JP6080682B2 - 電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動モータで発生する回転トルクを運動変換機構で直進力に変換し、その直進力で対象物に押圧力を負荷する電動式直動アクチュエータ、およびこの電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置に関する。

車両用ブレーキ装置として、油圧シリンダで摩擦パッドをブレーキディスクに押さえ付けて制動力を発生する油圧ブレーキ装置が採用されてきたが、近年、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）等のブレーキ制御の導入に伴い、油圧回路を使用しない電動ブレーキ装置が注目されている。

電動ブレーキ装置は、電動モータを駆動源とする電動式直動アクチュエータを有し、この電動式直動アクチュエータで摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けて制動力を発生する。

このような電動ブレーキ装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１では、摩擦パッドをブレーキディスクに押し付ける電動式直動アクチュエータとして、電動モータと、その電動モータで発生する回転トルクを直動部材の直進力に変換し、その直動部材で摩擦パッドをブレーキディスクに押し付ける運動変換機構と、ブレーキディスクに負荷される押圧力の大きさを検出する荷重センサとを有するものが採用されている。電動モータの回転トルクは、荷重センサで検出した押圧力の大きさに基づいて制御される。

特開２０１１−２４１８５１号公報

特許文献１の電動式直動アクチュエータを使用する場合、電動モータに一定の電流を印加し続けることで、直動部材からブレーキディスクに負荷する押圧力を保持することができる。このときの電動モータの駆動電流の大きさを低減することができれば、電動モータの消費電力を効果的に抑えることが可能となる。

この発明が解決しようとする課題は、消費電力が低い電動式直動アクチュエータを提供することである。

電動モータの回転トルクを直動部材の直進力に変換し、その直動部材で対象物に押圧力を負荷する運動変換機構においては、対象物から直動部材に作用する反力によって運動変換機構の内部に大きい摩擦力が生じる。この摩擦力はエネルギーロスの原因となり、一般には好ましくないものである。

本願の発明者は、電動式直動アクチュエータの消費電力を低減するために、一般には好ましくないとされる上記摩擦力を押圧力の保持に利用できる可能性に着眼した。すなわち、電動モータの回転トルクを直動部材の直進力に変換し、その直動部材で対象物に押圧力を負荷する運動変換機構は、直動部材から対象物に負荷する押圧力の大きさを変化させたときにヒステリシス特性を示す場合が多い。ヒステリシス特性は、電動モータの回転トルクが増加する過程と電動モータの回転トルクが減少する過程とで、直動部材から対象物に負荷する押圧力の大きさが同じでも、その押圧力を負荷するときの電動モータの回転トルクの大きさが同じにならず、前者が後者よりも大きくなる特性である。この特性は、主に、運動変換機構の内部の摩擦力に起因して生じる。そして、本願の発明者は、この運動変換機構のヒステリシス特性を考慮して電動モータの駆動電流を制御することにより、電動モータの消費電力を低減できる可能性に気付いた。

この着眼に基づき、本願の発明者は、以下の構成を電動式直動アクチュエータに採用したのである。
駆動電流に応じた大きさの回転トルクを発生する電動モータと、
その電動モータの回転トルクを直動部材の直進力に変換し、その直動部材で対象物に押圧力を負荷する運動変換機構と、
前記対象物に負荷される押圧力の大きさを検出する荷重センサと、
その荷重センサで検出される押圧力の大きさに基づいて前記電動モータの駆動電流を制御するモータ制御装置とを有し、
前記運動変換機構は、前記電動モータの回転トルクが増加する過程と前記電動モータの回転トルクが減少する過程とで、前記直動部材から対象物に負荷する押圧力の大きさが同じでも、その押圧力を負荷するときの電動モータの回転トルクの大きさが同じにならず、前者が後者よりも大きくなるヒステリシス特性を示すものを採用し、
前記モータ制御装置は、押圧力を対象物に負荷して保持するときに、前記荷重センサで検出される押圧力の大きさが目標値よりも大きい所定値に到達するまで電動モータの回転トルクを増加させてから、前記荷重センサで検出される押圧力の大きさが目標値に到達するまで電動モータの回転トルクを減少させるように前記電動モータの駆動電流を制御する。

このようにすると、運動変換機構のヒステリシス特性によって、電動モータの回転トルクが減少する過程で押圧力が目標値に到達したときと、電動モータの回転トルクが増加する過程で押圧力が目標値に到達したときとで、目標値の大きさが同じでも、押圧力が目標値に到達したときの電動モータの回転トルクの大きさが同じにならず、前者が後者よりも小さくなる。そして、上記モータ制御装置は、押圧力を対象物に負荷して保持するときに、電動モータの回転トルクが減少する過程で押圧力が目標値に到達するように制御を行なう。そのため、押圧力が目標値に到達したときの電動モータの回転トルクが抑えられ、その後、押圧力を目標値に保持するために要する電動モータの消費電力を低減することができる。

前記目標値は、前記モータ制御装置に外部から入力される荷重指令値とし、前記所定値は、前記荷重指令値よりも所定のオフセット値をもって大きく設定された値とすることができる。すなわち、前記モータ制御装置は、外部から荷重指令値が入力されたときに、前記荷重センサで検出される押圧力の大きさが荷重指令値よりも所定のオフセット値をもって大きく設定された値に到達するまで電動モータの回転トルクを増加させてから、前記荷重センサで検出される押圧力の大きさが荷重指令値に到達するまで電動モータの回転トルクを減少させ、その後、電動モータの回転トルクを保持するように電動モータの駆動電流を制御するものを採用することができる。

また、前記目標値は、前記モータ制御装置に入力される荷重指令値よりも所定のオフセット値をもって小さく設定された値とし、前記所定値は、前記荷重指令値とすることもできる。すなわち、前記モータ制御装置は、外部から荷重指令値が入力されたときに、前記荷重センサで検出される押圧力の大きさが荷重指令値に到達するまで電動モータの回転トルクを増加させてから、前記荷重センサで検出される押圧力の大きさが荷重指令値よりも所定のオフセット値をもって小さく設定された値に到達するまで電動モータの回転トルクを減少させ、その後、押圧力を保持するように前記電動モータの駆動電流を制御するものを採用することができる。

前記電動モータは、回転可能に支持されたロータと、このロータにトルクを生じさせるステータとを有し、そのロータおよびステータは、ロータがステータに対して１回転する間に、ロータに生じるトルクが最大となる回転位相と、ロータに生じるトルクが最小となる回転位相とが交互にあらわれるように構成したものを採用することができる。さらに、前記ロータの回転位相を検出する位相センサを設けることができる。このとき、前記モータ制御装置は、前記荷重センサで検出される押圧力を目標値に保持するとき、前記ロータに生じるトルクが最大となる回転位相のうち、前記押圧力が目標値に一致するときの位相に最も近い回転位相でロータが停止するように電動モータの駆動電流を制御するように構成すると好ましい。このようにすると、対象物に押圧力を負荷したときに、その押圧力の大きさを安定して保持することが可能となる。

トルクが最大となる回転位相でロータを停止させる上記制御は、前記押圧力の目標値があらかじめ設定されたしきい値よりも大きいときにのみ行なうようにすることができる。これにより、前記押圧力の目標値が比較的小さいときにも、安定した押圧力を得ることができる。

前記運動変換機構としては、前記電動モータの回転トルクが入力される回転軸と、この回転軸の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラと、これらの複数の遊星ローラを囲むように配置された外輪部材と、その外輪部材の内周に設けられた螺旋凸条と、その螺旋凸条と係合するように各遊星ローラの外周に設けられた螺旋溝または円周溝とを有する遊星ローラ機構を採用することができる。このようにすると、遊星ローラ機構は減速機構の機能を有するため、運動変換機構としての遊星ローラ機構が、上記ヒステリシス特性を顕著に示す。そのため、遊星ローラ機構を用いた電動式直動アクチュエータに上記制御を適用することにより、電動モータの消費電力を効果的に低減することができる。

また、この発明では、上記電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置として、前記対象物が、車輪と一体に回転するブレーキディスクであり、このブレーキディスクに摩擦パッドを押圧するアクチュエータとして上記の電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置を提供する。

この発明の電動式直動アクチュエータは、押圧力を対象物に負荷して保持するときに、電動モータの回転トルクが減少する過程で押圧力が目標値に到達するように電動モータの駆動電流を制御するので、電動モータの回転トルクが増加する過程で押圧力を目標値に到達させる通常の制御と比較して、押圧力が目標値に到達したときの電動モータの回転トルクが小さい。そのため、押圧力を目標値に保持するときの電動モータの駆動電流を抑制することができ、電動モータの消費電力が低い。

この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータを組み込んだ電動ブレーキ装置を示す断面図 図１のII−II線に沿った断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図１の電動式直動アクチュエータ近傍の拡大断面図 図４のV−V線に沿った断面図 図４の荷重センサ近傍の拡大断面図 図１に示す電動モータの駆動電流を制御するモータ制御装置のブロック図 図７に示すモータ制御装置による制御例を示すフロー図 図７に示すモータ制御装置による他の制御例を示すフロー図 図８に示すに制御フローに従って電動モータの駆動電流を制御したときの電動モータの回転トルクとディスクブレーキに対する押圧力との対応関係を示す図 図９に示すに制御フローに従って電動モータの駆動電流を制御したときの電動モータの回転トルクとディスクブレーキに対する押圧力との対応関係を示す図 運動変換機構として滑りねじ機構を採用した例を示す電動式直動アクチュエータの拡大断面図

図１に、この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータ１を用いた車両用の電動ブレーキ装置を示す。

電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク２を間に挟んで対向する対向片３，４をブリッジ５で連結した形状のキャリパボディ６と、対向片３，４とブレーキディスク２の間にそれぞれ配置された左右一対の摩擦パッド７，８と、一方の対向片３に組み付けられた電動式直動アクチュエータ１とを有する。

キャリパボディ６は、車輪を支持する図示しないナックルに固定されたマウント９（図２参照）でブレーキディスク２の軸方向にスライド可能に支持されている。また、摩擦パッド７，８も、ブレーキディスク２の軸方向に移動可能に支持されている。

図１に示すように、電動式直動アクチュエータ１は、電動モータ１０と、電動モータ１０の回転トルクを直進力に変換する運動変換機構１１と、ブレーキディスク２に負荷される押圧力の大きさを検出する荷重センサ１２とを有する。

図３に示すように、電動モータ１０は、ロータ１３とステータ１４とを有する。ロータ１３は、軸受１５で回転可能に支持されたモータ軸１６と、モータ軸１６に固定したロータコア１７とで構成されている。ステータ１４は、ロータコア１７を囲むように周方向に等間隔に配置された複数のティース１８と、各ティース１８に巻回された電磁コイル１９とを有する。ステータ１４は、電磁コイル１９に通電したときにティース１８とロータコア１７の間に働く電磁力によって、ロータ１３に回転トルクを生じさせる。このときロータ１３に生じる回転トルクは、電磁コイル１９を流れる駆動電流に応じた大きさとなる。すなわち、電磁コイル１９の駆動電流と電動モータ１０の回転トルクは略比例の相関関係を有し、電磁コイル１９に印加する電流が単調増加するに従ってロータ１３に生じる回転トルクも単調増加する。

ここで、ロータ１３に生じる回転トルクの大きさは、ロータ１３がステータ１４に対して１回転する間において完全に一定ではなく、ロータ１３の回転位相に応じてわずかに増減する。すなわち、ロータ１３がステータ１４に対して１回転する間に、ロータ１３に生じる回転トルクが最大となる回転位相と、ロータ１３に生じる回転トルクが最小となる回転位相とが、ティース１８とロータコア１７の位置変化に応じて交互にあらわれる。

図２に示すように、運動変換機構１１は、電動モータ１０と平行に配置された回転軸２０を有する。回転軸２０には、歯車２１が取り付けられている。歯車２１は、回転可能に支持された中間歯車２２を介して、電動モータ１０のモータ軸１６に取り付けられた歯車２３に噛み合っており、電動モータ１０で発生した回転トルクが、歯車２３、中間歯車２２、歯車２１を順に伝達して回転軸２０に入力されるようになっている。

図４に示すように、運動変換機構１１は、電動モータ１０の回転トルクが入力される回転軸２０と、この回転軸２０を囲むように同軸に設けられた外輪部材２４と、回転軸２０に外接すると同時に外輪部材２４に内接する複数の遊星ローラ２５と、これらの遊星ローラ２５を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ２６とを有する。

外輪部材２４は、対向片３に形成された収容孔２７内に収容され、この収容孔２７の内面で軸方向に移動可能に支持されている。外輪部材２４の軸方向前端には、係合凸部２８が形成されている。摩擦パッド７の背面には、係合凸部２８に係合する係合凹部２９が形成されている。外輪部材２４は、この係合凸部２８と係合凹部２９の係合によって回り止めされている。

図５に示すように、遊星ローラ２５は、周方向に一定の間隔をおいて複数配置されている。各遊星ローラ２５は、回転軸２０の外周および外輪部材２４の内周にそれぞれ転がり接触している。回転軸２０の外周は円筒面である。回転軸２０が回転したとき、遊星ローラ２５は回転軸２０と外輪部材２４の間を自転しながら公転する。すなわち、遊星ローラ２５は、回転軸２０の外周から受ける回転力によって自転し、これと同時に外輪部材２４の内周を転がることによって公転する。

外輪部材２４の内周には、螺旋凸条３０が設けられている。螺旋凸条３０は、円周方向に対して斜めに延びる螺旋状の凸状である。遊星ローラ２５の外周には、螺旋凸条３０と係合する円周溝３１が設けられている。遊星ローラ２５が外輪部材２４の内周を転がるとき、外輪部材２４と遊星ローラ２５は、螺旋凸条３０と円周溝３１の案内作用によって軸方向に相対移動する。この実施形態では遊星ローラ２５の外周にリード角が０度の円周溝３１を設けているが、円周溝３１のかわりに、螺旋凸条３０と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。

図４に示すように、キャリヤ２６は、複数の遊星ローラ２５の中心をそれぞれ軸方向に貫通する複数のキャリヤピン２６Ａと、この複数のキャリヤピン２６Ａのそれぞれの軸方向前端を互いに連結する環状のキャリヤプレート２６Ｃと、複数のキャリヤピン２６Ａのそれぞれの軸方向後端を互いに連結する環状のキャリヤ本体２６Ｂとからなる。各キャリヤピン２６Ａは、軸受３２を介して遊星ローラ２５を自転可能に支持している。

各キャリヤピン２６Ａの両端には、それぞれ縮径リングばね３３が取り付けられている。縮径リングばね３３は、周方向に間隔をおいて配置されたすべてのキャリヤピン２６Ａに外接するように装着されている。この縮径リングばね３３は、各キャリヤピン２６Ａを半径方向内方に付勢し、その付勢力によって遊星ローラ２５を回転軸２０の外周に押圧し、回転軸２０と遊星ローラ２５の間の滑りを防止する。

キャリヤ本体２６Ｂの内周には、滑り軸受３４が取り付けられている。キャリヤ本体２６Ｂは、この滑り軸受３４を介して回転軸２０で支持され、回転軸２０に対して相対回転可能となっている。キャリヤ本体２６Ｂと各遊星ローラ２５の間には、遊星ローラ２５を自転可能に支持するスラスト軸受３５が組み込まれている。キャリヤプレート２６Ｃとキャリヤ本体２６Ｂは、隣り合う遊星ローラ２５の間を軸方向に延びる連結棒３６で連結され、この連結によって、キャリヤプレート２６Ｃとキャリヤ本体２６Ｂの両者が一体回転するようになっている。

荷重センサ１２は、軸方向に対向する円環板状のフランジ部材４０および支持部材４１と、磁界を発生する磁気ターゲット４２と、磁界の強さを検出する磁気センサ４３とを有する。磁気ターゲット４２はフランジ部材４０に固定され、磁気センサ４３は支持部材４１に固定されている。ここで、磁気ターゲット４２と磁気センサ４３は、フランジ部材４０に軸方向荷重が入力されたときにフランジ部材４０のたわみ変形によって磁気センサ４３の出力が変化するように対向配置されている。図６に示すように、磁気ターゲット４２は、磁気ターゲット４２と磁気センサ４３の相対変位方向に対して直交する方向を磁化方向とする２個の永久磁石４４，４４を、一方の永久磁石４４のＮ極と他方の永久磁石４４のＳ極とが隣接するように配置したものである。磁気センサ４３は、磁気ターゲット４２を構成する２個の永久磁石４４の隣り合う磁極の境目の近傍に配置されている。

キャリヤ２６とフランジ部材４０の間には、キャリヤ２６と一体に公転する間座４５と、間座４５とフランジ部材４０の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受４６とが組み込まれている。フランジ部材４０の内周には、回転軸２０を回転可能に支持する転がり軸受４７が組み込まれている。

図４に示すように、荷重センサ１２は、フランジ部材４０および支持部材４１の外周縁を、収容孔２７の内周に装着した止め輪４８，４９で係止することによって軸方向の前方および後方への移動が規制されている。そして、この荷重センサ１２は、間座４５とスラスト軸受４６を介してキャリヤ本体２６Ｂを軸方向に支持することで、キャリヤ２６の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ２６は、回転軸２０の軸方向前端に装着された止め輪５０で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ２６は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ２６に保持された遊星ローラ２５も軸方向移動が規制された状態となっている。

上記の運動変換機構１１は、電動モータ１０から回転軸２０に回転トルクが入力されたとき、遊星ローラ２５がキャリヤピン２６Ａを中心に自転しながら回転軸２０を中心に公転する。このとき螺旋凸条３０と円周溝３１の係合によって外輪部材２４と遊星ローラ２５が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ２５はキャリヤ２６と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ２５は軸方向に移動せず、外輪部材２４が軸方向に移動する。このように、運動変換機構１１は、電動モータ１０の回転トルクを外輪部材２４の軸方向の直進力に変換し、その外輪部材２４で摩擦パッド７をブレーキディスク２に押し付けて、ブレーキディスク２に押圧力を負荷する。このとき、外輪部材２４はブレーキディスク２から摩擦パッド７を介して軸方向の反力を受け、その反力は、遊星ローラ２５、キャリヤ２６、間座４５、スラスト軸受４６を介してフランジ部材４０に伝達する。そして、その反力によってフランジ部材４０が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４２と磁気センサ４３の相対位置が変化する。この相対位置の変化に応じて磁気センサ４３の出力信号が変化するので、磁気センサ４３の出力信号に基づいて、ブレーキディスク２に負荷される押圧力の大きさを検出することができる。

電動モータ１０は、図７に示すモータ制御装置５１に接続されている。モータ制御装置５１は、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさに基づいて電動モータ１０の駆動電流を制御するものである。このモータ制御装置５１には、ブレーキＥＣＵ５２から荷重指令値Ｆが入力され、荷重センサ１２から押圧力の大きさを示す信号が入力され、位相センサ５３から電動モータ１０のロータ１３の回転位相を示す信号が入力される。ブレーキＥＣＵ５２は、車両の運転者によるブレーキペダルの操作量等に基づいて各車輪の電動ブレーキ装置を制御する電子制御ユニットである。位相センサ５３は、例えば、電動モータ１０に電力を供給する線間電圧に基づいてロータ１３の回転位相を推定する電源装置である。また、位相センサ５３として、電動モータ１０に組み込んだレゾルバやホール素子を採用することも可能である。

ところで、この電動ブレーキ装置は、電動モータ１０に電流を印加することで、外輪部材２４からブレーキディスク２に押圧力を負荷し、その後、電動モータ１０に一定の電流を印加し続けることで、ブレーキディスク２に負荷される押圧力の大きさを一定に保持することができる。このときの電動モータ１０の駆動電流の大きさを低減することができれば、電動モータ１０の消費電力を効果的に抑えることが可能となる。

そこで、電動モータ１０の消費電力を抑えるため、この電動ブレーキ装置では、押圧力をブレーキディスク２に負荷して保持するときに、運動変換機構１１のヒステリシス特性を考慮して電動モータ１０の駆動電流を制御することにより、電動モータ１０の消費電力を抑えることを可能としている。以下具体的に説明する。

運動変換機構１１は、外輪部材２４からブレーキディスク２に負荷する押圧力の大きさを変化させたときにヒステリシス特性を示す。ヒステリシス特性は、電動モータ１０の回転トルクが増加する過程と電動モータ１０の回転トルクが減少する過程とで、外輪部材２４からブレーキディスク２に負荷する押圧力の大きさが同じでも、その押圧力を負荷するときの電動モータ１０の回転トルクの大きさが同じにならず、前者が後者よりも大きくなる特性である。この特性は、主に、運動変換機構１１の内部の摩擦力に起因して生じる。

そして、上記のモータ制御装置５１は、押圧力をブレーキディスク２に負荷して保持するときに、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが目標値よりも大きい所定値に到達するまで電動モータ１０の回転トルクを増加させてから、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが目標値に到達するまで電動モータ１０の回転トルクを減少させるように電動モータ１０の駆動電流を制御する。

例えば、図８に示すように、モータ制御装置５１は、ブレーキＥＣＵ５２からモータ制御装置５１に荷重指令値Ｆが入力されたとき（ステップＳ_１）、まず、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが荷重指令値Ｆよりも所定のオフセット値ｄｆをもって大きく設定された値（Ｆ＋ｄｆ）に到達するまで電動モータ１０の回転トルクを増加させ（ステップＳ_２、Ｓ_３）、続いて、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが荷重指令値Ｆに到達するまで電動モータ１０の回転トルクを減少させ（ステップＳ_４、Ｓ_５）、その後、電動モータ１０の回転トルクを保持するように電動モータ１０の駆動電流を制御する（ステップＳ_６）。ここで、オフセット値ｄｆは、荷重指令値Ｆに比べて十分に小さく設定される微小値である。

この制御により、電動モータ１０の消費電力を低減することが可能となる。すなわち、図１０に示すように、電動モータ１０の回転トルクをゼロから増加させると、正効率を示す直線Ｌ_１に沿って押圧力が上昇する。その後、電動モータ１０の回転トルクが減少に転じると、直線Ｌ_２に沿って状態が推移し、直線Ｌ_３に到達するまで押圧力の大きさがほとんど変化しない非線形のヒステリシス特性を示す。更に、電動モータ１０の回転トルクを減少させると、逆効率を示す直線Ｌ_３に沿って押圧力が減少する。ここで、電動モータ１０の回転トルクが減少する過程Ｌ_３で押圧力が荷重指令値Ｆに到達したときと、電動モータ１０の回転トルクが増加する過程Ｌ_１で押圧力が荷重指令値Ｆに到達したときとで、荷重指令値Ｆの大きさが同じでも、押圧力が荷重指令値Ｆに到達したときの電動モータ１０の回転トルクの大きさが同じにならず、前者が後者よりもΔＴの分小さくなる（運動変換機構１１のヒステリシス特性）。そのため、電動モータ１０の回転トルクが減少する過程Ｌ_３で押圧力が荷重指令値Ｆに到達するように制御を行なうことで、押圧力が荷重指令値Ｆ（目標値）に到達したときの電動モータ１０の回転トルクが抑えられ、その後、押圧力を保持するために要する電動モータ１０の消費電力を低減することができる。

ここで、モータ制御装置５１は、荷重センサ１２で検出される押圧力を荷重指令値Ｆに保持するとき、ロータ１３に生じるトルクが最大となる回転位相のうち、押圧力が荷重指令値Ｆに一致するときの位相に最も近い回転位相でロータ１３が停止するように電動モータ１０の駆動電流を制御すると好ましい。すなわち、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが荷重指令値Ｆに到達するまで電動モータ１０の回転トルクを減少させるときに、荷重センサ１２で検出される押圧力が荷重指令値Ｆに完全に一致するときの回転位相でロータ１３を停止させるのではなく、ロータ１３がステータ１４に対して１回転する間にロータ１３に生じるトルクが最大となる回転位相のうち、押圧力が荷重指令値Ｆに一致するときの位相に最も近い回転位相でロータ１３が停止するように電動モータ１０の駆動電流を制御する。これにより、ブレーキディスク２に押圧力を負荷した後、その押圧力の大きさを安定して保持することが可能となる。

トルクが最大となる回転位相でロータ１３を停止させる上記制御は、荷重指令値Ｆがあらかじめ設定されたしきい値よりも大きいときにのみ行なうようにすることができる。これにより、荷重指令値Ｆが比較的小さいときにも、安定した押圧力を得ることができる。

また、例えば、図９に示すように、モータ制御装置５１は、ブレーキＥＣＵ５２からモータ制御装置５１に荷重指令値Ｆが入力されたとき（ステップＳ_１）、まず、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが荷重指令値Ｆに到達するまで電動モータ１０の回転トルクを増加させ（ステップＳ_２、Ｓ_３）、続いて、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが荷重指令値Ｆよりも所定のオフセット値ｄｆをもって小さく設定された値（Ｆ−ｄｆ）に到達するまで電動モータ１０の回転トルクを減少させ（ステップＳ_４、Ｓ_５）、その後、電動モータ１０の回転トルクを保持するように電動モータ１０の駆動電流を制御するようにしてもよい（ステップＳ_６）。

このように電動モータ１０の駆動電流を制御しても、図１１に示すように、電動モータ１０の回転トルクが減少する過程Ｌ_３で押圧力が目標値（Ｆ−ｄｆ）に到達したときと、電動モータ１０の回転トルクが増加する過程Ｌ_１で押圧力が目標値（Ｆ−ｄｆ）に到達したときとで、目標値（Ｆ−ｄｆ）の大きさが同じでも、押圧力が目標値（Ｆ−ｄｆ）に到達したときの電動モータ１０の回転トルクの大きさが同じにならず、前者が後者よりもΔＴの分小さくなる（運動変換機構１１のヒステリシス特性）。そのため、上述のように、電動モータ１０の回転トルクが減少する過程Ｌ_３で押圧力が目標値（Ｆ−ｄｆ）に到達するように制御を行なうことで、押圧力が目標値（Ｆ−ｄｆ）に到達したときの電動モータ１０の回転トルクが抑えられ、その後、押圧力を保持するために要する電動モータ１０の消費電力を低減することができる。

ここでも、モータ制御装置５１は、荷重センサ１２で検出される押圧力を荷重指令値Ｆよりも所定のオフセット値ｄｆをもって小さく設定された目標値に保持するとき、ロータ１３に生じるトルクが最大となる回転位相のうち、押圧力が目標値（Ｆ−ｄｆ）に一致するときの位相に最も近い回転位相でロータ１３が停止するように電動モータ１０の駆動電流を制御すると好ましい。これにより、ブレーキディスク２に押圧力を負荷した後、その押圧力の大きさを安定して保持することが可能となる。

また、トルクが最大となる回転位相でロータ１３を停止させる上記制御は、押圧力の目標値（Ｆ−ｄｆ）があらかじめ設定されたしきい値よりも大きいときにのみ行なうようにすることができる。これにより、押圧力の目標値が比較的小さいときにも、安定した押圧力を得ることができる。

上述の電動ブレーキ装置は、ブレーキディスク２に押圧力を負荷し、その押圧力を目標値に保持するときに、電動モータ１０の回転トルクが減少する過程Ｌ_３で押圧力が目標値に到達するように電動モータ１０の駆動電流を制御するので、電動モータ１０の回転トルクが増加する過程Ｌ_１で押圧力を目標値に到達させる通常の制御と比較して、押圧力が目標値に到達したときの電動モータ１０の回転トルクが小さい。そのため、押圧力を目標値に保持するときの電動モータ１０の駆動電流を抑制することができ、電動モータ１０の消費電力が低い。

また、上記実施形態では、電動モータ１０の回転トルクを直動部材の直進力に変換する運動変換機構１１として、電動モータ１０の回転トルクが入力される回転軸２０と、この回転軸２０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ２５と、これらの複数の遊星ローラ２５を囲むように配置された外輪部材２４と、その外輪部材２４の内周に設けられた螺旋凸条３０と、その螺旋凸条３０と係合するように各遊星ローラ２５の外周に設けられた螺旋溝または円周溝３１とを有する遊星ローラ機構を採用している。このようにすると、遊星ローラ機構は、回転軸２０を１回転させたときに生じる直動部材（ここでは外輪部材２４）の軸方向の移動量が小さく、減速機構の機能を有するため、ヒステリシス特性を顕著に示す。そのため、遊星ローラ機構を用いた電動ブレーキ装置に上記制御を適用することにより、電動モータ１０の消費電力を効果的に低減することができる。

上記モータ制御装置５１は、所定の時間毎に、電動モータ１０で発生する回転トルクを増加させた後に減少させる動作を実行するように電動モータ１０の駆動電流を制御することができる。そして、このとき荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさと電動モータ１０の駆動電流の大きさとの対応関係に基づいて、電動モータ１０で発生する回転トルクが増加するときの電動モータ１０の駆動電流とそのときブレーキディスク２に負荷される押圧力との対応関係（正効率）と、電動モータ１０で発生する回転トルクが減少するときの電動モータ１０の駆動電流とそのときブレーキディスク２に負荷される押圧力との対応関係（逆効率）とを推定し、それを記憶することができる。更に、この記憶した両対応関係に基づいて電動モータ１０の駆動電流を制御するように構成することができる。正効率と逆効率を推定して記憶する動作は、モータ制御装置５１に電源が投入された直後に行なってもよい。

上記実施形態では、電動モータ１０の回転トルクを直動部材（外輪部材２４）の直進力に変換する運動変換機構１１として、遊星ローラ機構を採用した電動式直動アクチュエータを例に挙げて説明したが、この発明は、他の構成の運動変換機構１１（例えば、滑りねじ機構、ボールねじ機構、ボールランプ機構など）を採用した電動式直動アクチュエータにも同様に適用することができる。特に、運動変換機構１１として、上述の遊星ローラ機構や後述の滑りねじ機構を採用すると、電動モータ１０の消費電力を効果的に低減することが可能である。

運動変換機構１１として滑りねじ機構を採用した電動式直動アクチュエータの例を図１２に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

図１２の電動式直動アクチュエータは、電動モータ１０の回転トルクが入力される回転軸６１と、回転軸６１と一体に回転するねじ軸６２と、ねじ軸６２にねじ係合するナット６３と、ナット６３の軸方向後方に配置された荷重センサ１２とを有する。ねじ軸６２は、雄ねじ６４を外周に形成した軸体であり、ナット６３は、雌ねじ６５を内周に形成した筒体である。雄ねじ６４と雌ねじ６５は互いに摩擦接触している。雄ねじ６４および雌ねじ６５は、例えば、ねじ山の断面形状が台形の台形ねじを採用することができる。

ナット６３は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔２７内に、キャリパボディ６に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸６２の軸方向後端にはねじ軸６２と一体に回転する間座４５が設けられ、その間座４５がスラスト軸受４６を介して荷重センサ１２で支持されている。ここで、荷重センサ１２は、間座４５とスラスト軸受４６とねじ軸６２とを介してナット６３を軸方向に支持することで、ナット６３の軸方向後方への移動を規制している。

この電動式直動アクチュエータは、電動モータ１０の回転トルクを回転軸６１に入力することによって、ねじ軸６２とナット６３を相対回転させて、ナット６３を軸方向前方に移動させ、そのナット６３で摩擦パッド７をブレーキディスク２に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、直動部材としてのナット６３は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、ねじ軸６２、間座４５、スラスト軸受４６を介して荷重センサ１２に伝達する。

この滑りねじ機構を運動変換機構１１として採用した電動ブレーキ装置も、押圧力をブレーキディスク２に負荷して保持するときに、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが目標値よりも大きい所定値に到達するまで電動モータ１０の回転トルクを増加させてから、荷重センサ１２で検出される押圧力の大きさが目標値に到達するまで電動モータ１０の回転トルクを減少させるように電動モータ１０の駆動電流を制御することで、押圧力を目標値に保持するときの電動モータ１０の駆動電流を抑制することができ、電動モータ１０の消費電力を低減することができる。

２ ブレーキディスク
７ 摩擦パッド
１０ 電動モータ
１１ 運動変換機構
１２ 荷重センサ
１３ ロータ
１４ ステータ
２０ 回転軸
２４ 外輪部材
２５ 遊星ローラ
２６ キャリヤ
３０ 螺旋凸条
３１ 円周溝
５１ モータ制御装置
５２ ブレーキＥＣＵ
５３ 位相センサ

Claims (7)

1. 駆動電流に応じた大きさの回転トルクを発生する電動モータ（１０）と、
   その電動モータ（１０）の回転トルクを直動部材（２４）の直進力に変換し、その直動部材（２４）で対象物（２）に押圧力を負荷する運動変換機構（１１）と、
   前記対象物（２）に負荷される押圧力の大きさを検出する荷重センサ（１２）と、
   その荷重センサ（１２）で検出される押圧力の大きさに基づいて前記電動モータ（１０）の駆動電流を制御するモータ制御装置（５１）とを有し、
   前記運動変換機構（１１）は、前記電動モータ（１０）の回転トルクが増加する過程（Ｌ_１）と前記電動モータ（１０）の回転トルクが減少する過程（Ｌ_３）とで、前記直動部材（２４）から対象物（２）に負荷する押圧力の大きさが同じでも、その押圧力を負荷するときの電動モータ（１０）の回転トルクの大きさが同じにならず、前者が後者よりも大きくなるヒステリシス特性を示すものを採用し、
   前記モータ制御装置（５１）は、押圧力を対象物（２）に負荷して保持するときに、前記荷重センサ（１２）で検出される押圧力の大きさが目標値よりも大きい所定値に到達するまで電動モータ（１０）の回転トルクを増加させてから、荷重センサ（１２）で検出される押圧力の大きさが目標値に到達するまで電動モータ（１０）の回転トルクを減少させるように前記電動モータ（１０）の駆動電流を制御する電動式直動アクチュエータ。
2. 前記目標値は、前記モータ制御装置（５１）に外部（５２）から入力される荷重指令値（Ｆ）であり、前記所定値は、前記荷重指令値（Ｆ）よりも所定のオフセット値（ｄｆ）をもって大きく設定された値である請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記目標値は、前記モータ制御装置（５１）に外部（５２）から入力される荷重指令値（Ｆ）よりも所定のオフセット値（ｄｆ）をもって小さく設定された値であり、前記所定値は、前記荷重指令値（Ｆ）である請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記電動モータ（１０）は、回転可能に支持されたロータ（１３）と、このロータ（１３）に回転トルクを生じさせるステータ（１４）とを有し、そのロータ（１３）およびステータ（１４）は、ロータ（１３）がステータ（１４）に対して１回転する間に、ロータ（１３）に生じる回転トルクが最大となる回転位相と、ロータ（１３）に生じる回転トルクが最小となる回転位相とが交互にあらわれるように構成され、
   前記ロータ（１３）の回転位相を検出する位相センサ（５３）を設け、
   前記モータ制御装置（５１）は、前記荷重センサ（１２）で検出される押圧力を目標値に保持するとき、前記ロータ（１３）に生じるトルクが最大となる回転位相のうち、前記押圧力が目標値に一致するときの位相に最も近い回転位相でロータ（１３）が停止するように電動モータ（１０）の駆動電流を制御する請求項１から３のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
5. 前記モータ制御装置（５１）は、前記押圧力の目標値があらかじめ設定されたしきい値よりも大きいときにのみ請求項４に記載の制御を行なう請求項４に記載の電動式直動アクチュエータ。
6. 前記運動変換機構（１１）は、前記電動モータ（１０）の回転トルクが入力される回転軸（２０）と、この回転軸（２０）を囲むように同軸に設けられた外輪部材（２４）と、前記回転軸（２０）に外接すると同時に前記外輪部材（２４）に内接する複数の遊星ローラ（２５）と、これらの遊星ローラ（２５）を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ（２６）と、前記外輪部材（２４）の内周に設けられた螺旋凸条（３０）と、その螺旋凸条（３０）と係合するように各遊星ローラ（２５）の外周に設けられた螺旋溝または円周溝（３１）とを有する遊星ローラ機構である請求項１から５のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
7. 前記対象物が、車輪と一体に回転するブレーキディスク（２）であり、このブレーキディスク（２）に摩擦パッド（７）を押し付けるアクチュエータとして請求項１から６のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置。

Images