内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置制造方法
【专利摘要】本发明的课题在于提供一种内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置，其能以良好的精度检测作用于驱动轮和路面的触地点的力，对于以良好的精度对电动机、车辆进行控制的方面是有效的。在内置有内圈型电动机的车轮用轴承装置中，包括：以可旋转的方式支承驱动轮(70)的轮毂的车轮用轴承(A)；电动机(B)；介于该电动机(B)和车轮用轴承(A)之间的减速器(C)，其中，传感组件(120)设置于车轮用轴承(A)的外圈(1)上。传感组件(120)由形变发生部件(121)和安装于该形变发生部件(121)上的一个以上的测定用的传感器构成。形变发生部件(121)由薄板件构成，该薄板件具有接触固定于外圈(1)的外径面上的两个以上的接触固定部(121a)。
【专利说明】内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置
[0001]本发明是2010年11月17日申请的发明名称为“内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置”的第201080053235.7号发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请
[0003]本申请要求申请日为2009年11月27日，申请号为日本特愿2009-269690号，以及申请日为2010年9月30日，申请号为日本特愿2010-220793号申请的优先权，通过参照其整体,作为构成本申请的一部分的内容而引用。
【技术领域】
[0004]本发明涉及一种内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，在由车轮用轴承、减速器和电动机组合的内置内圈型电动机的车轮用轴承装置中，设置有传感器，该传感器检测作用于驱动轮和路面的触地点的力。
【背景技术】
[0005]在采用将车轮用轴承、减速器、电动机和制动器组合的内置内圈型电动机的车轮用轴承装置的电动汽车中，作为其行驶稳定性的控制技术，人们提出有下述方案:设置一种传感器，其根据从车轮用轴承、电动机、减速器、制动器中的至少一个组成部件的状态，测定在驱动圈和路面的触地点位置作用于驱动轮上的、相垂直的3轴方向的力(专利文献I)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2008-74135号公报
[0009]专利文献2:日本特开2009-128264号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]在专利文献I中公开的内置内圈型电动机的车轮用轴承装置中，虽然给出了通过设置于车轮用轴承的静止侧轨道圈上的荷载传感器来检测上述3轴方向的力的机构，但在这里所采用的传感器无法以良好灵敏度来检测3轴方向的荷载。特别是，在车轮用轴承经由减速器而与电动机连接的内置内圈型电动机的车轮用轴承装置中，由于车轮用轴承受到电动机、减速器的发热的影响，因而存在荷载传感器的输出信号发生漂移，检测误差变大，无法进行精度良好的荷载检测的问题。
[0012]另外，作为设置于车轮用轴承上的荷载传感器，人们提出有下述方案，其中，形变传感器安装于薄板状的形变发生部件上，形成传感组件(专利文献2)，但是没有将这样的传感组件用于内置内圈型电动机的车轮用轴承装置的例子。
[0013]本发明的目的在于提供一种内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置，该装置能够以良好的精度检测作用于驱动圈和路面的触地点上的3轴方向的力，对于以良好的精度控制电动机、车辆的方面是有效的。
[0014]用于解决课题的技术方案
[0015]本发明的内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置为内置内圈型电动机的车轮用轴承装置，其包括:车轮用轴承，其以可旋转的方式支承驱动轮的轮毂；电动机，其构成上述驱动轮的旋转驱动源；减速器，其介于上述电动机和上述车轮用轴承之间，传感组件设置于作为上述车轮用轴承的静止侧轨道圈的外圈上，该传感组件由形变发生部件和安装于该形变发生部件上的一个以上的测定用的传感器构成，该形变发生部件由薄板件构成，该薄板件具有接触固定于上述外圈的外径面上的两个以上的接触固定部。
[0016]按照该方案，由于由形变发生部件和安装于该形变发生部件上的一个以上的测定用的传感器构成的传感组件设置于作为上述车轮用轴承的静止侧轨道圈的外圈上，该形变发生部件由薄板件构成，该薄板件具有接触固定于上述外圈的外径面上的两个以上的接触固定部，故可通过上述传感组件，以良好的精度检测通过作用于驱动轮和路面的触地点的力而产生形变的车轮用轴承的外圈的形变。由此，可采用通过传感组件获得的多个传感器输出，对荷载进行运算、推算，这样，能以良好的精度而推算作用于驱动轮和路面的触地点的3轴方向的荷载，对于以良好的精度控制电动机、车辆的方面是有效的。
[0017]在本发明中，也可将上述传感组件设置于相对于轮胎触地面为上下位置和左右位置的、上述外圈的外径面的顶面部、底面部、右面部、以及左面部上。
[0018]可通过像这样设置四个传感组件，以更高的精度推算3轴方向的荷载，即，作用于驱动轮和路面的触地点上的垂直方向荷载Fz，构成驱动力、制动力的荷载Fx和轴向荷载Fy。
[0019]在本发明中，上述传感组件还可以具有两个接触固定部和一个传感器。
[0020]在本发明中，上述传感组件还可以具有三个接触固定部和两个传感器。
[0021]在本发明中，还可以对传感组件的设置部周边进行树脂模制等的加工，进行防水处理。
[0022]在本发明中，还可以设置外罩，该外罩保护设置有传感组件的上述车轮用轴承的外圈的外侧外径面。
[0023]在本发明中，还可以设置具有荷载推算机构的信号处理组件，该荷载推算机构根据上述传感组件的传感器输出信号推算作用于驱动圈上的荷载，该信号处理组件设置于上述车轮用轴承的外圈，或上述减速器或上述电动机的外壳上。
[0024]在该方案的场合，由于传感组件的传感器输出信号通过设置于车轮用轴承装置上的信号处理组件而进行信号处理，形成荷载数据并输出到外部，故不必将微小的传感器输出信号原样地传送到外部，可通过简单的结构，便实现所采用的缆线的电磁屏蔽。
[0025]在该方案的场合，也可将信号处理组件设置于上述车轮用轴承的非外圈的静止侧部位，在用于将轴承外圈安装于减速器的外壳上的法兰上，开设用于取出传感器缆线的孔，通过该孔将传感组件的输出信号布线到信号处理组件处。
[0026]在上述法兰上开设用于取出传感器缆线的孔的场合，也可以在上述减速器的外壳上开设使上述传感器缆线通过的槽。在此场合，从法兰的孔取出的传感器缆线经由减速器的外壳的槽，与信号处理组件连接。从上述孔伸出的传感器缆线以防水密封部件进行覆盖，但是，由于按照传感器缆线经由外壳的槽的量，可使防水密封部件沿槽较长地形成，故与沿径向取出传感器缆线的场合相比较，将按照较长的距离进行密封。由此，可进一步提高缆线表面和防水密封部件的密封性。另外，与沿径向取出传感器缆线的场合相比较，可增加传感器缆线的弯曲半径。由此，即使在覆盖部较厚的传感器缆线的情况下，仍容易布线，传感器缆线向径向的露出也抑制在较小程度。
[0027]在本发明中，上述信号处理组件还可以至少具有:对上述传感器输出信号进行放大的信号放大功能；从上述传感器输出信号中去除噪音成分的滤波功能；对上述传感器输出信号进行AD转换的AD转换功能。
[0028]在该方案的场合，由于将传感组件的传感器输出信号转换为数字信号，用于荷载推算，荷载数据还作为数字数据而运算输出，因此还可以使必要的电线的根数达到最小，降低所采用的缆线的成本。同时，还能够降低断线等的发生危险，可靠性也提高。
[0029]在本发明中，上述信号处理组件还可以包括运算处理功能，该运算处理功能具有:对上述传感器输出信号进行补偿的补偿功能；求出上述传感器输出信号的平均值的平均值提取功能；求出上述传感器输出信号的振幅值的振幅值提取功能；存储功能，其存储:上述补偿所采用的补偿参数、上述平均值提取和振幅值提取所采用的计算参数、以及运算式的计算参数，该运算式将上述平均值和振幅值作为变量在上述荷载推算机构中采用。在该方案的场合，由于根据传感器输出信号的平均值和振幅值对荷载进行运算，故特别可通过振幅值降低温度的影响，可抑制由电动机、减速器的发热所造成的荷载运算误差的增加，由此，可提高荷载推算的精度。另外，由于信号处理组件包括这样的运算处理功能，因此可以简单地进行针对每个车轮用轴承装置而不同的补偿参数、计算参数的调整。
[0030]在本发明中，还可以将实现上述信号处理组件的一部分的功能的机构，组装于控制上述电动机的电动机控制组件中。
[0031]在该方案的场合，比如，可将对于电动机的整体的控制所必需的参数，与用于信号处理组件的各种参数一起，通过相同的存储机构而存储，可集中管理对于车轮用轴承装置来说必要的信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，可以更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一标号表示同一或相当的部分。
[0033]图1为本发明的第I实施方式的内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置的示意图；
[0034]图2为该车轮用轴承装置的车轮用轴承和减速器的剖视图；
[0035]图3为沿图2中的II1-1II线的剖视图；
[0036]图4为以放大方式表示图3的主要部分的剖视图；
[0037]图5为该车轮用轴承的制动器的剖视图；
[0038]图6为从外侧观看该车轮用轴承装置的车轮用轴承中的外方部件的主视图；
[0039]图7为该车轮用轴承装置中的传感组件的放大俯视图；
[0040]图8为沿图7中的VII1-VIII线的剖视图；
[0041]图9为表不传感组件的还一设置例子的剖视图；
[0042]图10为传感组件的又一设置例子的放大剖视图；
[0043]图11为传感组件的再一设置例子的放大俯视图；
[0044]图12为对该传感组件的传感器输出信号进行处理的信号处理组件的方框图；
[0045]图13为该传感组件的传感器输出信号的波形图；
[0046]图14为信号处理组件的信号处理的基本说明图；
[0047]图15为该车轮用轴承装置的控制系统的方框图；
[0048]图16为从外侧观看本发明的第2实施方式的内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置中的外方部件的示意图；
[0049]图17为该车轮用轴承装置中的传感组件的放大俯视图；
[0050]图18为沿图17中的XVII1-XVIII线的剖视图；
[0051]图19为表不传感组件的还一设置例子的剖视图；
[0052]图20为滚动体位置对传感组件的输出信号的影响的说明图；
[0053]图21 (A)为从外侧观看本发明的第3实施方式的车轮用轴承装置的减速器的外壳的主视图，图21 (B)为图21 (A)的主要部分的侧视图。
【具体实施方式】
[0054]图1?图15表示本发明的第I实施方式。首先，结合图1对本实施方式的概要进行说明。在该内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置中，在驱动轮70的中心轴O上设置有:以可旋转的方式支承驱动轮70的轮毂的车轮用轴承A ;作为旋转驱动源的电动机B ;将该电动机B的旋转的速度降低，将该旋转传递给轮毂的减速器C ;对轮毂施加制动力的制动器D。在这里所说的“在中心轴O上设置”不是指各组成部件必定位于在中心轴O上，而是指各组成部件从功能上作用于中心轴O上。另外，在本说明书中，将在安装于车辆上的状态，靠近车辆的车宽方向的外侧的一侧称为外侧，将靠近车辆的中间的一侧称为内侧。
[0055]像图2所示的那样，车轮用轴承A由外圈1、内方部件2和多排滚动体5构成，在外圈I的内周上形成多排的滚动面3，在内方部件2的外周上形成与各滚动面3面对的滚动面4，该多排滚动体5介设于该外圈I和内方部件2的滚动面3、4之间。该车轮用轴承A为多排的角接触球轴承型，滚动体5由滚珠形成，针对每排而通过保持器6保持。上述滚动面3、4的截面呈圆弧状，各滚动面3、4按照滚珠接触角在背面对准的方式形成。外圈I和内方部件2之间的轴承空间的外侧端和内侧端通过一对密封件7、8而分别密封。
[0056]外圈I构成静止侧轨道圈，在其外周具有安装于减速器C的外壳33上的法兰la，其整体为一体的部件。在法兰Ia上，在周向的多个部位开设有螺纹孔14。外圈I通过穿过上述外壳33的螺栓插孔33a的安装螺栓15与上述螺纹孔14螺合，安装于上述外壳33上。
[0057]内方部件2为旋转侧轨道圈，其由轮毂圈9和内圈10构成，该轮毂圈9具有图1的驱动轮70和制动轮46的安装用的轮毂法兰9a，该内圈10嵌合于该轮毂圈9的轴部9b的内侧端的外周。在该轮毂圈9和内圈10上形成上述各排的滚动面4。该轮毂圈9相当于权利要求中所述的“轮毂”。在轮毂圈9的内侧端的外周上，设置具有高差而直径变小的内圈嵌合面12，该内圈10嵌合于该内圈嵌合面12上。在轮毂圈9的中心开设通孔11。在该轮毂法兰9a中的周向多个部位上，开设有轮毂螺栓16的压配合孔17。在轮毂圈9的轮毂法兰9a的根部附近，对图1的驱动轮70和制动轮46进行导向的圆筒状的导向部13向外侧突出。在导向部13的内周上，安装有将上述通孔11的外侧端封闭的外罩18。
[0058]电动机B像图1所示的那样，为径向间隙型，其中，在固定于筒状的外壳22上的定子23和安装于输出轴24上的转子25之间，设置径向间隙。输出轴24通过两个轴承26支承于外壳22上。电动机B通过由包含逆变器(inverter)等的控制电路构成的电动机控制组件137而控制。
[0059]像图2和图3所示的那样，减速器C由摆线减速器构成。即，在该减速器C中，由外形为平缓的波状的次摆线形成的两个曲线板34a、34b分别经由轴承35安装于输入轴32的各偏心部32a、32b上，通过跨接于外壳33的内侧壁和外侧壁之间的多个外销36，在外周侧对各曲线板34a、34b的偏心运动进行导向，并且将多个内销38以嵌插方式插入开设于各曲线板34a、34b的内部的多个通孔39中，该多个内销38安装于通过花键而嵌合于轮毂圈9的通孔11中、与其进行一体旋转的输出轴37上。输入轴32通过花键而与电动机B的输出轴24连接，与其进行一体旋转。此外，输入轴32通过两个轴承40而在两端支承于外壳33和输出轴37的内径面上。此外，构成曲线板34a、34b的外形的次摆线最好为摆线，但是，也可为其它的次摆线。上述的“摆线减速器”包含作为像上述那样，外形为次摆线的减速器的次摆线减速器。
[0060]如果图1所示的电动机B的输出轴24旋转，则安装于与其一体旋转的输入轴32上的各曲线板34a、34b进行偏心运动。该各曲线板34a、34b的偏心运动通过内销38和通孔39的卡合，作为旋转运动而传递给车轮的轮毂的内方部件2。相对输出轴24的旋转，内方部件2的旋转的速度降低。比如，可通过I级的摆线减速器获得大于1/10的减速比。
[0061]上述两个曲线板34a、34b按照相位相差180°，以便相互抵消偏心运动的方式安装于输入轴32的各偏心部32a、32b上，在各偏心部32a、32b上的两侧，按照抵消各曲线板34a、34b的偏心运动造成的振动的方式，安装朝向与各偏心部32a、32b的偏心方向相反的方向而偏心的平衡重块41。
[0062]像图4所示的那样，在上述各外销36和内销38上安装有轴承42、43，这些轴承42、43的外圈42a、43a分别与各曲线板34a、34b的外周和各通孔39的内周滚动接触。于是，可降低外销36和各曲线板34a、34b的外周的接触阻力，与内销38和各通孔39的内周的接触阻力，可顺利地将各曲线板34a、34b的偏心运动作为旋转运动而传递给内方部件2。
[0063]像图5所示的那样，制动器D为电动制动器，其包括动作部48，该动作部48具有与驱动轮70 —起安装于轮毂法兰9a上的制动轮46和制动垫47，该制动垫47可与该制动轮46接触摩擦；驱动部49，该驱动部49使制动垫47动作，该驱动部49的驱动源采用制动用电动机50。制动轮46由制动盘构成。制动垫47成一对地按照夹持制动圈46的方式设置。其中一个制动垫47固定于制动架51上，另一制动垫47安装于进退部件52上，该进退部件52按照可呈直线状进退的方式设置于制动架51上。进退部件52的可进退方向为与制动圈46面对的方向。进退部件52相对制动架51而停止旋转。
[0064]驱动部49包括上述制动用电动机50与滚珠丝杠53，该丝杠53将上述电动机50的旋转输出转换为往复直线运动，将其作为制动力而传递给制动垫47，电动机50的输出经由减速传递机构58传递给滚珠丝杠53。滚珠丝杠53的丝杠轴54经由轴承57，以可仅仅旋转的方式支承于制动架51上，螺母55固定于上述进退部件52上。进退部件52和螺母55也可相互为一体的部件。
[0065]滚珠丝杠53包括丝杠轴54、螺母55和多个滚珠56，该多个滚珠56介设于与该丝杠轴54的外周面和螺母55的内周面面对而形成的螺纹槽之间。在螺母55上具有循环机构(在图中未示出)，其使介设于螺杆54和螺母55之间的滚珠56在循环的通路中循环。循环机构既可为采用返回管、导向板的外部循环机构，也可为采用端盖、挡块的内部循环机构。另外，由于该滚珠丝杠53在较短的距离而进行往复动作，故也可为不具有上述循环机构的类型，比如，通过保持器(在图中未示出)而保持丝杠轴54和螺母55之间的多个滚珠56的保持器类型。
[0066]减速传递机构58为将制动用电动机50的旋转进行减速而传递给滚珠丝杠53的丝杠轴54的机构，由齿轮排构成。减速传递机构58在本例子中，由设置于电动机50的输出轴上的齿轮59与设置于丝杠轴54上的与上述齿轮59啮合的齿轮60构成。此外，减速传递机构58也可为由比如蜗杆和蜗轮(在图中未示出)构成。
[0067]该制动器D包括按照制动踏板等的操作部件61的操作，对上述电动机50进行控制的操作部62。在该操作部62上，设置有防抱死控制机构65。操作部62由上述操作部件61、传感器64和控制装置63构成，该传感器64可检测该操作部件61的动作量和动作方向，该控制装置63对该传感器64的检测信号作出反应，控制电动机50，在该控制装置63中设置上述防抱死控制机构65。该控制装置63包括形成电动机控制信号的机构和可通过该电动机控制信号而控制电动机电流的电动机驱动电路(均未在图中示出)。
[0068]图5所示的防抱死控制机构65为在操作部件61的操作的控制时，通过对应于图1的驱动轮70的旋转，调整电动机50的制动力的方式，防止驱动轮70的旋转抱死的机构。防抱死控制机构65在上述制动时，检测图1的驱动轮70的旋转速度，如果根据检测速度检测到图1的驱动轮70的旋转抱死或其征兆，则降低电动机50的驱动电流，或暂时产生逆旋转输出等的情况，进行调整制动力，即制动垫47的紧固力的处理。驱动轮70的旋转速度的检测采用设置于电动机B上的转数传感器87的输出。
[0069]像图1所示的那样，驱动轮70与上述制动轮46 —起地安装于车轮用轴承A的轮毂法兰9a上。在驱动轮70中，在轮71的周围设置轮胎72。在于轮毂法兰9a和轮71之间夹有制动轮46的状态，将压配合于轮毂法兰9a的压配合孔17中的轮毂螺栓16螺接于轮71上，由此，将驱动轮70和制动轮46固定于轮毂法兰9a上。
[0070]在作为静止侧轨道圈的外圈I的外径面上，设置四个传感组件120。图6表示从外侧观看外圈I的主视图。在这里，这些传感组件120设置于相对于轮胎触地面为上下位置和左右位置的、上述外圈I的顶面部、底面部、右面部和左面部。
[0071]这些传感组件120像图7和图8的放大主视图和放大剖视图所示的那样，由形变发生部件121与形变传感器122构成，该形变传感器122安装于该形变发生部件121上，检测该形变发生部件121的形变。形变发生部件121采用钢材等的可弹性变形的金属而制成，由厚度小于3mm的薄板件形成，平面的大致形状呈在全长的范围内具有一定宽度的带状，在中间的两侧边部具有缺口部121b。另外，形变发生部件121的两端部具有经由间隔件123而接触固定于外圈I的外径面上的两个接触固定部121a(图8)。该形变传感器122贴于相对形变发生部件121中的各方向的荷载，形变大的部位。在这里，作为该部位，选择在形变发生部件121的外面侧，由两侧边部的缺口部121b夹持的中间部位，形变传感器122检测缺口部121b的周边的周向的形变。
[0072]另外，最好，形变发生部件121为下述的类型，其中，作用于作为静止侧轨道圈的外圈I上的外力，或作用于轮胎和路面之间上的作用力，即使施加为假定的最大的力的状态的情况下，该部件仍不产生塑性变形。其原因在于:如果产生塑性变形，则外圈I的变形不传递给传感组件120，不对形变的测定造成影响。“假定的最大的力”指即使在于车辆用轴承A上作用异常的值的力的情况下，如果去除该力，则可恢复作为除了传感器系统以外的车轮用轴承的正常的功能的范围的最大的力。
[0073]上述传感组件120中，该形变发生部件121中的两个接触固定部121a按照下述方式配置，即，在外圈I的轴向同尺寸的位置，并且各接触固定部121a按照要到达相互沿圆周方向离开的位置的方式设置，这些接触固定部121a分别经由间隔件123，由螺栓124固定于外圈I的外径面上。上述各螺栓124分别从螺栓插孔125穿过间隔件123的螺栓插孔126，该螺栓插孔125开设于接触固定部121a上，沿径向进行贯通，该各螺栓124与开设于外圈I的外周部上的螺纹孔127螺合。
[0074]像这样，通过经由间隔件123，将接触固定部121a固定于外圈I的外径面上，处于薄板状的形变发生部件121中的具有缺口部121b的中间部位与外圈I的外径面离开的状态，缺口部121b的周边的形变变形容易。对于设置接触固定部121a的轴向位置，在这里选择构成外圈I的外侧排的滚动面3的周边的轴向位置。在这里所说的外侧排的滚动面3的周边位于像图2所示的那样，从内侧排和外侧排的滚动面3的中间部位，到外侧排的滚动面3的形成部的范围。在外圈I的外径面中的接触固定上述间隔件123的部位形成平坦部lb。
[0075]此外，也可像图9中的剖视图所示的那样，在外圈I的外径面中的固定上述形变发生部件121的两个接触固定部121a的两个部位的各中间部，开设有槽lc，由此，省略上述间隔件123，使形变发生部件121中的缺口部121b所在的两个接触固定部121a的中间部位离开外圈I的外径面。
[0076]还有，形变发生部件121像图10所示的那样，也可为平面大致形状呈单纯的带状，而不形成图7的例子那样的缺口部121b。
[0077]形变传感器122可采用各种类型。比如，可通过金属箔应变仪构成形变传感器122。在此场合，通常，与形变发生部件121进行粘接而固定。
[0078]另外，也可通过厚膜电阻体，在形变发生部件121上形成形变传感器122。图11表示此场合的传感组件120的结构。该传感组件120为下述的结构，其中，在形变发生部件121的传感器安装面121A上形成绝缘层150，在该绝缘层150的表面的两侧形成成对的电极151、151，在这些电极151、151之间，在上述绝缘层150上形成构成形变传感器的形变测定用电阻152，另外，在电极151、151和形变测定用电阻152上形成保护膜153。
[0079]安装于外圈I的外周面上的上述传感组件120像图2那样，通过保护外罩90而覆盖。另外，在图6中，按照省略上述保护外罩90的方式表不。保护外罩90呈朝向内侧而内径扩大的筒状。具体来说，保护外罩90呈内侧为大直径部，而外侧半部为在内径侧缩小的小直径部的圆筒状。该保护外罩90的内侧端通过密封圈91，安装于外圈I的法兰Ia的外径面上，保护外罩90的外侧端嵌合于外圈I的外径面上。保护外罩90的材料采用不锈钢等的金属材料、PA66+GF等的树脂材料。在外圈I的法兰Ia的外径面上，设置沿周向延伸的密封圈嵌接用的槽ld，通过将密封圈91嵌接于该槽Id中，密封圈91沿轴向定位，并且将保护外罩90的内侧端和外圈I的法兰Ia的外径面之间确实密封。另外,对传感组件120的设置部周边，进行树脂模制等的加工，进行防水处理。
[0080]像这样，由于传感组件120固定于保护外罩90内的外圈I的外径面上，故可防止这些固定部因外部环境而腐蚀，固定不稳定的情况，可在形成在车轮的严酷的环境下使用的车轮用轴承装置的同时，进行传感组件120的正常的动作。
[0081]各传感组件120经由信号缆线(传感器缆线)129而与信号处理组件130连接。信号处理组件130为具有根据各传感组件120的传感器输出信号推算作用于驱动轮70上的荷载的荷载推算机构133 (图12)的信号处理器，在这里，其设置于减速器C的外壳33的外侧端的外径面上。信号处理组件130既可与传感组件120 —起地设置于外圈I的外径面上，也可设置于电动机B的外壳22的外径面上。
[0082]像图2所示的那样，在外圈I的法兰Ia上，使各传感组件120的信号缆线129伸出的缆线插孔92沿轴向贯通而设置，在使信号缆线129伸出后，将模制树脂等的弹性填充材料93填充于缆线插孔92中。另外，从上述缆线插孔92伸出的信号缆线129经由形成于减速器C的外壳33的外侧端的缆线导向用的缺口部33b，伸出到传感组件130，通过防水密封部件94，对信号缆线129的周围进行防水处理。缺口部33b也可为开口于外径面上的贯通的孔。由此，可防止泥水、盐水等从外部经由缆线插孔92浸入保护外罩90的内部的情况。此外，从传感组件120到信号处理组件130的布线也可按照通过减速器C的外壳33的内部的方式构成，信号缆线129按照不伸出到外部，而与传感组件130连接的方式构成。在此场合，由于信号缆线129不向外部露出，还可将泥水等的浸入通路抑制在最小限度，故防水性能可提高，可提高可靠性。
[0083]图12通过方框图而表示信号处理组件130的外观结构。该信号处理组件130包括前处理机构131 ;平均-振幅提取机构132 ;荷载推算机构133 ;参数存储机构134 ;通信机构135，其具有I/F功能。前处理机构131具有将来自各传感组件120的传感器输出信号进行放大的功能；将噪音成分从这些传感器输出信号中去除的滤波功能；对经放大、滤波处理的传感器输出信号进行AD转换的AD转换功能。由此，来自传感组件120的微弱的传感器输出信号通过设置于附近的信号处理组件130而转换为数字信号，这样，难以受到噪音的影响，可提高检测精度。平均-振幅提取机构132具有从经由前处理机构131的传感器输出信号中提取后述的平均值和振幅值的功能，与对已提取的平均值等进行补偿处理的功能。荷载推算机构133具有采用通过平均.振幅提取机构132提取的平均值和振幅值，推算作用于驱动轮70上的荷载的功能。像这样，通过信号处理组件130，全部地对传感组件120的传感器输出信号进行运算，由此，使用方便性良好，另外，外部布线的根数也为最少，可罪性提闻。
[0084]由于传感组件120设置于构成外圈I的外侧排的滚动面3的周边的轴向位置，故形变传感器122的输出信号受到通过传感组件120的设置部的附近的滚动体5的影响。即，在滚动体5通过传感组件120中的最接近形变传感器122的位置时，传感器输出信号的振幅为最大值，该振幅伴随滚动体5相对该位置的远离而降低。由此，在轴承旋转时，传感器输出信号的振幅为接近以滚动体5的排列间距为周期而变化的图13那样的正弦波的波形。于是，在上述平均-振幅提取机构132中，对作为求出荷载的数据的传感器输出信号的振幅值(交流成分)和振幅的平均值(直流成分)进行运算，将其提取。
[0085]在通过平均-振幅提取机构132运算的平均值中，存在形变传感器122本身的温度特性、外圈I的温度形变、其它的原因造成的漂移量。于是，在平均-振幅提取机构132中，对传感器输出信号的漂移进行补偿处理。该补偿用的参数存储于上述参数存储机构134中，从该参数存储机构134中读取，用于上述漂移的补偿。参数存储机构134由比如，非易失性存储器构成。另外，为了对温度的漂移进行补偿，也可比如，像由图7所示的假想线表示的那样，在至少一个传感组件120的形变发生部件121中，设置温度传感器128，将该温度传感器128的输出信号与传感组件120的传感器输出信号一起,经由上述前处理机构131输入到平均-振幅提取机构132中，将其用于漂移补偿。在此场合，对于温度传感器128来说必需的信息也可存储于上述参数存储机构134中。平均-振幅提取机构132所采用的运算式、补偿参数预先通过试验、模拟而求出，进行设定。
[0086]在荷载推算机构133中，根据以通过平均-振幅提取机构132运算、提取的平均值和振幅值为变量，分别将规定的补偿系数与这些变量相乘而得到的一次式，推算作用于驱动轮70上的荷载(垂直方向荷载Fz，构成驱动力、制动力的荷载Fx，轴向荷载Fy)。上述一次式的补偿系数也存储于上述参数存储机构134中，从该参数存储机构134读取而使用。此场合的补偿系数也预先通过试验、模拟而求出，进行设定。通过荷载推算机构133获得的荷载数据经过通信机构135，借助与设置于车体侧的上位的电控制组件(ECU)85(图15)的通信(比如，通过CAN总线等)，输出给电控制组件85。也可根据需要，通过模拟电压而输出荷载数据。存储于上述参数存储机构134中的各种参数也可通过通信机构135从外部而写入。图14表示根据传感组件120的传感器输出信号，各荷载Fx、Fy、Fz通过荷载推算机构133推算前的处理的大致的流程。
[0087]如果荷载作用于驱动轮70和路面之间，则还在作为车轮用轴承A的静止侧轨道圈的外圈I上施加荷载，产生变形。在这里，由于传感组件120中的由薄板件构成的形变发生部件121的两个接触固定部121a接触固定于外圈I的外径面上，故外圈I的形变容易放大而传递给形变发生部件121，通过形变传感器122，以良好的灵敏度检测该形变。
[0088]此外，在本实施方式中，设置四个上述传感组件120，在位于轮胎触地面为上下位置和左右位置的、外圈I的外径面的顶面部、底面部、右面部和左面部，按照圆周方向90度的相位差，均等设置每个传感组件120，由此，可以良好的精度而推算作用于车轮用轴承A上的垂直方向荷载Fz、构成驱动力及制动力的荷载Fx、轴向荷载Fy。
[0089]像图15那样，在输入有上述荷载数据的电控制组件85中设置异常判断机构84，该异常判断机构84根据该荷载数据而判定路面的状态、驱动轮70与路面的触地状态异常。另外，在电气控制组件85的输出侧连接有电动机B、制动器D的电动机50以及悬架73的衰减机构74，电控制组件85根据从信号处理组件130送来的荷载数据，将涉及路面状态、驱动轮70与路面的触地状态的信息输出给电动机B、制动器D的电动机50以及悬架73的衰减机构74。
[0090]由于像这样，在电控制组件85中，根据从信号处理组件130送来的荷载数据输出涉及路面状态、驱动轮70与路面的触地状态的信息，故可更加正确地推测路面的状态、触地状态。可通过将像这样获得的各种信息用于电动机B的控制、车辆的姿势控制，提高安全性、经济性。比如，按照车辆的转弯顺利地进行的方式，将上述信息输出给电动机B，控制左右的驱动轮70的旋转速度。按照在制动时，驱动轮70不抱死的方式，将上述信息输出给制动器D的电动机50，对制动进行控制。为了防止在转弯时车体在左右以较大程度倾斜，或在加速时、制动时车体在前后以较大程度倾斜的情况，将上述信息输出给悬架73的衰减机构74以进行悬架控制。另外，异常判断机构84在判定上述3轴方向的力超过异常值的场合，输出异常信号。该异常信号也可用于汽车的车辆控制。另外，如果实时地输出驱动轮70和路面之间的作用力，则可进行更加精细的姿势控制。
[0091]像这样，在内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置中，由于由形变发生部件121和安装于形变发生部件121上的一个形变传感器122构成的传感组件120安装于作为车轮用轴承A的静止侧轨道圈的外圈I的外径面上，形变发生部件121由薄板件构成，该薄板件具有接触固定于外圈I的外径面上的两个接触固定部121a，故可通过传感组件120，以良好的精度检测因作用于驱动圈70和路面的触地点的力，产生形变的车轮用轴承A的外圈I的形变。由此，采用通过传感组件120获得的多个传感器输出信号对荷载进行运算、推算，由此，可以良好的精度推算作用于驱动轮70和路面的触地点上的3轴方向的荷载Fx、Fy、Fz，对于可以良好的精度控制电动机B、车辆进行控制的方面是有效的。
[0092]此外，在本实施方式中，设置信号处理组件130，该信号处理组件130具有荷载推算机构133，该荷载推算机构133根据传感组件120的传感器输出信号推算作用于驱动圈70上的荷载，由此该信号处理组件130设置位于不是外圈I的静止侧部位的减速器C的外壳33上，故传感组件120的传感器输出信号通过信号处理组件130进行信号处理，形成荷载数据，输出到外部。由此，不必将微小传感器输出信号照原样地传送到外部，可通过简单的结构，便实现所采用的信号缆线129的电磁屏蔽。
[0093]还有,在本实施方式中，由于信号处理组件130具有将传感器输出信号放大的信号放大功能；从传感器输出信号中去除噪音成分的滤波功能；对传感器输出信号进行AD转换的AD转换功能，故将传感组件120的传感器输出信号转换为数字信号，用于荷载推算，荷载数据也作为数字数据而运算输出。由此，可使必要的电线的根数为最小，可降低使所采用的信号缆线129的成本。同时，还降低断线等的发生危险，可靠性也提高。
[0094]再有，信号处理组件130还包括运算处理功能，该运算处理功能具有:对传感器输出信号进行补偿的补偿功能；求出传感器输出信号的平均值的平均值提取功能；求出传感器输出信号的振幅值的振幅值提取功能；存储功能，该存储功能存储:用于补偿的补偿参数、用于平均值提取和振幅值提取的计算参数、以及运算式的计算参数，该运算式将平均值和振幅值作为变量，用于荷载推算机构133，由此，特别是可减轻对振幅值的温度的影响，可抑制电动机B、减速器C的发热造成的荷载运算误差的增加，由此，可提高荷载推算的精度。另外，由于信号处理组件130具有这样的运算处理功能，由此，可简单地进行针对车轮用轴承装置而不同的补偿参数、计算参数的调整。
[0095]另外，在本实施方式中，实现信号处理组件130的一部分的功能的机构也可组装于控制电动机B的电动机控制组件137中。实现上述信号处理组件130的一部分的功能的机构比如，为结合图12而描述的各机构131、132、133、134、135中的任意一个或多个。特别是，最好，将参数存储机构134等组装于上述电动机控制组件137中。在像这样构成的场合，
如，可在相同参数存储机构134中事先同时存储:对于电动机B的整体的控制来说必需的参数、用于信号处理组件130的各种参数，容易集中管理对于车轮用轴承装置来说必要的信息。
[0096]在本实施方式中，涉及内方部件构成轮毂的一部分的第3代的车轮用轴承A，但是，也可为内方部件和车轮的轮毂相互独立的第I或第2代的车轮用轴承。此外，还可为作为各代的锥辊型的车轮用轴承。
[0097]在该车轮用轴承装置中，像图5所示的那样，由于制动器D为通过电动机50使制动垫47移动的电动制动器，故可避免因液压式的制动器而产生的漏油造成的环境污染。另夕卜，由于为电动制动器，故可快速地调整制动垫47的移动量，使转弯时的左右的驱动轮70的旋转速度控制的反应性能提高。
[0098]另外，在该车轮用轴承装置中，由于通过电动方式使悬架73的衰减机构74动作，故可提高悬架控制的反应性，使车辆姿势稳定。
[0099]在以上的说明中，由于根据推算作用于驱动轮70和路面上的3轴方向的力的信号处理组件130的输出，控制电动机B的驱动、制动器D的动作、悬架73的动作，但是，如果进行还包括来自操纵装置的信号的上述各种控制，则在进行符合实际的行驶的控制的方面，是特别希望的。另外，本发明的车轮用轴承装置既可设置于汽车的全部车轮上，也可仅仅设置于一部分的车轮上。
[0100]图16?图20(A)?(C)表示本发明的第2实施方式。在该实施方式中，在图1?图15所示的第I实施方式的内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置中，各传感组件120像下述那样构成。在此场合,传感组件120像图17和图18的放大俯视图和放大剖视图所示的那样，由形变发生部件121和两个形变传感器122构成，该两个形变传感器122安装于该形变发生部件121上，检测该形变发生部件121的形变。形变发生部件121具有经由间隔件123而接触固定于外圈I的外径面上的三个接触固定部121a。三个接触固定部121a朝向形变发生部件121的纵向而按照以I排并列的方式设置。两个形变传感器122中的Iv形变传感器122A在图18中，设直于左端的接触固定部121a和中间的接触固定部12Ia之间，另一形变传感器122B设置于中间的接触固定部12Ia和右端的接触固定部12Ia之间。像图17那样，分别在形变发生部件121的两侧边部中的与上述各形变传感器122A、122B的设置部相对应的两个部位形成缺口部121b。
[0101]传感组件120中，该形变发生部件121的三个接触固定部121a按照下述方式配置，即，在外圈I的轴向同尺寸的位置，并且各接触固定部121a按照要到达相互沿圆周方向离开的位置的方式设置，这些接触固定部121a分别经由间隔件123，通过螺栓124而固定于外圈I的外径面上。
[0102]此外，像图19的剖视图所示的那样，在外圈I的外径面中的固定上述形变发生部件121的三个接触固定部121a的三个部位的各中间部开设有槽lc，由此，也可省略上述间隔件123，将形变发生部件121中的缺口部121b所在的各部位与外圈I的外径面离开。传感组件120中的其它的结构、传感组件120的设置等与图1?图15所示的第I实施方式的场合相同。
[0103]在本实施方式的场合，在图1?图15所示的第I实施方式的信号处理组件130的平均-振幅提取机构132中，对各传感组件120的两个形变传感器122AU22B的输出信号的和进行运算，将该和作为平均值而取出。另外，对两个形变传感器122AU22B的输出信号的差值进行运算，将该差值作为振幅值而取出。
[0104]同样在这里，传感组件120设置于构成外圈I的外侧排的滚动面3的周边的轴向位置，由此，形变传感器122八、1228的输出信号&、13像图20(4)?图20(C)那样，受到通过传感组件120的设置部的附近的滚动体5的影响。另外，同样在轴承的停止时，形变传感器122AU22B的输出信号a、b受到滚动体5的位置的影响。即，在滚动体5通过最接近传感组件120中的形变传感器122AU22B的位置时(或在滚动体5位于该位置时)，形变传感器122AU22B的输出信号a、b为最大值，像图20 (A)、图20 (B)那样，伴随滚动体5相对该位置的远离(或，滚动体5位于与该位置离开的位置时)，该值降低。在轴承旋转时，由于滚动体5按照规定的排列间距P而依次通过传感组件120的设置部的附近，故形变传感器122AU22B的输出信号a、b为接近正弦波的波形，该正弦波以滚动体5的排列间距P为周期，像图20(C)中的实线所示的那样周期性地改变。
[0105]另外，形变传感器122A、122B的输出信号a、b受到温度的影响等的干扰。在本实施方式中，将上述两个形变传感器122A、122B的输出信号a、b的和作为上述的平均值，根据振幅的差检测上述的振幅值。由此，平均值为消除了滚动体5的通过造成的变化成分的值。另外，振幅值为抵消了在两个形变传感器122AU22B的各输出信号a、b中呈现的温度的影响等的干扰的值。于是，通过采用该平均值和振幅值，可更加正确地推算作用于车轮用轴承A、轮胎触地面上的荷载。
[0106]在图20(A)?图20(C)中，在作为静止侧轨道圈的外圈I的外径面的圆周方向并列的三个接触固定部121a中，位于该排列的两端的两个接触固定部121a的间隔按照与该滚动体5的排列间距P相同的程度设定。在该场合，分别设置于邻接的接触固定部121a的中间部位的两个形变传感器122AU22B之间的上述圆周方向的间隔为滚动体5的排列间距P的基本1/2。其结果是，两个形变传感器122AU22B的输出信号a、b具有基本180度的相位差，作为其和而计算的平均值为消除了滚动体5的通过造成的变化成分的值。另外，作为其差值而计算的振幅值为抵消了温度的影响等的干扰的值。
[0107]此外，在图20(A)?图20(C)中，接触固定部121a的间隔按照与该滚动体5的排列间距P相同的程度设定，在邻接的接触固定部121a的中间位置分别设置各一个形变传感器122AU22B，由此，两个形变传感器122AU22B之间的上述圆周方向的间距为滚动体5的排列间距P的基本1/2。与此不同，也可直接将两个形变传感器122AU22B之间的上述圆周方向的间距设定为滚动体5的排列间距P的1/2。在此场合，两个形变传感器122AU22B的上述圆周方向的间距也可为滚动体5的排列间距P的{l/2+n(n:整数)}倍，或为接近于这些值的值。同样在该场合，作为两个形变传感器122AU22B的输出信号a、b的和而求出的平均值为消除了滚动体5的通过造成的变化成分的值，作为差值而求出的振幅值为抵消温度的影响等的干扰的值。
[0108]图21 (A)涉及本发明的第3实施方式，其为从外侧观看减速器C的外壳33的主视图，图21⑶为图21㈧的主要部的侧视图(沿A-A线的端视图)。像该图21㈧所示的那样，形成于减速器C的外壳33的外侧端的缆线导向用的缺口部33b为沿周向延伸的槽形状，即，周向的槽，从外圈I的法兰Ia的缆线插孔92伸出的信号缆线129经由该槽状的缺口部33b，与信号处理组件130连接。
[0109]外壳33中的缺口部33b设置于相对信号处理组件130而相位错开的位置，在本例子中，设置于相位错开90度左右的位置。缺口部33b的槽的一侧面33ba在外壳33中，按照与下述方向平行的方式形成缺口，该方向从与外壳插孔92面对的圆周方向的位置P1，沿该外壳33的切线方向延伸。缺口部33b的槽的另一侧面33bb在位置Pl附近，在外壳33的径向而形成缺口。另外，缺口部33b的槽底面33bc像图21 (B)所示的那样，按照形成与轴承轴向相垂直的平面的方式形成缺口。
[0110]从缆线插孔92伸出的信号缆线129由防水密封部件94覆盖。该防水密封部件94按照填埋外壳33的缺口部33b的槽整体的方式设置。按照信号缆线129经由外壳33的槽状的缺口部33b的量，像图2所示的那样，按照比在径向取出信号缆线129的场合长的距离被密封，可进一步提高信号缆线129的缆线表面与防水密封部件94之间的密封性。另外，与在径向取出信号缆线的场合相比较，可增加信号缆线129的弯曲半径。由此，覆盖部较厚的信号缆线129的布线容易，径向的信号缆线129的露出部也抑制在较小程度。于是，可谋求传感组件整体的紧凑化。
[0111]如上所述，参照附图，对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，观看本申请说明书，会在显然的范围内，容易想到各种变更和修改方式。于是，对于这样的变更和修改方式，应被解释为在根据权利要求书而确定的发明的范围内的方式。
[0112]标号的说明:
[0113]标号I表不外圈；
[0114]标号22表不电动机的外壳；
[0115]标号33表不减速器的外壳；
[0116]标号33b表不缺口部(槽)；
[0117]标号70表示驱动轮；
[0118]标号120表示传感组件；
[0119]标号121表示形变发生部件；
[0120]标号121a表示接触固定部；
[0121]标号122、122A、122B表示形变传感器；
[0122]标号130表不信号处理组件；
[0123]标号133表示荷载推算机构；
[0124]标号137表示电动机控制组件。
【权利要求】
1.一种内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，在内置有内圈型电动机的车轮用轴承装置中包括:车轮用轴承，其以能旋转的方式支承驱动轮的轮毂；电动机，其构成上述驱动轮的旋转驱动源；减速器，其介于上述电动机和上述车轮用轴承之间， 传感组件设置于作为上述车轮用轴承的静止侧轨道圈的外圈上，该传感组件由形变发生部件和安装于该形变发生部件上的一个以上的测定用的传感器构成，该形变发生部件由薄板件构成，该薄板件具有接触固定于上述外圈的外径面上的两个以上的接触固定部；设置具有荷载推算机构的信号处理组件，该荷载推算机构根据上述传感组件的传感器输出信号，推算作用于驱动圈上的荷载，该信号处理组件设置于上述车轮用轴承的外圈，或上述减速器或者上述电动机的外壳上； 该信号处理组件设置于上述车轮用轴承的非外圈的静止侧部位，在用于将轴承外圈安装于减速器的外壳上的法兰上，开设用于取出传感器缆线的孔，通过该孔将传感组件的输出信号布线到信号处理组件处。
2.根据权利要求1所述的内置有内圈型电动机的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，在上述减速器的外壳上开设使上述传感器缆线通过的槽。
【文档编号】F16C41/00GK104385900SQ201410514019
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2010年11月17日 优先权日:2009年11月27日
【发明者】高桥亨, 柴田清武 申请人:Ntn株式会社