(57)【要約】【課題】  車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪と路面の接地点に作用する力を感度良く検出でき、量産時のコストが安価となるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】  電動モータＢの出力軸２４と車両の車輪のハブ２とを減速機Ｃを介してまたは直接に同軸上に連結し、前記ハブ２を支持する転がり形式の軸受Ａを設けた車輪用軸受装置において、前記軸受Ａの静止側軌道輪１の歪みを検出することにより、前記ハブ２に取付けられた車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力を測定するセンサユニット５１を設ける。前記センサユニット５１は、センサ取付部材５２およびこのセンサ取付部材５２に取付けた歪みセンサ５３からなるものであって、前記センサ取付部材５２の両端が前記静止側軌道輪１の円周方向に離れた２箇所に取付けられるものとする。【選択図】        図１
2008074136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの出力軸と車両の車輪のハブとを減速機を介してまたは直接に同軸上に連結し、前記ハブを支持する転がり形式の軸受を設けた車輪用軸受装置において、
前記軸受の静止側軌道輪の歪みを検出することにより、前記ハブに取付けられた車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力を測定するセンサユニットを設け、
前記センサユニットは、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるものであって、前記センサ取付部材の両端が前記静止側軌道輪の円周方向に離れた２箇所に取付けられるものとしたことを特徴とするインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面が形成された内方部材と、両転走面間に介在する複列の転動体とを備えたものであって、前記外方部材が静止側軌道輪であるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１また請求項２において、前記センサ取付部材の接触固定部のうち第１の接触固定部が、車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力によって、前記静止側軌道輪の他の箇所と比べてラジアル方向に大きく変形する箇所に固定されているインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項３において、前記接触固定部のうちの第２の接触固定部の固定箇所は、第１の接触固定部の固定箇所とは、車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力によって生じるラジアル方向歪みの方向が正逆異なる箇所としたインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記センサユニットは複数であるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサユニットは、前記静止側固定輪におけるアウトボード側の転走面よりもアウトボード側の位置に配置したインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハブ軸受と減速機と電動モータとを組み合わせたインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置に関し、特にハブ軸受にかかる荷重を検出するセンサを設けたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等の車両の車輪用軸受装置として、ハブ軸受と減速機と電動モータとを組み合わせたインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置が注目されている（例えば、特許文献１，２）。このインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置を電気自動車の駆動輪に用いると、各駆動輪を個別に回転駆動させることができるため、プロペラシャフトやデファレンシャル等の大がかりな動力伝達機構が不要となり、車両の軽量化やコンパクト化が図れる。
【特許文献１】特開２００５−７９１４号公報
【特許文献２】特開平５−３３２４０１号公報（第１〜３図）
【特許文献３】特表２００３−５３０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
インホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置を実用化する場合、走行速度制御等のため各車輪の回転速度を測定することが不可欠であるのは勿論であるが、車両の走行安全性確保のために、車両走行時に各車輪に作用する荷重を測定して、その測定結果から車両の姿勢制御を行うことも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が片寄るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御（コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等）を行うことが可能となる。
【０００４】
また、今後ステアバイワイヤが導入されて、車軸とステアリングが機械的に結合しないシステムになってくると、車軸方向荷重を検出して運転手が握るハンドルに路面情報を伝達することが求められる。
【０００５】
なお、エンジン駆動の自動車に用いられる一般的な車輪用軸受においては、車輪に作用する荷重を測定するために、軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにしたものが既に提案されている（例えば特許文献３）。
しかし、車輪用軸受の外輪は、転走面を有し、強度が求められる部品であって、塑性加工や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品であるため、特許文献３のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。また、外輪の歪みを感度良く検出することが難しく、その検出結果を車両走行時の姿勢制御に利用した場合、制御の精度が問題となる。
【０００６】
この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪と路面の接地点に作用する力を感度良く検出でき、量産時のコストが安価となるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置は、電動モータの出力軸と車両の車輪のハブとを減速機を介してまたは直接に同軸上に連結し、前記ハブを支持する転がり形式の軸受を設けた車輪用軸受装置において、前記軸受の静止側軌道輪の歪みを検出することにより、前記ハブに取付けられた車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力を測定するセンサユニットを設け、前記センサユニットは、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるものであって、前記センサ取付部材の両端が前記静止側軌道輪の円周方向に離れた２箇所に取付けられるものとしたことを特徴とする。
【０００８】
車両走行に伴い車輪と路面の接地点に作用する外力が軸受に加わると、その外力による荷重が軸受の回転側軌道輪から静止側軌道輪に伝えられ、静止側軌道輪が変形する。その変形は、センサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと前記外力の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪と路面の接地点に作用する力を検出することができる。車輪と路面の接地点に作用する力は、前記接地点における互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力が複合されたものであるが、これら３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力を検出する。この検出した力を車両の姿勢制御に使用することができる。
軸受の静止側軌道輪は、円周方向の各部によって、上記力による変形の程度が異なる。センサ取付部材の両端を静止側軌道輪の円周方向に離れた２箇所に取付けると、センサ取付部材は、変形の小さい箇所に取付けられた側が支点となって、変形の大きい箇所に取付けられた側が大きく変形する。そのため、センサ取付部材の歪みセンサ取付部分がより一層大きな歪みを生じることとなり、歪みセンサにより、静止側軌道輪の歪みを感度良く検出することができる。
この車輪用軸受は、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを軸受の静止側軌道輪に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。センサ取付部材は静止側軌道輪に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【０００９】
この発明において、前記車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面が形成された内方部材と、両転走面間に介在する複列の転動体とを備えたものであって、前記外方部材が静止側軌道輪である場合、外方部材に前記センサユニットを設ける。
【００１０】
前記センサ取付部材の接触固定部のうち第１の接触固定部が、車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力によって、前記静止側軌道輪の他の箇所と比べてラジアル方向に大きく変形する箇所に固定されていることが好ましい。
静止側軌道輪は、円周方向の各部によって、車輪と路面の接地点に作用する力によるラジアル方向の変形の程度が異なる。解析結果によると、車輪と路面の接触点に作用する軸方向力による静止側軌道輪のラジアル方向の変形は、反路面側である真上位置および路面側である真下位置で最も大きくなる。第１の接触固定部が、上記のような静止側軌道輪における他の箇所と比べてラジアル方向に大きく変形する箇所に固定されていると、センサ取付部材は、変形の少ない第２の接触固定部が支点となって、第１の接触固定部が静止側軌道輪の大きな変形に伴い大きく変形する。そのため、センサ取付部材の歪みセンサの取付部分がより一層大きな歪みを生じることとなり、歪みセンサにより、静止側軌道輪の歪みをさらに感度良く検出することができる。
【００１１】
また、前記接触固定部のうちの第２の接触固定部の固定箇所は、第１の接触固定部の固定箇所とは、車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力によって生じるラジアル方向歪みの方向が正逆異なる箇所とされていてもよい。
第２の接触固定部の固定箇所と第１の接触固定部の固定箇所とが、静止側軌道輪のラジアル方向の歪みの方向が正逆異なる箇所とされていると、両方向の歪みが加算されることになって、静止側軌道輪の変形がセンサ取付部材により大きく伝わり、より一層大きな歪みを検出して、静止側軌道輪の歪みを感度良く検出することができる。
【００１２】
前記センサユニットは複数としてもよい。
センサユニットが複数であると、静止側軌道輪の複数箇所の歪みが複数の歪みセンサによって検出され、その複数の歪みセンサの出力から車輪と路面の接地点に作用する力を検出することになるので、車輪と路面の接地点に作用する力の検出精度が向上する。
【００１３】
前記センサユニットは、前記静止側固定輪におけるアウトボード側の転走面よりもアウトボード側の位置に配置するのが好ましい。
解析および試験結果によると、静止側軌道輪のラジアル方向歪みおよび周方向歪みとも、車輪と路面の接地点に作用する力による荷重の正負によって歪みに正負の方向性を持つのは、静止側軌道輪におけるアウトボード側の部分のみであった。したがって、荷重の正負の方向を検出するには、センサユニットを静止側軌道輪におけるアウトボード側の位置に配置することが必要である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置は、電動モータの出力軸と車両の車輪のハブとを減速機を介してまたは直接に同軸上に連結し、前記ハブを支持する転がり形式の軸受を設けた車輪用軸受装置において、前記軸受の静止側軌道輪の歪みを検出することにより、前記ハブに取付けられた車輪と路面の接地点における、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力のうちの少なくとも１つの方向の力を測定するセンサユニットを設け、前記センサユニットは、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるものであって、前記センサ取付部材の両端が前記静止側軌道輪の円周方向に離れた２箇所に取付けられるものとしたため、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪と路面の接地点に作用する力を感度良く検出できる。センサ取付部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。このインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置は、車輪のハブを回転自在に支持するハブ軸受Ａと、回転駆動源としての電動モータＢと、この電動モータＢの回転を減速してハブに伝達する減速機Ｃとを組み合わせたものである。この実施形態では、ハブ軸受Ａは、軸受の内方部材がハブの一部を構成する第３世代型の内輪回転タイプとされている。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。
【００１６】
図１に示すように、ハブ軸受Ａは、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。このハブ軸受Ａ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は接触角が外向き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アウトボード側端は、シール部材７でシールされている。
【００１７】
外方部材１は静止側軌道輪となるものであって、減速機Ｃのアウトボード側のケーシング３３ｂに取付けるフランジ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取付孔１４が設けられている。外方部材１は、取付孔１４に挿通した取付ボルト１５により前記ケーシング３３ｂに取付けられる。
内方部材２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ９ａを有するアウトボード側材９と、このアウトボード側材９の外周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材９に一体化されたインボード側材１０とでなる。これらアウトボード側材９およびインボード側材１０に、前記各列の転走面４が形成されている。インボード側材１０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１６の挿入孔１７が設けられている。アウトボード側材９のハブフランジ９ａの根元部付近には、ホイールおよび制動部品（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。このパイロット部１３の内周には、前記貫通孔１１のアウトボード側端を塞ぐキャップ１８が取付けられている。
【００１８】
電動モータＢは、筒状のケーシング２２に固定したステータ２３と出力軸２４に取付けたロータ２５との間にアキシアルギャップを設けたアキシアルギャップ型のものである。出力軸２４は、減速機Ｃのインボード側のケーシング３３ａの筒部に２つの軸受２６で片持ち支持されている。出力軸２４とケーシング３３ａ間の隙間のインボード側端は、シール部材２７でシールされている。また、ケーシング２２のインボード側の開口にはキャップ２８が装着されている。
【００１９】
図１および図２に示すように、減速機Ｃはサイクロイド減速機として構成されている。すなわち、この減速機Ｃは、外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板３４ａ，３４ｂを、それぞれ軸受３５を介して入力軸３２の各偏心部３２ａ，３２ｂに装着し、インボード側とアウトボード側のケーシング３３ａ，３３ｂ間に差し渡した複数の外ピン３６で、各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動を外周側で案内するとともに、内方部材２のインボード側材１０に取付けた複数の内ピン３８を、各曲線板３４ａ，３４ｂの内部に設けた複数の貫通孔３９に嵌挿係合したものである。入力軸３２は、電動モータＢの出力軸２４とスプライン結合されて一体に回転するようになっている。なお、入力軸３２はインボード側のケーシング３３ａと内方部材２のインボード側材１０の内径面とに２つの軸受４０で両持ち支持されている。
【００２０】
電動モータＢの出力軸２４が回転すると、これと一体回転する入力軸３２に取付けられた各曲線板３４ａ，３４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動が、内ピン３８と貫通孔３９との係合によって、車輪のハブである内方部材２に回転運動として伝達される。出力軸２４の回転に対して内方部材２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００２１】
前記２枚の曲線板３４ａ，３４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして入力軸３２の各偏心部３２ａ，３２ｂに装着され、各偏心部３２ａ，３２ｂの両側には、各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部３２ａ，３２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト４１が装着されている。
【００２２】
図３に示すように、前記各外ピン３６と内ピン３８には軸受４２，４３が装着され、これらの軸受４２，４３の外輪４２ａ，４３ａが、それぞれ各曲線板３４ａ，３４ｂの外周と各貫通孔３９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン３６と各曲線板３４ａ，３４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン３８と各貫通孔３９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板３４ａ，３４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材２に回転運動として伝達することができる。
【００２３】
この車輪用軸受装置は、減速機Ｃのケーシング３３ｂもしくは電動モータＢのケーシング２２の外周部に取付けたナックル、サスペンション（図示せず）等を介して車体に固定される。
【００２４】
図１および図４に示すように、ハブ軸受Ａの外方部材１の内周に、車輪と路面の接地点に作用する力を測定するためのセンサユニット５１が設けられている。その軸方向位置は、シール部材７と転走面３との間とされる。図５に詳細に示すように、センサユニット５１は、センサ取付部材５２に、このセンサ取付部材５２の歪みを測定する歪みセンサ５３を取付けたものである。センサ取付部材５２は、外方部材１の内周面に沿う周方向に細長い略円弧状とされ、その両端部に円弧の外周側に張り出した接触固定部５２ａ，５２ｂが形成されている。また、センサ取付部材５２の中央部には円弧の外周側に開口する切欠部５２ｃが形成され、この切欠部５２ｃの背面に位置する円弧の内周側の面に歪みセンサ５３が貼り付けられている。センサ取付部材５２の断面形状は、例えば矩形状とされるが、この他に各種の形状とすることができる。
【００２５】
このセンサユニット５１は、センサ取付部材５２の長手方向が外方部材１の周方向を向くように、センサ取付部材５２の接触固定部５２ａ，５２ｂによって外方部材１の内周に固定される。これら接触固定部５２ａ，５２ｂの外方部材１への固定は、ボルトによる固定や、接着剤により接着等で行われる。センサ取付部材５２の接触固定部５２ａ，５２ｂ以外の箇所では、外方部材１の内周面との間に隙間を生じている。接触固定部５２ａ，５２ｂのいずれか一方である第１の接触固定部５２ａは、外方部材１に作用する荷重により外方部材１がラジアル方向に最も大きく変形する周方向箇所で外方部材１に固定される。第２の接触固定部５２ｂは、前記固定箇所よりもラジアル方向の変形が少ない箇所で固定される。
この実施形態の場合、第１の接触固定部５２ａの固定箇所は、外方部材１の全周における真上の位置（反路面側位置）とされ、第２の接触固定部５２ｂの固定箇所は、真上の位置から数十度、例えば３０度ないし４０度程度下方の位置とされる。
【００２６】
センサ取付部材５２は、車輪と路面の接地点に作用する力の予想される最大値において、塑性変形しないものであることが好ましい。センサ取付部材５２の材質としては、鋼材の他、銅、黄銅、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。
【００２７】
歪みセンサ５３としては、種々の形式のものを使用できるが、例えば金属箔ストレインゲージとされる。歪みセンサ５３が金属箔ストレインゲージで構成されている場合、センサ取付部材５２はハブ軸受Ａに予想される最大の外力が印加された場合でも、金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、歪みセンサ５３の歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。
また、歪みセンサ５３が半導体ストレインゲージで構成されている場合、センサ取付部材５２はハブ軸受Ａに予想される最大の外力が印加された場合でも、半導体ストレインゲージの耐久性を考慮すると、歪みセンサ５３の歪み量が１０００マイクロストレイン以下であることが好ましい。
【００２８】
図１に示すように、センサユニット２１の歪みセンサ２３の出力を処理する手段として、外力計算手段５５および異常判定手段５６が設けられている。これらの手段５５，５６は、このハブ軸受Ａの外方部材１等に取付けられた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に設けられたものであっても、また自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けられたものであっても良い。
【００２９】
上記構成のインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の作用を説明する。電動モータＢを回転駆動すると、電動モータＢの出力軸２４の回転が、減速機Ｃを介して車輪のハブである内方部材２に減速して伝達され、車輪が回転して車両が走行する。車両走行時には、車輪と路面の接地点より、車輪に外力が加わる。その外力は、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力が複合されたものである。
上記車輪に加わる外力によりハブである内方部材２に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形は外方部材１の内周に取付けられたセンサ取付部材５２に伝わり、センサ取付部材５２が変形する。そのセンサ取付部材５２の歪みを歪みセンサ５３により測定する。この際、センサ取付部材５２は外方部材１におけるセンサ取付部材５２の固定箇所のラジアル方向の変形に従って変形するが、外方部材１と比べてセンサ取付部材５２は円弧状であり、かつ切欠部５２ｃが設けられてこの切欠部５２ｃの箇所で剛性が低下しているので、外方部材１の歪みよりも大きな歪みがセンサ取付部材５２に現れる。このため、外方部材１のわずかな歪みも歪みセンサ５３で正確に検出することができる。
【００３０】
センサ取付部材５２の２箇所の接触固定部５２ａ，５２ｂのうち、第１の接触固定部５２ａは、車輪と路面の接地点に作用する力によって、外方部材１の他の箇所と比べてラジアル方向の変形が著しい箇所に取付けられていることが好ましい。外方部材１は、円周方向の各部によって、上記外力によるラジアル方向変形の程度が異なる。ＦＥＭ（有限要素法）解析の結果によると、車輪と路面の接触点に作用する軸方向力に対する外方部材１のラジアル方向の変形は、反路面側および路面側の位置、つまり鉛直方向の真上位置および真下位置が最も大きくなる。この実施形態では、外方部材１のラジアル方向の変形の最も大きな位置となる鉛直方向の真上位置に第１の接触固定部５２ａを配置したため、感度良く、したがって精度良く、外方部材１の歪みを検出することができる。
すなわち、第１の接触固定部５２ａが外方部材１における他の箇所と比べてラジアル方向に大きく変形する箇所に取付けられていると、センサ取付部材５２は、変形の少ない第２の接触固定部５２ｂが支点となって、第１の接触固定部５２ａが外方部材１の大きな変形に伴い大きく変形する。そのため、センサ取付部材５２の歪みセンサ５３の取付位置がより一層大きな歪みを生じることになり、歪みセンサ５３により、外方部材１の歪みをより一層感度良く検出することができる。
【００３１】
なお、前記接触固定部５２ａ，５２ｂのうちの第２の接触固定部５２ｂは、第１の接触固定部５２ａとは、車輪と路面の接地点に作用する力によって生じるラジアル方向の歪みの方向が正逆異なる箇所としてもよい。例えば、外方部材１の真横位置（路面側位置から９０度上方の位置）よりも上側の位置と、真横位置よりも下側（路面側に近い位置）とでは、車輪と路面の接地点に作用する軸方向力に対する外方部材１のラジアル方向の変形の方向が、正逆異なる方向となる。第１の接触固定部５２ａが外方部材１の真上位置（反路面側位置）の場合、第２の接触固定部５２ｂを外方部材１の真横位置よりも下側位置とすると、両接触固定部５２ａ，５２ｂにおける外方部材１の変形の方向は正逆異なる方向となる。このように、第２の接触固定部５２ｂと第１の接触固定部５２ａとが外方部材１のラジアル方向の歪みの方向が正逆異なる箇所とされていると、両側の歪みが加算されることになって、外方部材１の変形がセンサ取付部材５２により大きく伝わり、より一層大きな歪みを検出して、外方部材１の歪みをさらに感度良く検出することができる。
【００３２】
センサユニット５１を外方部材１に取付ける軸方向位置は、実施形態におけるように外方部材１のアウトボード側の転走面３よりもアウトボード側位置としても、両列の転走面３，３間の位置としても、またインボード側の転走面３よりもインボード側位置としても良いが、アウトボード側の転走面３よりもアウトボード側位置であると、荷重の方向に応じて歪みに正負の方向性が生じ、荷重の正逆の方向を検出することができる。
ＦＥＭ解析および試験結果によると、外方部材１のラジアル方向歪みおよび周方向歪みとも、前記外力による荷重の正負によって歪みに正負の方向性を持つのは、外方部材１における前記３箇所に区分した位置のうち、アウトボード側の部分のみであった。したがって、荷重の正負の方向を検出するには、センサユニット５１を外方部材１におけるアウトボード側の位置に配置することが必要である。
センサユニトット５１をアウトボード側位置に取付ける場合は、真上位置の周方向の両側で歪みの方向が正負逆になるため、第１の接触固定部５２ａと第２の接触固定部５２ｂとを真上位置の両側に配置することによっても、感度良く歪みを検出することができる。
【００３３】
このようにして検出される歪みの値から、車輪と路面の接地点に作用する力（外力）を検出することができる。外力の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、予め歪みと外力の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪と路面の接地点に作用する外力を算出することができる。外力計算手段５５は、このように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと外力の関係から、歪センサ５３の出力により、車輪と路面の接地点に作用する外力を算出する。
【００３４】
異常判定手段５６は、このように算出した車輪と路面の接地点に作用する力が、設定された許容値を超えたと判断される場合に、外部に異常信号を出力する。この異常信号を、車両の姿勢制御に使用することができる。また、リアルタイムで車輪と路面の接地点に作用する力を出力すると、よりきめ細かな姿勢制御が可能となる。
【００３５】
この車輪用軸受装置は、センサ取付部材５２およびこのセンサ取付部材５２に取付けた歪みセンサ５３からなるセンサユニット５１をハブ軸受Ａの構成部品である外方部材１に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。センサ取付部材５２は外方部材１に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサ５３を取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【００３６】
図６に示すように、センサユニット５１を２箇所に設けても良い。これにより、より精度の高い荷重の検出が可能となる。同様に、センサユニット５１を３箇所以上の複数箇所に設けることにより、より一層精度の高い荷重の検出が可能となる。その際、スペース上の理由等により複数のセンサユニット２１を設置することが困難な場合、図７に示すように、外方部材１の内周に接触固定される接触固定部を２つのセンサユニット５１で共用するようにしてもよい。また、図８および図９に示すように、センサユニット５１を外方部材１の外周に設けても良い。
【００３７】
図１０はこの発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は、電動モータＢを、ケーシング１０２に固定したステータ１０３と出力軸１０４に取付けたロータ１０５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型としたものである。出力軸１０４は、減速機Ｃの入力軸３２にスプライン結合されている。電動モータＢ以外は、第１の実施形態と同じ構成である。この第２の実施形態も、ハブ軸受Ａの外方部材１の内周に、前記同様のセンサユニット５１が設けられている。これにより、車輪と路面の接地点に作用する力を測定して、車両の姿勢制御を行うことができる。
【００３８】
第２の実施形態の場合も、図１１に示すように、ハブ軸受Ａの外方部材１の外周に、センサユニット５１が設けてもよい。また、図示は省略するが、センサユニット５１を複数箇所に設けてもよく、外方部材に接触固定される接触固定部を２つのセンサユニット５１で共用するようにしてもよい。
【００３９】
図１２はこの発明の第３の実施形態を示す。この実施形態は、減速機Ｃを遊星減速機としたものである。電動モータＢは、第２の実施形態と同様に、ラジアルギャップ型とされている。遊星減速機Ｃは、入力軸１１２の外周に太陽歯車１１３を一体に設け、この太陽歯車１１３と減速機のアウトボード側ケーシング３３ｂの内周に設けた内歯１１４とに噛み合う複数の遊星歯車１１５を、内方部材２のインボード側材１０に取付けた内ピン１１８で回転自在に支持させてある。この遊星減速機によっても、電動モータＢの出力軸１０４の回転をハブである内方部材２に減速して伝達することができる。しかし、サイクロイド減速機ほど大きな減速比は得られない。この第３の実施形態も、ハブ軸受Ａの外方部材１の外周部に、前記同様のセンサユニット５１が設けられている。これにより、車輪と路面の接地点に作用する力を測定して、車両の姿勢制御を行うことができる。
【００４０】
第３の実施形態の場合も、図１３に示すように、ハブ軸受Ａの外方部材１の外周に、センサユニット５１が設けてもよい。また、図示は省略するが、センサユニット５１を複数箇所に設けてもよく、外方部材に接触固定される接触固定部を２つのセンサユニット５１で共用するようにしてもよい。
【００４１】
なお、前記各実施形態では、センサユニット５１が取付けられるハブ軸受Ａの構成部品が外方部材１である場合につき説明したが、この発明は、ハブ軸受Ａの他の構成部品、例えば内方部材２にセンサユニット５１を取付けた車輪用軸受装置にも適用することができる。
また、減速機を設けずに、電動モータの出力軸と車輪のハブとを直接に連結する構成としてもよい。
さらに、前記各実施形態ではハブ軸受Ａが第３世代型である車輪用軸受装置に適用した場合につき説明したが、この発明は、ハブ軸受Ａの内方部材と車輪のハブとが互いに独立した第１または第２世代型の車輪用軸受装置にも適用することができる。さらに、ハブ軸受Ａが各世代形式のテーパころタイプである車輪用軸受装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】同インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の外方部材とセンサユニットとを示す正面図である。
【図５】（Ａ）は同インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置のセンサユニットの平面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図６】第１の実施形態の別例であるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の外方部材とセンサユニットとを示す正面図である。
【図７】第１の実施形態のさらなる別例であるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の外方部材とセンサユニットとを示す正面図である。
【図８】第１の実施形態のさらなる別例であるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の断面図である。
【図９】同インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の外方部材とセンサユニットとを示す正面図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態にかかるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の断面図である。
【図１１】第２の実施形態の別例であるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の断面図である。
【図１２】この発明の第３の実施形態にかかるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の断面図である。
【図１３】第３の実施形態の別例であるインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…外方部材（静止側軌道輪）
２…内方部材（ハブ）
５…転動体
５１…センサユニット
５２…センサ取付部材
５２ａ…第１の接触固定部
５２ｂ…第２の接触固定部
５３…歪みセンサ
Ａ…ハブ軸受
Ｂ…電動モータ
Ｃ…減速機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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