JP2004328954A - 電動アクチュエータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車などに使用される電動アクチュエータに使用されるモータのコイル温度を正確に測定するとともに、コイル温度を監視して、予め設定された温度以上になった場合、アクチュエータの駆動を制限又は停止させ、監視装置などに異常信号を出力することを目的とする。
【解決手段】電動アクチュエータに使用されるモータのコイルに印加する電圧値を検出するための電圧検出回路と、前記コイルに流れる電流値を検出するための電流検出回路と、該電流検出回路および前記電圧検出回路によって検出された出力値に基づいて、前記コイルの抵抗値を算出する抵抗値算出回路と、該抵抗値算出回路によって算出されたコイル抵抗値を予め設定された許容抵抗値と比較する比較回路とを備え、前記コイル抵抗値が前記許容抵抗値を超えると、前記モータの駆動を制限又は停止するようにした。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールねじ式電動ブレーキ用のアクチュエータなどの自動車部品を制御するための電動アクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動アクチュエータは、正逆転自在な電動モータにより、ハウジング内に回転自在に支持されるねじ軸の回転に伴って、ねじ軸に係合するナット部材を軸方向に変位させ、このナット部材とその基端部で結合した出力軸を軸方向に変位させるものは知られている。
【０００３】
この種の電動アクチュエータを自動車用として利用する場合、例えば電動ブレーキに適用した場合、減速時などに大きな押付力が必要になる。すなわち、自動車の停止時や坂道走行時、ブレーキパッドなどに大きな押付力が必要になって、ブレーキペダルを大きな力で踏み付ける必要があった。その結果、モータのコイルに大きな電流が流れ、コイルの焼損などが発生するという問題があった。
【０００４】
ところで、電動アクチュエータでは、モータを駆動するだけであって、コイルの温度まで監視することはなかった。そのため、コイルに流れる電流が大きくなり、長時間モータを動作させると、コイルの温度が高くなって、コイルの焼損などが発生するという問題があった。
【０００５】
そこで、コイル温度の測定方法として、例えば特許文献１に開示されるとおり、モータのコイルに流れる電流を検出するコイル電流検出手段と、前記コイルに印加される電圧を検出するコイル電圧検出手段と、該モータの移動速度を検出する速度検出手段と、移動速度にモータの推力定数を乗じ、該モータコイルに誘導される逆起電力である誘導電圧を求める誘導電圧演算手段と、コイル電圧から誘導電圧を減算した値をコイル電流で除算してコイルの抵抗値を求める抵抗値演算手段とを備え、モータ駆動装置に使用されるモータのコイル温度に関する値を算出して、その算出値が許容値を超えた時、モータの駆動を制限又は禁止するようにしたものは、知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−９８６８１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このコイル監視方法は、モータの回転時のコイル温度を測定しているので、モータの回転数検出のために速度検出手段が必要になる。また、モータの回転による逆起電圧をモータの推力定数と電流値から算出し、コイル端子電圧から誘導電圧を減算し、コイル電流で除して、コイルの抵抗値を算出する必要があった。そのため、計算が複雑になり、推力定数の誤差の影響を受けるという問題もあった。なお、逆起電圧は、ｋ・ｖ（すなわちｋ：推力定数、ｖ：モータの移動速度）で求められる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を改良するために、自動車などに使用される電動アクチュエータに使用されるモータのコイル温度を正確に測定するとともに、コイル温度を監視して、予め設定された温度以上になった場合、アクチュエータの駆動を制限又は停止させ、監視装置などに異常信号を出力することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、電動アクチュエータに使用されるモータのコイルに印加する電圧値を検出するための電圧検出回路と、前記コイルに流れる電流値を検出するための電流検出回路と、該電流検出回路および前記電圧検出回路によって検出された出力値に基づいて、前記コイルの抵抗値を算出する抵抗値算出回路と、該抵抗値算出回路によって算出されたコイル抵抗値を予め設定された許容抵抗値と比較する比較回路とを備え、前記コイル抵抗値が前記許容抵抗値を超えると、前記モータの駆動を制限又は停止するようにしたことにより、達成される。
【００１０】
また、上記目的は、前記抵抗値算出回路で算出されたコイル抵抗値とコイル温度との間の相関関数に基づいて、前記コイル温度を検出する温度算出回路を備えたことにより、効果的に達成される。
【００１１】
また、上記目的は、前記温度算出回路で算出されたコイル温度と前記比較回路で予め設定された許容温度とを比較して、前記コイル温度が、前記許容温度を超えると、電動アクチュエータの駆動を制限又は停止するようにしたことにより、効果的に達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記モータの駆動を制御する回路として中央処理装置（ＣＰＵ）を備え、前記電圧検出回路および前記電流検出回路によって検出された出力値に基づいて、前記コイルの抵抗値を算出するようにしたことにより、また、前記モータの駆動を制御する回路として中央処理装置（ＣＰＵ）を備え、前記電圧検出回路および前記電流検出回路によって検出された出力値に基づいて、前記コイルの抵抗値および温度を算出するようにしたことにより、より効果的に達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記電動アクチュエータのモータを、回転型モータとして、該モータの非回転時にコイル抵抗値を検出することにより、より一層効果的に達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施例に係る電動アクチュエータ装置を電動ブレーキに適用した例の概略構成図である。同図において、一対のアクチュエータ１，１は、連結部材２によって連結され、ブレーキディスク３を挟み込むような構造になっている。また、アクチュエータ１の駆動軸４先端に配されたブレーキパッド５は、互いに対向して配され、アクチュエータ１の駆動により、ブレーキディスク３を両側から挟んで制動するようになっている。なお、上記アクチュエータ１を、いずれか一方だけに設け、他方にブレーキパッド５を固定し、一方のアクチュエータ１だけでブレーキディスク３を制動するようにしてもよい。
【００１６】
また、図２は、上記電動アクチュエータの概略構造を示す断面図である。同図において、略円筒状のセンタハウジング６ａと、該センタハウジング６ａの開口側を閉塞するエンドハウジング６ｂとからハウジング６が構成されている。このハウジング６内に、外周面に永久磁石７が固定されたロータ８が、ハウジング６に対して軸受９ａ，９ｂによって回転自在に支持されている。また、ハウジング６内には、ロータ８の外周面を包囲する複数相の励磁コイル１０が巻回された磁性体からなるステータコア１１が設けられていて、該ステータコア１１とロータ８によってブラシレスのモータ１２が構成されている。
【００１７】
また、ロータ８には、ボールねじ１３が設けられ、該ボールねじ１３は、ロータ８に連設されたボールねじナット１４と、駆動軸としてのボールねじ軸１５とから構成される。このボールねじ軸１５には、螺旋状のボールねじ溝とともに、回転を防止するため軸方向に直線状の溝が形成されている。また、ボールねじナット１４の内周面には、前記ボールねじ溝に対応するボールねじ溝が形成され、ボールねじ軸１５およびボールねじナット１４との間に、転動体である多数のボール１６，１６，・・・の循環路が形成されている。そして、ボール１６は、ボールねじ軸１５とボールねじナット１４との相対回転とともに、ねじ溝内を転動しつつ螺旋状に移動するようになっている。これにより、ロータ８の回転に起因して、ボールねじナット１４が回転すると、ボール１６を介してボールねじ軸１５が軸方向（図２矢印方向）に移動するようになっている。なお、転動体には、ころも使用しても良い。
【００１８】
また、ステータコア１１の励磁コイル１０は、ステータケーブル１７によって、図３に示す制御部１８のモータ駆動回路１９に接続される。その際、コイル両端の電圧を測定するための電圧検出回路２０と、コイル電流を測定するための電流検出回路２１とが介設され、制御回路２２に、コイル端子電圧Ｖｃおよびコイル電流Ｉｃを出力するようになっている。なお、電圧検出回路２０では、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式でモータの駆動制御を行う場合、フィルタを付加することでコイル端子電圧を測定することができる。
【００１９】
また、制御回路２２内には、抵抗値算出回路２３と温度算出回路２４とが配されていて、該抵抗値算出回路２３は、電圧検出回路２０および電流検出回路２１からの出力信号に基づいてコイル抵抗値Ｒｃを算出するようになっている。その際、コイル１０の抵抗値Ｒｃは、Ｖｃ／Ｉｃで求められる。また、温度算出回路２４は、抵抗値算出回路２３からの出力信号に基づいてコイル温度Ｔｃを算出するようになっている。すなわち、図４は、コイル抵抗値Ｒｃとコイル温度Ｔｃとの間の相関関係を示し、この相関関係に基づいて、コイル温度Ｔｃは、コイル抵抗値Ｒｃから算出される。なお、抵抗値算出回路２３と温度算出回路２４を一体に構成して、一つの回路でコイル抵抗値Ｒｃやコイル温度Ｔｃを算出するようにしてもよい。
【００２０】
そして、制御回路２２内には、コイル１０の抵抗値や温度の比較回路２５が設けられ、抵抗値算出回路２３および温度算出回路２４で検出されたコイルの抵抗値Ｒｃや温度Ｔｃが入力される。また、比較回路２５には、モータ１２の過負荷状態を、コイル抵抗値Ｒｃやコイル温度Ｔｃの許容値（閾値）として予め設定され、これらの許容値（閾値）と、検出されたコイル抵抗値Ｒｃやコイル温度Ｔｃと比較するようになっている。
【００２１】
これにより、コイル抵抗値Ｒｃやコイル温度Ｔｃが、許容値（閾値）を超えた場合、モータ駆動回路１９に駆動制限信号又は駆動停止信号を送って、モータ１２の駆動を制限したり、停止するようになっている。また、制御部１８の外部に監視装置２６を設け、該監視装置２６にアラーム信号を送って、電動アクチュエータの異常を知らせることも可能である。その結果、コイル温度の上昇に起因するコイル１０の焼損を効果的に防止することができ、電動アクチュエータの信頼性が向上する。
【００２２】
また、上記電圧検出回路２０や電流検出回路２１などの検出回路や、抵抗値算出回路２３，温度算出回路２４，比較回路２５などの算出回路の一部又は全部をＣＰＵで処理してもよく、その場合、モータ駆動回路１９と一体に構成することができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、上記モータ１２を電動ブレーキ用のアクチュエータに用いる場合、回転型のモータであっても、ブレーキパッドへの押付時、回転力のみが発生し、モータ１２は回転しない。そのため、コイル１０に逆起電力は発生せず、コイル端子電圧とコイル電流を測定すれば、コイル抵抗値を正確に求めることができる。
【００２４】
この実施例では、３相モータを用いているため、コイルを３個設けたが、中点の電位が不明な場合には、コイル端子電圧を３点で測定する。そして、コイル電流Ｉｃについて、３相のうち２相の電流値を測定すると、残りの１相の電流値を計算することができ、３個のコイル温度を求めることができる。ちなみに、多相モータを用いた場合、必ずしも複数のコイル温度を測定する必要はないが、電動ブレーキのように停止時に圧力を発生させる用途では、コイルの位置によって相に流す電流が異なるため、複数のコイル温度を測定できる方が好ましい。
【００２５】
また、図５は、本発明の変形例を示し、駆動源として電磁ソレノイドを使用した電動アクチュエータ装置への適用例である。同図において、円筒状のハウジング２７内に、幾重にも巻回された励磁コイル２８が配され、該励磁コイル２８内に、磁石や鉄などの磁性体からなる可動部材２９が軸方向に移動自在に配されている。すなわち、励磁コイル２８への通電を制御することにより、励磁コイル２８内に磁界を発生させ、可動部材２９を軸方向に移動させるようになっている。
【００２６】
そして、励磁コイル２８への通電は、図３に示す回路構成と同様にすることで、コイル２８に印加する電圧やコイルに流れる電流を測定するだけで、コイル抵抗値Ｒｃやコイル温度Ｔｃを測定することができる。これにより、コイル２８の温度が、許容値（閾値）以上に上昇すると、コイル２８への通電を制限・停止させたり、監視装置２６などにアラーム信号を送ったりして、コイル２８の焼損を防止する。よって、この変形例でも、上記実施例と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
また、図６は、図２に係る電動アクチュエータ装置をＡＴシフトセレクタなどに適用した例であり、アクチュエータの駆動軸３０は、同図矢印方向に移動自在になっている。この駆動軸３０の先端には、連結ピン３１を中心としてリンク構造によって、駆動軸３０の往復動により、レバー３２，３２が揺動自在に配されている。そして、アクチュエータの制御部は、図３のような回路構成になっていて、アクチュエータが駆動すると、駆動軸３０の移動により、レバー３２は、図７の移動パターンに示すように、Ｉの初期状態（図６中右側）からＩＩの移動状態（図６中左側）に移動する。この際、コイルの温度や抵抗値を測定することによって、コイル温度の上昇に起因するコイルの焼損を防止し、上記実施例と同様の効果を奏することができる。この場合、コイルの抵抗値や温度は、駆動軸３０の往復動のいずれか一方の動作終了後のみに測定するようにしてもよい。
【００２８】
なお、上記各実施例において、アクチュエータの構成は、ボールねじを使用したが、これに限らず、ギアを利用したり、ギアとボールねじを組み合わせた構造でもよい。また、上記アクチュエータが電動ブレーキのように大きな押付力を必要とせず、また、頻繁に回転動作を行う場合、回転時にコイル抵抗値を測定せず、回転動作の前後にコイル抵抗値を測定して、コイル温度を算出するようにしてもよい。ちなみに、自動車用アクチュエータの場合、モータ１２は、通常、間欠動作がほとんどであって、動作間の停止時にコイル１０の温度を測定し、コイル１０の温度を精度よく測定することができる。
【００２９】
従って、モータ１２の制御部１８内に、電圧検出回路２０と電流検出回路２１とを備え、該各回路２０，２１で検出された出力値に基づいて、コイル１０の抵抗値や温度を算出し、その算出値と予め設定された許容値とを比較して、許容値を超えた場合、電動アクチュエータの駆動を制限又は停止するようにする。よって、コイル１０に印加する電圧やコイル１０に流れる電流は、モータ駆動回路１９の付近で測定でき、コイル温度の計測用センサからの配線が不要になる。また、露出配線による断線の危険性が少なくなる。また、コイル１０の抵抗値や温度を算出するのに、減算などの処理が不要になり、測定精度が向上し、コイル１０の抵抗値や温度を正確に測定することができる。
【００３０】
また、電動アクチュエータを電動ブレーキに採用する場合、電動アクチュエータによるブレーキパッドの押圧によってブレーキを制動させるが、回転モータとボールねじを組み合わせた電動アクチュエータの場合も、押圧時はモータ１２の回転運動がないため、コイル１０に逆起電圧が発生しない。特に、電動ブレーキの場合、コイル耐熱温度に対するコイル温度を正確に測定する必要があって、温度センサを別途配置しても、伝熱時間の遅れや空間距離に誤差が生じて、正確で確実なコイル焼損を回避することが困難になる。これに対し、本発明では、コイル１０に印加する電圧やコイル１０に流れる電流を測定するだけで、コイル１０の抵抗値や温度を正確に測定することができ、コイル１０の焼損などを未然に防ぎ、自動車の安全性が向上する。
【００３１】
また、コイル１０の端子電圧や電流を測定するだけでよく、センサや配線などの使用数量を低減させることができ、その敷設工事に伴う誤差などの影響が少なくなって、信頼性が向上する。電動ブレーキの場合、コイルの銅損による温度上昇分だけでなく、ブレーキパッドからの伝熱分も存在する。コイルの温度を推定する方法としては、抵抗値と電流によるコイル銅損計算値から推定温度上昇値を求める方法があるが、この場合は、ブレーキ部分からの伝熱量があると、その分モータのコイル温度を正確に推定できない。本発明を使用すると、コイル温度を正確に測定することができるので、コイルの焼損などを確実に防止することができ、安全性が向上する。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電動アクチュエータ装置によると、コイルの抵抗値は、コイル端子電圧とコイル電流だけを測定するだけで簡単に求められ、また、コイルの温度も、コイル抵抗値とコイル温度との相関関数から容易に算出することができる。そして、コイルの抵抗値や温度と、予め設定された許容値とを比較することにより、モータを駆動制御する。その際、コイルの抵抗値や温度は、コイル端子電圧とコイル電流を測定するだけで、コイルの抵抗値や温度を簡単に算出することができ、減算などの処理が不要になり、測定誤差が少なく、コイルの抵抗値や温度を正確に測定することができる。その結果、コイルの焼損などを防止でき、装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る電動アクチュエータ装置を電動ブレーキに適用した例を示す概略構成図である。
【図２】上記電動アクチュエータ装置の内部構造を示す断面図である。
【図３】上記電動アクチュエータ装置のモータの制御構成を示すブロック図である。
【図４】モータのコイル抵抗値とコイル温度の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る電動アクチュエータ装置を示し、電磁ソレノイドを用いて駆動させる構成を示す図である。
【図６】上記電動アクチュエータ装置をＡＴシフトセレクタに適用した例を示す概略構成図である。
【図７】図６の電動アクチュエータ装置の駆動パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータ
８ ロータ
１０ 励磁コイル
１１ ステータコア
１２ モータ
１３ ボールねじ
１４ ボールねじナット
１５ ボールねじ軸
１６ ボール
１８ 制御部
１９ モータ駆動回路
２０ 電圧検出回路
２１ 電流検出回路
２２ 制御回路
２３ 抵抗値算出回路
２４ 温度算出回路
２５ 比較回路
２６ 監視装置
２８ 励磁コイル

Claims (6)

1. 電動アクチュエータに使用されるモータのコイルに印加する電圧値を検出するための電圧検出回路と、前記コイルに流れる電流値を検出するための電流検出回路と、該電流検出回路および前記電圧検出回路によって検出された出力値に基づいて、前記コイルの抵抗値を算出する抵抗値算出回路と、該抵抗値算出回路によって算出されたコイル抵抗値を予め設定された許容抵抗値と比較する比較回路とを備え、前記コイル抵抗値が前記許容抵抗値を超えると、前記モータの駆動を制限又は停止するようにしたことを特徴とする電動アクチュエータ装置。
2. 前記抵抗値算出回路で算出されたコイル抵抗値とコイル温度との間の相関関数に基づいて、前記コイル温度を検出する温度算出回路を備えた請求項１記載の電動アクチュエータ装置。
3. 前記温度算出回路で算出されたコイル温度と前記比較回路で予め設定された許容温度とを比較して、前記コイル温度が、前記許容温度を超えると、電動アクチュエータの駆動を制限又は停止するようにした請求項２記載の電動アクチュエータ装置。
4. 前記モータの駆動を制御する回路として中央処理装置（ＣＰＵ）を備え、前記電圧検出回路および前記電流検出回路によって検出された出力値に基づいて、前記コイルの抵抗値を算出するようにした請求項１記載の電動アクチュエータ装置。
5. 前記モータの駆動を制御する回路として中央処理装置（ＣＰＵ）を備え、前記電圧検出回路および前記電流検出回路によって検出された出力値に基づいて、前記コイルの抵抗値および温度を算出するようにした請求項２又は３記載の電動アクチュエータ装置。
6. 前記電動アクチュエータのモータは、回転型モータであり、該モータの非回転時にコイル抵抗値を検出する請求項１ないし５のいずれかに記載の電動アクチュエータ装置。

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