモルファス合金等から構成される。ブラケット２４のブラケット円筒部２４ｂの外周面に、ステータコア１８ａが嵌合固定されている。ステータコア１８ａは、ブラケット円筒部２４ｂの外周面に圧入、接着、別部材による拘束等により固定される。なお、図示しないが、ステータコア１８ａの内周面に円周方向一定間隔おきに複数の凹み部または凸部が形成され、ブラケット円筒部２４ｂの外周面に、前記複数の凹み部または凸部に嵌まり込む複数の凸部または凹み部が形成されてもよい。これにより、ステータコア１８が回転方向に動くことを抑制できる。
　＜ロータ１９＞
　ロータ１９は、ステータコア１８ａに対し径方向外方に対向するように設けられている。ロータケース１５は、車輪取付フランジ７の外周部に、例えば図示外のボルトにより着脱可能に固定されている。ロータケース１５は外輪４と同心の円筒形状である。車輪取付フランジ７の外周部におけるインボード側面に環状凹み７ａが形成され、この環状凹み７ａにロータケース１５のアウトボード側端部がインロー嵌合される。ロータケース１５のアウトボード側端部には、軸方向に延びる雌ねじから成るねじ孔が円周方向所定間隔おきに複数形成されている。車輪取付フランジ７の外周部には、複数の前記ねじ孔に対応する複数のボルト孔が形成されている。前記ねじ孔に図示外のボルトが螺合される。なお前記ボルトによる螺合を省略し、車輪取付フランジ７の外周部にロータケース１５を圧入嵌合等により固定することも可能である。
　ロータケース１５の内周面に円筒形状のロータコア１９ａが固定されている。ロータコア１９ａは、例えば、軟磁性材料から成り、ロータケース１５と同心でロータケース１５に、例えば、圧入、溶接、接着等により固定されている。ロータコア１９aの内周面に円
周方向一定間隔おきに複数の凹み部が形成され、各凹み部に永久磁石１９ｂが嵌り込んで接着等により固定されている。なお、図５に示す変更形態のように、ロータコア１９ａがロータケース１５と一体でロータケースとしての機能を兼ねてもよい。この場合、図１の構造よりも部品点数の低減を図り構造を簡単化することができる。
　＜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、ブラケット基部２４ａの大径部２４ａａの外周面との間には、発電機能付き走行用モータ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。
　＜回転検出センサ２７について＞
　この車両用動力装置１には、回転検出センサ２７が設けられている。この回転検出センサ２７は、発電機能付き走行用モータ３の回転を制御するために、内輪５に対する外輪４の回転角度または回転速度を検出する。この回転速度とは、単位時間当たりの回転数と同義である。回転検出センサ２７は、回転検出センサ回転子２７ａと、この回転検出センサ回転子２７ａを検出する回転検出センサ固定子２７ｂと、この回転検出センサ固定子２７ｂに接続された出力ケーブル２７ｃとを有する。
　内輪本体５ａのアウトボード側端部にセンサ固定部材２８を介して回転検出センサ固定子２７ｂが固定されている。外輪４のアウトボード側端部に、有底円筒状のキャップ２９を介して回転検出センサ回転子２７ａが固定されている。キャップ２９の底部から軸受軸方向に突出する軸部の外周面に、回転検出センサ回転子２７ａが嵌合等により固定されている。キャップ２９は防水性を有し、回転検出センサ２７および車輪用軸受部への水の浸入を防止する。
　内輪本体５ａの内部には、出力ケーブル２７ｃを外部（この例ではナックル８よりもインボード側）に取り出す外部取出手段としての貫通孔５ａａが形成されている。この貫通孔５ａａは内輪本体５ａの軸心に沿って形成され、内輪本体５ａのアウトボード側端からインボード側端に貫通する。この回転検出センサ２７として例えばレゾルバが適用されるが、レゾルバに限定されるものではなく、例えば、エンコーダ、パルサーリングあるいはホールセンサなど形式を問わず採用可能である。
　＜車輪速センサＳａ＞
　車輪速センサＳａは、車輪の回転速度を検出するセンサであって、例えば、外輪４のインボード側端に設置される磁気エンコーダリングＥＲと、この磁気エンコーダリングＥＲに所定隙間を隔てて部分内輪５ｂの外周面に設置されるセンサ部（図示せず）とを有する。この例では、車輪速センサＳａを回転検出センサ２７と独立して設けているが、回転検出センサ２７が車輪速センサとしての機能を兼ねるようにしてもよい。
　＜本実施形態での軸受分離方法＞
　車輪用軸受２の交換時の手順について図４と共に説明する。
　・ロータケース１５と車輪取付フランジ７間の固定を解除する。
　・ナット２５をインボード側突出部５ｉの雄ねじ部１１から外す。
　・その後、車輪用軸受２をブラケット２４から軸受軸方向に抜き取る。
　組立作業は前記と逆の手順で実施する。
　＜作用効果＞
　以上説明した車両用動力装置１によれば、ロータ１９が車輪取付フランジ７にロータケース１５を介して着脱可能に取付けられる。よって、車輪用軸受２の交換時、回転輪である外輪４の車輪取付フランジ７をロータ１９およびロータケース１５から離脱する。ブラケット２４は、ナックル８への取付および内輪５への固定を行うブラケット基部２４ａを有するため、ナックル８に取付けられたブラケット基部２４ａに対し、内輪５のインボード側端を離脱し得る。したがって、車輪用軸受２の組立品を車両用動力装置１から容易に離脱、組立することができる。発電機能付き走行用モータ３を交換する場合も、車輪用軸受２を車両用動力装置１から離脱するだけで、軸受部品等を分解することなく実施できる。
　ブラケット基部２４ａからアウトボード側に延びるブラケット円筒部２４ｂの外周面に、ステータ１８が設置されるため、外径側に肉厚となる締結部等を必要とすることなく発電機能付き走行用モータ３の径方向の占有空間を大きく確保し得る。よって所望の電動機出力を得ることができる。
　また発電機能付き走行用モータ３のステータ１８と外輪４の外周との間に径方向隙間δがあるため、ステータ１８での発熱が車輪用軸受２の内部へ伝わり難く、軸受内部空間の温度上昇を抑制することができる。これにより、軸受内部のグリース等が早期に劣化することを防ぐことができる。
　したがって、車輪用軸受２等の交換時に単体での交換が可能となり、交換の手間と交換部品の費用を低減することができ、また、所望の出力を得ることができ且つ軸受の信頼性を担保することが可能となる。
　ナックル８にブラケット２４が取付けられると共にブラケット円筒部２４ｂにステータ１８が設置された状態で、ブラケット基部２４ａに対し車輪用軸受２が軸受軸方向に着脱可能に構成されている。このため、車輪用軸受２の交換時に車両用動力装置全体をナックル８から一旦取り外す手間を省略して、車両用動力装置１から車輪用軸受２の組立品等を軸受軸方向に抜き取ることができる。したがって、作業負担の低減を図ることができる。
　＜他の実施形態について＞
　次に、他の実施形態等について説明する。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。
　［第２の実施形態］
　図６は図７のVI-VI線断面図である。図６および図７に示すように、この実施形態に係る車両用動力装置１では、内輪５は、内輪本体５ａと、この内輪本体５ａのアウトボード側の外周面にナット５８による締結で固定された部分内輪５ｂとを有する。この例の内輪本体５ａは、インボード側に突出するインボード側突出部５ｉと、アウトボード側に突出するアウトボード側突出部５oとを有する。アウトボード側突出部５oの先端部に雄ねじ部５９が形成され、この雄ねじ部５９に前記ナット５８が螺合されることで、部分内輪５ｂが内輪本体５ａに固定されると共に軸受予圧が与えられる。インボード側突出部５ｉがブラケット基部２４ａの挿通孔に挿通されかつ内輪本体５ａのインボード側端面がブラケット基部２４ａのアウトボード側面に当接した状態でインボード側突出部５ｉの雄ねじ部１１にナット２５が螺合される。
　この構成によると、インボード側のナット２５をインボード側突出部５ｉの雄ねじ部１１から離脱することで、ブラケット基部２４ａから車輪用軸受２の組立品を軸方向に容易に離脱させることができる。部分内輪５ｂは、内輪本体５ａのアウトボード側の外周面にナット５８による締結で固定されることで軸受予圧が与えられるため、軸受予圧を付与する手段と、ブラケット基部２４ａに対する内輪５の固定手段とを別々に構成することができる。これにより軸受予圧の調整が容易になり、軸受の信頼性が向上する。
　[第２の実施形態の変形例：内輪加締め型]
　図８に示すように、部分内輪５ｂは、内輪本体５ａのアウトボード側の外周面に加締部６０による加締めで固定されてもよい。この場合、図６および図７の例よりも部品点数を低減でき、内輪本体５ａの軸方向長さを短縮することができる。
　［第３の実施形態］
　図９は図１０のIX-IX線断面図である。図９および図１０に示すように、この例の内輪５は、内輪本体５ａと、この内輪本体５ａのアウトボード側の外周面にナット５８による締結で固定された部分内輪５ｂとを有する。内輪本体５ａのインボート側端にねじ孔６１ａが形成されるフランジ部６１を有し、フランジ部６１がブラケット基部２４ａにインボード側からボルト６２により着脱可能に固定されている。なお図示しないが、部分内輪５ｂは、内輪本体５ａのアウトボード側の外周面に加締部６０（図８参照）による加締めで固定されてもよい。
　この構成によれば、内輪本体５ａのフランジ部６１からボルト６２を離脱することで、ブラケット基部２４ａから車輪用軸受２の組立品を軸方向に容易に離脱させることができる。部分内輪５ｂは、内輪本体５ａのアウトボード側の外周面にナット５８による締結または加締めで固定されることで軸受予圧が与えられるため、軸受予圧を付与する手段と、ブラケット基部２４ａに対する内輪５の固定手段とを別々に構成することができる。これにより軸受予圧の調整が容易になり、軸受の信頼性が向上する。
　＜車両用システムについて＞
　図１１は、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置１を用いた車両用システムの概念構成を示すブロック図である。
　この車両用システムにおいて、車両用動力装置１は、主駆動源と機械的に非連結である従動輪１０Ｂを持つ車両において、従動輪１０Ｂに対して搭載される。車両用動力装置１における車輪用軸受２（図１等）は、従動輪１０Ｂを支持する軸受である。
　主駆動源３５は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関、または電動発電機（電動モータ）、または両者を組み合わせたハイブリッド型の駆動源である。前記「電動発電機」は、回転付与による発電が可能な電動モータを称す。図示の例では、車両３０は、前輪が駆動輪１０Ａ、後輪が従動輪１０Ｂ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１０Ａ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１０Ｂの回転駆動を行う走行補助用の発電機である電動発電機３と、この電動発電機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。電動発電機３は、蓄電手段に接続されている。この蓄電手段は、バッテリー（蓄電池）またはキャパシタ、コンデンサ等を用いることができ、その形式や車両３０への搭載位置は問わないが、この実施形態では、車両３０に搭載された低電圧バッテリー５０および中電圧バッテリー４９のうちの中電圧バッテリー４９とされている。
　従動輪用の電動発電機３は、変速機を用いないダイレクトドライブモータである。電動発電機３は、電力を供給することで電動機として作用し、また車両３０の運動エネルギーを電力に変換する発電機としても作用する。
　電動発電機３は、外輪４（図１）にロータ１９（図１）が取付けられているため、電動発電機３に電流を印加すると外輪４（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。この電動発電機３の回転駆動用の駆動電圧または回生電圧が１００Ｖ以下である。
　＜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１０Ｂ，１０Ｂをそれぞれ駆動する二つの電動発電機３，３を備えるため、前記トルク指令を各駆動源３５ａ，３５ｂ，３，３に定められた規則によって分配するトルク指令分配手段４４が上位ＥＣＵ４０に設けられている。
　内燃機関３５ａに対するトルク指令は内燃機関制御手段４７に伝達され、内燃機関制御手段４７によるバルブ開度制御等に用いられる。駆動輪側の発電電動機３５ｂに対するトルク指令は、駆動輪側電動発電機制御手段４８に伝達されて実行される。従動輪側の発電機３，３に対するトルク指令は、個別制御手段３９，３９に伝達される。前記トルク指令分配手段４４のうち、個別制御手段３９，３９へ出力する部分を個別電動発電機指令手段４５と称している。この個別電動発電機指令手段４５は、ブレーキ操作手段５７の操作量の信号に対して、電動発電機３が回生制動により制動を分担する制動力の指令となるトルク指令を個別制御手段３９へ与える機能も備える。個別電動発電機指令手段４５および個別制御手段３９により、電動発電機３を制御する制御手段６８が構成される。
　個別制御手段３９はインバータ装置であり、中電圧バッテリー４９の直流電力を三相の交流電圧に変換するインバータ４１と、前記トルク指令等によりインバータ４１の出力をＰＷＭ制御等で制御する制御部４２とを有する。インバータ４１は、半導体スイッチング素子等によるブリッジ回路（図示せず）と、電動発電機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、二つの電動発電機３，３に対して個別に設けられるが、一つの筐体内に収められ、制御部４２を両個別制御手段３９，３９で共有する構成であってもよい。
　図１２は、前記車両用システムを搭載した車両（図１１）の一例となる電源系統図である。同図の例では、バッテリーとして低電圧バッテリー５０と中電力バッテリー４９とが設けられ、両バッテリー４９，５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を介して接続されている。電動発電機３は二つあるが、代表して一つで図示している。図１１の駆動輪側の電動発電機３５ｂは、図１２では図示を省略しているが、従動輪側の電動発電機３と並列に中電力系統に接続されている。低電圧系統には低電圧負荷５２が接続され、中電圧系統には中電圧負荷５３が接続される。低電圧負荷５２および中電圧負荷５３は、それぞれ複数あるが、代表して一つで示している。
　低電圧バッテリー５０は、制御系等の電源として各種の自動車一般に用いられているバッテリーであり、例えば１２Ｖまたは２４Ｖとされる。低電圧負荷５２としては、内燃機関３５ａのスタータモータ、灯火類、上位ＥＣＵ４０およびその他のＥＣＵ（図示せず）等の基幹部品がある。低電圧バッテリー５０は電装補機類用補助バッテリーと称し、中電圧バッテリー４９は電動システム用補助バッテリー等と称してもよい。
　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電圧バッテリー（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発電機３５ｂ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１０Ｂ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。
　これに対して、従動輪１０Ｂ内に収まるこの車両用システムの電動発電機３は、完成車であっても部品交換と同等の工数で取り付けることができ、内燃機関３５ａのみの完成車に対しても４８Ｖのシステムを構成することができる。内燃機関３５ａのみ備えた既存の車両に、いずれかの実施形態に係る車両用動力装置１と、電動発電機用のバッテリーとして、駆動電圧または回生電圧が１００Ｖ以下の前記中電圧バッテリー４９とを搭載することで、車両の大幅な改造をすることなく、マイルドハイブリッド車両にすることができる。この実施形態の車両用システムを搭載した車両に、図１１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１３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１０Ａおよび後輪である従動輪１０Ｂにそれぞれ適用した例を示す。駆動輪１０Ａ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１０Ａおよび従動輪１０Ｂ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１０Ｂだけでなく、駆動輪１０Ａにも適用し得る。
　図１１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電動発電機３と、車輪用軸受２とを備える発電機付車輪用軸受が搭載される。この発電機付車輪用軸受は、いずれかの実施形態の車両用動力装置に対し、モータを兼用する電動発電機３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、電動発電機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、電動発電機３の回生電力を中電圧バッテリー４９に充電する機能を備え、インバータと比較すると制御方法が容易であり、小型化が可能となる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
　１…車両用動力装置、２…車輪用軸受、３…発電機能付き走行用モータ（電動機）、４…外輪（回転輪）、５…内輪（固定輪）、５ａ…内輪本体、５ｂ…部分内輪、５ｉ…インボード側突出部、５ａａ…貫通孔（外部取出手段）、６…転動体、７…車輪取付フランジ、８…ナックル（足回りフレーム部品）、１１…雄ねじ部、１５…ロータケース、１８…ステータ、１９…ロータ、２４…ブラケット、２４ａ…ブラケット基部、２４ｂ…ブラケット円筒部、２５…ナット、２７…回転検出センサ、２７ａ…回転検出センサ回転子、２７ｂ…回転検出センサ固定子、２７ｃ…出力ケーブル、６１…フランジ部、６２…ボルト、Ｓａ…車輪速センサ

Claims (10)

  1. 　固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、車両の車輪を取付ける車輪取付フランジを前記回転輪のアウトボード側端に有する車輪用軸受と、前記回転輪を回転駆動可能な電動機とを備えた車両用動力装置において、
    　前記固定輪が内輪であり、前記回転輪が外輪である外輪回転であって、前記車両における足回りフレーム部品に取付けられ前記内輪のインボード側端を着脱可能に固定しかつ前記電動機を設置するブラケットを備え、
    　前記電動機はアウターロータ型であり、
    　前記ブラケットは、前記足回りフレーム部品への取付および前記内輪への固定を行うブラケット基部と、このブラケット基部からアウトボード側に延びて前記外輪の外周に径方向隙間を介して位置し外周面に前記電動機のステータが設置されるブラケット円筒部とを有し、
    　前記電動機のロータが前記車輪取付フランジにロータケースを介してまたは直接に着脱可能に取付けられる車両用動力装置。
  2. 　請求項１に記載の車両用動力装置において、前記足回りフレーム部品に前記ブラケットが取付けられると共に前記ブラケット円筒部に前記ステータが設置された状態で、前記ブラケット基部に対し前記車輪用軸受が軸受軸方向に着脱可能に構成された車両用動力装置。
  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、前記内輪は、内輪本体と、この内輪本体のインボード側の外周面に嵌合された部分内輪とを有し、前記内輪本体はインボード側に突出し先端部に雄ねじ部が形成されるインボード側突出部を有し、前記ブラケット基部には、前記インボード側突出部の挿通を許す挿通孔が形成され、前記インボード側突出部が前記ブラケット基部の前記挿通孔に挿通されかつ前記部分内輪のインボード側端面が前記ブラケット基部のアウトボード側面に当接した状態で前記インボード側突出部の前記雄ねじ部に螺合されるナットが設けられた車両用動力装置。
  4. 　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、前記内輪は、内輪本体と、この内輪本体のアウトボード側の外周面にナットによる締結または加締めで固定された部分内輪とを有し、前記内輪本体はインボード側に突出し先端部に雄ねじ部が形成されるインボード側突出部を有し、前記ブラケット基部には、前記インボード側突出部の挿通を許す挿通孔が形成され、前記インボード側突出部が前記ブラケット基部の前記挿通孔に挿通されかつ前記内輪本体のインボード側端面が前記ブラケット基部のアウトボード側面に当接した状態で前記インボード側突出部の前記雄ねじ部に螺合されるナットが設けられた車両用動力装置。
  5. 　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、前記内輪は、内輪本体と、この内輪本体のアウトボード側の外周面にナットによる締結または加締めで固定された部分内輪とを有し、前記内輪本体のインボート側端にねじ孔が形成されるフランジ部を有し、前記フランジ部が前記ブラケット基部にインボード側からボルトにより着脱可能に固定される車両用動力装置。
  6. 　請求項３または請求項４に記載の車両用動力装置において、前記ブラケット基部の前記挿通孔に挿通される前記インボード側突出部には、前記ブラケット基部に対する相対的な回転を防止するスプラインが設けられている車両用動力装置。
  7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記内輪に対する前記外輪の回転速度を検出する回転検出センサが前記車輪用軸受に設けられ、前記回転検出センサは、前記外輪のアウトボード側端部に設置される回転検出センサ回転子と、前記内輪のアウトボード側端部に設置され前記回転検出センサ回転子を検出する回転検出センサ固定子とを有し、前記回転検出センサの出力ケーブルを外部に取り出す外部取出手段を備えた車両用動力装置。
  8. 　請求項７に記載の車両用動力装置において、前記回転検出センサが車輪速センサとしての機能を兼ねる車両用動力装置。
  9. 　請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両用動力装置において、前記ロータは、前記ロータケースと一体でこのロータケースとしての機能を兼ねるロータコアを有する車両用動力装置。
  10. 　固定輪およびこの固定輪に転動体を介して回転自在に支持された回転輪を有し、車両の車輪を取付ける車輪取付フランジを前記回転輪のアウトボード側端に有する車輪用軸受と、前記回転輪の回転により発電する発電機とを備えた発電機付車輪用軸受において、
    　前記固定輪が内輪であり、前記回転輪が外輪である外輪回転であって、前記車両における足回りフレーム部品に取付けられ前記内輪のインボード側端を着脱可能に固定しかつ前記発電機を設置するブラケットを備え、
    　前記発電機はアウターロータ型であり、
    　前記ブラケットは、前記足回りフレーム部品への取付および前記内輪への固定を行うブラケット基部と、このブラケット基部からアウトボード側に延びて前記外輪の外周に径方向隙間を介して位置し外周面に前記発電機のステータが設置されるブラケット円筒部とを有し、
    　前記発電機のロータが前記車輪取付フランジにロータケースを介してまたは直接に着脱可能に取付けられる発電機付車輪用軸受。
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