WO2018038020A1 - 電動式直動アクチュエータ - Google Patents

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唯 増田
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, an electric linear actuator applied to an electric brake device.
  • Electric actuators and electric motors have been proposed in the following documents.
  • An electric disc brake device in which an electric motor is arranged coaxially with the linear motion part on the outer periphery of the linear motion part (Patent Document 1).
  • An electric brake device in which an electric motor is arranged on an axis parallel to the rotation axis of the linear motion mechanism and different from the rotation axis (Patent Document 2).
  • An electric brake device in which an electric motor is arranged on an axis parallel to the rotation axis of the linear motion mechanism and different from the rotation axis (Patent Document 2).
  • a 8-pole, 9-slot double stator type axial gap motor Patent Document 3
  • 4 A radial gap motor in which two windings are arranged in the circumferential direction (Patent Document 4).
  • an electric brake device using an electric linear actuator as described in Patent Documents 1 and 2 has a very limited space for mounting on a vehicle, and it is necessary to realize a function with as little space as possible.
  • an electric brake is required to have high-speed and high-precision brake force control.
  • an axial gap type synchronous motor as shown in Patent Document 3 As an example of a motor structure that realizes high torque in a small space, an axial gap type synchronous motor as shown in Patent Document 3, for example, is known.
  • the axial gap motor generally has a short dimension in the rotation axis direction, but tends to have a large radial dimension.
  • the occupied space increases as a result. Problems may arise.
  • the outer diameter may be excessively widened locally.
  • the outer periphery of the electric motor when applied to the structure of Patent Document 2, when applied to the structure of Patent Document 2, when the outer periphery of the electric motor is increased, the distance between the shafts of the motor and the actuator is increased. Spread and dead space may increase.
  • An object of the present invention is to provide an electric linear actuator capable of saving space and reducing costs and improving redundancy.
  • the electric linear actuator 1 has an electric motor 2 and a rotation input / output shaft 5, and converts the rotational motion of the electric motor 2 into a linear motion of the linear motion portion 6 via the rotation input / output shaft 5.
  • An electric linear actuator comprising: a linear motion mechanism 3 for controlling the electric motor 2; and a control unit CU for controlling the electric motor 2.
  • the linear motion mechanism 3 and the electric motor 2 are arranged side by side on the same axis serving as the axis of the rotation input / output shaft 5 of the linear motion mechanism 3;
  • the electric motor 2 includes a stator 7 and a rotor 8 that are arranged so that the direction of the magnetic poles that generate the interlinkage magnetic flux that contributes to the torque is parallel to the rotation axis of the electric motor 2.
  • the rotor 8 has torque generating surfaces on both axial surfaces of the rotor 8
  • the stator 7 has a plurality of excitation mechanisms 7A and 7B disposed on both sides of the rotor 8 in the axial direction, and the plurality of excitation mechanisms 7A and 7B includes one of the excitation mechanisms 7A and 7A in the axial direction. (7B) with one or more systems, and two or more independent coil groups 11A and 11B in total with excitation mechanisms 7A and 7B on both sides in the axial direction, A power supply system 50 that supplies power independently to the independent coil groups 11A and 11B is provided.
  • the independent coil groups 11A and 11B can control the currents flowing through the coil groups 11A and 11B by the control unit CU (in other words, the excitation magnetic fluxes of the excitation mechanisms 7A and 7B are independent by the control unit CU).
  • the coil groups 11A and 11B on both sides in the axial direction are separated from each other in structure.
  • To supply power independently means that an abnormality occurs in a power supply system or a power transmission system that supplies power to one of the coil groups 11A and (11B), and power is supplied to the one coil group 11A and (11B). Even if the supply is impossible, if the power supply system and the power transmission system for supplying power to the other coil groups 11B and (11A) are normal, it is possible to supply power to the other coil groups 11B and (11A). It means that there is.
  • the electric motor 2 includes the stator 7 and the rotor 8 that are arranged so that the direction of the magnetic poles that generate the interlinkage magnetic flux that contributes to the torque is parallel to the rotation axis of the electric motor 2.
  • This is a so-called axial gap motor.
  • the linear motion mechanism 3 and the electric motor 2 are arranged side by side on the same axis serving as the axis of the rotation input / output shaft 5 of the linear motion mechanism 3. Therefore, compared to a structure in which the electric motor and the direct acting actuator are arranged in parallel, an electric linear acting actuator that has a small amount of invalid space and can save space, and has a small moment of inertia and high response. realizable.
  • the electric motor 2 has torque generating surfaces on both axial surfaces of the rotor 8, and the stator 7 has a plurality of excitation mechanisms 7A and 7B arranged on both sides of the rotor 8 in the axial direction.
  • This is a so-called double stator type axial gap motor. If such a double stator type axial gap motor is used, it is possible to improve the torque density and reduce the moment of inertia, which is considered preferable.
  • the plurality of excitation mechanisms 7A, 7B are independent coil groups 11A, including one or more systems per one axial excitation mechanism 7A, (7B) and a total of two or more systems by the excitation mechanisms 7A, 7B on both axial sides. 11B. Since the power supply system 50 supplies power independently to the independent coil groups 11A and 11B, it can be considered preferable because redundancy can be improved. For example, even when power cannot be supplied to one of the coil groups 11A and (11B), a desired axial direction can be applied to the linear motion unit 6 by supplying power to the other coil groups 11B and (11A). A load can be applied.
  • the control unit CU determines whether or not the power supply state to each of the excitation mechanisms 7A and 7B is normal based on a predetermined relationship between the current and voltage in the excitation mechanisms 7A and 7B. It is good also as what has the part 54.
  • FIG. The predetermined relationship is a current-voltage relationship arbitrarily determined by design or the like, and is determined by, for example, obtaining an appropriate relationship by one or both of testing and simulation. In this case, the motor power abnormality determination unit 54 accurately determines whether or not the power supply state to each excitation mechanism 7A, 7B is normal based on the predetermined relationship between the current and voltage in the excitation mechanisms 7A, 7B. be able to.
  • the motor power abnormality determining unit 54 determines the relationship between the average current and the average voltage in the plurality of excitation mechanisms 7A and 7B and the relationship between the current and the voltage in the individual excitation mechanisms 7A and 7B. Based on information including comparison, it may be determined whether or not the power supply state to each of the excitation mechanisms 7A and 7B is normal.
  • the “predetermined relationship” between the average current and the average voltage in the plurality of excitation mechanisms 7A and 7B and the “predetermined relationship” between the current and the voltage in the individual excitation mechanisms 7A and 7B are arbitrary depending on the design or the like. For example, an appropriate relationship is obtained and determined by one or both of testing and simulation.
  • the gaps on the both sides in the axial direction of the rotor 8 of the axial gap motor are often uneven due to the influence of machining tolerances, etc.
  • the gap is likely to fluctuate depending on the state of generation of the magnetic flux.
  • the excitation mechanism 7A, (7B) on the smaller gap side has a higher induced voltage
  • the excitation mechanism 7B, (7A) on the larger gap side has a lower induced voltage.
  • the abnormality determination includes both a predetermined relationship between the average current and the average voltage in the plurality of excitation mechanisms 7A and 7B and a predetermined relationship between the current and the voltage in the individual excitation mechanisms 7A and 7B. It is determined whether or not there is an abnormality. In this case, the influence due to the change in the gap is less likely to appear as a result of the average current and the average voltage (collectively referred to as “average value”), so that erroneous determination of abnormality can be prevented.
  • the control unit CU When the motor power abnormality determination unit 54 determines that the power supply state to one of the excitation mechanisms 7A and (7B) is abnormal, the power supply to the one excitation mechanism 7A and (7B) is limited or cut off.
  • a power supply restriction function unit 72 With respect to the other excitation mechanism 7B, (7A) whose power supply state is determined to be normal by the motor power abnormality determination unit 54, the torque reduced by the one excitation mechanism 7A, (7B) whose power supply is restricted or cut off Is supplemented by the other excitation mechanism 7B, (7A) determined to be normal, It is good also as what has.
  • the power supply restriction function unit 72 supplies power to the one excitation mechanism 7A, (7B) when it is determined that the power supply state to one excitation mechanism 7A, (7B) is abnormal. Limit or block.
  • the complementary function unit 71 supplements the torque reduced by the one excitation mechanism 7A, (7B) whose power supply is restricted or cut off by the other excitation mechanism 7B, (7A) determined to be normal.
  • the control unit CU includes an axial load estimation function unit 60 that estimates the magnitude of the axial load generated with the linear motion of the linear motion unit 6 of the linear motion mechanism 3;
  • the power supply restriction function unit 72 the power supply state to the one excitation mechanism 7A, (7B) is determined to be abnormal, and the axial load estimated by the shaft load estimation function unit 60 is determined.
  • the motor current may be limited so that the current that can be supplied to the electric motor 2 is smaller than that when the power supply is not limited or cut off.
  • the “determined magnitude” is the magnitude of the axial load arbitrarily determined by design or the like, and is determined by determining an appropriate magnitude by one or both of testing and simulation, for example.
  • the power supply restriction function unit 72 determines the axial load estimated by the axial load estimation function unit 60 when the power supply state to one of the excitation mechanisms 7A and (7B) is determined to be abnormal.
  • the motor current is limited so that the current that can be supplied to the electric motor 2 is smaller than that when the power supply is not limited or cut off. In this way, when the axial load is smaller than the predetermined magnitude, the instability of the posture of the rotor 8 can be reduced by limiting the motor current to be small.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric linear actuator according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the control system structural example of the same electric linear actuator. It is a block diagram which shows the control system structural example of the electric linear actuator which concerns on other embodiment of this invention. It is sectional drawing which fractured
  • the electric linear actuator 1 is an actuator in which an electric motor 2 and a linear mechanism 3 are connected in series in the axial direction.
  • the linear motion mechanism 3 and the electric motor 2 are arranged side by side on the same axis serving as the axis of the rotation input / output shaft 5 of the linear motion mechanism 3.
  • the electric linear actuator 1 includes a linear actuator body AH and a control unit CU described later.
  • the linear motion actuator main body AH includes an electric motor 2, a linear motion mechanism 3, and a housing 4.
  • the electric motor 2 of this example is a double stator type axial gap motor.
  • the linear motion mechanism 3 has a linear motion portion 6 and converts the rotational motion of the electric motor 2 into the linear motion of the linear motion portion 6 via the rotation input / output shaft 5.
  • the housing 4 holds the linear motion mechanism 3 and the electric motor 2. For simplification, some structures such as wiring are omitted.
  • the electric motor 2 will be described.
  • the electric motor 2 is a so-called axial gap type including a stator 7 and a rotor 8 in which the direction of the magnetic poles that generate the interlinkage magnetic flux contributing to the torque is arranged in parallel with the rotation axis of the electric motor 2.
  • the stator 7 is held statically with respect to the housing 4.
  • the rotor 8 is statically held with respect to the rotation input / output shaft 5 of the linear motion mechanism 3, and generates a rotational torque by the interlinkage magnetic flux with the stator 7 arranged at an interval.
  • the rotor 8 is a field mechanism having torque generating surfaces on both axial surfaces of the rotor 8.
  • Each “statically” means a relationship in which the motions are generally synchronized (in other words, relatively constrained) excluding the influence of a clearance or the like.
  • An electric motor 2 is provided in a cylindrical housing 4.
  • a linear motion mechanism accommodating portion 4a that accommodates most of the linear motion mechanism 3
  • a motor accommodating portion 4b that accommodates the electric motor 2
  • the linear motion mechanism accommodating portion 4a and the motor accommodating portion 4b are partitioned.
  • a partition wall 4c is provided.
  • the motor housing portion 4 b is provided on one axial end side in the housing 4, and the linear motion mechanism housing portion 4 a is provided on the other axial end side in the housing 4.
  • the partition wall 4c is provided perpendicular to the axial direction of the rotation input / output shaft 5 and has a through hole into which the rotation input / output shaft 5 is inserted from the linear motion mechanism housing portion 4a to the motor housing portion 4b.
  • a motor cover 45 is provided that closes the opening end of the housing 4 on the side of the electric motor 2 (one end side in the axial direction) in a state where the electric motor 2 is housed in the motor housing portion 4 b of the housing 4.
  • the stator 7 is provided with a pair of excitation mechanisms 7A and 7B arranged to face both sides of the rotor 8 in the axial direction. Of these excitation mechanisms 7A and 7B, one on the partition 4c side is the first excitation mechanism 7A, and the other on the motor cover 45 side is the second excitation mechanism 7B.
  • the first excitation mechanism 7A includes a magnetic core 10A, a back yoke 9A, and a first group of coils 11A.
  • the second excitation mechanism 7B has a magnetic core 10B, a back yoke 9B, and a second group of coils 11B.
  • the first excitation mechanism 7A will be described.
  • a back yoke 9A is provided so as to abut against the partition wall 4c, and a magnetic core 10A protruding in the axial direction from the back yoke 9A is provided. It has been.
  • a plurality of the magnetic cores 10A are provided at regular intervals in the circumferential direction.
  • the magnetic core 10A is made of, for example, a laminated steel plate or a dust core.
  • a first group of coils 11A is wound around each magnetic core 10A.
  • a back yoke 9B is provided so as to contact the motor cover 45, and a magnetic core 10B protruding in the axial direction from the back yoke 9B is provided. Is provided. A plurality of magnetic cores 10B are also provided at regular intervals in the circumferential direction, similarly to the magnetic core 10A. A second group of coil groups 11B is wound around each magnetic core 10B. Other configurations of the magnetic core 10B and the second group of coil groups 11B are the same as those of the magnetic core 10A and the first group of coils 11A.
  • the magnetic core 10A and the magnetic core 10B made of laminated steel plates or dust cores because the torque per unit copper loss is improved.
  • an air-core coil that is effective in reducing component costs and torque fluctuation can be used without using a magnetic core.
  • the winding method of the first and second system coil groups 11A and 11B may be partial winding or concentrated winding.
  • the first and second coil groups 11A and 11B can control the current flowing in each coil group by the control unit CU, and the first and second coil groups 11A and 11B are structurally axial with respect to each other. Have been separated.
  • Such first and second coil groups 11A and 11B are referred to as independent coil groups.
  • the rotor 8 is a disk-shaped member having, for example, a permanent magnet 8a and a holding portion 8b that holds the permanent magnet 8a.
  • the holding portion 8b is made of, for example, a nonmagnetic material such as resin or stainless steel.
  • the stator 7 is configured as an excitation mechanism including the first and second system coil groups 11A and 11B, and the rotor 8 is configured as a field mechanism using the permanent magnet 8a.
  • a permanent magnet synchronous motor which is excellent in durability, torque density, etc., and is considered suitable for an electric linear actuator.
  • the rotor 8 is fixed to the tip end portion of the rotation input / output shaft 5 in the linear motion mechanism 3.
  • the rotor 8 is sandwiched between two retaining rings 24, 24 and positioned in the axial direction on the outer peripheral surface of the tip portion of the rotary input / output shaft 5 that has entered the motor housing 4 b. It is fixed.
  • annular grooves for fixing these two retaining rings 24, 24 are formed on the outer peripheral surface of the tip portion of the rotary input / output shaft 5.
  • the rotor 8 is fixed to the axial position corresponding to the rotation input / output shaft 5 between the first excitation mechanism 7A and the second excitation mechanism 7B by the retaining rings 24, 24.
  • the rotation shaft of the electric motor 2 is arranged coaxially with the rotation input / output shaft 5 of the linear motion mechanism 3.
  • the positioning structure in the circumferential direction of the rotating shaft that enables torque transmission from the rotor 8 to the rotation input / output shaft 5 can be realized by plane machining, spline, fitting frictional force, welding, or the like.
  • the linear motion mechanism 3 will be described. Most of the linear motion mechanism 3 is incorporated in the linear motion mechanism accommodating portion 4 a in the housing 4. The linear motion mechanism 3 applies a braking force to a brake rotor described later by the output of the electric motor 2. The linear motion mechanism 3 converts the rotational motion of the electric motor 2 into the linear motion of the linear motion portion 6 via the rotation input / output shaft 5.
  • the linear motion mechanism 3 includes a rotational input / output shaft 5 that is rotationally driven by the electric motor 2 and a conversion mechanism unit 31 that converts the rotational motion of the rotational input / output shaft 5 into a linear motion.
  • the conversion mechanism portion 31 includes a linear motion portion 6, a bearing case 32, a back plate 33 that is an annular thrust plate, and a thrust bearing 34 that holds a reaction force against an axial load associated with the linear motion of the linear motion portion 6. And a radial bearing 35, a carrier 36, slide bearings 37 and 38, and a planetary roller 39.
  • a cylindrical linear motion portion 6 is supported on the inner peripheral surface of the linear motion mechanism accommodating portion 4a so as to be prevented from rotating and movable in the axial direction.
  • a spiral protrusion that protrudes inward in the radial direction and is formed in a spiral shape is provided.
  • a plurality of planetary rollers 39 are engaged with the spiral protrusions.
  • a bearing case 32 is provided on one end side in the axial direction of the linear motion portion 6 in the linear motion mechanism accommodating portion 4a.
  • the bearing case 32 has a cylindrical boss portion and a flange portion extending radially outward from the boss portion.
  • a plurality of radial bearings 35 are fitted into the boss portions, and the rotation input / output shaft 5 is fitted to the inner ring inner surface of the radial bearings 35.
  • the rotation input / output shaft 5 is rotatably supported by the support member 32 via a plurality of radial bearings 35.
  • a carrier 36 that can rotate around the rotation input / output shaft 5 is provided on the inner periphery of the linear motion portion 6.
  • the carrier 36 is rotatably supported on the rotation input / output shaft 5 by slide bearings 37 and 38 fitted between the rotation input / output shaft 5.
  • a retaining ring 40 that restricts the axial positions of the rotational input / output shaft 5 and the carrier 36 with respect to the bearing case 32 is provided at the tip portion of the rotational input / output shaft 5 in the axial direction.
  • the carrier 36 is provided with a plurality of roller shafts 41 at intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of shaft insertion holes are formed at both ends of the carrier 36 in the axial direction.
  • Each shaft insertion hole is composed of a long hole extending a predetermined distance in the radial direction. Both axial ends of each roller shaft 41 are inserted into each shaft insertion hole, and these roller shafts 41 are supported so as to be movable in the radial direction within the range of each shaft insertion hole.
  • the elastic rings 42 that urge the roller shafts 41 radially inward are spanned at both axial ends of the plurality of roller shafts 41.
  • the planetary roller 39 is rotatably supported on each roller shaft 41. On the outer peripheral surface of each planetary roller 39, a circumferential groove or a spiral groove that meshes with the spiral protrusion of the linear motion portion 6 is formed. Each planetary roller 39 is interposed between the outer peripheral surface of the rotation input / output shaft 5 and the inner peripheral surface of the linear motion portion 6. Each planetary roller 39 is pressed against the outer peripheral surface of the rotation input / output shaft 5 by the urging force of the elastic ring 42. When the rotation input / output shaft 5 is rotated by the electric motor 2, each planetary roller 39 in contact with the outer peripheral surface of the rotation input / output shaft 5 is rotated by contact friction.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a control system configuration example of the electric linear actuator 1.
  • the control unit CU is a device that controls the electric motor 2, and includes an actuator load controller 53, a motor power abnormality determination unit 54, an abnormality report unit 46, a current converter 55, a current controller 56, A control device power supply 47, an OR circuit 48, and a motor driver 57 are included.
  • the control unit CU includes a current estimator 58, an angle estimator 59, and an axial load estimator 60 which is an axial load estimation function unit.
  • a plurality of power supply units (first and second power supply units 49A and 49B in this example) are connected to the control unit CU.
  • Actuator load controller 53 obtains a motor torque necessary for following the estimated shaft load of linear motion mechanism 3 with respect to the load command value, and outputs the motor torque as a motor torque command value.
  • the load command value is given from, for example, the upper control means 61 of the control unit CU based on the operation amount of a brake operation means such as a brake pedal (not shown).
  • a brake operation means such as a brake pedal (not shown).
  • As the upper control means 61 for example, an electric control unit (ECU) for controlling the entire vehicle is applied.
  • the estimated axial load is estimated by an axial load estimator 60 described later, for example.
  • the axial load estimator 60 detects the pressing force when the friction pad 43 (FIG. 4) presses the brake rotor 44 (FIG. 4) by the linear motion portion 6 (FIG. 1) of the linear motion mechanism 3. Based on the sensor output from the load sensor 62, the estimated axial load can be estimated.
  • the load sensor 62 includes, for example, a magnetic sensor and a magnetic target.
  • the friction pad 43 presses the brake rotor 44 a reaction force to the inboard side shown in FIG.
  • the vehicle width direction center side of the vehicle is referred to as the inboard side
  • the vehicle width direction outer side of the vehicle is referred to as the outboard side.
  • the load sensor 62 shown in FIG. 2 including the magnetic sensor and the magnetic target magnetically detects the reaction force as an axial displacement amount.
  • an optical sensor other than the magnetic sensor an eddy current sensor, a capacitance sensor, or the like can be applied.
  • the axial load estimator 60 confirms the relationship between the sensor output from the load sensor 62 and the axial load (thrust force) of the linear motion mechanism 3 in advance by a test or the like, and sets the estimated value on a table or the like.
  • the axial load can be estimated. Note that the estimated axial load can be estimated from the relationship between the motor current estimated by the current estimator 58 and the motor angle estimated by the angle estimator 59.
  • Actuator load controller 53 obtains a motor torque necessary for following the estimated axial load with respect to a given load command value using feedback control or feedforward control as appropriate.
  • the current estimator 58 includes, for example, a first current sensor 58a for obtaining a motor current flowing in the first group of coil groups 11A and a second current sensor 58b for obtaining a motor current flowing in the second group of coil groups 11B.
  • Each of the current sensors 58a and 58b can use, for example, a magnetic field detection type that detects a magnetic field due to a current, or a voltage measurement type that measures a voltage across a shunt resistor or an FET.
  • the angle estimator 59 can estimate the angle of the rotor 8 with respect to the stator 7 from the sensor output from the angle sensor 63. For example, a resolver or an encoder is applied as the angle sensor 63.
  • the motor power abnormality determination unit 54 determines whether or not the power supply state to each of the excitation mechanisms 7A and 7B is normal based on the predetermined relationship between the current and voltage in the first and second excitation mechanisms 7A and 7B. to decide.
  • the power supply state is determined to be abnormal. For example, the power line 69 between the first and second power supply devices 49A and 49B and the motor driver 57 or a power supply harness (not shown) is disconnected, a short circuit in the motor driver 57, or an abnormality in the power supply device itself has occurred.
  • the power supply state is determined to be abnormal.
  • the motor power abnormality determination unit 54 is configured to determine whether the first and second coil groups 11A and 11B are energized, for example, currents depending on coil inductance, coil resistance, induced voltage due to rotor magnetic flux, rotor angular velocity, and the like. Based on the relationship with the voltage, it can be diagnosed as normal or abnormal based on a comparison with a predetermined result measured or analyzed in advance. In addition, although not shown, when a harness or a connector is used, a disconnection detection structure may be separately provided.
  • the gaps (gap) on both sides in the axial direction of the rotor 8 of the axial gap motor are often non-uniform due to processing tolerances, etc. Therefore, the gap is likely to fluctuate.
  • the excitation mechanism on the side with the smaller gap has a higher induced voltage
  • the excitation mechanism on the side with the larger gap has a lower induced voltage, resulting in a larger error from the predetermined result measured or analyzed in advance. It may be determined as desired.
  • the abnormality determination is performed based on the defined relationship between the average current and the average voltage in the plurality of excitation mechanisms (first and second excitation mechanisms 7A and 7B) and the current in each excitation mechanism 7A and (7B). And a function for determining whether or not there is an abnormality in both of the predetermined relationship between the voltage and the voltage.
  • the influence due to the change in the gap is less likely to appear as a result of the average current and the average voltage (collectively referred to as “average value”), so that erroneous determination of abnormality can be prevented.
  • the abnormality report unit 46 When the motor power abnormality determination unit 54 determines that the power supply state is abnormal, the abnormality report unit 46 outputs abnormality occurrence information to the host control unit 61.
  • the upper control means 61 receives the abnormality occurrence information from the abnormality report means 46 and causes the display device 70 provided on the console panel of the vehicle to display a notification of the abnormality of the electric motor 2, for example.
  • the current converter 55 derives a current command value to be applied to the first and second system coil groups 11A and 11B in accordance with the motor torque command value and the like calculated by the actuator load controller 53.
  • the current converter 55 includes first d-axis and q-axis current determination units 64 and 65 and second d-axis and q-axis current determination units 66 and 67.
  • the first d-axis and q-axis current determination units 64 and 65 derive a d-axis current command value and a q-axis current command value for the first group of coils 11 ⁇ / b> A, respectively.
  • the second d-axis and q-axis current determining units 66 and 67 derive the d-axis current command value and the q-axis current command value for the coil group 11B of the second system, respectively.
  • the above-described motor power abnormality determination unit 54 determines that the power supply state to one of the excitation mechanisms 7A and (7B) is abnormal, and determines that the power supply state to the other excitation mechanisms 7B and (7A) is normal.
  • the current converter 55 may include a complementary function unit 71 that supplements the torque that is insufficient due to the abnormality by the other normal excitation mechanism 7B (7A).
  • the posture of the rotor 8 may become unstable due to electromagnetic force in the thrust direction.
  • the restraint force on the rotor 8 is weaker in the low load state where the axial load is weaker, so the posture of the rotor 8 is likely to become unstable. Therefore, as shown in FIG. 2, the current converter 55 removes the torque necessary for exerting the load, and allows a reduction in responsiveness to limit the torque (power supply) and so on. May be provided.
  • the power supply limiting function unit 72 determines that the power supply state to one of the excitation mechanisms 7A and (7B) is abnormal by the motor power abnormality determination unit 54 and the axial load estimated by the axial load estimator 60. Is smaller than the predetermined magnitude, the motor current is limited so that the current that can be supplied to the electric motor 2 is smaller than that when the power supply is not limited. Specifically, only when the axial load is smaller than a predetermined magnitude, the first and (first) are set so as to limit the power supply to one of the excitation mechanisms 7A and (7B) determined to be abnormal. 2) The d-axis current command value and the q-axis current command value for the coil groups 11A and (11B) of the system are respectively derived.
  • a look-up table (abbreviation: LUT) that appropriately refers to the parameter including the axial load and the motor current estimated by the current estimator 58 is obtained based on the results of analysis and tests in advance. If created, it can be considered preferable because the calculation load can be reduced.
  • the current controller 56 includes first and second current controllers 56a and 56b.
  • the first and second current controllers 56a and 56b are motor voltages for performing follow-up control on the current command value based on the current estimation results of the corresponding first and second coil groups 11A and 11B, respectively. Is output.
  • the calculation for outputting the motor voltage is executed by appropriately using feedback control or feedforward control.
  • the current of the first group of coils 11A is estimated by the first current sensor 58a.
  • the current of the second group of coil groups 11B is estimated by the second current sensor 58b. It is considered that each arithmetic unit including the controller is preferably implemented by an arithmetic unit such as a microcomputer, FPGA, ASIC, etc. because it can realize low-cost and high-performance control.
  • the motor driver 57 includes first and second motor drivers 57a and 57b. These first and second motor drivers 57 a and 57 b convert the DC currents of the corresponding first and second power supply devices 49 A and 49 B into three-phase AC power used for driving the electric motor 2.
  • the power supply system 50 includes at least first and second motor drivers 57a and 57b in the control unit CU, first and second power supply devices 49A and 49B, and a power line 69 that connects them.
  • the power supply system 50 has a function of supplying power independently to the independent first and second coil groups 11A and 11B.
  • the control device power supply 47 is redundant if the OR circuit 48 can supply power to the first and second power supply devices 49A and 49B. This is considered suitable.
  • the OR circuit 48 for example, a diode OR circuit is applied.
  • the first motor driver 57a outputs AC power to the first system coil group 11A
  • the second motor driver 57b outputs AC power to the second system coil group 11B.
  • the first and second motor drivers 57a and 57b are constituted by, for example, a half bridge circuit using a switching element such as an FET, and each of the high side and the low side from the first and second current controllers 56a and 56b.
  • Use of PWM control for inputting the ON / OFF signal of the switch is considered preferable because low-cost and high-precision control can be realized.
  • the means, controller, converter, and estimator in the control unit CU are specifically stored in a software or hardware LUT (Look Up Table) or a software library. Hardware that can perform the operation and output the result using the specified conversion function or equivalent hardware, and if necessary, using the library comparison function, arithmetic operation function, or equivalent hardware It is composed of software functions on a circuit or a processor (not shown).
  • the electric motor 2 is fixed so that the direction of the magnetic poles that generate the interlinkage magnetic flux contributing to the torque is parallel to the rotation axis of the electric motor 2.
  • This is a so-called axial gap motor including a child 7 and a rotor 8.
  • the linear motion mechanism 3 and the electric motor 2 are arranged side by side on the same axis serving as the axis of the rotation input / output shaft 5 of the linear motion mechanism 3. Therefore, compared to a structure in which the electric motor and the direct acting actuator are arranged in parallel, an electric linear acting actuator that has a small amount of invalid space and can save space, and has a small moment of inertia and high response. realizable.
  • the electric motor 2 has torque generating surfaces on both axial surfaces of the rotor 8, and the stator 7 has a plurality of excitation mechanisms 7A and 7B arranged on both sides of the rotor 8 in the axial direction.
  • This is a so-called double stator type axial gap motor. If such a double stator type axial gap motor is used, it is possible to improve the torque density and reduce the moment of inertia, which is considered preferable.
  • the first and second excitation mechanisms 7A and 7B include first and second coil groups 11A and 11B that are independent of each other, and the power supply system 50 includes the independent first and second coil groups 11A. , 11B are supplied with power independently, so that redundancy can be improved and it is considered preferable. For example, even when power cannot be supplied to one of the coil groups 11A and (11B), a desired axial direction can be applied to the linear motion unit 6 by supplying power to the other coil groups 11B and (11A). A load can be applied.
  • first and second excitation mechanisms 7A and 7B are separated in the axial direction in terms of structure in advance, it is only necessary to pull out the wiring from the first and second excitation mechanisms 7A and 7B, respectively, and a simple structure is realized. it can.
  • the first excitation mechanism 7A includes the first system coil group 11A
  • the second excitation mechanism 7B includes the second system coil group 11B.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration, and each of a plurality of excitation mechanisms provided on both sides in the axial direction of the rotor 8 includes one or more independent coil groups. It is only necessary to provide a total of two or more independent coil groups with the excitation mechanisms on both sides in the axial direction. That is, the excitation mechanism provided on one side in the axial direction of the rotor 8 has a plurality of independent coil groups, and the excitation mechanism provided on the other side in the axial direction of the rotor 8 has one independent coil group. You may do it. Further, each of the plurality of excitation mechanisms provided on both axial sides of the rotor 8 may have a plurality of independent coil groups.
  • one power supply device 49 is provided, and between this power supply device 49 and the first and second motor drivers 57a and 57b.
  • Only the power transmission system may be multiplexed, that is, made redundant. In this case, for example, it is possible to achieve redundancy when the power line 69 between the power supply device 49 and the motor driver 57 or a power supply harness (not shown) is disconnected or a short circuit occurs in the motor driver 57. Further, the number of power supply devices can be reduced as compared with the configuration of FIG. Other effects similar to those of FIGS.
  • FIG. 4 is a partially broken cross-sectional view of the electric brake device including any one of the electric linear actuators 1 described above.
  • This electric brake device includes any one of the electric linear actuator 1, a brake rotor 44 that is a rotating member that rotates integrally with a wheel, and a friction pad (friction) that generates a braking force in contact with the brake rotor 44. Material) 43 and a control device (not shown) for controlling the electric linear actuator.
  • the vehicle is provided with calipers 51 so as to surround the outer peripheral side portion of the brake rotor 44.
  • the caliper 51 is provided integrally with the housing 4 of the electric linear actuator 1.
  • a claw 52 is provided at the end of the caliper 51 on the outboard side.
  • the claw portion 52 faces the side surface of the brake rotor 44 on the outboard side in the axial direction.
  • the claw portion 52 supports the friction pad 43 on the outboard side.
  • the inboard friction pad 43 is supported on the outboard side end of the linear motion portion 6 of the linear motion mechanism 3.
  • the friction pad 43 faces the side surface on the inboard side of the brake rotor 44 in the axial direction.
  • the electric linear actuator 1 drives the friction pad 43 to contact or separate from the brake rotor 44.
  • a mount (not shown) is supported by a knuckle (not shown) in the vehicle.
  • a pair of pin support pieces (not shown) are provided at both longitudinal ends of the mount.
  • a slide pin (not shown) extending parallel to the axial direction is provided at each end portion of the pin support pieces.
  • a caliper 51 is supported by these slide pins so as to be slidable in the axial direction.
  • the control device controls the rotation of the electric motor of the electric linear actuator 1 according to the amount of operation of a brake pedal (not shown).
  • a brake pedal (not shown).
  • the friction pad 43 on the inboard side contacts the brake rotor 44 by driving the electric linear actuator 1 and presses the brake rotor 44 in the axial direction.
  • the caliper 51 slides to the inboard side by the reaction force of the pressing force.
  • the friction pad 43 on the outboard side supported by the claw portion 52 of the caliper 51 contacts the brake rotor 44.
  • a braking force is applied to the brake rotor 44 by strongly holding the brake rotor 44 from both sides in the axial direction by the friction pads 43 on the outboard side and the inboard side.
  • the electric brake device can be mounted on a vehicle in which the space for mounting the electric linear actuator 1 is extremely limited. Therefore, the versatility of the electric brake device can be enhanced, and the electric brake device can be mounted on various vehicles.
  • the rotor is preferable when the permanent magnet is held by a holding portion made of a non-magnetic material, with less loss, but the permanent magnet can also be held by a holding portion made of a magnetic material.
  • the rotor may have a structure in which a single magnet magnetized on a plurality of axial magnetic poles is directly fixed to the rotation input / output shaft without using a holding portion.
  • a configuration of a reluctance motor using an iron core having a shape in which the stator inductance changes as the rotor rotates can be adopted.
  • the permanent magnet of the rotor is a magnet that penetrates in the axial direction and both sides of the magnetic pole are used as interlinkage magnetic fluxes, the volume of the magnet, the dimensions of the motor, and the number of parts can be reduced, thereby reducing costs and saving space.
  • various screw mechanisms such as a ball screw, a mechanism using an inclination of a ball ramp, etc. can be used in addition to the planetary roller.
  • the thrust bearing shown in FIG. 1 is arranged assuming that the object is pressed by an electric linear actuator. However, the thrust bearing is arranged so as to hold a load against the opposite side of FIG. An actuator that applies a load can also be configured.
  • a sensor that detects the motor angle and the shaft load of the linear motion mechanism is provided.
  • a sensorless angle estimation unit that estimates the motor angle from the motor voltage a unit that estimates the shaft load from the actuator efficiency, the motor current, etc. Also good.
  • the components necessary for the application of the electric linear actuator, such as the thermistor and wiring components of each electrical system, are appropriately provided.
  • the functional unit such as a power supply restriction may cut off the power supply to the one excitation mechanism when it is determined that the power supply state to the one excitation mechanism is abnormal.
  • a redundant mechanism In the electric brake device, a redundant mechanism, a power supply system, a sensor, and other components necessary for the electric brake are appropriately provided.
  • an example of configuring multiple feedback loops as a control calculation is shown.
  • a control system configuration is required, for example, a single feedback system that collectively processes all electromagnetic characteristics and motion characteristics of an electric motor. It shall be determined appropriately according to It is also possible to apply the electric linear actuator of each embodiment to, for example, a press device other than the electric brake device.

Abstract

省スペース化およびコスト低減を図ると共に、冗長性を向上させることができる電動式直動アクチュエータを提供する。この電動式直動アクチュエータ(1)は、直動機構(3)と電動モータ(2)とが、直動機構(3)の回転入出力軸(5)の軸心となる同一の軸心上に並んで配置され、電動モータ(2)は、トルクに寄与する鎖交磁束を発生する磁極の向きが、モータ回転軸と平行となるように配置された固定子(7)および回転子(8)を備える。回転子(8)は、この軸方向の両面にそれぞれトルク発生面を有する。固定子(7)は、回転子(8)の前記軸方向の両側にそれぞれ配置される第１，第２の励磁機構(7A)，(7B)を有し、第１，第２の励磁機構(7A)，(7B)は独立した第１，第２系統のコイル群(11A)，(11B)を備え、第１，第２系統のコイル群(11A)，(11B)にそれぞれ独立して電力を供給する電力供給系統(50)が設けられた。

Description

電動式直動アクチュエータ 関連出願
　本出願は、２０１６年８月２４日出願の特願２０１６－１６３５８９の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、例えば、電動ブレーキ装置に適用される電動式直動アクチュエータに関する。
　電動アクチュエータおよび電動モータが、以下の文献に提案されている。
　１．直動部の外周に、この直動部と同軸に電動モータを配置した電動ディスクブレーキ装置（特許文献１）。
　２．電動モータを、直動機構の回転軸と平行で該回転軸と異なる軸に配置した電動ブレーキ装置（特許文献２）。
　３．８極９スロットのダブルステータ式のアキシアルギャップモータ（特許文献３）。
　４．周方向に２系統の巻線を配置したラジアルギャップモータ（特許文献４）。
特開２００３－２４７５７６号公報 特開２０１０－２７０７８８号公報 特開２００８－１７２８８４号公報 特開２００４－２０１３６４号公報
　特許文献１～２に記載のような電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置は、一般に車両への搭載スペースが極めて限られており、可能な限り省スペースで機能を実現する必要がある。また、例えばアンチロックブレーキシステム（Antilock Brake System：略称ＡＢＳ）に代表される車輪速制御等において、電動ブレーキは、高速・高精度なブレーキ力制御が求められる。
　例えば特許文献１のような、アクチュエータの外周に電動モータを配置する構造では、電動モータのロータ径が大きくなるため、慣性モーメントが増大し、応答性および制御精度を損なう場合がある。あるいは、ロータの回転に必要な運動エネルギーは慣性モーメントに比例するため、高速な応答を実現するために瞬時最大の消費電力が増大し、電力を供給する電源装置のコストが高くなる可能性がある。また、例えば電動ディスクブレーキ装置のように、アクチュエータの加圧対象物が摩擦パッドのように極めて高温になる場合、電動モータが熱源に近いため、耐久性が問題となる可能性がある。
　例えば特許文献２のような、電動モータと直動アクチュエータとを平行に配置する場合、一般に電動モータおよび直動アクチュエータの外観は円筒形状となることが多く、二つの円筒が隣接するため、隙間に一定量のデッドスペースが生じてしまう可能性がある。また電動モータと直動アクチュエータとの間に平行歯車のような連結機構が要求スペックによらず必要となり、コスト増となる可能性がある。その他、電動モータと直動アクチュエータそれぞれに支持構造が必要となるため、スペースおよびコストが問題になる場合がある。
　省スペースで高トルクを実現するモータ構造として、例えば特許文献３に示すようなアキシアルギャップ式同期モータが知られている。しかしながら、アキシアルギャップモータは、一般に回転軸方向の寸法が短くなる一方、径方向寸法は大きくなりやすく、例えば、特許文献１または特許文献２の構造のアクチュエータに適用すると、結果として占有スペースが増大する問題が生じる場合がある。例えば、特許文献１の構造に適用した場合、局所的に外径が大きく広がりすぎることがあり、特許文献２の構造に適用した場合、電動モータの外周が大きくなるとモータとアクチュエータの軸間距離が広がり、デッドスペースが増大することがある。
　また、例えば、特許文献１または特許文献２に記載のような、電動ブレーキ装置に適用される電動式直動アクチュエータにおいて、非常に高い冗長性が求められる場合がある。このとき、例えば、特許文献４のような、巻線系統を多重化して冗長性を向上した電動モータについて、ラジアルギャップ型モータの巻線を複数系統にして引き出す場合、内部の配線構造が複雑になり、コスト増またはスペース増となる可能性がある。また、巻線が複雑になるため、占積率が低下する可能性がある。
　この発明の目的は、省スペース化およびコスト低減を図ると共に、冗長性を向上させることができる電動式直動アクチュエータを提供することである。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の電動式直動アクチュエータ１は、電動モータ２と、回転入出力軸５を有し該回転入出力軸５を介してこの電動モータ２の回転運動を直動部６の直進運動に変換する直動機構３と、前記電動モータ２を制御する制御装置ＣＵと、を備える電動式直動アクチュエータであって、
　前記直動機構３と前記電動モータ２とが、前記直動機構３の前記回転入出力軸５の軸心となる同一の軸心上に並んで配置され、
　前記電動モータ２は、トルクに寄与する鎖交磁束を発生する磁極の向きが、前記電動モータ２における回転軸と平行となるように配置された固定子７および回転子８を備え、
　前記回転子８は、この回転子８の軸方向の両面にそれぞれトルク発生面を有し、
　前記固定子７は、前記回転子８の前記軸方向の両側にそれぞれ配置される複数の励磁機構７Ａ，７Ｂを有し、これら複数の励磁機構７Ａ，７Ｂは、軸方向一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）につき１系統以上で、且つ、軸方向両側の励磁機構７Ａ，７Ｂで合計２系統以上の独立したコイル群１１Ａ，１１Ｂを備え、
　前記独立したコイル群１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ独立して電力を供給する電力供給系統５０が設けられたものである。
　前記独立したコイル群１１Ａ，１１Ｂとは、各コイル群１１Ａ，１１Ｂに流れる電流を制御装置ＣＵによりそれぞれ制御可能である（換言すれば、制御装置ＣＵにより各励磁機構７Ａ，７Ｂの励磁磁束が独立して制御可能である）うえ、軸方向両側のコイル群１１Ａ，１１Ｂが構造上互いに分離されていることを意味する。前記独立して電力を供給するとは、いずれか一方のコイル群１１Ａ，（１１Ｂ）へ電力を供給する電源系統または送電系統に異常が発生して前記一方のコイル群１１Ａ，（１１Ｂ）に電力を供給不可能な状態となっても、他方のコイル群１１Ｂ，（１１Ａ）へ電力を供給する電源系統および送電系統が正常であれば前記他方のコイル群１１Ｂ，（１１Ａ）に電力を供給可能であることを意味する。
　この構成によると、電動モータ２は、トルクに寄与する鎖交磁束を発生する磁極の向きが、前記電動モータ２における回転軸と平行となるように配置された固定子７および回転子８を備えるいわゆるアキシアルギャップモータである。さらに直動機構３と電動モータ２とが、直動機構３の回転入出力軸５の軸心となる同一の軸心上に並んで配置されている。このため、電動モータと直動アクチュエータとを平行に配置する構造等に比べて、無効なスペースが少なく省スペース化を図ることができ、且つ、慣性モーメントが小さく高応答な電動式直動アクチュエータを実現できる。
　この電動モータ２は、回転子８の軸方向の両面にそれぞれトルク発生面を有し、固定子７は回転子８の軸方向の両側にそれぞれ配置される複数の励磁機構７Ａ，７Ｂを有する、いわゆるダブルステータ型アキシアルギャップモータである。このようなダブルステータ型アキシアルギャップモータを用いると、トルク密度の向上および慣性モーメントの低減を図ることが可能となり、好適と考えられる。
　複数の励磁機構７Ａ，７Ｂは、軸方向一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）につき１系統以上で、且つ、軸方向両側の励磁機構７Ａ，７Ｂで合計２系統以上である独立したコイル群１１Ａ，１１Ｂを備える。電力供給系統５０は、前記独立したコイル群１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ独立して電力を供給するため、冗長性が向上できて好適と考えられる。例えば、一方のコイル群１１Ａ，（１１Ｂ）に電力を供給不可能な状態となっても、他方のコイル群１１Ｂ，（１１Ａ）へ電力を供給することで、直動部６に所望の軸方向荷重を付与することが可能となる。また軸方向一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）と軸方向他方の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）は、構造上予め軸方向に分離されているため、それぞれの励磁機構７Ａ，７Ｂから配線を引き出せばよく、簡潔な構造で実現できる。
　前記制御装置ＣＵは、前記励磁機構７Ａ，７Ｂにおける電流および電圧の定められた関係に基づいて、前記各励磁機構７Ａ，７Ｂへの電力供給状態が正常か否かをそれぞれ判断するモータ電力異常判断部５４を有するものとしても良い。前記定められた関係は、設計等によって任意に定める電流と電圧の関係であって、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により適切な関係が求められて定められる。この場合、モータ電力異常判断部５４は、励磁機構７Ａ，７Ｂにおける電流および電圧の定められた関係に基づいて、各励磁機構７Ａ，７Ｂへの電力供給状態が正常か否かを精度良く判断することができる。
　前記モータ電力異常判断部５４は、前記複数の励磁機構７Ａ，７Ｂにおける平均電流と平均電圧との定められた関係と、個々の励磁機構７Ａ，７Ｂにおける電流と電圧との定められた関係との比較を含む情報に基づいて、前記各励磁機構７Ａ，７Ｂへの電力供給状態が正常か否かをそれぞれ判断するものとしても良い。前記複数の励磁機構７Ａ，７Ｂにおける平均電流と平均電圧との「定められた関係」、前記個々の励磁機構７Ａ，７Ｂにおける電流と電圧との「定められた関係」は、それぞれ設計等によって任意に定める関係であって、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により適切な関係が求められて定められる。
　各励磁機構７Ａ，７Ｂへの電力供給状態の異常判断において、アキシアルギャップモータの回転子８の軸方向両側のギャップ（隙間）は、加工公差等の影響により不均一になる場合が多く、また鎖交磁束の発生状況によって前記ギャップが変動し易い。その場合、ギャップが小さい側の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）は誘起電圧が高くなり、ギャップが大きい側の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）は誘起電圧が低くなり、予め計測ないし解析された所定結果との誤差が大きくなる結果、異常と不所望に判断される場合がある。
　このため、前記異常判断は、前記複数の励磁機構７Ａ，７Ｂにおける平均電流と平均電圧との定められた関係と、個々の励磁機構７Ａ，７Ｂにおける電流と電圧との定められた関係との両方において異常か否かの判断をする。この場合、前記ギャップが変動することによる影響は、平均電流と平均電圧（これらを総称して「平均値」という）における結果としては表れにくいため、異常の誤判断を防止することができる。
　前記制御装置ＣＵは、
　前記モータ電力異常判断部５４によりいずれか一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給状態が異常と判断されたとき、前記一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給を制限または遮断する電力供給制限等機能部７２と、
　前記モータ電力異常判断部５４により電力供給状態が正常と判断された他方の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）について、電力供給が制限または遮断された前記一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）により減少したトルクを、前記正常と判断された他方の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）によって補完する補完機能部７１と、
を有するものとしても良い。
　この構成によると、電力供給制限等機能部７２は、一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給状態が異常と判断されたとき、前記一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給を制限または遮断する。補完機能部７１は、電力供給が制限または遮断された前記一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）により減少したトルクを、正常と判断された他方の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）によって補完する。このように異常による不足するトルクを他方の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）によって補完することで、直動部６に所望の軸方向荷重を付与することが可能となる。
　前記制御装置ＣＵは、前記直動機構３の前記直動部６の直進運動に伴い発生する軸方向荷重の大きさを推定する軸荷重推定機能部６０を有し、
　前記電力供給制限等機能部７２は、前記一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給状態が異常と判断され、かつ前記軸荷重推定機能部６０で推定された軸方向荷重が定められた大きさより小さいとき、前記電動モータ２に通電し得る電流が、前記電力供給の制限または遮断が実行されていない場合と比較して小さくなるようにモータ電流を制限するものとしても良い。
　前記「定められた大きさ」は、設計等によって任意に定められる軸方向荷重の大きさであって、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により適切な大きさが求められて定められる。
　前記補完機能部７１によるトルク補完処理において、ダブルステータ型アキシアルギャップモータの１系統のみによる駆動では、スラスト方向の電磁力により回転子８の姿勢が不安定になる場合がある。例えば、軸方向荷重が弱い低負荷状態ほど回転子８に対する拘束力が弱いため、回転子８の姿勢が不安定化し易い。そこで、電力供給制限等機能部７２は、一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給状態が異常と判断されたとき、軸荷重推定機能部６０で推定された軸方向荷重が定められた大きさより小さい場合に、電動モータ２に通電し得る電流が、前記電力供給の制限または遮断が実行されていない場合と比較して小さくなるようにモータ電流を制限する。このように軸方向荷重が定められた大きさより小さい場合に、モータ電流を小さく制限することで、回転子８の姿勢の不安定化を軽減できる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る電動式直動アクチュエータの断面図である。 同電動式直動アクチュエータの制御システム構成例を示すブロック図である。 この発明の他の実施形態に係る電動式直動アクチュエータの制御システム構成例を示すブロック図である。 いずれかの電動式直動アクチュエータを備えた電動ブレーキ装置の一部破断した断面図である。
　この発明の一実施形態に係る電動式直動アクチュエータを図１および図２と共に説明する。この電動式直動アクチュエータは、例えば、車両に搭載される電動ブレーキ装置（後述する）に適用される。図１に示すように、この電動式直動アクチュエータ１は、電動モータ２と、直動機構３とを軸方向に直列に接続したアクチュエータである。直動機構３と電動モータ２とは、直動機構３の回転入出力軸５の軸心となる同一の軸心上に並んで配置されている。この電動式直動アクチュエータ１は、直動アクチュエータ本体ＡＨと、後述の制御装置ＣＵとを備える。
　直動アクチュエータ本体ＡＨは、電動モータ２と、直動機構３と、ハウジング４とを備える。この例の電動モータ２は、ダブルステータ型のアキシアルギャップモータである。直動機構３は、直動部６を有し、回転入出力軸５を介して、電動モータ２の回転運動を直動部６の直進運動に変換する。ハウジング４は、直動機構３および電動モータ２を保持する。なお、簡略化のため配線等の一部構造は省略している。
　電動モータ２について説明する。電動モータ２は、トルクに寄与する鎖交磁束を発生する磁極の向きが、この電動モータ２における回転軸と平行に配置された固定子７および回転子８を備えた、いわゆるアキシアルギャップ型である。固定子７は、ハウジング４に対して静的に保持される。回転子８は、直動機構３の回転入出力軸５に対して静的に保持され、間隔を隔てて配置された固定子７との鎖交磁束により回転トルクを発生する。回転子８は、この回転子８の軸方向の両面にそれぞれトルク発生面を有する界磁機構である。前記各「静的に」とは、すきま等の影響を除いて概ね運動が同期する（換言すれば、相対的に拘束された）関係を意味する。
　円筒形状のハウジング４内に、電動モータ２が設けられている。ハウジング４内には、直動機構３の大部分を収容する直動機構収容部４ａと、電動モータ２を収容するモータ収容部４ｂと、これら直動機構収容部４ａ，モータ収容部４ｂを仕切る隔壁４ｃとが設けられている。モータ収容部４ｂは、ハウジング４内における軸方向一端側に設けられ、直動機構収容部４ａは、ハウジング４内における軸方向他端側に設けられている。
　隔壁４ｃは、回転入出力軸５の軸方向に対して垂直に設けられ、直動機構収容部４ａからモータ収容部４ｂへ回転入出力軸５が挿入される貫通孔が形成されている。ハウジング４のモータ収容部４ｂに電動モータ２が収容された状態で、ハウジング４における電動モータ２側（前記軸方向一端側）の開口端を塞ぐモータカバー４５が設けられている。
　固定子７は、回転子８の軸方向の両側にそれぞれ対向して配置される一対の励磁機構７Ａ，７Ｂを備えている。これら励磁機構７Ａ，７Ｂのうち、隔壁４ｃ側に在る一方を第１の励磁機構７Ａ、モータカバー４５側に在る他方を第２の励磁機構７Ｂとする。第１の励磁機構７Ａは、磁性体コア１０Ａ、バックヨーク９Ａ、および第１系統のコイル群１１Ａを有する。第２の励磁機構７Ｂは、磁性体コア１０Ｂ、バックヨーク９Ｂ、および第２系統のコイル群１１Ｂを有する。
　第１の励磁機構７Ａについて説明すると、ハウジング４内のモータ収容部４ｂにおいて、隔壁４ｃに当接するようにバックヨーク９Ａが設けられ、このバックヨーク９Ａから軸方向に突出する磁性体コア１０Ａが設けられている。この磁性体コア１０Ａは、円周方向一定間隔おきに複数設けられている。磁性体コア１０Ａは、例えば、積層鋼板または圧粉磁心等から成る。各磁性体コア１０Ａに第１系統のコイル群１１Ａがそれぞれ巻回されている。
　第２の励磁機構７Ｂについて説明すると、ハウジング４内のモータ収容部４ｂにおいて、モータカバー４５に当接するようにバックヨーク９Ｂが設けられ、このバックヨーク９Ｂから軸方向に突出する磁性体コア１０Ｂが設けられている。この磁性体コア１０Ｂも、磁性体コア１０Ａと同様に円周方向一定間隔おきに複数設けられている。各磁性体コア１０Ｂに第２系統のコイル群１１Ｂがそれぞれ巻回されている。磁性体コア１０Ｂおよび第２系統のコイル群１１Ｂのその他の構成は、前述の磁性体コア１０Ａおよび第１系統のコイル群１１Ａと同様の構成である。
　積層鋼板または圧粉磁心等から成る磁性体コア１０Ａ，磁性体コア１０Ｂを用いると、単位銅損あたりのトルクが向上するため好適と考えられる。但し、磁性体コアを用いず、部品コストの低減およびトルク変動の低減に効果がある空芯コイルにすることもできる。
　第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂの巻回方法は、部分巻きでも集中巻きでも良い。第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂは、各コイル群に流れる電流を制御装置ＣＵによりそれぞれ制御可能であるうえ、第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂは構造上互いに軸方向に分離されている。このような第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂを、互いに独立したコイル群と言う。
　回転子８は、例えば、永久磁石８ａと、この永久磁石８ａを保持する保持部８ｂとを有する円板状の部材である。保持部８ｂは、例えば、樹脂またはステンレス鋼等の非磁性材料から成る。前述のように、固定子７は、第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂを含む励磁機構として構成し、回転子８は永久磁石８ａを用いた界磁機構として構成し、電動モータ２を永久磁石同期電動機とすると、耐久性、トルク密度、等に優れ、電動式直動アクチュエータに好適と考えられる。
　回転子８は、直動機構３における回転入出力軸５の先端部分に固定されている。図１の例では、回転入出力軸５のうち、モータ収容部４ｂに侵入している先端部分の外周面に、回転子８が二つの止め輪２４，２４に挟み込まれて軸方向に位置決めされ固定されている。回転入出力軸５の先端部分の外周面には、これら二つの止め輪２４，２４を固定する環状溝がそれぞれ形成されている。
　したがって、回転子８は、止め輪２４，２４により、回転入出力軸５に対し、第１の励磁機構７Ａと第２の励磁機構７Ｂとの間に相当する軸方向位置に固定される。電動モータ２の回転軸は、直動機構３の回転入出力軸５に同軸に配置される。その他図示は省略するが、回転子８から回転入出力軸５へのトルク伝達を可能とする回転軸周方向の位置決め構造は、平面加工、スプライン、嵌め合い摩擦力、溶接等により実現し得る。
　直動機構３について説明する。ハウジング４内における直動機構収容部４ａに、直動機構３の大部分が組み込まれている。直動機構３は、電動モータ２の出力により、後述するブレーキロータに対して制動力を負荷する。この直動機構３は、回転入出力軸５を介して電動モータ２の回転運動を直動部６の直進運動に変換する。
　直動機構３は、電動モータ２により回転駆動される回転入出力軸５と、この回転入出力軸５の回転運動を直進運動に変換する変換機構部３１とを有する。変換機構部３１は、直動部６と、軸受ケース３２と、環状のスラスト板であるバックプレート３３と、直動部６の直進運動に伴う軸方向の荷重に対する反作用力を保持するスラスト軸受３４と、ラジアル軸受３５と、キャリア３６と、すべり軸受３７，３８と、遊星ローラ３９とを有する。
　直動機構収容部４ａの内周面に、円筒状の直動部６が、回り止めされ且つ軸方向に移動自在に支持されている。直動部６の内周面には、径方向内方に突出し螺旋状に形成された螺旋突起が設けられている。この螺旋突起に複数の遊星ローラ３９が噛合している。
　直動機構収容部４ａにおける直動部６の軸方向一端側に、軸受ケース３２が設けられている。この軸受ケース３２は、円筒状のボス部と、このボス部から径方向外方に延びるフランジ部とを有する。前記ボス部内に複数のラジアル軸受３５が嵌合され、これらラジアル軸受３５の内輪内径面に回転入出力軸５が嵌合されている。回転入出力軸５は、支持部材３２に複数のラジアル軸受３５を介して回転自在に支持される。
　直動部６の内周には、回転入出力軸５を中心に回転可能なキャリア３６が設けられている。キャリア３６は、回転入出力軸５との間に嵌合されたすべり軸受３７，３８により、回転入出力軸５に回転自在に支持されている。回転入出力軸５の軸方向先端部分には、軸受ケース３２に対して回転入出力軸５およびキャリア３６の軸方向位置を拘束する止め輪４０が設けられている。
　キャリア３６には、複数のローラ軸４１が周方向に間隔を空けて設けられている。キャリア３６の軸方向両端部には、それぞれ軸挿入孔が複数形成されている。各軸挿入孔は、径方向に所定距離延びる長孔から成る。各軸挿入孔に各ローラ軸４１の軸方向両端部が挿入されて、これらローラ軸４１が各軸挿入孔の範囲で径方向に移動自在に支持される。複数のローラ軸４１における軸方向両端部には、これらローラ軸４１を径方向内方に付勢する弾性リング４２がそれぞれ掛け渡されている。
　各ローラ軸４１に、遊星ローラ３９が回転自在に支持される。各遊星ローラ３９の外周面には、直動部６の螺旋突起に噛合する円周溝または螺旋溝が形成されている。各遊星ローラ３９は、回転入出力軸５の外周面と、直動部６の内周面との間に介在される。弾性リング４２の付勢力により、各遊星ローラ３９が回転入出力軸５の外周面に押し付けられる。電動モータ２により回転入出力軸５が回転することで、この回転入出力軸５の外周面に接触する各遊星ローラ３９が接触摩擦により回転する。これにより直動部６が軸方向に移動することで、この直動部６の軸方向先端に設けられた摩擦パッド４３（図４）がブレーキロータ４４（図４）に対して当接または離隔する。
　制御装置ＣＵ等について説明する。図２は、この電動式直動アクチュエータ１の制御システム構成例を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置ＣＵは、電動モータ２を制御する装置であり、アクチュエータ荷重制御器５３、モータ電力異常判断部５４、異常報告手段４６、電流変換器５５、電流制御器５６、制御装置電源４７、ＯＲ回路４８、およびモータドライバ５７を有する。制御装置ＣＵはその他、電流推定器５８、角度推定器５９、および軸荷重推定機能部である軸荷重推定器６０を有する。制御装置ＣＵには、複数の電源装置（この例では第１，第２の電源装置４９Ａ，４９Ｂ）が接続されている。
　アクチュエータ荷重制御器５３は、荷重指令値に対して、直動機構３の推定軸荷重を追従するために必要なモータトルクを求め、モータトルク指令値として出力する。前記荷重指令値は、図示外のブレーキペダル等であるブレーキ操作手段の操作量に基づいて、例えば、この制御装置ＣＵの上位制御手段６１から与えられる。上位制御手段６１として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニット（ＥＣＵ）が適用される。前記推定軸荷重は、例えば、後述の軸荷重推定器６０で推定される。
　詳細には、軸荷重推定器６０は、直動機構３の直動部６（図１）により摩擦パッド４３（図４）がブレーキロータ４４（図４）を押圧するときの押圧力を検出する荷重センサ６２からのセンサ出力に基づいて、前記推定軸荷重を推定し得る。荷重センサ６２は、例えば磁気式のセンサおよび磁気ターゲットを含む。摩擦パッド４３がブレーキロータ４４を押圧するとき、直動部６には図４に示すインボード側への反力が作用する。ここで、電動ブレーキ装置を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向中央側を前記インボード側といい、車両の車幅方向外側をアウトボード側という。
　例えば前記磁気式のセンサおよび磁気ターゲットから成る図２に示す荷重センサ６２は、前記反力を軸方向の変位量として磁気的に検出する。なお、荷重センサ６２として、磁気式以外の光学式、渦電流式、または静電容量式のセンサ等を適用することも可能である。
　軸荷重推定器６０は、荷重センサ６２からのセンサ出力と、直動機構３の軸荷重（スラスト力）との関係を試験等で予め確認し、テーブル等に設定しておくことにより、前記推定軸荷重を推定し得る。なお推定軸荷重は、電流推定器５８で推定されるモータ電流と、角度推定器５９で推定されるモータ角度との関係等から推定することも可能である。
　アクチュエータ荷重制御器５３は、与えられた荷重指令値に対して、推定軸荷重を追従するために必要なモータトルクを、フィードバック制御またはフィードフォワード制御等を適宜用いて求める。
　電流推定器５８は、例えば、第１系統のコイル群１１Ａに流れるモータ電流を求める第１の電流センサ５８ａと、第２系統のコイル群１１Ｂに流れるモータ電流を求める第２の電流センサ５８ｂとを有する。各電流センサ５８ａ，５８ｂは、例えば、電流による磁界を検出する磁界検出式、またはシャント抵抗もしくはＦＥＴ等の両端の電圧を測定する電圧測定式を用いることが可能である。角度推定器５９は、角度センサ６３からのセンサ出力から回転子８の固定子７に対する角度を推定し得る。角度センサ６３として、例えば、レゾルバまたはエンコーダ等が適用される。
　モータ電力異常判断部５４は、第１，第２の励磁機構７Ａ，７Ｂにおける電流および電圧の定められた関係に基づいて、各励磁機構７Ａ，７Ｂへの電力供給状態が正常か否かをそれぞれ判断する。第１，第２の電源装置４９Ａ，４９Ｂからモータドライバ５７に至る電力供給系統５０に異常が発生したとき、前記電力供給状態が異常と判断される。例えば、第１，第２の電源装置４９Ａ，４９Ｂとモータドライバ５７との間の電力線６９または図示外の電力供給ハーネスが断線、モータドライバ５７内における短絡、または電源装置自体の異常等が生じたとき、前記電力供給状態が異常と判断される。
　モータ電力異常判断部５４は、第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂの通電状況について、例えば、コイルインダクタンス、コイル抵抗、回転子磁束による誘起電圧、および回転子角速度等に依存する電流と電圧との関係から、予め計測ないし解析された所定の結果との比較に基づいて、正常か異常かを診断し得る。その他、図示しないが、ハーネスまたはコネクタ等を用いる場合、断線検知構造を別途設けても良い。
　モータ電力異常判断部５４による異常判断において、アキシアルギャップモータの回転子８の軸方向両側のギャップ（隙間）は、加工公差等の影響により不均一になる場合が多く、また鎖交磁束の発生状況によって前記ギャップが変動し易い。その場合、ギャップが小さい側の励磁機構は誘起電圧が高くなり、ギャップが大きい側の励磁機構は誘起電圧が低くなり、予め計測ないし解析された所定結果との誤差が大きくなる結果、異常と不所望に判断される場合がある。
　このため、前記異常判断は、複数の励磁機構（第１，第２の励磁機構７Ａ，７Ｂ）における平均電流と平均電圧との定められた関係と、個々の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）における電流と電圧との定められた関係との両方において異常か否かの判断をする機能としても良い。この場合、前記ギャップが変動することによる影響は、平均電流と平均電圧（これらを総称して「平均値」という）における結果としては表れにくいため、異常の誤判断を防止することができる。
　異常報告手段４６は、モータ電力異常判断部５４により前記電力供給状態が異常と判断されると、上位制御手段６１に異常発生情報を出力する。上位制御手段６１は、異常報告手段４６からの異常発生情報を受けて、例えば、車両のコンソールパネル等に設けられた表示装置７０に電動モータ２の異常を知らせる表示を行わせる。
　電流変換器５５は、アクチュエータ荷重制御器５３により演算されたモータトルク指令値等に応じて、第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂに印加する電流指令値を導出する。電流変換器５５は、第１のｄ軸，ｑ軸電流決定部６４，６５と、第２のｄ軸，ｑ軸電流決定部６６，６７とを有する。第１のｄ軸，ｑ軸電流決定部６４，６５は、第１系統のコイル群１１Ａへのｄ軸電流指令値，ｑ軸電流指令値をそれぞれ導出する。第２のｄ軸，ｑ軸電流決定部６６，６７は、第２系統のコイル群１１Ｂへのｄ軸電流指令値，ｑ軸電流指令値をそれぞれ導出する。
　前述のモータ電力異常判断部５４によりいずれか一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給状態が異常と判断され、他方の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）への電力供給状態が正常と判断されとき、電流変換器５５は、前記異常により不足するトルクを前記正常な他方の励磁機構７Ｂ，（７Ａ）によって補完する補完機能部７１を有する構成としても良い。
　補完機能部７１によるトルク補完処理において、ダブルステータ型アキシアルギャップモータの１系統のみによる駆動では、スラスト方向の電磁力により回転子８の姿勢が不安定になる場合がある。例えば、図１の電動式直動アクチュエータ１では、軸方向荷重が弱い低負荷状態ほど回転子８に対する拘束力が弱いため、回転子８の姿勢が不安定化し易い。そこで、図２に示すように、電流変換器５５は、荷重を発揮するために必要なトルクを除き、応答性の低下を許容してトルク（電力供給）を制限する電力供給制限等機能部７２を設けても良い。
　すなわち電力供給制限等機能部７２は、モータ電力異常判断部５４により一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給状態が異常と判断され、かつ軸荷重推定器６０で推定された軸方向荷重が定められた大きさより小さいとき、電動モータ２に通電し得る電流が、電力供給の制限が実行されていない場合と比較して小さくなるようにモータ電流を制限する。具体的には、軸方向荷重が定められた大きさより小さいときに限定して、異常と判断された一方の励磁機構７Ａ，（７Ｂ）への電力供給を制限するように、第１，(第２)系統のコイル群１１Ａ，（１１Ｂ）へのｄ軸電流指令値，ｑ軸電流指令値をそれぞれ導出する。
　このようにモータ電流を制限することで、回転子８の姿勢の不安定化を軽減できる。モータ電流の制限値を導出する際、前記軸方向荷重および電流推定器５８で推定されるモータ電流を含むパラメータを適宜参照するルックアップテーブル（略称：ＬＵＴ）などを予め解析や試験等の結果より作成しておくと、演算負荷が軽減できて好適と考えられる。
　電流制御器５６は第１，第２の電流制御器５６ａ，５６ｂを含む。第１，第２の電流制御器５６ａ，５６ｂは、それぞれ対応する第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂの電流推定結果に基づいて、電流指令値に対して追従制御するためのモータ電圧を出力する。このモータ電圧を出力する演算は、フィードバック制御またはフィードフォワード制御が適宜用いられて実行される。なお第１系統のコイル群１１Ａの電流は、第１の電流センサ５８ａにより推定される。第２系統のコイル群１１Ｂの電流は、第２の電流センサ５８ｂにより推定される。前記制御器をはじめとする各演算器は、例えば、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、などの演算器により実装すると、安価で高性能な制御を実現できて好適と考えられる。
　モータドライバ５７は、第１，第２のモータドライバ５７ａ，５７ｂを含む。これら第１，第２のモータドライバ５７ａ，５７ｂは、対応する第１，第２の電源装置４９Ａ，４９Ｂの直流電流を電動モータ２の駆動に用いる三相の交流電力に変換する。電力供給系統５０は、制御装置ＣＵにおける第１，第２のモータドライバ５７ａ，５７ｂと、第１，第２の電源装置４９Ａ，４９Ｂと、これらの間を繋ぐ電力線６９とを少なくとも含む。電力供給系統５０は、前述の独立した第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ独立して電力を供給する機能を有する。
　制御装置電源４７は、いずれか一方の電源装置４９Ａ，（４９Ｂ）が正常であれば、第１，第２の電源装置４９Ａ，４９Ｂに対してＯＲ回路４８により電力供給可能な形式とすると、冗長化できて好適と考えられる。前記ＯＲ回路４８として、例えば、ダイオードＯＲ回路が適用される。
　前記第１のモータドライバ５７ａは、第１系統のコイル群１１Ａへ交流電力を出力し、前記第２のモータドライバ５７ｂは、第２系統のコイル群１１Ｂへ交流電力を出力する。これら第１，第２のモータドライバ５７ａ，５７ｂは、例えば、ＦＥＴのようなスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路により構成し、第１，第２の電流制御器５６ａ，５６ｂよりハイサイド、ローサイド各スイッチのＯＮ-ＯＦＦ信号を入力するＰＷＭ制御を用いると、安価で高精度な制御が実現できて好適と考えられる。
　制御装置ＣＵ内の手段、制御器、変換器、および推定器は、具体的には、ソフトウエアやハードウエアで実現されたＬＵＴ（Look Up Table）、またはソフトウエアのライブラリ（Library）に収められた所定の変換関数やそれに等価のハードウエア等、また必要に応じて、ライブラリの比較関数や四則演算関数やそれらに等価のハードウエア等を用いて、演算を行って結果を出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ（不図示）上のソフトウエア関数で構成されている。
　以上説明した電動式直動アクチュエータ１によれば、電動モータ２は、トルクに寄与する鎖交磁束を発生する磁極の向きが、前記電動モータ２における回転軸と平行となるように配置された固定子７および回転子８を備えるいわゆるアキシアルギャップモータである。さらに直動機構３と電動モータ２とが、直動機構３の回転入出力軸５の軸心となる同一の軸心上に並んで配置されている。このため、電動モータと直動アクチュエータとを平行に配置する構造等に比べて、無効なスペースが少なく省スペース化を図ることができ、且つ、慣性モーメントが小さく高応答な電動式直動アクチュエータを実現できる。
　この電動モータ２は、回転子８の軸方向の両面にそれぞれトルク発生面を有し、固定子７は回転子８の軸方向の両側にそれぞれ配置される複数の励磁機構７Ａ，７Ｂを有する、いわゆるダブルステータ型アキシアルギャップモータである。このようなダブルステータ型アキシアルギャップモータを用いると、トルク密度の向上および慣性モーメントの低減を図ることが可能となり、好適と考えられる。
　第１，第２の励磁機構７Ａ，７Ｂは、互いに独立した第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂを備え、電力供給系統５０は、前記独立した第１，第２系統のコイル群１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ独立して電力を供給するため、冗長性が向上できて好適と考えられる。例えば、一方のコイル群１１Ａ，（１１Ｂ）に電力を供給不可能な状態となっても、他方のコイル群１１Ｂ，（１１Ａ）へ電力を供給することで、直動部６に所望の軸方向荷重を付与することが可能となる。また第１，第２の励磁機構７Ａ，７Ｂは、構造上予め軸方向に分離されているため、それぞれ第１，第２の励磁機構７Ａ，７Ｂから配線を引き出せばよく、簡潔な構造で実現できる。
　なお、本実施形態では、第１の励磁機構７Ａが第１系統のコイル群１１Ａを備え、第２の励磁機構７Ｂが第２系統のコイル群１１Ｂを備える構成について示した。しかしながら、本発明は、上述した構成に限られるものではなく、回転子８の軸方向両側に設けられた複数の励磁機構のそれぞれが、１系統以上の独立したコイル群を備え、回転子８の軸方向両側の励磁機構で合計２系統以上の独立したコイル群を備えていればよい。すなわち、回転子８の軸方向一方に設けられた励磁機構が、複数系統の独立したコイル群を有し、回転子８軸方向他方に設けられた励磁機構が１系統の独立したコイル群を有していてもよい。また、回転子８の軸方向両側に設けられた複数の励磁機構のそれぞれが、複数系統の独立したコイル群を有していてもよい。
　他の実施形態について説明する。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。
　他の実施形態に含まれる図３に示すように、電力供給系統５０として、一つの電源装置４９が設けられ、この電源装置４９と、第１，第２のモータドライバ５７ａ，５７ｂとの間の送電系統のみを多重化つまり冗長化しても良い。この場合、例えば、電源装置４９とモータドライバ５７との間の電力線６９または図示外の電力供給ハーネスが断線、またはモータドライバ５７内における短絡が生じたときの冗長化を図ることができる。また図２の構成よりも電源装置の数を低減できコスト低減を図れる。その他図１，２と同様の作用効果を奏する。
　図４は、上述のいずれかの電動式直動アクチュエータ１を備えた電動ブレーキ装置の一部破断した断面図である。この電動ブレーキ装置は、前記いずれかの電動式直動アクチュエータ１と、車輪と一体に回転する回転部材であるブレーキロータ４４と、このブレーキロータ４４と接触して制動力を発生する摩擦パッド（摩擦材）４３とを基本的に備え、さらに電動式直動アクチュエータを制御する図示外の制御装置とを備える。車両には、ブレーキロータ４４の外周側部分を囲むようにキャリパ５１がそれぞれ設けられる。キャリパ５１は、電動式直動アクチュエータ１のハウジング４に一体に設けられている。
　キャリパ５１のアウトボード側の端部に、爪部５２が設けられる。爪部５２は、ブレーキロータ４４のアウトボード側の側面と軸方向で対向する。この爪部５２にアウトボード側の摩擦パッド４３が支持されている。キャリパ５１のうち、直動機構３の直動部６のアウトボード側端に、インボード側の摩擦パッド４３が支持されている。この摩擦パッド４３は、ブレーキロータ４４のインボード側の側面と軸方向で対向する。電動式直動アクチュエータ１は、摩擦パッド４３をブレーキロータ４４に対して当接または離隔させる駆動を行う。
　車両における図示外のナックルに、マウント（図示せず）が支持される。このマウントの長手方向両端部には、一対のピン支持片（図示せず）が設けられる。これらピン支持片のそれぞれ端部に、軸方向に平行に延びる図示外のスライドピンが設けられる。これらスライドピンに、キャリパ５１が軸方向にスライド自在に支持されている。
　前記制御装置は、図示外のブレーキペダルの操作量に応じて、電動式直動アクチュエータ１の電動モータの回転を制御する。制動時、電動式直動アクチュエータ１の駆動によりインボード側の摩擦パッド４３がブレーキロータ４４に当接して、ブレーキロータ４４を軸方向に押圧する。その押圧力の反力によりキャリパ５１がインボード側にスライドする。これにより、キャリパ５１の爪部５２に支持されたアウトボード側の摩擦パッド４３がブレーキロータ４４に当接する。これらアウトボード側およびインボード側の摩擦パッド４３，４３で、ブレーキロータ４４を軸方向両側から強く挟持することで、ブレーキロータ４４に制動力が負荷される。
　この構成によると、電動式直動アクチュエータ１が省スペース化を図れるため、電動式直動アクチュエータ１の搭載スペースが極めて限られた車両にも、この電動ブレーキ装置を搭載することが可能となる。したがって、電動ブレーキ装置の汎用性を高めることができ、種々な車両にこの電動ブレーキ装置を搭載することができる。
　回転子は、非磁性材料から成る保持部で永久磁石を保持すると、損失が少なく好適と考えられるが、磁性材から成る保持部で永久磁石を保持することもできる。回転子は、保持部を用いずに、複数の軸方向磁極に着磁された単一の磁石を、直接、回転入出力軸に固定する構造とすることもできる。その他、例えば回転子が回転することによって固定子インダクタンスが変化する形状の鉄心を用いたリラクタンスモータの構成を採ることもできる。
　回転子の永久磁石は、軸方向に貫通する磁石を適用し、磁極両面を鎖交磁束として用いると、磁石体積、モータ寸法、および部品点数を低減でき、低コスト化と省スペース化を図るうえで好適と考えられるが、磁性体の両面に磁石を貼り合わせ、耐熱性を向上させる構造を用いても良い。
　直動機構の変換機構部として、遊星ローラ以外に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。図１のスラスト軸受は、電動式直動アクチュエータにより対象物を押圧する動作を想定した配置としているが、図１と軸方向逆側に対して荷重を保持するように配置し、対象物に引張荷重を印加するアクチュエータを構成することもできる。
　モータ角度や直動機構の軸荷重を検出するセンサを設けているが、例えば、モータ電圧よりモータ角度を推定するセンサレス角度推定手段、アクチュエータ効率およびモータ電流などから軸荷重を推定する手段を用いても良い。サーミスタ、各電装系の配線部品など、電動式直動アクチュエータの適用に必要な構成は適宜設けられるものとする。
　電力供給制限等機能部は、一方の励磁機構への電力供給状態が異常と判断されたとき、前記一方の励磁機構への電力供給を遮断するようにしても良い。電動ブレーキ装置において、冗長機構および電源系統、センサ等、電動ブレーキとして必要な構成は適宜設けられるものとする。また、制御演算として、複数のフィードバックループを構成する例を示しているが、例えば、電動モータの電磁気特性と運動特性を全て一括処理する単一のフィードバック系とするなど、制御系の構成は必要に応じて適宜定められるものとする。各実施形態の電動式直動アクチュエータを、電動ブレーキ装置以外の、例えば、プレス装置に適用することも可能である。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１…電動式直動アクチュエータ
２…電動モータ
３…直動機構
５…回転入出力軸
７…固定子
７Ａ…第１の励磁機構
７Ｂ…第２の励磁機構
８…回転子
１１Ａ…第１系統のコイル群
１１Ｂ…第２系統のコイル群
５０…電力供給系統
５４…モータ電力異常判断部
６０…軸荷重推定器（軸荷重推定機能部）
７１…補完機能部
７２…電力供給制限等機能部
ＣＵ…制御装置

Claims (5)

  1. 　電動モータと、回転入出力軸を有し該回転入出力軸を介して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、を備える電動式直動アクチュエータであって、
    　前記直動機構と前記電動モータとが、前記直動機構の前記回転入出力軸の軸心となる同一の軸心上に並んで配置され、
    　前記電動モータは、トルクに寄与する鎖交磁束を発生する磁極の向きが、前記電動モータにおける回転軸と平行となるように配置された固定子および回転子を備え、
    　前記回転子は、この回転子の軸方向の両面にそれぞれトルク発生面を有し、
    　前記固定子は、前記回転子の前記軸方向の両側にそれぞれ配置される複数の励磁機構を有し、これら複数の励磁機構は、軸方向一方の励磁機構につき１系統以上で、且つ、軸方向両側の励磁機構で合計２系統以上の独立したコイル群を備え、
    　前記独立したコイル群にそれぞれ独立して電力を供給する電力供給系統が設けられた電動式直動アクチュエータ。
  2. 　請求項１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、前記励磁機構における電流および電圧の定められた関係に基づいて、前記各励磁機構への電力供給状態が正常か否かをそれぞれ判断するモータ電力異常判断部を有する電動式直動アクチュエータ。
  3. 　請求項２に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記モータ電力異常判断部は、前記複数の励磁機構における平均電流と平均電圧との定められた関係と、個々の励磁機構における電流と電圧との定められた関係との比較を含む情報に基づいて、前記各励磁機構への電力供給状態が正常か否かをそれぞれ判断する電動式直動アクチュエータ。
  4. 　請求項２または請求項３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、
    　前記モータ電力異常判断部によりいずれか一方の励磁機構への電力供給状態が異常と判断されたとき、前記一方の励磁機構への電力供給を制限または遮断する電力供給制限等機能部と、
    　前記モータ電力異常判断部により電力供給状態が正常と判断された他方の励磁機構について、電力供給が制限または遮断された前記一方の励磁機構により減少したトルクを、前記正常と判断された他方の励磁機構によって補完する補完機能部と、
    を有する電動式直動アクチュエータ。
  5. 　請求項４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、前記直動機構の前記直動部の直進運動に伴い発生する軸方向荷重の大きさを推定する軸荷重推定機能部を有し、
    　前記電力供給制限等機能部は、前記一方の励磁機構への電力供給状態が異常と判断され、かつ前記軸荷重推定機能部で推定された軸方向荷重が定められた大きさより小さいとき、前記電動モータに通電し得る電流が、前記電力供給の制限または遮断が実行されていない場合と比較して小さくなるようにモータ電流を制限する電動式直動アクチュエータ。
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