WO2013062005A1

WO2013062005A1 - インホイールモータ駆動装置

Info

Publication number: WO2013062005A1
Application number: PCT/JP2012/077477
Authority: WO
Inventors: 高橋　亨
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2014-04-28
Also published as: CN103906643A; EP2772377A1; US9126476B2; EP2772377B1; JP2013095183A; JP5809927B2; CN103906643B; EP2772377A4; US20140300175A1

Abstract

　インホイールモータ駆動装置（１１）は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブ（２６）と、車輪ハブ（２６）を回転可能に支持する車輪ハブ軸受と、モータ部、減速部、または車輪ハブ軸受を覆うケーシング（１２）と、ケーシング（１２）に取り付けられ、当該ケーシング（１２）に生じる歪みを検出可能な複数のセンサ（４３）と、センサ（４３）により出力された歪み信号に基づいて、車輪に負荷される荷重を演算する信号処理装置（４６）とを備える。

Description

インホイールモータ駆動装置

　本発明は、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、センサを備えるインホイールモータ駆動装置に関するものである。

　インホイールモータ駆動装置においては、車輪の路面に対する接地状態を推定することによって、より高度な制御を実現することが可能となる。このため、インホイールモータ駆動装置本体に荷重センサを取り付け、インホイールモータ駆動装置本体に負荷される荷重を測定することによって、車輪の接地状態を推定する手法が、従来から採用されてきた。このようなインホイールモータ駆動装置が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１１－１３３１０１号公報

　特許文献１に記載のインホイールモータ駆動装置は、車輪ハブを回転可能に支持する車輪ハブ軸受を備えており、この車輪ハブ軸受を構成する外輪に、荷重センサが取り付けられている。しかしながら、特許文献１に記載のように、外輪に荷重センサを取り付ける構成とした場合においては、以下に示す課題があった。

　外輪の内径側には、複数の転動体が保持されており、これら転動体が外輪の軌道面上を公転する。そうすると、転動体の公転によって、外輪に微小な歪みが発生する。このように発生した歪みが、外輪に取り付けられた荷重センサにより、歪み情報として検出されることとなる。転動体の公転に起因する歪み情報は、車輪の接地状態の推定に寄与するものではないため、信号処理等により、この歪み情報を排除する必要がある。その結果、特許文献１に記載のインホイールモータ駆動装置においては、信号処理のアルゴリズムが複雑化し、且つ時間遅れが発生してしまうという課題があった。

　また、外輪に荷重センサを取り付けた構成においては、車輪に対して回転方向へのトルクが負荷された場合に、これを検出することができない。したがって、インホイールモータ駆動装置をより高度に制御することに関して不充分であった。

　そこで、本発明は、より簡易な構成で高度な制御を実現可能なインホイールモータ駆動装置を提供することを目的とする。

　本発明に係るインホイールモータ駆動装置は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブと、車輪ハブを回転可能に支持する車輪ハブ軸受と、モータ部、減速部、または車輪ハブ軸受を覆うケーシングと、ケーシングに取り付けられ、当該ケーシングに生じる歪みを検出可能な複数のセンサと、センサにより出力された歪み信号に基づいて、車輪に負荷される荷重を演算する信号処理装置とを備える。

　この構成によれば、転動体の公転等によってもたらされる、車輪への負荷荷重の演算に寄与しないノイズ成分を低減することが可能となる。これにより、演算処理を単純化することができるとともに、フィルタリング処理による時間遅れも低減することができる。すなわち、より簡易なアルゴリズムによって、車輪への負荷荷重をより高精度に演算することが可能となる。

　なお、センサは、ケーシングの内側に取り付けられてもよい。または、センサは、ケーシングの外側に取り付けられ、カバーによって外方から覆われる構成であってもよい。

　好ましくは、インホイールモータ駆動装置は、一端がケーシングに連結され、他端が車体を支持するサスペンションに連結されるサスペンションアームをさらに備え、センサは、ケーシングとサスペンションアームとの連結部の近傍に取り付けられる。この構成によれば、歪みがより顕著に表れる上記連結部にセンサを取り付けることによって、ケーシングに生じる歪みをより効果的に検出することができる。

　好ましくは、センサは、単体として複数の方向の歪みを検出可能である。この構成によれば、適用するセンサの数を減らすことができるため、製造コストを低減することができる。

　好ましくは、センサから延びる電気ケーブルは、ケーシングに設けられたケーブル係止部材によって係止される。この構成によれば、電気ケーブルが振動することを防止することができるため、電気ケーブル内を伝達する電気信号に振動によるノイズが混入することを防ぐことができるとともに、電気ケーブルの耐久性を向上させることも可能となる。

　好ましくは、信号処理装置は、センサの出力信号に基づいて、車輪に負荷される少なくとも３方向の荷重と、車輪の回転方向ｒに生じる回転トルクとを演算可能であって、３方向は、車両の進行方向に沿う方向ｘ、車輪の回転軸方向ｙ、および鉛直方向ｚである。

　さらに好ましくは、信号処理装置は、方向ｘの周りに生じる回転トルクと、鉛直方向ｚの周りに生じる回転トルクとをさらに演算可能である。この構成によれば、車輪に負荷される３方向荷重を検出することによって、車輪と路面との間の接地状態を効果的に演算することができる。それに加えて、車輪の回転方向ｒに生じる回転トルクを検出することによって、機械式ブレーキとモータの回生とによってもたらされる制動力を演算することが可能となる。

　好ましくは、インホイールモータ駆動装置は、センサの近傍に設置された温度センサをさらに備え、信号処理装置は、温度センサの出力信号に基づいて、センサの出力信号を補正する。この構成によれば、センサによって検出される歪み情報から、モータや減速機から発生する熱の影響を排除することができる。これにより、車輪への負荷荷重をより高精度に演算することが可能となる。

　なお、信号処理装置は、ケーシングに取り付けられてもよい。

　好ましくは、信号処理装置から延びる電気ケーブルは、ケーシングに設けられたケーブル係止部材によって係止され、車体側へと配線される。この構成によれば、電気ケーブルが振動することを防止することができるため、電気ケーブル内を伝達する電気信号に振動によるノイズが混入することを防ぐことができるとともに、電気ケーブルの耐久性を向上させることも可能となる。

　好ましくは、信号処理装置は、センサからの出力信号を増幅する増幅手段と、センサからの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段とを有する。

　さらに好ましくは、信号処理装置は、車輪に負荷される力を演算するために必要となる演算用パラメータを記憶する記憶手段をさらに有する。

　さらに好ましくは、信号処理装置は、ＣＡＮバス等の通信手段を介して車体側に設けられた制御装置へと接続され、演算用パラメータを制御ユニット側から設定可能とするためのＩ／Ｆ手段をさらに有する。この構成によれば、信号処理装置と車体側に設けられた制御装置との間において、ディジタル信号の送受信によって通信可能であるため、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。

　好ましくは、車体側に設けられ、インホイールモータ駆動装置の駆動を制御する制御装置をさらに備え、制御装置は、信号処理装置によって演算された車輪の回転方向ｒに生じる回転トルクと、モータ部が発生する回生トルクとを比較することによって、機械式ブレーキが発生させる機械制動力と、回生状態となったモータ部が発生させる回生制動力との比率を演算する。

　さらに好ましくは、制御装置は、機械制動力と回生制動力との比率に基づいて、インホイールモータ駆動装置の駆動を制御する。この構成によれば、機械式ブレーキによってもたらされる機械制動力を、制御装置によって算出することが可能となるため、モータの回生によって生じる回生制動力とのバランスを考慮しつつ、ブレーキ力を協調制御することが可能となる。これにより、インホイールモータ駆動装置のより高度な制御を実現することができる。

　本発明によれば、転動体の公転等によってもたらされる、車輪への負荷荷重の演算に寄与しないノイズ成分を低減することが可能となる。これにより、演算処理を単純化することができるとともに、フィルタリング処理による時間遅れも低減することができる。すなわち、より簡易なアルゴリズムによって、車輪への負荷荷重をより高精度に演算することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を前方側から見た外観図である。図１に示すインホイールモータ駆動装置を、図１中の矢印IIから見た外観図である。図１に示すインホイールモータ駆動装置を後方側から見た外観図である。図２に示すインホイールモータ駆動装置を、図２中のIV－IVで切断した断面図を示す図である。図４に示すインホイールモータ駆動装置を、図４中のＶ－Ｖで切断した断面図を示す図である。本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を搭載した車両を概略的に示す図であって、図２と同じ方向から見た図である。本発明の一実施形態に係るセンサおよび信号処理装置のブロック図を示す。本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の制御系のブロック図を示す。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。まず、図１～図５を参照して、本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１１の構成について説明する。なお、以下の説明においては、前方とは、車両の進行方向、すなわち図１の紙面表方向を示し、右方向とは、車輪の回転軸線方向の車体側、すなわち図１の紙面右方向を示し、上方向とは、鉛直上方、すなわち図１の紙面上方向を示すものとする。

　本発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１１は、駆動力を発生させるモータ部Ａと、モータ部Ａの回転を減速して出力する減速部Ｂと、減速部Ｂからの出力を車輪（図示せず）に伝える車輪ハブ２６と、車輪ハブ２６を回転可能に支持する車輪ハブ軸受部Ｃと、モータ部Ａ、減速部Ｂ、および車輪ハブ軸受部Ｃの構成部材を覆うケーシング１２とを備える。モータ部Ａ、減速部Ｂ、および車輪ハブ軸受部Ｃは、直列かつ同軸に配置される。

　モータ部Ａは、外郭を形成するモータ部ケーシング１２ａと、モータ部ケーシング１２ａに固定されるステータ１３と、ステータ１３の内径側に隙間を空けて対向配置されるロータ１４と、ロータ１４の内径側に固定連結され、ロータ１４と一体回転するモータ回転軸１５とを有するラジアルギャップモータである。

　モータ部ケーシング１２ａは、円筒状であり、その左側端において、径方向に広がる内向きフランジ状のフランジ部１２ｅを含む。このフランジ部１２ｅに、後述する減速部ケーシング１２ｂの右側端が連結される。モータ部ケーシング１２ａの内周には、ステータ１３が固定されている。なお、本実施形態においては、フランジ部１２ｅが、モータ部ケーシング１２ａの一部として構成されている場合について述べたが、フランジ部１２ｅが、モータ部ケーシング１２ａとは別部材として構成され、ボルト等により固定されていてもよい。

　モータ部ケーシング１２ａを構成するフランジ部１２ｅの内周は、軸受１６を介してモータ回転軸１５の左側端部を回転自在に支持する。モータ部ケーシング１２ａは、その右側端において、径方向に延在する円盤状のモータカバー１２ｄを含む。モータカバー１２ｄの中心部は、軸受１７を介してモータ回転軸１５の右側端部を回転自在に支持する。

　減速部Ｂは、外郭を形成する減速部ケーシング１２ｂと、減速機の出力軸としての車輪側回転部材１８とを有し、モータ部Ａの回転軸線方向左側に、同心状に配置される。本実施形態に係る減速部Ｂは、サイクロイド減速機によって構成されている。減速機の入力軸１９は、回転軸線に沿って延びてモータ部Ａ側へ突出し、その突出端が、モータ回転軸１５の左側端部に嵌入固定される。モータ部Ａのモータ回転軸１５および減速部Ｂの入力軸１９は、一体回転するものであって、モータ回転軸１５および入力軸１９によって、モータ側回転部材２０が構成されている。入力軸１９の左側端部は、減速部Ｂ内において軸受２１によって支持される。

　入力軸１９の外周には、２枚の円盤形状の偏心部材２２ａ，２２ｂが固定される。モータ回転軸１５および入力軸１９は、モータ部Ａの回転軸線と同心状に延在するが、偏心部材２２ａ，２２ｂの中心は、回転軸線と一致しない。さらに、２つの偏心部材２２ａ，２２ｂは、偏心運動による遠心力で発生するモーメントを互いに打ち消し合うために、１８０°位相を変えて設けられている。

　偏心部材２２ａ，２２ｂの外周には、公転部材としての曲線板２３ａ，２３ｂがそれぞれ回転自在に保持される。外側輪郭線が波状の形状である曲線板２３ａ，２３ｂの外周部には、外周係合部材としての複数の外ピン２４が係合する。外ピン２４は、減速部ケーシング１２ｂの内周に取り付けられる。曲線板２３ａ，２３ｂの隙間には、これら曲線板２３ａ，２３ｂの傾きを防止するセンターカラー５６が設けられる。

　減速部ケーシング１２ｂは、モータ部ケーシング１２ａよりも小さな径の円筒形状を有しており、軸線方向右側端でモータ部ケーシング１２ａの左側端と結合し、軸線方向左側端で車輪ハブ軸受部Ｃを構成する外方部材１２ｃの右側端と結合している。本実施形態に係るケーシング１２は、モータ部ケーシング１２ａ、減速部ケーシング１２ｂ、および外方部材１２ｃによって構成されている。ケーシング１２は、上記した軸受１６、１７や、後述する車輪ハブ軸受部Ｃを介して、ケーシング１２内部の回転要素を回転自在に支持している。

　減速部Ｂの出力部材である車輪側回転部材１８は、回転軸線に沿って延在する軸部１８ｂと、軸部１８ｂの右側端部から外径方向に拡径するフランジ部１８ａとを有する。車輪側回転部材１８の軸部１８ｂは、減速部Ｂから軸線方向左側へ突出し、車輪ハブ軸受部Ｃまで延在する。減速部Ｂに配置されるフランジ部１８ａには、回転軸線を中心とする円周上の等間隔に複数の穴が形成されており、この穴に、内ピン２５が嵌入固定されている。

　車輪ハブ軸受部Ｃに配置される軸部１８ｂの外周面には、車輪ハブ２６が連結固定されており、車輪側回転部材１８および車輪ハブ２６は、一体回転する。フランジ部１８ａに固設された内ピン２５は、フランジ部１８ａから軸線方向右側へ向かって突出し、その先端部が、曲線板２３ａ，２３ｂにそれぞれ設けられた後述する貫通孔２７に受け入れられている。フランジ部１８ａの内部に画定された中心穴１８ｃは、入力軸１９の左側端部を受け入れるとともに、軸受２１を介して入力軸１９を相対回転自在に支持している。

　曲線板２３ａは、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔２７，２８を有する。貫通孔２７は、曲線板２３ａの中心（自転軸心）を基準とした円周上に等間隔に複数個設けられており、曲線板２３ａの外周縁と内周縁との間の径方向中央領域に形成されて、上記した内ピン２５を受け入れる。また、貫通孔２８は、曲線板２３ａの中心（自転軸心）に設けられており、曲線板２３ａの内周面を画定している。上記したように、曲線板２３ａは、偏心部材２２ａの外周に相対回転可能に取り付けられる。

　具体的には、曲線板２３ａは、軸受２９を介して、偏心部材２２ａに回転自在に支持されている。この軸受２９は、内周面が偏心部材２２ａの外周面に嵌合し、外周面に内側軌道面３０ａを有する内輪３０と、貫通孔２８の円周面に直接形成された外側軌道面２８ａと、内側軌道面３０ａおよび外側軌道面２８ａの間に配置される複数の円筒ころ３１と、周方向に隣り合う円筒ころ３１の間隔を保持する保持器（図示せず）とを有する円筒ころ軸受である。なお、円筒ころ軸受に限らず、深溝玉軸受を適用してもよい。内輪３０は、円筒ころ３１が転走する内側軌道面３０ａを軸線方向に挟んで向かい合う一対の鍔部をさらに有し、円筒ころ３１を一対の鍔部間に保持している。

　なお、曲線板２３ｂの構成も、曲線板２３ａと同様であるため、詳細な説明を省略する。

　外ピン２４は、入力軸１９の回転軸線を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。外ピン２４は、軸線と平行に延び、その両端が、ケーシング１２のうち減速部Ｂを収容する減速部ケーシング１２ｂの内壁面に嵌合固定されている外ピン保持部３２に保持されている。より具体的には、外ピン２４の軸線方向両端部が、外ピン保持部３２に取り付けられた針状ころ軸受３３によって回転自在に支持されている。

　曲線板２３ａ，２３ｂが入力軸１９の回転軸線を中心に公転運動すると、曲線形状の波形外周部と外ピン２４とが係合して、曲線板２３ａ，２３ｂに自転運動を生じさせる。また外ピン２４の両端に設けられた針状ころ軸受３３により、外ピン２４が曲線板２３ａ，２３ｂの外周面に当接する際、曲線板２３ａ，２３ｂとの摩擦抵抗が低減される。

　本実施形態に係る減速部Ｂは、曲線板２３ａ，２３ｂの自転運動を、回転軸心を中心とする回転運動に変換して車輪側回転部材１８に伝達する運動変換機構を有する。この運動変換機構は、車輪側回転部材１８のフランジ部１８ａに固設された内ピン２５と、曲線板２３ａ，２３ｂに設けられた貫通孔２７とによって構成されている。内ピン２５の外周には、中空円筒体および針状ころからなる針状ころ軸受３４が設けられている。針状ころ軸受３４により、内ピン２５が曲線板２３ａ，２３ｂの貫通孔２７の内周面に当接する際に、曲線板２３ａ，２３ｂとの摩擦抵抗が低減される。

　内ピン２５の右側端には、内ピン２５を補強するための内ピン補強部材３５が、圧入により連結固定されている。内ピン補強部材３５は、曲線板２３ａ，２３ｂから内ピン２５に負荷された荷重を、全ての内ピン２５に均一に分散する機能を有する部材である。

　貫通孔２７は、複数の内ピン２５を内部に受け入れるものであって、各内ピン２５の位置に対応するように配設されている。また、貫通孔２７の内径寸法は、内ピン２５の外径寸法（針状ころ軸受３４を含む最大外径を指す。以下同じ。）より所定分大きく設定されている。したがって、曲線板２３ａ，２３ｂに設けられた貫通孔２７を貫通して延びる内ピン２５は、貫通孔２７の内周面と係合する内側係合部材となる。

　車輪ハブ２６は、回転軸線方向に沿って延在し、車輪側回転部材１８の左側端と結合する円筒状の中空部２６ａと、中空部２６ａの右側端から外径方向に拡径するフランジ部２６ｂとを有する。フランジ部２６ｂには、ハブボルト３９によって車輪のロードホイール（図示せず）が固定連結される。

　車輪ハブ軸受部Ｃは、減速部Ｂの軸線方向左側に同心状に配置されており、車輪ハブ２６を回転可能に支持している。車輪ハブ軸受部Ｃは、当該車輪ハブ軸受部Ｃの外郭を形成する外方部材１２ｃと、車輪ハブ２６の右側端外周に嵌設された内輪３６と、外方部材１２ｃと車輪ハブ２６および内輪３６との間に配置された複数の転動体３７と、転動体３７を所定の間隔に保持するための保持器３８とを有する。

　本実施形態に係る車輪ハブ軸受部Ｃは、複列アンギュラ玉軸受であって、その内側軌道面は、車輪ハブ２６および内輪３６の外周面に形成され、その外側軌道面は、ケーシング１２を構成する外方部材１２ｃの内周面に形成されている。

　本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１１は、一端がケーシング１２に連結され、他端が車体を支持するサスペンション６０に機械的に連結されるサスペンションアーム４０を備える。具体的には、サスペンションアーム４０は、一端が減速部ケーシング１２ｂの上方領域の前後両側部に連結され、他端側にて車体側部材と機械的に連結される一対のアッパーアーム４０ａ，４０ｂと、一端が減速部ケーシング１２ｂの下端部に連結され、他端がサスペンション６０に機械的に連結されるロアアーム４０ｃとを有する。

　以下、サスペンションアーム４０の取り付け構造について、詳述する。減速部ケーシング１２ｂの前方上方部には、当該減速部ケーシング１２ｂの外面から前方へと突出するように、アッパーアーム取り付け部４１ａが設けられている。同様にして、減速部ケーシング１２ｂの後方上方部には、当該減速部ケーシング１２ｂの外面から後方へと突出するように、アッパーアーム取り付け部４１ｂが設けられている。また、減速部ケーシング１２ｂの下端には、右下方へ向けて突出するロアアーム取り付け部４１ｃが設けられている。なお、本実施形態においては、ロアアーム取り付け部４１ｃは、前後方向に互いに離隔した一対の部材として構成されている。

　前方側のアッパーアーム４０ａは、アッパーアーム取り付け部４１ａの前端部に回転可能に嵌入されている。同様に、後方側のアッパーアーム４０ｂは、アッパーアーム取り付け部４１ｂの後端部に回転可能に嵌入されている。ロアアーム４０ｃは、一対のロアアーム取り付け部４１ｃの間に架設された軸部４２を介して、ロアアーム取り付け部４１ｃに回転可能に連結されている。

　ここで、本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１１においては、ケーシング１２に生じる歪みを検出するために、複数のセンサ４３が、ケーシング１２に取り付けられている。さらに具体的に説明すると、アッパーアーム取り付け部４１ａの上面４５ａ、アッパーアーム取り付け部４１ｂの上面４５ｂ、前方側ロアアーム取り付け部４１ｃの前面４５ｃ、および、後方側ロアアーム取り付け部４１ｃの後面４５ｄに、計４個のセンサ４３が、それぞれ取り付けられている。

　本実施形態に係るセンサ４３は、歪みを検出するセンサ素子と、当該センサ素子を外方から覆うカバーとを含む。この構成により、雨水や石の飛び跳ね等によるセンサの故障を防止することができる。

　各センサ４３には電気ケーブル４４が接続されており、これら電気ケーブル４４は、減速部ケーシング１２ｂの外面に沿って配線され、減速部ケーシング１２ｂの後端部中央に設置された信号処理装置４６に接続されている。これにより、各センサ４３と信号処理装置４６とは電気的に接続され、各センサ４３によって検出されたケーシング１２の歪み信号が、信号処理装置４６へと送信され、信号処理装置４６において後述する信号処理が実行される。

　なお、本実施形態においては、センサ４３から延出した電気ケーブル４４は、減速部ケーシング１２ｂの外面に強固に巻き付けられ、且つ、減速部ケーシング１２ｂに設けられたケーブル係止部材４７によって係止されている。電気ケーブル４４をこのように配線することによって、インホイールモータ駆動装置１１の駆動中に電気ケーブル４４が振動することを防止することができる。これにより、電気ケーブル４４内を伝達する電気信号に、振動によるノイズが混入することを防ぐことができるとともに、電気ケーブル４４の耐久性を向上させることも可能となる。

　信号処理装置４６からは、電気ケーブル４８が延びており、電気ケーブル４８は、車体側に設置された制御装置（図示せず）に接続される。これにより、信号処理装置４６と制御装置とが電気的に接続され、制御装置は、信号処理装置４６によって出力された演算結果に基づいて、インホイールモータ駆動装置全体を制御する。この構成については、後述する。

　なお、信号処理装置４６から延出する電気ケーブル４８は、モータ部ケーシング１２ａに設けられたケーブル係止部材４９によって係止されている。これにより、上記電気ケーブル４４と同様に、振動によるノイズの混入を防ぐことができるとともに、電気ケーブル４８の耐久性を向上させることができる。

　減速部ケーシング１２ｂの前端部中央には、当該減速部ケーシング１２ｂの外面から前方へ突出するように、ブレーキキャリパ５０が連結されている。このブレーキキャリパ５０は、後述するブレーキを支持する部材である。ブレーキによって、車輪ハブ２６に固定された車輪に対して、機械的な制動が与えられる。なお、図１では、ブレーキキャリパ５０を破線で示している。

　次に、図１～図５を参照して、本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１１の回転系の動作原理について説明する。

　モータ部Ａは、例えば、ステータ１３のコイルに交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ１４が回転する。これにより、ロータ１４に接続されたモータ回転軸１５は回転を出力し、モータ回転軸１５および入力軸１９が回転する。そうすると、入力軸１９に設けられた偏心部材２２ａ，２２ｂを介して、曲線板２３ａ，２３ｂが、入力軸１９の回転軸線を中心として公転運動する。このとき、外ピン２４が、曲線板２３ａ，２３ｂの曲線形状の波形外周部と転がり接触するように係合し、曲線板２３ａ，２３ｂを入力軸１９の回転とは逆向きに自転運動させる。

　貫通孔２７に挿通された内ピン２５は、貫通孔２７の内径よりも小さな径を有しており、曲線板２３ａ，２３ｂの自転運動に伴って貫通孔２７の孔壁面と当接する。これにより、曲線板２３ａ，２３ｂの公転運動が内ピン２５に伝わることなく、曲線板２３ａ，２３ｂの自転運動のみが、車輪側回転部材１８を介して車輪ハブ２６に伝達されることとなる。このように、本実施形態においては、車輪側回転部材１８に設けられた内ピン２５と、内ピン２５を受け入れる貫通孔２７とが、曲線板２３ａ，２３ｂの自転運動を回転軸心周りの回転運動に変換して車輪側回転部材１８に伝達する運動変換機構としての機能を果たす。

　この運動変換機構を介して、車輪側回転部材１８は、曲線板２６ａ，２６ｂの自転を減速部Ｂの出力として取り出す。この結果、モータ側回転部材２０の回転が、減速部Ｂによって減速され、車輪側回転部材１８に伝達される。

　次に、図１～図８を参照して、本実施形態に係るインホイールモータ駆動装置１１の制御系の動作について説明する。

　図６に示すように、インホイールモータ駆動装置１１を駆動させ、車両５１が走行している場合においては、車輪５２と路面５３との接地状態に応じて、車輪５２に様々な方向の荷重が作用することとなる。このように車輪５２に負荷された荷重は、インホイールモータ駆動装置１１に伝達し、ケーシング１２に微小な歪みを生じさせる。

　ここで、車体５１の進行方向に沿う方向を方向ｘ、車輪５２の回転軸線方向を方向ｙ、鉛直方向を方向ｚとすると、車輪５２と路面５３との接地状態に起因する車輪５２への負荷荷重は、ケーシング１２に生じた歪みの方向ｘの成分と、方向ｙの成分と、方向ｚの成分を検出することによって、効果的に推定することが可能である。

　一方、インホイールモータ駆動装置１１のモータ部Ａを駆動した場合、モータ部Ａのロータ１４と、ステータ１３との間にトルクが発生するため、ケーシング１２にモータ側回転部材２０の回転方向と逆方向に向けて、反力によるトルクが負荷される。また、モータ部Ａが回生状態となっている場合においても、ロータ１４とステータ１３との間にトルクが生じ、ケーシング１２に反力によるトルクが負荷されることとなる。さらに、ブレーキキャリパ５０に支持されたブレーキ５４によって、車輪ハブ２６に連結されたディスクブレーキに機械的な制動力を加えた場合、ブレーキキャリパ５０を介して、ケーシング１２に反力によるトルクが負荷されることとなる。このように車輪５２に負荷されたトルクも、上記と同様にケーシング１２に微小な歪みを生じさせる。

　ここで、車輪５２の回転方向を方向ｒとすると、モータ部Ａまたはブレーキ５４による制動力に起因する車輪５２への負荷荷重は、ケーシング１２に生じた歪みの方向ｒの成分を検出することによって、効果的に推定することが可能である。

　ここで、本発明に係るインホイールモータ駆動装置１１においては、ケーシング１２の歪みを検出するために、当該ケーシング１２に、複数のセンサ４３が取り付けられている。この構成によれば、ケーシング１２に生じた歪みの方向ｘの成分、方向ｙの成分、および方向ｚの成分に加えて、車輪５２の回転方向ｒの成分も検出することが可能となる。これにより、車輪５２に負荷される荷重を、より高精度に推定することが可能となっている。以下、これについて具体的に説明する。

　ケーシング１２に設けられたセンサ４３によって検出された歪みは、電気信号に変換され、電気ケーブル４４を介して信号処理ユニット４６へと入力される。なお、このセンサ４３としては、抵抗歪みセンサ（ストレインゲージ）や圧電素子等といった、機械的変位を電気信号に変換可能な如何なる素子も適用可能である。

　信号処理ユニット４６は、前処理手段４６１と、荷重推定手段４６２と、パラメータ記憶手段４６３と、Ｉ／Ｆ機能を有する通信手段４６４とを有する。

　前処理手段４６１は、各センサ４３からの出力信号を増幅する増幅機能と、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Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換機能を備える。これにより、センサ４３からの微弱なセンサ出力信号が、センサ４３の近傍に設置された信号処理装置４６にてディ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。

　センサ４３からの出力信号には、センサ４３自体の温度特性や、ケーシング１２の温度特性、その他の原因によるドリフト量が存在する。そこで、荷重推定手段４６２において、センサ出力信号のドリフトを補正する必要がある。その補正のためのパラメータは、上記パラメータ記憶手段４６３に記憶される。このパラメータ記憶手段４６３は、例えば不揮発メモリによって構成される。また、温度によるドリフトを補正するために、例えば少なくとも一つのセンサ４３の近傍に温度センサを設け、この温度センサの出力信号をセンサ４３のセンサ出力信号とともに信号処理装置４６に入力し、この情報をドリフト補正に使用しても良い。この場合において、温度センサに必要な情報も、パラメータ記憶手段４６３に記憶させておいても良い。この構成によれば、センサ４３によって検出される歪み情報から、モータ部Ａや減速部Ｂから発生する熱の影響を排除することができる。これにより、車輪５２への負荷荷重をより高精度に演算することが可能となる。

　荷重推定手段４６２は、ディジタル信号に変換されたセンサ出力信号と、パラメータ記憶手段４６３に記憶された各種演算用パラメータとに基づいて、車輪５２に負荷された荷重を演算する。このように、センサ４３の出力信号の演算を、全て信号処理装置４６にて実行する構成としていることによって、システムをより簡易な構成とすることができ、且つ、外部配線の本数も最小化され、信頼性を向上させることができる。なお、荷重演算に用いられる補正係数も、パラメータ記憶手段４６３に記憶され、このパラメータ記憶手段４６３から読み出して使用される。演算用パラメータや補正係数は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定される。

　ここで、本実施形態においては、上記したように、ケーシング１２に設けられた複数のセンサ４３によって、ケーシング１２に生じた歪みの方向ｘの成分と、方向ｙの成分と、方向ｚの成分とを検出することができるため、荷重推定手段４６２は、車輪５２に負荷される荷重の方向ｘの成分と、方向ｙの成分と、方向ｚの成分とを効果的に演算することができる。また、ケーシング１２に設けられた複数のセンサ４３によって、ケーシング１２に生じた歪みの回転方向ｒの成分を検出することができるようになっている。したがって、荷重推定手段４６２は、回転方向ｒへの歪み情報に基づいて、車輪５２に対して負荷される荷重のうち、回転方向ｒへの負荷荷重を、効果的に演算することが可能となっている。

　荷重推定手段４６２により演算された荷重データは、通信手段４６４から、電気ケーブル４８を介して、車体側に設置される制御装置５５へと送信される。なお、電気ケーブル４８としては、例えばＣＡＮバスを適用可能である。この構成によれば、信号処理装置４６から制御装置５５に荷重データを送信するのみならず、パラメータ記憶手段４６３に記憶される各種演算用パラメータを、このＣＡＮバスを介して、車体側の制御装置５５から設定することも可能となる。

　制御装置５５は、荷重推定手段４６２により演算された荷重データに基づいて、車輪５２と路面５３との接地状態に関する情報と、ブレーキ５４によって車輪５２に対してもたらされる機械制動力に係る情報とを得ることができる。

　具体的には、車輪５２に負荷される荷重の方向ｘの成分と、方向ｙの成分と、方向ｚの成分とに基づいて、車輪５２と路面５３との接地状態に関する情報を得ることができる。

　また、荷重推定手段４６２により演算された回転方向ｒへの負荷荷重は、モータ部Ａによる回生制動力と、ブレーキ５４による機械制動力との合成力によってもたらされるものである。一方、モータ部Ａに与えているトルク指令値やモータ電流指令値を参照すれば、モータ部Ａの回生制動力を推定することができる。したがって、制御装置５５は、回転方向ｒへの負荷荷重値から、モータ部Ａの回生制動力を引き算することによって、ブレーキ５４による機械制動力を算出することができる。

　制御装置５５の出力側には、モータ部Ａ、ブレーキ５４、およびサスペンション６０の減衰手段が接続されている。制御装置５５は、上記のようにして得られた車輪５２と路面５３との接地状態に関する情報を、モータ部Ａの制御や、車両の姿勢制御に利用する。これにより、安全性や経済性を、より向上させることができる。例えば、車両５１の旋回が円滑に行われるように、上記情報をモータ部Ａに出力し、左右の車輪５２の回転速度を制御することができる。また、この制動時に、車輪５２のロックが生じないように、ブレーキ５４に上記情報を出力し、制動を制御することができる。また、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６０の減衰手段に上記情報を出力し、サスペンション制御を行うことができる。また、本実施形態に係る制御装置は、ブレーキ５４によって車輪５２に対してもたらされる機械制動力に係る情報に基づいて、モータ部Ａの回生と、ブレーキ５４との協調制御を、最適に実行することができる。

　このように、本実施形態によれば、車輪５２と路面５３との接地状態に応じて、車両５１の旋回や姿勢、およびブレーキロック等を有利に制御することができる。また、ブレーキ５４による機械制動力を算出することによって、モータ部Ａの回生によって生じる回生制動力とのバランスを考慮しつつ、ブレーキ力を協調制御することができる。これにより、インホイールモータ駆動装置のより高度な制御を実現することができる。

　また、本実施形態によれば、センサ４３が、車輪ハブ軸受Ｃの転動体３７から離隔しているため、転動体３７の公転によってもたらされるノイズ成分を低減することが可能となる。これにより、演算処理を単純化することができるとともに、フィルタリング処理による時間遅れも低減することができる。すなわち、より簡易なアルゴリズムによって、車輪５２への負荷荷重を、より高精度に演算することが可能となる。

　また、本実施形態によれば、センサ４３が、ケーシング１２とサスペンションアーム４０との連結部の近傍に取り付けられる。この構成によれば、歪みがより顕著に表れる上記連結部にセンサ４３を取り付けることによって、ケーシング１２に生じる歪みをより効果的に検出することができる。

　なお、センサ４３として、単体として複数の方向の荷重を検出可能な素子を適用してもよい。この構成によれば、適用するセンサの数を減らすことができるため、製造コストを低減することができる。

　また、本実施形態においては、センサを減速部ケーシングに取り付けた場合について述べたが、これに限らず、ケーシングの如何なる位置に、如何なる数だけ取り付けてもよい。

　また、本実施形態においては、センサを減速部ケーシングの外面に取り付けた場合について述べたが、これに限らず、ケーシングの内面側に取り付けられてもよい。この構成によれば、雨水や石の飛び跳ね等からセンサを保護することができるため、これらの要因によってセンサが故障することを防止することができる。

　また、本実施形態においては、信号処理装置がケーシングに設けられている場合について述べたが、これに限らず、信号処理装置を車体側に配設する構成であってもよい。

　以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本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。

　本発明は、より簡易な構成で高度な制御を実現可能なインホイールモータ駆動装置を提供するものであって、例えば自動車産業等の車両製造分野において有利に利用される。

　１１　インホイールモータ駆動装置、１２　ケーシング、１２ａ　モータ部ケーシング、１２ｂ　減速部ケーシング、１２ｃ　外方部材、１２ｅ，１８ａ，２６ｂ　フランジ部、１８ｂ，４２　軸部、１２ｄ　モータカバー、１３　ステータ、１４　ロータ、１５　モータ回転軸、１６，１７，２１，２９，３３，３４　軸受、１８　車輪側回転部材、１９　入力軸、２０　モータ側回転部材、２２ａ，２２ｂ　偏心部材、２３ａ，２３ｂ　曲線板、２４　外ピン、２５　内ピン、２６　車輪ハブ、２６ａ　中空部、２７，２８　貫通孔、３０，３６　内輪、２８ａ，３０ａ　軌道面、３１　ころ、３２　外ピン保持部、３５　内ピン補強部材、３７　転動体、３８　保持器、３９　ハブボルト、４０ａ，４０ｂ　アッパーアーム、４０ｃ　ロアアーム、４１ａ，４１ｂ　アッパーアーム取り付け部、４１ｃ　ロアアーム取り付け部、４３　センサ、４４，４８　電気ケーブル、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ　面、４６　信号処理装置、４６１　前処理手段、４６２　荷重推定手段、４６３　パラメータ記憶手段、４６４　通信手段、４７，４９　ケーブル係止部材、５０　ブレーキキャリパ、５１　車両、５２　車輪、５３　路面、５４　ブレーキ、５５　制御装置、６０　サスペンション、５６　センターカラー。

Claims

　モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、
　前記モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、
　前記車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブと、
　前記車輪ハブを回転可能に支持する車輪ハブ軸受と、
　前記モータ部、前記減速部、または前記車輪ハブ軸受を覆うケーシングと、
　前記ケーシングに取り付けられ、当該ケーシングに生じる歪みを検出可能な複数のセンサと、
　前記センサにより出力された歪み信号に基づいて、車輪に負荷される荷重を演算する信号処理装置と、を備える、インホイールモータ駆動装置。
　前記センサは、前記ケーシングの内側に取り付けられる、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記センサは、前記ケーシングの外側に取り付けられ、カバーによって外方から覆われる、請求項１に記載のインホイールモータ駆動装置。
　一端が前記ケーシングに連結され、他端が車体を支持するサスペンションに連結されるサスペンションアームをさらに備え、
　前記センサは、前記ケーシングと前記サスペンションアームとの連結部の近傍に取り付けられる、請求項１～３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記センサは、単体として複数の方向の歪みを検出可能である、請求項１～４のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記センサから延びる電気ケーブルは、前記ケーシングに設けられたケーブル係止部材によって係止される、請求項１～５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記信号処理装置は、前記センサの出力信号に基づいて、前記車輪に負荷される少なくとも３方向の荷重と、前記車輪の回転方向ｒに生じる回転トルクとを演算可能であって、
　前記３方向は、車両の進行方向に沿う方向ｘ、前記車輪の回転軸方向ｙ、および鉛直方向ｚである、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。
　前記信号処理装置は、前記方向ｘの周りに生じる回転トルクと、前記鉛直方向ｚの周りに生じる回転トルクとをさらに演算可能である、請求項７に記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記信号処理装置は、
　　ＣＡＮバスを介して車体側に設けられた制御装置へと接続され、
　　車輪に負荷される荷重を演算するために必要となる演算用パラメータを制御ユニット側から設定可能とするためのＩ／Ｆ手段をさらに有する、請求項１～８のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
　車体側に設けられ、前記インホイールモータ駆動装置の駆動を制御する制御装置をさらに備え、
　前記制御装置は、前記信号処理装置によって演算された前記車輪の回転方向ｒに生じる回転トルクと、前記モータ部が発生する回生トルクとを比較することによって、機械式ブレーキが発生させる機械制動力と、回生状態となった前記モータ部が発生させる回生制動力との比率を演算する、請求項１～９のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
　前記制御装置は、前記機械制動力と前記回生制動力との比率に基づいて、前記インホイールモータ駆動装置の駆動を制御する、請求項１０に記載のインホイールモータ駆動装置。