JP2016220270A - 電動モータ装置および電動式直動アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数の励磁コイル4aのうち少なくともいずれか一つに温度センサ26を設ける。制御装置2は、電流センサ22と、コイル温度推定手段19と、推定誤差補正手段20とを有する。コイル温度推定手段19は、電流センサ22で求められるコイル電流と、励磁コイル4aの発熱および放熱特性を含む情報から、複数の励磁コイル4aの推定温度を算出する。推定誤差補正手段20は、温度センサ26が設けられた励磁コイル4aについて、温度センサ26で検出されるコイル温度と、推定温度との比較結果に基づいて、コイル温度推定手段19で推定される全ての励磁コイル4aの推定温度を補正する。
【選択図】 図1
Description
1.ブレーキペダルを踏み込むことで、電動モータの回転運動を直動機構を介して直線運動に変換して、ブレーキパッドをブレーキディスクに押圧接触させて制動力を付加する電動アクチュエータ(特許文献1)。
2.遊星ローラねじ機構を使用した電動式直動アクチュエータ(特許文献2)。
3.電動モータにおける各相コイルの中性点ターミナルにサーミスタを設け、このサーミスタにより、各相コイルの平均温度を測定する技術(特許文献3)。
4.電動モータが停止状態にある際の、電圧と電流および銅抵抗の温度特性から、コイル温度を推定する技術(特許文献4)。
しかしながら、上記の場合において、抵抗値はコイルだけでなく接点抵抗やFET等の制御素子を含むため、温度依存性の厳密なモデル化は困難な場合がある。また、例えば、電動ブレーキのように、任意の入力に対しての追従動作が求められるとき、インダクタンス等の過渡応答に影響を受けない静的な条件を確実に設けられる保証が困難な場合がある。
しかしながら、例えば、ブレーキに用いる電動式アクチュエータのようなシステムのサーボモータにおいては、電流が所定のコイルに集中して発熱に偏りが生じる場合がある。このとき、特許文献3のように各コイルの平均温度を測定する対策では、未だ熱負荷に余裕のある状態でシステムが停止してしまう可能性がある。
前記の対策として、全てのコイルにそれぞれサーミスタを設けることは、コスト、配線や組立の工数、および実装スペースの面で問題が発生する可能性がある。
前記電動モータ4における複数の励磁コイル4aのうち少なくともいずれか一つの励磁コイル4aに、この励磁コイル4aの温度を検出する温度検出素子26を設け、
前記制御装置2は、
前記複数の励磁コイル4aに流す電流をそれぞれ求める電流検出手段22と、
この電流検出手段22で求められる前記励磁コイル4aの電流と、この励磁コイル4aにおける発熱および放熱特性を含む情報とから、前記複数の励磁コイル4aの推定温度を算出するコイル温度推定手段19と、
前記温度検出素子26が設けられた前記励磁コイル4aについて、前記温度検出素子26で検出される励磁コイル4aの温度と、前記コイル温度推定手段19で推定された前記推定温度との比較結果に基づいて、前記コイル温度推定手段19で推定される全ての励磁コイル4aの推定温度を補正する推定誤差補正手段20とを有することを特徴とする。
前記励磁コイル4aは、電動モータ4において回転のための磁極を構成するコイルである。
前記定められたゲインLは、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。このゲインLは、固定の値としても良く可変の値としても良い。
前記定められた相関は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
一般にゲインLが大きい方が収束速度に優れるため、例えば、コイル温度が急峻に変化しやすい大電流印加時にゲインLを大きくするような処理を入れても良い。このようにゲインLを変化させることで、励磁コイル4aの推定温度を木目細かく早期に補正することができる。
前記定められた値は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
図1に示すように、この電動サーボシステムは、複数の電動モータ装置DBと、電源装置3と、上位ECU17とを有する。各電動モータ装置DBは、電動アクチュエータ(電動式直動アクチュエータ)1と、制御装置2とを有する。先ず、電動アクチュエータ1について説明する。
制御装置2は、制御演算器18、コイル温度推定手段19、推定誤差補正手段20、モータドライバ21、および、電流検出手段である電流センサ22等を有する。制御演算器18、コイル温度推定手段19、推定誤差補正手段20は、例えば、マイクロコンピュータ等のプロセッサ、またはASIC,FPGA,DSP等のハードウェアモジュールで実装しても良い。
[温度変化量]=[熱量]÷[熱容量]
=([周辺部との温度差]×[伝熱係数]+[発熱])÷[熱容量]
上記式において、熱容量は物質の比熱および体積からなる。伝熱係数は、物質の熱伝導率、接触部の熱伝達率、伝熱面積、および伝熱距離からなる。発熱は基本的にコイル銅損からなる。
2…制御装置
4…電動モータ
4a…励磁コイル
6…直動機構
8…ブレーキロータ
9…摩擦部材
19…コイル温度推定手段
20…推定誤差補正手段
22…電流センサ(電流検出手段)
24…相電流制限手段
26…温度センサ(温度検出素子)
Claims (6)
- 電動モータと、この電動モータを制御する制御装置とを備える電動モータ装置において、 前記電動モータにおける複数の励磁コイルのうち少なくともいずれか一つの励磁コイルに、この励磁コイルの温度を検出する温度検出素子を設け、
前記制御装置は、
前記複数の励磁コイルに流す電流をそれぞれ求める電流検出手段と、
この電流検出手段で求められる前記励磁コイルの電流と、この励磁コイルにおける発熱および放熱特性を含む情報とから、前記複数の励磁コイルの推定温度を算出するコイル温度推定手段と、
前記温度検出素子が設けられた前記励磁コイルについて、前記温度検出素子で検出される励磁コイルの温度と、前記コイル温度推定手段で推定された前記推定温度との比較結果に基づいて、前記コイル温度推定手段で推定される全ての励磁コイルの推定温度を補正する推定誤差補正手段と、
を有することを特徴とする電動モータ装置。 - 請求項1に記載の電動モータ装置において、前記コイル温度推定手段は、前記電流検出手段で求められる前記励磁コイルの電流の二乗に比例する値を操作量とし、状態量及び観測量を各相の励磁コイルの推定温度とし、状態遷移行列を各相の励磁コイルの熱容量および熱伝導率とし、前記推定誤差補正手段は、前記温度検出素子で検出された励磁コイルの温度と前記観測量との偏差に定められたゲインを乗じた値のフィードバックを有し、前記制御装置は、これらコイル温度推定手段および推定誤差補正手段を含む状態推定オブザーバを含む電動モータ装置。
- 請求項2に記載の電動モータ装置において、前記状態推定オブザーバは、前記操作量における変化に対して定められた相関をもって前記フィードバックの前記ゲインが変化する機能を有する電動モータ装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電動モータ装置において、前記制御装置は、前記推定誤差補正手段で補正された全ての励磁コイルの推定温度の最大値、および、前記全ての励磁コイルの推定温度の微分値のうち少なくとも一つ以上を用いた値に対し、この値が定められた値以上となったとき、前記推定温度の最大値が推定された励磁コイルの相電流を制限する相電流制限手段を有する電動モータ装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動モータ装置と、電動モータ装置の電動モータの回転運動を直進運動に変換する直動機構とを備え、前記制御装置が、前記直動機構の軸力を制御する軸力制御機能を有する電動式直動アクチュエータ。
- 請求項5に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記電動式直動アクチュエータは、ブレーキロータと、このブレーキロータに接触させる摩擦部材と、この摩擦部材を前記ブレーキロータに接触させる前記直動機構と、この直動機構を駆動する前記電動モータとを備え、前記制御装置は、前記電動モータを制御することにより前記直動機構の軸力であるブレーキ力を制御する電動式直動アクチュエータ。
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