特開 2024-135667 モータの軸受システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135667

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】モータの軸受システム

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/06 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

F16C32/06 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046467

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100059959

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162824

【弁理士】

【氏名又は名称】石崎 亮

(72)【発明者】

【氏名】宮内 勇馬

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 るな

【テーマコード（参考）】

3J102

【Ｆターム（参考）】

3J102AA02

3J102AA07

3J102AA09

3J102BA03

3J102BA17

3J102CA11

3J102CA35

3J102EA02

3J102EA08

3J102EA13

3J102EA30

3J102EB03

3J102EB16

3J102GA13

(57)【要約】

【課題】ポンプにより気体潤滑軸受として動作可能な軸受を有するモータの軸受システムにおいて、モータ回転速度に応じて軸受に関する制御を的確に行う。
【解決手段】モータの軸受システム１００は、ポンプ３０から供給される気体により気体潤滑軸受として動作可能な滑り軸受３と、転がり軸受４と、滑り軸受と転がり軸受を切り替える切り替え機構２０と、制御装置５０とを有する。制御装置は、モータ回転速度が第１速度未満であるときには、転がり軸受を適用するように切り替え機構を制御し、モータ回転速度が第１速度以上で第２速度未満であるときには、滑り軸受を適用するように切り替え機構を制御すると共に、滑り軸受を気体潤滑軸受として動作させるようにポンプを制御し、モータ回転速度が第２速度以上であるときには、滑り軸受を適用するように切り替え機構を制御すると共に、ポンプを停止させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの軸受システムであって、
モータの回転軸を支持する転がり軸受と、
前記回転軸の軸線上において前記転がり軸受と並列して配置され、前記回転軸を支持する滑り軸受であって、当該滑り軸受に供給される気体により気体潤滑を行う気体潤滑軸受として動作可能に構成された、前記滑り軸受と、
前記滑り軸受に前記気体を供給するポンプと、
前記転がり軸受が前記回転軸を支持する軸受として機能し且つ前記滑り軸受が前記回転軸を支持する軸受として機能しない第１状態と、前記滑り軸受が前記回転軸を支持する軸受として機能し且つ前記転がり軸受が前記回転軸を支持する軸受として機能しない第２状態と、のいずれか一方に設定可能に構成された切り替え機構と、
前記モータの回転速度を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出された前記回転速度に基づき、前記ポンプ及び前記切り替え機構を制御するように構成された制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記回転速度が第１速度未満であるときには、前記切り替え機構を前記第１状態に設定し、
前記回転速度が前記第１速度以上で且つ当該第１速度よりも高い第２速度未満であるときには、前記切り替え機構を前記第２状態に設定すると共に、前記滑り軸受を前記気体潤滑軸受として動作させるように前記ポンプを制御し、
前記回転速度が前記第２速度以上であるときには、前記切り替え機構を前記第２状態に設定すると共に、前記ポンプを停止させる、
ように構成されている、ことを特徴とするモータの軸受システム。

【請求項2】

モータの軸受システムであって、
複数の転動体を備え、モータの回転軸を支持する軸受であって、転がり軸受として動作するか、又は、当該軸受に供給される気体により気体潤滑を行う気体潤滑軸受として動作するように構成された、前記軸受と、
前記軸受に前記気体を供給するポンプと、
前記モータの回転速度を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出された前記回転速度に基づき、前記ポンプを制御するように構成された制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記回転速度が第１速度未満であるときには、前記軸受を前記転がり軸受として動作させるように、前記ポンプを停止させるか、又は、前記回転速度が前記第１速度以上であるときよりも前記ポンプの駆動力を小さくし、
前記回転速度が前記第１速度以上で且つ当該第１速度よりも高い第２速度未満であるときには、前記軸受を前記気体潤滑軸受として動作させるように前記ポンプを制御し、
前記回転速度が前記第２速度以上であるときには、前記ポンプを停止させる、
ように構成されている、ことを特徴とするモータの軸受システム。

【請求項3】

前記転がり軸は、外輪、内輪及びこれらの間に設けられた転動体を有し、
前記切り替え機構は、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えるべく、前記転がり軸受において前記外輪及び前記内輪と前記転動体とを接触させる状態と、前記外輪又は前記内輪と前記転動体とを非接触にする状態と、を切り替えるように、前記転がり軸受の一部分を移動可能に構成されている、請求項１に記載のモータの軸受システム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記回転軸に付与されるラジアル荷重が大きいほど、前記第１速度を高く設定するように構成されている、請求項１又は２に記載のモータの軸受システム。

【請求項5】

前記制御装置は、前記回転軸に付与されるラジアル荷重が大きいほど、前記第２速度を高く設定するように構成されている、請求項１又は２に記載のモータの軸受システム。

【請求項6】

前記制御装置は、前記モータの軸受システムが搭載された車両が走行する路面の状態に基づき、前記回転軸に付与される前記ラジアル荷重を予測するように構成されている、請求項４に記載のモータの軸受システム。

【請求項7】

前記制御装置は、前記モータの軸受システムが搭載された車両が走行する路面の状態に基づき、前記回転軸に付与される前記ラジアル荷重を予測するように構成されている、請求項５に記載のモータの軸受システム。

【請求項8】

前記制御装置は、前記モータの軸受システムが搭載された車両の操舵角及び／又は操舵速度が大きいほど、前記第１速度を高く設定するように構成されている、請求項１又は２に記載のモータの軸受システム。

【請求項9】

前記制御装置は、前記モータの軸受システムが搭載された車両の操舵角及び／又は操舵速度が大きいほど、前記第２速度を高く設定するように構成されている、請求項１又は２に記載のモータの軸受システム。

【請求項10】

前記制御装置は、前記モータの軸受システムが搭載された車両の車速が高いほど、前記第１速度を高く設定するように構成されている、請求項１又は２に記載のモータの軸受システム。

【請求項11】

前記制御装置は、前記モータの軸受システムが搭載された車両の車速が高いほど、前記第２速度を高く設定するように構成されている、請求項１又は２に記載のモータの軸受システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータの軸受システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば車両の動力源（エンジンやモータ）の回転軸などを支持する軸受として、転がり軸受や滑り軸受が用いられている。転がり軸受は、低回転領域においてフリクションが小さい一方、滑り軸受は、低回転領域においてフリクションが大きい。他方で、転がり軸受は、転がり疲労により寿命が有限であるが、滑り軸受は、潤滑が適切な条件下では寿命が永久的である。

【0003】

ここで、転がり軸受及び滑り軸受の両方を有するようにシステムを構成して、上記のような各軸受の特性に応じて、適用する軸受を切り替える技術が提案されている。例えば、特許文献１には、エンジンのクランクシャフトやカムシャフトを支持する軸受として転がり軸受及び滑り軸受を用いるシステムに関して、回転数が低い始動時には転がり軸受のみを機能させ、この始動後には滑り軸受のみを機能させることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－１９７２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したように、エンジンにおいては、高回転領域において、滑り軸受を適用するのが効果的である。この滑り軸受には、一般的に、潤滑油による流体潤滑が用いられている。ところで、エンジンよりも高回転で動作するモータでは、このような滑り軸受をモータの高回転領域において適用すると、潤滑油の流体摩擦や抵抗が大きくなり、モータの電費が低下するという問題がある。

【0006】

このような問題を解決するために、本件発明者は、潤滑油よりも粘度が小さい気体での潤滑（気体潤滑）を用いる気体潤滑軸受（例えば空気軸受）を、滑り軸受に適用することを考えた。この気体潤滑軸受を実現するためには、軸受と回転軸との接触防止のために、これらの間に気体層を確実に形成する必要がある。この気体層の形成には、所謂くさび効果及び絞り効果を利用するのが良いと考えられる。しかしながら、くさび効果及び絞り効果は基本的には高回転領域でしか得られないので、これら効果を利用しようとする方法では、低回転領域において軸受と回転軸とが接触してしまう可能性がある。そのため、この接触リスクを回避しようとすると、気体潤滑軸受を適用する回転領域が限定されるため、電費改善を確保しにくくなる。

【0007】

そこで、本件発明者は、低回転領域において気体潤滑軸受のための気体層を確実に形成するために、ポンプにより静圧を軸受に付与することを考えた。しかしながら、ポンプの消費電力は電費低下に繋がるため、ポンプの作動を最小限に抑えることが望ましい。ここで、気体層の形成は、ポンプにより付与される静圧に対して、上述したくさび効果及び絞り効果による圧力を合算したものに因る。これら効果は、気体の粘度や摺動速度や圧力から決まる。また、これら効果の発生度合いは、モータ回転速度（一義的に回転数となる。以下同様とする。）から把握することができる。

【0008】

本件発明者が行った実験によれば、モータの低回転領域では、くさび効果及び絞り効果が得られないので、気体潤滑軸受を適用することによる電費改善代が、気体潤滑軸受を実現するためのポンプ作動による電費低下代よりも低くなるため、気体潤滑軸受を適用すべきでないことがわかった。また、摺動速度が極めて大きくなるようなモータの高回転領域では、大きなくさび効果及び絞り効果が得られるので、ポンプにより静圧を付与しなくても、気体潤滑軸受を実現できることがわかった。本件発明者は、このような知見に基づき、モータ回転速度に応じて気体潤滑軸受に関する制御を行うことを着想し、本発明を完成させたのである。

【0009】

本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものであり、気体潤滑軸受として動作可能に構成された軸受を有するモータの軸受システムにおいて、モータ回転速度に応じて軸受に関する制御を的確に行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明は、モータの軸受システムであって、モータの回転軸を支持する転がり軸受と、回転軸の軸線上において転がり軸受と並列して配置され、回転軸を支持する滑り軸受であって、当該滑り軸受に供給される気体により気体潤滑を行う気体潤滑軸受として動作可能に構成された、滑り軸受と、滑り軸受に気体を供給するポンプと、転がり軸受が回転軸を支持する軸受として機能し且つ滑り軸受が回転軸を支持する軸受として機能しない第１状態と、滑り軸受が回転軸を支持する軸受として機能し且つ転がり軸受が回転軸を支持する軸受として機能しない第２状態と、のいずれか一方に設定可能に構成された切り替え機構と、モータの回転速度を検出する検出装置と、検出装置により検出された回転速度に基づき、ポンプ及び切り替え機構を制御するように構成された制御装置と、を有し、制御装置は、回転速度が第１速度未満であるときには、切り替え機構を第１状態に設定し、回転速度が第１速度以上で且つ当該第１速度よりも高い第２速度未満であるときには、切り替え機構を第２状態に設定すると共に、滑り軸受を気体潤滑軸受として動作させるようにポンプを制御し、回転速度が第２速度以上であるときには、切り替え機構を第２状態に設定すると共に、ポンプを停止させる、ように構成されている、ことを特徴とする。

【0011】

このように構成された本発明では、制御装置は、モータ回転速度から、くさび効果及び絞り効果の度合いを把握して、軸受に関する制御を行う。モータ回転速度は、くさび効果及び絞り効果の度合いを的確に反映するものなので、本発明によれば、簡易な構成にて、この制御を精度良く行うことが可能となる。
具体的には、本発明では、モータ回転速度が第１速度未満であるときには、くさび効果及び絞り効果がほとんど得られないため、滑り軸受を気体潤滑軸受として動作させるために必要なポンプの消費電力が非常に大きくなるので、制御装置は、回転軸を支持するように機能させる軸受として、滑り軸受を適用せずに、転がり軸受を適用する。これにより、気体潤滑軸受を実現するためのポンプ作動による電費悪化を抑制できる。
また、本発明では、モータ回転速度が第１速度以上で第２速度未満であるときには、くさび効果及び絞り効果がある程度得られるため、滑り軸受を気体潤滑軸受として動作させるために必要なポンプの消費電力が比較的小さくなるので、制御装置は、回転軸を支持するように機能させる軸受として滑り軸受を適用する。この場合、気体潤滑軸受としての滑り軸受を適用することによる電費改善代が、気体潤滑軸受を実現するためのポンプ作動による電費低下代よりも高くなるので、気体潤滑軸受の適用による電費改善効果を確保することができる。
また、本発明では、モータ回転速度が第２速度以上であるときには、摺動速度が極めて大きいため、ポンプにより静圧を付与しなくても気体潤滑軸受を実現できるので、制御装置は、ポンプを停止しつつ、回転軸を支持するように機能させる軸受として滑り軸受を適用する。これにより、気体潤滑軸受の適用による電費改善効果を最大限得ることができる。
以上のように、本発明によれば、モータ回転速度に応じて軸受に関する制御を的確に行うことができる。

【0012】

他の観点では、上記の目的を達成するために、本発明は、モータの軸受システムであって、複数の転動体を備え、モータの回転軸を支持する軸受であって、転がり軸受として動作するか、又は、当該軸受に供給される気体により気体潤滑を行う気体潤滑軸受として動作するように構成された、軸受と、軸受に気体を供給するポンプと、モータの回転速度を検出する検出装置と、検出装置により検出された回転速度に基づき、ポンプを制御するように構成された制御装置と、を有し、制御装置は、回転速度が第１速度未満であるときには、軸受を転がり軸受として動作させるように、ポンプを停止させるか、又は、回転速度が第１速度以上であるときよりもポンプの駆動力を小さくし、回転速度が第１速度以上で且つ当該第１速度よりも高い第２速度未満であるときには、軸受を気体潤滑軸受として動作させるようにポンプを制御し、回転速度が第２速度以上であるときには、軸受を気体潤滑軸受として動作させつつ、ポンプを停止させる、ように構成されている、ことを特徴とする。
このように構成された本発明によっても、モータ回転速度に応じて、ポンプを用いて軸受に関する制御を的確に行うことができる。特に、上記の本発明では、１つの軸受が、転がり軸受及び気体潤滑軸受として選択的に動作するように構成されているので、軸受に関する制御を簡易な構成にて実現することができる。

【0013】

本発明において、好ましくは、転がり軸は、外輪、内輪及びこれらの間に設けられた転動体を有し、切り替え機構は、第１状態と第２状態とを切り替えるべく、転がり軸受において外輪及び内輪と転動体とを接触させる状態と、外輪又は内輪と転動体とを非接触にする状態と、を切り替えるように、転がり軸受の一部分を移動可能に構成されている。
このように構成された本発明によれば、切り替え機構を用いて、モータの回転軸を支持するように機能させる軸受を転がり軸受と滑り軸受との間で適切に切り替えることができる。

【0014】

本発明において、好ましくは、制御装置は、回転軸に付与されるラジアル荷重が大きいほど、第１速度を高く設定するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、回転軸に付与されるラジアル荷重（ラジアル加速度に一義的に対応する）が大きいときには、軸受と回転軸との間の気体層を確保しにくくなるため、第１速度を高く設定することで、気体潤滑軸受への切り替えを制限する。これにより、ラジアル荷重が大きいときに、軸受が回転軸に接触することを回避でき、安全性及び信頼性を確保することが可能となる。

【0015】

本発明において、好ましくは、制御装置は、回転軸に付与されるラジアル荷重が大きいほど、第２速度を高く設定するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、ラジアル荷重が大きいときには、軸受と回転軸との間の気体層を確保しにくくなるため、第２速度を高く設定することで、気体潤滑軸受の適用時におけるポンプの停止を制限する。これにより、ラジアル荷重が大きいときに、軸受が回転軸に接触することを回避でき、安全性及び信頼性を確保することが可能となる。

【0016】

本発明において、好ましくは、制御装置は、モータの軸受システムが搭載された車両が走行する路面の状態に基づき、回転軸に付与されるラジアル荷重を予測するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、路面の状態に基づき予測された将来のラジアル荷重を用いることで、ラジアル荷重が大きくなって軸受が回転軸に接触することを効果的に回避することができる。

【0017】

本発明において、好ましくは、制御装置は、モータの軸受システムが搭載された車両の操舵角及び／又は操舵速度が大きいほど、第１速度を高く設定するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、操舵角や操舵速度が大きいときには、ラジアル荷重が大きくなる傾向にあるので、第１速度を高く設定することで、気体潤滑軸受への切り替えを制限する。これによっても、ラジアル荷重が大きくなって軸受が回転軸に接触することを適切に回避することができる。

【0018】

本発明において、好ましくは、制御装置は、モータの軸受システムが搭載された車両の操舵角及び／又は操舵速度が大きいほど、第２速度を高く設定するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、操舵角や操舵速度が大きいときには、ラジアル荷重が大きくなる傾向にあるので、第２速度を高く設定することで、気体潤滑軸受の適用時におけるポンプの停止を制限する。これによっても、ラジアル荷重が大きくなって滑り軸受が回転軸に接触することを適切に回避することができる。

【0019】

本発明において、好ましくは、制御装置は、モータの軸受システムが搭載された車両の車速が高いほど、第１速度を高く設定するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、車速が高いときには、ラジアル荷重が大きくなる傾向にあるので、第１速度を高く設定することで、気体潤滑軸受への切り替えを制限する。これによっても、ラジアル荷重が大きくなって軸受が回転軸に接触することを適切に回避することができる。

【0020】

本発明において、好ましくは、制御装置は、モータの軸受システムが搭載された車両の車速が高いほど、第２速度を高く設定するように構成されている。
このように構成された本発明によれば、車速が高いときには、ラジアル荷重が大きくなる傾向にあるので、第２速度を高く設定することで、気体潤滑軸受の適用時におけるポンプの停止を制限する。これによっても、ラジアル荷重が大きくなって軸受が回転軸に接触することを適切に回避することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、気体潤滑軸受として動作可能に構成された軸受を有するモータの軸受システムにおいて、モータ回転速度に応じて軸受に関する制御を的確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施形態によるモータの軸受システムの概略構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態によるモータの軸受システムの電気的構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第１実施形態によるモータ軸受制御の基本概念についての説明図である。

【図4】本発明の第１実施形態によるモータ軸受制御を示すタイムチャートである。

【図5】本発明の第１実施形態によるモータ軸受制御を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第１実施形態によるラジアル加速度の予測方法についての説明図である。

【図7】本発明の第１実施形態の変形例によるモータの軸受システムの概略構成図である。

【図8】本発明の第２実施形態によるモータ軸受制御を示すフローチャートである。

【図9】本発明の第２実施形態によるラジアル加速度に基づく第１速度及び第２速度の設定方法についての説明図である。

【図10】本発明の第２実施形態による操舵角、操舵速度、及び車速に基づく第１速度及び第２速度の設定方法についての説明図である。

【図11】本発明の第３実施形態によるモータの軸受システムの概略構成図である。

【図12】本発明の第３実施形態によるモータの軸受システムにおいてポンプが作動していないときの転がり軸受の状態を示す断面図である。

【図13】本発明の第３実施形態によるモータの軸受システムにおいてポンプが作動しているときの転がり軸受の状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるモータの軸受システムを説明する。

【0024】

［第１実施形態］
ここでは、本発明の第１実施形態について説明する。まず、図１及び図２を参照して、第１実施形態によるモータの軸受システムの構成について説明する。図１は、第１実施形態によるモータの軸受システムの概略構成図である。図２は、第１実施形態によるモータの軸受システムの電気的構成を示すブロック図である。

【0025】

図１に示すように、モータの軸受システム１００は、車両に搭載され、主に、車両を駆動するモータ１（図１ではその詳細の図示を省略）と、モータ１の回転軸２と、回転軸２を支持する一対の滑り軸受３と、回転軸２の軸線上において滑り軸受３と並列して配置され、回転軸２を支持する一対の転がり軸受４と、これらモータ１、回転軸２、滑り軸受３及び転がり軸受４を収容するハウジング１２と、を有する。

【0026】

転がり軸受４は、例えばアンギュラ玉軸受であり、外輪５ａ、５ｂと、回転軸２に装着された内輪６と、これら外輪５ａ、５ｂと内輪６との間に介装された複数の転動体（玉やころ）７と、を有する。回転軸２の左端側にある転がり軸受４の外輪５ｂは、円筒状の外輪固定部材８の内周側に装着される一方、回転軸２の右端側にある転がり軸受４の外輪５ａは、円筒状の外輪可動部材９の内周側に装着されている。後者の外輪可動部材９は、一端外周にネジ溝１０を有し、他端外周に扇状歯車１１を有している。

【0027】

外輪５ａを装着した外輪可動部材９のネジ溝１０は、ハウジング１２の右端内周に形成されたネジ溝１３と螺合する。外輪５ｂを装着した外輪固定部材８は、ハウジング１２の左端に固定されている。また、このようなハウジング１２の右端側外周には、図示しないモータ及び減速機を内蔵する切り替え駆動装置１５が設けられている。この切り替え駆動装置１５は、駆動軸１６及びこの駆動軸１６に固定された駆動歯車１７を有し、この駆動歯車１７は、外輪可動部材９の扇状歯車１１と歯合している。

【0028】

また、モータの軸受システム１００は、更に、回転軸２と滑り軸受３との間に気体層を形成して滑り軸受３に気体潤滑を行わせるべく、つまり滑り軸受３を回転軸２から浮遊させて気体潤滑軸受として動作させるべく、滑り軸受３に対して気体（典型的には空気であるが、オイルガスや冷媒でもよい）を供給するポンプ３０を有する。具体的には、ポンプ３０は、一対の滑り軸受３のそれぞれにおける回転軸２との間の隙間（回転軸２の径方向において規定されるラジアル隙間）に、気体を気体供給通路３１から供給する。この気体供給通路３１は、滑り軸受３に接続される下流側の部分３１ａが、ハウジング１２及び滑り軸受３内に形成されている。これにより、例えば、滑り軸受３は、回転軸２の外周面と、回転軸２及び滑り軸受３を取り囲むハウジング１２の内周面との間に浮遊可能に構成されている。

【0029】

なお、上記した、外輪可動部材９（ネジ溝１０及び扇状歯車１１を含む）、ハウジング１２のネジ溝１３、切り替え駆動装置１５（駆動軸１６及び駆動歯車１７を含む）は、回転軸２を支持するように機能させる軸受を、転がり軸受４と滑り軸受３との間で切り替えるための切り替え機構２０を構成する。

【0030】

ここで、切り替え機構２０による軸受の切り替え動作について説明する。まず、転がり軸受４において転動体７が外輪５ａ、５ｂ及び内輪６と接触している基本的な状態では、転がり軸受４が回転軸２を支持する軸受として機能する。この状態では、滑り軸受３と回転軸２との間にはラジアル隙間が生じており、滑り軸受３は回転軸２と接触しない。したがって、滑り軸受３は、回転軸２を支持する軸受として機能しない。まとめると、上述したような状態は、転がり軸受４が回転軸２を支持する軸受として機能し且つ滑り軸受３が回転軸２を支持する軸受として機能しない状態（第１状態）に相当する。

【0031】

続いて、切り替え機構２０の切り替え駆動装置１５が駆動軸１６を介して駆動歯車１７を回転させると、駆動歯車１７と歯合している扇状歯車１１が回転し、この扇状歯車１１に連結されたネジ溝１０も回転することで、当該ネジ溝１０がハウジング１２のネジ溝１３に沿って軸方向で図１の右方向に移動する。これにより、ネジ溝１０及び扇状歯車１１を有する外輪可動部材９全体が右方向に移動する。その結果、外輪５ａも右方向に移動することで、外輪５ａが転動体７と離間する（つまり非接触となる）。また、こうして外輪５ａ（回転軸２の右端側にある転がり軸受４の外輪５ａである）が移動すると、回転軸２も右方向に移動する。その結果、回転軸２の左端側にある転がり軸受４の内輪６が移動することで、当該転がり軸受４の外輪５ｂも転動体７と離間する（つまり非接触となる）。以上のように切り替え機構２０が動作すると、つまり切り替え機構２０の切り替え駆動装置１５が駆動すると、転がり軸受４が回転軸２を支持する軸受として機能しなくなる。

【0032】

他方で、このように転がり軸受４において外輪５ａ、５ｂが転動体７と離間した状態では、転がり軸受４内にラジアル隙間が生じるが、このラジアル隙間は、上記した滑り軸受３と回転軸２との間のラジアル隙間よりも大きい。そのため、回転軸２等が、自重や外部負荷により下方に移動することで、回転軸２が滑り軸受３と接触可能な状態となる。これにより、滑り軸受３が回転軸２を支持する軸受として機能する状態となる。基本的には、本実施形態では、この状態において、上述したようにポンプ３０から気体を供給して回転軸２と滑り軸受３との間に気体層を形成するので、滑り軸受３が回転軸２と接触することはない。まとめると、以上述べたような状態、つまり切り替え機構２０の切り替え駆動装置１５が駆動した状態では、滑り軸受３が回転軸２を支持する軸受として機能し且つ転がり軸受４が回転軸２を支持する軸受として機能しない状態（第２状態）となる。

【0033】

なお、上記した例では、歯車やネジ溝などを利用して、外輪５ａを移動させていたが、他の例では、所定の押し出し機構を用いて外輪５ａを移動させてもよい。この例では、バネで付勢した状態にある外輪５ａに対して、このバネによる付勢力に打ち勝つように、押し出し機構による押し出し力を付与すればよい。また、上記した例では、外輪５ａ、５ｂを転動体７と離間させていたが、更に他の例では、外輪５ａ、５ｂの代わりに内輪６を転動体７と離間させるようにしてもよい。

【0034】

次に、図２に示すように、モータの軸受システム１００は、符号６１～７４で示すような各種のセンサ類と、この各種のセンサ類から各種信号が入力される制御装置５０と、この制御装置５０から供給される制御信号により制御される、上述した切り替え駆動装置１５及びポンプ３０、及び、モータ１に接続されたインバータ２２と、を有する。制御装置５０は、１つ以上のプロセッサ５０ａ（典型的にはＣＰＵ）と、当該プロセッサ５０ａ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）や各種のデータを記憶するＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ５０ｂと、を備えるコンピュータにより構成される。

【0035】

具体的には、モータの軸受システム１００は、車両の速度（車速）を検出する車速センサ６１と、車両の加速度を検出する加速度センサ６２と、アクセルペダルの踏込み量に対応するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ６３と、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ６４と、ステアリングホイールの回転角度（操舵角）を検出する操舵角センサ６５と、モータ１の回転速度（一義的に回転数）を検出するモータ回転速度センサ６６と、モータ１のトルクを検出するモータトルクセンサ６７と、ポンプ３０の圧力を検出するポンプ圧力センサ６８と、滑り軸受３及び転がり軸受４において径方向に付与される荷重（ラジアル荷重）を検出する軸受荷重センサ６９と、を有する。なお、モータ回転速度センサ６６は、本発明における「検出装置」に相当する。

【0036】

更に、モータの軸受システム１００は、車両の周囲を撮影する車両カメラ７０と、車両の周囲に存在する対象物（他車両や歩行者や障害物など）の位置及び速度を測定するレーダ７１（例えばミリ波レーダ）と、車車間通信や路車間通信などを行う通信装置７２と、ＧＰＳシステムやジャイロシステムなどを含み、車両の位置を検出する測位システム７３と、地図データを格納しているナビシステム７４と、を有する。なお、レーダ７１の代わりに、レーザレーダや超音波センサなどを用いてもよい。

【0037】

次に、図３を参照して、第１実施形態によるモータ軸受制御の基本概念について説明する。ここでは、第１実施形態によるモータ軸受制御と、比較例によるモータ軸受制御とを対比説明する。図３は、横軸にモータ回転速度を示し、縦軸に軸摩擦トルクを示している。

【0038】

比較例によるモータ軸受制御では、モータの回転軸を支持するように機能させる軸受を、転がり軸受と、潤滑油による流体潤滑を用いる滑り軸受とで切り替えるようにする。具体的には、比較例では、モータ回転速度が領域Ｒ１１（以下では適宜「低回転領域」と呼ぶ。）にあるときには、回転軸２を支持するように機能させる軸受として転がり軸受を適用する一方で、モータ回転速度が低回転領域Ｒ１１よりも高い領域Ｒ１２にあるときには、回転軸２を支持するように機能させる軸受として滑り軸受を適用する。この制御は、特許文献１に記載された技術に相当する。

【0039】

図３において、グラフＧ１１は、転がり軸受で生じる軸摩擦トルク、つまり直接接触による境界潤滑摩擦を示し、グラフＧ１２は、潤滑油による流体潤滑を用いる滑り軸受で生じる軸摩擦トルク、つまり潤滑油の流体潤滑摩擦を示している。したがって、上記した比較例によるモータ軸受制御において生じる軸摩擦トルクは、グラフＧ１１に示す軸摩擦トルクとグラフＧ１２に示す軸摩擦トルクとを加算したもの、つまりグラフＧ２１に示すものとなる。この場合、領域Ｒ１２においてモータ回転速度が高くなるほど軸摩擦トルクが大きく増加しているのは、グラフＧ１３に示すような、転がり軸受内の転動体の変形による摩擦増加によるものである。

【0040】

これに対して、第１実施形態では、上述したように、モータ１の回転軸２を支持するように機能させる軸受を、転がり軸受４と、ポンプ３０から供給される気体により気体潤滑軸受として動作可能な滑り軸受３とで切り替えるようにする。まず、低回転領域Ｒ１１では、「発明が解決しようとする課題」のセクションで述べたように、くさび効果及び絞り効果がほとんど得られないので、気体潤滑軸受として動作させた滑り軸受３を適用することで得られる電費改善代が、この気体潤滑軸受を実現するためにポンプ３０を作動させることによる電費低下代よりも低くなる（つまりポンプ３０の消費電力が非常に大きくなる）。そのため、制御装置５０は、低回転領域Ｒ１１では、ポンプ３０を停止した状態において、回転軸２を支持するように機能させる軸受として転がり軸受４を適用するように、切り替え機構２０の切り替え駆動装置１５を制御する。つまり、制御装置５０は、滑り軸受３を機能させないようにし、転がり軸受４のみを機能させるように、切り替え駆動装置１５を制御する。

【0041】

一方で、このようなモータ回転速度が低回転領域Ｒ１１を超えると、つまり低回転領域Ｒ１１よりも高い領域Ｒ１２においては、くさび効果及び絞り効果をある程度得られるようになるので、気体潤滑軸受として動作させる滑り軸受３を適用することで得られる電費改善代が、この気体潤滑軸受を実現するためにポンプ３０を作動させることによる電費低下代よりも高くなる。そのため、制御装置５０は、領域Ｒ１２では、回転軸２を支持するように機能させる軸受として滑り軸受３を適用するように、切り替え駆動装置１５を制御する。また、摺動速度が極めて高くなる、領域Ｒ１２内の高回転側の領域Ｒ１４では、大きなくさび効果及び絞り効果が得られるため、ポンプ３０により静圧を付与しなくても気体潤滑軸受を実現できる。したがって、第１実施形態では、制御装置５０は、滑り軸受３を機能させる領域Ｒ１２において、低回転側の領域Ｒ１３（以下では適宜「中回転領域」と呼ぶ。）では、ポンプ３０を作動させつつ、滑り軸受３のみを機能させるように切り替え駆動装置１５を制御する一方で、高回転側の領域Ｒ１４（以下では適宜「高回転領域」と呼ぶ。）では、ポンプ３０を停止して、滑り軸受３のみを機能させるように切り替え駆動装置１５を制御する。

【0042】

図３において、グラフＧ１４は、気体潤滑軸受として動作させた滑り軸受３で生じる軸摩擦トルク、つまり気体潤滑摩擦を示している。したがって、上記した第１実施形態によるモータ軸受制御において生じる軸摩擦トルクは、グラフＧ１１に示す軸摩擦トルクとグラフＧ１４に示す軸摩擦トルクとを加算したもの、つまりグラフＧ２２に示すものとなる。このようなグラフＧ２２に示す第１実施形態による軸摩擦トルクを、グラフＧ２１に示す比較例による軸摩擦トルクと比較すると、第１実施形態によれば、軸摩擦トルクを大幅に低減していることがわかる。したがって、第１実施形態によれば、比較例と比較して、電費を効果的に改善することができると言える。

【0043】

次に、図４を参照して、第１実施形態によるモータ軸受制御の基本的な流れについて説明する。図４は、第１実施形態によるモータ軸受制御を示すタイムチャートである。図４は、横軸に時間を示し、上から順に、モータ回転速度、切り替え機構２０の切り替え駆動装置１５に供給される信号（以下では「軸受切り替え信号」と呼ぶ。）、ポンプ３０のオン／オフ信号、ポンプ圧力を示している。

【0044】

図４に示すように、制御装置５０は、時刻ｔ０でモータ１を始動させると、ポンプ３０をオフにした状態において、転がり軸受４のみを機能させるように切り替え機構２０を設定する（この場合、切り替え駆動装置１５に供給される軸受切り替え信号はオフである）。そして、モータ回転速度が、上記の中回転領域Ｒ１３の下限値に対応する第１速度Ｖ１に達する時刻ｔ１において、制御装置５０は、切り替え駆動装置１５に供給する軸受切り替え信号をオンにすることで、滑り軸受３のみを機能させるようにする、つまり、モータ１の回転軸２を支持するように機能させる軸受を、転がり軸受４から滑り軸受３に切り替えるようにする。これとほぼ同時に、制御装置５０は、ポンプ３０をオンにすることで（ポンプ圧力を発生させる）、ポンプ３０からの気体により回転軸２と滑り軸受３との間に気体層を形成して、滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるようにする。なお、所望のポンプ圧力が発生するまでの時間を考慮して、軸受切り替え信号をオンにする前に、ポンプ３０をオン（ポンプ信号をオン）にしてもよい。

【0045】

そして、モータ回転速度が、上記の高回転領域Ｒ１４の下限値に対応する第２速度Ｖ２に達する時刻ｔ２において、制御装置５０は、切り替え駆動装置１５に供給する軸受切り替え信号をオンにしつつ、ポンプ３０をオフにする（ポンプ圧力を０にする）。こうするのは、高回転領域Ｒ１４では、摺動速度が極めて高くなり、大きなくさび効果及び絞り効果が得られるため、ポンプ３０を作動させなくても気体潤滑軸受を実現できるからである。

【0046】

次に、図５を参照して、第１実施形態によるモータ軸受制御の具体的な流れについて説明する。図５は、第１実施形態によるモータ軸受制御を示すフローチャートである。このフローは、制御装置５０によって所定の周期で繰り返し実行される。より詳しくは、制御装置５０内のプロセッサ５０ａが、メモリ５０ｂに記憶されたプログラムを読み出して、当該プログラムを実行することで、このフローに係るモータ軸受制御が実現される。

【0047】

まず、ステップＳ１０１において、制御装置５０は、図２に示した各種のセンサ類６１～７４から各種信号を取得する。そして、ステップＳ１０２において、制御装置５０は、モータ１が停止中であるか否かを判定する。例えば、制御装置５０は、モータ回転速度センサ６６から供給された信号に対応するモータ回転速度に基づき、モータ１が停止中であるか否かを判定する。その結果、制御装置５０は、モータ１が停止中であると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進み、モータ１が停止中であると判定しなかった場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、モータ軸受制御を終了する。

【0048】

次いで、ステップＳ１０３において、制御装置５０は、モータ１の回転軸２を支持するように機能させる軸受として転がり軸受４を適用するように、切り替え機構２０の切り替え駆動装置１５を設定する。例えば、制御装置５０は、滑り軸受３が回転軸２を支持するように機能している状態にある場合には、回転軸２を支持するように機能させる軸受を、滑り軸受３から転がり軸受４に切り替えるように、切り替え駆動装置１５を制御する。

【0049】

次いで、ステップＳ１０４において、制御装置５０は、車両の始動要求があるか否かを判定する。例えば、制御装置５０は、アクセル開度センサ６３から供給された信号に対応するアクセル開度に基づき、始動要求があるか否かを判定する。その結果、制御装置５０は、始動要求があると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進み、モータ１を始動させる一方、始動要求があると判定しなかった場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、モータ軸受制御を終了する。

【0050】

次いで、ステップＳ１０６において、制御装置５０は、モータ１の回転軸２に付与されるラジアル加速度を予測する。このラジアル加速度は、滑り軸受３及び転がり軸受４にも同様に付与されるものである。また、ラジアル加速度は、ラジアル荷重に一義的に対応するものである。よって、ラジアル加速度の代わりにラジアル荷重を直接用いてもよいが、その場合、車両の重量などからラジアル加速度をラジアル荷重に変換すればよい（以下同様とする）。

【0051】

ラジアル加速度は、例えば、悪路の走行時や、段差の走行時や、操舵角が大きい時や、パワーホップ発生時などにおいて、大きくなる。このようにラジアル加速度が大きい状態では、滑り軸受３と回転軸２との間の気体層を確保しにくくなるため、この状態において気体潤滑軸受として動作させる滑り軸受３を適用すると、滑り軸受３が回転軸２に接触する可能性がある。したがって、本実施形態では、ラジアル加速度が大きいときには、たとえモータ回転速度が高くなっても（つまりモータ回転速度が中回転領域Ｒ１３に達しても）、滑り軸受３を適用しないようにして、つまり回転軸２を支持するように機能させる軸受として転がり軸受４を適用するようにして、滑り軸受３の回転軸２への接触リスクを回避して安全性及び信頼性を確保している。

【0052】

また、上記のようなラジアル加速度に関して、現在発生している値（例えば軸受荷重センサ６９により検出されたラジアル荷重から求めることができる）に基づき軸受制御を行っても、安全性及び信頼性を十分に確保することができない。これは、現在発生しているラジアル加速度を用いた場合には、的確な軸受制御が間に合わないからである。特に、ラジアル加速度は、徐々に大きくなるというよりも、急に大きくなる傾向にあるからである。したがって、本実施形態では、将来発生するラジアル加速度を予測し、このラジアル加速度に基づき軸受制御を行う。

【0053】

このような観点から、制御装置５０は、ステップＳ１０６においてラジアル加速度を予測し、このステップＳ１０６以降においてラジアル加速度に応じた処理を行っているのである。

【0054】

ここで、図６を参照して、ステップＳ１０６で行われるラジアル加速度の予測方法の一例について説明する。図６に示すように、制御装置５０は、車両カメラ７０により撮影された車両の周囲の画像や、レーダ７１により測定された車両の周囲に存在する対象物の位置及び速度や、ナビシステム７４に格納された地図データや、通信装置７２による車車間通信や路車間通信にて得られた信号などに基づき、車両が走行する路面の状態を示す路面情報を取得する。例えば、制御装置５０は、路面情報として、進路に存在するカーブや悪路や段差などの情報を取得する。この場合、制御装置５０は、通信装置７２による車車間通信により、悪路による自車両の振動を把握可能である。そして、制御装置５０は、このような路面情報と車速から、回転軸２にこれから付与されるラジアル加速度を予測する。例えば、制御装置５０は、路面の状態が悪路である場合には、その悪路の程度に応じた大きな値を有するラジアル加速度を予測する。

【0055】

図５に戻ると、制御装置５０は、ステップＳ１０６においてラジアル加速度を予測した後、ステップＳ１０７に進み、このラジアル加速度が所定値未満であるか否かを判定する。その結果、制御装置５０は、ラジアル加速度が所定値未満であると判定した場合には（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進み、ラジアル加速度が所定値未満であると判定しなかった場合には（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０６に戻る。

【0056】

次いで、ステップＳ１０８において、制御装置５０は、モータ回転速度センサ６６により検出されたモータ回転速度が第１速度Ｖ１以上であるか否か、つまりモータ回転速度が中回転領域Ｒ１３にあるか否かを判定する。その結果、制御装置５０は、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上であると判定した場合には（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９に進む。この場合、制御装置５０は、滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるべく、ポンプ３０からの気体により回転軸２と滑り軸受３との間に気体層を形成するように、ポンプ３０を制御する（ステップＳ１０９）。また、ステップＳ１１０において、制御装置５０は、回転軸２を支持するように機能させる軸受を、転がり軸受４から滑り軸受３に切り替えるように、切り替え機構２０の切り替え駆動装置１５を制御する。他方で、制御装置５０は、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上であると判定しなかった場合には（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１０６に戻る。この場合、制御装置５０は、ラジアル加速度が所定値未満で且つモータ回転速度が第１速度Ｖ１以上となるまで、ステップＳ１０６～Ｓ１０８を繰り返す。

【0057】

上述したステップＳ１１０の後、制御装置５０は、ステップＳ１１１に進み、制御装置５０は、モータ１の回転軸２に付与されるラジアル加速度を再度予測する。制御装置５０は、上記のステップＳ１０６と同様に、ラジアル加速度を予測する（図６参照）。ここで、ラジアル加速度が大きい状態では、滑り軸受３と回転軸２との間の気体層を確保しにくくなるので、この状態において滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるためのポンプ３０の作動を停止すると、滑り軸受３が回転軸２に接触する可能性がある。したがって、本実施形態では、ラジアル加速度が大きいときには、たとえモータ回転速度が高くなっても（つまりモータ回転速度が高回転領域Ｒ１４に達しても）、滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるためのポンプ３０の作動を継続するようにして、滑り軸受３の回転軸２への接触リスクを回避して安全性及び信頼性を確保している。このような観点から、制御装置５０は、ステップＳ１１１においてラジアル加速度を再度予測し、このステップＳ１１１以降においてラジアル加速度に応じた処理を行っている。

【0058】

次いで、ステップＳ１１２において、制御装置５０は、ステップＳ１１１で予測したラジアル加速度が所定値未満であるか否かを判定する。このステップＳ１１２の判定で用いられる所定値は、ステップＳ１０７の判定で用いられる所定値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ステップＳ１１２の結果、制御装置５０は、ラジアル加速度が所定値未満であると判定した場合には（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、ラジアル加速度が所定値未満であると判定しなかった場合には（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、ステップＳ１１１に戻る。

【0059】

次いで、ステップＳ１１３において、制御装置５０は、モータ回転速度センサ６６により検出されたモータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であるか否か、つまりモータ回転速度が高回転領域Ｒ１４にあるか否かを判定する。その結果、制御装置５０は、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であると判定した場合には（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４に進む。この場合、ポンプ３０を作動させなくても気体潤滑軸受を実現できるので、制御装置５０は、ポンプ３０を停止する（ステップＳ１１４）。そして、制御装置５０は、モータ軸受制御を終了する。これに対して、制御装置５０は、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であると判定しなかった場合には（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、ステップＳ１１１に戻る。この場合、制御装置５０は、ラジアル加速度が所定値未満で且つモータ回転速度が第２速度Ｖ２以上となるまで、ステップＳ１１１～Ｓ１１３を繰り返す。

【0060】

なお、このようにポンプ３０を停止させる条件として、更に、車両の走行路において直線が続くという条件（例えば高速道路走行時に当該条件が成立する）、及び／又は、車両の走行路において平坦な路面が続くという条件を用いてもよい。制御装置５０は、このような条件を、例えば車両カメラ７０により撮影された車両の周囲の画像やナビシステム７４に格納された地図データなどから、判定することができる。

【0061】

以上述べた第１実施形態では、制御装置５０は、（１）モータ回転速度が第１速度Ｖ１未満であるときには、転がり軸受４が回転軸２を支持する軸受として機能し且つ滑り軸受３が回転軸２を支持する軸受として機能しない第１状態に、切り替え機構２０を設定し、（２）モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上で且つ第２速度Ｖ２未満であるときには、滑り軸受３が回転軸２を支持する軸受として機能し且つ転がり軸受４が回転軸２を支持する軸受として機能しない第２状態に、切り替え機構２０を設定し、且つ、滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるべく当該滑り軸受３に気体を供給するようにポンプ３０を制御し、（３）モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であるときには、上記の第２状態に切り替え機構２０を設定し、且つ、ポンプ３０を停止させる。

【0062】

このような第１実施形態では、モータ回転速度が第１速度Ｖ１未満であるときには、つまりくさび効果及び絞り効果がほとんど得られない低回転領域Ｒ１１では、滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるために必要なポンプ３０の消費電力が非常に大きくなるので、制御装置５０は、回転軸２を支持するように機能させる軸受として、滑り軸受３を適用せずに、転がり軸受４を適用する。これにより、気体潤滑軸受を実現するためのポンプ作動による電費悪化を抑制できる。

【0063】

また、第１実施形態では、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上で第２速度Ｖ２未満であるときには、つまりくさび効果及び絞り効果がある程度得られる中回転領域Ｒ１３では、滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるために必要なポンプ３０の消費電力が比較的小さくなるので、制御装置５０は、回転軸２を支持するように機能させる軸受として滑り軸受３を適用する。この場合、気体潤滑軸受としての滑り軸受３を適用することによる電費改善代が、気体潤滑軸受を実現するためのポンプ作動による電費低下代よりも高くなるので、気体潤滑軸受の適用による電費改善効果を確保することができる。

【0064】

また、第１実施形態では、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であるときには、つまり摺動速度が極めて大きくなる高回転領域Ｒ１４では、ポンプ３０により静圧を付与しなくても気体潤滑軸受を実現できるので、制御装置５０は、ポンプ３０を停止しつつ、回転軸２を支持するように機能させる軸受として滑り軸受３を適用する。これにより、気体潤滑軸受の適用による電費改善効果を最大限得ることができる。

【0065】

また、第１実施形態では、制御装置５０は、このようなモータ軸受制御を、モータ１の回転軸２に付与されるラジアル加速度に基づき行っているので、ラジアル加速度が大きいときに、滑り軸受３が回転軸２に接触するリスクを回避して、安全性及び信頼性を確保することができる。特に、制御装置５０は、走行路の路面状態に基づき予測したラジアル加速度を用いるので、滑り軸受３の回転軸２への接触リスクを効果的に回避することができる。

【0066】

ここで、上記した実施形態の変形例について説明する。なお、変形例は、後述する実施形態にも適用されるものとする。

【0067】

上記した実施形態では、モータ回転速度が第１速度Ｖ１未満であるときに、ポンプ３０を停止させていたが、変形例では、ポンプ３０をある程度作動させてもよい。但し、制御装置５０は、モータ回転速度が第１速度Ｖ１未満であるときには、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上で且つ第２速度Ｖ２未満であるときよりも、ポンプ３０の駆動力を小さくする。

【0068】

また、上記した実施形態では、モータ回転速度に基づきモータ軸受制御を行っていたが、変形例では、モータ回転数に基づきモータ軸受制御を行ってもよい。モータ回転数は、モータ回転速度に一義的に対応するものだからである。

【0069】

また、上記した実施形態では、制御装置５０が切り替え駆動装置１５を制御することで切り替え機構２０を駆動させていたが、換言すると制御装置５０が切り替え機構２０を直接的に制御していたが（図１、図２）、このような実施形態に限定はされない。図７は、第１実施形態の変形例によるモータの軸受システムの概略構成図である。この変形例によるモータの軸受システム１００ａでは、切り替え機構２０ａは、上記した実施形態のように切り替え駆動装置１５により駆動されるものではなく、ポンプ３０により駆動されるように構成されている。具体的には、切り替え機構２０ａにおいては、外輪可動部材９の扇状歯車１１に歯合する駆動歯車１７の駆動軸１６が、上記した実施形態のように切り替え駆動装置１５により駆動されずに、ポンプ３０により駆動されるようになっている。より詳しくは、切り替え機構２０ａの駆動軸１６とポンプ３０の回転軸３２とが、ベルトやチェーンやギヤなどの所定の伝達部材１８を介して接続されており、それにより、ポンプ３０の回転軸３２の回転が切り替え機構２０ａの駆動軸１６に伝達されるようになっている。したがって、ポンプ３０が作動すると、切り替え機構２０ａが駆動されることとなる。このような変形例では、制御装置５０は、切り替え機構２０ａを直接的に制御するのではなく、ポンプ３０を介して切り替え機構２０ａを間接的に制御する。

【0070】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では、モータ１の回転軸２に付与されるラジアル加速度が大きいときに、転がり軸受４から滑り軸受３への切り替えを禁止すると共に、滑り軸受３の適用時におけるポンプ３０の停止を禁止していた（図５のステップＳ１０７、Ｓ１１２）。これに対して、第２実施形態では、ラジアル加速度の大きさに応じて、モータ回転速度を判定するために用いられる第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２を変更することで、ラジアル加速度が大きいときに、転がり軸受４から滑り軸受３への切り替えを禁止すると共に、滑り軸受３の適用時におけるポンプ３０の停止を禁止するようにする点で、第１実施形態と異なる。この目的は、第１実施形態と同様である。すなわち、滑り軸受３と回転軸２との間の気体層を確保しにくくなる、ラジアル加速度が大きいときに、滑り軸受３が回転軸２に接触するリスクを回避することを目的としている。

【0071】

図８は、第２実施形態によるモータ軸受制御を示すフローチャートである。このフローも、制御装置５０によって所定の周期で繰り返し実行される。ここでは、第１実施形態と同様の処理、制御については説明を省略し、第１実施形態と異なる処理、制御のみを説明する。

【0072】

第２実施形態によるモータ軸受制御は、上記のステップＳ１０７、Ｓ１１２の代わりに、ステップＳ２０７、Ｓ２１２を行う点のみ、第１実施形態によるモータ軸受制御（図５）と異なる。ステップＳ２０７、Ｓ２１２は、路面情報に基づき回転軸２に付与されるラジアル加速度（ラジアル加速度の代わりにラジアル荷重を用いてもよい）を予測するステップＳ２０６、Ｓ２１１の後に行われる。これらステップＳ２０７、Ｓ２１２では、制御装置５０は、予測されたラジアル加速度に基づき、モータ回転速度を判定するための第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２をそれぞれ設定する。

【0073】

ここで、図９を参照して、ラジアル加速度に基づく第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２の設定方法について説明する。図９は、横軸にモータ回転速度を示し、縦軸にラジアル加速度を示している。特に、図９は、第２実施形態において適用される、低回転領域Ｒ１１、中回転領域Ｒ１３、高回転領域Ｒ１４のマップを示している。上述したように、低回転領域Ｒ１１は、回転軸２を支持するように機能させる軸受として転がり軸受４を適用する回転領域であり、中回転領域Ｒ１３は、ポンプ３０を作動させつつ、回転軸２を支持するように機能させる軸受として滑り軸受３を適用する回転領域であり、高回転領域Ｒ１４は、ポンプ３０を停止して、回転軸２を支持するように機能させる軸受として滑り軸受３を適用する回転領域である。

【0074】

低回転領域Ｒ１１と中回転領域Ｒ１３との境界（直線Ｌ１１で示す）は、転がり軸受４から滑り軸受３へ切り替えるためにモータ回転速度の判定に用いられる第１速度Ｖ１に対応する。中回転領域Ｒ１３と高回転領域Ｒ１４との境界（直線Ｌ１２で示す）は、滑り軸受３の適用時においてポンプ３０を停止するためにモータ回転速度の判定に用いられる第２速度Ｖ２に対応する。第２実施形態では、直線Ｌ１１に示すように、ラジアル加速度が大きくなるほど、第１速度Ｖ１を高く設定しており、また、直線Ｌ１２に示すように、ラジアル加速度が大きくなるほど、第２速度Ｖ２を高く設定している。これにより、ラジアル加速度が大きくなるほど、低回転領域Ｒ１１側にある中回転領域Ｒ１３のサイズが狭くなると共に、中回転領域Ｒ１３側にある高回転領域Ｒ１４のサイズが狭くなる。その結果、ラジアル加速度が大きいときに、つまり滑り軸受３と回転軸２との間の気体層を確保しにくくなるような状態において、転がり軸受４から滑り軸受３への切り替えが制限されると共に、滑り軸受３の適用時におけるポンプ３０の停止が制限されることで、滑り軸受３の回転軸２への接触リスクを回避できるようになる。

【0075】

第２実施形態では、制御装置５０は、ステップＳ２０７、Ｓ２１２において、図９に示したマップに従って、直線Ｌ１１に基づき、ラジアル加速度が大きくなるほど、第１速度Ｖ１を高く設定し、また、直線Ｌ１２に基づき、ラジアル加速度が大きくなるほど、第２速度Ｖ２を高く設定する。更に、第２実施形態では、制御装置５０は、ステップＳ２０７、Ｓ２１２において、車両の操舵角、操舵速度、及び車速にも基づいて、これら第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２を設定する。こうするのは、車両の操舵角、操舵速度、及び車速も、ラジアル加速度に影響を与えるからである。具体的には、操舵角、操舵速度、及び車速が大きくなると、ラジアル加速度も大きくなる傾向にある。なお、図８のステップＳ２０６、Ｓ２１１で予測されるラジアル加速度は、基本的には、路面情報に基づき求められるものであり（図６）、このような操舵角、操舵速度、及び車速は十分加味されていない。

【0076】

ここで、図１０を参照して、操舵角、操舵速度、及び車速に基づく第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２の設定方法について説明する。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、横軸に、操舵角、操舵速度、及び車速を示し、縦軸に、上述したようにラジアル加速度に基づき設定された第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２を補正するための補正係数を示している。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、操舵角、操舵速度、及び車速が大きくなるほど、補正係数が大きくなり、それにより、第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２が大きく補正されるようになっている。制御装置５０は、操舵角センサ６５により検出された操舵角、当該操舵角から算出される操舵速度、及び、車速センサ６１により検出された車速に基づき、それぞれに対応する補正係数を取得して、これら補正係数を用いて第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２を補正する。

【0077】

以上述べた第２実施形態によれば、モータ１の回転軸２に付与されるラジアル加速度に応じて、転がり軸受４から滑り軸受３へ切り替えるために用いられる第１速度Ｖ１と、滑り軸受３の適用時においてポンプ３０を停止するために用いられる第２速度Ｖ２と、を設定するので、滑り軸受３と回転軸２との間の気体層を確保しにくくなる、ラジアル加速度が大きいときに、滑り軸受３が回転軸２に接触するリスクを回避して、安全性及び信頼性を確保することができる。

【0078】

また、第２実施形態によれば、操舵角、操舵速度、及び車速を更に考慮して、第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２を設定するので、ラジアル加速度が大きくなるような状況において、滑り軸受３が回転軸２に接触するリスクを効果的に回避することができる。なお、上記した実施形態では、操舵角及び操舵速度の両方に基づき第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２を設定していたが、操舵角及び操舵速度のいずれか一方に基づき第１速度Ｖ１及び第２速度Ｖ２を設定してもよい。

【0079】

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態では、モータ１の回転軸２を支持するように機能させる軸受を、転がり軸受４と、ポンプ３０から供給される気体により気体潤滑軸受として動作可能な滑り軸受３とで切り替えていた。これに対して、第３実施形態では、転がり軸受４及び滑り軸受３の２つを用いる代わりに、１つの転がり軸受のみを用いて、この転がり軸受にポンプ３０から気体を供給することで、気体潤滑を行う気体潤滑軸受として当該転がり軸受を動作させるようにする点で、第１実施形態と異なる。よって、第３実施形態では、第１実施形態で示したような切り替え機構２０、２０ａを有しない。

【0080】

ここでは、第１及び第２実施形態と同様の構成、制御については説明を省略し、第１及び第２実施形態と異なる構成、制御のみを説明する。特に、第３実施形態は、モータの軸受システムの構成のみが第１及び第２実施形態と異なり、モータ軸受制御は第１及び第２実施形態と同様である。

【0081】

図１１は、第３実施形態によるモータの軸受システムの概略構成図である。図１１に示すように、第３実施形態によるモータの軸受システム１０１は、ロータ１ａ及びステータ１ｂを含むモータ１と、モータ１の回転軸２と、回転軸２を支持する一対の転がり軸受２４と、これらモータ１、回転軸２、及び転がり軸受２４を収容するハウジング１２と、を有する。転がり軸受２４は、ハウジング１２に固定された外輪２５と、モータの回転軸２に装着された内輪２６と、これら外輪２５と内輪２６との間に介装された複数の転動体（玉やころ）２７と、複数の転動体２７を保持する保持部２８と、を有する。転がり軸受２４の外輪２５の外側には、転がり軸受２４において径方向に付与される荷重（ラジアル荷重）を検出する軸受荷重センサ６９が設けられている。

【0082】

また、モータの軸受システム１０１は、更に、回転軸２と転がり軸受２４との間に気体層を形成して転がり軸受２４に気体潤滑を行わせるべく、つまり転がり軸受２４を気体潤滑軸受として動作させるべく、転がり軸受２４に対して気体（典型的には空気であるが、オイルガスや冷媒でもよい）を供給するポンプ３０を有する。具体的には、ポンプ３０は、一対の転がり軸受２４のそれぞれにおける内輪２６と転動体２７を保持する保持部２８との間（回転軸２の径方向において規定されるラジアル隙間）に、気体を気体供給通路３１から供給する。この気体供給通路３１は、その下流側の部分３１ａが、ハウジング１２及び転がり軸受２４の外輪２５並びに保持部２８内に形成されている。

【0083】

図１２は、モータの軸受システム１０１においてポンプ３０が作動していないときの転がり軸受２４の状態を示している。図１２において、左側には、回転軸２及び転がり軸受２４の横断面を示し、右側には、この横断面に直交する、回転軸２及び転がり軸受２４の縦断面を示している。図１２に示すように、ポンプ３０が作動していないときには、転がり軸受２４は、転動体２７が外輪２５及び内輪２６と接触しており、正に転がり軸受として機能する。

【0084】

図１３は、モータの軸受システム１０１においてポンプ３０が作動しているときの転がり軸受２４の状態を示している。図１３において、左側には、回転軸２及び転がり軸受２４の横断面を示し、右側には、この横断面に直交する、回転軸２及び転がり軸受２４の縦断面を示している。ポンプ３０が作動しているときには、転がり軸受２４では、ポンプ３０から供給される気体により、内輪２６と転動体２７を保持する保持部２８との隙間ＳＰに気体層が形成され、保持部２８及び転動体２７が内輪２６に対して浮遊している。このときには、保持部２８は、図示しない係止部材（ツメなど）により外輪２５に固定され、回転しないようになっている。このような状態では、保持部２８に保持されている転動体２７が内輪２６と接触しないため、転がり軸受２４は、転がり軸受として機能しなくなる。その代わりに、転がり軸受２４は、ポンプ３０から供給される気体により気体潤滑を行う気体潤滑軸受として機能する。なお、第１実施形態で述べたように、摺動速度が極めて大きくなる高回転領域Ｒ１４では、ポンプ３０により静圧を付与しなくても、このような気体潤滑軸受が実現される（よって、ポンプ３０が停止される）。

【0085】

以上述べた第３実施形態によれば、１つの転がり軸受２４が、転がり軸受及び気体潤滑軸受として選択的に機能するように構成されているので、第１及び第２実施形態と同様のモータ軸受制御を簡易な構成にて実現することができる。

【符号の説明】

【0086】

１ モータ
２ 回転軸
３ 滑り軸受
４ 転がり軸受
５ａ、５ｂ 外輪
６ 内輪
７ 転動体
１２ ハウジング
１５ 切り替え駆動装置
２０ 切り替え機構
２４ 転がり軸受
２５ 外輪
２６ 内輪
２７ 転動体
２８ 保持部
３０ ポンプ
３１ 気体供給通路
５０ 制御装置
６６ モータ回転速度センサ
１００、１００ａ、１０１ モータの軸受システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】