JP2008271644A - 発電装置付車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両にコンパクトに発電装置を設置でき、かつ発電量が十分に確保でき、またタイヤやホイール側への配線および車輪用軸受のホイールへの組立てが容易に行えて、組立性が良く、量産性に優れた発電装置付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 固定輪である外方部材１と回転輪である内方部材２との間に複列の転動体５を介在させる。外方部材１と内方部材２の間に発電装置２１を設ける。この発電装置２１に配線２７を介して接続されたコネクタ３２を設ける。コネクタ３２は、回転輪である内方部材２に取付けられ、または内方部材２から配線２７で引き出される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回転側へ電力を供給する発電装置を備えた発電装置付車輪用軸受に関するものである。

近年、自動車の安定性向上のために、タイヤに異常が発生した時にその異常を検出し、必要に応じてドライバに警報を発するタイヤ異常検出装置の開発が盛んに行われている。例えば、タイヤの空気圧を監視するタイヤ空気圧監視装置（特許文献１）やタイヤの温度や摩耗量に基づいてタイヤの異常を検出するタイヤ異常検出装置などが挙げられる。また、タイヤ接地力を検出する手段においても、回転側に荷重センサを設ける構造が提案されている（特許文献４）。このように、回転側へセンサを設置する場合には、センサや送信機を駆動するための電力を回転側へ供給する必要がある。

このような要望に応えるものとして、タイヤ内部に空気圧変動により形状変形を生じて発電を行う発電板を有するものが提案されている（例えば、特許文献１）。また、タイヤの回転側に電磁コイル、非回転側に磁界発生手段を設けたタイヤ電源供給装置が提案されている（例えば、特許文献２）。また、車輪用軸受に発電装置を組み込んだ車輪用軸受装置が提案されている（特許文献３）。その他、スリップリングや無線給電などの方法で回転側へ電力を供給する手段が挙げられる。
特開２００６−３２９７７２号 特開２００６−２３２１９５号 特開２００２−０５５１１３号 特開２００３−２４６２０１号

特許文献１のタイヤの空気圧変動による発電板の形状変形により発電を行うものでは、発電量が少なく、発電量を増やすには複数の発電板を設ける必要がある。そのため、組立性やコストの面で問題がある。例えば、複数の発電板を設けても、複数のセンサに電力を供給することは難しい。
特許文献２の構成では、軸受の外側に発電装置を設けており、全体が大きくなることでバネ下荷重が増加する。また、組立て性や発電装置のシール性が良いとも言えない。さらに、ホイールへの取付時に配線が邪魔になるという問題がある。
特許文献３の構成では、車輪用軸受で発電しているが、回転側への電力供給として利用されていない。
その他、無線給電では、送信側と受信側の位置関係が重要となり、設計の自由度が狭くなるという問題がある。また、スリップリングを利用した場合、摩耗や配線の取り回しが問題となる。

この発明の目的は、車両にコンパクトに発電装置を設置でき、かつ発電量が十分に確保でき、またタイヤやホイール側への配線および車輪用軸受のホイールへの組立てが容易に行えて、組立性が良く、量産性に優れた発電装置付車輪用軸受を提供することである。

この発明の発電装置付車輪用軸受は、複列の転走面が形成された固定輪と、この固定輪の転走面と対向する転走面を形成した回転輪と、対向する転走面間に介在した複列の転動体と、前記固定輪と前記回転輪間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、前記固定輪に設けられた磁石を含むステータ、および前記回転輪に設けられたコイルを含むロータから構成される発電装置と、この発電装置に配線を介して接続されて前記回転輪に取付けられまたは前記回転輪から引き出されたコネクタとを有することを特徴とする。

この構成によると、発電装置を車輪用軸受に設けたため、車両にコンパクトに発電装置を設置できる。また、コネクタを設けているため、タイヤやホイール側への配線および車輪用軸受のホイールへの組立てが容易になる。このため、組立性が良く、量産性に優れたものとなり、コスト低減が図れる。コネクタから供給した電力は、タイヤ異常検出用等の種々のセンサの電源として利用できる。発電装置は、固定輪に設けられた磁石を含むステータ、および回転輪に設けられたコイルを含むロータから構成されるため、発電量が十分に確保できる。この場合に、通常走行時の車軸の回転数は速いため、発電量が大きく、複数のセンサへ電力を供給することもできる。なお、回転輪に蓄電器を設け、この蓄電器に発電電力を充電しても良い。

この発明において、前記回転輪が、前記配線を軸受外へ引き出す配線孔および配線溝のいずれか一方または両方を有するものとしても良い。
回転輪に配線孔や配線溝を設けることにより、配線を外部へ引き出すことが容易となり、また等速ジョイントの組み付け時などに、配線の断線を防止することができる。

前記配線孔または前記配線溝は、一部をモールドしても良い。配線孔や配線溝の一部をモールドすることにより、車輪用軸受の内部へ水などの異物が浸入することを防ぐことができる。

前記発電装置は、複列の転走面の間に配置しても良い。また、前記発電装置は、前記回転輪に設けられたフランジと前記固定輪の端部との間に設けても良い。
発電装置を、複列の転走面の間、または回転輪のフランジと固定輪の端部との間に設けることにより、全体をコンパクトに構成でき、砂よけ等のシール構造を軸受のシールと共有することが可能になる。

前記発電装置のロータは、コイルを保護するための隔壁を有するものとしても良い。この隔壁は、例えば、樹脂製等のカバーであっても良い。発電装置のロータに隔壁を設けることにより、コイルを保護することができる。また、発電装置のロータの周辺にグリースがある状況では、グリースによるコイルの絶縁皮膜の劣化を防ぐことが可能になる。

この発明において、前記コネクタは回転輪に固定しても良い。コネクタを回転輪の一部に固定すれば、ホイールなどの組立時に配線が邪魔にならず、タイヤ側への配線も容易に行える。

この発明において、前記コネクタは前記回転輪の内径部から引き出しても良い。また、前記コネクタは、前記回転輪に設けられたフランジから引き出しても良い。コネクタを回転輪の内径部または回転輪フランジから引き出すことにより、タイヤやホイール側への電力供給が容易となる。

この発明の発電装置付車輪用軸受は、車輪用軸受に発電装置およびコネクタを設けたため、回転側へ電力を供給することができ、この供給した電力は、タイヤ異常検出装置などの電源として利用できる。また、車輪用軸受に発電装置を組み込んでいるため、車両にコンパクトに発電装置を設置できる。しかも、タイヤ側への配線がコネクタにより容易に行うことができるため、組立性がよく量産性に優れたものとなり、コスト低減が図れる。

この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は図２のＩ−Ｏ−Ｉ′線に沿う断面図である。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付け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、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
この電力伝送装置付車輪用軸受における軸受は、図１に断面図で示すように、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記転走面３，４は断面円弧状であり、各転走面３，４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、密封装置となるシール７，８によってそれぞれ密封されている。

外方部材１は固定輪であり、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックルに取付ける車体取付用のフランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには、周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔１４が設けられている。
内方部材２は回転輪であって、車輪取付用のハブフランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなる。これらハブ輪９および内輪１０に、前記各列の転走面４が形成されている。ハブ輪９のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面１２が設けられ、この内輪嵌合面１２に内輪１０が嵌合している。ハブ輪９の中心には貫通孔１１が設けられている。ハブフランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルトの圧入孔１６が設けられている。ハブ輪９のハブフランジ９ａの根元部付近には、車輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１３がアウトボード側に突出している。

この車輪用軸受において、固定輪である外方部材１と回転輪である内方部材２の間に、発電装置２１が設けられている。発電装置２１は、複列の転走面３，３（４，４）間に配置されている。

発電装置２１はコイルを含むリング状のロータ２５と、磁石を含むリング状のステータ２３から構成される。ステータ２３は、この実施形態では、取付用のリングおよびその内径面に設けられた磁石からなる。発電装置２１の具体例は、後に図１０および図１１と共に各例を説明する。ロータ２５は回転輪である内方部材２の外径面に、ステータ２３は固定輪である外方部材１の内径面に、それぞれ圧入もしくは接着などの方法で固定されている。これらロータ２５およびステータ２３は、ラジアル方向に対向するように位置決めされる。なお、固定輪である外方部材１や、回転輪である内方部材２に、ステータ２３やロータ２５を軸方向に対して位置決めする段差や突部（図示せず）などを設けても良い。

回転輪である内方部材２のハブ輪９には、ロータ２５のコイルに接続された配線２７を通す配線孔２９が外径面から内径面に貫通して設けられ、内径面の円周方向の一部に、上記配線２７を軸方向に沿って内部に這わす配線溝３０が設けられている。コイルを有するロータ２５を組付ける場合、配線２７を予め配線孔２９を通した状態で、軸方向から外方部材１の内径面に嵌合すれば良い。

配線２７の先端には、タイヤやホイールに設置されるセンサ（図示せず）に電力を送るためのコネクタ３２を接続している。コネクタ３２は、内方部材２におけるハブ輪９の、パイロット部１３よりも内径部でアウトボード側端面に固定されている。

コネクタ３２は、一対のコネクタを互いに差し込み接続する差し込み接続型のコネクタ対における片方のものであり、例えばソケット型とされる。図３は、ハブ輪９に固定したコネクタ３２と、このコネクタ３２に接続されるタイヤ側の配線３４のコネクタ３３の一例を、概略図で示す。

上記構成によると、発電装置２１を車輪用軸受に設けたため、車両にコンパクトに発電装置を設置できる。また、車輪用軸受の回転側にコネクタ３２を設け、コネクタ３２を介してタイヤやホイールに電力を供給するようにしたため、車輪用軸受をタイヤへ設置する際に、配線が邪魔にならず、車輪用軸受を設置する前でもタイヤ内での配線を行うことが可能になる。配線２７は、配線溝３０に固定しておくと良い。そうすれば、等速ジョイントを組み込む際にも、配線２７が邪魔にならず、断線することなく組み込むことが可能となる。また、配線孔２９や配線溝３０の一部をモールドしておけば、内部へ水などが浸入することを防止できる。また、ロータ２５のコイルには、隔壁となる樹脂等のカバー（図示せず）で覆うと、コイルを保護することが出来る。

図１２は、図１の実施形態と同様な構成の発電装置付車輪用軸受をナックル６０に固定した組立図を示す。なお、同図の車輪用軸受は、内方部材２の内輪１０をハブ輪９の端部の加締部９ｂで加締固定している点で図１の実施形態と異なるが、その他の構成は同じである。
この発電装置付車輪用軸受は、その固定輪である外方部材１をナックル６０にボルト６１で連結している。内方部材２には、等速ジョイント６２の外輪６３のステム部６３ａを挿通し、ステム部６３ａの基端周辺の段面と先端のナット６４との間で内方部材２を挟み込むことで、車輪用軸受と等速ジョイント６２とを連結している。車輪用軸受の回転輪である内方部材２には、そのハブフランジ９ａにブレーキロータ４０とホイール５０とを重ね、ハブボルト１５で固定する。ホイール５０にはタイヤ５０ａが取付けられている。

この例は、タイヤ５０ａへ電力を供給する場合の一例である。タイヤ５０ａには、空気圧の検出用やタイヤ異常検出用等のセンサ（図示せず）が設けられ、これらのセンサに電力を供給する。この例のように、回転輪を構成するハブ輪９の先端からコネクタ３２を出した場合、ホイール５０のアウトボード側の側面を伝ってタイヤ５０ａへ電力を供給することができる。この場合、ホイールカバー（図示せず）を設ければ、配線２７を保護することができる。なお、ハブフランジ９ａからコネクタ３２を出すようにすれば、ブレーキロータ４０の一部に配線孔を設けて、タイヤ５０ａへ配線することが可能である。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、発電装置２１は回転輪を構成するハブ９のハブフランジ９ａの基端と、固定輪である外方部材１のアウトボード側端の内径面の間に配置されている。ロータ２５のコイルの配線２７に連結されるコネクタ３２は、ハブ輪９に固定せず、外にぶら下げた状態にしている。それ以外は図１の実施形態と同じである。

図５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、従動輪用の車輪用軸受に適用した例である。従動輪用の車輪用軸受は等速ジョイントと連結する必要がないため、回転輪となる内方部材２を構成するハブ輪９は、中心部に貫通孔を有しない形状とされている。内輪１０はハブ輪９に対して、ハブ輪９の加締部９ｃで固定されている。この車輪用軸受において、アウトボード側の転走面３，４とアウトボード側のシール７との間に発電装置２１を配置している。この実施形態ではコネクタ３２をハブ輪９の先端に固定していないが、固定しても構わない。それ以外の構成は、図１の実施形態と同様である。

図６（Ａ）は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、発電装置２１は、回転輪を構成するハブ９のハブフランジ９ａの基端と、固定輪となる外方部材１のアウトボード側端の内径面との間に配置されている。ロータ２５の外径面と外方部材１の内径面との間に密封装置となる接触式のシール７Ｂを設けている。ハブフランジ９ａの円周方向の一部には、コイルの配線２７を這わす配線溝３６が設けられており、ハブフランジ９ａの外径面から、配線２７に連結されたコネクタ３２を外に出している。
この配線２７のハブフランジ９ａから外に出された部分は、例えば同図（Ｂ）のように、ブレーキロータ４０の一部に配線孔４１を設けて外径側へ引き出しても良い。それ以外の構成は、図４と共に前述した実施形態と同じである。

図７はこの発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、回転輪を構成するハブ９のハブフランジ９ａの一部に配線溝３６を設け、ハブフランジ９ａのアウトボード側の側面にコネクタ３２を固定している。それ以外の構成は図４の実施形態と同じである。

図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。図８（Ｂ）はアウトボード側から見たホイール５０の内径部の図を示す。この実施形態では、回転輪を構成するハブフランジ９ａの一部に配線孔４２を設け、ハブフランジ９ａのインボード側の側面にコネクタ３２を固定している。ハブフランジ９ａに重ねて取付けられるホイール５０やブレーキロータ４０の内径面には切欠５１を設け、この切欠５１内にコネクタ３２が収まるように配置する。これにより、ブレーキロータ４０やホイール５０の設置後でも容易に配線することができる。それ以外の構成は、図６の実施形態と同じである。

図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、発電装置２１がコアレスのアキシアルギャップ型発電装置とされ、複列の転走面間に配置されている。磁石を有する一対のステータ２３Ａ，２３Ｂの間に、コイルを有するロータ２５が配置されている。それ以外は図１に示した実施形態と同じである。

図１０は、上記各実施形態に用いられる発電装置２１の一例を示す。この発電装置２１は、ラジアルギャップ型のクローポール発電装置である。ステータ２３は、取付用のリング２３ａおよびその内径面に設けられた磁石２２からなる。磁石２２は、円周方向に磁極Ｎ，Ｓが交互に並んで設けられた多極磁石とされている。ロータ２５は、ステータ２３と同心のリング中心をＯを持つリング状のヨーク２５ａと、このヨーク２５ａ内に収められたコイル２４とでなる。ヨーク２５ａは、軸方向に対面するリング状の２つのヨーク構成部材２５ａａ，２５ａｂを内径部で組み合わせたものであり、両ヨーク構成部材２５ａａ，２５ａｂに、互いに隙間を介して噛み合う複数の爪部ａ，ｂが設けられたクローポール型とされている。クローポール発電装置は、小型で発電効率が良いという利点がある。

図１１は、上記各実施形態の発電装置２１に用いられるラジアルギャップ型発電装置の他の例を示す。ステータ２３は、円周方向に磁極Ｎ，Ｓが交互に並んで設けられたリング状の多極磁石である。ロータ２５は、ヨーク２５ｂの外周部に円周方向に並んで外径側へ突出して設けられた各突部２５ｂａに、コイル２４を構成する個別のコイル２４ａが巻回されている。ロータ２５の側面および外径面にはコイル２４を保護するための合成樹脂等の非磁性体で作られた薄い隔壁を７２を設けている。個別コイル２４ａ間の隙間には、モールド樹脂７１による樹脂モールドなどで埋めてある。なお、アキシアルギャップ型発電装置のロータについても、上記と同様の構成にすることが可能である。

なお、上記各実施形態は、外方部材１を固定輪としたが、この発明は内方部材が固定輪で外方部材が回転輪となる車輪用軸受にも適用することができる。

この発明の第１の実施形態にかかる発電装置付車輪用軸受の断面図である。 同発電装置付車輪用軸受をインボード側から見た側面図である。 コネクタの一例を示す概略図である。 この発明の他の実施形態を示す断面図である。 この発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態を示す断面図、（Ｂ）はその変形例の部分断面図である。 この発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれこの発明のさらに他の実施形態を示す断面図、およびそのホイールの内径部を示す正面図である。 この発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。 （Ａ）は上記各実施形態に用いられるクローポール型発電装置の部分断面図、（Ｂ）はそのステータを外径側から見た部分展開図である。 （Ａ）は上記各実施形態に用いられる他のラジアルギャップ型発電装置の部分正面図、（Ｂ）はその部分側面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る発電装置付車輪用軸受をナックルに取付け、ホイールを組付けた状態を示す組立図である。

符号の説明

１…外方部材（固定輪）
２…内方部材（回転輪）
３，４…転走面
５…転動体
７，８…シール（密封装置）
２１…発電装置
２２…磁石
２３…ステータ
２４…コイル
２５…ロータ
２７…配線
２９…配線孔
３０…配線溝
３２…コネクタ
４０…ブレーキロータ
５０…ホイール
５０ａ…タイヤ
７２…隔壁

Claims (9)

1. 複列の転走面が形成された固定輪と、この固定輪の転走面と対向する転走面を形成した回転輪と、対向する転走面間に介在した複列の転動体と、前記固定輪と前記回転輪間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
   前記固定輪に設けられた磁石を含むステータ、および前記回転輪に設けられたコイルを含むロータから構成される発電装置と、この発電装置に配線を介して接続されて前記回転輪に取付けられまたは前記回転輪から引き出されたコネクタとを有することを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
2. 請求項１において、前記回転輪が、前記配線を軸受外へ引き出す配線孔および配線溝のいずれか一方または両方を有することを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
3. 請求項２において、前記配線孔または前記配線溝の一部をモールドしたことを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記発電装置は、複列の転走面の間に設けたことを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記発電装置は、前記回転輪に設けられたフランジと前記固定輪の端部との間に設けたことを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記発電装置のロータは、コイルを保護するための隔壁を有することを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記コネクタは回転輪に固定したことを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記コネクタは前記回転輪の内径部から引き出したことを特徴とする発電装置付車輪用軸受。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記コネクタは、前記回転輪に設けられたフランジから引き出したことを特徴とする発電装置付車輪用軸受。

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