JP2011133101A - インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 駆動輪70のハブを回転自在に支持する車輪用軸受Aと、電気モータBと、この電気モータBと前記車輪用軸受Aとの間に介在する減速機Cとを備えるインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置において、車輪用軸受Aの外輪1にセンサユニット120を設ける。センサユニット120は、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取り付けられた1つ以上の測定用のセンサからなる。歪み発生部材は、外輪1の外径面に接触固定される2つ以上の接触固定部を有する薄板材からなる。
【選択図】 図1
Description
この構成によると、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取り付けられた1つ以上の測定用のセンサからなるセンサユニットを、前記車輪用軸受の静止側軌道輪となる外輪に設け、前記歪み発生部材は、前記外輪の外径面に接触固定される2つ以上の接触固定部を有する薄板材からなるものとしたため、駆動輪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の外輪の歪みを前記センサユニットで精度良く検出できる。そのため、センサユニットで得られる複数のセンサ出力を用いて荷重を演算・推定することにより駆動輪と路面の接地点に作用する3軸方向の荷重を精度良く推定でき、電気モータや車両を精度良く制御するのに効果的となる。
このように4つのセンユニットを配置することで、駆動輪と路面の接地点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 をより高精度に推定することができる。
この構成の場合、センサユニットのセンサ出力信号が車輪用軸受装置に設置された信号処理ユニットで信号処理され荷重データとなって外部に出力されるため、微小なセンサ出力信号をそのまま外部に伝送する必要がなく、使用するケーブルの電磁シールドを簡単な構成で済ませることができる。
前記フランジにセンサケーブルを取り出すための穴を設ける場合に、前記減速機のケーシングに、前記センサーケーブルを通した溝を設けたものとしてもよい。この場合、フランジの穴から取り出されたセンサケーブルは、減速機のケーシングの溝を経由して、信号処理ユニットへ接続される。前記穴から出たセンサーケーブルは、防水シール部材で覆われるが、センサーケーブルをケーシングの溝に経由させている分、センサーケーブルを径方向に取り出す場合よりも長い距離がシールされることになる。このため、ケーブル表面と防水シール部材とのシール性をより高めることができる。また、センサーケーブルを径方向に取り出す場合と比べて、センサーケーブルの曲げ半径を大きくとることが可能になる。このため、被覆の厚いセンサーケーブルでも配線が容易になり、径方向へのセンサーケーブルのはみ出しも小さく抑えられる。
この構成の場合、センサユニット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ため、必要な電線の本数も最小化され、使用するケーブル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。
この構成の場合、センサ出力信号の平均値と振幅値から荷重を演算するので、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、信号処理ユニットがこのような演算処理機能を備えることにより、車輪用軸受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。
この構成の場合、例えば、電気モータの全体の制御に必要なパラメータを、信号処理ユニットに用いる各種パラメータとともに同じ記憶手段で記憶させておくことができ、車輪用軸受装置に必要な情報を集中管理しやすくなる。
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。
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車輪用軸受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。
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。
また、この発明の車輪用軸受装置は、自動車の車輪の全てに設けても良く、あるいは一部の車輪だけに設けても良い。
この場合に、2つの歪みセンサ122A,122Bの前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの{1/2+n(n:整数)}倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪みセンサ122A,122Bの出力信号a,bの和として求められる平均値は転動体5の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分として求められる振幅値は温度の影響などを相殺した値となる。
22…電気モータのケーシング
33…減速機のケーシング
33b…切欠き部(溝)
70…駆動輪
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 (12)
- 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、この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型モータ内蔵車輪用軸受装置において、
歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取り付けられた1つ以上の測定用のセンサからなるセンサユニットを、前記車輪用軸受の静止側軌道輪である外輪に設け、前記歪み発生部材は、前記外輪の外径面に接触固定される2つ以上の接触固定部を有する薄板材からなる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1において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記外輪の外周面の上面部、下面部、右面部、および左面部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。
- 請求項1または請求項2において、前記センサユニットは、2つの接触固定部と1つのセンサを有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1または請求項2において、前記センサユニットは,3つの接触固定部と2つのセンサを有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1ないし請求項4のいずれか1項において、センサユニットの設置部周辺に樹脂モールドなどが施され、防水処理され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1ないし請求項5のいずれか1項において、センサユニットを設置した前記車輪用軸受の外輪のアウトボード側外周面を保護するカバーを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。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記センサユニットのセンサ出力信号から駆動輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を有する信号処理ユニットを設け、この信号処理ユニットを前記車輪用軸受の外輪、または前記減速機もしくは前記電気モータのケーシング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。
- 請求項7において、前記車輪用軸受の外輪ではない部位に信号処理ユニットを配置し、軸受外輪を減速機のケーシングに取り付けるためのフランジにセンサケーブルを取り出すための穴を設け、この穴を通じてセンサユニットの出力信号を信号処理ユニットまで配線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8において、前記減速機のケーシングに、前記センサーケーブルを通した溝を設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7または請求項8において、前記信号処理ユニットは、少なくとも前記センサ出力信号を増幅する信号増幅機能と、前記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、前記センサ出力信号をAD変換するAD変換機能とを有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10において、前記信号処理ユニットは、さらに前記センサ出力信号を補正する補正機能と、前記センサ出力信号の平均値を求める平均値抽出機能と、前記センサ出力信号の振幅値を求める振幅値抽出機能と、前記補正に用いられる補正パラメータ、前記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、および前記平均値と振幅値を変数として前記荷重推定手段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7ないし請求項11のいずれか1項において、前記信号処理ユニットの一部の機能を果たす手段を、前記電気モータを制御するモータ制御ユニットに組み込んだインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置。
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