特許 6986903 電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6986903

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/22 20160101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H02P21/22

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-162310(P2017-162310)

(22)【出願日】2017年8月25日

(65)【公開番号】特開2019-41503(P2019-41503A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2020年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】増田 唯

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３０６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６４５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−５１７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−３５９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１７９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３５８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−３９４５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動モータと、この電動モータの回転運動を直動部の直進運動に変換する直動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部と、
前記電動モータに通電する電流を定められた最大値に制限する電流制限機能部と、
前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、前記電流制限機能部によって制限する電流の最大値を増加させる最大電流調整機能部と、
を有し、
前記制御装置は、前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、回転座標系上の直交軸においてベクトル成分として変換された軸電流につき、推定された角速度が定められた角速度以下のときの軸電流ベクトルの位相と比較して、前記電動モータにおける回転子の磁界ベクトル位相から反転した方向へと前記軸電流ベクトルの位相を変化させる電流ベクトル制御機能を有し、
前記最大電流調整機能部は、
前記電動モータの電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を長手方向とする非真円の楕円状軌跡となるよう、最大電流を増加させる電動式直動アクチュエータ。

【請求項2】

電動モータと、この電動モータの回転運動を直動部の直進運動に変換する直動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部と、
前記電動モータに通電する電流を定められた最大値に制限する電流制限機能部と、
前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、前記電流制限機能部によって制限する電流の最大値を増加させる最大電流調整機能部と、
を有し、
前記制御装置は、前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、回転座標系上の直交軸においてベクトル成分として変換された軸電流につき、推定された角速度が定められた角速度以下のときの軸電流ベクトルの位相と比較して、前記電動モータにおける回転子の磁界ベクトル位相から反転した方向へと前記軸電流ベクトルの位相を変化させる電流ベクトル制御機能を有し、
前記最大電流調整機能部は、
前記電動モータの電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を頂点とする直線軌跡となるよう、最大電流を増加させる電動式直動アクチュエータ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの駆動用の電力を供給する電源装置の電圧および電流のいずれか一方または両方を用いて、前記電源装置の電力供給能力を判断する電源監視機能部を有し、前記最大電流調整機能部は、前記電源監視機能部で判断する電力供給能力が定められた値より高いとき、電流の最大値を増加させる電動式直動アクチュエータ。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動式直動アクチュエータと、この電動式直動アクチュエータによって操作される摩擦材と、この摩擦材との接触により制動力を発生させるブレーキロータと、を備えた電動ブレーキ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば、車両等に搭載される電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置に関し、省スペースで高出力なモータ制御を行うことが可能となる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電動式直動アクチュエータとして、以下の技術が提案されている。
１．電動モータ、直動機構および減速機を使用した電動ブレーキ用アクチュエータ（特許文献１）。
２．遊星ローラ機構および電動モータを使用した電動アクチュエータ（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６−３２７１９０号公報

【特許文献2】特開２００６−１９４３５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１、２のような電動式直動アクチュエータにおいて、例えば、電動ブレーキ装置のような高速・高精度の応答が求められる用途に用いる場合、車両の限られた搭載スペース内で所望の出力を得ることが困難となる場合がある。
特に、前述の電動ブレーキ装置の場合、周辺のホイールおよび懸架装置等に干渉しないよう構成したうえで、所望のアクチュエータ推力（即ちトルク）および出力を得る必要がある。このとき、一般に一定値として定められる最大モータ電流において高出力を発揮しようとする場合、モータサイズが大きくなり、搭載スペースおよびコストの増加が問題となる場合がある。

【0005】

この発明の目的は、電動モータの小型化を図り、省スペースで高出力なモータ制御を行うことが可能となる電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明の電動式直動アクチュエータＤＡは、電動モータ４と、この電動モータ４の回転運動を直動部１４の直進運動に変換する直動機構６と、前記電動モータ４を制御する制御装置２とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置２は、
前記電動モータ４の角速度を推定する角速度推定機能部２０ｂと、
前記電動モータ４に通電する電流を定められた最大値に制限する電流制限機能部２３ａと、
前記角速度推定機能部２０ｂで推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、前記電流制限機能部２３ａによって制限する電流の最大値を増加させる最大電流調整機能部２４と、を有する。
前記定められた最大値、前記定められた角速度は、それぞれ設計等によって任意に定める最大値、角速度であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な最大値、角速度を求めて定められる。

【0007】

この構成によると、角速度推定機能部２０ｂは電動モータ４の角速度を推定する。電流制限機能部２３ａは、電動モータ４に通電する電流を定められた最大値（最大電流値）に制限する。最大電流調整機能部２４は、推定された角速度（推定角速度）が定められた角速度よりも大きくなっているか否かを判断する。推定角速度が定められた角速度以下のとき、定められた最大電流値が維持される。最大電流調整機能部２４は、推定角速度が定められた角速度よりも大きいとき、最大電流値を一時的に増加させる。

【0008】

このように電動モータ４の角速度が大きい領域で最大電流値を増加させることで、モータ出力が増加し、高速な応答が可能となる。したがって、電動モータ４の小型化を図り、省スペースで高出力なモータ制御を行うことが可能となる。
例えば、電動ブレーキ装置１のような位置（荷重）制御を行うアクチュエータにおいて、モータ角速度が比較的大きくなるのはパニックブレーキまたはアンチスキッド制御等の限定された状況であるため、電動モータ４に通電する電流を一時的に増加させても、電動モータ４への熱負荷は軽微であり、耐久性に支障はない。

【0009】

前記制御装置２は、前記角速度推定機能部２０ｂで推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、回転座標系上の直交軸においてベクトル成分として変換された軸電流につき、推定された角速度が定められた角速度以下のときの軸電流ベクトルの位相と比較して、前記電動モータ４における回転子の磁界ベクトル位相から反転した方向へと前記軸電流ベクトルの位相を変化させる電流ベクトル制御機能を有し、
前記最大電流調整機能部２４は、
前記電動モータ４の電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を長手方向とする非真円の楕円状軌跡となるよう、最大電流を増加させてもよい。

【0010】

この構成によると、電流ベクトル制御機能では、推定角速度が大きくなると、軸電流ベクトルをｄｑ軸上の位相で−１８０度の方向にずらす弱め界磁制御が用いられる。この場合に、最大電流調整機能部２４が、最大電流に相当する軸電流ベクトルの最大電流軌跡をｄ軸を略長手方向とする楕円状軌跡とする。これにより、モータ角速度が大きい領域で最大電流値を増加させることで、モータ出力が増加し、高速な応答が可能となる。

【0011】

前記制御装置２は、前記角速度推定機能部２０ｂで推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、回転座標系上の直交軸においてベクトル成分として変換された軸電流につき、推定された角速度が定められた角速度以下のときの軸電流ベクトルの位相と比較して、前記電動モータ４における回転子の磁界ベクトル位相から反転した方向へと前記軸電流ベクトルの位相を変化させる電流ベクトル制御機能を有し、
前記最大電流調整機能部２４は、
前記電動モータ４の電流の最大値に相当するノルムとなる前記軸電流ベクトルの最大電流軌跡について、
推定された角速度が略零であるときに電流当たりのトルクが最も大きくなる最大電流ベクトルとなる点を通過し、前記回転子の磁界と略一致するベクトル方向を頂点とする直線軌跡となるよう、最大電流を増加させてもよい。

【0012】

この構成によると、電流ベクトル制御機能では、推定角速度が大きくなると、軸電流ベクトルをｄｑ軸上の位相で−１８０度の方向にずらす弱め界磁制御が用いられる。この場合に、最大電流調整機能部２４が、最大電流に相当する軸電流ベクトルの最大電流軌跡をｄ軸上を頂点とした直線軌跡とする。これにより、モータ角速度が大きい領域で最大電流値を増加させることで、モータ出力が増加し、高速な応答が可能となる。

【0013】

前記制御装置２は、前記電動モータ４の駆動用の電力を供給する電源装置３の電圧および電流のいずれか一方または両方を用いて、前記電源装置３の電力供給能力を判断する電源監視機能部２６を有し、前記最大電流調整機能部２４は、前記電源監視機能部２６で判断する電力供給能力が定められた値より高いとき、電流の最大値を増加させるようにしてもよい。
前記定められた値は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な値を求めて定められる。

【0014】

この場合、電源装置３が正常であり、十分な電力供給能力がある場合に限定して、最大電流を増加させることができる。例えば、電源装置３に異常が発生した場合等において、過剰に電力を消費し、以後、電動式直動アクチュエータＤＡが使用できなくなることを未然に防止し得る。したがって、電動式直動アクチュエータＤＡの冗長性を高めることができる。

【0015】

この発明の電動ブレーキ装置１は、前記いずれかに記載の電動式直動アクチュエータＤＡと、この電動式直動アクチュエータＤＡによって操作される摩擦材９と、この摩擦材９との接触により制動力を発生させるブレーキロータ８と、を備えている。この電動ブレーキ装置１によれば、いずれかの電動式直動アクチュエータＤＡを備えているため、省スペースで高出力なモータ制御が可能となる。

【発明の効果】

【0016】

この発明の電動式直動アクチュエータは、電動モータと、この電動モータの回転運動を直動部の直進運動に変換する直動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記電動モータの角速度を推定する角速度推定機能部と、前記電動モータに通電する電流を定められた最大値に制限する電流制限機能部と、前記角速度推定機能部で推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、前記電流制限機能部によって制限する電流の最大値を増加させる最大電流調整機能部と、を有する。このため、電動モータの小型化を図り、省スペースで高出力なモータ制御を行うことが可能となる。

【0017】

この発明の電動ブレーキ装置は、前記いずれかに記載の電動式直動アクチュエータと、この電動式直動アクチュエータによって操作される摩擦材と、この摩擦材との接触により制動力を発生させるブレーキロータと、を備えているため、電動モータの小型化を図り、省スペースで高出力なモータ制御を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を概略示す図である。

【図2】同電動ブレーキ装置の電動式直動アクチュエータの制御系のブロック図である。

【図3】同電動式直動アクチュエータの最大電流調整機能部によるｄｑ軸上の電流ノルムの軌跡の例を示す図である。

【図4】同最大電流調整機能部を実行する例を示すブロック図である。

【図5】この発明の他の実施形態に係る電動ブレーキ装置の電動式直動アクチュエータの制御系のブロック図である。

【図6】この発明のさらに他の実施形態に係る電動式直動アクチュエータの最大電流調整機能部によるｄｑ軸上の電流ノルムの軌跡の例を示す図である。

【図7】この発明のさらに他の実施形態に係る電動式直動アクチュエータの最大電流調整機能部によるｄｑ軸上の電流ノルムの軌跡の例を示す図である。

【図8】この発明のさらに他の実施形態に係る電動式直動アクチュエータの最大電流調整機能部を実行する例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を図１ないし図４と共に説明する。この電動ブレーキ装置は例えば車両に搭載される。
図１に示すように、この電動ブレーキ装置１は、電動式直動アクチュエータＤＡと、摩擦ブレーキＢＲとを備える。先ず、電動式直動アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造について説明する。

【0020】

＜電動式直動アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造＞
図１および図２に示すように、電動式直動アクチュエータＤＡは、アクチュエータ本体ＡＨと、電源装置３と、後述する制御装置２とを備える。アクチュエータ本体ＡＨは、電動モータ４と、減速機構５と、直動機構６と、パーキングブレーキ装置７と、角度センサＳａと、荷重センサＳｂとを有する。

【0021】

図１に示すように、電動モータ４は、例えば、永久磁石式の同期電動機から成る。電動モータ４として、永久磁石式の同期電動機を適用すると省スペースで高トルクとなり好適である。
摩擦ブレーキＢＲは、車両の車輪と連動して回転するブレーキロータ８と、このブレーキロータ８と接触して制動力を発生する摩擦材９とを有する。この摩擦材９は、電動式直動アクチュエータＤＡによって操作される。摩擦材９を、電動式直動アクチュエータＤＡのアクチュエータ本体ＡＨにより操作してブレーキロータ８に押圧し、摩擦力によって制動力を発生させる機構を用いることができる。

【0022】

減速機構５は、電動モータ４の回転を減速する機構であり、一次歯車１２、中間歯車１３、および三次歯車１１を含む。この例では、減速機構５は、電動モータ４のロータ軸４ａに取り付けられた一次歯車１２の回転を、中間歯車１３により減速して、回転軸１０の端部に固定された三次歯車１１に伝達可能としている。

【0023】

直動機構６は、減速機構５で出力される回転運動を送りねじ機構により直動部１４の直線運動に変換して、ブレーキロータ８に対して摩擦材９を当接離隔させる機構である。直動部１４は、回り止めされ且つ矢符Ａ１にて表記する軸方向に移動自在に支持されている。直動部１４のアウトボード側端に摩擦材９が設けられる。電動モータ４の回転を減速機構５を介して直動機構６に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦材９の押圧力に変換されることによりブレーキ力を発生させる。なお電動ブレーキ装置１を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい。車両の車幅方向中央側をインボード側という。

【0024】

パーキングブレーキ機構７のアクチュエータ１６として、例えば、リニアソレノイドが適用される。アクチュエータ１６によりロック部材１５を進出させて中間歯車１３に形成された係止孔（図示せず）に嵌まり込ませることで係止し、中間歯車１３の回転を禁止することで、パーキングロック状態にする。ロック部材１５を前記係止孔から離脱させることで中間歯車１３の回転を許容し、アンロック状態にする。

【0025】

図２に示すように、角度センサＳａは、電動モータ４の回転角度を検出する。角度センサＳａは、例えば、レゾルバまたは磁気エンコーダ等を用いると高精度かつ高信頼性であり好適であるが、光学式のエンコーダ等の各種センサを用いることもできる。前記角度センサＳａを用いずに、後述する制御装置２において、電動モータ４の電圧と電流との関係等からモータ角度を推定する角度センサレス推定を用いることもできる。

【0026】

荷重センサＳｂは、直動機構６の軸方向荷重を検出する。この荷重センサＳｂは、例えば、直動機構６の荷重が作用する所定部材の変位または変形を検出する磁気センサ、歪センサ、圧力センサ等を用いることができる。前記荷重センサＳｂを用いずに、制御装置２において、例えば、モータ角度および電動ブレーキ装置剛性、またはモータ電流および電動式直動アクチュエータ効率等から荷重センサレス推定を行ってもよい。あるいは、例えばブレーキを実装する車輪のホイールトルクまたはこの電動ブレーキ装置１（図１）を搭載した車両の前後力を検出するセンサ等、その他外部センサであってもよい。また、サーミスタ等の各種センサ類を必要に応じて別途設けてもよい。

【0027】

＜制御装置２の構成＞
図２は、この電動ブレーキ装置の電動式直動アクチュエータＤＡの制御系のブロック図である。例えば、各車輪に対応する制御装置２およびアクチュエータ本体ＡＨが設けられている。各制御装置２は対応する電動モータ４を制御する。各制御装置２に、直流の電源装置３と、各制御装置２の上位制御手段である上位ＥＣＵ１７とが接続されている。電源装置３は、電動モータ４および制御装置２に電力を供給する。電源装置３は、例えば、この電動ブレーキ装置１（図１）を搭載する車両の低圧（例えば１２Ｖ）バッテリ等を適用し得る。

【0028】

上位ＥＣＵ１７として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニット（Vehicle Control Unit, ＶＣＵ）が適用される。上位ＥＣＵ１７は、各制御装置２の統合制御機能を有する。上位ＥＣＵ１７は指令手段１７ａを備え、この指令手段１７ａは、図示外のブレーキ操作手段の操作量に応じて変化するセンサの出力に応じて、各制御装置２に目標とする荷重指令値をそれぞれ出力する。なお指令手段１７ａは、ブレーキ操作手段そのものであってもよく、あるいはブレーキ操作手段の操作に依ることなく、例えば、自動運転車両における制動を判断して各制御装置２に荷重指令値（ブレーキ力指令値）をそれぞれ出力することも可能である。

【0029】

各制御装置２は、制御演算を行う各種制御演算機能部と、モータドライバ１８とを備える。前記各種制御演算機能部は、例えば、マイクロコンピュータ等のプロセッサ、または、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の演算器および周辺回路により構成される。前記各種制御演算機能部は、荷重推定機能部１９、運動推定機能部２０、電流推定機能部２１、荷重制御機能部２２、電流指令機能部２３、最大電流調整機能部２４および電流制御機能部２５を備える。

【0030】

荷重推定機能部１９は、荷重センサＳｂの出力等から、直動機構６の軸方向荷重（推定荷重）を推定する。もしくは荷重センサレス推定を行う場合、荷重推定機能部１９は、モータ角度および電流等の情報を用いて直動機構６の軸方向荷重を推定するよう構成してもよい。
運動推定機能部２０は、角度センサＳａの出力等から、電動モータ４の回転運動状態を推定する。この運動推定機能部２０は、位置・位相推定部２０ａと、角速度推定機能部２０ｂとを有する。

【0031】

位置・位相推定部２０ａにおいて、例えば、角度センサＳａとしてレゾルバまたはエンコーダのような所定の角度領域を一周期として検出するセンサを用いる場合、角度センサＳａの出力から電動モータ４の回転子位相を推定し、この回転子位相の変動量の積算値を総回転角度（位置）として推定してもよい。また、角速度推定機能部２０ｂにおいて、前記回転子位相ないし位置の微分相当値を、角速度として推定してもよい。あるいは、例えば、前述の角度センサレス推定を行う場合、電動モータ４の電圧および電流から前記位相および角速度等を推定してもよい。

【0032】

電流推定機能部２１は、モータ電流を推定する。電流推定機能部２１は、例えば、電動モータ４の相電流の通電経路上に設けた図示外の電流センサ等を用いてモータ電流を推定してもよい。前記電流センサとして、シャント抵抗およびアンプのような接触式センサ等、または、通電経路近傍に配置した磁気センサのような非接触式センサ等を用いることができる。

【0033】

前記電流センサは、例えば、三相のモータ相電流を検出するよう配置してもよく、三相のモータ相電流のうちの二相を検出して三相総和が零となる関係から残り一相を検出するよう配置してもよい。
もしくは、電流推定機能部２１は、モータ電圧およびモータコイル特性からモータ電流を推定する電流センサレス推定としてもよく、あるいは、例えば、プラス側ないしマイナス側の一次電流を検出する電流センサ、電圧、およびモータコイル特性からモータ相電流を推定するような、電流センサおよび電流センサレス推定の併用であってもよい。

【0034】

荷重制御機能部２２は、指令手段１７ａから与えられた目標とする荷重指令値（アクチュエータ荷重指令）に対して、荷重推定機能部１９にて演算される推定荷重を追従させるよう、電動モータ４の操作量を制御する。前記操作量は、例えば、目標とするモータトルクであってもよく、あるいは電流ノルムであってもよい。特に、前記モータトルクを操作量とする場合、後述の電流指令機能部２３は、トルクに対する電流変換器の機能を有していてもよい。

【0035】

電流指令機能部２３は、電動モータ４の目標電流を生成する機能を有する。電流指令機能部２３は、電流制限機能部２３ａと指令電流演算部２３ｂとを有する。電流制限機能部２３ａは、電動モータ４に通電する電流の大きさを定められた最大値に制限する。この例の電流制限機能部２３ａは、モータ電流の大きさが所定以下となるよう目標電流を制限する機能を有する。指令電流演算部２３ｂは、電流制限機能部２３ａによる制限電流の範囲内において、後述する電流制御機能部２５における電流指令値を生成する機能とし得る。

【0036】

前記電流指令値は、例えば、所定の回転座標系上における直交軸上の電流ベクトルを指令値としてもよく、三相交流の電流指令値としてもよいが、特に、前者において回転子磁束と一致するｄ軸およびこのｄ軸と直交するｑ軸に相当する軸電流を用いると、簡潔かつ高性能な電流制御系を構成できて好ましい。

【0037】

最大電流調整機能部２４は、電流指令機能部２３における制限電流を、条件に応じて可変する機能とすることができる。最大電流調整機能部２４は、角速度推定機能部２０ｂで推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、電流制限機能部２３ａによって制限する電流の最大値を増加させる機能を有する。この最大電流値を増加させる機能により電動モータ４の最大出力が向上し、電動式直動アクチュエータＤＡにおいて高速な応答が可能となる。

【0038】

電流制御機能部２５は、前記電流指令値に対して、電流推定機能部２１で推定された推定電流を追従させるよう、モータ電圧を制御する機能とすることができる。
モータドライバ１８は、電動モータ４のコイルに供給する電力を制御する。モータドライバ１８は、例えば、電界効果トランジスタ（Field effect transistor；略称ＦＥＴ）等のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のＯＮ−ＯＦＦデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う構成とすると安価で高性能となる。あるいは、変圧回路等を設け、ＰＡＭ制御を行う構成とすることもできる。

【0039】

その他、図示外の電流センサ等の構成は必要に応じて適宜設けることができる。また、各機能部は便宜上ブロックとして設けているものであり、必要に応じて統合、分割してもよく、あるいは所定機能部を適宜省略してもよい。

【0040】

＜制限電流ベクトルの例＞
図３は、この電動式直動アクチュエータの最大電流調整機能部によるｄｑ軸上の電流ノルムの軌跡の例を示す図である。図２も適宜参照しつつ説明する。図３のｄ軸は、無負荷時の回転子磁束の方向と一致するものとする。

【0041】

最大電流調整機能部２４は、図３の例では、電動モータ４の電流の最大値に相当する最大電流ノルムを楕円状軌跡とする。すなわち最大電流調整機能部２４は、電流当たりのトルクが最大となる最大電流位相（θｍａｘ）を通過し、概ね負のｄ軸方向（弱め磁束方向）を長手方向とする非真円の楕円軌跡Ｋｄとなるよう最大電流を変更する。なお、図中の真円となる点線は、従来の最大電流（電流制限）を一定とした際の軌跡を示す。

【0042】

前記最大電流位相（θｍａｘ）は、特に表面磁石式同期モータにおいては概ね９０°となり、埋込磁石式同期モータに代表される突極性を有するモータにおいては、所定の位相角となる。また、一般に軸電流ベクトルの最大電流軌跡は、ｄ軸に対してトルクの方向が反転する対称軌跡とする場合が多いが、ｄ軸に対して非対称な、トルクの方向によって最大電流が異なる軌跡としてもよい。あるいは、力行と回生で異なる軌跡を適用することもできる。

【0043】

この制御装置２では、角速度推定機能部２０ｂで推定された角速度が定められた角速度よりも大きくなると、負のｄ軸電流を増加させて誘起電圧を抑制する制御方法（弱め磁束制御）が用いられる。換言すれば、制御装置２は、推定角速度が定められた角速度よりも大きくなると、回転座標系上の直交軸においてベクトル成分として変換された軸電流につき、推定角速度が定められた角速度以下のときの軸電流ベクトルの位相と比較して、電動モータ４における回転子の磁界ベクトル位相から反転した方向へと前記軸電流ベクトルの位相を変化させる電流ベクトル制御機能を有する。

【0044】

よって、制御装置２が前記電流ベクトル制御機能を有する場合に、本図３のように最大電流ノルムとなる軸電流ベクトルの最大電流軌跡を楕円形とすることで、角速度が増加した際の最大電流値が増加し、モータ出力を向上することができる。

【0045】

背反として、最大電流値が増加した分、電動モータ４への熱負荷が増加する。しかしながら、例えば、電動ブレーキ装置のような、位置制御ないし荷重制御を行う電動式直動アクチュエータＤＡにおいて、モータ角速度の大きさが大きくなるのは例えば電動ブレーキ装置におけるパニックブレーキまたはアンチスキッド制御等の一時的な非定常状態であり、電動モータ４の熱負荷に対する耐久性を確保することは容易と考えられる。

【0046】

＜システム構成例＞
図４は、最大電流調整機能部を実行する例を示すブロック図である。図２と共に説明する。図４は、最大電流調整機能部２４として、図３の最大電流制限機能をそのまま最大電流リミッタ２４ａとして実装する例を示す。荷重制御機能部２２として荷重制御コントローラ２２ａが実装され、電流指令機能部２３は、目標とするモータトルクを電流に変換するトルク→電流変換器２３ｃを含む。また電流制御機能部２５として電流制御コントローラ２５ａが実装されている。

【0047】

前記最大電流リミッタ２４ａおよび後述する最大トルクリミッタ２４ｂ（図８）は、例えば、予め解析または実測にて得られたモータ特性に応じて、各制限値のルックアップテーブル(Lookup table：略称ＬＵＴ)等を用いると、演算負荷を軽減できて好適であるが、例えば、相抵抗またはインダクタンス等の前記モータ特性に基づいて演算する所定の演算式を用いることもできる。

【0048】

＜作用効果について＞
以上説明した電動式直動アクチュエータＤＡおよび電動ブレーキ装置１によれば、電流制限機能部２３ａは、電動モータ４に通電する電流を最大電流値に制限する。最大電流調整機能部２４は、推定角速度が定められた角速度よりも大きくなっているか否かを判断する。推定角速度が定められた角速度以下のとき、定められた最大電流値が維持される。最大電流調整機能部２４は、推定角速度が定められた角速度よりも大きいとき、最大電流値を一時的に増加させる。このように電動モータ４の角速度が大きい領域で最大電流値を増加させることで、モータ出力が増加し、高速な応答が可能となる。したがって、電動モータ４の小型化を図り、省スペースで高出力なモータ制御を行うことが可能となる。

【0049】

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

【0050】

図５に示すように、制御装置２が電源監視機能部２６を備えてもよい。この電源監視機能部２６は、例えば、電源装置３の電圧を推定し、推定電圧が所定値を下回った場合には電源装置３の電力供給能力が低下したと判断してもよい。あるいは、電源監視機能部２６は、電源装置３の電流を併せて推定し、電流出力時の電圧変動が所定より大きくなった場合に電源装置３電力供給能力が低下したと判断することができる。もしくは、例えば、電源装置３の電流値の積算値等から充電状態のパーセンテージである％ＳＯＣ（State Of Charge）を演算するバッテリマネージャ等の上位の電流監視機能部（図示せず）を設け、電源監視機能部２６は、前記上位の電流監視機能部からの通信等により電源装置３の電力供給能力を判断してもよい。

【0051】

最大電流調整機能部２４により一時的に電動モータ４の最大出力を向上させることは、一時的に電源装置３の最大負荷が増加することとなる。このため、この構成では、前記電源監視機能部２６を備え、電源装置３の電力供給能力が低下した際には、最大電流調整機能部２４による最大電流の増加を抑制するか、あるいは実行しない処理を設けると冗長性の観点から好ましい場合がある。また、電源装置３が正常であり、十分な電力供給能力がある場合に限定して、最大電流を増加させることができる。例えば、電源装置３に異常が発生した場合等において、過剰に電力を消費し、以後、電動式直動アクチュエータＤＡが使用できなくなることを未然に防止し得る。したがって、電動式直動アクチュエータＤＡの冗長性を高めることができる。

【0052】

図６に示すように、図３と同様の最大電流を増加させる軌跡として、最大電流調整機能部２４は、概ねｄ軸上を頂点とする直線状の最大電流軌跡（直線軌跡）Ｋｓを設定してもよい。なお本図６は、最大電流軌跡Ｋｓが一つの象限に対して一直線とする例を示すが、例えば、適宜折れ点を設けた軌跡としてもよい。
図３の楕円軌跡の手法と図６の直線軌跡の手法とを適宜併用することもできる。例えば、所定領域を直線とし、その他所定領域を楕円とするような最大電流軌跡とすることもできる。

【0053】

図７は、図３の例に対して、最大電流調整機能部２４が、角速度の大きさ（｜ω｜）が所定値（｜ω｜＝ａ）に達するまでは、さらに最大電流位相に従って最大電流を増加させる例を示す。一般に、モータ角速度の大きさが前記所定値に達するまでは、前記弱め磁束制御を行わずに最大電流位相において電流ベクトル制御が可能である。そこで、図７に示すように、図３の例に対して、最大電流調整機能部２４が、角速度の大きさ（｜ω｜）が所定値（｜ω｜＝ａ）に達するまでは、さらに最大電流位相に従って最大電流を増加させることで、一時的にモータ出力を増加させる効果をさらに積極的に利用することができる。

【0054】

なお、一般に、回転子磁束を強める正のｄ軸電流を用いる電流ベクトル制御（強め磁束制御）は行わないため、図示していないが、前記正のｄ軸電流を増加させる制御を行う場合は、例えば、前記強め磁束領域においては従来の真円状の最大電流としてもよく、楕円または直線としてもよい。

【0055】

図８は、最大電流調整機能部２４を実行する他のシステム構成例を示すブロック図である。同図８は、最大電流調整機能部２４として、モータ角速度の大きさに応じてトルクを制限する最大トルクリミッタ２４ｂを設ける例を示す。この例では、最大電流が一定である場合と比較して、角速度の大きさが増加した場合の最大トルク制限値を大きく設定することで、トルクを発揮するための電流値が増加し、結果として図３、図６または図７のいずれかに示すような最大電流軌跡とすることができる。

【0056】

直動機構６の変換機構部として、遊星ローラ、ボールねじ等の各種ねじ機構、ボールランプ等の傾斜を利用した機構等を用いることができる。

【0057】

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0058】

１…電動ブレーキ装置
２…制御装置
３…電源装置
４…電動モータ
６…直動機構
８…ブレーキロータ
９…摩擦材
１４…直動部
２０ｂ…角速度推定機能部
２３ａ…電流制限機能部
２４…最大電流調整機能部
２６…電源監視機能部
ＤＡ…電動式直動アクチュエータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】