JP6629017B2 - Electric motor device and electric linear actuator - Google Patents

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Description

この発明は、電動モータ装置および電動式直動アクチュエータに関し、温度分布を考慮して電動モータにおける励磁コイルの領域毎に温度推定を行う技術に関する。   The present invention relates to an electric motor device and an electric linear actuator, and relates to a technology for estimating a temperature for each excitation coil region in an electric motor in consideration of a temperature distribution.

電動モータを用いた電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.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)。
The following technology has been proposed as an electric actuator using an electric motor.
1. An electric actuator that converts the rotational motion of an electric motor into a linear motion via a linear motion mechanism by depressing a brake pedal, and presses a brake pad against a brake disc to apply a braking force (Patent Document 1).
2. An electric linear motion actuator using a planetary roller screw mechanism (Patent Document 2).
3. A technology in which a thermistor is provided at a neutral terminal of each phase coil in an electric motor, and the average temperature of each phase coil is measured by the thermistor (Patent Document 3).
4. A technique for estimating a coil temperature from voltage and current and temperature characteristics of copper resistance when an electric motor is stopped (Patent Document 4).

特開平6−327190号公報JP-A-6-327190 特開2006−194356号公報JP 2006-194356 A 特開平11−234964号公報JP-A-11-234964 特開2004−208453号公報JP-A-2004-208453

特許文献1,2のような電動アクチュエータにおいて、電動モータのコイルに異常が発生するとブレーキ機能が低下する等の恐れがある。この電動モータは車両に対する搭載スペースが非常に限られており、また電動モータのサイズが増加することによる車両のバネ下重量の増加が乗員の乗り心地の悪化を招く問題がある。このため、モータコイルの銅損を下げて発熱量を下げる設計は困難となる場合がある。   In the electric actuators disclosed in Patent Literatures 1 and 2, when an abnormality occurs in the coil of the electric motor, there is a possibility that the braking function is reduced. This electric motor has a very limited mounting space for the vehicle, and an increase in the unsprung weight of the vehicle due to an increase in the size of the electric motor causes a problem that the riding comfort of the occupant is deteriorated. Therefore, it may be difficult to reduce the heat loss by reducing the copper loss of the motor coil.

上記の事態を回避するために、モータコイルの温度管理が求められ、そのためにモータコイル温度を精度良く推定する必要がある。例えば、特許文献4に示されるような、銅の抵抗値の温度依存特性を用いてモータコイル温度を推定する手法がある。
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。
In order to avoid the above situation, it is necessary to control the temperature of the motor coil, and therefore, it is necessary to accurately estimate the motor coil temperature. For example, there is a method of estimating the motor coil temperature using the temperature dependence of the resistance value of copper as disclosed in Patent Document 4.
However, in the above case, since the resistance value includes not only the coil but also a contact resistance and a control element such as an FET, it may be difficult to precisely model the temperature dependence. Further, for example, when a follow-up operation to an arbitrary input is required as in the case of an electric brake, it may be difficult to guarantee that a static condition that is not affected by transient response such as inductance is reliably provided. .

上記の過渡応答に影響を受けない手法として、例えば、特許文献3に示すような、モータコイルにサーミスタ等の感温素子を配置する対策が一般的に用いられる。
しかしながら、例えば、急激に大きなトルクを発揮する場合などの発熱が熱伝達より比較的早いような場合において、励磁コイル中の放熱し難い部分などが局所的に発熱する温度分布が生じる場合がある。このとき、特許文献3のようなコイル端部、あるいはコイル表層などに感温素子を配設する場合、コイルが熱負荷により異常を生じたり、前記の温度分布を考慮して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。しかしながら、前記の対策としてコイル全体の温度を観測できるよう感温抵抗を設けることは困難であり、コストや実装スペースの面で問題が発生する可能性がある。
As a method that is not affected by the above transient response, for example, a countermeasure such as that disclosed in Patent Document 3 in which a temperature-sensitive element such as a thermistor is disposed in a motor coil is generally used.
However, for example, when heat generation is relatively quicker than heat transfer, such as when a suddenly large torque is exerted, a temperature distribution may occur in which a portion of the excitation coil that is difficult to dissipate heat locally. At this time, when the temperature sensing element is disposed at the coil end portion or the coil surface layer as in Patent Document 3, the coil may be abnormal due to the thermal load, or the thermal load may be insufficient in consideration of the temperature distribution. Under certain conditions, the system may stop. However, it is difficult to provide a temperature-sensitive resistor so that the temperature of the entire coil can be observed as the above countermeasure, which may cause problems in terms of cost and mounting space.

この発明の目的は、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消できると共に、励磁コイルの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる電動モータ装置および電動式直動アクチュエータを提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric motor device and an electric linear actuator which can reduce the cost and solve the problem of the mounting space, and can accurately perform temperature estimation in consideration of the temperature distribution of the exciting coil. is there.

この発明の電動モータ装置Msは、電動モータ4と、この電動モータ4を制御する制御装置2とを備える電動モータ装置において、
前記電動モータ4における励磁コイル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が設けられ、
前記制御装置2は、
前記励磁コイル4aに流す電流を求める電流検出手段22と、
前記励磁コイル4aにおける複数の領域に対して、前記電流検出手段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、前記励磁コイル4aにおける複数の領域の推定温度をそれぞれ算出するコイル温度推定手段19と、
前記温度検出素子26で検出される前記励磁コイル4aの温度と、前記コイル温度推定手段19で推定された前記複数の領域の推定温度のうち前記温度検出素子26に位置が最も近い領域の推定温度との比較結果に基づいて、前記励磁コイル4aにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する温度分布等推定手段20と、を有することを特徴とする。
前記「複数の領域」とは、温度検出素子26が設けられる、定められたティース28aに複数層に巻回された励磁コイル4aにつき、この巻回された励磁コイル4aをモータ中心軸に垂直な平面で切断して視た断面において、例えば、前記ティース28aの外表面に対して相対的に距離が異なる複数層のコイル領域を指す。その他、複数の領域の分け方は、コイル巻線等の各仕様に応じて、設計者が適宜設定するものとする。
An electric motor device Ms of the present invention is an electric motor device including an electric motor 4 and a control device 2 for controlling the electric motor 4,
A temperature detecting element 26 for detecting the temperature of the exciting coil 4a is provided on the exciting coil 4a of the electric motor 4,
The control device 2 includes:
Current detection means 22 for obtaining a current flowing through the exciting coil 4a;
For a plurality of regions in the exciting coil 4a, a plurality of regions in the exciting coil 4a are determined based on a current of the exciting coil 4a obtained by the current detecting means 22 and information including heat generation and heat radiation characteristics in the exciting coil 4a. Coil temperature estimating means 19 for calculating the estimated temperature of the region,
The temperature of the exciting coil 4a detected by the temperature detecting element 26 and the estimated temperature of the area closest to the temperature detecting element 26 among the estimated temperatures of the plurality of areas estimated by the coil temperature estimating means 19. And a temperature distribution or the like estimating means 20 for estimating a temperature distribution in a plurality of regions or a local maximum temperature in the excitation coil 4a based on a comparison result with the above.
The “plurality of regions” refers to the excitation coil 4a wound in a plurality of layers around a predetermined tooth 28a provided with the temperature detecting element 26, and the wound excitation coil 4a is perpendicular to the motor center axis. In a cross section viewed by cutting on a plane, for example, it indicates a plurality of layers of coil regions having different distances relative to the outer surface of the teeth 28a. In addition, the method of dividing the plurality of regions is appropriately set by a designer according to each specification such as a coil winding.

この構成によると、電流検出手段22は励磁コイル4aに流す電流を求める。コイル温度推定手段19は、求められる励磁コイル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、前記励磁コイル4aにおける複数の領域の推定温度を算出する。温度分布等推定手段20は、温度検出素子26で検出される励磁コイル4aの温度と、コイル温度推定手段19で推定された前記複数の領域の推定温度のうち温度検出素子26に位置が最も近い領域の推定温度とを比較する。温度分布等推定手段20は、この比較結果に基づいて、励磁コイル4aにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する。   According to this configuration, the current detecting means 22 obtains a current flowing through the exciting coil 4a. The coil temperature estimating means 19 calculates the estimated temperatures of a plurality of regions in the exciting coil 4a from the obtained current of the exciting coil 4a and information including heat generation and heat radiation characteristics of the exciting coil 4a. The temperature distribution or the like estimating means 20 determines the temperature of the exciting coil 4 a detected by the temperature detecting element 26 and the position closest to the temperature detecting element 26 among the estimated temperatures of the plurality of regions estimated by the coil temperature estimating means 19. Compare with the estimated temperature of the area. The temperature distribution etc. estimating means 20 estimates the temperature distribution or the local maximum temperature in a plurality of regions in the exciting coil 4a based on the comparison result.

ところで、急激に大きなトルクを発揮する場合などの発熱が熱伝達より比較的早いような場合において、励磁コイル中の放熱し難い部分などが局所的に発熱する温度分布が生じ得る。このような場合においても、温度分布等推定手段20は、コイル全体の温度を観測することなく、前記比較結果に基づいて、励磁コイル4aにおける複数の領域の温度分布および局所的な最大温度を推定することができる。したがって、コイル全体の温度を観測するような技術に対し、この構成は温度検出素子26を少なくとも一つの励磁コイル4aに設ければ足りるため、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消することができる。また励磁コイル4aの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる。   By the way, when the heat generation is relatively quicker than the heat transfer, such as when a suddenly large torque is exerted, a temperature distribution may occur in which a portion of the excitation coil that is difficult to dissipate heat locally. Even in such a case, the temperature distribution or the like estimating means 20 estimates the temperature distribution and the local maximum temperature of a plurality of regions in the exciting coil 4a based on the comparison result without observing the temperature of the entire coil. can do. Therefore, in comparison with the technique of observing the temperature of the entire coil, this configuration suffices to provide the temperature detecting element 26 on at least one exciting coil 4a, so that cost can be reduced and the problem of mounting space can be solved. . Further, it is possible to accurately perform temperature estimation in consideration of the temperature distribution of the exciting coil 4a.

前記電動モータ4におけるモータステータ27は、リング状のステータコア部28と、このステータコア部28の周面に複数並んで形成され径方向に突出する各ティース28aに巻回される前記励磁コイル4aとを有し、
前記励磁コイル4aにおける複数の領域は、
前記温度検出素子26が設けられる、定められたティース28aに複数層に巻回された前記励磁コイル4aにつき、前記定められたティース28aを基準として、
前記ティース28aの外表面に最も近い層の近接領域Kaと、
前記ティース28aの外表面から最も離隔した層の離隔領域Raと、
これら近接領域Kaと離隔領域Raとの間の中間領域Taと、を含むものであっても良い。
前記定められたティース28aは、例えば、励磁コイル4aに温度検出素子26を設ける組立工数等を考慮して適宜に定められる。
The motor stator 27 of the electric motor 4 includes a ring-shaped stator core 28 and a plurality of the exciting coils 4a wound around respective teeth 28a which are formed in a plurality on the peripheral surface of the stator core 28 and project in the radial direction. Have
The plurality of regions in the excitation coil 4a include:
With respect to the excitation coil 4a which is provided with the temperature detecting element 26 and is wound in a plurality of layers around a predetermined tooth 28a, the predetermined tooth 28a is used as a reference.
A proximity region Ka of a layer closest to the outer surface of the tooth 28a;
A separation region Ra of a layer most separated from the outer surface of the tooth 28a;
An intermediate region Ta between the proximity region Ka and the separation region Ra may be included.
The determined teeth 28a are appropriately determined in consideration of, for example, the number of assembly steps for providing the temperature detecting element 26 on the exciting coil 4a.

この場合、ティース28aの外表面に最も近い層の近接領域Kaにある励磁コイル4aから、ステーコア部28への放熱が主要な放熱となる。また各接触領域同士で温度差に応じた熱伝導が発生する。その他、最も離隔した層の離隔領域Raにある励磁コイル4aから、例えば空気中に放熱する。ティース28aの外表面に対して内外周の関係で温度分布が発生しやすいため、前記複数の領域を、前記のようにティース28aの外表面に対し近接領域Kaと離隔領域Raと中間領域Taとに分けることが好適となる。   In this case, heat radiation from the excitation coil 4a in the proximity region Ka of the layer closest to the outer surface of the teeth 28a to the stay core portion 28 is the main heat radiation. In addition, heat conduction occurs between the contact areas according to the temperature difference. In addition, heat is radiated from, for example, air into the air from the excitation coil 4a located in the separation area Ra of the most distant layer. Since the temperature distribution is likely to occur due to the inner and outer circumferences with respect to the outer surface of the tooth 28a, the plurality of regions are divided into the proximity region Ka, the separation region Ra, the intermediate region Ta, and the outer surface of the tooth 28a as described above. It is preferable to divide into

前記コイル温度推定手段19は、前記電流検出手段22で求められる前記励磁コイル4a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領域の励磁コイル4aの推定温度とし、状態遷移行列を各領域の励磁コイル4aの熱容量および熱伝導率と、前記制御装置2は、前記コイル温度推定手段19および前記温度分布等推定手段20を含む状態推定オブザーバ29を含むものとしても良い。
前記定められたゲインは、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。このゲインは、固定の値としても可変の値として良い。
The coil temperature estimating unit 19 sets a value proportional to the square of the current of the exciting coil 4a obtained by the current detecting unit 22 as an operation amount, and sets a state amount and an observed amount as estimated temperatures of the exciting coil 4a in each region, the state transition matrix and heat capacity and thermal conductivity of the exciting coil 4a of each region, prior Symbol controller 2, the state estimation observer including the coil temperature estimating means 19 and the temperature distribution, etc. estimator 20 29 may be included.
The determined gain is determined by, for example, a result of a test, a simulation, or the like. This gain may be a fixed value or a variable value.

前記状態推定オブザーバ29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フィードバックのゲインが変化する機能を有するものとしても良い。
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。
It said state estimation observer 29, may have a function of gain of the feedback with a correlation that is defined for the change in the manipulated variable is changed.
The determined correlation is determined by, for example, a result of a test, a simulation, or the like.
In general, the larger the gain L, the better the convergence speed. Therefore, for example, a process for increasing the gain L when a large current is applied where the coil temperature tends to change sharply may be inserted. By changing the gain L in this way, the estimated temperature of the exciting coil 4a can be corrected quickly and finely.

前記制御装置2は、前記温度分布等推定手段20で推定された前記最大温度、および、そ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、前記最大温度が推定された前記励磁コイル4aの相電流を制限する相電流制限手段24を有するものとしても良い。
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。
The control device 2 has determined that the maximum temperature estimated by the temperature distribution etc. estimating means 20 and a value obtained by using at least one of the differential values thereof have become equal to or greater than a predetermined value. At this time, a phase current limiting means 24 for limiting a phase current of the exciting coil 4a whose maximum temperature is estimated may be provided.
The determined value is determined based on a result of a test, a simulation, or the like, for example.

この構成によると、相電流制限手段24は、温度分布等推定手段20で推定された前記最大温度、および、そ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か否かを判定する。定められた値以上となったとの判定で、最大温度が推定された励磁コイル4aの相電流を制限する。したがって、所定の励磁コイル4aに負荷が集中した際にこの励磁コイル4aの相電流を制限することで、励磁コイル4aの熱劣化を確実に防止することができる。   According to this configuration, the phase current limiting unit 24 determines this value with respect to the maximum temperature estimated by the temperature distribution or the like estimating unit 20 and a value using at least one of its differential values. It is determined whether the value is equal to or greater than the value. When it is determined that the maximum temperature has been reached, the phase current of the exciting coil 4a whose maximum temperature has been estimated is limited. Therefore, by limiting the phase current of the excitation coil 4a when a load is concentrated on the predetermined excitation coil 4a, it is possible to reliably prevent the excitation coil 4a from being thermally degraded.

この発明の電動式直動アクチュエータ1は、この発明のいずれかの電動モータ装置Msと、電動モータ装置Msの前記電動モータ4の回転運動を直進運動に変換する直動機構6とを備え、前記制御装置2が、前記電動モータを制御する。制御装置2が、直動機構6の軸力を例えば一定に保持するように制御するとき、モータ相電流は常に一定に印加され続ける。このため各励磁コイル4aの損失がばらつき、各励磁コイル4aは互いに温度差が生じる。このように各励磁コイル4aに温度差が生じる場合であっても、全ての励磁コイル4aの温度検出精度を向上していることで、励磁コイル4aの熱劣化を確実に防止する対策を講じることができる。 The electric linear motion actuator 1 of the present invention includes any one of the electric motor devices Ms of the present invention, and a linear motion mechanism 6 that converts a rotational motion of the electric motor 4 of the electric motor device Ms into a linear motion. The control device 2 controls the electric motor . When the control device 2 controls the axial force of the linear motion mechanism 6 to be kept constant, for example, the motor phase current is constantly applied constantly. For this reason, the loss of each excitation coil 4a varies, and each excitation coil 4a has a temperature difference from each other. Even if a temperature difference occurs between the respective excitation coils 4a, measures to reliably prevent thermal deterioration of the excitation coils 4a should be taken by improving the temperature detection accuracy of all the excitation coils 4a. Can be.

この発明の電動モータ装置は、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が設けられ、前記制御装置は、前記励磁コイルに流す電流を求める電流検出手段と、前記励磁コイルにおける複数の領域に対して、前記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、前記励磁コイルにおける複数の領域の推定温度をそれぞれ算出するコイル温度推定手段と、前記温度検出素子で検出される前記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複数の領域の推定温度のうち前記温度検出素子に位置が最も近い領域の推定温度との比較結果に基づいて、前記励磁コイルにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する温度分布等推定手段と、を有する。このため、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消できると共に、励磁コイルの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる。   An electric motor device according to the present invention is an electric motor device including an electric motor and a control device that controls the electric motor, wherein an exciting coil of the electric motor is provided with a temperature detecting element that detects a temperature of the exciting coil. The control device includes: a current detection unit that obtains a current flowing through the excitation coil; a plurality of regions in the excitation coil; a current of the excitation coil obtained by the current detection unit; Coil temperature estimating means for calculating estimated temperatures of a plurality of regions in the exciting coil from information including heat radiation characteristics, the temperature of the exciting coil detected by the temperature detecting element, and the coil temperature estimating means Comparison between the estimated temperature of the plurality of regions and the estimated temperature of the region closest to the temperature detecting element Based on the results, having a temperature distribution such as estimating means for estimating the temperature distribution or local maximum temperatures of a plurality of regions in the exciting coil. Therefore, it is possible to reduce the cost and solve the problem of the mounting space, and it is possible to accurately perform the temperature estimation in consideration of the temperature distribution of the exciting coil.

この発明の実施形態に係る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。FIG. 2 is a block diagram of a control system of the electric linear actuator according to the embodiment of the present invention. 同電動式直動アクチュエータを概略示す図である。It is a figure which shows the same electric linear motion actuator schematically. 同電動式直動アクチュエータの電動モータのモータステータの断面図である。It is sectional drawing of the motor stator of the electric motor of the same electric linear motion actuator. 図3のA部の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a portion A in FIG. 3. 同電動式直動アクチュエータで所定のモータトルクを発揮した際の各領域の温度上昇の概念図である。It is a conceptual diagram of the temperature rise of each area | region when a predetermined motor torque is exhibited by the electric linear actuator. 同電動式直動アクチュエータのコイル温度推定器および推定誤差補正器の一構成例を示す図である。It is a figure showing an example of 1 composition of a coil temperature estimator and an estimation error amendment device of the electric linear actuator.

この発明の実施形態に係る電動モータ装置を含む電動モータシステムを図1ないし図6と共に説明する。この実施形態では、電動モータ装置を、車両用の電動式直動アクチュエータに適用した例を示すが、この例に限定されるものではない。
図1に示すように、この電動モータシステムは、車両の車輪毎に設けられる複数の電動式直動アクチュエータ1と、電源装置3と、上位ECU17とを有する。各電動式直動アクチュエータ1は、電動モータ装置Msと、減速機構5と、直動機構6とを備えている。電動モータ装置Msは、電動モータ4と、制御装置2とを有する。この実施形態では、電動モータ4と、減速機構5と、直動機構6とを備えた電動ブレーキアクチュエータDaが構成される。先ず、電動ブレーキアクチュエータDaについて説明する。
An electric motor system including an electric motor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an example is shown in which the electric motor device is applied to an electric linear motion actuator for a vehicle, but the present invention is not limited to this example.
As shown in FIG. 1, this electric motor system includes a plurality of electric linear actuators 1 provided for each wheel of the vehicle, a power supply device 3, and a host ECU 17. Each electric linear actuator 1 includes an electric motor device Ms, a speed reduction mechanism 5, and a linear motion mechanism 6. The electric motor device Ms includes the electric motor 4 and the control device 2. In this embodiment, an electric brake actuator Da including the electric motor 4, the speed reduction mechanism 5, and the linear motion mechanism 6 is configured. First, the electric brake actuator Da will be described.

図2に示すように、電動ブレーキアクチュエータDaは、電動モータ4と、この電動モータ4の回転を減速する減速機構5と、直動機構6と、駐車ブレーキであるパーキングブレーキ機構7と、ブレーキロータ8と、摩擦部材9とを有する。電動モータ4、減速機構5、および直動機構6は、例えば、図示外のハウジング等に組み込まれる。電動モータ4は3相の同期モータ等からなる。   As shown in FIG. 2, the electric brake actuator Da includes an electric motor 4, a reduction mechanism 5 for reducing the rotation of the electric motor 4, a linear motion mechanism 6, a parking brake mechanism 7 serving as a parking brake, and a brake rotor. 8 and a friction member 9. The electric motor 4, the speed reduction mechanism 5, and the linear motion mechanism 6 are incorporated in, for example, a housing or the like (not shown). The electric motor 4 comprises a three-phase synchronous motor or the like.

減速機構5は、電動モータ4の回転を、回転軸10に固定された3次歯車11に減速して伝える機構であり、1次歯車12、中間歯車13、および3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1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3次歯車11に伝達可能としている。   The reduction mechanism 5 is a mechanism that transmits the rotation of the electric motor 4 to the tertiary gear 11 fixed to the rotating shaft 10 at a reduced speed, and includes a primary gear 12, an intermediate gear 13, and a tertiary gear 11. In this example, the reduction mechanism 5 reduces the rotation of the primary gear 12 attached to the rotor shaft 4 a of the electric motor 4 by the intermediate gear 13, and reduces the rotation of the tertiary gear 11 fixed to the end of the rotation shaft 10. It can be transmitted to.

摩擦部材操作手段である直動機構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に対して摩擦部材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部材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、それが摩擦部材9の押圧力に変換されることにより、直動機構6の軸力であるブレーキ力を発生させる。なおこの電動ブレーキアクチュエータDaを車両に搭載した状態で、車両の外側をアウトボード側といい、車両の中央側をインボード側という。   The linear motion mechanism 6 serving as a friction member operating means converts the rotational motion output from the speed reduction mechanism 5 into a linear motion of the linear motion portion 14 by a feed screw mechanism, and brings the friction member 9 into contact with the brake rotor 8. It is a mechanism for separating. The translation portion 14 is supported so as not to rotate and to be movable in the axial direction indicated by an arrow A1. A friction member 9 is provided at an end of the direct acting portion 14 on the outboard side. By transmitting the rotation of the electric motor 4 to the linear motion mechanism 6 via the speed reduction mechanism 5, the rotational motion is converted into a linear motion, and this is converted into a pressing force of the friction member 9, whereby the linear motion mechanism 6 is transmitted. To generate a braking force which is an axial force of the vehicle. When the electric brake actuator Da is mounted on a vehicle, the outside of the vehicle is called an outboard side, and the center side of the vehicle is called an inboard side.

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(ソレノイドピン)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。   As the actuator 16 of the parking brake mechanism 7, for example, a linear solenoid is applied. The lock member (solenoid pin) 15 is advanced by the actuator 16 and fitted into a locking hole (not shown) formed in the intermediate gear 13 to lock the lock, thereby preventing the rotation of the intermediate gear 13. , Put the parking lock. By releasing the lock member 15 from the locking hole, the rotation of the intermediate gear 13 is allowed, and the unlocked state is set.

図1に示すように、各電動モータ装置Msの制御装置2に、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。なお図1では、一つの電動式直動アクチュエータ1のみ示し、その他の電動式直動アクチュエータについては図示を省略している。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が適用される。また上位ECU17は、各電動モータ装置Msの統合制御機能を有する。上位ECU17から例えばモータ角速度、モータ角度、トルク、およびその他所定負荷、等の目標値指令が、制御装置2の制御演算器18に入力される。   As shown in FIG. 1, the control device 2 of each electric motor device Ms is connected to a power supply device 3 and a host ECU 17 that is a host control unit of each control device 2. In FIG. 1, only one electric linear actuator 1 is shown, and illustration of the other electric linear actuators is omitted. As the host ECU 17, for example, an electric control unit that controls the entire vehicle is applied. Further, the host ECU 17 has an integrated control function of each electric motor device Ms. A target value command such as a motor angular velocity, a motor angle, a torque, and other predetermined loads is input from the host ECU 17 to the control calculator 18 of the control device 2.

電源装置3は、各電動モータ装置Msにおける電動モータ4および制御装置2にそれぞれ電力を供給する。
制御装置2は、制御演算器18、コイル温度推定手段であるコイル温度推定器19、温度分布等推定手段である推定誤差補正器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、コイル温度推定器19、推定誤差補正器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。
The power supply device 3 supplies electric power to the electric motor 4 and the control device 2 in each electric motor device Ms.
The control device 2 includes a control calculator 18, a coil temperature estimator 19 as a coil temperature estimator, an estimation error corrector 20 as a temperature distribution or the like estimator, a motor driver 21, and a current sensor 22 as a current detector. Having. The control calculator 18, the coil temperature estimator 19, and the estimation error corrector 20 may be implemented by, for example, a processor such as a microcomputer or a hardware module such as an ASIC, an FPGA, or a DSP.

制御演算器18は、制御演算機能部23と、相電流制限手段24とを有する。制御演算機能部23は、各種センサの値から、上位ECU17からの制御目標を達成するよう、モータドライバ21の制御信号を生成する。このとき、相電流制限手段24は、コイル温度推定器19の推定結果を参照し、この推定結果に応じて励磁コイル4aを発熱から保護する処理を実行する(後述する)。   The control calculator 18 has a control calculation function unit 23 and a phase current limiting unit 24. The control calculation function unit 23 generates a control signal of the motor driver 21 from the values of the various sensors so that the control target from the host ECU 17 is achieved. At this time, the phase current limiting unit 24 refers to the estimation result of the coil temperature estimator 19 and executes a process of protecting the exciting coil 4a from heat generation according to the estimation result (described later).

モータドライバ21は、電源装置3の直流電力を電動モータ4の駆動に用いる三相の交流電力に変換する。このモータドライバ21は、例えば、MOSFETのようなスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路等を構成しても良い。またモータドライバ21は、前記スイッチ素子を瞬時に駆動するようなプリドライバを含んでも良い。   The motor driver 21 converts the DC power of the power supply device 3 into three-phase AC power used for driving the electric motor 4. The motor driver 21 may constitute, for example, a half-bridge circuit using a switching element such as a MOSFET. Further, the motor driver 21 may include a pre-driver that drives the switch element instantaneously.

電流センサ22は、三相の励磁コイル4aに流す電流をそれぞれ求める電流検出手段である。電流センサ22は、前記各種センサの一つであって、例えば、送電経路の周囲に発生する磁界を検出する電流センサを用いても良く、シャント抵抗と作動アンプを用いて電圧降下量を検出する電流センサを用いても良い。前記磁界を検出する電流センサを用いた場合、高効率・高精度で、前記電圧降下量を検出する電流センサを用いた場合、低コストで実装できる。また、三相電流を測定するうえで、例えば、三相のうちいずれか二相のみ電流を計測し、残り一相は三相電流の総和は零となる特性を用いて求めても良い。   The current sensor 22 is a current detection unit that obtains a current flowing through the three-phase excitation coil 4a. The current sensor 22 is one of the various sensors, and may be, for example, a current sensor that detects a magnetic field generated around a power transmission path, and detects a voltage drop amount using a shunt resistor and an operation amplifier. A current sensor may be used. When a current sensor for detecting the magnetic field is used, the current sensor can be mounted at high efficiency and high accuracy, and at a low cost when a current sensor for detecting the amount of voltage drop is used. Further, in measuring the three-phase current, for example, the current may be measured only in any two of the three phases, and the remaining one phase may be obtained by using a characteristic in which the sum of the three-phase currents is zero.

電動モータ4は、励磁コイル4a、ロータ角度センサ25、温度センサ26、永久磁石を有するロータ(図示せず)を備えたブラシレスDCモータが、高速、小型、および高精度を両立する電動サーボシステムには好適である。但し、電動モータ4として、機能的にはブラシ付DCモータやステッピングモータを用いることもできる。励磁コイル4aは、一つのティースに集中して巻く集中巻でも良く、複数のティースにまたがる分布巻でも良い。両者を比較すると、集中巻は小型化が可能で、分布巻は高効率、高出力とすることが可能である。   The electric motor 4 is a brushless DC motor including an exciting coil 4a, a rotor angle sensor 25, a temperature sensor 26, and a rotor (not shown) having a permanent magnet. Is preferred. However, as the electric motor 4, a DC motor with a brush or a stepping motor can also be used functionally. The excitation coil 4a may be a concentrated winding wound around one tooth in a concentrated manner, or a distributed winding extending over a plurality of teeth. Comparing the two, the concentrated winding can be downsized, and the distributed winding can have high efficiency and high output.

図3は、この電動モータ4のモータステータ27の断面図である。このモータステータ27は、例えば、軟質磁性材料からなるステータコア部28と、励磁コイル4aとを有する。ステータコア部28は、外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース28aが円周方向に並んで形成されている。励磁コイル4aは、ステータコア部28の各ティース28aに巻回される。   FIG. 3 is a sectional view of the motor stator 27 of the electric motor 4. The motor stator 27 has, for example, a stator core 28 made of a soft magnetic material and the exciting coil 4a. The stator core portion 28 has a ring shape with an outer peripheral surface having a circular cross section, and has a plurality of teeth 28a protruding toward the inner diameter side formed on the inner peripheral surface thereof arranged in the circumferential direction. The excitation coil 4a is wound around each tooth 28a of the stator core 28.

図4は、図3のA部を拡大して示す部分拡大図である。図3および図4(a)に示すように、温度検出素子である温度センサ26は、励磁コイル4aの温度を検出する。電動モータ4における三相の励磁コイル4aのうち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センサ26を設けている。温度センサ26としては、感温抵抗を用いたサーミスタ、および分圧回路を用いるとシンプルかつ低コストで好適である。   FIG. 4 is a partially enlarged view showing a portion A in FIG. 3 in an enlarged manner. As shown in FIGS. 3 and 4A, the temperature sensor 26 as a temperature detecting element detects the temperature of the exciting coil 4a. One of the three-phase excitation coils 4a of the electric motor 4 is provided with a temperature sensor 26 for detecting the temperature of the excitation coil 4a. It is preferable to use a thermistor using a temperature-sensitive resistor and a voltage dividing circuit as the temperature sensor 26 at a simple and low cost.

また、この例では、円周方向に互いに隣り合うティース28a,28a間における、円周方向に互いに隣り合う励磁コイル4a,4aの間の隙間δに、温度センサ26を配置している。この温度センサ26は、いずれか一方の励磁コイル4aにおける複数の領域(後述する)のうち、ティース28aの外表面から最も離隔した層の離隔領域Raの外周面に接するように配置されている。なお互いに隣り合う励磁コイル4a,4aは、温度センサ26と共にモールド材(図示せず)で覆われていても良い。   In this example, the temperature sensor 26 is disposed in the gap δ between the exciting coils 4a, 4a adjacent to each other in the circumferential direction between the teeth 28a, 28a adjacent in the circumferential direction. The temperature sensor 26 is disposed so as to be in contact with the outer peripheral surface of the separation region Ra of the layer most separated from the outer surface of the teeth 28a among a plurality of regions (described later) in one of the excitation coils 4a. Note that the exciting coils 4a, 4a adjacent to each other may be covered with a mold material (not shown) together with the temperature sensor 26.

図1に示すように、ロータ角度センサ25として、例えば、レゾルバや磁気エンコーダ等のようなセンサを電動モータ4に搭載しても良く、回転中のコイル電圧を用いてロータ角度をいわゆるセンサレスで推定しても良い。磁気エンコーダ等のセンサを用いる場合、低速〜停止状態まで高精度にロータ角度を検出することが可能であり、ロータ角度をセンサレスで推定する場合、省スペース化を図るうえで有利となる。   As shown in FIG. 1, for example, a sensor such as a resolver or a magnetic encoder may be mounted on the electric motor 4 as the rotor angle sensor 25, and the rotor angle is estimated using a rotating coil voltage in a so-called sensorless manner. You may. When a sensor such as a magnetic encoder is used, the rotor angle can be detected with high accuracy from a low speed to a stopped state, and when the rotor angle is estimated without a sensor, it is advantageous in saving space.

この実施形態では、特に、制御装置2に、コイル温度推定器19と、推定誤差補正器20とを設けている。また制御演算器18に相電流制限手段24を設けている。コイル温度推定器19は、励磁コイル4aを複数の領域に分割し、それぞれの領域に対して温度推定を行う。図4(a)は、励磁コイル4aを複数の領域Ra,Ka,Taに分割した一例を示す。後述の理由から、ステータコア部28のティース28aに対して内外周の関係で温度分布が発生しやすいため、本図4(a)のような領域分けが好適と考えられる。   In this embodiment, in particular, the control device 2 is provided with a coil temperature estimator 19 and an estimation error corrector 20. Further, a phase current limiting means 24 is provided in the control calculator 18. The coil temperature estimator 19 divides the exciting coil 4a into a plurality of regions, and performs temperature estimation for each region. FIG. 4A shows an example in which the exciting coil 4a is divided into a plurality of regions Ra, Ka, and Ta. For reasons described below, the temperature distribution is likely to occur due to the inner and outer circumferences of the teeth 28a of the stator core portion 28, and thus it is considered that the area division as shown in FIG.

前記複数の領域は、近接領域Kaと離隔領域Raと中間領域Taとを含む。
近接領域Kaは、温度センサ26が設けられる複数層に巻回された励磁コイル4aにつき、この励磁コイル4aが巻回されるティース28aを基準として、このティース28aの外表面に最も近い層から成る環状領域である。離隔領域Raは、前記ティース28aから最も離隔した層から成る環状領域である。中間領域Taは、これら近接領域Kaと離隔領域Raとの間の層から成る環状領域である。
The plurality of regions include a proximity region Ka, a separation region Ra, and an intermediate region Ta.
The proximity region Ka is formed of a layer closest to the outer surface of the teeth 28a with respect to the teeth 28a around which the exciting coils 4a are wound, with respect to the exciting coils 4a wound around a plurality of layers on which the temperature sensors 26 are provided. An annular area. The separation area Ra is an annular area made of a layer most separated from the teeth 28a. The intermediate region Ta is an annular region composed of a layer between the proximity region Ka and the separation region Ra.

図4(b)は、励磁コイル4aが発熱した際の放熱経路の一例を示す。この例では、ティース28aの外表面に最も近い近接領域Kaのコイル4aaからステータコア28への放熱が主要な放熱となり、各接触領域同士で温度差に応じた熱伝導が発生し、最外周に位置する離隔領域Raから空気中に放熱する。なお、その他の例として、例えば、励磁コイル4aを図示外のモールド材でモールドするような場合は、前記モールド材との接触部が放熱要素となる。その他、複数の領域の分け方は、コイル巻線等の各仕様に応じて、設計者が適宜設定するものとする。   FIG. 4B shows an example of a heat radiation path when the exciting coil 4a generates heat. In this example, the heat radiation from the coil 4aa in the proximity area Ka closest to the outer surface of the tooth 28a to the stator core 28 is the main heat radiation, and heat conduction occurs according to the temperature difference between the respective contact areas. The heat is radiated into the air from the separated area Ra. As another example, when the exciting coil 4a is molded with a molding material (not shown), a contact portion with the molding material serves as a heat radiation element. In addition, the method of dividing the plurality of regions is appropriately set by a designer according to each specification such as a coil winding.

図5は、この電動式直動アクチュエータで所定のモータトルクを発揮した際の各領域の温度上昇の概念図である。所定のモータトルクを発揮している任意の時間において、前述の放熱および熱伝導により、励磁コイル4a(図4)の中間領域Taは近接領域Kaよりも温度が高く、且つ、離隔領域Raは中間領域Taよりも温度が高くなる。   FIG. 5 is a conceptual diagram of a temperature rise in each region when a predetermined motor torque is exerted by the electric linear actuator. At an arbitrary time during which a predetermined motor torque is exerted, the intermediate region Ta of the exciting coil 4a (FIG. 4) has a higher temperature than the adjacent region Ka and the separated region Ra has an intermediate temperature due to the above-described heat radiation and heat conduction. The temperature is higher than in the region Ta.

図1に示すように、コイル温度推定器19は、励磁コイル4aにおける前記複数の領域に対して、電流センサ26で求められる励磁コイル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、励磁コイル4aにおける前記複数の領域の推定温度をそれぞれ算出する。このコイル温度推定器19は複数の部分領域推定器19aを備え、これら部分領域推定器19aが前記複数の領域の推定温度をそれぞれ算出する。   As shown in FIG. 1, the coil temperature estimator 19 includes, for the plurality of regions in the excitation coil 4a, the current of the excitation coil 4a obtained by the current sensor 26 and the heat generation and heat radiation characteristics of the excitation coil 4a. From the information, the estimated temperatures of the plurality of regions in the exciting coil 4a are calculated. The coil temperature estimator 19 includes a plurality of partial area estimators 19a, and these partial area estimators 19a calculate the estimated temperatures of the plurality of areas, respectively.

ここで図6は、この電動式直動アクチュエータのコイル温度推定器19および推定誤差補正器20の一構成例を示す図である。図1および図6に示すように、制御装置2は、コイル温度推定器19および推定誤差補正器20を含む線形の状態推定オブザーバ29を含む。
コイル温度推定器19は、例えば、一般的な伝熱特性式として、次の発熱および放熱特性に基づいて与えられる。
[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]
Here, FIG. 6 is a diagram showing one configuration example of the coil temperature estimator 19 and the estimation error corrector 20 of the electric linear actuator. As shown in FIGS. 1 and 6, the control device 2 includes a linear state estimation observer 29 including a coil temperature estimator 19 and an estimation error corrector 20.
The coil temperature estimator 19 is given, for example, as a general heat transfer characteristic based on the following heat generation and heat radiation characteristics.
[Temperature change amount] = [Heat amount] / [Heat capacity]
= ([Temperature difference from peripheral part] x [Heat transfer coefficient] + [Heat generation]) ÷ [Heat capacity]

上記式において、熱容量は主に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、および伝熱距離等からなる。発熱は主にコイル銅損からなる。放熱は、例えば、ステータコア部やインシュレータ(図示せず)等との温度差や接触部の熱伝達率からなる。   In the above formula, the heat capacity mainly consists of the specific heat and the volume of the substance. The heat transfer coefficient includes the heat conductivity of the substance, the heat transfer coefficient of the contact portion, the heat transfer area, the heat transfer distance, and the like. Heat generation mainly consists of coil copper loss. The heat radiation includes, for example, a temperature difference between the stator core and an insulator (not shown) and a heat transfer coefficient of a contact portion.

以上により、コイル温度推定器19において、状態量を各領域Ra,Ka,Taの励磁コイル4aの推定温度とし、入力である操作量を電流の二乗に比例する各領域Ra,Ka,Taの発熱量とし、状態遷移行列を各領域Ra,Ka,Taの励磁コイル4aの熱容量および伝熱係数としている。前記電流は電流センサ22から与えられる。前記伝熱係数は、離隔領域Raと中間領域Taとの間の伝熱係数と、中間領域Taと近接領域Kaとの間の伝熱係数とを含む。   As described above, in the coil temperature estimator 19, the state quantity is used as the estimated temperature of the excitation coil 4a in each of the regions Ra, Ka, and Ta, and the input operation amount is generated in each of the regions Ra, Ka, and Ta proportional to the square of the current. And the state transition matrix is the heat capacity and heat transfer coefficient of the exciting coil 4a in each of the regions Ra, Ka, and Ta. The current is provided from a current sensor 22. The heat transfer coefficient includes a heat transfer coefficient between the separation area Ra and the intermediate area Ta, and a heat transfer coefficient between the intermediate area Ta and the adjacent area Ka.

ところで温度センサ26を設けた領域Raのコイル温度は、同温度センサ26で直接検出しているため、コイル温度推定器19により推定する必要はない。しかしながら、感温抵抗と分割回路からなる簡潔な測定系を構築する場合など、ノイズの影響を受けやすい場合がある。このような場合には、本実施形態のコイル温度推定器19がフィルタの役割を果たすため、他の領域Ta,Kaと同様にコイル温度推定器19による推定を行うことが好ましい。 Meanwhile coil temperature of a region Ra in which a temperature sensor 26, because it directly detected at the same temperature sensor 26, need not be estimated by the coil temperature estimator 19. However, in some cases, such as when a simple measuring system composed of a temperature-sensitive resistor and a divided circuit is constructed, it is easily affected by noise. In such a case, since the coil temperature estimator 19 of the present embodiment plays the role of a filter, it is preferable to perform the estimation by the coil temperature estimator 19 as in the other regions Ta and Ka.

状態推定オブザーバ29のオブザーバゲインLについて、固定の値としても良く、前記操作量(各領域の発熱量)における変化に対して定められた相関をもって変化する可変の値としても良い。一般にゲイン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し得る。   The observer gain L of the state estimation observer 29 may be a fixed value, or may be a variable value that changes with a predetermined correlation with the change in the operation amount (the amount of heat generated in each area). Generally, the higher the gain, the better the convergence speed. Therefore, for example, a process for increasing the gain L at the time of applying a large current in which the coil temperature is likely to change sharply may be inserted. By changing the gain L in this way, the estimated temperature of the exciting coil 4a can be corrected quickly and finely.

推定誤差補正器20は、温度センサ26で検出される励磁コイル4aの温度と、コイル温度推定器19で推定された各領域Ra,Ka,Taの推定温度のうち温度センサ26に最も近い領域(この例では離隔領域Ra)の推定温度との比較結果に基づいて、コイル温度推定器19で推定された各領域Ra,Ka,Taの推定温度を補正する。推定誤差補正器20は、例えば、差分状態方程式における次ステップ状態量の補正関数や、連続近似状態方程式における状態量微分値の補正関数として実装し得る。   The estimation error corrector 20 determines the temperature of the excitation coil 4a detected by the temperature sensor 26 and the area (Ra, Ka, Ta) estimated by the coil temperature estimator 19 that is closest to the temperature sensor 26 among the areas Ra, Ka, and Ta. In this example, the estimated temperatures of the regions Ra, Ka, and Ta estimated by the coil temperature estimator 19 are corrected based on the comparison result with the estimated temperature of the separation region Ra). The estimation error corrector 20 can be implemented, for example, as a correction function for the next step state quantity in the differential state equation or a correction function for the state quantity differential value in the continuous approximation state equation.

以上により、コイル温度推定器19および推定誤差補正器20を構成することで、励磁コイル4aにおける各領域Ra,Ka,Taのコイル温度を推定することが可能となる。推定された各領域Ra,Ka,Taのコイル温度から、励磁コイル4aにおける複数の領域Ra,Ka,Taの温度分布および局所的な最大温度を得ることができる。なお、図6における加減演算部の符号は、実装時の数式展開に合わせて設定されるものとする。   As described above, by configuring the coil temperature estimator 19 and the estimation error corrector 20, it is possible to estimate the coil temperatures of the respective regions Ra, Ka, and Ta in the exciting coil 4a. From the estimated coil temperatures of the regions Ra, Ka, and Ta, the temperature distribution and the local maximum temperature of the plurality of regions Ra, Ka, and Ta in the exciting coil 4a can be obtained. Note that the sign of the addition / subtraction operation unit in FIG. 6 is set in accordance with the mathematical expression development at the time of mounting.

相電流制限手段24は、図1に示すように、判定部24aと、制限部24bとを有する。判定部24aは、推定誤差補正器20で補正された各領域Ra,Ka,Taの推定温度の最大温度、および、そ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か否かを判定する。制限部24bは、判定部24aで定められた値以上となったと判定されると、推定温度の最大温度が推定される励磁コイル4aの相電流を制限する。   As shown in FIG. 1, the phase current limiting unit 24 has a determining unit 24a and a limiting unit 24b. The determination unit 24a determines the maximum temperature of the estimated temperature of each of the regions Ra, Ka, and Ta corrected by the estimation error corrector 20 and a value using at least one of its differential values. It is determined whether the value is equal to or greater than the set value. When it is determined that the temperature has become equal to or greater than the value determined by the determining unit 24a, the limiting unit 24b limits the phase current of the exciting coil 4a at which the maximum temperature of the estimated temperature is estimated.

この場合において、制限部24bは、例えば、推定された相電流の数%〜数十%を低減するように制限しても良いし、モータ回転速度およびコイル推定温度のいずれか一方または両方に応じて、定められた相電流に制限しても良い。前記定められた相電流は、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。したがって、所定の励磁コイル4aに負荷が集中した際にこの励磁コイル4aの相電流を制限することで、励磁コイル4aの熱劣化を確実に防止することができる。   In this case, for example, the limiting unit 24b may limit the estimated phase current so as to reduce a few% to several tens% of the estimated phase current, or according to one or both of the motor rotation speed and the coil estimated temperature. Thus, the current may be limited to a predetermined phase current. The determined phase current is determined by, for example, a result of a test, a simulation, or the like. Therefore, by limiting the phase current of the excitation coil 4a when a load is concentrated on the predetermined excitation coil 4a, it is possible to reliably prevent the excitation coil 4a from being thermally degraded.

以上説明した電動モータシステムによると、急激に大きなトルクを発揮する場合などの発熱が熱伝達より比較的早いような場合において、励磁コイル中の放熱し難い部分などが局所的に発熱する温度分布が生じ得る。このような場合においても、推定誤差補正器20は、コイル全体の温度を観測することなく、検出される励磁コイル4aの温度と、コイル温度推定器19で推定された各領域Ra,Ka,Taの推定温度のうち温度センサ26に最も近い領域Raの推定温度との比較結果に基づいて、励磁コイル4aにおける複数の領域Ra,Ka,Taの温度分布および局所的な最大温度を推定することができる。   According to the electric motor system described above, when the heat generation such as when suddenly exerting a large torque is relatively faster than the heat transfer, the temperature distribution at which the heat-dissipating portion in the exciting coil locally generates heat is generated. Can occur. Even in such a case, the estimation error corrector 20 detects the temperature of the exciting coil 4a detected and the regions Ra, Ka, Ta estimated by the coil temperature estimator 19 without observing the temperature of the entire coil. It is possible to estimate the temperature distribution and the local maximum temperature of the plurality of regions Ra, Ka, and Ta in the exciting coil 4a based on the result of comparison with the estimated temperature of the region Ra closest to the temperature sensor 26 among the estimated temperatures. it can.

したがって、コイル全体の温度を観測するような技術に対し、この構成は温度センサ26を少なくとも一つの励磁コイル4aに設ければ足りるため、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消することができる。また励磁コイル4aの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる。したがって、特に大きな電流が集中して流れた際の温度検出精度を向上させることができる。
前記温度検出精度の向上により、励磁コイル4aの熱に起因する異常を確実に防止することができる。これにより設計の自由度を高めることが可能となる。
Therefore, in contrast to the technique of observing the temperature of the entire coil, this configuration suffices to provide the temperature sensor 26 on at least one of the exciting coils 4a, so that the cost can be reduced and the mounting space problem can be solved. Further, it is possible to accurately perform temperature estimation in consideration of the temperature distribution of the exciting coil 4a. Therefore, it is possible to improve the temperature detection accuracy when a particularly large current flows in a concentrated manner.
By improving the temperature detection accuracy, it is possible to reliably prevent an abnormality caused by the heat of the exciting coil 4a. This makes it possible to increase the degree of freedom in design.

温度センサ26を、励磁コイル4aにおける近接領域Kaの内周面に配置しても良い。この場合において、例えば、ティース28aの外周面に凹み部を設け、この凹み部に温度センサ26を設けても良い。
前記状態推定オブザーバ29に代えて、例えば、VSSオブザーバに代表される非線形オブザーバを用いても良い。このような非線形オブザーバを用いることで、誤差要因の除去精度が高まる。
The temperature sensor 26 may be arranged on the inner peripheral surface of the proximity area Ka in the exciting coil 4a. In this case, for example, a concave portion may be provided on the outer peripheral surface of the tooth 28a, and the temperature sensor 26 may be provided in the concave portion.
Instead of the state estimation observer 29, for example, a non-linear observer represented by a VSS observer may be used. By using such a non-linear observer, the accuracy of removing error factors is improved.

本実施の電動モータ装置Msを電動プレスに適用しても良い。この電動プレスの押圧力を一定値に保持する場合、モータ電流は一定に印加され続けるため、励磁コイル4aの各領域に温度差が生じるが、制御装置2に、少なくともコイル温度推定器19と推定誤差補正器20とを設けることで、励磁コイル4aの各領域のコイル温度を精度良く求めることが可能となる。   The electric motor device Ms of the present embodiment may be applied to an electric press. When the pressing force of the electric press is maintained at a constant value, the motor current continues to be applied at a constant value, so that a temperature difference occurs in each region of the exciting coil 4a. By providing the error corrector 20, the coil temperature of each region of the exciting coil 4a can be accurately obtained.

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。   Although the embodiments for carrying out the present invention have been described based on the embodiments, the embodiments disclosed herein are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1…電動式直動アクチュエータ
2…制御装置
4…電動モータ
6…直動機構
4a…励磁コイル
19…コイル温度推定器(コイル温度推定手段)
20…推定誤差補正器(温度分布等推定手段)
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)
27…モータステータ
28…ステータコア部
28a…ティース
Ms…電動モータ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric linear motion actuator 2 ... Control device 4 ... Electric motor 6 ... Linear motion mechanism 4a ... Exciting coil 19 ... Coil temperature estimator (coil temperature estimation means)
20: Estimation error corrector (temperature distribution and other estimation means)
22 ... Current sensor (current detection means)
24 phase current limiting means 26 temperature sensor (temperature detecting element)
27 motor stator 28 stator core 28a teeth Ms electric motor device

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が設けられ、
前記制御装置は、
前記励磁コイルに流す電流を求める電流検出手段と、
前記励磁コイルにおける複数の領域に対して、前記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、前記励磁コイルにおける複数の領域の推定温度をそれぞれ算出するコイル温度推定手段と、
前記温度検出素子で検出される前記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複数の領域の推定温度のうち前記温度検出素子に位置が最も近い領域の推定温度との比較結果に基づいて、前記励磁コイルにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する温度分布等推定手段と、を有することを特徴とする電動モータ装置。
In an electric motor device including an electric motor and a control device that controls the electric motor,
A temperature detecting element for detecting a temperature of the exciting coil is provided on the exciting coil in the electric motor,
The control device includes:
Current detection means for obtaining a current flowing through the exciting coil;
For a plurality of regions in the excitation coil, the estimated temperatures of the plurality of regions in the excitation coil are calculated from the current of the excitation coil obtained by the current detection unit and information including heat generation and heat radiation characteristics in the excitation coil. Coil temperature estimating means for calculating each,
A comparison result between the temperature of the exciting coil detected by the temperature detecting element and an estimated temperature of an area closest to the temperature detecting element among the estimated temperatures of the plurality of areas estimated by the coil temperature estimating means. And a temperature distribution or the like estimating means for estimating a temperature distribution or a local maximum temperature of a plurality of regions in the excitation coil based on the electric motor.
請求項1に記載の電動モータ装置において、前記電動モータにおけるモータステータは、リング状のステータコア部と、このステータコア部の周面に複数並んで形成され径方向に突出する各ティースに巻回される前記励磁コイルとを有し、
前記励磁コイルにおける複数の領域は、
前記温度検出素子が設けられる、定められたティースに複数層に巻回された前記励磁コイルにつき、前記定められたティースを基準として、
前記ティースの外表面に最も近い層の近接領域と、
前記ティースの外表面から最も離隔した層の離隔領域と、
これら近接領域と離隔領域との間の中間領域と、を含む電動モータ装置。
2. The electric motor device according to claim 1, wherein the motor stator of the electric motor is wound around a ring-shaped stator core portion and a plurality of teeth that are formed side by side on the peripheral surface of the stator core portion and project radially. Having the exciting coil,
A plurality of regions in the excitation coil,
The temperature detecting element is provided, with respect to the excitation coil wound in a plurality of layers on a predetermined tooth, based on the predetermined tooth,
A proximity region of the layer closest to the outer surface of the teeth,
A separation region of the layer most separated from the outer surface of the teeth,
An electric motor device including an intermediate region between the proximity region and the separation region.
請求項1または請求項2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領域の励磁コイルの推定温度とし、状態遷移行列を各領域の励磁コイルの熱容量および熱伝導率とし、前記制御装置は、前記コイル温度推定手段および前記温度分布等推定手段を含む状態推定オブザーバを含む電動モータ装置。 3. The electric motor device according to claim 1, wherein the coil temperature estimating unit uses a value proportional to a square of a current of the exciting coil obtained by the current detecting unit as an operation amount, and a state amount and an observation amount. was the estimated temperature of the exciting coil of each region, the state transition matrix and the heat capacity and thermal conductivity of the exciting coil of each region, prior Symbol controller the coil temperature estimating unit and the temperature distribution and the like estimating means An electric motor device including a state estimation observer. 請求項3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フィードバックのゲインが変化する機能を有する電動モータ装置。 The electric motor according to claim 3, wherein the state estimation observer, the electric motor apparatus having a function of gain of the feedback with a correlation that is defined for the change in the manipulated variable is changed. 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において、前記制御装置は、前記温度分布等推定手段で推定された前記最大温度、および、そ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、前記最大温度が推定された前記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。   5. The electric motor device according to claim 1, wherein the control device is configured to control at least one of the maximum temperature estimated by the temperature distribution or the like estimation unit, and a differential value thereof. 6. An electric motor device having phase current limiting means for limiting the phase current of the exciting coil whose maximum temperature is estimated when this value becomes equal to or greater than a predetermined value. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電動モータ装置と、電動モータ装置の前記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、前記電動モータを制御する電動式直動アクチュエータ。 Comprising an electric motor apparatus according to any one of claims 1 to 5, and a linear motion mechanism for converting the linear motion to rotational motion of the electric motor of the electric motor device, the control device, the electric An electric linear actuator that controls the motor.
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