インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置
【課題】駆動輪の回転状態を正確に検出することができ、電気モータや車両を精度良く制御するのに効果的な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】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、駆動輪７０のハブを回転自在に支持する車輪用軸受Ａと、駆動輪７０の回転駆動源となる電気モータＢと、この電気モータＢと車輪用軸受Ａとの間に介在する減速機Ｃとを備える。減速機Ｃの出力軸３７の回転を検出する回転検出装置１０１を設ける。
【解決手段】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、駆動輪７０のハブを回転自在に支持する車輪用軸受Ａと、駆動輪７０の回転駆動源となる電気モータＢと、この電気モータＢと車輪用軸受Ａとの間に介在する減速機Ｃとを備える。減速機Ｃの出力軸３７の回転を検出する回転検出装置１０１を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪用軸受と減速機と電気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おいて、駆動輪の回転を検出する回転検出装置を設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に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪用軸受と減速機と電気モータとブレーキ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を採用した電気自動車における走行安定性の制御技術として、車輪用軸受、電気モータ、減速機、ブレーキのうちの少なくとも一つの構成要素の状態から、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設けたものが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７４１３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２４９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置において、電気モータには制御用の回転検出装置が設置されているが、電気モータの出力は減速機を介して車輪用軸受に伝達されるため、電気モータの回転特性は駆動輪とは異なったものとなる。このため、駆動輪側から減速機を通して電気モータに伝達されるトルクは、電気モータのロータに正確に伝わりにくく、前記回転検出装置の検出信号に駆動輪側のトルクが反映されにくい。逆に、この場合の回転検出装置の検出信号は、電気モータの回転ムラが大きく反映されたものとなる。
【０００５】
したがって、電気モータに設置された回転検出装置の検出信号を用いて駆動輪の回転を観測しようとした場合には、正確な回転状態を検出するのが難しい。
【０００６】
また、駆動輪の回転を観測するのに、一般的な従来の車輪用回転検出装置を設置した場合、この回転検出装置の分解能が駆動輪の１回転あたり４０〜５０パルス程度であるため、回転検出能力が不足し精密な回転検出を行えない。そこで、インホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置を採用した電気自動車において、電気モータや車両の制御を精度良く行うためには、駆動輪の回転状態を正確に検出する機能が必要である。
【０００７】
なお、回転検出装置として、磁気エンコーダと逓倍機能を有するセンサとを組み合わせることで高い分解能で回転検出を行い、また逓倍回路の誤差をキャンセルして回転速度を検出できるようにしたものが提案されているが（特許文献２）、このような回転検出装置をインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置に用いた例はない。
【０００８】
この発明の目的は、駆動輪の回転状態を正確に検出することができ、電気モータや車両を精度良く制御するのに効果的な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】
【０００９】
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、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、前記減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設けたことを特徴とする。
この構成によると、減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設けたため、駆動輪の回転状態を正確に検出することができる。そのため、路面の状態や駆動輪と路面の接地状態を正確に推測することができ、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。
【００１０】
この発明において、前記回転検出装置は、前記車輪用軸受の回転側軌道輪またはこの回転側軌道輪と一体の部材に設けられ円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたエンコーダと、前記車輪用軸受の静止側軌道輪またはこの静止側軌道輪と一体の部材に設けられ前記エンコーダの被検出極を検出してパルスを発生するセンサと、このセンサの発生するパルスを逓倍して逓倍パルスを生成する逓倍手段とを有するものとするのが望ましい。
この構成の場合、センサの発生するパルスを逓倍手段で逓倍して逓倍パルスを生成するので、高い分解能で駆動輪の回転検出を行うことができる。
【００１１】
この発明において、前記回転検出装置は、前記逓倍手段が逓倍パルスを発生する毎に、その逓倍パルスから過去に逓倍数分の逓倍パルスを発生した区間における前記エンコーダの平均速度を検出する速度検出手段を有するものとしても良い。この構成の場合、逓倍回路の誤差をキャンセルして回転速度を検出できるので、高精度に駆動輪の回転速度を検出できる。
【００１２】
この発明において、前記回転検出装置の検出する回転速度の変動を演算して、前記駆動輪と路面の接地状態に関する情報を出力する接地状態検出手段を有するものとしても良い。
この構成の場合、路面の状態や駆動輪と路面の接地状態をより正確に推測することができる。また、接地状態検出手段で得られた情報を車両や電気モータの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可能となる。
【００１３】
この発明において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキを設け、前記接地状態検出手段は、前記回転速度の変動の演算に加え、前記電気モータの駆動トルクおよび前記ブレーキに作用するブレーキ力の推定値または測定値を用いて前記接地状態に関する情報を出力するものとしても良い。
この構成の場合、接地状態検出手段で演算された回転速度変動がどのような駆動状態で発生しているかを、電気モータの駆動トルクおよび前記ブレーキに作用するブレーキ力から判断することができる。これにより、路面状態などの推定精度を向上させることができる。
【００１４】
この発明において、前記回転検出装置からの出力ケーブルと、前記電気モータからの出力ケーブルとを１つにまとめて外部に取り出すようにしても良い。この構成の場合、回転検出装置の出力ケーブルと電気モータの出力ケーブルを１箇所からまとめて外部に取り出せるので、ケーブルの取り回しが容易となり、信頼性も向上する。
【００１５】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における複列の転走面間に設けても良い。
【００１６】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受におけるインボード側端に設けても良い。
【００１７】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における静止側軌道輪と回転側軌道輪の間に形成される環状空間のインボード側端を密閉するシール部材の一部として設けても良い。
【００１８】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを前記減速機の出力軸に設けても良い。
【００１９】
この発明において、前記電気モータの電流値を測定する電流センサを設け、この電流センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段を設けると良い。
駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによって電気モータに流れる電流量が異なるため、予め上記作用力と電流量の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段は、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作用力と電流量の関係から、電流センサの出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。この方法で進行方向の作用力を求めることにより、同作用力を精度良く検出することができる。
【００２０】
この発明において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキと、このブレーキに作用するブレーキ力を測定するブレーキ力センサを設け、このブレーキ力センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段を設けると良い。
駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによってブレーキに作用するブレーキ力（すなわち制動力）の大きさが異なるため、予め上記作用力とブレーキ力の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段は、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作用力とブレーキ力の関係から、ブレーキ力センサの出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。この方法で進行方向の作用力を求めることにより、同作用力を精度良く検出することができる。
【００２１】
この発明において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力のうち少なくとも１軸方向の力を推定する荷重推定手段を設けても良い。
駆動輪と路面の接地点に作用する駆動輪の軸方向の力の大きさによって静止側軌道輪の軸方向歪みの変化が異なるため、予め上記作用力と軸方向歪みの関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段は、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作用力と軸方向歪みの関係から、軸方向歪みセンサの出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する駆動輪の軸方向の力を算出する。この方法で軸方向の作用力を求めることにより、同作用力を精度良く検出することができる。
【００２２】
この発明において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する少なくとも３つ以上の歪みセンサを設け、これらの歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力を推定する荷重推定手段を設けても良い。
【発明の効果】
【００２３】
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、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、前記減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設けたため、駆動輪の回転状態を正確に検出することができ、電気モータや車両を精度良く制御するのに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一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概要図である。
【図２】同車輪用軸受装置の車輪用軸受および減速機の断面図である。
【図３】図２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ブレーキの断面図である。
【図６】同車輪用軸受装置に設けられる回転検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】（Ａ）は同回転検出装置におけるエンコーダの一構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同エンコーダの斜視図である。
【図８】（Ａ）は同回転検出装置におけるエンコーダの他の構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同エンコーダの斜視図である。
【図９】同回転検出装置における速度検出手段の構成を示すブロック図である。
【図１０】同速度検出手段におけるパルス発生時刻記憶手段および速度算出手段の構成を示すブロック図である。
【図１１】速度算出手段における差分演算部の動作説明図である。
【図１２】速度算出手段により得られる速度の変化と従来例の方法により得られる速度の変化とを比較して示すグラフである。
【図１３】全逓倍パルスを使用して得られる検出速度のプロットと、逓倍パルスを使用しない場合に得られる検出速度のプロットとを比較して示すグラフである。
【図１４】車輪用軸受装置の制御系のブロック図である。
【図１５】同車輪用軸受装置の軸方向歪みセンサの取付部を拡大した断面図である。
【図１６】車輪用軸受の外方部材と軸方向歪みセンサ用センサユニットとを示す正面図である。
【図１７】（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１８】同車輪用軸受装置の径方向歪みセンサの取付部を拡大した断面図である。
【図１９】車輪用軸受の外方部材と径方向歪みセンサ用センサユニットとを示す正面図である。
【図２０】（Ａ）は同センサユニットの平面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図２１】異なる制御系のブロック図である。
【図２２】さらに異なる制御系のブロック図である。
【図２３】この発明の他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における車輪用軸受および減速機の断面図である。
【図２４】この発明のさらに他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における回転検出装置の取付部の拡大断面図である。
【図２５】この発明のさらに他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における回転検出装置の取付部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１ないし図９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。このインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置は、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。ここで言っていることは、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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のケーシング３３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ボルト挿通孔１４が設けられている。外方部材１は、フランジ１ａのボルト挿通孔１４に挿通した取付ボルト１５を前記ケーシング３３のネジ孔３３ａに螺合させることにより、前記ケーシング３３に取付けられる。
【００２８】
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の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が取付けられている。なお、ハブ輪９は、特許請求の範囲で言うハブに該当する。
【００２９】
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。
【００３０】
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１０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は出力軸３７の内径面と軸受４０で支持されている。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、トロコイド減速機を含めて称している。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、エンドチ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、後述する回転検出装置１０１の出力が利用される。
【００４０】
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。
【００４１】
図６は、上記回転検出装置１０１の概略構成を示すブロック図である。この回転検出装置１は、円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたリング状のエンコーダ１０２と、このエンコーダ１０２の前記被検出極を検出してパルスａを発生するセンサ１０３と、このセンサ１０３の発生するパルスａを設定された逓倍数Ｎに逓倍して逓倍パルスｂを生成する逓倍手段１０４と、この逓倍手段１０４から生成される逓倍パルスｂに基づきエンコーダ１０２の回転速度を検出する速度検出手段１０５とを備える。
【００４２】
エンコーダ１０２は、図２の車輪用軸受Ａにおける内方部材２の外周面の複列の転走面４，４間に、その軸心に対して同心となるように嵌合状態に設置されている。センサ１０３は、図２に示す例では前記エンコーダ１０２に対して微小のギャップを介して径方向（ラジアル方向）に対向するように、車輪用軸受Ａにおける外方部材１側に設けられる。
【００４３】
エンコーダ１０２は、ラジアルタイプである図２の例では、図７（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すように、被検出極として周面の円周方向に複数の磁極対（磁極ＮとＳの対）１０２ａを等配位置に並べて着磁させたリング状の磁気エンコーダからなる。図２では、芯金１２０の外周に、ゴム磁石、プラスチック磁石等の多極磁石１２１を設けてエンコーダ１０２が構成されている。
【００４４】
図７のエンコーダ１０２の構成例は、周面に磁極対１０２ａを着磁させたラジアルタイプであるが、エンコーダ１０２は図８（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すアキシアルタイプのものであっても良い。図８の構成例では、例えは断面をＬ字形としたリング状の芯金１１２の円筒部１１２ａの一端から外径側に延びるフランジ部１１２ｂの側面の円周方向に、複数の磁極対１０２ａを等配位置に並べて着磁させている。この場合、センサ１０３は、エンコーダ１０２の着磁面に対向するように軸方向に向けて配置される。
なお、前記センサ１０３と前記逓倍手段１０４が、複数の整列させられた磁気検出素子（図示せず）で構成され、それら複数の磁気検出素子の出力を演算して生成された内部信号に基づいて、あらかじめ定められた逓倍数の出力を生成するものであってもよい。
【００４５】
回転検出装置１０１における上記エンコーダ１０２を除く構成部はセンサ側ユニット１１１として一体に構成される。センサ側ユニット１１１は、図２の例では、車輪用軸受Ａの外方部材１に、両転動体５，５間で径方向に貫通させたセンサ取付孔８７に挿通して取付けられ、ユニット１１１の先端に配置されるセンサ１０３が、上記エンコーダ１０２にラジアル方向にギャップを介して対向させられる。センサ取付孔８７は、例えば断面形状が円形の貫通孔である。センサ取付孔８７の内周面とセンサ側ユニット１１１との間は、Ｏリング等の接触シールや、接着剤あるいはねじ等で密封固定する。
【００４６】
回転検出装置１０１のセンサ側ユニット１１１は、センサ取付孔８７にほぼ嵌合する外径の軸状の挿入部１１１ａと、非挿入部である頭部１１１ｂとを有し、頭部１１１ｂは外方部材１の外周面に接して配置される。頭部１１１ｂから出力ケーブル１２２が引き出されている。出力ケーブル１２２は、図１のように、電気モータＢの出力ケーブル１００や図示しない他のケーブルとともに１つにまとめられて、１箇所から外部に取り出される。これにより、出力ケーブル１００，１２２の取り回しが容易となって、信頼性も向上する。
【００４７】
速度検出手段１０５は、前記逓倍手段１０４が逓倍パルスｂを発生する毎に、その発生した逓倍パルスｂの過去の逓倍数Ｎ分の逓倍パルスｂを発生した区間におけるエンコーダ１０２の平均回転速度を順次検出する。この場合に、速度検出手段１０５は、逓倍手段１０４から出力される逓倍情報ｃを用いて上記回転速度の検出を行う。逓倍情報ｃとは、設定されている逓倍数の状態など、速度検出手段１０５が演算に必要とする逓倍手段１０４の動作状態の情報である。前記速度検出手段１０５は、具体的には図９に示すように、パルス生成時刻記憶手段１０６と、タイマ１０７と、速度算出手段１０８とを有する。
【００４８】
パルス生成時刻記憶手段１０６は、前記逓倍数Ｎ分の逓倍パルスｂの生成時刻を記憶する記憶エリアを有する。このパルス生成時刻記憶手段１０６の記憶エリアの一構成例を図１０に示す。同図において、時刻ｔ1 ，ｔ2 ，…，ｔN-1 ，ｔN は連続するＮ個分の逓倍パルスｂの生成時刻である。パルス生成時刻記憶手段１０６は、先入れ先出し形式で最新の逓倍数Ｎ個分の時刻を記憶するキュー等の記憶手段であり、最も古い記憶内容が消去されるように、記憶エリア列における順次隣の記憶エリアに記憶内容を移し、空となった先頭の記憶エリアに最新の時刻を入力する。
タイマ１０７は、逓倍パルスｂが発生する都度、その生成時刻（具体的には逓倍パルスの立ち上がり時の時刻）を計時して前記パルス生成時刻記憶手段１０６に記憶させる。このとき、上記のように、パルス生成時刻記憶手段１０６の記憶内容が、最新の逓倍数Ｎ分の逓倍パルスｂの生成時刻となるように更新する。
なお、ここで言う「タイマ１０７」は、本来のタイマの機能も持つ計時部と、この計時部で計時した時刻をパルス生成時刻記憶手段１０６に入力する入力処理部とを含む計時・入力処理手段を言う。
【００４９】
速度算出手段１０８では、前記パルス生成時刻記憶手段１０６に最新の逓倍パルスの生成時刻が記憶されると同時に、図１０に示すように、前記最新の逓倍パルスｂの生成時刻とパルス生成時刻記憶手段１０６に記憶された逓倍数Ｎ分だけ過去の逓倍パルスｂの生成時刻との差分を差分演算部１０８ａで計算し、この差分を用いて前記平均回転速度を平均速度演算部１０８ｂで算出する。
例えば、連続して生成される逓倍パルスｂの出力波形を示す図１１において、最新の逓倍パルスｂの生成時刻ｔN がパルス生成時刻記憶手段１０６に記憶されると同時に、速度算出手段１０８では、前記生成時刻ｔN と逓倍数Ｎ分だけ過去の逓倍パルスｂの生成時刻ｔ1 との差分（ｔN −ｔ1 ）を差分演算部１０８ａで計算し、この差分を用いて、平均回転速度（角速度）ｖを
ｖ＝Δθ／（ｔN −ｔ1 ）
として平均速度演算部１０８ｂで算出する。ただし、Δθは、前記エンコーダ１０２における１磁極対１０２ａ分の周回角度である。すなわち、前記エンコーダ１０２の磁極対１０２ａ（図７，図８）の数をｍとすると、Δθは
Δθ＝３６０°／ｍ
として求められる値である。
同様に、次の逓倍パルスｂの生成時刻ｔN+1 がパルス生成時刻記憶手段１０６に記憶されると、速度算出手段１０８では、その生成時刻ｔN+1 と逓倍数Ｎ分だけ過去の逓倍パルスの生成時刻ｔ2 との差分（ｔN+1 −ｔ2 ）を差分演算部１０８ａで計算し、平均回転速度ｖを
ｖ＝Δθ／（ｔN+1 −ｔ2 ）
として平均速度演算部１０８ｂで算出する。
【００５０】
逓倍手段１０４で生成する逓倍パルスｂには、図１１のようにピッチ誤差があるが、この誤差パターンは、エンコーダ１０２における磁極対１０２ａ毎に繰り返される再現性のある特性を持つ。したがって、上記したように、磁極対１０２ａの周回角度Δθを、センサ１０３の発生するパルスａを逓倍して生成されるＮ個分の逓倍パルスａの区間（例えばｔN −ｔ1 ）で割り算して回転角度ｖを検出すると、ピッチ誤差によるばらつきが平均化されて、図１２にＡで示すように検出速度の誤差を小さく抑えることができる。しかも、逓倍パルスｂの生成に同期して速度検出が行われるので、検出分解能も高めることができる。
これに対して、図１１における逓倍パルスｂの一つ一つのパルスピッチに相当する回転角度Δθi と、前記パルスピッチの時間間隔Ｔとから、速度ｖを
ｖ＝Δθi ／Ｔ
として算出した場合、図１２にＢで示すように検出速度の誤差の変動が大きい。
【００５１】
また、この実施形態の回転検出装置１０１では、図６に示すように、前記逓倍手段１０４で生成した逓倍パルスを回転パルスとして出力する回転パルス出力手段１０９と、前記速度検出手段１０５で検出した平均回転速度を速度信号として出力する速度信号出力手段１１０とを有する。速度信号出力手段１１０からの速度信号は、回転パルス出力手段１０９からの回転パルスの出力と同期して出力される。このように回転パルスと速度信号との両方が出力されると、この回転検出装置１０１が搭載され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での処理回路を省略または簡略化できてコンパクト化が可能となる。
【００５２】
図６の構成において、センサ１０３、逓倍手段１０４、および速度検出手段１０５を、共通のセンサチップに集積するか、または共通の基板に設けて一体化しても良い。このように構成した場合、１つのセンサチップあるいは基板から回転パルスと速度信号が出力されるため、回転検出装置１０１のコンパクト化が可能で、信号処理回路を省略することができる。
【００５３】
このように、この回転検出装置１０１では、センサ３の発生するパルスａを逓倍した逓倍パルスｂを全て使用して速度検出を行うので、図１３に×印で示すように速度検出のレートつまり速度検出のサンプリング回数を増やすことができ、その検出速度ｖを利用したアンチロック制御手段６５での電気モータ５０の制御や、インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置自体の電気モータＢの制御などにおいて制御の応答性を高めることができる。また、細かな速度変動を高精度に検出することができる。なお、同図において、▲印は、逓倍パルスｂを使用しない場合、つまりセンサ１０３の発生するパルスａだけを使用して速度検出を行う場合の検出速度ｖの変化を示す。
【００５４】
この車輪用軸受装置は、電気モータＢのケーシング２２の外周部に取付けたサスペンション７３を介して車体( 図示せず) に固定される。サスペンション７３には、駆動輪７０と路面の接地点に作用する力を減衰して車体に伝える減衰手段７４が設けられている。この減衰手段７４は、ダンパ、ショックアブソーバ等からなる。減衰手段７４は、電動で作動させて減衰の程度を変化させられるようになっている。
【００５５】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する力は、互いに直交する進行方向の力Ｆｘと、駆動輪の軸方向の力Ｆｙと、鉛直方向の力Ｆｚとが複合されたものである。車輪用軸受装置には、これら３軸方向の力をそれぞれ個別に測定するセンサが設けられている。進行方向の力Ｆｘは、電気モータＢの電流値Ｉを検出する電流センサ８０の出力から求められる。駆動輪の軸方向の力Ｆｙは、車輪用軸受Ａの静止側軌道輪である外方部材１の軸方向歪みεｙを検出する軸方向歪みセンサ８１（図１）の出力から求められる。鉛直方向の力Ｆｚは、車輪用軸受Ａの静止側軌道輪である外方部材１の径方向歪みεｚを検出する径方向歪みセンサ８２（図１）の出力から求められる。
【００５６】
図１４に示すように、前記回転検出装置１０１は接地状態検出手段９０に接続されている。接地状態検出手段９０は、回転検出装置１０１の検出する回転速度の変動を演算して、駆動輪７０と路面の接地状態に関する情報を出力する手段であり、例えば自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）８５に設けられている。この接地状態検出手段９０は、前記各センサ８０，８１，８２の出力を処理する荷重推定手段８３および異常判定手段８４を有する。荷重推定手段８３は、前記各センサ８０、８１，８２の出力から駆動輪７０の接地点に作用する力を推定する。接地状態検出手段９０は、車輪用軸受装置ごとに設けた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に組み込んだものであっても良い。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が接続されている。
【００５７】
接地状態検出手段９０には、前記回転検出装置１０１のほか、電気モータＢの駆動トルクを検出するトルクセンサ１３０やブレーキＤに作用するブレーキ力（すなわち制動力）を検出するブレーキ力センサ８８も接続されていて、前記回転速度の変動のほか、電気モータＢの駆動トルクおよびブレーキ力の推定値または測定値も用いて、接地状態に関する情報を出力するようにされている。
【００５８】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによって電気モータＢに流れる電流量が異なるため、予め上記作用力と電流量の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段８３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作用力と電流量の関係から、電気モータ５０の出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。
【００５９】
また、駆動輪７０と路面の接地点に作用する駆動輪７０の軸方向の力の大きさによって静止側軌道輪である外方部材１の軸方向歪みが異なるため、予め上記作用力と軸方向歪みの関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段８３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作用力と軸方向歪みの関係から、軸方向歪みセンサ８１の出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する駆動輪７０の軸方向の力を算出する。
【００６０】
また、駆動輪７０と路面の接地点に作用する鉛直方向の力の大きさによって静止側軌道輪である外方部材１の径方向歪みの変化が異なるため、予め上記作用力と径方向歪みの関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段８３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作用力と径方向歪みの関係から、径方向歪みセンサ８２の出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する鉛直方向の力を算出する。
【００６１】
このように、接地状態検出手段９０では、駆動輪７０の回転速度の変動を演算し、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。
【００６２】
さらに、接地状態検出手段９０では、駆動輪７０の回転速度変動のほか、電気モータＭの駆動トルクおよびブレーキＤに作用するブレーキ力の推定値または測定値も用いて、接地状態に関する情報を出力するようにしているので、得られる回転速度変動がどのような駆動状態で発生しているかを判断することができる。これにより、路面の状態や接地状態の推定精度を向上させることができる。例えば、駆動トルクの大きさに応じて、前記荷重推定手段８３での計算パラメータを変更するマッピング方法変更手段を設けることにより、より正確な荷重を推定することができる。
【００６３】
軸方向歪みセンサ８１は、例えば図１５ないし図１７に示すように設置する。すなわち、センサ取付部材９２に軸方向歪みセンサ８１を取付けてセンサユニット９１とし、このセンサユニット９１を車輪用軸受Ａの外方部材１の外周部に固定する。センサ取付部材９２は、外方部材１のねじ孔１４の近傍に接触固定される第１の接触固定部９２ａ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９２ｂとを有している。また、センサ取付部材９２は、前記第１の接触固定部９２ａを含む径方向に沿った径方向部位９２ｃと、前記第２の接触固定部９２ｂを含む軸方向に沿った軸方向部位９２ｄとでＬ字の形状に構成されている。径方向部位９２ｃは、軸方向部位９２ｄに比べ、剛性が低くなるよう肉厚を薄くしてある。軸方向歪みセンサ８１は、この剛性の低い径方向部位９２ｃに取付けられている。
【００６４】
上記センサユニット９１は、センサ取付部材９２の第１および第２の接触固定部９２ａ，９２ｂにより、両接触固定部９２ａ，９２ｂ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９２ａ，９２ｂを周方向において同位相とすると、センサ取付部材９２の長さを短くすることができるため、センサユニット９１の設置が容易である。軸方向歪みセンサ８１は、センサ取付部材９２に例えば接着剤を用いて固定される。
【００６５】
センサ取付部材９２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９２は、車輪用軸受Ａ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。上記の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９２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９２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。
【００６６】
センサ取付部材９２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９２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９２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型する工程、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。
【００６７】
軸方向歪みセンサ８１としては、種々のものを使用することができる。例えば、軸方向歪みセンサ８１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９２における軸方向歪みセンサ８１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、軸方向歪みセンサ８１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、軸方向歪みセンサ８１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。
【００６８】
センサ取付部材９２およびこのセンサ取付部材９２に取付けた軸方向歪みセンサ８１からなるセンサユニット９１を外方部材１に取付ける構成としたため、軸方向荷重検出用のセンサをコンパクトに設置できる。センサ取付部材９２は外方部材１に取付けられる簡易な部品であるため、これに軸方向歪みセンサ８１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。
【００６９】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する軸方向の力により駆動輪７０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９２に伝わり、センサ取付部材９２が変形する。そのセンサ取付部材９２の歪みを軸方向歪みセンサ８１により測定する。この際、センサ取付部材９２の径方向部位９２ｃ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９２ｃは剛性が低く、かつセンサ取付部材９２は剛性の低い径方向部位９２ｃと剛性の高い軸方向部位９２ｄとで構成されたＬ字形をしているため、径方向部位９２ｃと軸方向部位９２ｄとの間である径方向部位９２ｃ側の角部９２ｅ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９２ｃと軸方向部位９２ｄ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。この歪みを軸方向歪みセンサ８１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。また、この高精度で測定された軸方向歪みにより、駆動輪７０と路面の接地点に作用する軸方向の力を算出するため、算出される軸方向の力も精度の高いものとなる。
【００７０】
径方向歪みセンサ８２は、例えば図１８ないし図２０に示すように設置する。すなわち、センサ取付部材９４に径方向歪みセンサ８２を取付けてセンサユニット９３とし、このセンサユニット９３を減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側面に固定する。センサ取付部材９４は先端が鉤状に屈曲した細長い部材で、このセンサ取付部材９４の先端に変位センサからなる径方向歪みセンサ８２が取付けられている。センサ取付部材９４の基部は、ケーシング３３へ取付けるための接触固定部９４ａとなっている。
【００７１】
センサ取付部材９４の接触固定部９４ａを接着剤等でケーシング３３のアウトボード側面に固定することにより、センサユニット９３がケーシング３３に取付けられる。この実施形態の場合、径方向歪みセンサ８２は例えば渦電流式等の非接触型の変位センサであり、径方向歪みセンサ８２は、外方部材１の外周面の径方向の変位を測定するように、外方部材１の外周面に対して所定の間隔を開けてセンサユニット９３に取り付けられている。径方向歪みセンサ８２を対向させる外方部材１の軸方向位置は、例えばアウトボード側列の転走面３の付近、または転走面３よりもアウトボード側の位置とされる。外方部材１における転走面３よりもアウトボード側の部分は、他の部分に比べて荷重に対する径方向の変形が比較的大きくなる。センサ取付部材９４は、センサユニット９３をケーシング３３に取付けた状態において、外力によって変形しない剛性をもつ材質で構成されている。
【００７２】
径方向歪みセンサ８２用の変位センサとしては、渦電流式の他に、磁気式、光学式、超音波式、接触式等のセンサや、あるいはこれら以外の形式の変位を検出可能なセンサを用いることができる。各種条件に合わせて、適当なセンサを選択すれば良い。
【００７３】
センサ取付部材９４およびこのセンサ取付部材９４に取付けた径方向歪みセンサ８２からなるセンサユニット９３を外方部材１に取付ける構成としたため、鉛直方向荷重検出用のセンサをコンパクトに設置できる。センサ取付部材９４は外方部材１に取付けられる簡易な部品であるため、これに径方向歪みセンサ８２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。
【００７４】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する鉛直方向の力により駆動輪７０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、その変形による外方部材１の径方向の変位を、減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側に取付けられたセンサ取付部材９４に設けた径方向歪みセンサ８２により測定する。この際、測定対象となる外方部材１の外周面は周囲と比較して径方向に大きく変位する部位であるため、外方部材１の径方向変位を感度良く測定できる。また、この高精度で測定された径方向歪みにより、駆動輪７０と路面の接地点に作用する鉛直方向の力を算出するため、算出される鉛直方向の力も精度の高いものとなる。
【００７５】
この実施形態において、前記回転検出装置１０１から出力される逓倍パルスを分周する分周回路を電気モータＢのユニット内に設け、回転検出装置１０１で得られる高分解能の回転信号を従来のＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）制御装置で用いられる分解能に合わせた回転信号に変換するようにしても良い。この場合、回転検出装置１０１で得られる高分解能の回転信号を電気モータＢの制御に利用でき、既存の車両制御装置をそのまま利用することができる。
【００７６】
この実施形態では、軸方向歪みセンサ８１および径方向歪みセンサ８２で外方部材１の軸方向歪みおよび径方向歪みを測定する場合につき説明したが、軸方向歪みセンサ８１および径方向歪みセンサ８２で車輪用軸受Ａの他の構成部品、例えば内方部材２の軸方向歪みおよび径方向歪みを測定するようにしても良い。
また、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。
【００７７】
例えば、この車輪用軸受装置を自動車の４輪に設け、４輪を独立して電気モータＢで駆動する場合、それぞれの駆動輪７０の回転数を上記した回転検出装置１０１で検出して車両姿勢を安定させるアルゴリズムを構築する。
【００７８】
この車輪用軸受装置は、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。
【００７９】
また、この車輪用軸受装置は、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。
【００８０】
上記実施形態の制御系は、駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力Ｆｘを、電気モータＢの電流値Ｉを検出する電流センサ８０の出力から求めるようにしたが、図２１に示すように、進行方向の力Ｆｘを、ブレーキＤのブレーキパッド４７に作用するブレーキ力εｄを検出するブレーキ力センサ８８の出力から求めるようにしてもよい。
【００８１】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによってブレーキＤのブレーキパッド４７に作用するブレーキ力の大きさが異なるため、予め上記作用力とブレーキ力の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。推定手段８３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作用力とブレーキ力の関係から、駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。
【００８２】
また、図２２に示すように、駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力Ｆｘを、電気モータＢの電流値Ｉを検出する電流センサ８０の出力、およびブレーキＤのブレーキパッド４７に作用するブレーキ力εｄを検出するブレーキ力センサ８８の出力の両方を比較対照して求めるようにすると、進行方向の力Ｆｘの検出精度を向上させられる。
【００８３】
ブレーキＤが油圧式である場合には、例えばブレーキパッドに押付力を付与したときに荷重を受ける部材、例えばブレーキキャリパに歪みセンサを取付け、この歪みセンサの出力から駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を求めることができる。
【００８４】
以上の説明では、駆動輪７０と路面に作用する３軸方向の力を測定するセンサ８０，８１，８２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。
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。
【００８５】
図２３は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図２２に示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において、回転検出装置１０１のエンコーダ１０２を、減速機Ｃの出力軸３７の外周に設けている。この場合のエンコーダ１０２は、図８に示したものと同様のアキシアルタイプのものであって、断面をＬ字形としたリング状の芯金１１２の円筒部１１２ａの一端から外径側に延びるフランジ部１１２ｂの側面の円周方向に、複数の磁極対１０２ａを等配位置に並べて着磁させている。その芯金１１２の円筒部１１２ａを出力軸３７の外周面に圧入することで、エンコーダ１０２がその磁極対１０２ａを有する側面をアウトボード側に向けた姿勢で減速機Ｃの出力軸３７の外周に取付けられる。センサ１０３を内蔵したセンサ側ユニット１１１は、減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端において径方向に貫通させたセンサ取付孔１２３に挿通して取付けられ、ユニット１１１の先端に配置されるセンサ１０３が、上記エンコーダ１０２の磁極対１０２ａを有する側面に対してラジアル方向にギャップを介して対向させられる。ここでも、センサ取付孔１２３の内周面とセンサ側ユニット１１１との間は、Ｏリング等の接触シールや、接着剤あるいはねじ等で密封固定される。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【００８６】
図２４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図２３に示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において、回転検出装置１０１のエンコーダ１０２を、車輪用軸受Ａにおける外方部材１と内方部材２の間に形成される環状空間のインボード側端を密閉するシール部材８の一部として設けている。すなわち、この場合のシール部材８は、アキシアルタイプのエンコーダ１０２と、このエンコーダ１０２をスリンガとしてこれに摺接する別のシール板１２４とでなる。エンコーダ１０２は内方部材２の内輪１０の外周面に取付けられる。この場合、エンコーダ１０２の磁極対１０２ａを有する側面はインボード側を向くように配置される。センサ側ユニット１１１が減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端において径方向に貫通させたセンサ取付孔１２３に挿通して取付けられ、ユニット１１１の先端に配置されるセンサ１０３が、上記エンコーダ１０２の磁極対１０２ａを有する側面に対してラジアル方向にギャップを介して対向させられることは、図２３の実施形態の場合と同様である。
前記シール板１２４は、外方部材１の内周面に圧入される円筒部１２４ａおよびこの円筒部１２４ａのアウトボード側端から内径側へ延びるフランジ部１２４ｂからなる断面Ｌ字状で環状の部材であって、エンコーダ１０２の芯金フランジ部１１２ｂに摺接するサイドリップ１２５ａと、芯金円筒部１１２ａに摺接するラジアルリップ１２５ｂ，１２５ｃとを一体に有する。これらリップ１２５ａ〜１２５ｃは、シール板１２４に加硫接着された弾性部材１２５の一部として設けられている。このシール板１２４の円筒部１２４ａとエンコーダ１０２の芯金フランジ部１１２ｂとは僅かな径方向隙間を持って対峙させ、その隙間でラビリンスシールを構成している。その他の構成は図１〜図２２に示した実施形態の場合と同様である。
【００８７】
このように、この実施形態では、車輪用軸受Ａの内方部材１のインボード側端に設けるエンコーダ１０２を、インボード側のシール部材８の一部として設けているので、車輪用軸受Ａのインボード側端における密封性を阻害することなく、回転検出装置１０１を車輪用軸受Ａのインボード側端に取付けることができる。
【００８８】
図２５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図２に示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において、回転検出装置１０１のエンコーダ１０２を、減速機Ｃの出力軸３７の外周面に取り付け、センサ側ユニット１１１を減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端に設けている。の他の構成は図１〜図２２に示した実施形態の場合と同様である。
【００８９】
なお、前記各実施形態は、いずれもハブが、車輪用軸受の内方部材等の構成部品となるハブ輪９からなる場合につき説明したが、車輪用軸受とは別に設けられたハブを用いた車輪用軸受装置にもこの発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１…外方部材（静止側軌道輪）
２…内方部材（回転側駆動輪）
３，４…転走面
８…シール部材
９…ハブ輪（ハブ）
３７…減速機の出力軸
７０…駆動輪
８０…電流センサ
８１…軸方向歪みセンサ
８２…径方向歪みセンサ
８３…荷重推定手段
８８…ブレーキ力センサ
９０…接地状態検出手段
１００…電気モータの出力ケーブル
１０１…回転検出装置
１０２…エンコーダ
１０２ａ…磁極対
１０３…センサ
１０４…逓倍手段
１０５…速度検出手段
１２２…回転検出装置の出力ケーブル
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪用軸受と減速機と電気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おいて、駆動輪の回転を検出する回転検出装置を設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に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪用軸受と減速機と電気モータとブレーキ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を採用した電気自動車における走行安定性の制御技術として、車輪用軸受、電気モータ、減速機、ブレーキのうちの少なくとも一つの構成要素の状態から、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設けたものが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７４１３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２４９３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置において、電気モータには制御用の回転検出装置が設置されているが、電気モータの出力は減速機を介して車輪用軸受に伝達されるため、電気モータの回転特性は駆動輪とは異なったものとなる。このため、駆動輪側から減速機を通して電気モータに伝達されるトルクは、電気モータのロータに正確に伝わりにくく、前記回転検出装置の検出信号に駆動輪側のトルクが反映されにくい。逆に、この場合の回転検出装置の検出信号は、電気モータの回転ムラが大きく反映されたものとなる。
【０００５】
したがって、電気モータに設置された回転検出装置の検出信号を用いて駆動輪の回転を観測しようとした場合には、正確な回転状態を検出するのが難しい。
【０００６】
また、駆動輪の回転を観測するのに、一般的な従来の車輪用回転検出装置を設置した場合、この回転検出装置の分解能が駆動輪の１回転あたり４０〜５０パルス程度であるため、回転検出能力が不足し精密な回転検出を行えない。そこで、インホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置を採用した電気自動車において、電気モータや車両の制御を精度良く行うためには、駆動輪の回転状態を正確に検出する機能が必要である。
【０００７】
なお、回転検出装置として、磁気エンコーダと逓倍機能を有するセンサとを組み合わせることで高い分解能で回転検出を行い、また逓倍回路の誤差をキャンセルして回転速度を検出できるようにしたものが提案されているが（特許文献２）、このような回転検出装置をインホイール型モータ内蔵車輪用軸受装置に用いた例はない。
【０００８】
この発明の目的は、駆動輪の回転状態を正確に検出することができ、電気モータや車両を精度良く制御するのに効果的な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】
【０００９】
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、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、前記減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設けたことを特徴とする。
この構成によると、減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設けたため、駆動輪の回転状態を正確に検出することができる。そのため、路面の状態や駆動輪と路面の接地状態を正確に推測することができ、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。
【００１０】
この発明において、前記回転検出装置は、前記車輪用軸受の回転側軌道輪またはこの回転側軌道輪と一体の部材に設けられ円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたエンコーダと、前記車輪用軸受の静止側軌道輪またはこの静止側軌道輪と一体の部材に設けられ前記エンコーダの被検出極を検出してパルスを発生するセンサと、このセンサの発生するパルスを逓倍して逓倍パルスを生成する逓倍手段とを有するものとするのが望ましい。
この構成の場合、センサの発生するパルスを逓倍手段で逓倍して逓倍パルスを生成するので、高い分解能で駆動輪の回転検出を行うことができる。
【００１１】
この発明において、前記回転検出装置は、前記逓倍手段が逓倍パルスを発生する毎に、その逓倍パルスから過去に逓倍数分の逓倍パルスを発生した区間における前記エンコーダの平均速度を検出する速度検出手段を有するものとしても良い。この構成の場合、逓倍回路の誤差をキャンセルして回転速度を検出できるので、高精度に駆動輪の回転速度を検出できる。
【００１２】
この発明において、前記回転検出装置の検出する回転速度の変動を演算して、前記駆動輪と路面の接地状態に関する情報を出力する接地状態検出手段を有するものとしても良い。
この構成の場合、路面の状態や駆動輪と路面の接地状態をより正確に推測することができる。また、接地状態検出手段で得られた情報を車両や電気モータの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可能となる。
【００１３】
この発明において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキを設け、前記接地状態検出手段は、前記回転速度の変動の演算に加え、前記電気モータの駆動トルクおよび前記ブレーキに作用するブレーキ力の推定値または測定値を用いて前記接地状態に関する情報を出力するものとしても良い。
この構成の場合、接地状態検出手段で演算された回転速度変動がどのような駆動状態で発生しているかを、電気モータの駆動トルクおよび前記ブレーキに作用するブレーキ力から判断することができる。これにより、路面状態などの推定精度を向上させることができる。
【００１４】
この発明において、前記回転検出装置からの出力ケーブルと、前記電気モータからの出力ケーブルとを１つにまとめて外部に取り出すようにしても良い。この構成の場合、回転検出装置の出力ケーブルと電気モータの出力ケーブルを１箇所からまとめて外部に取り出せるので、ケーブルの取り回しが容易となり、信頼性も向上する。
【００１５】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における複列の転走面間に設けても良い。
【００１６】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受におけるインボード側端に設けても良い。
【００１７】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における静止側軌道輪と回転側軌道輪の間に形成される環状空間のインボード側端を密閉するシール部材の一部として設けても良い。
【００１８】
この発明において、前記回転検出装置のエンコーダを前記減速機の出力軸に設けても良い。
【００１９】
この発明において、前記電気モータの電流値を測定する電流センサを設け、この電流センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段を設けると良い。
駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによって電気モータに流れる電流量が異なるため、予め上記作用力と電流量の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段は、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作用力と電流量の関係から、電流センサの出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。この方法で進行方向の作用力を求めることにより、同作用力を精度良く検出することができる。
【００２０】
この発明において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキと、このブレーキに作用するブレーキ力を測定するブレーキ力センサを設け、このブレーキ力センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段を設けると良い。
駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによってブレーキに作用するブレーキ力（すなわち制動力）の大きさが異なるため、予め上記作用力とブレーキ力の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段は、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作用力とブレーキ力の関係から、ブレーキ力センサの出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。この方法で進行方向の作用力を求めることにより、同作用力を精度良く検出することができる。
【００２１】
この発明において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力のうち少なくとも１軸方向の力を推定する荷重推定手段を設けても良い。
駆動輪と路面の接地点に作用する駆動輪の軸方向の力の大きさによって静止側軌道輪の軸方向歪みの変化が異なるため、予め上記作用力と軸方向歪みの関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段は、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作用力と軸方向歪みの関係から、軸方向歪みセンサの出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する駆動輪の軸方向の力を算出する。この方法で軸方向の作用力を求めることにより、同作用力を精度良く検出することができる。
【００２２】
この発明において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する少なくとも３つ以上の歪みセンサを設け、これらの歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力を推定する荷重推定手段を設けても良い。
【発明の効果】
【００２３】
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、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、前記減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設けたため、駆動輪の回転状態を正確に検出することができ、電気モータや車両を精度良く制御するのに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一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概要図である。
【図２】同車輪用軸受装置の車輪用軸受および減速機の断面図である。
【図３】図２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ブレーキの断面図である。
【図６】同車輪用軸受装置に設けられる回転検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】（Ａ）は同回転検出装置におけるエンコーダの一構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同エンコーダの斜視図である。
【図８】（Ａ）は同回転検出装置におけるエンコーダの他の構成例を示す半部断面図、（Ｂ）は同エンコーダの斜視図である。
【図９】同回転検出装置における速度検出手段の構成を示すブロック図である。
【図１０】同速度検出手段におけるパルス発生時刻記憶手段および速度算出手段の構成を示すブロック図である。
【図１１】速度算出手段における差分演算部の動作説明図である。
【図１２】速度算出手段により得られる速度の変化と従来例の方法により得られる速度の変化とを比較して示すグラフである。
【図１３】全逓倍パルスを使用して得られる検出速度のプロットと、逓倍パルスを使用しない場合に得られる検出速度のプロットとを比較して示すグラフである。
【図１４】車輪用軸受装置の制御系のブロック図である。
【図１５】同車輪用軸受装置の軸方向歪みセンサの取付部を拡大した断面図である。
【図１６】車輪用軸受の外方部材と軸方向歪みセンサ用センサユニットとを示す正面図である。
【図１７】（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１８】同車輪用軸受装置の径方向歪みセンサの取付部を拡大した断面図である。
【図１９】車輪用軸受の外方部材と径方向歪みセンサ用センサユニットとを示す正面図である。
【図２０】（Ａ）は同センサユニットの平面図、（Ｂ）はその底面図である。
【図２１】異なる制御系のブロック図である。
【図２２】さらに異なる制御系のブロック図である。
【図２３】この発明の他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における車輪用軸受および減速機の断面図である。
【図２４】この発明のさらに他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における回転検出装置の取付部の拡大断面図である。
【図２５】この発明のさらに他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における回転検出装置の取付部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１ないし図９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。このインホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置は、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。ここで言っていることは、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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のケーシング３３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ボルト挿通孔１４が設けられている。外方部材１は、フランジ１ａのボルト挿通孔１４に挿通した取付ボルト１５を前記ケーシング３３のネジ孔３３ａに螺合させることにより、前記ケーシング３３に取付けられる。
【００２８】
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の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が取付けられている。なお、ハブ輪９は、特許請求の範囲で言うハブに該当する。
【００２９】
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。
【００３０】
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１０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は出力軸３７の内径面と軸受４０で支持されている。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、トロコイド減速機を含めて称している。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、エンドチ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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、後述する回転検出装置１０１の出力が利用される。
【００４０】
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。
【００４１】
図６は、上記回転検出装置１０１の概略構成を示すブロック図である。この回転検出装置１は、円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたリング状のエンコーダ１０２と、このエンコーダ１０２の前記被検出極を検出してパルスａを発生するセンサ１０３と、このセンサ１０３の発生するパルスａを設定された逓倍数Ｎに逓倍して逓倍パルスｂを生成する逓倍手段１０４と、この逓倍手段１０４から生成される逓倍パルスｂに基づきエンコーダ１０２の回転速度を検出する速度検出手段１０５とを備える。
【００４２】
エンコーダ１０２は、図２の車輪用軸受Ａにおける内方部材２の外周面の複列の転走面４，４間に、その軸心に対して同心となるように嵌合状態に設置されている。センサ１０３は、図２に示す例では前記エンコーダ１０２に対して微小のギャップを介して径方向（ラジアル方向）に対向するように、車輪用軸受Ａにおける外方部材１側に設けられる。
【００４３】
エンコーダ１０２は、ラジアルタイプである図２の例では、図７（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すように、被検出極として周面の円周方向に複数の磁極対（磁極ＮとＳの対）１０２ａを等配位置に並べて着磁させたリング状の磁気エンコーダからなる。図２では、芯金１２０の外周に、ゴム磁石、プラスチック磁石等の多極磁石１２１を設けてエンコーダ１０２が構成されている。
【００４４】
図７のエンコーダ１０２の構成例は、周面に磁極対１０２ａを着磁させたラジアルタイプであるが、エンコーダ１０２は図８（Ａ），（Ｂ）に半部断面図および斜視図で示すアキシアルタイプのものであっても良い。図８の構成例では、例えは断面をＬ字形としたリング状の芯金１１２の円筒部１１２ａの一端から外径側に延びるフランジ部１１２ｂの側面の円周方向に、複数の磁極対１０２ａを等配位置に並べて着磁させている。この場合、センサ１０３は、エンコーダ１０２の着磁面に対向するように軸方向に向けて配置される。
なお、前記センサ１０３と前記逓倍手段１０４が、複数の整列させられた磁気検出素子（図示せず）で構成され、それら複数の磁気検出素子の出力を演算して生成された内部信号に基づいて、あらかじめ定められた逓倍数の出力を生成するものであってもよい。
【００４５】
回転検出装置１０１における上記エンコーダ１０２を除く構成部はセンサ側ユニット１１１として一体に構成される。センサ側ユニット１１１は、図２の例では、車輪用軸受Ａの外方部材１に、両転動体５，５間で径方向に貫通させたセンサ取付孔８７に挿通して取付けられ、ユニット１１１の先端に配置されるセンサ１０３が、上記エンコーダ１０２にラジアル方向にギャップを介して対向させられる。センサ取付孔８７は、例えば断面形状が円形の貫通孔である。センサ取付孔８７の内周面とセンサ側ユニット１１１との間は、Ｏリング等の接触シールや、接着剤あるいはねじ等で密封固定する。
【００４６】
回転検出装置１０１のセンサ側ユニット１１１は、センサ取付孔８７にほぼ嵌合する外径の軸状の挿入部１１１ａと、非挿入部である頭部１１１ｂとを有し、頭部１１１ｂは外方部材１の外周面に接して配置される。頭部１１１ｂから出力ケーブル１２２が引き出されている。出力ケーブル１２２は、図１のように、電気モータＢの出力ケーブル１００や図示しない他のケーブルとともに１つにまとめられて、１箇所から外部に取り出される。これにより、出力ケーブル１００，１２２の取り回しが容易となって、信頼性も向上する。
【００４７】
速度検出手段１０５は、前記逓倍手段１０４が逓倍パルスｂを発生する毎に、その発生した逓倍パルスｂの過去の逓倍数Ｎ分の逓倍パルスｂを発生した区間におけるエンコーダ１０２の平均回転速度を順次検出する。この場合に、速度検出手段１０５は、逓倍手段１０４から出力される逓倍情報ｃを用いて上記回転速度の検出を行う。逓倍情報ｃとは、設定されている逓倍数の状態など、速度検出手段１０５が演算に必要とする逓倍手段１０４の動作状態の情報である。前記速度検出手段１０５は、具体的には図９に示すように、パルス生成時刻記憶手段１０６と、タイマ１０７と、速度算出手段１０８とを有する。
【００４８】
パルス生成時刻記憶手段１０６は、前記逓倍数Ｎ分の逓倍パルスｂの生成時刻を記憶する記憶エリアを有する。このパルス生成時刻記憶手段１０６の記憶エリアの一構成例を図１０に示す。同図において、時刻ｔ1 ，ｔ2 ，…，ｔN-1 ，ｔN は連続するＮ個分の逓倍パルスｂの生成時刻である。パルス生成時刻記憶手段１０６は、先入れ先出し形式で最新の逓倍数Ｎ個分の時刻を記憶するキュー等の記憶手段であり、最も古い記憶内容が消去されるように、記憶エリア列における順次隣の記憶エリアに記憶内容を移し、空となった先頭の記憶エリアに最新の時刻を入力する。
タイマ１０７は、逓倍パルスｂが発生する都度、その生成時刻（具体的には逓倍パルスの立ち上がり時の時刻）を計時して前記パルス生成時刻記憶手段１０６に記憶させる。このとき、上記のように、パルス生成時刻記憶手段１０６の記憶内容が、最新の逓倍数Ｎ分の逓倍パルスｂの生成時刻となるように更新する。
なお、ここで言う「タイマ１０７」は、本来のタイマの機能も持つ計時部と、この計時部で計時した時刻をパルス生成時刻記憶手段１０６に入力する入力処理部とを含む計時・入力処理手段を言う。
【００４９】
速度算出手段１０８では、前記パルス生成時刻記憶手段１０６に最新の逓倍パルスの生成時刻が記憶されると同時に、図１０に示すように、前記最新の逓倍パルスｂの生成時刻とパルス生成時刻記憶手段１０６に記憶された逓倍数Ｎ分だけ過去の逓倍パルスｂの生成時刻との差分を差分演算部１０８ａで計算し、この差分を用いて前記平均回転速度を平均速度演算部１０８ｂで算出する。
例えば、連続して生成される逓倍パルスｂの出力波形を示す図１１において、最新の逓倍パルスｂの生成時刻ｔN がパルス生成時刻記憶手段１０６に記憶されると同時に、速度算出手段１０８では、前記生成時刻ｔN と逓倍数Ｎ分だけ過去の逓倍パルスｂの生成時刻ｔ1 との差分（ｔN −ｔ1 ）を差分演算部１０８ａで計算し、この差分を用いて、平均回転速度（角速度）ｖを
ｖ＝Δθ／（ｔN −ｔ1 ）
として平均速度演算部１０８ｂで算出する。ただし、Δθは、前記エンコーダ１０２における１磁極対１０２ａ分の周回角度である。すなわち、前記エンコーダ１０２の磁極対１０２ａ（図７，図８）の数をｍとすると、Δθは
Δθ＝３６０°／ｍ
として求められる値である。
同様に、次の逓倍パルスｂの生成時刻ｔN+1 がパルス生成時刻記憶手段１０６に記憶されると、速度算出手段１０８では、その生成時刻ｔN+1 と逓倍数Ｎ分だけ過去の逓倍パルスの生成時刻ｔ2 との差分（ｔN+1 −ｔ2 ）を差分演算部１０８ａで計算し、平均回転速度ｖを
ｖ＝Δθ／（ｔN+1 −ｔ2 ）
として平均速度演算部１０８ｂで算出する。
【００５０】
逓倍手段１０４で生成する逓倍パルスｂには、図１１のようにピッチ誤差があるが、この誤差パターンは、エンコーダ１０２における磁極対１０２ａ毎に繰り返される再現性のある特性を持つ。したがって、上記したように、磁極対１０２ａの周回角度Δθを、センサ１０３の発生するパルスａを逓倍して生成されるＮ個分の逓倍パルスａの区間（例えばｔN −ｔ1 ）で割り算して回転角度ｖを検出すると、ピッチ誤差によるばらつきが平均化されて、図１２にＡで示すように検出速度の誤差を小さく抑えることができる。しかも、逓倍パルスｂの生成に同期して速度検出が行われるので、検出分解能も高めることができる。
これに対して、図１１における逓倍パルスｂの一つ一つのパルスピッチに相当する回転角度Δθi と、前記パルスピッチの時間間隔Ｔとから、速度ｖを
ｖ＝Δθi ／Ｔ
として算出した場合、図１２にＢで示すように検出速度の誤差の変動が大きい。
【００５１】
また、この実施形態の回転検出装置１０１では、図６に示すように、前記逓倍手段１０４で生成した逓倍パルスを回転パルスとして出力する回転パルス出力手段１０９と、前記速度検出手段１０５で検出した平均回転速度を速度信号として出力する速度信号出力手段１１０とを有する。速度信号出力手段１１０からの速度信号は、回転パルス出力手段１０９からの回転パルスの出力と同期して出力される。このように回転パルスと速度信号との両方が出力されると、この回転検出装置１０１が搭載され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での処理回路を省略または簡略化できてコンパクト化が可能となる。
【００５２】
図６の構成において、センサ１０３、逓倍手段１０４、および速度検出手段１０５を、共通のセンサチップに集積するか、または共通の基板に設けて一体化しても良い。このように構成した場合、１つのセンサチップあるいは基板から回転パルスと速度信号が出力されるため、回転検出装置１０１のコンパクト化が可能で、信号処理回路を省略することができる。
【００５３】
このように、この回転検出装置１０１では、センサ３の発生するパルスａを逓倍した逓倍パルスｂを全て使用して速度検出を行うので、図１３に×印で示すように速度検出のレートつまり速度検出のサンプリング回数を増やすことができ、その検出速度ｖを利用したアンチロック制御手段６５での電気モータ５０の制御や、インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置自体の電気モータＢの制御などにおいて制御の応答性を高めることができる。また、細かな速度変動を高精度に検出することができる。なお、同図において、▲印は、逓倍パルスｂを使用しない場合、つまりセンサ１０３の発生するパルスａだけを使用して速度検出を行う場合の検出速度ｖの変化を示す。
【００５４】
この車輪用軸受装置は、電気モータＢのケーシング２２の外周部に取付けたサスペンション７３を介して車体( 図示せず) に固定される。サスペンション７３には、駆動輪７０と路面の接地点に作用する力を減衰して車体に伝える減衰手段７４が設けられている。この減衰手段７４は、ダンパ、ショックアブソーバ等からなる。減衰手段７４は、電動で作動させて減衰の程度を変化させられるようになっている。
【００５５】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する力は、互いに直交する進行方向の力Ｆｘと、駆動輪の軸方向の力Ｆｙと、鉛直方向の力Ｆｚとが複合されたものである。車輪用軸受装置には、これら３軸方向の力をそれぞれ個別に測定するセンサが設けられている。進行方向の力Ｆｘは、電気モータＢの電流値Ｉを検出する電流センサ８０の出力から求められる。駆動輪の軸方向の力Ｆｙは、車輪用軸受Ａの静止側軌道輪である外方部材１の軸方向歪みεｙを検出する軸方向歪みセンサ８１（図１）の出力から求められる。鉛直方向の力Ｆｚは、車輪用軸受Ａの静止側軌道輪である外方部材１の径方向歪みεｚを検出する径方向歪みセンサ８２（図１）の出力から求められる。
【００５６】
図１４に示すように、前記回転検出装置１０１は接地状態検出手段９０に接続されている。接地状態検出手段９０は、回転検出装置１０１の検出する回転速度の変動を演算して、駆動輪７０と路面の接地状態に関する情報を出力する手段であり、例えば自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）８５に設けられている。この接地状態検出手段９０は、前記各センサ８０，８１，８２の出力を処理する荷重推定手段８３および異常判定手段８４を有する。荷重推定手段８３は、前記各センサ８０、８１，８２の出力から駆動輪７０の接地点に作用する力を推定する。接地状態検出手段９０は、車輪用軸受装置ごとに設けた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に組み込んだものであっても良い。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が接続されている。
【００５７】
接地状態検出手段９０には、前記回転検出装置１０１のほか、電気モータＢの駆動トルクを検出するトルクセンサ１３０やブレーキＤに作用するブレーキ力（すなわち制動力）を検出するブレーキ力センサ８８も接続されていて、前記回転速度の変動のほか、電気モータＢの駆動トルクおよびブレーキ力の推定値または測定値も用いて、接地状態に関する情報を出力するようにされている。
【００５８】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによって電気モータＢに流れる電流量が異なるため、予め上記作用力と電流量の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段８３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作用力と電流量の関係から、電気モータ５０の出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。
【００５９】
また、駆動輪７０と路面の接地点に作用する駆動輪７０の軸方向の力の大きさによって静止側軌道輪である外方部材１の軸方向歪みが異なるため、予め上記作用力と軸方向歪みの関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段８３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作用力と軸方向歪みの関係から、軸方向歪みセンサ８１の出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する駆動輪７０の軸方向の力を算出する。
【００６０】
また、駆動輪７０と路面の接地点に作用する鉛直方向の力の大きさによって静止側軌道輪である外方部材１の径方向歪みの変化が異なるため、予め上記作用力と径方向歪みの関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。荷重推定手段８３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作用力と径方向歪みの関係から、径方向歪みセンサ８２の出力により、駆動輪と路面の接地点に作用する鉛直方向の力を算出する。
【００６１】
このように、接地状態検出手段９０では、駆動輪７０の回転速度の変動を演算し、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。
【００６２】
さらに、接地状態検出手段９０では、駆動輪７０の回転速度変動のほか、電気モータＭの駆動トルクおよびブレーキＤに作用するブレーキ力の推定値または測定値も用いて、接地状態に関する情報を出力するようにしているので、得られる回転速度変動がどのような駆動状態で発生しているかを判断することができる。これにより、路面の状態や接地状態の推定精度を向上させることができる。例えば、駆動トルクの大きさに応じて、前記荷重推定手段８３での計算パラメータを変更するマッピング方法変更手段を設けることにより、より正確な荷重を推定することができる。
【００６３】
軸方向歪みセンサ８１は、例えば図１５ないし図１７に示すように設置する。すなわち、センサ取付部材９２に軸方向歪みセンサ８１を取付けてセンサユニット９１とし、このセンサユニット９１を車輪用軸受Ａの外方部材１の外周部に固定する。センサ取付部材９２は、外方部材１のねじ孔１４の近傍に接触固定される第１の接触固定部９２ａ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９２ｂとを有している。また、センサ取付部材９２は、前記第１の接触固定部９２ａを含む径方向に沿った径方向部位９２ｃと、前記第２の接触固定部９２ｂを含む軸方向に沿った軸方向部位９２ｄとでＬ字の形状に構成されている。径方向部位９２ｃは、軸方向部位９２ｄに比べ、剛性が低くなるよう肉厚を薄くしてある。軸方向歪みセンサ８１は、この剛性の低い径方向部位９２ｃに取付けられている。
【００６４】
上記センサユニット９１は、センサ取付部材９２の第１および第２の接触固定部９２ａ，９２ｂにより、両接触固定部９２ａ，９２ｂ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９２ａ，９２ｂを周方向において同位相とすると、センサ取付部材９２の長さを短くすることができるため、センサユニット９１の設置が容易である。軸方向歪みセンサ８１は、センサ取付部材９２に例えば接着剤を用いて固定される。
【００６５】
センサ取付部材９２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９２は、車輪用軸受Ａ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。上記の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９２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９２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。
【００６６】
センサ取付部材９２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９２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９２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型する工程、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。
【００６７】
軸方向歪みセンサ８１としては、種々のものを使用することができる。例えば、軸方向歪みセンサ８１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９２における軸方向歪みセンサ８１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、軸方向歪みセンサ８１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、軸方向歪みセンサ８１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。
【００６８】
センサ取付部材９２およびこのセンサ取付部材９２に取付けた軸方向歪みセンサ８１からなるセンサユニット９１を外方部材１に取付ける構成としたため、軸方向荷重検出用のセンサをコンパクトに設置できる。センサ取付部材９２は外方部材１に取付けられる簡易な部品であるため、これに軸方向歪みセンサ８１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。
【００６９】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する軸方向の力により駆動輪７０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９２に伝わり、センサ取付部材９２が変形する。そのセンサ取付部材９２の歪みを軸方向歪みセンサ８１により測定する。この際、センサ取付部材９２の径方向部位９２ｃ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９２ｃは剛性が低く、かつセンサ取付部材９２は剛性の低い径方向部位９２ｃと剛性の高い軸方向部位９２ｄとで構成されたＬ字形をしているため、径方向部位９２ｃと軸方向部位９２ｄとの間である径方向部位９２ｃ側の角部９２ｅ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９２ｃと軸方向部位９２ｄ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。この歪みを軸方向歪みセンサ８１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。また、この高精度で測定された軸方向歪みにより、駆動輪７０と路面の接地点に作用する軸方向の力を算出するため、算出される軸方向の力も精度の高いものとなる。
【００７０】
径方向歪みセンサ８２は、例えば図１８ないし図２０に示すように設置する。すなわち、センサ取付部材９４に径方向歪みセンサ８２を取付けてセンサユニット９３とし、このセンサユニット９３を減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側面に固定する。センサ取付部材９４は先端が鉤状に屈曲した細長い部材で、このセンサ取付部材９４の先端に変位センサからなる径方向歪みセンサ８２が取付けられている。センサ取付部材９４の基部は、ケーシング３３へ取付けるための接触固定部９４ａとなっている。
【００７１】
センサ取付部材９４の接触固定部９４ａを接着剤等でケーシング３３のアウトボード側面に固定することにより、センサユニット９３がケーシング３３に取付けられる。この実施形態の場合、径方向歪みセンサ８２は例えば渦電流式等の非接触型の変位センサであり、径方向歪みセンサ８２は、外方部材１の外周面の径方向の変位を測定するように、外方部材１の外周面に対して所定の間隔を開けてセンサユニット９３に取り付けられている。径方向歪みセンサ８２を対向させる外方部材１の軸方向位置は、例えばアウトボード側列の転走面３の付近、または転走面３よりもアウトボード側の位置とされる。外方部材１における転走面３よりもアウトボード側の部分は、他の部分に比べて荷重に対する径方向の変形が比較的大きくなる。センサ取付部材９４は、センサユニット９３をケーシング３３に取付けた状態において、外力によって変形しない剛性をもつ材質で構成されている。
【００７２】
径方向歪みセンサ８２用の変位センサとしては、渦電流式の他に、磁気式、光学式、超音波式、接触式等のセンサや、あるいはこれら以外の形式の変位を検出可能なセンサを用いることができる。各種条件に合わせて、適当なセンサを選択すれば良い。
【００７３】
センサ取付部材９４およびこのセンサ取付部材９４に取付けた径方向歪みセンサ８２からなるセンサユニット９３を外方部材１に取付ける構成としたため、鉛直方向荷重検出用のセンサをコンパクトに設置できる。センサ取付部材９４は外方部材１に取付けられる簡易な部品であるため、これに径方向歪みセンサ８２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。
【００７４】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する鉛直方向の力により駆動輪７０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、その変形による外方部材１の径方向の変位を、減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側に取付けられたセンサ取付部材９４に設けた径方向歪みセンサ８２により測定する。この際、測定対象となる外方部材１の外周面は周囲と比較して径方向に大きく変位する部位であるため、外方部材１の径方向変位を感度良く測定できる。また、この高精度で測定された径方向歪みにより、駆動輪７０と路面の接地点に作用する鉛直方向の力を算出するため、算出される鉛直方向の力も精度の高いものとなる。
【００７５】
この実施形態において、前記回転検出装置１０１から出力される逓倍パルスを分周する分周回路を電気モータＢのユニット内に設け、回転検出装置１０１で得られる高分解能の回転信号を従来のＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）制御装置で用いられる分解能に合わせた回転信号に変換するようにしても良い。この場合、回転検出装置１０１で得られる高分解能の回転信号を電気モータＢの制御に利用でき、既存の車両制御装置をそのまま利用することができる。
【００７６】
この実施形態では、軸方向歪みセンサ８１および径方向歪みセンサ８２で外方部材１の軸方向歪みおよび径方向歪みを測定する場合につき説明したが、軸方向歪みセンサ８１および径方向歪みセンサ８２で車輪用軸受Ａの他の構成部品、例えば内方部材２の軸方向歪みおよび径方向歪みを測定するようにしても良い。
また、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。
【００７７】
例えば、この車輪用軸受装置を自動車の４輪に設け、４輪を独立して電気モータＢで駆動する場合、それぞれの駆動輪７０の回転数を上記した回転検出装置１０１で検出して車両姿勢を安定させるアルゴリズムを構築する。
【００７８】
この車輪用軸受装置は、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。
【００７９】
また、この車輪用軸受装置は、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。
【００８０】
上記実施形態の制御系は、駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力Ｆｘを、電気モータＢの電流値Ｉを検出する電流センサ８０の出力から求めるようにしたが、図２１に示すように、進行方向の力Ｆｘを、ブレーキＤのブレーキパッド４７に作用するブレーキ力εｄを検出するブレーキ力センサ８８の出力から求めるようにしてもよい。
【００８１】
駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力の大きさによってブレーキＤのブレーキパッド４７に作用するブレーキ力の大きさが異なるため、予め上記作用力とブレーキ力の関係を実験やシミュレーションにて求めておくことにより、上記作用力の大きさを算出することができる。推定手段８３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作用力とブレーキ力の関係から、駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力を算出する。
【００８２】
また、図２２に示すように、駆動輪７０と路面の接地点に作用する進行方向の力Ｆｘを、電気モータＢの電流値Ｉを検出する電流センサ８０の出力、およびブレーキＤのブレーキパッド４７に作用するブレーキ力εｄを検出するブレーキ力センサ８８の出力の両方を比較対照して求めるようにすると、進行方向の力Ｆｘの検出精度を向上させられる。
【００８３】
ブレーキＤが油圧式である場合には、例えばブレーキパッドに押付力を付与したときに荷重を受ける部材、例えばブレーキキャリパに歪みセンサを取付け、この歪みセンサの出力から駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を求めることができる。
【００８４】
以上の説明では、駆動輪７０と路面に作用する３軸方向の力を測定するセンサ８０，８１，８２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。
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。
【００８５】
図２３は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図２２に示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において、回転検出装置１０１のエンコーダ１０２を、減速機Ｃの出力軸３７の外周に設けている。この場合のエンコーダ１０２は、図８に示したものと同様のアキシアルタイプのものであって、断面をＬ字形としたリング状の芯金１１２の円筒部１１２ａの一端から外径側に延びるフランジ部１１２ｂの側面の円周方向に、複数の磁極対１０２ａを等配位置に並べて着磁させている。その芯金１１２の円筒部１１２ａを出力軸３７の外周面に圧入することで、エンコーダ１０２がその磁極対１０２ａを有する側面をアウトボード側に向けた姿勢で減速機Ｃの出力軸３７の外周に取付けられる。センサ１０３を内蔵したセンサ側ユニット１１１は、減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端において径方向に貫通させたセンサ取付孔１２３に挿通して取付けられ、ユニット１１１の先端に配置されるセンサ１０３が、上記エンコーダ１０２の磁極対１０２ａを有する側面に対してラジアル方向にギャップを介して対向させられる。ここでも、センサ取付孔１２３の内周面とセンサ側ユニット１１１との間は、Ｏリング等の接触シールや、接着剤あるいはねじ等で密封固定される。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【００８６】
図２４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図２３に示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において、回転検出装置１０１のエンコーダ１０２を、車輪用軸受Ａにおける外方部材１と内方部材２の間に形成される環状空間のインボード側端を密閉するシール部材８の一部として設けている。すなわち、この場合のシール部材８は、アキシアルタイプのエンコーダ１０２と、このエンコーダ１０２をスリンガとしてこれに摺接する別のシール板１２４とでなる。エンコーダ１０２は内方部材２の内輪１０の外周面に取付けられる。この場合、エンコーダ１０２の磁極対１０２ａを有する側面はインボード側を向くように配置される。センサ側ユニット１１１が減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端において径方向に貫通させたセンサ取付孔１２３に挿通して取付けられ、ユニット１１１の先端に配置されるセンサ１０３が、上記エンコーダ１０２の磁極対１０２ａを有する側面に対してラジアル方向にギャップを介して対向させられることは、図２３の実施形態の場合と同様である。
前記シール板１２４は、外方部材１の内周面に圧入される円筒部１２４ａおよびこの円筒部１２４ａのアウトボード側端から内径側へ延びるフランジ部１２４ｂからなる断面Ｌ字状で環状の部材であって、エンコーダ１０２の芯金フランジ部１１２ｂに摺接するサイドリップ１２５ａと、芯金円筒部１１２ａに摺接するラジアルリップ１２５ｂ，１２５ｃとを一体に有する。これらリップ１２５ａ〜１２５ｃは、シール板１２４に加硫接着された弾性部材１２５の一部として設けられている。このシール板１２４の円筒部１２４ａとエンコーダ１０２の芯金フランジ部１１２ｂとは僅かな径方向隙間を持って対峙させ、その隙間でラビリンスシールを構成している。その他の構成は図１〜図２２に示した実施形態の場合と同様である。
【００８７】
このように、この実施形態では、車輪用軸受Ａの内方部材１のインボード側端に設けるエンコーダ１０２を、インボード側のシール部材８の一部として設けているので、車輪用軸受Ａのインボード側端における密封性を阻害することなく、回転検出装置１０１を車輪用軸受Ａのインボード側端に取付けることができる。
【００８８】
図２５は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図２に示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において、回転検出装置１０１のエンコーダ１０２を、減速機Ｃの出力軸３７の外周面に取り付け、センサ側ユニット１１１を減速機Ｃのケーシング３３のアウトボード側端に設けている。の他の構成は図１〜図２２に示した実施形態の場合と同様である。
【００８９】
なお、前記各実施形態は、いずれもハブが、車輪用軸受の内方部材等の構成部品となるハブ輪９からなる場合につき説明したが、車輪用軸受とは別に設けられたハブを用いた車輪用軸受装置にもこの発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１…外方部材（静止側軌道輪）
２…内方部材（回転側駆動輪）
３，４…転走面
８…シール部材
９…ハブ輪（ハブ）
３７…減速機の出力軸
７０…駆動輪
８０…電流センサ
８１…軸方向歪みセンサ
８２…径方向歪みセンサ
８３…荷重推定手段
８８…ブレーキ力センサ
９０…接地状態検出手段
１００…電気モータの出力ケーブル
１０１…回転検出装置
１０２…エンコーダ
１０２ａ…磁極対
１０３…センサ
１０４…逓倍手段
１０５…速度検出手段
１２２…回転検出装置の出力ケーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設け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、前記回転検出装置は、前記車輪用軸受の回転側軌道輪またはこの回転側軌道輪と一体の部材に設けられ円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたエンコーダと、前記車輪用軸受の静止側軌道輪またはこの静止側軌道輪と一体の部材に設けられ前記エンコーダの被検出極を検出してパルスを発生するセンサと、このセンサの発生するパルスを逓倍して逓倍パルスを生成する逓倍手段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３】
請求項２において、前記回転検出装置は、前記逓倍手段が逓倍パルスを発生する毎に、その逓倍パルスから過去に逓倍数分の逓倍パルスを発生した区間における前記エンコーダの平均速度を検出する速度検出手段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４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回転検出装置の検出する回転速度の変動を演算して、前記駆動輪と路面の接地状態に関する情報を出力する接地状態検出手段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５】
請求項４において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキを設け、前記接地状態検出手段は、前記回転速度の変動の演算に加えて、前記電気モータの駆動トルクおよび前記ブレーキに作用するブレーキ力の推定値または測定値を用いて前記接地状態に関する情報を出力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、前記回転検出装置からの出力ケーブルと、前記電気モータの制御ユニットからの出力ケーブルとを１つにまとめ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】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における複列の転走面間に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８】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受におけるインボード側端に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９】
請求項８において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における静止側軌道輪と回転側軌道輪の間に形成される環状空間のインボード側端を密閉するシール部材の一部として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１０】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記回転検出装置のエンコーダを前記減速機の出力軸に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１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記電気モータの電流値を測定する電流センサを設け、この電流センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段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１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキと、このブレーキに作用するブレーキ力を測定するブレーキ力センサを設け、このブレーキ力センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段を設けたインホイール型モータ内臓センサ付き車輪用軸受装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力のうち少なくとも１軸方向の力を推定する荷重推定手段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１４】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する少なくとも３つ以上の歪みセンサを設け、これら歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力を推定する荷重推定手段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１】
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、
前記減速機の出力軸の回転を検出する回転検出装置を設け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、前記回転検出装置は、前記車輪用軸受の回転側軌道輪またはこの回転側軌道輪と一体の部材に設けられ円周方向に並ぶ複数の被検出極が等配されたエンコーダと、前記車輪用軸受の静止側軌道輪またはこの静止側軌道輪と一体の部材に設けられ前記エンコーダの被検出極を検出してパルスを発生するセンサと、このセンサの発生するパルスを逓倍して逓倍パルスを生成する逓倍手段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３】
請求項２において、前記回転検出装置は、前記逓倍手段が逓倍パルスを発生する毎に、その逓倍パルスから過去に逓倍数分の逓倍パルスを発生した区間における前記エンコーダの平均速度を検出する速度検出手段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４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回転検出装置の検出する回転速度の変動を演算して、前記駆動輪と路面の接地状態に関する情報を出力する接地状態検出手段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５】
請求項４において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキを設け、前記接地状態検出手段は、前記回転速度の変動の演算に加えて、前記電気モータの駆動トルクおよび前記ブレーキに作用するブレーキ力の推定値または測定値を用いて前記接地状態に関する情報を出力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、前記回転検出装置からの出力ケーブルと、前記電気モータの制御ユニットからの出力ケーブルとを１つにまとめ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】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における複列の転走面間に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８】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受におけるインボード側端に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９】
請求項８において、前記回転検出装置のエンコーダを、前記車輪用軸受における静止側軌道輪と回転側軌道輪の間に形成される環状空間のインボード側端を密閉するシール部材の一部として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１０】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記回転検出装置のエンコーダを前記減速機の出力軸に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１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記電気モータの電流値を測定する電流センサを設け、この電流センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段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１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記駆動輪のハブに制動力を与えるブレーキと、このブレーキに作用するブレーキ力を測定するブレーキ力センサを設け、このブレーキ力センサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する進行方向の力を推定する荷重推定手段を設けたインホイール型モータ内臓センサ付き車輪用軸受装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力のうち少なくとも１軸方向の力を推定する荷重推定手段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１４】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記車輪用軸受の静止側軌道輪にこの軌道輪の歪みを測定する少なくとも３つ以上の歪みセンサを設け、これら歪みセンサの出力から前記駆動輪と路面の接地点に作用する互いに直交する３軸方向の力を推定する荷重推定手段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。
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【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】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１２６４７６（Ｐ２０１１−１２６４７６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８９１４（Ｐ２００９−２８８９１４）
【出願日】平成２１年１２月２１日（２００９．１２．２１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２１日（２００９．１２．２１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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