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図面 (15)

課題

足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとできる車両用動力装置を提供する。

解決手段

この車両用動力装置1は、ハブフランジ7に車輪およびブレーキロータ12が取付けられる回転輪5を有する車輪用軸受2と、電動発電機3等の発電機とを備える電動発電機3のロータ19が、軟磁性材部31と、磁石32と、これら軟磁性材部31と磁石32とを一体に成形した樹脂材料33とでなる。

概要

背景

車輪の中にモータを組み込むインホイールモータ構造は、モータを動作させるインバータ電池の車体への搭載が必要であるものの、動力ユニットを車体内に搭載する必要がないため、車体容積占有することなく車両に動力を付与でき、車体設計の自由度も高い(例えば、特許文献1,2)。前記モータは、制動時には回生電力発電する発電機として機能する。このため、この明細書では、「電動発電機」と称する場合がある。

概要

足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとできる車両用動力装置を提供する。この車両用動力装置1は、ハブフランジ7に車輪およびブレーキロータ12が取付けられる回転輪5を有する車輪用軸受2と、電動発電機3等の発電機とを備える電動発電機3のロータ19が、軟磁性材部31と、磁石32と、これら軟磁性材部31と磁石32とを一体に成形した樹脂材料33とでなる。

目的

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとできる車両用動力装置を提供する

効果

実績

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請求項1

固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータ取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置であって、前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部と磁石とを一体に成形した樹脂材部とでなる、ことを特徴とした車輪用軸受装置

請求項2

請求項1に記載の車両用動力装置において、前記発電機が、給電されることによって回転駆動力を発生する電動発電機である車両用動力装置。

請求項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、前記発電機は、前記ステータが前記車輪用軸受の外周に位置し、前記ロータが前記ステータの外周に位置するアウターロータ型である車両用動力装置。

請求項4

請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両用動力装置において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料の表面に磁石が配置された表面磁石永久磁石型である車両用動力装置。

請求項5

請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両用動力装置において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料の内部に磁石が配置された埋込磁石永久磁石型である車両用動力装置。

請求項6

請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両用動力装置において、前記車輪用軸受の前記内輪と前記ロータとが、前記樹脂材部となる樹脂材料一体成形された車両用動力装置。

請求項7

請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両用動力装置において、前記発電機の発電電圧が60V未満である車両用動力装置。

請求項8

請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の車両用動力装置を備えた車両。

技術分野

0001

この発明は、車輪用軸受電動発電機等の発電機を備え、車輪用軸受の車体への取付構造を大きく変えることなく、少ない部品点数で、より大きな発電またはさらに駆動の出力が得られる技術に関する。

背景技術

0002

車輪の中にモータを組み込むインホイールモータ構造は、モータを動作させるインバータ電池の車体への搭載が必要であるものの、動力ユニットを車体内に搭載する必要がないため、車体容積占有することなく車両に動力を付与でき、車体設計の自由度も高い(例えば、特許文献1,2)。前記モータは、制動時には回生電力を発電する発電機として機能する。このため、この明細書では、「電動発電機」と称する場合がある。

先行技術

0003

特許第4694147号公報
特許第4724075号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、モータ出力モータ体積と比例するため、大きな出力を得るためにはモータを大きくするか、減速機構などが必要となる。モータ体積が大きいものや減速機構を有するインホイールモータホイール内に納めることは難しく、従来と同様の車輪用軸受の搭載構造を使うことができず、車体足回りの構造変更が避けられない。

0005

これにつき、図面と共に説明する。従来の一般的な車輪用軸受の固定構造を12〜図14に示す。車輪用軸受2は、ハブ輪となる内輪5と固輪である外輪4とを備え、外輪4がナックル8Aに締結ボルトで固定される。内輪5のハブフランジ7にブレーキロータ12と車輪のリム(図示せず)とが重ねて取付けられる。
このような車輪用軸受2とブレーキロータ12内に収まるインホイールモータ(図示せず)のみで車体動力を賄うにはモータ体積が小さいため、出力トルクを増大するために減速機構を有するか、またはモータサイズを大きくする必要がある。モータを大きくした場合、軸方向をホイール内に納めることが難しく、同図の車輪用軸受固定構造のようなナックル面とフランジ面をボルト締結する構造を使うことができず、車体足回りの構造変更が避けられない。

0006

一方、内燃機関などの他の動力機構主動力手段とするハイブリッドシステム動力補助システムとしてインホイールモータを搭載した場合、インホイールモータのみで車体動力を賄う必要はなく、車両の走行状態や主動力手段の状態に合わせてインホイールモータを駆動、回生制動充電することで、省燃費化や車両の動力性能向上を図ることができる。

0007

しかしながら、動力補助システムとした場合に、次の事項が要求され、課題となる。
周辺部品の構造の改造不要
・ 従来の車輪用軸受と同等の実装
・部品点数の削減
・ 制限された空間における出力トルクの高出力化

0008

そこで、図10のような車体足回りの構造に大きな変更を施すことなく設置できる構造として、次の構造を提案した。これは、車輪用軸受のハブフランジと、車輪用軸受の車体取付面であるナックル面との軸方向間で、かつブレーキロータにおけるブレーキキャリパ押し付けられる部分となる外周部よりも内側の径方向範囲にモータを備える構成である。 これによると、懸架部分を改造することなく、車体に取り付けられる。また、ホイール内の制限された空間に設置される構成であっても、ある程度は高い出力トルクや発電電圧が得られる。

0009

しかし、限られた空間内でさらに高出力化を図る余地があり、またロータやその磁石磁性体を車輪用軸受の回転輪に堅固に取付けるにつき、製造性やコンパクト性について課題がある。

0010

この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとできる車両用動力装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0011

この発明の車両用動力装置は、固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、
この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置であって、

前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部および磁石を前記ハブフランジに一体に固定する樹脂材部とでなる。

0012

この構成によると、発電機のロータが、車輪用軸受の回転輪に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、車両用動力装置全体の部品点数が少なく構成が簡易省スペースで済み、車両重量の増加も抑えられる。
また、前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部と磁石とを一体に成形した樹脂材料とでなるため、部品点数の削減、ロータの加工精度および組付け精度の向上、ロータの軽量化、磁石をロータに保持させる強度の向上、ロータ全体の強度の向上が得られる。
すなわち、ロータを構成する軟磁性材および磁石をインサート成形など樹脂材料の射出成形により、一体に構成することにより、ロータを構成する部品は最小限になる。金型を使用した成形が行えて加工精度は高い。また、金属材料ロータケースを構成するよりも軽量となる。
具体的には、軟磁性材と磁石を樹脂材料で一体に形成することにより、磁石の保持と構造体を一体で構成することができ、またロータにおける磁石の保持強度を向上することができる。従来、SPMの磁石を保持するために、リング材内径側に挿入する手法があるが、部品点数が増え、また透磁率が低い材料を用いるとモータの特性を低減させる。このような課題が、軟磁性材と磁石を樹脂材料で一体に形成することで解消できる。

0013

この発明において、前記発電機の前記ステータおよび前記ロータの全部または一部が、前記ブレーキロータにおける、ブレーキキャリパが押し付けられる部分となる外周部よりも小径であり、かつ前記ハブフランジと、前記車両における足回りフレーム部品アウトボード側面との間の軸方向範囲に位置していてもよい。
この構成の場合、ブレーキロータ内の限られた空間に発電機を設置するスペースを確保してこの発電機をコンパクトに収めることができる。

0014

この発明において、前記発電機が、給電されることによって回転駆動力を発生する電動発電機であってもよい。
電動発電機である場合、内燃機関やモータ等の走行駆動源をこの車両用動力装置とは別に有する車両において、動力アシストにより燃費低減することができる。

0015

前記発電機は、前記ステータが前記車輪用軸受の外周に位置し、前記ロータが前記ステータの外周に位置するアウターロータ型であってもよい。
アウターロータ型であると、インナーロータ型よりもロータとステータとが対向する面積を増やすことができる。これにより、限られた空間内で出力を最大化することが可能となる。また、電動発電機である場合、モーメント発生位置が発電機中心軸から遠く、大きなトルクが得られる。

0016

この発明において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料内径部に磁石が配置された表面磁石永久磁石型であってもよい。
限られた空間内で出力トルクあるいは発電電力を最大化させるためには、ロータとステータとが対抗する面積を増やす必要があり、アウターロータに磁石を、インナーステータコイルを配置したアウターロータ型の永久磁石同期モータ等の電動発電機、または発電機が望ましい。

0017

この発明において、前記発電機が、前記ロータの前記軟磁性材料の内部に磁石が配置された埋込磁石永久磁石型であってもよい。
埋込磁石永久磁石型であると、ロータ内に磁石が埋め込まれた形式であるため、磁石のステータ側への脱落が生じにくい。また、埋込磁石型であると、周方向に隣合う磁石の間の磁性体の部分による突極性を利用した回転が行われる。

0018

この発明において、前記車輪要軸受の前記内輪と前記ロータとが、前記樹脂材部となる樹脂材料で一体成形されていてもよい。前記一体成形は、射出成形による一体成形であってもよい。
ロータを内輪に固定するにつき、樹脂材料で一体成形とすることで、ロータの樹脂材部の成形時に、同時にロータをハブフランジに固定することができて、ボルト等による固定が不要で、生産性に優れる。

0019

この発明において、前記発電機の発電電圧が60V未満であってもよい。
この構成の場合、中電圧バッテリーを搭載することにより、内燃機関のみの車両においても車両の大幅な改造をすることなく、いわゆるマイルドハイブリッド車両にすることができる。

0020

この発明の車両は、この発明の上記いずれかの構成の車両用動力装置を備える。
この構成の車両によると、この発明の車両用動力装置につき説明した各作用、効果が得られる。

発明の効果

0021

この発明の車両用動力装置は、固定輪、およびハブフランジを有し前記固定輪に転動体を介して回転自在に支持されて前記ハブフランジに車両の車輪およびブレーキロータが取付けられる回転輪を有する車輪用軸受と、この車輪用軸受の固定輪に取付けられたステータ、および前記車輪用軸受の回転輪に取付けられたロータを有する発電機と、を備えた車両用動力装置であって、前記ロータが、軟磁性材部と、磁石と、これら軟磁性材部と磁石とを一体に成形した樹脂材部とでなるため、足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとすることができる。

0022

この発明の車両は、この発明の車両用動力装置を備えるため、車輪につき、足回りの構造を大きく変更することなく、少ない部品点数で、精度および生産性良く発電機付きとすることができる。

図面の簡単な説明

0023

この発明の一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分解斜視図である。
同車両用動力装置の発電機のロータの断面図である。
同ロータの斜視図である。
同車両用動力装置の保持部材の斜視図である。
同ロータの部分断面図である。
同ロータの変形例の部分断面図である。
同ロータと車輪用軸受との組み立て状態を示す断面図である。
他の実施形態に係る車両用動力装置の足回りフレーム部品への取付状態を示す斜視図である。
同車両用動力装置を装備した車両の駆動および制御系を示す概念構成の説明図である。
同車両の一例の電源系統図である。
従来の車輪用軸受装置の断面図である。
同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを互いに分解して示す側面図である。
同車輪用軸受とブレーキロータとナックルを互いに分解して示す斜視図である。

実施例

0024

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1はこの車両用動力装置の断面図を示す。この車両用動力装置1は、車輪用軸受2にダイレクトドライブ方式の電動発電機3が組込まれている。
電動発電機3は、電動機を兼用する発電機である。この電動発電機3は、径方向についてはブレーキロータ12のブレーキキャリパが押し付けられる部分となる外周部12b よりも内径側に、軸方向については車輪用軸受2のハブフランジ7の側面から、足回りフレーム部品8のアウトボード側面8aとの間の軸方向範囲Lに配置される。足回りフレーム部品8は、サスペンションにおける車輪用軸受2を取付ける部品であり、この実施形態ではナックルである。
電動発電機3は、ステータ18と、ロータ19とを有する。ロータ19は、軟磁性材部31と、磁石32(図3図6図8)と、これら軟磁性材部31と磁石32とを一体に成形したケース状の樹脂材部33とでなる、

0025

<車輪用軸受2について>
車輪用軸受2は、固定輪である外輪4と、複列の転動体6と、回転輪である内輪5とを有する。内輪5は、ハブ輪5aと、このハブ輪5aのインボード側外周面に嵌合された部分内輪5bとを有する。ハブ輪5aは、外輪4よりも軸方向のアウトボード側に突出した箇所にハブフランジ7を有する。

0026

ハブフランジ7のアウトボード側の側面には、車輪のリム(図示せず)と、ブレーキロータ12と、前記ロータ19の樹脂材部33の底部33bとが、軸方向に重なった状態で、ハブボルト13により取り付けられている。前記リムの外周に図示外のタイヤが取付けられている。
なおこの明細書において、車両用動力装置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。

0027

ブレーキ17について>
ブレーキ17は、ディスク式のブレーキロータ12と、ブレーキキャリパ16とを備える摩擦ブレーキである。
ブレーキロータ12は、平板状部12aと、外周部12bとを有する。平板状部12aは、ハブフランジ7にロータ19の樹脂材部33の底部33bを介して重なる環状でかつ平板状の部材である。外周部12bは、平板状部12aから外輪4の外周側へ延びる。外周部12bは、平板状部12aの外周縁部からインボード側に円筒状に延びる円筒状部12baと、この円筒状部12baのインボード側端から外径側に平板状に延びる平板部12bbとを有する。

0028

ブレーキキャリパ16は、ブレーキロータ12の平板部12bbを挟み付ける摩擦パッドを有する。ブレーキキャリパ16は、車両におけるナックルからなる足回りフレーム部品8に取付けられている。ブレーキキャリパ16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。

0029

<電動発電機3の具体的構成>
電動発電機3は、ロータ19がステータ18の外周側に位置するアウターロータ型でSPM(表面磁石永久磁石)型の同期モータ、またはIPM(埋込磁石永久磁石)型の同期モータである。前記ロータ19は、図3および図5図7に示すように、軟磁性材部31および磁石32が、樹脂材部33で一体となって構成されている。軟磁性材部31は、薄板を積層した電磁鋼板アモルファス合金などの軟磁性材料からなり、前記磁石32が組み込まれ、樹脂材部33となる樹脂材料により射出成形で一体にインサート成形されている。
電動発電機3がSPM型である場合、およびIPM型である場合の具体的構成と作用は、後に説明する。

0030

前記樹脂材部33は、電動発電機3のケースを兼ねる部材であって、円筒状部33aと、この円筒状部33aの一端から内径側へ延びる内鍔状の底部33bを有している。このケース兼用の樹脂材部33は、前記底部33bが、車輪用軸受2の内輪5のハブフランジ7とボルト20(図1参照)で締結され、内輪5と一体で回転する。ボルト20は、底部33bの内周縁に設けられた厚肉部33baのボルト挿通孔61に挿通され、ハブフランジ7のねじ孔64に螺合している。樹脂材部33の底部33bには、この他にハブボルト挿通孔62が設けられている。前記円筒状部33aの内周面は、アウトボード側からインボード側に順次、小径部、中径部および大径部に形成され、その中径部に前記軟磁性材部31が位置している。大径部にはリング状部品67が嵌合し、後述の固定側のスペーサ22との間にシール68が設けられている。

0031

図1おいて、ステータ18は、コア18aと、このコア18aの円周方向に並ぶ各ティース巻回されたコイル18bとを有する。コイル18bは配線65に接続されている。ステータ18は、外輪4の外周面に環状の保持部材24を介して取付けられている。保持部材24には、ステータ18の内周面および外輪4の外周面が固定され、端部が前記ナックルからなる足回りフレーム部品8のアウトボード側面8aに接して、この足回りフレーム部品8に固定されている。ステータ18は、例えば、保持部材24に対し、圧入またはボルト締結などにより回転方向および径方向に固定されている。さらに保持部材24は、外輪4の外周面に圧入またはボルト締結などにより固定されている。

0032

図5に示すように、保持部材24におけるインボード側(足回りフレーム部品8側)の端部には、コイル18b(図1参照)の結線を、この保持部材24の外径側から内径側へ通す連通孔24cが円周方向に複数(この例では六つ)設けられている。例えば、保持部材24におけるインボード側の端面に、円周等配の切欠きを設けることで、前記複数の連通孔24cが形成される。なお複数の連通孔24cは、円周等配である必要なく、また一般的にU相,V相,W相の三線から成る配線65の径方向引き出し部65a(図1)を通す連通孔であればよい。
保持部材24には、軸方向に延びる雌ねじ24dが円周等配に複数形成されている。

0033

図1図2に示すように、保持部材24と足回りフレーム部品8とは、複数のボルト66により締結される。これらのボルト66は、足回りフレーム部品8に設けられたボルト相通孔(図示せず)にインボード側から相通され、保持部材24の前記雌ねじ24dにねじ込まれる。
保持部材24のインボード側端面と足回りフレーム部品8のアウトボード側面8bとの間に、図1のようにユニットカバー22のカバー立板部22aが介在している。足回りフレーム部品8には、ユニットカバー22における円筒部22bの外周面の挿入を許す貫通孔8bが形成され、この貫通孔8bの周囲に前記複数のボルト66を相通する挿通孔(図示せず)が、前記各雌ねじ24dと同位相形成されている。ユニットカバー22は、前記ボルト66により、保持部材24と共に足回りフレーム部品8に締付固定される。

0034

この構成の車両用動力装置によると、電動発電機3のロータ19が車輪用軸受2の回転輪である内輪4に取付けられたダイレクトドライブ形式であるため、この車両用動力装置1の全体の部品点数が少なく構成が簡易で省スペースで済み、この車両用動力装置1を装備する車両の重量の増加も抑えられる。
また、ステータ18およびロータ19の一部または全部が、ブレーキロータ12の外周部12bよりも小径であり、かつ、電動発電機3におけるハブフランジ7への取付部を除く全体が、ハブフランジ7と、足回りフレーム部品8のアウトボード側面8aとの間の軸方向範囲Lに位置するため、ブレーキロータ12の外周部12b内の限られた空間に電動発電機3を設置するスペースを確保してこの電動発電機3をコンパクトに収めることができる。

0035

さらに、前記ロータ19が、軟磁性材部31と、磁石32と、これら軟磁性材部31と磁石32とを一体に成形した樹脂材部33とでなるため、部品点数の削減、ロータ19の加工制度および組付け精度の向上、ロータ19の軽量化、磁石32をロータ19に保持させる強度の向上、ロータ19の全体の強度の向上が得られる。
すなわち、ロータ19を構成する軟磁性材部31および磁石32をインサート成形など樹脂材料の射出成形により、一体に構成することにより、ロータ19を構成する部品は最小限になる。この場合に、金型を使用した成形が行えて加工精度は高い。また、ロータ19のケースを兼ねる樹脂材部33が樹脂材料で構成されることにより、金属材料でロータケースを構成するよりも軽量となる。
従来、SPMの磁石を保持するために、リング材を内径側に挿入する手法があるが、部品点数が増え、また透磁率が低い材料を用いるとモータの特性を低減させる。このような課題が、軟磁性材31と磁石32を樹脂材部33で一体に形成することで解消できる。

0036

限られた空間内で出力トルクあるいは発電電力を最大化させるためには、ロータ19とステータ18とが対抗する面積を増やす必要があり、アウター側のロータ19に磁石32を、インナー側のステータ18にコイル18bを配置したアウターロータ型の永久磁石同期モータが望ましい。一般的に、加減速を伴う電動発電機は磁束の変化に伴い発生する鉄損を抑制するため、ステータのコア、およびロータの軟磁性体部に電磁鋼板や圧粉磁心、アモルファス合金などの軟磁性材で構成される。
この車両用動力装置1の電動発電機3は、ロータ19の軟磁性体部31として適切な軟磁性材(ケイ素鋼板やアモルファス合金)の薄板で構成されることで、ロータ19の渦電流損失が低下し、モータ特性が向上する。しかし軟磁性材料のみでロータ19を構成することは難しい。軟磁性材は構造体として強度が低く、前述のように薄板を重ねて構成されるため、積層が剥がれるなどの問題がある。また、軟磁性材、磁石共に錆が発生しやすく、酸化により性能が低下するため、表面処理密封構造が必要となる。

0037

つぎに、電動発電機3がSPM型である場合、およびIPM型である場合の具体的構成例および作用につき、図6図7と共に説明する。
図6にSPM型の電動発電機3におけるロータ19の構成例を示す。同図はロータ部分のみの拡大図である。この電動発電機3は、ロータ19のステータ側表面に、複数の磁石32が露出して円周方向に並び固定されている。

0038

電動発電機3の動作時にステータ18側のコイル18bに通電すると、ステータ18のコア18aが磁化され、ロータ19の磁石32が吸引される。SPMモータモータ動作時に磁石が分離することを防ぐため、接着や嵌合、別体の部品を挿入するなどにより磁石を固定する必要がある。この実施形態では、ロータ19およびその磁石32の周辺に樹脂材料が回り込んで樹脂材部33が成形される。そのため、磁石32を接着などで固定せずに分離を防ぐことができる。また、樹脂材料で形成することにより透磁率が高く磁束が流れないため、電動発電機3の特性を変化させることがない。鉄など透磁率が低い材料で磁石32を固定すると、磁束の流れが変化し、電動発電機3の特性を著しく低下させる。また、ロータ19とステータ18の間にはモータすきまが設けられる。このモータすきまが小さいほどモータ特性(電動発電機3の特性)が向上する。しかし、モータすきまが小さい場合は車輪用軸受2のガタや外部からの振動、衝撃により、ロータ19とステータ18が接触しうる。この実施形態ではロータ19の内径側に樹脂材部33が構成されていることにより、ロータ19とステータ18の接触が生じた場合、従来の構成よりも損傷の可能性が低くなる。

0039

図7にIPM(埋込磁石型永久磁石)モータでの構成例を示す。IPMモータはロータ内に磁石が埋め込まれた形式で、一般的に、磁石のステータ側への脱落は生じ難い。しかし、磁石配置によってはロータの内径側に薄肉部が形成されることがあり、磁石の吸引力によりロータの変形や破損が生じうる。この実施形態では、ロータ19の内径側へ樹脂材部33の一部となる樹脂材料の層33cを形成しており、これによりロータ19の強度を向上させることができる。また、樹脂材料は透磁率の高い材料のため、ロータ19の内径側へ樹脂材部33が存在しても、モータ特性を変化させることがない。また、ロータ19とステータ18の接触が生じた場合も、樹脂材部33の滑りが良いため、損傷を低減させることができる。
IPM型の電動発電機3においても、磁石32の軸方向の固定は必要であるが、ロータ19の端面まで樹脂材部33を形成することや、ロータ19の磁石孔と磁石32の寸法を調整することで、樹脂材部33を磁石32の周囲へ回り込ませることにより、磁石32の固定をすることができる。

0040

前記ロータ19の製作方法として、樹脂材料のインサート成形が好ましい。こうすることで、少ない工程で高精度の形状を得ることができる。磁石32は、未着磁の磁性体を用い、前記インサート成形の後に着磁とすることで、金型などへの磁石32の吸着を防いで製作することができ、射出成型時の熱による磁石の減磁も考慮する必要がない。
電動発電機3がIPM型である場合は、着磁により磁石32とする磁性体をロータ19の磁石孔に挿入して射出成型することが容易である。こうすることで、磁石32の磁化方向を均等に製作することができる。

0041

樹脂材部33の材料には、一般的に射出成型に使用される樹脂材料を採用することがでる。樹脂補強材としてガラス繊維材炭素繊維材などを使用してもよい。補強材の形状として繊維、ビーズウィスカなどを用いることができる。
ロータ19は、インサート成形時に、車輪用軸受2の内輪5と一体で形成してもよい。こうすることで、車輪用軸受2の内輪5と固定されたロータ19を形成することができる。

0042

また、図9に示すように、車輪用軸受2の内輪5のハブフランジ7に溝68を形成し、ロータ19の樹脂材部33の樹脂を回り込ませて放射状のリブ部33cを形成してもよい。リブ33cは、樹脂材部33の円筒状33aから、底部33bの内周縁の厚肉部33baまで続いている。このようにリブ部33cを形成するこれにより、ロータ19を強固に内輪5に固定することができる。

0043

図9の例では、ハブフランジ7の側面に溝68を掘り樹脂を成形しているが、樹脂を回り込ませる溝68は周方向に延びていてもよく、ハブフランジ7のインボード側の側面に樹脂を流し込ませるなどの構成も採用しうる。

0044

また、ロータ19を上記のいずれかと同様の形状として、車輪用軸受2の内輪5とは別に製造しておき、その底付きケース状となったロータ19を車輪用軸受2の内輪5に嵌合させてもよい。インサート成形では車輪用軸受2の周囲に金型を設置する必要があるが、こうすることで簡易に同様の形状を得ることができる。

0045

<車両30の制御系について>
図10において、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に前記車両用動力装置1が設けられていて、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。

0046

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。

0047

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の直流電力三相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、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。

0048

図11は、図10に示した車両用システムを搭載した車両の一例となる電源系統図である。同図の例では、バッテリーとして低電圧バッテリー50と中電力バッテリー49とが設けられ、これら中電圧バッテリー49と低電圧バッテリー50とは、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10の駆動輪側の電動発電機35bは、図11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。

0049

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。

0050

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、かつストロンハイブリッド車等に用いられる高圧バッテリー(100V以上、例えば200〜400V程度)よりも低く、かつ作業時に感電による人体への影響が問題とならない程度の電圧であり、近年マイルドハイブリッドに用いられている48Vバッテリーが好ましい。48Vバッテリー等の中電圧バッテリー49は、従来の内燃機関を搭載した車両に比較的容易に搭載することができ、マイルドハイブリッドとして電力による動力アシストや回生により、燃費低減することができる。

0051

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3b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。

0052

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。

0053

これに対してこの例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1の運動エネルギーを直接利用することができる。また、CMG、GMG、ベルト駆動式スタータモータなどを搭載する際には、車両30の設計段階から考慮して組み込む必要があり、後付けすることが難しいが、従動輪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。この実施形態の車両用システムを搭載した車両に、図10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。

0054

図10に示す車両用システムは、発電を行う機能を有するが、給電による回転駆動をしないシステムとしてもよい。この場合、電動発電機3に変わる専用の発電機が発電した回生電力を中電圧バッテリー49に蓄えることにより、制動力を発生させることができる。機械式のブレーキ操作手段57と併用や使い分けで、制動性能も向上させることができる。このように発電を行う機能に限定した場合、個別制御手段39はインバータ装置ではなく、AC/DCコンバータ装置(図示せず)として構成することができる。前記AC/DC コンバータ装置は、3相交流電圧を直流電圧に変換することで、発電機3の回生電力を中電圧バッテリー49に充電する機能を備え、インバータと比較すると制御方法が容易であり、小型化が可能となる。

0055

なお、前記実施形態では、電動発電機3は、その全体が、ブレーキロータ12の外周部12bよりも小径であり、さらに電動発電機3におけるハブフランジ7への取付部を除く全体が、車輪用軸受2のインボード側の車体取り付け面と、ハブフランジ7との間の軸方向範囲に位置するように構成したが、前記ステータ12および前記モータロータ19の一部または全部が、前記ブレーキロータ12の前記円板状部12aと円筒状部12bとで形成された空間内に位置していればよい。ブレーキロータ12の円板状部12aと円筒状部12bとで形成された空間とは、外径がブレーキロータ12の円筒状部12bよりも小径であって、軸方向範囲が円筒状部12bの存在する範囲であり、内径が円板状部12aの最小径以上となる円筒状の空間である。この空間にステータ18およびロータ19の一部のみが位置する場合、ステータ18およびロータ19の残り部分は、例えば、前記足回りフレーム部品8の車輪用軸受取り付け面よりもハブフランジ7側の軸方向範囲に配置される。
また、車輪用軸受2が外輪回転である場合も、この発明を適用することができる。

0056

加えて、本願における車両用動力装置1は、回転輪として、一つの部分内輪が嵌合されたハブ輪を備え、固定輪である外輪と、ハブ輪および部分内輪の嵌合体で構成された第3世代構造としているが、これに限定するものではない。
ハブフランジを有するハブと、転動体の軌道面を有する部材とを合わせた構造体が請求項でいう回転輪となる。例えば、主に固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた第1世代構造であってもよい。固定輪である外輪と、ハブフランジを有するハブの外周面に嵌合された内輪とを備えた内輪回転形式の第2世代構造であってもよい。これらの例では、前記ハブと前記内輪とが組み合わさったものが請求項でいう「回転輪」に相当する。ハブフランジを有する回転輪である外輪と、固定輪である内輪とを備えた外輪回転形式の第2世代構造であってもよい。

0057

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0058

1…車両用動力装置、2…車輪用軸受、3…電動発電機(発電機)、4…外輪(固定輪)、5…内輪(回転輪)、7…ハブフランジ、8…ナックル(足回りフレーム部品)、12…ブレーキロータ、18…ステータ、19…ロータ、31…軟磁性体部、32…磁石、33…樹脂材部、

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