JP5615033B2 - インホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、インホイールモータ駆動装置に関するものであって、特に、センサを設けたインホイールモータ駆動装置に関するものである。

電気自動車の走行安定性を制御するための技術として、インホイールモータ駆動装置において、駆動輪と路面の接地点から直交する３軸方向の力を測定するセンサを取り付けた技術が、例えば、特開２００８−７４１３５号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１によると、センサは、車輪用軸受に取り付けられている。

また、特開２００９−１２８２６４号公報（特許文献２）には、特許文献１と同様に、センサを車輪用軸受に取り付けた技術が開示されている。

特開２００８−７４１３５号公報 特開２００９−１２８２６４号公報

特許文献１および特許文献２に開示されているセンサは、信号ケーブルを介して、センサから出力される信号を処理するユニットに接続されている。ここで、信号ケーブルは、インホイールモータ駆動装置の外表面に配置されており、車輪の振動等に伴い、共に振動する。その場合、信号ケーブルが装置の外表面で安定せずに揺れ動いてしまう。さらに、揺れ動く際に信号ケーブルが屈曲し、その屈曲部分において、例えば、信号にノイズが発生する虞がある。

この発明の目的は、信号ケーブルを安定して位置させることができるインホイールモータ駆動装置を提供することである。

この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、静止側軌道輪である外輪、および回転
側軌道輪である内輪を有し、駆動輪のハブを回転自在に支持する車輪用軸受と、駆動輪の
回転駆動源となる電気モータと、電気モータと車輪用軸受との間に介在する減速機とを備
えるインホイールモータ駆動装置である。そして、略円筒形状であって、電気モータおよ
び減速機を覆うケーシングと、外輪に取り付けられて、駆動輪に対して入力および出力の状態を検出するセンサと、ケーシングに取り付けられており、センサから出力される出力信号に基づいて、所定の処理を行う信号処理ユニットと、センサと信号処理ユニットとを接続する信号ケーブルと、センサから信号処理ユニットに至るまでの信号ケーブルの経路途中に設けられ、信号ケーブルのうちの少なくとも一部をケーシングに係止して、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を固定する係止部と備え、信号ケーブルは車輪用軸受の外輪に弾性的に固定される。

このように、インホイールモータ駆動装置は、係止部により、信号ケーブルのうちの少なくとも一部をケーシングに係止して、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を固定するため、信号ケーブルの例えば揺れ動く等の移動を規制することができる。その結果、信号ケーブルを安定して位置させることができる。

好ましくは、係止部は、ケーシングの外径面に固定され、信号ケーブルの外周面を受入可能な筒状の通路を有する固定部材を含む。こうすることにより、固定部材を用いて、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を固定することができる。この場合、係止部をケーシングの外径面に取り付けるため、容易に取り付けを行うことができる。

さらに好ましくは、固定部材は、ケーシングの外径面に取り付けられる支持部と、支持部に対して着脱可能であって、支持部の径方向に対向して配置される蓋部とを含み、信号ケーブルの一部を支持部と蓋部とに挟持することによって、信号ケーブルのうちの少なくとも一部をケーシングに係止して、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を固定する。こうすることにより、支持部と蓋部とを用いて、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を強固に固定することができる。

さらに好ましくは、筒状の通路は、支持部および蓋部が対向する対向面のうち、少なくとも一方の対向面において、対向面からの径方向の凹みにより構成される。こうすることにより、信号ケーブルを凹みにはめ込むようにして、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を強固に固定することができる。

さらに好ましくは、係止部は、ケーシングに設けられ、ケーシングの外径面から凹む凹部である。こうすることにより、ケーシングに係止部を設けることができ、インホイールモータ駆動装置を構成する部材点数を抑えることができる。

他の実施形態として、係止部は、ケーシングの外径面に信号ケーブルを当接させるよう押し当てる押当部材である。

さらに好ましくは、係止部のうち、信号ケーブルが接触する領域の角部は、面取り加工またはＲ面加工されている。こうすることにより、信号ケーブルに加わる応力を緩和することができる。

さらに好ましくは、信号ケーブルは、信号ケーブルの途中経路を分断可能とする接続端子を含み、係止部は、接続端子をケーシングに係止して、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を固定する。

このように、インホイールモータ駆動装置は、係止部により、信号ケーブルのうちの少なくとも一部をケーシングに係止して、ケーシングと信号ケーブルとの間隔を固定するため、信号ケーブルの例えば揺れ動く等の移動を規制することができる。その結果、信号ケーブルを安定して位置させ、ノイズの発生を防ぐことができ、極めて高い信頼性を得ることができる。

この発明の一実施形態にかかるインホイールモータ駆動装置の概要図である。 インホイールモータ駆動装置の車輪用軸受および減速機の断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 図３の要部を拡大して示す断面図である。 ブレーキの断面図である。 車輪用軸受における外方部材をアウトボード側から見た正面図である。 センサユニットの拡大平面図である。 図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。 センサユニットの他の設置例を示す断面図である。 センサユニットの他の例の拡大平面図である。 センサユニットのさらに他の例の拡大断面図である。 係止部を外径側から見た拡大平面図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。 図１２のＸＩＶから見た正面図である。 センサユニットのセンサ出力信号を処理する信号処理ユニットのブロック図である。 センサユニットのセンサ出力信号の波形図である。 信号処理ユニットでの信号処理の概略説明図である。 制御系のブロック図である。 インホイールモータ駆動装置の外観概略図である。

図１ないし図１８はこの発明の一実施形態を示す。まず、図１と共にこの実施形態の概要について説明する。このインホイールモータ駆動装置は、駆動輪７０のハブを回転自在に支持する車輪用軸受Ａと、回転駆動源としての電気モータＢと、この電気モータＢの回転を減速してハブに伝達する減速機Ｃと、ハブに制動力を与えるブレーキＤとを、駆動輪７０の中心軸Ｏ上に配置したものである。ここで言う「中心軸Ｏ上に配置する」とは、必ずしも各構成要素が中心軸Ｏ上に位置するということではなく、各構成要素が中心軸Ｏに対して機能的に作用しているということである。なお、この明細書において、車両に取り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。

図２に示すように、車輪用軸受Ａは、内周に複列の転走面３を形成した外輪１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外輪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は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外輪１と内方部材２との間の軸受空間のアウトボード側端およびインボード側端は、シール部材７，８でそれぞれシールされている。

外輪１は静止側軌道輪となるものであって、減速機Ｃのケーシング３３に取り付けるフランジ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ねじ孔１４が設けられている。外輪１は、前記ケーシング３３のボルト挿通孔３３ａに挿通した取付ボルト１５を前記ねじ孔１４に螺合させることにより、前記ケーシング３３に取り付けられる。

内方部材２は回転側軌道輪となるものであって、駆動輪７０およびブレーキ輪４６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は、特許請求の範囲で言う「ハブ」に該当する。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の圧入孔１７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、駆動輪７０およびブレーキ輪４６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が取り付けられている。

電気モータＢは、図１のように、筒状のケーシング２２に固定したステータ２３と出力軸２４に取り付けたロータ２５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のものである。出力軸２４は、２つの軸受２６でケーシング２２に支持されている。電気モータＢは、インバータ等を含む制御回路からなるモータ制御ユニット１３７により制御される。また、電気モータＢには、電気モータを回転駆動させる電力を供給する電力ケーブル（図示せず）が接続されており、電力ケーブルは、電気モータＢのケーシング２２の外径面を経由するようにして配線されている。

図２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、ケーシング３３のインボード側壁とアウトボード側壁の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、ハブ輪９の貫通孔１１にスプライン嵌合されて一体に回転する出力軸３７に取り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、電気モータ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はケーシング３３と出力軸３７の内径面とに２つの軸受４０で両持ち支持されている。また、曲線板３４ａ，３４ｂの外形となるトロコイド曲線は、サイクロイド曲線であることが好ましいが、その他のトロコイド曲線であっても良い。上記の「サイクロイド減速機」は、上記のように外形をトロコイド曲線とした減速機であるトロコイド減速機を含めて称している。

電気モータ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に取り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。

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。

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。

図５に示すように、ブレーキＤは、駆動輪７０と共にハブフランジ９ａに取り付けられたブレーキ輪４６およびこのブレーキ輪４６に摩擦接触可能なブレーキパッド４７を有する作動部４８と、ブレーキパッド４７を作動させる駆動部４９とを有し、この駆動部４９の駆動源としてブレーキ用電気モータ５０を用いた電動ブレーキとされている。ブレーキ輪４６はブレーキディスクからなる。ブレーキパッド４７は、ブレーキ輪４６を挟み付けるように一対設けられている。片方のブレーキパッド４７は、ブレーキフレーム５１に固定され、もう片方のブレーキパッド４７は、ブレーキフレーム５１に直線的に進退自在に設置された進退部材５２に取り付けられている。進退部材５２の進退可能方向はブレーキ輪４６に対面する方向である。進退部材５２は、ブレーキフレーム５１に対して回り止めされている。

駆動部４９は、上記ブレーキ用電気モータ５０と、この電気モータ５０の回転出力を往復直線運動に変換してブレーキパッド４７に制動力として伝えるボールねじ５３とを有し、電気モータ５０の出力は減速伝達機構５８を介してボールねじ５３に伝達される。ボールねじ５３は、ねじ軸５４が軸受５７を介してブレーキフレーム５１に回転のみ自在に支持され、ナット５５が上記進退部材５２に固定されている。進退部材５２とナット５５とは、互いに一体の部材であっても良い。

ボールねじ５３は、ねじ軸５４およびナット５５と、これらねじ軸５４の外周面およびナット５５の内周面に対向して形成されたねじ溝間に介在する複数のボール５６とを有する。ナット５５には、ねじ軸５４とナット５５の間に介在するボール５６を無端の経路で循環させる循環手段（図示せず）を有している。循環手段は、リターンチューブやガイドプレートを用いた外部循環形式のものであっても、エンドキャップや駒を用いた内部循環形式のものであっても良い。また、このボールねじ５３は、短い距離を往復動作させるものであるため、上記循環手段を有しない形式のもの、例えばねじ軸５４とナット５５間の複数のボール５６をリテナ（図示せず）で保持したリテナ式のものであっても良い。

減速伝達機構５８は、ブレーキ用電気モータ５０の回転をボールねじ５３のねじ軸５４に減速して伝える機構であり、ギヤ列で構成されている。減速伝達機構５８は、この例では、電気モータ５０の出力軸に設けられたギヤ５９、およびねじ軸５４に設けられて上記ギヤ５９に噛み合うギヤ６０からなる。減速伝達機構５８は、この他に、例えばウォームおよびウォームホイル（図示せず）からなるものとしても良い。

このブレーキＤは、ブレーキペダル等の操作部材６１の操作に従い上記電気モータ５０を制御する操作部６２を有する。この操作部６２には、アンチロック制御手段６５が設けられている。操作部６２は、上記操作部材６１と、この操作部材６１の動作量および動作方向を検出可能なセンサ６４と、このセンサ６４の検出信号に応答して電気モータ５０を制御する制御装置６３とでなり、この制御装置６３に上記アンチロック制御手段６５が設けられている。制御装置６３は、モータ制御信号を生成する手段およびそのモータ制御信号によりモータ電流を制御可能なモータ駆動回路（いずれも図示せず）を有している。

アンチロック制御手段６５は、操作部材６１の操作による制動時に、駆動輪７０の回転に応じて電気モータ５０による制動力を調整することで、駆動輪７０の回転ロックを防止する手段である。アンチロック制御手段６５は、上記制動時に、駆動輪７０の回転速度を検出し、検出速度から駆動輪７０の回転ロックまたはその兆候が検出されると、電気モータ５０の駆動電流を低下させ、または一時的に逆回転出力を発生するなどして、制動力、つまりブレーキパッド４７の締め付け力を調整する処理を行う。駆動輪７０の回転速度の検出には、電気モータＢに設けられる回転数センサ８７の出力が利用される。

図１に示すように、車輪用軸受Ａのハブフランジ９ａには、前記ブレーキ輪４６と共に駆動輪７０が取り付けられる。駆動輪７０は、ホイール７１の周囲にタイヤ７２を設けたものである。ハブフランジ９ａとホイール７１との間にブレーキ輪４６を挟み込んだ状態で、ハブフランジ９ａの圧入孔１７に圧入したハブボルト１６をホイール７１に螺着させることで、駆動輪７０およびブレーキ輪４６がハブフランジ９ａに固定される。

静止側軌道輪である外輪１の外径面には、４つのセンサユニット１２０が設けられている。図６は、外輪１をアウトボード側から見た正面図を示す。ここでは、これらのセンサユニット１２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外輪１における外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。

これらのセンサユニット１２０は、図７および図８に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材１２１と、この歪み発生部材１２１に取り付けられて歪み発生部材１２１の歪みを検出する歪みセンサ１２２とでなる。歪み発生部材１２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の厚さ３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部１２１ｂを有する。また、歪み発生部材１２１は、外輪１の外径面にスペーサ１２３を介して接触固定される２つの接触固定部１２１ａを両端部に有する。歪みセンサ１２２は、歪み発生部材１２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材１２１の外面側で両側辺部の切欠き部１２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ１２２は切欠き部１２１ｂの周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材１２１は、静止側軌道輪である外輪１に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外輪１の変形がセンサユニット１２０に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。「想定される最大の力」は、車輪用軸受Ａに異常な大きさの力が作用しても、その力が除かれるとセンサ系を除く車輪用軸受としての正常な機能が復元される範囲の最大の力である。

前記センサユニット１２０は、その歪み発生部材１２１の２つの接触固定部１２１ａが、外輪１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部１２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部１２１ａがそれぞれスペーサ１２３を介してボルト１２４により外輪１の外径面に固定される。前記各ボルト１２４は、それぞれ接触固定部１２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔１２５からスペーサ１２３のボルト挿通孔１２６に挿通し、外輪１の外周部に設けられたねじ孔１２７に螺合させる。このように、スペーサ１２３を介して外輪１の外径面に接触固定部１２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材１２１における切欠き部１２１ｂを有する中央部位が外輪１の外径面から離れた状態となり、切欠き部１２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部１２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外輪１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面３の中間位置からアウトボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。外輪１の外径面における前記スペーサ１２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。

このほか、図９に断面図で示すように、外付部材１の外径面における前記歪み発生部材１２１の２つの接触固定部１２１ａが固定される２箇所の中間部に溝１ｃを設けることで、前記スペーサ１２３を省略し、歪み発生部材１２１における切欠き部１２１ｂが位置する２つの接触固定部１２１ａの中間部位を外輪１の外径面から離すようにしても良い。

また、歪み発生部材１２１は、図１０に示すように、平面概形が単調な帯状とし、図７の例のような切欠き部１２１ｂを形成しないものであっても良い。

歪みセンサ１２２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１２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材１２１に対しては接着による固定が行われる。

また、歪みセンサ１２２を歪み発生部材１２１上に厚膜抵抗体にて形成することができる。その場合のセンサユニット１２０の構造を図１１に示す。このセンサユニット１２０は、歪み発生部材１２１のセンサ取付面１２１Ａ上に絶縁層１５０が形成され、この絶縁層１５０の表面の両側に対を成す電極１５１，１５１が形成され、これら電極１５１，１５１の間で前記絶縁層１５０の上に歪みセンサとなる歪み測定用抵抗体１５２が形成され、さらに電極１５１，１５１と歪み測定用抵抗体１５２の上に保護膜１５３が形成された構造となっている。

外輪１の外径面に取り付けられた前記センサユニット１２０は、図２のように保護カバー９０で覆われる。なお、図６では前記保護カバー９０を省略して示している。保護カバー９０は、インボード側に向かって内径が拡大する筒状とされている。具体的には、保護カバー９０は、インボード側が大径部でアウトボード側半部が内径側に縮小する小径部となる円筒状とされている。この保護カバー９０のインボード側端はＯリング９１を介して外輪１のフランジ１ａの外径面に取り付けられ、保護カバー９０のアウトボード側端は外輪１の外径面に嵌合させられる。保護カバー９０の材料としては、ステンレス鋼等の金属材料や、ＰＡ６６＋ＧＦ等の樹脂材料が用いられる。外輪１のフランジ１ａの外径面には周方向に延びるＯリング嵌着用の溝１ｄが設けられ、この溝１ｄにＯリング９１を嵌着させることで、Ｏリング９１が軸方向に位置決めされると共に、保護カバー９０のインボード側端と外輪１のフランジ１ａの外径面との間が確実に密封される。また、センサユニット１２０の設置部周辺には樹脂モールドなどが施され、防水処理される。

このように、センサユニット１２０は保護カバー９０内における外輪１の外径面に固定されることになるので、それらの固定部が、外部環境により腐食して固定が不安定になるのを防止でき、足廻りの過酷な環境で使用される装置でありながらセンサユニット１２０の正常動作が可能となる。

各センサユニット１２０は信号ケーブル１２９を介して信号処理ユニット１３０に接続される。信号処理ユニット１３０は、各センサユニット１２０のセンサ出力信号から駆動輪７０に加わる荷重を推定する荷重推定手段１３３を有する信号処理装置であり、ここでは減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端の外径面に設置されている。信号処理ユニット１３０は、センサユニット１２０と共に外輪１の外径面に設置しても良いし、電気モータＢのケーシング２２の外径面に設置しても良い。

外輪１のフランジ１ａには、各センサユニット１２０の信号ケーブル１２９を引き出すケーブル挿通孔９２が軸方向に貫通して設けられ、信号ケーブル１２９を引き出したあとで、ケーブル挿通孔９２にはモールド樹脂などの弾性充填材９３が充填される。

また、前記ケーブル挿通孔９２を出た信号ケーブル１２９は、減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端に形成したケーブル案内用の切欠き部３３ｂを経由して信号処理ユニット１３０へと引き出され、信号ケーブル１２９の周囲は防水シール部材９４によって防水処理が施される。切欠き部３３ｂは外径面に開口する貫通孔であっても良い。これにより、外部から泥水や塩水等がケーブル挿通孔９２を経て保護カバー９０内に浸入するのを防止できる。

このほか、センサユニット１２０から信号処理ユニット１３０までの配線を、減速機Ｃのケーシング３３内部を通過するように構成し、信号ケーブル１２９が外部に出ることなく信号処理ユニット１３０に接続されるようにしても良い。この場合、信号ケーブル１２９が外部に露出せず、泥水などの浸入経路も最小限に抑えることができるので、防水性能が向上し、信頼性を高めることができる。

ここで、信号ケーブル１２９の配線状態について、詳細に説明する。

ケーブル挿通孔９２を出た信号ケーブル１２９は、減速機Ｃのケーシング３３に取り付けられた係止部９５によって減速機Ｃのケーシング３３に固定されている。係止部９５は、センサユニット１２０のインボード側であって、信号処理ユニット１３０のアウトボード側に取り付けられている。図１２は、係止部９５を外径側から見た拡大平面図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。図１４は、図１２のＸＩＶ（インボード側）から見た正面図である。係止部９５は、信号ケーブル１２９のうちの少なくとも一部を係止するものであって、減速機Ｃのケーシング３３と信号ケーブル１２９との間隔を固定するものである。そして、センサユニット１２０から信号処理ユニット１３０に至るまでの信号ケーブル１２９の経路途中に設けられている。係止部９５は、減速機Ｃのケーシング３３の外径面に固定され、信号ケーブル１２９の外周面を受入可能な筒状の通路９５ａを有する固定部材である。具体的には、係止部９５は、減速機Ｃのケーシング３３の外径面に取り付けられる支持部９７と、支持部９７に対して着脱可能であって、支持部９７の径方向に対向して配置される蓋部９６とを含む。支持部９７は、略Ｌ字状であって、減速機Ｃのケーシング３３の外径面と接する接部９７ｅと、接部９７ｅのインボード側端部から外径側に延びる延部９７ｆとを含む。そして、延部９７ｆのうち、蓋部９６に対向する対向面において設けられる凹み９６ｃと、蓋部９６のうち、延部９７ｆに対向する対向面において設けられる凹み９７ｃとにより、信号ケーブル１２９を受け入れる筒状の通路９５ａを構成している。筒状の通路９５は、例えば、インボード側から見た場合に円形状であって、信号ケーブル１２９の径に沿った大きさである。そして、周方向一方側に偏って位置している。延部９７ｆおよび蓋部９６のうち、信号ケーブル１２９と接触するインボード側およびアウトボード側の角部９７ｂ，９６ｂは、共に面取り加工されている。面取り加工は、例えば、Ｒ面取り加工や、Ｃ面取り加工を適用することができる。係止部９５は、信号ケーブル１２９の一部を、支持部９７と蓋部９６とで挟持することによって、減速機Ｃのケーシング３３に係止するものである。なお、減速機Ｃのケーシング３３のうち、係止部９５が固定される領域３３ａは、平らな形状になっている。

また、支持部９７は、減速機Ｃのケーシング３３と支持部９７の接部９７ｅとをボルト９９で螺合することにより、減速機Ｃのケーシング３３と強固に固定されている。さらに、蓋部９６は、支持部９７の延部９７ｆと蓋部９６とをボルト９８で螺合することにより、支持部９７と強固に固定されている。ボルト９９は、信号ケーブル１２９が延びる方向に垂直な方向に、筒状の通路９５ａを挟んで両側に設けられてもよいし、図１２に示すように、一方側のみに設けてもよい。ボルト９８においても同様である。

図１５は、信号処理ユニット１３０の概略構成をブロック図で示す。この信号処理ユニット１３０は、前処理手段１３１と、平均・振幅抽出手段１３２と、荷重推定手段１３３と、パラメータ記憶手段１３４と、Ｉ／Ｆ機能を有する通信手段１３５とを備える。前処理手段１３１は、各センサユニット１２０からのセンサ出力信号を増幅する機能と、これらセンサ出力信号からノイズ成分を除去するフィルタリング機能と、増幅・フィルタリングされたセンサ出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換機能を持つ。これにより、センサユニット１２０からの微弱なセンサ出力信号が近くに設置された信号処理ユニット１３０でデジタル信号に変換されるので、ノイズの影響を受けにくくなり、検出精度を高めることができる。平均・振幅抽出手段１３２は、前処理手段１３１を経たセンサ出力信号から後述する平均値と振幅値とを抽出する機能と、抽出した平均値などを補正する機能を有する。荷重推定手段１３３は、平均・振幅抽出手段１３２で抽出された平均値と振幅値とを用いて駆動輪７０に加わる荷重を推定する機能を有する。このように、センサユニット１２０のセンサ出力信号の演算をすべて信号処理ユニット１３０で行うようにしているので、使い勝手がよくなり、また外部配線の本数も最小化され、信頼性が向上する。

センサユニット１２０は、外輪１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置に設けられるので、歪みセンサ１２２の出力信号は、センサユニット１２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット１２０における歪みセンサ１２２に最も近い位置を通過するときにセンサ出力信号の振幅は最大値となり、その位置から転動体５が遠ざかるにつれて低下する。これにより、軸受回転時にはセンサ出力信号は、その振幅が転動体５の配列ピッチを周期として変化する図１６のような正弦波に近い波形となる。そこで、前記平均・振幅抽出手段１３２では、荷重を求めるデータとしてセンサ出力信号の振幅値（交流成分）と振幅の平均値（直流成分）を演算して抽出する。

平均・振幅抽出手段１３２で演算された平均値には、歪みセンサ１２２自体の温度特性や外輪１の温度歪みや、その他の原因によるドリフト量が存在する。そこで、平均・振幅抽出手段１３２では、センサ出力信号のドリフトを補正する。その補正のためのパラメータは前記パラメータ記憶手段１３４に記憶され、このパラメータ記憶手段１３４から読み出して前記ドリフトの補正に使用される。パラメータ記憶手段１３４は例えば不揮発メモリからなる。また、温度によるドリフトを補正するため、例えば図７に仮想線で示すように少なくとも１つのセンサユニット１２０の歪み発生部材１２１に温度センサ１２８を設け、この温度センサ１２８の出力信号をセンサユニット１２０のセンサ出力信号とともに前記前処理手段１３１を経て平均・振幅抽出手段１３２に入力し、これをドリフト補正に使用しても良い。この場合、温度センサ１２８に必要な情報も、前記パラメータ記憶手段１３４に記憶させておいても良い。平均・振幅抽出手段１３２で用いる演算式や補正パラメータは、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。

荷重推定手段１３３では、平均・振幅抽出手段１３２で演算・抽出された平均値および振幅値を変数とし、これらの変数にそれぞれ所定の補正係数を乗算した一次式から駆動輪７０に加わる荷重（垂直方向荷重Ｆｚ，駆動力や制動力となる荷重Ｆｘ，軸方向荷重Ｆｙ）を推定する。前記一次式における補正係数も前記パラメータ記憶手段１３４に記憶され、このパラメータ記憶手段１３４から読み出して使用される。この場合の補正係数も予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。荷重推定手段１３３で得られた荷重データは、通信手段１３５を経て、車体側に設置される上位の電気制御ユニット（ＥＣＵ）８５（図１８）との通信（例えばＣＡＮバスなどを通じて）により電気制御ユニット８５へ出力される。必要に応じて荷重データをアナログ電圧で出力するものとしても良い。前記パラメータ記憶手段１３４に記憶される各種パラメータは、通信手段１３５を通して外部から書き込むようにしても良い。図１７は、センサユニット１２０のセンサ出力信号から各荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚが荷重推定手段１３３で推定されるまでの処理の概略の流れを示す。

駆動輪７０と路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受Ａの静止側軌道輪である外輪１にも荷重が印加されて変形が生じる。ここではセンサユニット１２０における薄板材からなる歪み発生部材１２１の２つの接触固定部１２１ａが、外輪１の外径面に接触固定されているので、外輪１の歪みが歪み発生部材１２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセンサ１２２で感度良く検出される。

また、この実施形態では前記センサユニット１２０を４つ設け、各センサユニット１２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外輪１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受Ａに作用する垂直方向荷重Ｆｚ、駆動力や制動力となる荷重Ｆｘ、軸方向荷重Ｆｙを精度良く推定することができる。

図１８のように、前記荷重データが入力される電気制御ユニット８５には、その荷重データから路面の状態や駆動輪７０と路面の接地状態が異常であることを判定する異常判定手段８４が設けられている。また、電気制御ユニット８５の出力側には、電気モータＢ、ブレーキＣの電気モータ５０、およびサスペンションＤの減衰手段７４が接続されていて、電気制御ユニット８５は信号処理ユニット１３０から送られてくる荷重データに基づき路面の状態や駆動輪７０と路面の接地状態に関する情報を、電気モータＢ、ブレーキＣの電気モータ５０、およびサスペンションＤの減衰手段７４に出力する。

このように、電気制御ユニット８５では、信号処理ユニット１３０から送られてくる荷重データに基づき路面の状態や駆動輪７０と路面の接地状態に関する情報を出力するようにしているので、路面の状態や接地状態をより正確に推測することができる。このようにして得られる各種情報を、電気モータＢの制御や車両の姿勢制御に利用することにより安全性や経済性を向上させることができる。例えば、車両の旋回が円滑に行われるように、前記情報を電気モータＢに出力して左右の駆動輪７０の回転速度を制御する。制動時に駆動輪７０のロックが生じないように、ブレーキＤの電気モータ５０に前記情報を出力して制動を制御する。旋回時に車体が左右に大きく傾いたり、加速時や制動時に車体が前後に大きく傾いたりするのを防止するために、サスペンション７３の減衰手段７４に前記情報を出力してサスペンション制御を行う。また、異常判定手段８４は、前記３軸方向の力が許容値を超えたと判断される場合に、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、リアルタイムで駆動輪７０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。

このように、このインホイールモータ駆動装置では、歪み発生部材１２１およびこの歪み発生部材１２１に取り付けられた１つの歪みセンサ１２２からなるセンサユニット１２０を、車輪用軸受Ａの静止側軌道輪である外輪１の外径面に取り付け、歪み発生部材１２１は、外輪１の外径面に接触固定される２つの接触固定部１２１ａを有する薄板材からなるものとしたたため、駆動輪７０と路面の接地点に作用する力で歪みが生じる車輪用軸受Ａの外輪１の歪みをセンサユニット１２０で精度良く検出できる。これにより、センサユニット１２０で得られる複数のセンサ出力信号を用いて荷重を演算・推定することで、駆動輪７０と路面の接地点に作用する３軸方向の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚを精度良く推定でき、電気モータＢや車両を精度良く制御するのに効果的となる。

また、このように、このインホイールモータ駆動装置では、係止部９５により、信号ケーブル１２９のうちの少なくとも一部を減速機Ｃのケーシング３３に係止して、減速機Ｃのケーシング３３と信号ケーブル１２９との間隔を固定するため、信号ケーブル１２９の例えば揺れ動く等の移動を規制することができる。その結果、信号ケーブル１２９を安定して位置させることができる。

また、係止部９５を減速機Ｃのケーシング３３の外径面に取り付けるため、容易に取り付けを行うことができる。また、角部９７ｂ，９６ｂの面取り加工により信号ケーブルに加わる応力を緩和することができる。

また、この実施形態では、信号処理ユニット１３０がセンサ出力信号を増幅する信号増幅機能と、センサ出力信号からノイズ成分を除去するフィルタリング機能と、センサ出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換機能とを有するものとしているので、センサユニット１２０のセンサ出力信号がデジタル信号に変換されて荷重推定に用いられ、荷重データもデジタルデータとして演算出力される。このため、必要な電線の本数も最小化され、使用する信号ケーブル１２９のコストを低減できる。同時に、断線などの発生リスクも低減され、信頼性も向上する。

また、信号処理ユニット１３０は、さらにセンサ出力信号を補正する補正機能と、センサ出力信号の平均値を求める平均値抽出機能と、センサ出力信号の振幅値を求める振幅値抽出機能と、補正に用いられる補正パラメータ、平均値抽出および振幅値抽出に用いられる計算パラメータ、および平均値と振幅値を変数として荷重推定手段１３３で用いられる演算式の計算パラメータを記憶する記憶機能とを含む演算処理機能を有するので、とくに振幅値で温度の影響を軽減できて、電気モータや減速機の発熱による荷重演算誤差の増加を抑えることができ、それだけ荷重推定の精度を高めることができる。また、信号処理ユニット１３０がこのような演算処理機能を備えることにより、装置ごとに異なる補正パラメータや計算パラメータの調整を簡単に行うことができる。

この実施形態では、内方部材がハブの一部を構成する第３世代型の車輪用軸受Ａとしたが、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としても良い。さらに、各世代形式のテーパころタイプである車輪用軸受としても良い。

このインホイールモータ駆動装置は、ブレーキＤが電気モータ５０でブレーキパッド４７を移動させる電動ブレーキであるため、油圧式のブレーキで発生する油漏れによる環境汚染を回避することができる。また、電動ブレーキであるため、ブレーキパッド４７の移動量を素早く調整することができ、旋回時における左右の駆動輪７０の回転速度制御の応答性を向上させられる。

また、このインホイールモータ駆動装置は、サスペンション７３の減衰手段７４を電動で作動させるため、サスペンション制御の応答性を向上させることができ、車両姿勢を安定させられる。

以上の説明では、駆動輪７０と路面に作用する３軸方向の力を推定する信号処理ユニット１３０の出力から、電気モータＢの駆動、ブレーキＤの作動、サスペンション７３の作動を制御するものとしたが、ステアリング装置からの信号も含めて上記各制御を行うと、実際の走行に即した制御を行う上でさらに望ましいものとなる。

なお、上記の実施形態においては、係止部９５は、支持部９７と蓋部９６とを含む構成であって、信号ケーブル１２９の一部を、支持部９７と蓋部９６とで挟持することによって、減速機Ｃのケーシング３３と信号ケーブル１２９との間隔を固定する例について説明したが、これに限ることなく、係止部９５は、筒状の通路９５ａの壁面に接着剤を塗布することにより、信号ケーブルと支持部９７および蓋部９６とを接着することにより、強固に固定してもよい。

また、係止部９５は、支持部９７と蓋部９６とをボルト９８によって固定する構成に限ることなく、互いに嵌め合わせてもよい。

また、係止部９５は、角部９７ｂ，９６ｂが共に面取り加工されている構成に限ることなく、弾性を有する部材等を角部９７ｂ，９６ｂに設けてもよい。

また、上記の実施形態においては、係止部９５は、支持部９７と蓋部９６とを含む構成の例について説明したが、これに限ることなく、例えば矩形状の固定部材において貫通孔を有する構成とし、この貫通孔に信号ケーブル１２９を挿通させることにより、信号ケーブル１２９のうちの少なくとも一部を減速機Ｃのケーシング３３に係止してもよい。また、このような貫通孔において、貫通孔を構成する壁面のうちの一部を外部に開口させる切り欠き溝を設ける構成とし、切り欠き溝をから貫通孔に信号ケーブル１２９を押し入れることにより、貫通孔に信号ケーブル１２９を挿通させてもよい。

また、係止部９５は、減速機Ｃのケーシング３３に設けてもよい。例えば、減速機Ｃのケーシング３３の外径面において、外径面から内径側に凹む凹部であって、凹部は、開口部に向かって開口幅が狭くなるような形状であってもよい。このように、減速機Ｃのケーシング３３に設けた場合には、インホイールモータ駆動装置の部材点数を抑えることができる。

また、係止部９５は、減速機Ｃのケーシング３３の外径面に信号ケーブル１２９を当接させるように押し当てる押当部材であってもよいし、減速機Ｃのケーシング３３の外径面に接着剤を介して信号ケーブル１２９を接着させるようにして係止してもよい。

また、上記の実施形態においては、センサユニット１２０は、歪みセンサ１２２を含み、係止部９５は、このような歪みセンサ１２２を含むセンサユニット１２０から信号処理ユニット１３０に至るまでの信号ケーブル１２９を係止する例について説明したが、これに限ることなく、例えば、駆動輪７０の回転速度を検出する回転数センサ８７から配線される信号ケーブルに適用してもよい。係止部９５は、あらゆるセンサから配線される信号ケーブルを係止する場合に適用することができる。

さらに、上記の実施形態においては、係止部９５は、減速機Ｃのケーシング３３に取り付けられる例について説明したが、これに限ることなく、図１９に示すように、電気モータＢのケーシング２２に取り付けられてもよい。図１９は、インホイールモータ駆動装置の外観概略図である。図１９に示すように、減速機Ｃのケーシング３３の外径面に、バンド状のバンド係止部１００が複数取り付けられており、電気モータＣのケーシング３３の外径面に、係止部９５が取り付けられている。そして、ケーブル挿通孔９２を出た信号ケーブル１２９は、バンド係止部１００によって、減速機Ｃのケーシング３３と信号ケーブル１２９との間隔を固定され、係止部９５によって、電気モータＢのケーシング２２との間隔を固定される。そして、図１９に示すように、信号ケーブル１２９うちの電気モータＢのケーシング２２に該当する部分は、信号ケーブル１２９が分断されて、接続端子（コネクタ）１０１を設けられており、係止部９５により、そのコネクタ１０１を電気モータＢのケーシング２２に固定してもよい。こうすることにより、作業性の向上を図ることができる。

なお、この場合、信号ケーブル１２９は、電気モータＢのケーシング２２の外径面を経由する電力ケーブルと異なる周方向位置に配置されることが望ましい。こうすることにより、センサから出力されるセンサ出力信号において、電力ケーブルによるノイズの影響等を適切に低減することができる。

また、上記の実施形態においては、電気モータＢのケーシング２２と、減速機Ｃのケーシング３３とは、別部材で構成される例について説明したが、これに限ることなく、一体化された部材であってもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、インホイールモータ駆動装置にセンサを設ける場合に、有効に利用される。

１ 外輪、２２ 電気モータのケーシング、３３ 減速機のケーシング、７０ 駆動輪、９５ 係止部、１２０ センサユニット、１２１ 歪み発生部材、１２１ａ 接触固定部、１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ 歪みセンサ、１３０ 信号処理ユニット、１３３ 荷重推定手段、１３７ モータ制御ユニット。

Claims (8)

1. 静止側軌道輪である外輪、および回転側軌道輪である内輪を有し、駆動輪のハブを回転自
   在に支持する車輪用軸受と、前記駆動輪の回転駆動源となる電気モータと、前記電気モー
   タと前記車輪用軸受との間に介在する減速機とを備えるインホイールモータ駆動装置であ
   って、
   略円筒形状であって、前記電気モータおよび前記減速機を覆うケーシングと、
   前記外輪に取り付けられて、前記駆動輪に対して入力および出力の状態を検出するセンサと、
   前記ケーシングに取り付けられており、前記センサから出力される出力信号に基づいて
   、所定の処理を行う信号処理ユニットと、
   前記センサと前記信号処理ユニットとを接続する信号ケーブルと、
   前記センサから前記信号処理ユニットに至るまでの前記信号ケーブルの経路途中に設け
   られ、前記信号ケーブルのうちの少なくとも一部を前記ケーシングに係止して、前記ケー
   シングと前記信号ケーブルとの間隔を固定する係止部とを備え、
   前記信号ケーブルは前記車輪用軸受の前記外輪に弾性的に固定される、インホイールモータ駆動装置。
2. 前記係止部は、前記ケーシングの外径面に固定され、前記信号ケーブルの外周面を受入可
   能な筒状の通路を有する固定部材を含む、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置
   。
3. 前記固定部材は、前記ケーシングの外径面に取り付けられる支持部と、前記支持部に対し
   て着脱可能であって、前記支持部の径方向に対向して配置される蓋部とを含み、
   前記信号ケーブルの一部を前記支持部と前記蓋部とに挟持することによって、前記信号
   ケーブルのうちの少なくとも一部を前記ケーシングに係止して、前記ケーシングと前記信
   号ケーブルとの間隔を固定する、請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置。
4. 前記筒状の通路は、前記支持部および前記蓋部が対向する対向面のうち、少なくとも一方
   の対向面において、前記対向面からの径方向の凹みにより構成される、請求項３に記載の
   インホイールモータ駆動装置。
5. 前記係止部は、前記ケーシングに設けられ、前記ケーシングの外径面から凹む凹部である
   、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
6. 前記係止部は、前記ケーシングの外径面に前記信号ケーブルを当接させるよう押し当てる
   押当部材である、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
7. 前記係止部のうち、前記信号ケーブルが接触する領域の角部は、面取り加工またはＲ面加
   工されている、請求項１〜６のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
8. 前記信号ケーブルは、前記信号ケーブルの途中経路を分断可能とする接続端子を含み、
   前記係止部は、前記接続端子を前記ケーシングに係止して、前記ケーシングと前記信号
   ケーブルとの間隔を固定する、請求項１〜７のいずれかに記載のインホイールモータ駆動
   装置。

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