JP2018121461A - 電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータの瞬時の出力を向上すると共に、サイズ低減およびコスト低減を図ることができる電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置を提供する。
【解決手段】電動式直動アクチュエータの制御装置２は、電動モータ４のコイル４ｂに供給する電力を制御するモータドライバ２４と、電源装置３とモータドライバ２４との間に接続された蓄電手段２１と、電源装置３と蓄電手段２１との間に設けられ、蓄電手段２１から電源装置３へと流れる電流を制限する通電方向制限手段２０とを備える。さらに制御装置２は、電源装置３の電圧を昇圧して、蓄電手段２１に出力する昇圧手段１９を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両等に搭載される電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置に関する。

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．電動モータ、直動機構および減速機を使用した電動ブレーキ用アクチュエータ（特許文献１）。
２．遊星ローラ機構および電動モータを使用した電動アクチュエータ（特許文献２）。

特開平６−３２７１９０号公報 特開２００６−１９４３５６号公報

特許文献１，２の電動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置において、通常のブレーキ動作における消費電力は概ねモータ銅損のみとなる一方、例えば、パニックブレーキまたはアンチロック ブレーキ システム（Antilock Brake System：略称ＡＢＳ）動作等の高速なブレーキ動作においては、モータを高出力で動作させるために瞬間的に大きな電力が必要となる。

その際、電流を増加させて出力を向上させるためには、大きく且つ高価なハーネスや回路素子等が必要となり、サイズ、コスト、重量等が問題となる場合がある。しかしながら、駆動電圧を増加させるためには、専用のバッテリまたはＤＣ／ＤＣコンバータ等の電源装置を設ける必要があり、コスト等が問題となる場合がある。特に、専用の電源装置が昇圧回路である場合、１次側の電流が極めて大きくなる可能性があるため、ＤＣ／ＤＣコンバータの回路素子、配線のサイズおよびコストが問題となる場合がある。

この発明の目的は、電動モータの瞬時の出力を向上すると共に、サイズ低減およびコスト低減を図ることができる電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置を提供することである。

この発明の電動式直動アクチュエータは、電動モータ４と、この電動モータ４の回転運動を回転入出力軸を介して直動部１４の直進運動に変換する直動機構６と、直流の電源装置３に接続され前記電動モータ４を駆動する制御装置２とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
前記制御装置２は、
前記電動モータ４のコイル４ｂに供給する電力を制御するモータドライバ２４と、
前記電源装置３と前記モータドライバ２４との間に接続された蓄電手段２１と、
前記電源装置３と前記蓄電手段２１との間に設けられ、前記蓄電手段２１から前記電源装置３へと流れる電流を制限する通電方向制限手段２０と、
前記電源装置３の電圧を昇圧して、前記蓄電手段２１に出力する昇圧手段１９と、を備えている。

この構成によると、モータドライバ２４が電動モータ４のコイル４ｂに供給する電力を制御することで、電動モータ４を駆動する。蓄電手段２１には、電源装置３から供給される電力が蓄電される。昇圧手段１９は、電源装置３の電圧を昇圧して蓄電手段２１に出力することで、電動モータ４が動作しない場合または電動モータ４の消費電力が昇圧手段１９の最大出力よりも小さい動作状態が継続する場合において、モータドライバに供給する直流電圧を、電源装置３の電圧より高く昇圧し得る。

操作手段等により電動モータ４が高出力動作をする必要がある操作が行われたとき、主に昇圧された蓄電手段２１からモータドライバ２４を経由して電動モータ４に電力が供給される。このように蓄電手段２１の電圧を電源装置３の電圧よりも昇圧し、モータドライバ２４に供給できるため、昇圧をしない場合と比較してモータ電流を増加させずに電動モータ４の瞬時の最大出力を向上することができる。これにより、モータ電流を増加させる場合に必要となる大電流用のハーネスや回路素子等の高価な部材が不要となり、サイズの小型化やコストの低減を図れる。また電動モータ４および制御装置２の電力は、昇圧手段１９に依らず電源装置３から直接得ることも可能であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により昇圧した専用の電源装置を用いる従来例よりも、昇圧手段１９の出力を小さくすることができる。したがって、従来例よりも昇圧手段のサイズの小型化やコストを低減することができ、アクチュエータ全体の小型化およびコスト低減を図ることができる。

前記昇圧手段１９は、この昇圧手段１９から出力されるべき出力電流が設定値を超過するとき、前記出力電流を設定値以下に制限する定電流制限部１９ａと、この昇圧手段１９から出力されるべき出力電流が設定値を超過しないとき、定められた電圧を出力する定電圧制限部１９ｂとを備え、
前記定電流制限部１９ａないし前記定電圧制限部１９ｂにより制限された前記昇圧手段１９の出力が、前記電動モータ４の消費し得る最大電力よりも小さな値に制限されるものであっても良い。
前記設定値、前記定められた電圧は、それぞれ設計等によって任意に定める値、電圧であって、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等により適切な値、電圧を求めて定められる。
この構成によると、容量の比較的小さい昇圧手段で済むため、サイズの小型化やコストの低減を図ることができる。

前記電動モータ４の回転角度を推定する角度推定手段Ｓａ、およびこの角度推定手段Ｓａで推定される回転角度に基づき前記電動モータ４の角速度を推定する角速度推定手段２６を備え、
前記制御装置２は、
前記蓄電手段２１の電圧を推定する電圧推定手段２２と、
前記角速度推定手段２６で推定された角速度に基づき、前記電動モータ４の出力を制限する電動モータ出力制限手段２８ｂと、を備え、
前記電動モータ出力制限手段２８ｂは、前記電圧推定手段２２で推定された電圧が大きくなる程、前記電動モータ４の最大出力が高くなるように前記電動モータ４の出力を制限しても良い。

この構成によると、電動モータ出力制限手段２８ｂは、推定された蓄電手段２１の電圧が大きくなる程、電動モータ４の最大出力が高くなるように電動モータ４の出力を制限する。このように電動モータ４の出力を蓄電手段２１の電圧に応じて制限することで、蓄電手段２１の電圧が高い状態において電動モータ４の応答性の改善を図ることができるとともに、蓄電手段２１の電圧が低い状態において電動モータ４の駆動電圧の不足による制御安定性の悪化を防止することができる。

前記蓄電手段２１がキャパシタであっても良い。このキャパシタとして、特に、電解コンデンサまたは電気二重層コンデンサ等を用いると体積当たりの容量が比較的大きくて好ましい。

この発明の電動ブレーキ装置は、車輪と連動して回転するブレーキロータ８と、このブレーキロータ８と接触して制動力を発生する摩擦材９と、電動モータ４と、この電動モータ４の出力を前記摩擦材９の押圧力に変換する摩擦材操作手段６と、直流の電源装置３に接続され前記電動モータ４を駆動する制御装置２とを備え、前記制御装置２が前記摩擦材９と前記ブレーキロータ８との接触によるブレーキ力を制御するよう前記電動モータ４を駆動する電動ブレーキ装置において、
前記制御装置２は、
入力される直流電流をオンオフ制御して前記電動モータ４のコイル４ｂに供給する電力を制御するモータドライバ２４と、
前記電源装置３と前記モータドライバ２４との間に接続された蓄電手段２１と、
前記電源装置３と前記蓄電手段２１との間に設けられ、前記蓄電手段２１から前記電源装置３への通電を制限する通電方向制限手段２０と、
前記電源装置３の電圧を昇圧して、前記蓄電手段２１に出力する昇圧手段１９と、を備えた電動ブレーキ装置であってもよい。

この構成によると、車両のブレーキ操作手段等の操作に基づいて、モータドライバ２４が電動モータ４のコイル４ｂに供給する電力を制御することで、電動モータ４を駆動する。蓄電手段２１には、電源装置３から供給される電力が蓄電される。昇圧手段１９は、定められた条件で、電源装置３の電圧を昇圧して蓄電手段２１に出力する。前記定められた条件は、蓄電手段２１の電圧が電源装置の電圧よりも高いとき、例えば、電動モータ４が動作しない状態または電動モータ４の消費電力が昇圧手段１９の最大出力よりも小さい動作状態が継続する条件である。

蓄電手段２１の電圧が昇圧されている状態で、ブレーキ操作手段等により電動モータ４が高出力動作をする必要がある操作が行われたとき、主に昇圧された蓄電手段２１からモータドライバ２４を経由して電動モータ４に電力が供給される。このように蓄電手段２１の電圧を電源装置３の電圧よりも昇圧し、モータドライバ２４に供給できるため、昇圧をしない場合と比較してモータ電流を増加させずに電動モータ４の瞬時の最大出力を向上することができる。これにより、モータ電流を増加させる場合に必要となる大電流用のハーネスや回路素子等の高価な部材が不要となり、サイズの小型化やコストの低減を図れる。また電動モータ４および制御装置２の電力は、昇圧手段１９に依らず電源装置３から直接得ることも可能であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により昇圧した専用の電源装置を用いる従来例よりも、昇圧手段１９の出力を小さくすることができる。したがって、従来例よりも昇圧手段１９のサイズの小型化やコストを低減することができ、電動ブレーキ装置全体の小型化およびコスト低減を図ることができる。

この電動ブレーキ装置１を搭載する車両の車速を推定する車速推定手段３０を備え、前記制御装置２は、前記車速推定手段３０で推定される車速が定められた領域にあるとき、前記推定される車速が高速になる程前記昇圧手段１９による出力電圧を高くしても良い。
前記定められた領域は、設計等によって任意に定める領域であって、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等により適切な領域を求めて定められる。
この構成によると、電動ブレーキ装置の応答性が制動距離に大きく影響する高速走行時である程、電動モータ４の瞬時の出力を向上することができる。

この発明の電動式直動アクチュエータは、電動モータと、この電動モータの回転運動を回転入出力軸を介して直動部の直進運動に変換する直動機構と、直流の電源装置に接続され前記電動モータを駆動する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記電動モータのコイルに供給する電力を制御するモータドライバと、前記電源装置と前記モータドライバとの間に接続された蓄電手段と、前記電源装置と前記蓄電手段との間に設けられ、前記蓄電手段から前記電源装置へと流れる電流を制限する通電方向制限手段と、前記電源装置の電圧を昇圧して、前記蓄電手段に出力する昇圧手段と、を備えたため、電動モータの瞬時の出力を向上すると共に、サイズ低減およびコスト低減を図ることができる。

この発明の電動ブレーキ装置は、車輪と連動して回転するブレーキロータと、このブレーキロータと接触して制動力を発生する摩擦材と、電動モータと、この電動モータの出力を前記摩擦材の押圧力に変換する摩擦材操作手段と、直流の電源装置に接続され前記電動モータを駆動する制御装置とを備え、前記制御装置が前記摩擦材と前記ブレーキロータとの接触によるブレーキ力を制御するよう前記電動モータを駆動する電動ブレーキ装置において、前記制御装置は、前記電動モータのコイルに供給する電力を制御するモータドライバと、前記電源装置と前記モータドライバとの間に接続された蓄電手段と、前記電源装置と前記蓄電手段との間に設けられ、前記蓄電手段から前記電源装置へと流れる電流を制限する通電方向制限手段と、前記電源装置の電圧を昇圧して、前記蓄電手段に出力する昇圧手段と、を備えたため、電動モータの瞬時の出力を向上すると共に、サイズ低減およびコスト低減を図ることができる。

この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を概略示す図である。 同電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。 同電動ブレーキ装置のモータ駆動電力の通電経路を模式的に示す図である。 同図３において、（Ａ）バッテリ電圧よりもキャパシタ電圧が高い場合の電力の流れを模式的に示す図、（Ｂ）バッテリ電圧とキャパシタ電圧が略等しい場合の電力の流れを模式的に示す図である。 （Ａ）同電動ブレーキ装置における、急激なブレーキ操作時の動作例を示す図、（Ｂ）従来構造における、急激なブレーキ操作時の動作例を示す図である。 （Ａ）同電動ブレーキ装置における、緩やかなブレーキ操作時の動作例を示す図、（Ｂ）従来構造における、緩やかなブレーキ操作時の動作例を示す図である。

この発明の実施形態に係る電動ブレーキ装置を図１ないし図６と共に説明する。この電動ブレーキ装置は例えば車両に搭載される。
図１に示すように、この電動ブレーキ装置１は、電動式直動アクチュエータＤＡと、摩擦ブレーキＢＲとを備える。先ず、電動式直動アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造について説明する。

＜電動式直動アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造＞
図１および図２に示すように、電動式直動アクチュエータＤＡは、アクチュエータ本体ＡＨと、後述する制御装置２とを備える。アクチュエータ本体ＡＨは、電動モータ４と、減速機構５と、摩擦材操作手段である直動機構６と、パーキングブレーキ機構７と、角度センサＳａと、荷重センサＳｂ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、例えば、永久磁石式の三相の同期モータ等から成る。この永久磁石式の同期モータを適用すると省スペースで高トルク・高出力となり好適であるが、リラクタンスモータまたはブラシ付ＤＣモータ等であっても良い。あるいは、スタータを設けた誘導モータを適用することもできる。

摩擦ブレーキＢＲは、車両の車輪と連動して回転するブレーキロータ８と、このブレーキロータ８と接触して制動力を発生する摩擦材９とを有する。この摩擦材９はブレーキロータ近傍に配置される。摩擦材９を、アクチュエータ本体ＡＨにより操作してブレーキロータ８に押圧し、摩擦力によって制動力を発生させる機構を用いることができる。

減速機構５は、電動モータ４の回転を減速する機構であり、一次歯車１２、中間歯車１３、および三次歯車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に取り付けられた一次歯車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三次歯車１１に伝達可能としている。

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、それが摩擦材９の押圧力に変換されることによりブレーキ力を発生させる。なお電動ブレーキ装置１を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい。車両の車幅方向中央側をインボード側という。

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。

図２に示すように、角度推定手段としての角度センサＳａは、電動モータ４の回転角度を推定する。角度センサＳａは、例えば、レゾルバまたは磁気エンコーダ等を用いると高性能かつ信頼性が高く好適であるが、光学式のエンコーダ等を用いることもできる。角度推定手段として、前記角度センサＳａを設けずに、電動モータ４の電圧と電流との関係等から回転子位相を推定する角度センサレス推定器（図示せず）を制御装置２に設けることもできる。

荷重センサＳｂは、ブレーキ力を推定するブレーキ力推定手段であり、ブレーキ力を制御する際に用いられる。荷重センサＳｂは、例えば、直動機構６の荷重が作用する所定部材の変化または歪を検出する荷重センサを用いると安価で好適である。但し、荷重センサＳｂを用いずに、例えば、電動ブレーキ装置１の機械体剛性に基づくモータ回転角度と荷重との関係、またはモータ電流と荷重との相関により間接的にブレーキ力を制御する構成としても良い。あるいは、制動トルクセンサまたは加速度センサに基づいてブレーキ力を制御する構成とすることもできる。

＜制御系について＞
図２は、この電動ブレーキ装置の制御系のブロック図である。
例えば、各車輪に対応する制御装置２およびアクチュエータ本体ＡＨが設けられている。各制御装置２は電動モータ４を制御する。各制御装置２に、直流の電源装置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。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。上位ＥＣＵ１７は、各制御装置２の統合制御機能を有する。上位ＥＣＵは「ＶＣＵ」とも称される。

電源装置３は、電動モータ４および制御装置２に電力を供給する。電源装置３は、例えば、この電動ブレーキ装置１を搭載する車両の低圧（例えば１２Ｖ）バッテリ、あるいは高圧バッテリと降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとの組み合わせであっても良い。また電源装置３は、これら低圧バッテリと、高圧バッテリおよび降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとの併用であっても良く、別途、大容量キャパシタ等が設けられていても良い。

上位ＥＣＵ１７は、ブレーキ操作手段１８の操作量に応じて変化するセンサの出力に応じて、各制御装置２にブレーキ力指令値をそれぞれ出力する。ブレーキ操作手段１８は、例えば、ブレーキペダルであっても良く、前記ブレーキペダルに加えて、アンチロックブレーキシステム（Anti-lock Brake System、略称：ＡＢＳ）等の制御演算装置を設けた構成であっても良い。上位ＥＣＵ１７は、ブレーキ操作手段１８の操作に依ることなく、例えば、自動運転車両における制動を判断して各制御装置２にブレーキ力指令値をそれぞれ出力することも可能である。

各制御装置２は、昇圧手段１９と、通電方向制限手段２０と、蓄電手段２１と、電圧推定手段２２と、演算装置２３と、モータドライバ２４と、電流推定手段２５と、角速度推定手段２６とを備える。昇圧手段１９は、電源装置３の電圧を昇圧して、蓄電手段２１に出力する。昇圧手段１９は、例えば、キャパシタ、インダクタ、スイッチ素子およびスイッチ制御回路等により構成されるＣＶＣＣ（定電圧定電流）ブーストコンバータを用いることができる。

この昇圧手段１９は、定電流制限部１９ａと、定電圧制限部１９ｂとを備える。定電流制限部１９ａは、この昇圧手段１９から出力されるべき出力電流が設定値を超過するとき、出力電流を設定値以下に制限する。定電圧制限部１９ｂは、この昇圧手段１９から出力されるべき出力電流が設定値を超過しないとき、定められた電圧を出力する。定電流制限部１９ａないし定電圧制限部１９ｂにより制限された昇圧手段１９の出力が、電動モータ４の消費し得る最大電力よりも小さな値に制限される。

ところで昇圧手段の出力が大きくなると、入力側の電流値が極めて大きくなり、インダクタ等の前記回路素子類が大きく高価なものになるが、本実施形態の構成によれば、電動モータ４および制御装置２の電力は、昇圧手段１９に依らず電源装置３からの直結回路によって得ることも可能であるため、昇圧手段１９の出力は比較的小さなもので良く、前記素子類を安価に構成できる。例えば、ブレーキを作動する時間は車両走行中において限定的であり、その中でも電動モータ４を高速回転して高出力動作が求められ得るのは前記ブレーキペダルを急激に踏み込んだ際の初期動作やＡＢＳ動作時等のさらに限定的な状況である。このため、前記の通り昇圧手段１９の出力を小さくしても運用上に支障はないと考えられる。

通電方向制限手段２０は、電源装置３と蓄電手段２１との間に設けられ、昇圧手段１９に対して並列に設けられている。通電手段２０は、蓄電手段２１から電源装置３へと流れる電流（通電）を制限する。通電方向制限手段２０は、ダイオード動作を行うものとして図２中にはダイオード素子記号にて示すが、実装する上では実際のダイオードであっても良く、あるいはスイッチ素子およびスイッチ制御回路による等価ダイオードであっても良い。通電方向制限手段２０が前記等価ダイオードである場合、前記スイッチ制御回路は、通電経路上の所定箇所の電圧等に応じて、前記スイッチ素子が制御される受動的回路であっても良く、演算器等にて通電状況に応じたスイッチ素子制御を行う能動的回路であっても良い。

蓄電手段２１は、電源装置３とモータドライバ２４との間に接続される。蓄電手段２１は、例えば、キャパシタを用いても良く、特に、電解コンデンサまたは電気二重層コンデンサ等を用いると、体積当たりの容量が比較的大きくて好ましい。前記キャパシタは、本実施形態の構成に依らず一般的なＰＷＭ駆動回路の平滑用キャパシタとして用いられ得るものと兼用する構成とすると、コスト等を大幅に増加させることなく本実施形態の構成を実装できるため好ましいが、別途専用の蓄電手段として専用のキャパシタまたはバッテリを設けることもできる。

電圧推定手段２２は、蓄電手段２１の電圧を推定する。電圧推定手段２２は、例えば、抵抗素子による分圧回路およびＡ／Ｄコンバータ等により構成すると安価で好適である。
演算装置２３は、ブレーキ制御演算部２７と、電流変換部２８と、電流制御演算部２９とを備える。演算装置２３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等のハードウェアモジュールである。

ブレーキ制御演算部２７は、上位ＥＣＵ１７から与えられた所定のブレーキ力指令値（目標ブレーキ力）に基づいて、ブレーキ力に相当し得るフィードバック値を所定の値に収束させるモータトルク値（目標トルク）を演算する制御系として構成することができる。前記フィードバック値として、角度センサＳａで推定されたモータ角度、および荷重センサＳｂで検出される荷重のいずれか一方または両方が挙げられる。ブレーキ制御演算部２７による制御演算は、フィードバック制御またはフィードフォワード制御、あるいはこれらを併用する制御系を適宜構成しても良い。

電流変換部２８は、指令電流生成機能部２８ａと、電動モータ出力制限手段２８ｂとを有する。指令電流生成機能部２８ａは、ブレーキ制御演算部２７にて求めた目標トルクを出力するために、前記目標トルクを所定の目標電流つまり指令電流値に変換する。電動モータ出力制限手段２８ｂは、電動モータ４の最大消費電力または最大電流の制限に基づいて、電流を所定値に制限する機能を有する。

電流変換部２８における各機能は、例えば、電動モータ４の角速度および前記目標トルクに基づいて、指令電流値を取得可能なルックアップテーブル（ＬＵＴ）等を用いると、演算負荷が少なく好適であるが、所定の計算式に基づき指令電流値および最大電流値を導出する機能としても良い。電動モータ４の前記角速度は、角速度推定手段２６により推定される。角速度推定手段２６は、例えば、角度センサＳａで推定されるモータ角度を微分することで前記角速度を演算し得る。

電動モータ出力制限手段２８ｂは、電圧推定手段２２で推定された電圧が大きくなる程電動モータの最大出力が高くなるように電動モータ４の出力を制限する。このように電動モータ出力制限手段２８ｂは、駆動電圧が変化した際に電動モータ４の最大出力を変化させる機能とすると、応答性の改善において好ましく、例えば、角速度、目標トルク、および駆動電圧を参照軸とする三次元ＬＵＴを設けると好適である。前記角速度は角速度推定手段２６により推定され、前記目標トルクはブレーキ制御演算部２７から与えられ、前記駆動電圧は電圧推定手段２２から与えられる。

電流制御演算部２９は、電流変換部２８から与えられた所定の目標電流に基づいて、電流に相当し得るフィードバック値を所定の値に収束させる電圧値を演算する制御系として構成することができる。前記フィードバック値として、後述する電流推定手段２５で推定された電流が用いられる。電流制御演算部２９による制御演算は、フィードバック制御またはフィードフォワード制御、あるいはこれらを併用する制御系として適宜構成しても良い。また前記制御演算は、ｄ軸電流およびｑ軸電流等の同期直交座標系において演算するものであっても良い。前記電圧値は、同期直交座標系における電圧値を演算した後に三相のＰＷＭデューティ比に変換されるものであっても良い。

モータドライバ２４は、直流電圧と電動モータ４とのスイッチングパタンを操作して電動モータ４のコイル４ｂ（図３）に供給する電力を制御する。モータドライバ２４は、例えば、電界効果トランジスタ（Field effect transistor；略称ＦＥＴ）等のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路等を用いて、前記スイッチ素子のＯＮ-ＯＦＦデューティ比により電圧を制御する回路として構成すると安価で好適である。

電流推定手段２５は、電動モータ４の電流値を推定する手段であって、例えば、モータドライバ２４、電動モータ４間の送電線における通電経路近傍の磁界を検出する非接触式電流センサ、またはシャント抵抗および増幅アンプを用いた電流センサを用いても良く、例えば、前記スイッチ素子の両端電圧から電流値を推定する方法としても良い。前記電流値は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）全ての電流を検出して推定しても良く、二相の電流を検出して三相の総和零から残り一相の電流を計算して三相電流を推定しても良く、あるいはモータドライバ２４の一次側ハイサイドないしローサイドの一相を検出し、三相のスイッチングパターン等から三相電流を推定してもよい。

本図２の機能ブロックは、あくまで機能を説明する上で便宜上設けているものであり、実装する上で必ずしも本図２の機能毎に分割されている必要はなく、必要に応じて複数のブロックを統合あるいは一つのブロックを分割した機能となるよう実装しても良い。また、サーミスタ等のその他センサ類、および冗長系等の図示外の構成については、必要に応じて適宜設けられるものとする。

＜モータ動力回路構成＞
図３は、図２における電源装置３と、昇圧手段１９と、通電方向制限手段２０と、蓄電手段２１と、モータドライバ２４と、電動モータ４とを含むモータ駆動電力の通電経路を模式的に示す。図３中左側よりバッテリが電源装置３に、昇圧回路（ＣＶＣＣ）が昇圧手段１９に、ダイオード素子が通電方向制限手段２０に、キャパシタが蓄電手段２１に、ｎ-ｃｈ型ＦＥＴを用いたハーフブリッジ回路群がモータドライバ２４に相当する。この他、例えば、前記ＦＥＴのスイッチングに伴うサージ電圧低減用のスナバ回路等、図示外の保護回路等は適宜設けられるものとする。

図４（Ａ）は、図３において、バッテリ電圧Ｖ１よりもキャパシタ電圧Ｖ２が高い場合（Ｖ１＜Ｖ２）の電力の流れを模式的に示す図である。図４（Ａ）は、Ｖ１＜Ｖ２である場合、すなわち電動モータ４が動作しない状態あるいは出力の低い動作状態が継続し、昇圧回路にてキャパシタが昇圧された状態において、電動モータ４が高出力動作（急激なブレーキ操作）を行った場合の電力の流れの模式図を示す。図中矢印の太さは、電力の大きさの概念を表しており、主に昇圧されたキャパシタより電動モータ４に電力が供給される。なお、図中矢印はあくまで全体としての電力の流れを示しており、例えば、ＰＷＭ駆動中におけるＨ側アームＯＦＦの際のＦＥＴのフリーホイールダイオードを介した瞬時帰還電流等、瞬間的な電力の流れは省略する。

図４（Ｂ）は、Ｖ１≒Ｖ２である場合、すなわちキャパシタの電位がバッテリ電位近傍となるまでキャパシタの電荷が放電された状態において、電動モータ４が高出力動作を行った場合の電力の流れの模式図を示す。図中矢印の太さは、電力の大きさの概念を表しており、主にバッテリから電動モータ４に電力が供給される。例えば、図４（Ａ）の状態が継続した場合、昇圧回路による充電量よりモータ放電量が勝るため、図４（Ｂ）の状態となり得る。この場合、主にバッテリから電動モータ４に電力が供給されることを示している。

＜電動ブレーキ装置の動作例＞
図５（Ａ）はこの電動ブレーキ装置における、急激なブレーキ操作時の動作例を示す図であり、図５（Ｂ）は従来構造における、急激なブレーキ操作時の動作例を示す図である。各図の上半部において、ブレーキ力指令値を点線で表し、ブレーキ力を実線で表す。各図の下半部において、電圧を点線で表し、モータ電流を実線で表す。図６についても同じである。

図５（Ａ）の例において、図中動作初期の高出力が予め昇圧された蓄電手段により達成されるため、図５（Ｂ）の例と比較して、最大電流を低く設定できる。このため、ハーネス、接点、その他回路素子等を小型かつ安価に構成できる。
図６（Ａ）はこの電動ブレーキ装置における、緩やかなブレーキ操作時の動作例を示す図であり、図６（Ｂ）は従来構造における、緩やかなブレーキ操作時の動作例を示す図である。図６（Ａ），（Ｂ）に示す緩やかなブレーキ操作の例においては、この電動ブレーキ装置における動作例と従来構造の動作例について差は略無く動作する。

＜作用効果＞
以上説明した電動式直動アクチュエータＤＡおよび電動ブレーキ装置１によれば、蓄電手段２１の電圧が昇圧されている状態で、電動モータ４の瞬時の出力を向上する必要がある操作が行われたとき、主に昇圧された蓄電手段２１からモータドライバ２４を経由して電動モータ４に電力が供給される。このように瞬時の電力を、昇圧した蓄電手段２１から出力できることで、モータ電流を増加させずに電動モータ４の瞬時の出力を向上することができる。これにより、モータ電流を増加させる際に必要となるハーネスおよびコネクタ等が不要となり、その分コスト低減を図れる。

また電動モータ４および制御装置２の基本的な電力は、昇圧手段１９に依らず電源装置３から直接得られるため、専用の電源装置が昇圧回路である従来例よりも、昇圧手段１９の出力を小さくすることができる。したがって、従来例よりも配線等のサイズを小さくでき、アクチュエータ全体の小型化およびコスト低減を図ることができる。また昇圧手段１９の出力を小さくすることができるため、コストの増加を抑えることができる。
蓄電手段２１がキャパシタであり、このキャパシタとして、特に、電解コンデンサまたは電気二重層コンデンサ等を用いると体積当たりの容量が比較的大きくて好ましい。特に、電動モータ４と直結された平滑用キャパシタを用いることでコストの増加を抑えることができる。

＜他の実施形態について＞
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。

図２に示すように、この電動ブレーキ装置１を搭載する車両の車速を推定する車速推定手段３０を備え、制御装置２は、車速推定手段３０で推定される車速が定められた領域で、前記推定される車速が高速になる程昇圧手段１９による出力電圧を高くしても良い。この場合、車速が高速になる程電動モータ４の瞬時の出力を向上することができる。したがって、車両のブレーキ力の向上を図ることができる。

制御装置２は、蓄電手段２１の電圧が昇圧されている状態で、アンチロックブレーキ（ＡＢＳ）信号が入力されたとき、主に昇圧された蓄電手段２１からモータドライバ２４を経由して電動モータ４に電力を供給しても良い。
直動機構６の変換機構部として、遊星ローラ、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。
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、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。

１…電動ブレーキ装置
２…制御装置
３…電源装置
４…電動モータ
４ｂ…コイル
６…直動機構（摩擦材操作手段）
８…ブレーキロータ
９…摩擦材
１４…直動部
１９…昇圧手段
１９ａ…定電流制限部
１９ｂ…定電圧制限部
２０…通電方向制限手段
２１…蓄電手段
２２…電圧推定手段
２４…モータドライバ
２６…角速度推定手段
２８ｂ…電動モータ出力制限手段
３０…車速推定手段
Ｓａ…角度センサ
ＤＡ…電動式直動アクチュエータ
ＢＲ…摩擦ブレーキ

Claims (6)

1. 電動モータと、この電動モータの回転運動を回転入出力軸を介して直動部の直進運動に変換する直動機構と、直流の電源装置に接続され前記電動モータを駆動する制御装置とを備えた電動式直動アクチュエータにおいて、
   前記制御装置は、
   前記電動モータのコイルに供給する電力を制御するモータドライバと、
   前記電源装置と前記モータドライバとの間に接続された蓄電手段と、
   前記電源装置と前記蓄電手段との間に設けられ、前記蓄電手段から前記電源装置へと流れる電流を制限する通電方向制限手段と、
   前記電源装置の電圧を昇圧して、前記蓄電手段に出力する昇圧手段と、を備え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、前記昇圧手段は、この昇圧手段から出力されるべき出力電流が設定値を超過するとき、前記出力電流を設定値以下に制限する定電流制限部と、この昇圧手段から出力されるべき出力電流が設定値を超過しないとき、定められた電圧を出力する定電圧制限部とを備え、
   前記定電流制限部ないし前記定電圧制限部により制限された前記昇圧手段の出力が、前記電動モータの消費し得る最大電力よりも小さな値に制限される電動式直動アクチュエータ。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記電動モータの回転角度を推定する角度推定手段、およびこの角度推定手段で推定される回転角度に基づき前記電動モータの角速度を推定する角速度推定手段を備え、
   前記制御装置は、
   前記蓄電手段の電圧を推定する電圧推定手段と、
   前記角速度推定手段で推定された角速度に基づき、前記電動モータの出力を制限する電動モータ出力制限手段と、を備え、
   前記電動モータ出力制限手段は、前記電圧推定手段で推定された電圧が大きくなる程前記電動モータの最大出力が高くなるように前記電動モータの出力を制限する電動式直動アクチュエータ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動式直動アクチュエータにおいて、前記蓄電手段がキャパシタである電動式直動アクチュエータ。
5. 車輪と連動して回転するブレーキロータと、このブレーキロータと接触して制動力を発生する摩擦材と、電動モータと、この電動モータの出力を前記摩擦材の押圧力に変換する摩擦材操作手段と、直流の電源装置に接続され前記電動モータを駆動する制御装置とを備え、前記制御装置が前記摩擦材と前記ブレーキロータとの接触によるブレーキ力を制御するよう前記電動モータを駆動する電動ブレーキ装置において、
   前記制御装置は、
   入力される直流電流をオンオフ制御して前記電動モータのコイルに供給する電力を制御するモータドライバと、
   前記電源装置と前記モータドライバとの間に接続された蓄電手段と、
   前記電源装置と前記蓄電手段との間に設けられ、前記蓄電手段から前記電源装置への通電を制限する通電方向制限手段と、
   前記電源装置の電圧を昇圧して、前記蓄電手段に出力する昇圧手段と、を備えた電動ブレーキ装置。
6. 請求項５に記載の電動ブレーキ装置において、この電動ブレーキ装置を搭載する車両の車速を推定する車速推定手段を備え、前記制御装置は、前記車速推定手段で推定される車速が定められた領域で、前記推定される車速が高速になる程前記昇圧手段による出力電圧を高くする電動ブレーキ装置。
   

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