特開 2024-135668 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】P2024135668

(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】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046468

(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

(72)【発明者】

【氏名】城所 将之

【テーマコード（参考）】

3J102

【Ｆターム（参考）】

3J102AA02

3J102AA07

3J102AA09

3J102BA03

3J102BA17

3J102CA11

3J102CA35

3J102EA02

3J102EA08

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、モータの回転軸に付与されるラジアル荷重に基づきポンプに対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、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速度以上で且つ第２速度未満であるときには、滑り軸受が回転軸を支持する軸受として機能し、且つ、当該滑り軸受が気体潤滑軸受として動作す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、ポンプを停止させる。また、制御装置は、モータ回転速度が第２速度以上であっても、モータの回転軸に付与されるラジアル荷重が所定値以上であるときには、ポンプを停止させないようにする。
【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、前記転がり軸受が前記回転軸を支持する軸受として機能せず、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、当該滑り軸受が前記気体潤滑軸受として動作するように、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か、又は、前記回転速度が前記第１速度以上で且つ前記第２速度未満であるときよりも前記ポンプの駆動力を小さくするように当該ポンプを制御する、
ように構成され、
前記制御装置は、更に、前記回転速度が前記第２速度以上であるときにおいて、前記回転軸に付与されるラジアル荷重が所定値以上であるときには、前記ポンプを停止せずに、前記ラジアル荷重が前記所定値未満であるときよりも前記ポンプの駆動力を大きくするように当該ポンプを制御する、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、前記軸受が前記気体潤滑軸受として動作す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か、又は、前記回転速度が前記第１速度以上で且つ前記第２速度未満であるときよりも前記ポンプの駆動力を小さくするように当該ポンプを制御する、
ように構成され、
前記制御装置は、更に、前記回転速度が前記第２速度以上であるときにおいて、前記回転軸に付与されるラジアル荷重が所定値以上であるときには、前記ポンプを停止せずに、前記ラジアル荷重が前記所定値未満であるときよりも前記ポンプの駆動力を大きくするように当該ポンプを制御する、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】

前記制御装置は、前記ラジアル荷重が大きいほど、前記ポンプの駆動力を大きく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4】

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に基づき、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上の段差に基づき、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、前記ラジアル荷重を予測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7】

前記制御装置は、前記回転速度が前記第１速度以上で且つ前記第２速度未満であるときには、前記回転速度が高くなるほど、前記ポンプの駆動力を小さく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8】

前記制御装置は、更に、前記モータの軸受システムが搭載された車両の車速に基づき、前記ポンプの駆動力を制御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。

【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。一方、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。以上より、本件発明者は、気体潤滑軸受を実現するに当たって、低回転領域と高回転領域との間の領域（以下では「中回転領域」と呼ぶ。）ではポンプを作動させる一方で、高回転領域では、ポンプを停止させるか又はポンプの駆動力を小さくすることを考えた。

【0009】

また、本件発明者が行った更なる実験によれば、モータの回転軸に付与される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、軸受が回転軸に接触する可能性があることがわかった。例えば、ラジアル荷重は、悪路の走行時や、段差の走行時や、操舵角が大きい時などに大きくなる。本件発明者は、このような知見に基づき、モータの回転軸に付与されるラジアル荷重を考慮して、気体潤滑軸受を実現するために用いられるポンプに対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。

【0010】

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、ポンプ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、モータの回転軸に付与されるラジアル荷重に基づき、ポンプに対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】

【0011】

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、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、転がり軸受が回転軸を支持する軸受として機能せず、滑り軸受が回転軸を支持する軸受として機能し、且つ、当該滑り軸受が気体潤滑軸受として動作するように、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、ポンプを停止させるか、又は、回転速度が第１速度以上で且つ第２速度未満であるときよりもポンプの駆動力を小さくするように当該ポンプを制御する、ように構成され、制御装置は、更に、回転速度が第２速度以上であるときにおいて、回転軸に付与されるラジアル荷重が所定値以上であるときには、ポンプを停止せずに、ラジアル荷重が所定値未満であるときよりもポンプの駆動力を大きくするように当該ポンプを制御する、ように構成されている、ことを特徴とする。

【0012】

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、ポンプを停止させるか又はポンプの駆動力を小さくしつつ、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。
また、本発明では、モータ回転速度が第２速度以上であっても、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）が所定値以上であるときには、ポンプを停止せずに、ラジアル荷重が所定値未満であるときよりもポンプ駆動力を大きくするので、ラジアル荷重が大きいときに、滑り軸受が回転軸に接触するリスクを回避でき、安全性及び信頼性を確保することが可能となる。また、このようなポンプ駆動力の制御を行った場合の電費低下代は、当該ポンプ駆動力の制御を行わなかった場合に発生し得る滑り軸受と回転軸との接触に起因する摩擦増加による電費低下代よりも小さいので、電費低下をできるだけ抑制することが可能となる。

【0013】

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、軸受が気体潤滑軸受として動作す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、ポンプを停止させるか、又は、回転速度が第１速度以上で且つ第２速度未満であるときよりもポンプの駆動力を小さくするように当該ポンプを制御する、ように構成され、制御装置は、更に、回転速度が第２速度以上であるときにおいて、回転軸に付与されるラジアル荷重が所定値以上であるときには、ポンプを停止せずに、ラジアル荷重が所定値未満であるときよりもポンプの駆動力を大きくするように当該ポンプを制御する、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、モータの回転軸に付与されるラジアル荷重に基づき、ポンプに対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、このポンプに対する制御を簡易な構成にて実現することができる。

【0014】

本発明において、好ましくは、制御装置は、ラジアル荷重が大きいほど、ポンプの駆動力を大きく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、軸受が回転軸に接触するリスクを効果的に回避することができる。

【0015】

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に基づき、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、操舵角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。

【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上の段差に基づき、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、路面上の段差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が走行する路面の状態に基づき、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。

【0018】

本発明において、好ましくは、制御装置は、回転速度が第１速度以上で且つ第２速度未満であるときには、回転速度が高くなるほど、ポンプの駆動力を小さく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、モータ回転速度が第１速度以上で且つ第２速度未満であるときにおいて、気体潤滑軸受を実現するためのポンプの消費電力を削減することができ、電費を改善することが可能となる。

【0019】

本発明において、好ましくは、制御装置は、更に、モータの軸受システムが搭載された車両の車速に基づき、ポンプの駆動力を制御するように構成されている。
ラジアル荷重が発生しているときにおいて、車速が高い場合には、車速が低い場合よりも、軸受と回転軸との間の気体層を確保しにくくなり、軸受が回転軸に接触する可能性が高くなる。そのため、上記の本発明では、車速に応じてポンプの駆動力を制御する。典型的には、車速が高くなるほど、ポンプの駆動力を増大させる。これにより、ラジアル荷重が大きいときの軸受による回転軸への接触リスクを効果的に回避することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、ポンプ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、モータの回転軸に付与されるラジアル荷重に基づき、ポンプに対する制御を的確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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実施形態によるポンプ駆動力の基本制御方法についての説明図である。

【図6】本発明の第１実施形態によるポンプ駆動力の補正方法についての説明図である。

【図7】本発明の第１実施形態において高回転領域でラジアル加速度が大きいときに適用するポンプ駆動力についての説明図である。

【図8】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9】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の第１の例についての説明図である。

【図10】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の第２の例についての説明図である。

【図11】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の第３の例についての説明図である。

【図12】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13】本発明の第２実施形態によるモータ軸受制御についての説明図である。

【図14】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15】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16】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】

【0022】

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。

【0023】

［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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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／オフ信号を示している。

【0043】

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。

【0044】

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。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。

【0045】

次に、図５乃至図７を参照して、第１実施形態によるポンプ３０の駆動力（ポンプ駆動力）の制御方法について説明する。まず、図５は、第１実施形態によるポンプ駆動力の基本制御方法についての説明図である。図５は、横軸にモータ回転速度を示し、縦軸にポンプ駆動力を示している。上述したように、制御装置５０は、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上で第２速度Ｖ２未満であるときのみ（つまり中回転領域Ｒ１３）、ポンプ３０を作動して、ポンプ駆動力を発生させるようにする。このときに、制御装置５０は、モータ回転速度が高くなるほど、ポンプ駆動力を小さくする（図５の実線参照）。こうするのは、モータ回転速度が高くなるほど、くさび効果及び絞り効果が大きくなるため、滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるためにポンプ３０から付与すべき静圧が小さくて済むからである。こうしてモータ回転速度が高くなるほどポンプ駆動力を小さくすることで、中回転領域Ｒ１３でのポンプ３０の消費電力を削減することができ、電費を改善することが可能となる。

【0046】

なお、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、モータ回転速度が高くなるほどポンプ駆動力を小さくすることに限定はされず（図５の実線）、他の例では、モータ回転速度によらずにポンプ駆動力を一定にしても構わない（図５の破線）。

【0047】

次に、図６を参照して、図５で示したようにモータ回転速度に応じて設定されたポンプ駆動力を補正する方法について説明する。図６は、横軸に、モータ１の回転軸２に付与されるラジアル加速度を示し、縦軸に、モータ回転速度に応じて設定されたポンプ駆動力を補正するための補正係数を示している。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）。

【0048】

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、気体潤滑軸受として動作している滑り軸受３が回転軸２に接触する可能性がある。したがって、第１実施形態では、ラジアル加速度が大きいほど、ポンプ駆動力を大きくするようにする。これを実現すべく、制御装置５０は、図６に示すように、ラジアル加速度が大きいほど、値が大きくなるように設定された補正係数を用いて、図５で示したようにモータ回転速度に応じて設定されたポンプ駆動力を大きくする補正を行う。これにより、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ができ、安全性及び信頼性を確保することが可能となる。

【0049】

次に、図７を参照して、高回転領域Ｒ１４においてラジアル加速度が大きいときに適用するポンプ駆動力について説明する。図７は、横軸に、モータ１の回転軸２に付与されるラジアル加速度を示し、縦軸に、高回転領域Ｒ１４においてラジアル加速度に応じて適用されるポンプ駆動力を示している。上述したように、制御装置５０は、基本的には、高回転領域Ｒ１４では（つまりモータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であるとき）、ポンプ３０を停止する、つまりポンプ駆動力を発生させない。しかしながら、高回転領域Ｒ１４であっても、ラジアル加速度が大きいときには、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、ポンプ３０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、第１実施形態では、制御装置５０は、高回転領域Ｒ１４であっても、ラジアル加速度が大きいとき、具体的にはラジアル加速度が所定値以上であるときには、図７に示すように、ポンプ３０の作動を継続すると共に、ラジアル加速度が大きいほど、ポンプ駆動力を大きくする。これによっても、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ができ、安全性及び信頼性を確保することが可能となる。

【0050】

また、第１実施形態では、制御装置５０は、上記したようにポンプ駆動力を制御するために用いるラジアル加速度を予測する。これは、現在発生しているラジアル加速度（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）に基づきポンプ駆動力の制御を行っても、安全性及び信頼性を十分に確保することができないからである。すなわち、現在発生しているラジアル加速度を用いたのでは、的確なポンプ駆動力の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、第１実施形態では、制御装置５０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ポンプ駆動力の制御を行う。

【0051】

次に、図８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８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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

次いで、ステップＳ１０６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Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０７に進み、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Ｓ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０６に戻る。

【0056】

次いで、ステップＳ１０７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。ここで、図９乃至図１１を参照して、ステップＳ１０７で行われるラジアル加速度の予測方法の具体例について説明する。

【0057】

図９は、ラジアル加速度の予測方法の第１の例についての説明図である。第１の例は、操舵角に基づきラジアル加速度を予測する例である。図９に示すように、第１の例では、制御装置５０は、まず、操舵角センサ６５により検出された操舵角と、車速センサ６１により検出された車速に基づき、車両の回転半径（旋回半径）を求める。そして、制御装置５０は、この回転半径と車速に基づき、車両に発生するロール加速度を求める。そして、制御装置５０は、このロール加速度と、車両内の回転軸２の位置（固定位置であり、メモリ５０ｂなどに記憶されている。滑り軸受３及び転がり軸受４の位置を用いてもよい。）に基づき、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。基本的には、制御装置５０は、ロール加速度が大きいほど、大きな値を有するラジアル加速度を予測する。

【0058】

続いて、図１０は、ラジアル加速度の予測方法の第２の例についての説明図である。第２の例は、車両が走行する路面上の段差（詳しくは段差による車両のパワーホップ）に基づきラジアル加速度を予測する例である。図１０に示すように、第２の例では、制御装置５０は、まず、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、進路上の段差高（特に下り降りる段差の高さ）を予測する。そして、制御装置５０は、この段差高と、アクセル開度センサ６３により検出されたアクセル開度と、車速センサ６１により検出された車速とに基づき、段差によるタイヤの空転時間を求め、この空転時間に基づきタイヤの回転周速を求める。そして、制御装置５０は、このタイヤの回転周速と車速に基づき、段差による車両のパワーホップ荷重を求め、このパワーホップ荷重に基づき、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。基本的には、制御装置５０は、段差高が大きいほど、長い空転時間、大きな回転周速、及び大きなパワーホップ荷重を求めて、その結果、大きな値を有するラジアル加速度を予測する。

【0059】

続いて、図１１は、ラジアル加速度の予測方法の第３の例についての説明図である。第３の例は、車両が走行する路面の状態に基づきラジアル加速度を予測する例である。図１１に示すように、第３の例では、制御装置５０は、まず、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。

【0060】

なお、上記した第１乃至第３の例によるラジアル加速度の予測方法を組み合わせて実施してもよい。

【0061】

図８に戻ると、制御装置５０は、ステップＳ１０７においてラジアル加速度を予測した後、ステップＳ１０８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Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９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Ｓ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１０６に戻る。後者の場合、制御装置５０は、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上で且つラジアル加速度が所定値未満となるまで、ステップＳ１０６～Ｓ１０８を繰り返す。

【0062】

次いで、ステップＳ１０９において、制御装置５０は、ポンプ３０から気体を供給して滑り軸受３を気体潤滑軸受として動作させるために適用すべきポンプ駆動力を求める。具体的には、制御装置５０は、現在のモータ回転速度に応じたポンプ駆動力を求めて（図５）、このポンプ駆動力を、ステップＳ１０６で予測されたラジアル加速度に応じた補正係数で補正することで（図６）、適用すべきポンプ駆動力を求める。そして、ステップＳ１１０において、制御装置５０は、ステップＳ１０９で求められたポンプ駆動力によりポンプ３０を制御する。そして、ステップＳ１１１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。

【0063】

次いで、制御装置５０は、ステップＳ１１２において、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Ｓ１１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、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Ｓ１１２：Ｎｏ）、ステップＳ１１２に戻る。

【0064】

次いで、ステップＳ１１３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再度予測する。制御装置５０は、上記のステップＳ１０７と同様に、ラジアル加速度を予測する（図９乃至図１１参照）。そして、ステップＳ１１４において、制御装置５０は、ステップＳ１１３で予測され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Ｓ１１４の判定で用いられる所定値は、ステップＳ１０８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Ｓ１１４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Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１５に進む。この場合、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であるため（高回転領域Ｒ１４）、ポンプ３０を作動させなくても気体潤滑軸受を実現でき、また、ラジアル加速度が小さいため、ポンプ３０を停止しても滑り軸受３が回転軸２に接触する可能性はないので、制御装置５０は、ポンプ３０を停止する（ステップＳ１１５）。そして、制御装置５０は、モータ軸受制御を終了する。

【0065】

他方で、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Ｓ１１４：Ｎｏ）、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６において、制御装置５０は、高回転領域Ｒ１４においてラジアル加速度が大きいときに適用するポンプ駆動力を求める。この場合、制御装置５０は、ステップＳ１１３で予測されたラジアル加速度に応じたポンプ駆動力を求める（図７）。そして、ステップＳ１１７において、制御装置５０は、ステップＳ１１６で求められたポンプ駆動力を用いて、ポンプ３０の駆動を継続する。この後、制御装置５０は、ステップＳ１１２に戻る。

【0066】

なお、上述したようにステップＳ１１５でポンプ３０を停止させているが、このポンプ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。

【0067】

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以上で且つ第２速度Ｖ２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せず、滑り軸受３が回転軸２を支持する軸受として機能するように切り替え機構２０を設定し、且つ、滑り軸受３が気体潤滑軸受として動作するようにポンプ３０を制御し、（２）モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であるときには、ポンプ３０を停止させ、（３）更に、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であっても、回転軸２に付与されるラジアル加速度が所定値以上であるときには、ポンプ３０を停止させない。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

また、第１実施形態では、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上であってもラジアル加速度が所定値以上であるときには、ポンプ３０を停止させないので、つまりポンプ３０の作動を継続するので、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でき、安全性及び信頼性を確保することが可能となる。また、こうしてポンプ３０の作動を継続した場合の電費低下代のほうが、ポンプ３０を停止した場合に発生し得る滑り軸受３と回転軸２との接触に起因する摩擦増加による電費低下代よりも小さいので、電費低下をできるだけ抑制することが可能となる。

【0071】

また、第１実施形態では、制御装置５０は、ラジアル加速度が大きいほど、ポンプ駆動力を大きくするので、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効果的に回避することができる。

【0072】

また、第１実施形態では、制御装置５０は、操舵角や、路面上の段差や、路面の状態に基づき、ラジアル加速度を予測する。このように予測された将来のラジアル加速度を用いることで、ラジアル加速度が大きくなって滑り軸受３が回転軸２に接触することを効果的に回避することができる。

【0073】

また、第１実施形態では、制御装置５０は、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上で且つ第２速度Ｖ２未満であるときには（中回転領域Ｒ１３）、モータ回転速度が高くなるほど、ポンプ駆動力を小さくする。これにより、中回転領域Ｒ１３でのポンプ３０の消費電力を削減することができ、電費を改善することが可能となる。

【0074】

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。

【0075】

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。同様に、上記した実施形態では、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上で且つラジアル加速度が所定値未満であるときに、ポンプ３０を停止させていたが（図４、図８参照）、変形例では、ポンプ３０をある程度作動させてもよい。但し、このときには、制御装置５０は、モータ回転速度が第１速度Ｖ１以上で且つ第２速度Ｖ２未満であるときや、モータ回転速度が第２速度Ｖ２以上で且つラジアル加速度が所定値以上であるときよりも、ポンプ３０の駆動力を小さくする。

【0076】

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。

【0077】

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１２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。

【0078】

［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２実施形態は、車速に基づきポンプ駆動力に対する制御を行う点で、第１実施形態と異なる。具体的には、第２実施形態では、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ためにポンプ３０を作動させているときにおいて、回転軸２に付与されるラジアル加速度が所定値以上であるときには、ラジアル加速度が所定値未満であるときよりもポンプ駆動力を大きくし、また、このような所定値を車速に応じて変化させる。

【0079】

ここで、図１３を参照して、第２実施形態によるモータ軸受制御を具体的に説明する。図１３は、第２実施形態によるモータ軸受制御についての説明図である。具体的には、図１３（ａ）は、低車速時のモータ軸受制御の説明図を示し、図１３（ｂ）は、高車速時のモータ軸受制御の説明図を示している。また、図１３（ａ）、（ｂ）は、縦軸に時間を示し、横軸に回転軸２に付与されるラジアル加速度を示している。

【0080】

第２実施形態では、制御装置５０は、上述したように、ラジアル加速度が所定値以上であるときに、ラジアル加速度が所定値未満であるときよりもポンプ駆動力を大きくし、また、この所定値を車速に応じて変化させる。具体的には、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、制御装置５０は、高車速時に用いる所定値Ａ１２を、低車速時に用いる所定値Ａ１１よりも小さくする。すなわち、制御装置５０は、ラジアル加速度に応じてポンプ駆動力を増大するために用いる所定値を、車速が高くなるほど、小さくする。これにより、高車速時のほうが、低車速時よりも、ポンプ駆動力を増大する制御が行われるラジアル加速度の領域が広くなる（領域Ｒ２２＞領域Ｒ２１）。こうするのは、同じラジアル加速度であっても、高車速時のほうが、低車速時よりも、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り、滑り軸受３が回転軸２に接触する可能性が高くなるからである。

【0081】

このような第２実施形態によれば、ラジアル加速度に応じてポンプ駆動力を増大するために用いる所定値を、車速に応じて変化させるので、ラジアル加速度が大きいときの滑り軸受３による回転軸２への接触リスクを効果的に回避することができる。

【0082】

［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。

【0083】

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。

【0084】

図１４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１４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。

【0085】

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。

【0086】

図１５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１５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１５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。

【0087】

図１６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１６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）。

【0088】

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動作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】

【0089】

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】

【図14】

【図15】

【図16】