(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、車輪にかかる荷重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の構成部品１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５１を設ける。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５１に取付けた歪みセンサ５３からなる。センサ取付部材５２が前記構成部品１に取付けられこの構成部品１の歪みを前記歪みセンサ５３の取付箇所で拡大するものとする。【選択図】        図１
2008068725.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、
前記軸受の構成部品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が前記構成部品に取付けられこの構成部品の歪みを前記歪みセンサの取付箇所で拡大す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、電動モータの出力軸と前記ハブとを減速機を介して連結し、この減速機が、前記電動モータの出力軸またはこの出力軸と一体に回転する軸の偏心部に装着した曲線板の偏心運動を、前記ハブに回転運動として伝達するサイクロイド減速機であるインホイール型モータ内蔵センサ付きセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記センサユニットを、前記軸受を構成する静止側の軌道輪に取付け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４】
請求項３において、前記軸受が、静止側軌道輪となる外方部材と、この外方部材に複列の転動体を介して回転自在に支持された内方部材とでなり、前記外方部材が前記減速機または電動モータの構成部品または車両の懸架装置に取付けられるフランジを外周に有し、前記内方部材がハブの一部を構成するかまたはハブの軸部を内周に嵌合させたものであり、前記センサユニットのセンサ取付部材が、前記外方部材の周面とフランジの側面との２箇所に固定されたもの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。
【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、車輪にかかる荷重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、前記軸受の構成部品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が前記構成部品に取付けられこの構成部品の歪みを前記歪みセンサの取付箇所で拡大するものとしたことを特徴とする。
【０００８】
車両走行に伴い軸受に荷重が加わると、センサ取付部材が取付けられている軸受構成部品が変形し、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。軸受構成部品の歪みが歪みセンサの取付個所に拡大して現れるようになっているため、歪みセンサは軸受構成部品の歪みを感度良く検出できる。歪みと荷重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にかかる荷重を検出することができる。その際、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軸方向の力をそれぞれ個別に検出することが可能であり、そのうちの少なくとも１つの方向の力を検出するものとする。この検出した荷重を車両の姿勢制御に使用することができる。
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構成部品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。センサ取付部材は軸受構成部品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、電動モータの出力軸と前記ハブとを減速機を介して連結する場合、この減速機は、前記電動モータの出力軸またはこの出力軸と一体に回転する軸の偏心部に装着した曲線板の偏心運動を、前記ハブに回転運動として伝達するサイクロイド減速機であるのが好ましい。サイクロイド減速機は、外形がなだらかな波状のサイクロイド曲線で形成された曲線板の偏心運動を、その外周に同心円上に固定した複数の外ピンで案内するとともに、回転運動を伝達される出力部材に同心円上に取付けた複数の内ピンを、曲線板の内部に同心円上に設けた複数の貫通孔に嵌挿係合して、この内ピンと貫通孔の係合によって曲線板の偏心運動を出力部材に回転運動として伝達するものである。
サイクロイド減速機は少ない部品点数でコンパクトに設計することができる。また、比較的大きな減速比、例えば１段で１／１０以上の減速比を得られるという特性を有する。したがって、電動モータの出力軸とハブとの間に設ける減速機をサイクロイド減速機とすると、車輪用軸受装置をコンパクトに構成することができ、かつ電動モータの出力軸の回転を大きく減速して車輪のハブへ伝達することができる。
【００１０】
前記センサユニットは、前記軸受を構成する静止側の軌道輪に取付けることができる。
センサユニットを軸受の静止側軌道輪に取付けると、センサユニットの歪みセンサの出力を外部の電子回路装置等に伝達するための配線の設置が容易である。
【００１１】
また、センサユニットを軸受の静止側軌道輪に取付ける場合、その軸受は、静止側軌道輪となる外方部材と、この外方部材に複列の転動体を介して回転自在に支持された内方部材とでなり、前記外方部材が前記減速機または電動モータの構成部品または車両の懸架装置に取付けられるフランジを外周に有し、前記内方部材がハブの一部を構成するかまたはハブの軸部を内周に嵌合させたものであり、前記センサユニットのセンサ取付部材が、前記外方部材の周面とフランジの側面との２箇所に固定されるようにするのが良い。
上記のようにセンサユニットを軸受の静止側軌道輪に取付けると、センサ取付部材は、軸受の静止側軌道輪となる外方部材に対して２箇所の固定部を有し、そのうちの１つは外方部材の周面であり、もう１つは外方部材のフランジの側面であるため、２つの固定部の径方向位置は異なり、外方部材の歪みがセンサ取付部材に転写かつ拡大して現れやすくなる。この転写かつ拡大された歪みを歪みセンサで測定するため、外方部材の歪みを感度良く検出でき、荷重の測定精度が高くなる。
【発明の効果】
【００１２】
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、前記軸受の構成部品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が前記構成部品に取付けられこの構成部品の歪みを前記歪みセンサの取付箇所で拡大するものとしたため、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出できる。センサ取付部材は軸受の構成部品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】
【００１３】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図６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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。図２の部分拡大図に示すように、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
図１および図３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に嵌挿挿入したものである。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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トウエイト４１が装着されている。
【００２１】
図４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。
【００２２】
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。
【００２３】
図１、図２および図５に示すように、ハブ軸受Ａの外方部材１の外周部には、車輪にかかる荷重を測定するためのセンサユニット５１が設けられている。図６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の取付孔１４の近傍に接触固定される第１の接触固定部５２ａと、外方部材１の外周面に接触固定される第２の接触固定部５２ｂとを有している。また、センサ取付部材５２は、前記第１の接触固定部５２ａを含む径方向に沿った径方向部位５２ｃと、前記第２の接触固定部５２ｂを含む軸方向に沿った軸方向部位５２ｄとでＬ字の形状に構成されている。径方向部位５２ｃは、軸方向部位５２ｄに比べ、剛性が低くなるよう肉厚を薄くしてある。歪みセンサ５３は、この剛性の低い径方向部位５２ｃに取付けられている。
【００２４】
上記センサユニット５１は、センサ取付部材５２の第１および第２の接触固定部５２ａ，５２ｂにより、両接触固定部５２ａ，５２ｂが外方部材１の周方向に対して同位相の位置となるように、外方部材１の外周部に固定される。第１および第２の接触固定部５２ａ，５２ｂを周方向において同位相とすると、センサ取付部材５２の長さを短くすることができるため、センサユニット５１の設置が容易である。歪みセンサ５３は、センサ取付部材５２に例えば接着剤を用いて固定される。
【００２５】
センサ取付部材５２は、外方部材１への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、センサ取付部材５２は、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とする必要がある。上記想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。センサ取付部材５２に塑性変形が生じると、外方部材１の変形がセンサ取付部材５２に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすためである。
【００２６】
センサユニット５１のセンサ取付部材５２は、例えばプレス加工により製作することができる。センサ取付部材５２をプレス加工品とすると、コストダウンが可能になる。
また、センサ取付部材５２は、金属粉末射出成形による焼結金属品としてもよい。金属粉末射出成形は、金属、金属間化合物等の成形技術の一つであり、金属粉末をバインダーと混練する工程、この混練物を用いて射出成形する工程、成形体の脱脂処理を行なう工程、成形体の焼結を行なう工程を含む。この金属粉末射出成形によれば、一般の粉末冶金に比べて焼結密度の高い焼結体が得られ、焼結金属品を高い寸法精度で製作することができ、また機械的強度も高いという利点がある。
【００２７】
歪みセンサ５３としては、種々のものを使用することができる。例えば、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、この金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、センサ取付部材５２における歪みセンサ５３の取付部分の歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。同様の理由から、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は、同歪み量が１０００マイクロストレイン以下であることが好ましい。また、歪みセンサ５３が厚膜式センサで構成されている場合は、同歪み量が１５００マイクロストレイン以下であることが好ましい。
【００２８】
図２に示すように、歪みセンサ５３の出力を処理する手段として、作用力推定手段５７および異常判定手段５８が設けられている。これらの手段５７，５８は、この車輪用軸受の外方部材１等に取付けられた回路基板等に電子回路装置（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、車輪に力が加わる。その力は、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。
上記車輪に加わる力により車輪の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の径方向部位５２ｃは外方部材１のフランジ１ａの変形に従って変形する。この実施形態の場合、外方部材１と比べ前記径方向部位５２ｃは剛性が低く、かつセンサ取付部材５２は剛性の低い径方向部位５２ｃと剛性の高い軸方向部位５２ｄとで構成されたＬ字形をしているため、径方向部位５２ｃと軸方向部位５２ｄとの間である径方向部位５２ｃ側の角部５２ｅ付近に歪みが集中し、外方部材１よりも大きな歪みとなって現れる。すなわち、径方向部位５２ｃと軸方向部位５２ｄとの間で発生する歪みは、フランジ１ａの基端のＲ部１ｂの歪みを転写かつ拡大したものとなる。この歪みを歪みセンサ５３で測定するため、外方部材１の歪みを感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。
【００３０】
荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、予め歪みと荷重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おける車輪に作用する力を算出することができる。その際、互いに直交する上下方向、左右方向、および前後方向の３軸方向の力をそれぞれ個別に検出することが可能であり、そのうちの少なくとも１つの方向の力を検出する。３軸方向の各力は、それぞれ外方部材１の変形として現れる箇所が異なる。また、変形の程度も異なる。このため、センサユニット５１の形態や取付位置を適性に設定することにより、３軸方向の各力を精度良く検出することが可能となる。
【００３１】
前記作用力推定手段５７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荷重の関係から、歪センサ５３の出力により、車輪と路面の接地点における車輪に作用する力を算出する。このようにして得られる各種情報は、車両の姿勢制御に使用することができる。また、前記異常判定手段５８は、作用力推定手段５７により上記車輪に作用する力が、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。この異常信号も、自動車の車両制御に使用することができる。さらに、リアルタイムで車輪と路面間の作用力を出力すると、よりきめ細かな姿勢制御が可能となる。
【００３２】
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。
【００３３】
この実施形態のセンサユニット５１は、センサ取付部材５２に歪みセンサ５３を１個だけ取付けた構成としているが、センサ取付部材５２に歪みセンサ５３を複数個取付けた構成としても良い。センサ取付部材５２に歪みセンサ５３を複数個取付けると、より一層精度の高い荷重の検出が可能となる。
【００３４】
また、この実施形態は、センサユニット５１を外方部材１の１箇所にだけ設けた構成としているが、例えば図７に示すように、センサユニット５１を２箇所以上に設けた構成としても良い。センサユニット５１を２箇所以上に設けると、より一層精度の高い荷重の検出が可能となる。
【００３５】
図８および図９に示すように、センサユニット５１のセンサ取付部材５２を直線形状としてもよい。その場合も、センサ取付部材５２は、外方部材１に対する２箇所の接触固定部５２ａ，５２ｂを有し、第１の接触固定部５２ａは外方部材１の取付孔１４の近傍に接触固定させ、第２の接触固定部５２ｂは外方部材１の外周面に接触固定させる。これにより、センサ取付部材５２に発生する歪みは、フランジ１ａの基端のＲ部１ｂの歪みを転写かつ拡大したものとなり、外方部材１の歪みを感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。
【００３６】
図１０に示すように、センサ取付部材５２と外方部材１との固定をボルトで行うようにしてもよい。図１１に示すように、このセンサ取付部材５２は、全体形状は図６に示すセンサ取付部材５２と同じであり、第１の接触固定部５２ａに軸方向のボルト挿通孔６０が形成され、かつ第２の接触固定部５２ｂに径方向のボルト挿通孔６１が形成されている。外方部材１には、前記ボルト挿通孔６０，６１に対応する位置に、内周面に雌ねじが形成されたボルト螺着孔６２，６３がそれぞれ形成されている。センサユニット５１は、センサ取付部材５２のボルト挿通孔６０，６１に外周側からボルト６４を挿通し（正確にはボルト挿通孔６０についてはアウトボード側からボルト６４を挿通する）、そのボルト６４の雄ねじ部６４ａをボルト螺着孔６２，６３に螺着させることにより、外方部材１に固定される。
【００３７】
センサ取付部材６２と外方部材１との固定については、接着剤およびボルトのいずれを用いても良い。また、両者を併用してもよい。さらには、接着剤やボルトを用いず、溶接でセンサ取付部材６２と外方部材１とを固定しても良い。
これらの固定構造のいずれを採用した場合でも、センサ取付部材６２と外方部材１とを強固に固定することができる。そのため、センサ取付部材６２が外方部材１に対して位置ずれすることがなく、外方部材１の変形をセンサ取付部材６２に正確に伝えることが可能になる。
【００３８】
図１２はセンサユニットの異なる実施形態を示す。このセンサユニット５１は、歪みセンサ５３とは別に温度センサ５４が設けられている。なお、センサ取付部材５２の形状は図６に示すものと同じであり、歪みセンサ５３および温度センサ５４はセンサ取付部材５２の径方向部位５２ｃに取付けられている。温度センサ５４としては、例えば白金測温抵抗または熱電対またはサーミスタを使用することができる。さらに、これら以外の温度を検出することが可能なセンサを使用することもできる。
【００３９】
このセンサユニット５１を設けた車軸用軸受装置も、歪みセンサ５３がセンサ取付部材５２の歪みを検出し、その歪みにより車輪に加わる荷重を測定する。ところで、車輪用軸受装置は使用中に温度が変化し、その温度変化がセンサ取付部材５２の歪み、または歪みセンサ５３の動作に影響を及ぼす。そこで、センサ取付部材５２に配置した温度センサ５４にてセンサ取付部材５２の温度を検出し、その検出した温度により歪みセンサ５３の出力を補正することにより、歪みセンサ５３の温度による影響を除去することができる。これにより、精度の高い荷重検出を行なうことが可能となる。
【００４０】
図１３はセンサユニットのさらに異なる実施形態を示す。このセンサユニット５１は、歪みセンサ５３とは別に各種センサ５５が設けられている。各種センサ５５は、加速度センサおよび振動センサのうちの少なくとも一つとする。なお、センサ取付部材５２の形状は図６に示すものと同じであり、歪みセンサ５３および各種センサ５５はセンサ取付部材５２の径方向部位５２ｃに取付けられている。
このように、センサ取付部材５２に歪みセンサ５３および各種センサ５５を取付けると、荷重と車輪用軸受の状態を１箇所で測定することができ、配線等を簡略なものとすることができる。
【００４１】
図１４は前記各実施形態とは異なる方法で歪みセンサを形成したセンサユニットの構造を示す。このセンサユニット５１は、センサ取付部材５２の上に絶縁層７０が形成され、この絶縁層７０の表面の両側に対を成す電極７１，７１が形成され、これら電極７１，７１の間で前記絶縁層７０の上に歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体７２が形成され、さらに電極７１，７１と歪み測定用抵抗体７２の上に保護膜７３が形成された構造となっている。
【００４２】
このセンサユニット５１の製造方法を次に示す。まず、ステンレス鋼等の金属材料で形成されたセンサ取付部材５２の表面にガラス等の絶縁材料を印刷、焼成して絶縁層７０を形成する。次に、絶縁層７０の表面に、導電性材料を印刷、焼成して電極７１，７１を形成する。さらに、電極５１と電極５１との間に、抵抗体となる材料を印刷、焼成して歪み測定用抵抗体７２を形成する。さらに、これら電極７１，７１および歪み測定用抵抗体７２を保護するために、保護膜７３を形成する。
【００４３】
通常、歪みセンサはセンサ取付部材５２に対して接着による固定が行なわれるが、この固定構造は、経年変化による接着強度の低下が歪みセンサの検出に影響を及ぼす可能性があり、またコストアップの原因ともなっている。これに対し、この実施形態のように、センサ取付部材５２の表面に絶縁層７０を印刷および焼成により形成し、この絶縁層７０の上に電極７１，７１および歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体７２を印刷および焼成により形成したセンサユニット５１とすると、信頼性の向上とコストダウンを図ることが可能となる。
【００４４】
図１５ないし図１７はさらに異なる実施形態を示す。この車輪用軸受は、センサユニット５１に設けられた歪みセンサや前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）の出力を処理するためのセンサ信号処理回路ユニット８０を組み込んだものである。このセンサ信号処理回路ユニット８０は外方部材１の外周面に取付けられている。
【００４５】
センサ信号処理回路ユニット８０は、樹脂等で製作されたハウジング８１内に、ガラスエポキシ等で製作された回路基板８２を有し、その回路基板８２上には、前記歪みセンサ５３の出力信号を処理するオペアンプ、抵抗、マイコン等や歪みセンサ５３を駆動する電源用の電気・電子部品８３が配置されている。また、歪みセンサ５３の配線と回路基板８２とを接合する接合部８４を有している。また、外部からの電源供給や外部へセンサ信号処理回路によって処理された出力信号を出力するケーブル８５を有している。センサユニット５１に前述の各センサ（温度センサ、加速度センサ、振動センサ）が設けられている場合、センサ信号処理回路ユニット８０にはそれぞれのセンサに対応した回路基板８２、電気・電子部品８３、接合部８４、ケーブル８５等が設けられる（図示せず）。
【００４６】
一般的には、車輪用軸受に設けられた各センサの出力を処理するセンサ信号処理回路ユニットは自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けられるが、この実施形態のように、車輪用軸受におけるセンサユニット５１の近傍にセンサ信号処理回路ユニット８０を設けることで、センサユニット５１からセンサ信号処理回路ユニット８０への配線の手間が簡略化でき、また車輪用軸受以外の場所にセンサ信号処理回路ユニット８０を設ける場合よりも、センサ信号処理回路ユニット８０をコンパクトに設置できる。
【００４７】
図１８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で車輪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。
【００４８】
図１９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で車輪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。
【００４９】
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。前記構成部品が内方部材２である場合、センサユニット５１は内方部材２の内周となる周面に設ける。
また、場合によっては、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】
【００５０】
【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の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図３の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】同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６】（Ａ）は同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７】異なる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】前記実施形態とはセンサ取付部材の形状が異なるセンサユニットを設けた車輪用軸受装置の要部の断面図である。
【図９】（Ａ）は同センサユニットの平面図、（Ｂ）はその側面図である。
【図１０】前記実施形態とは取付方法が異なるセンサユニットを設けた車輪用軸受装置の要部の断面図である。
【図１１】（Ａ）は同センサユニットの平面図、（Ｂ）はそのXIＢ−XIＢ断面図である。
【図１２】（Ａ）は異なるセンサユニットの側面図、（Ｂ）はそのXIIＢ矢視図である。
【図１３】（Ａ）はさらに異なるセンサユニットの側面図、（Ｂ）はそのXIIIＢ矢視図である。
【図１４】さらに異なるセンサユニットの断面構造を示す図である。
【図１５】センサ信号処理回路ユニットを設けた車輪用軸受装置の破断部分図である。
【図１６】同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１７】センサ信号処理回路ユニットの側面図である。
【図１８】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１９】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。
【符号の説明】
【００５１】
１…外方部材（軸受構成部品）
１ａ…フランジ
２…内方部材（ハブ）
３，４…転走面
５…転動体
９…アウトボード側材
１０…インボード側材
２４，１０４…モータ出力軸
３２，１１２…減速機入力軸
３２ａ，３２ｂ…偏心部
３４ａ，３４ｂ…曲線板
５１…センサユニット
５２…センサ取付部材
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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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