(57)【要約】【課題】インダクタンス変動に基づくロータ角度の推定値によって回転が制御されるブラシレスモータを短時間で始動可能とする。【解決手段】ブラシレスモータの始動時に、ロータを回転終端位置まで回転させ、インダクタンス変動及びストッパによって回転が規制されたときのロータ角度の実際値によって一義的に定まる磁極軸の極性に基づいてロータ角度の推定値を算出する。【選択図】図１
2015133868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に前記ロータが付勢手段により前記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいて磁極位置を推定するセンサレスベクトル制御を行うモータ制御装置であって、
前記ストッパによって回転が規制されたときのロータ角度の実際値によって一義的に定まる磁極軸の極性を記憶する初期設定部と、
インダクタンス変動及び前記初期設定部に記憶された前記磁極軸の極性に基づいてロータ角度の推定値を算出する角度推定部と、
前記角度推定部で求められた前記ロータ角度の推定値に基づいてブラシレスモータに印加する実電圧を生成するインバータと
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に前記ロータが付勢手段により前記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいて磁極位置を推定するセンサレスベクトル制御を行うモータ制御装置であって、
前記ストッパによって回転が規制されたときのロータ角度の実際値を記憶する初期設定部と、
インダクタンス変動に基づいてロータ角度の推定値を算出する角度推定部と、
前記角度推定部で求められた前記ロータ角度の推定値に基づいてブラシレスモータに印加する実電圧を生成するインバータと
を備え、
前記角度推定部は、θ＾（ｎ＋１）がロータ角度の推定値の更新値、ω＾（ｎ＋１）がロータ角速度の推定値の更新値、Δｔが前回の制御周期におけるロータ角度の推定値の算出時からの経過時間、θ＾（ｎ）が前回の制御周期におけるロータ角度の推定値、ω＾（ｎ）が前回の制御周期におけるロータ角速度の推定値、Ｋ１及びＫ２が演算ゲイン、θｅ（ｎ）が前回の制御周期における位相差推定値を示す下式（１）によって前記ロータ角度の推定値の算出を行い、
前記初期設定部で記憶するロータ角度の実際値が式（１）におけるｎ＝０の時のθ＾（０）であり、前記角度推定部は、当該実際値を初期値として前記ロータ角度の推定値を算出する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【数１】
2015133868.tif 000004
【請求項３】
前記ブラシレスモータの始動時に前記回転終端位置に向かう方向の駆動力を前記ロータに発生させる前記実電圧を生成する請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に前記ロータが付勢手段により前記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータを有する電動式アクチュエータと、当該ブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいてベクトル制御するモータ制御装置とを備える電動式アクチュエータシステムであって、
前記モータ制御装置として、請求項１〜３いずれかに記載のモータ制御装置を備えることを特徴とする電動式アクチュエータシステム。
【請求項５】
前記ストッパは、前記回転終端位置におけるロータ角度の実際値が、前記磁極軸の極性が反転するロータ角度の実際値を中心とする４５°の範囲を避けて設定される位置に設けられていることを特徴とする請求項４記載の電動式アクチュエータシステム。
【請求項６】
ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に前記ロータが付勢手段により前記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいて磁極位置を推定するセンサレスベクトル制御を行うモータ制御方法であって、
前記ブラシレスモータの始動時に、前記ロータを前記回転終端位置まで回転させ、インダクタンス変動及び前記ストッパによって回転が規制されたときのロータ角度の実際値によって一義的に定まる磁極軸の極性に基づいてロータ角度の推定値を算出することを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、電動式アクチュエータシステム及びモータ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータ（以下、モータ）をロータの角度位置検出装置を用いずに駆動する技術（センサレスモータ駆動制御）が公知となっている。センサレスモータ駆動制御では、ロータ角度（磁極位置）の推定を行うが、ロータが停止あるいは低速の状態では、モータのインダクタンスの変動に基づいて、ロータ角度の推定を行っている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、位置検出用の高調波電圧を指令信号に重畳し、その時にモータに流れる高調波電流の差分電流を検出し、高調波電圧と差分電流とを用いた演算処理を行うことでインダクタンスを算出すると共に、当該インダクタンスの変動に基づいてロータ角度の推定値を算出している。ここで、図５の模式図に示すように、ロータ角度をθとすると、ロータ角度θの周期は３６０°であるのに対してインダクタンスの変動周期は半分の１８０°である。このため、インダクタンスを用いてロータ角度の推定値を算出する場合には、位相が１８０°異なるロータ角度を識別することができない。例えば、図５に示すように、インダクタンスから推定したロータ角度が４５°を示すとき、実際のロータ角度θは４５°の場合と２２５°の場合があり得る。つまり、インダクタンス周期がロータ角度の２７０°〜９０°に対応している場合には、ロータ角度の実際値が９０°〜２７０°の範囲では、ロータ角度の実際値とロータ角度の推定値とが１８０°ずれて（すなわち磁極が反転された状態で）算出されることになる。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するため、特許文献２には、モータの制御開始前に、磁極の向きを判別する処理を行うことで、ロータ角度の実際値とロータ角度の推定値とを一致させる方法が開示されている。特許文献２の方法では、インダクタンスの変動に基づき推定した磁極方向（推定したｄ軸）に電流を流して磁界を発生させたとき、電流により発生した磁界と磁石により発生した磁界の方向が同一である磁束の飽和状態と、電流により発生した磁界と磁石により発生した磁界の方向が逆である磁束の非飽和状態とで、モータの各相に流れるモータ電流の状態が変化することを利用し、この変化を判別してロータの磁極の向き（磁極軸の極性）を判断している。このような特許文献２の方法によれば、図５に示すように、磁極判別により推定したｄ軸と磁極の極性との関係を一致あるいは反転で判別し、これによって、例えば、インダクタンスから推定したロータ角度が４５°を示すとき、実際のロータ角度θが４５°であるか２２５°であるかの判断している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１２１７８２号公報
【特許文献２】特開２００２−７８３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の方法では、モータの制御開始前に必ず磁極の向きを判別する処理を行う必要があり、モータの制御開始までに時間を要する。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、インダクタンス変動に基づくロータ角度の推定値によって回転が制御されるブラシレスモータを短時間で始動可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための手段として、第１の発明は、ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に上記ロータが付勢手段により上記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいて磁極位置を推定するセンサレスベクトル制御を行うモータ制御装置であって、上記ストッパによって回転が規制されたときのロータ角度の実際値によって一義的に定まる磁極軸の極性を記憶する初期設定部と、インダクタンス変動及び上記初期設定部に記憶された上記磁極軸の極性に基づいてロータ角度の推定値を算出する角度推定部と、上記角度推定部で求められた上記ロータ角度の推定値に基づいてブラシレスモータに印加する実電圧を生成するインバータとを備えるという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に上記ロータが付勢手段により上記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいて磁極位置を推定するセンサレスベクトル制御を行うモータ制御装置であって、上記ストッパによって回転が規制されたときのロータ角度の実際値を記憶する初期設定部と、インダクタンス変動に基づいてロータ角度の推定値を算出する角度推定部と、上記角度推定部で求められた上記ロータ角度の推定値に基づいてブラシレスモータに印加する実電圧を生成するインバータとを備え、上記角度推定部は、θ＾（ｎ＋１）がロータ角度の推定値の更新値、ω＾（ｎ＋１）がロータ角速度の推定値の更新値、Δｔが前回の制御周期におけるロータ角度の推定値の算出時からの経過時間、θ＾（ｎ）が前回の制御周期におけるロータ角度の推定値、ω＾（ｎ）が前回の制御周期におけるロータ角速度の推定値、Ｋ１及びＫ２が演算ゲイン、θｅ（ｎ）が前回の制御周期における位相差推定値を示す下式（１）によって上記ロータ角度の推定値の算出を行い、上記初期設定部で記憶するロータ角度の実際値が式（１）におけるｎ＝０の時のθ＾（０）であり、上記角度推定部は、当該実際値を初期値として上記ロータ角度の推定値を算出するという構成を採用する。
【００１０】
【数１】
2015133868.tif 000003
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記ブラシレスモータの始動時に上記回転終端位置に向かう方向の駆動力を上記ロータに発生させる上記実電圧を生成するという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に上記ロータが付勢手段により上記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータを有する電動式アクチュエータと、当該ブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいてベクトル制御するモータ制御装置とを備える電動式アクチュエータシステムであって、上記モータ制御装置として、上記第１〜第３いずれかの発明であるモータ制御装置を備えるという構成を採用する。
【００１３】
第５の発明は、上記第４の発明において、上記ストッパは、上記回転終端位置におけるロータ角度の実際値が、上記磁極軸の極性が反転するロータ角度の実際値を中心とする４５°の範囲を避けて設定される位置に設けられているという構成を採用する。
【００１４】
第６の発明は、ストッパによって回転終端位置にてロータの回転が規制されると共に上記ロータが付勢手段により上記回転終端位置に向けて付勢されるブラシレスモータをインダクタンスの変動に基づいて磁極位置を推定するセンサレスベクトル制御を行うモータ制御方法であって、上記ブラシレスモータの始動時に、上記ロータを上記回転終端位置まで回転させ、インダクタンス変動及び上記ストッパによって回転が規制されたときのロータ角度の実際値によって一義的に定まる磁極軸の極性に基づいてロータ角度の推定値を算出するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ブラシレスモータの始動時に、ストッパによって回転が規制される回転終端位置までロータを回転させることにより、始動時におけるロータ角度は常に一定となる。このため、回転終端位置まで回転させたロータにおける磁極軸の極性は一義的に定まる。よって、回転終端位置まで回転させたロータにおける磁極軸の極性に基づいて、始動時のロータ角度の推定値を算出することによって、ブラシレスモータを正確に制御することができる。このような本発明によれば、磁極の向きを判別する処理を行う必要がないことから、ブラシレスモータを短時間で制御可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における電動式アクチュエータシステムの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における電動式アクチュエータシステムが備える電動式アクチュエータの概略構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における電動式アクチュエータシステムが備えるプランジャの本体部とストッパとを図示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態における電動式アクチュエータシステムが備える電動式アクチュエータの要部拡大図である。
【図５】磁極判別により推定したｄ軸と磁極の極性との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置、電動式アクチュエータシステム及びモータ制御方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
図１は、本実施形態の電動式アクチュエータシステムＳの概略構成を示す機能ブロック図である。この図に示すように、本実施形態の電動式アクチュエータシステムＳは、モータ制御装置１と、電動式アクチュエータ２０とを備えている。
【００１９】
まず電動式アクチュエータ２０について説明する。図２は、電動式アクチュエータ２０の概略構成を示す縦断面図である。この図に示すように、電動式アクチュエータ２０は、ケーシング２１と、モータ２２と、ボールネジ２３と、プランジャ２４と、ストッパ２５と、圧縮バネ２６（付勢手段）と、リザーバタンク２７と、検出部２８とを備えている。
【００２０】
ケーシング２１は、モータ２２、ボールネジ２３、プランジャ２４等を収容する金属製の容器である。このケーシング２１の端部には、作動油をケーシング２１の外部に押し出すための吐出孔２１ａが設けられている。また、ケーシング２１の内部には、当該吐出孔２１ａに連続する充填室２１ｂが設けられており、この充填室２１ｂに作動油が充填されている。さらに、ケーシング２１には、充填室２１ｂに臨むように開口されたポート２１ｃが形成されており、当該ポート２１ｃを介してリザーバタンク２７が充填室２１ｂに接続されている。なお、ポート２１ｃは、プランジャ２４がボールネジ２３によって押され（すなわち図２の右側に押されて）移動されたときに、後述するプランジャ２４の本体部２４ａによって閉塞される位置に設けられている。
【００２１】
モータ２２は、吐出孔２１ａと反対側の端部近傍においてケーシング２１に収容されたブラシレスＤＣモータである。このモータ２２は、ステータ２２ａと、ロータ２２ｂとを有している。ステータ２２ａは、ケーシング２１の内壁面に対して円環状に固定されており、コイルからなる電機子２２ｃと、当該電機子２２ｃを支持するインシュレータ２２ｄとを有している。なお、本実施形態においては、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の電機子２２ｃが設けられている。ロータ２２ｂは、ステータ２２ａに囲まれるように軸受により支持されており、ボールネジ２３に接続されている。このロータ２２ｂは、ステータ２２ａに対向して配置される複数の永久磁石２２ｅを有している。このような永久磁石２２ｅによって、ロータ２２ｂに対してＮ極とＳ極とが形成される。このロータ２２ｂは、ステータ２２ａの電機子２２ｃへの通電によって磁界が形成されることによって回転駆動される。
【００２２】
なお、以下の説明において、磁極軸とは、これらのＮ極とＳ極とを結ぶ軸を意味する。また、磁極軸の極性とは、磁極軸に存在する２つの端部の極性（すなわちＮ極であるかＳ極であるか）を意味し、磁極軸の向きを意味する。
【００２３】
ボールネジ２３は、ロータ２２ｂの軸方向に延在する棒状部材であり、ボール２３ａを介してロータ２２ｂと螺合されている。このボールネジ２３は、ロータ２２ｂの回転によって長手方向に直線移動される。
【００２４】
プランジャ２４は、ボールネジ２３の先端に固定されており、ボールネジ２３の移動に伴ってロータ２２ｂの軸方向に移動される。このプランジャ２４は、本体部２４ａと、シールリング２４ｂと、弁機構２４ｃとを備えている。
【００２５】
本体部２４ａは、ボールネジ２３に対して固定される円柱状部材である。この本体部２４ａは、移動方向の中央部に作動油が充填される充填室２４ｄを備えている。図３は、プランジャ２４の本体部２４ａとストッパ２５とを図示した斜視図である。この図に示すように、この充填室２４ｄの天井部と底部とには、図３に示すように、ストッパ２５が挿通されるスリット２４ｅが設けられている。このスリット２４ｅは、本体部２４ａがロータ２２ｂの軸方向に移動可能となるように、当該方向に延在して形成されている。また、本体部２４ａの先端部には、弁機構２４ｃの円筒部材２４ｇが摺動可能に嵌合される貫通孔２４ｆが設けられている。なお、図２（及び後述する図４）に示すように、プランジャ２４は、スリット２４ｅの吐出孔２１ａ側の端部がストッパ２５に当接することにより、移動が規制される。
【００２６】
シールリング２４ｂは、本体部２４ａの外周面側に取り付けられており、プランジャ２４とケーシング２１との隙間からモータ２２側に作動油が漏出することを防止している。
【００２７】
弁機構２４ｃは、円筒部材２４ｇと、支持部２４ｈと、圧縮バネ２４ｉとを備えている。円筒部材２４ｇは、有底円筒型の部材であり、底部（図２における右側端部）を吐出孔２１ａ側に向けて、本体部２４ａの貫通孔２４ｆに摺動可能に嵌合されている。この円筒部材２４ｇは、貫通孔２４ｆよりも長く、開口端側がストッパ２５に当接している。また、円筒部材２４ｇの底部近傍には、円筒部材２４ｇの外部と内部とを連通する貫通孔２４ｊが設けられている。支持部２４ｈは、本体部２４ａの先端に固定された有底円筒型の部材であり、底部（図２における右側端部）に貫通孔２４ｋが設けられている。この支持部２４ｈは、自らの内部に収容された圧縮バネ２４ｉを円筒部材２４ｇとの間で狭持する。圧縮バネ２４ｉは、支持部２４ｈの底部と円筒部材２４ｇとの間に配置されており、円筒部材２４ｇを常にストッパ２５側に付勢する。
【００２８】
ストッパ２５は、ケーシング２１に固定され、上述のように、プランジャ２４のスリット２４ｅを通ってプランジャ２４の本体部２４ａを上下方向に貫通して設けられている。このストッパ２５は、圧縮バネ２４ｉによってモータ２２側に付勢されるプランジャ２４の移動終端位置を規定している。このストッパ２５にスリット２４ｅの端部が当接することによってプランジャ２４が移動終端位置にて停止される。なお、プランジャ２４がストッパ２５によって移動が規制されることによって、プランジャ２４にボールネジ２３を介して接続されているモータ２２のロータ２２ｂの回転も規制される。すなわち、ストッパ２５は、ロータ２２ｂの回転終端位置も規定している。つまり、このような本実施形態の電動式アクチュエータ２０では、ストッパ２５によって、回転終端位置にてロータ２２ｂの回転が規制される。
【００２９】
圧縮バネ２６は、充填室２１ｂ内に収容されており、プランジャ２４をモータ２２側に付勢している。すなわち、圧縮バネ２６は、プランジャ２４をロータ２２ｂが回転終端位置に向かう方向に付勢する。リザーバタンク２７は、作動油を貯留するタンクであり、ポート２１ｃを介して充填室２１ｂと接続されている。検出部２８は、プランジャ２４の位置（すなわちストローク位置）を検出し、その結果をストローク位置検出信号Ｓａとして出力する。
【００３０】
このような構成を有する電動式アクチュエータ２０では、モータ２２のロータ２２ｂをボールネジ２３がモータ２２側に移動されるように回転させてプランジャ２４をストッパ２５によって停止される位置（移動終端位置）まで引いた場合には、図４（ａ）に示すように、ストッパ２５から円筒部材２４ｇが押圧されることによって圧縮バネ２４ｉが縮み、円筒部材２４ｇに形成された貫通孔２４ｊが充填室２１ｂ内（支持部２４ｈの内部）に露出する。また、ポート２１ｃが開放される。この結果、充填室２１ｂと、リザーバタンク２７と、本体部２４ａの充填室２４ｄとがつながり、油圧が発生しない状態となる。圧縮バネ２６によってプランジャ２４がモータ２２側に付勢されていることから、モータ２２におけるトルクをゼロあるいは微小とすることによって、図４（ａ）に示す状態（すなわち油圧が発生していない状態）となる。また、電動式アクチュエータ２０では、モータ制御装置１によって、モータ２２の始動時に回転終端位置に向かう方向の駆動力をロータ２２ｂに発生させるように実電圧を生成することで、確実にプランジャ２４をストッパ２５によって停止される位置まで引くことができる。
【００３１】
一方、モータ２２のロータ２２ｂをボールネジ２３が吐出孔２１ａ側に移動されるように回転させた場合には、図４（ｂ）に示すように、プランジャ２４が吐出孔２１ａ側に移動されることで円筒部材２４ｇが圧縮バネ２４ｉによってモータ２２側に押し戻され、円筒部材２４ｇに形成された貫通孔２４ｊが本体部２４ａによって閉鎖される。また、ポート２１ｃも閉鎖される。この結果、充填室２１ｂが、リザーバタンク２７及び本体部２４ａの充填室２４ｄと隔離され、プランジャ２４の吐出孔２１ａ側への移動によって油圧が発生する状態となる。
【００３２】
次に、モータ制御装置１について説明する。モータ制御装置１によって回転が制御される電動式アクチュエータ２０のモータ２２は、上述のように、永久磁石２２ｅを備えるロータ２２ｂと、このロータ２２ｂ周りに配置された３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の電機子２２ｃとを備えるブラシレスＤＣモータである。モータ制御装置１は、このようなモータ２２の電機子２２ｃに流れる電流をフィードバック制御する。モータ制御装置１は、モータ２２のロータ２２ｂの界磁極の磁束方向をｑ軸とし、これと直交する方向をｄ軸とし、モータ２２をｄ軸上に設けられた電機子（ｄ軸電機子）とｑ軸上に設けられた電機子（ｑ軸電機子）とを有する等価回路に変換して扱うベクトル制御を行う。
【００３３】
このようなモータ制御装置１は、例えば車載されるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からなり、各種プログラムや計算に必要なデータを記憶する記憶部、各種演算を行う演算処理部、これらの記憶部及び演算処理部が実装される基板等のハードウェアからなる。
【００３４】
図１に示すように、モータ制御装置１は、指令角度算出部２と、第１減算部３と、位置制御部４と、第２減算部５と、速度制御部６と、第３減算部７と、電流・非干渉制御部８と、制御切替部９と、加算部１０と、逆ｄｑ変換部１１と、インバータ１２と、位置検出用信号生成部１３と、角度推定部１４と、ｄｑ変換部１５と、実角度算出部１６と、実角速度算出部１７と、初期設定部１８を備える。
【００３５】
指令角度算出部２は、電動式アクチュエータのプランジャ２４のストローク位置を指定する指令信号であるストローク位置指令信号Ｓｂ（指令信号）が外部より入力され、このストローク位置指令信号Ｓｂに基づいてロータ指令角度θ＊を算出する。このロータ指令角度θ＊は、ストローク位置指令信号Ｓｂに基づくストローク位置にプランジャ２４を配置するときのロータ角度を示すものである。第１減算部３は、指令角度算出部２によって算出されたロータ指令角度θ＊と、実角度算出部１６によって算出されるロータ実角度θｍ（ロータ角度の実際値）との差分値を算出する。このロータ実角度θｍは、検出部２８から出力されるストローク位置検出信号Ｓａに基づくロータ角度の実際値を示すものである。
【００３６】
位置制御部４は、第１減算部３で算出された差分値が入力され、この差分値に基づいてロータ指令角速度ω＊（ロータ角速度の指令値）を算出する。この位置制御部４は、例えば、ＰＩＤ要素Ｋｐ＋Ｋｉ／Ｓ＋ＫＤＳで表される。第２減算部５は、位置制御部４によって算出されたロータ指令角速度ω＊と、実角速度算出部１７によって算出されるロータ実角速度ωｍ（ロータ角速度の実際値）との差分値を算出する。このロータ実角速度ωｍは、ロータ実角度θｍに基づいて算出されるロータ角速度の実際値を示すものである。
【００３７】
速度制御部６は、第２減算部５で算出された差分値が入力され、この差分値に基づいて、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊とｑ軸指令電流Ｉｑ＊とを算出する。この速度制御部６は、例えば、ＰＩＤ要素で表される。
【００３８】
第３減算部７は、速度制御部６によって算出されたｄ軸指令電流Ｉｄ＊と、ｄｑ変換部１５によって算出されるｄ軸推定実電流Ｉｄ＾との差分値を算出する。また、第３減算部７は、速度制御部６によって算出されたｑ軸指令電流Ｉｑ＊と、ｄｑ変換部１５によって算出されるｑ軸推定実電流Ｉｑ＾との差分値を算出する。このｄ軸推定実電流Ｉｄ＾は及びｑ軸推定実電流Ｉｑ＾は、インバータ１２から出力されるＵ相実電流Ｉｕ、Ｖ相実電流Ｉｖ及びＷ相実電流Ｉｗをｄ軸電機子に供給される電流とｑ軸電機子に供給される電流とに変換することによって得られる。ｄ軸推定実電流Ｉｄ＾はｄ軸電機子に供給される電流であり、ｑ軸推定実電流Ｉｑ＾はｑ軸電機子に供給される電流である。
【００３９】
電流・非干渉制御部８は、第３減算部７で算出された差分値に対してＰＩ処理を施し、さらにｄ軸とｑ軸間で干渉し合う速度起電力の影響を打ち消す処理を施して、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊とｑ軸指令電圧Ｖｑ＊とを算出する。
【００４０】
制御切替部９は、突き当てモードと位置制御モードとのモード切替を行う。突き当てモードでは、プランジャ２４をストッパ２５の位置に突き当てる方向に駆動する適当なトルク軸電流Ｉｄ＊を第３減算部７に入力する。位置制御モードでは、速度制御部６の出力をそのまま第３減算部７に出力する。この制御切替部９は、外部からの指令に基づいて、制御切替部９のモードを突き当てモードから位置制御モード、あるいは、位置制御モードから突き当てモードへ切り替える。
【００４１】
加算部１０は、電流・非干渉制御部８で算出されたｄ軸指令電圧Ｖｄ＊に対して、位置検出用信号生成部１３で生成されたｄ軸検出用電圧Ｖｈｄを重畳する。また、加算部１０は、電流・非干渉制御部８で算出されたｑ軸指令電圧Ｖｑ＊に対して、位置検出用信号生成部１３で生成されたｑ軸検出用電圧Ｖｈｑを重畳する。
【００４２】
逆ｄｑ変換部１１は、ｄ軸検出用電圧Ｖｈｄが重畳されたｄ軸指令電圧Ｖｄ＊とｑ軸検出用電圧Ｖｈｑが重畳されたｑ軸指令電圧Ｖｑ＊とを、モータ２２のＵ、Ｖ、Ｗの３相の電機子２２ｃに印加する指令電圧に変換する。なお、Ｕ相の電機子に印加する指令電圧をＵ相指令電圧Ｖｕ＊、Ｖ相の電機子に印加する指令電圧をＶ相指令電圧Ｖｖ＊、Ｗ相の電機子に印加する指令電圧をＷ相指令電圧Ｖｗ＊とする。
【００４３】
インバータ１２は、逆ｄｑ変換部１１によって求められたＵ相指令電圧Ｖｕ＊、Ｖ相指令電圧Ｖｖ＊及びＷ相指令電圧Ｖｗ＊に応じて、モータ２２の電機子２２ｃに実際に印加する実電圧を生成し、この実電圧をモータ２２の電機子２２ｃに対して印加する。このインバータ１２は、Ｕ相指令電圧Ｖｕ＊に応じてモータ２２のＵ相の電機子２２ｃに実際に印加する実電圧であるＵ相実電圧Ｖｕを生成し、Ｖ相指令電圧Ｖｖ＊に応じてモータ２２のＶ相の電機子２２ｃに実際に印加する実電圧であるＶ相実電圧Ｖｖを生成し、Ｗ相指令電圧Ｖｗ＊に応じてモータ２２のＷ相の電機子２２ｃに実際に印加する実電圧であるＷ相実電圧Ｖｗを生成する。
【００４４】
また、インバータ１２は、モータ２２に供給される実電流を検出してその値を出力する。このインバータ１２は、Ｕ相の電機子２２ｃに供給される実電流をＵ相実電流Ｉｕ、Ｖ相の電機子２２ｃに供給される実電流をＶ相実電流Ｉｖ、Ｗ相の電機子２２ｃに供給される実電流をＷ相実電流Ｉｗとして出力する。
【００４５】
位置検出用信号生成部１３は、モータ２２のロータ角度推定に用いられるｄ軸検出用電圧Ｖｈｄ及びｑ軸検出用電圧Ｖｈｑを生成する。これらのｄ軸検出用電圧Ｖｈｄ及びｑ軸検出用電圧Ｖｈｑは、モータ制御装置１の３制御サイクル（Ｔ１１、ｔ１２、Ｔ１３）を１周期として、１周期で各相（ｄ軸検出用電圧Ｖｈｄ及びｑ軸検出用電圧Ｖｈｑ）の出力電圧の総和がゼロとなるように出力パターンが設定された高調波電圧である。なお、必ずしも３制御サイクルを１周期とする必要はない。
【００４６】
角度推定部１４は、位置制御部４で算出されるロータ指令角速度ω＊と、位置検出用信号生成部１３で生成されるｄ軸検出用電圧Ｖｈｄ及びｑ軸検出用電圧Ｖｈｑと、ｄｐ変換部１５で求められるｄ軸推定実電流Ｉｄ＾及びｑ軸推定実電流Ｉｑ＾と、実角速度算出部１７で算出されるロータ実角速度ωｍとが入力される。
【００４７】
角度推定部１４は、入力されるこれらの値に基づいて、正弦参照値Ｖｓｄｑ及び余弦参照値Ｖｃｄｑとインダクタンス参照値Ｌ０とを求め、さらにロータ推定角度θ＾とロータ実角度θｍとの位相差推定値θｅを求め、さらにオブザーバを用いてロータ推定角度θ＾の更新を行う。ここで、角度推定部１４は、θ＾（ｎ＋１）がロータ推定角度の更新値、ω＾（ｎ＋１）がロータ推定角速度の更新値、Δｔが前回の制御周期におけるロータ推定角度の算出時からの経過時間、θ＾（ｎ）が前回の制御周期におけるロータ推定角度、ω＾（ｎ）が前回の制御周期におけるロータ推定角速度、Ｋ１及びＫ２が演算ゲイン、θｅ（ｎ）が前回の制御周期における位相差推定値を示す上述の式（１）によってロータ推定角度θ＾の算出を行う。また、角度推定部１４は、電動式アクチュエータ２０の始動時（すなわちモータ２２の始動時）には、初期設定部１８に記憶された磁極軸の極性に基づいてロータ推定角度θ＾を算出する。
【００４８】
ｄｑ変換部１５は、インバータ１２から出力されるＵ相実電流Ｉｕと、Ｖ相実電流Ｉｖと、Ｗ相実電流Ｉｗとを、ｄ軸電機子に供給するｄ軸推定実電流Ｉｄ＾と、ｑ軸電機子に供給するｑ軸推定実電流Ｉｑ＾とに変換する。ここで、ｄｑ変換部１５は、逆ｄｑ変換部１１の行列式の逆行列を用いて、Ｕ相実電流Ｉｕと、Ｖ相実電流Ｉｖと、Ｗ相実電流Ｉｗとを、ｄ軸推定実電流Ｉｄ＾及びｑ軸推定実電流Ｉｑ＾に変換する。
【００４９】
実角度算出部１６は、検出部２８からストローク位置検出信号Ｓａが入力され、この実際のストローク位置に基づいてロータ実角度θｍを算出する。実角速度算出部１７は、実角度算出部１６で算出されたロータ実角度θｍが入力され、このロータ実角度θｍからロータ実角速度ωｍを算出する。ここで、実角速度算出部１７は、例えば、ロータ実角度θｍの値を時間微分することによってロータ実角速度ωｍを算出する。
【００５０】
初期設定部１８は、電動式アクチュエータ２０のストッパ２５によって回転が規制されたときのロータ実角度によって一義的に定まる磁極軸の極性を記憶している。すなわち、初期設定部１８は、ストッパ２５によって回転終端位置で停止されたロータ２２ｂの磁極軸の極性（すなわち磁極軸のＮ極側の端部の向き）について予め記憶している。または、ロータ２２ｂが回転終端位置のときのロータ実角度θ０を記憶している。
【００５１】
電動式アクチュエータ２０の始動のときに、突き当てモードになり、ロータ２２ｂを回転終端位置まで回転させるための適当なトルク軸電流Ｉｄ＊が第３減算部７に入力することに基づいてＵ相指令電圧Ｖｕ、Ｖ相指令電圧Ｖｖ及びＷ相指令電圧Ｖｗが生成される。
【００５２】
なお、電流・非干渉制御部８でのｄ軸指令電圧Ｖｄ＊及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊の算出方法、逆ｄｑ変換部１１におけるｄ軸指令電圧Ｖｄ＊とｑ軸指令電圧Ｖｑ＊とからＵ相指令電圧Ｖｕ＊、Ｖ相指令電圧Ｖｖ＊及びＷ相指令電圧Ｖｗ＊への変換方法、角度推定部１４における正弦参照値Ｖｓｄｑ、余弦参照値Ｖｃｄｑ、インダクタンス参照値Ｌ０、位相差推定値θｅ及びロータ推定角度θ＾等の算出方法については、上記特許文献１等に詳しいため、ここでの説明は省略する。また、ベクトル制御の方法については、「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際：杉本英彦著、総合電子出版」等に詳しく記載されている。
【００５３】
このような構成の電動式アクチュエータシステムＳでは、始動時には、突き当てモードに基づき、Ｕ相実電圧Ｖｕ、Ｖ相実電圧Ｖｖ及びＷ相実電圧Ｖｗが生成されて、モータ２２の各電機子２２ｃに印加される。これによって、ロータ２２ｂが回転終端位置まで回転される。
【００５４】
続いて、角度推定部１４は、初期設定部１８に記憶された磁極軸の極性または回転終端位置のときのロータ実角度θ０とに基づいて、上式（１）からなるオブザーバによりロータ推定角度θ＾を算出する。なお、このとき、ロータ角度を推定する際に用いる初期値θ＾（０）は、磁極軸の極性によって０°または１８０°が用いられるのが通例であるが、ロータ実角度θ０を用いる方が収束演算を短期間で終了し、ロータ推定角度θ＾を短時間で求めることができる。
【００５５】
このように、角度推定部１４が、インダクタンス変動及び初期設定部１８に記憶された磁極軸の極性または実角度θ０に基づいてストッパ２５によって回転が規制されているときのロータ角度すなわち始動時のロータ角度の推定値を算出すると、その後、指令角度算出部２にストローク位置指令信号Ｓｂを入力して電動式アクチュエータシステムＳを自由に操作可能となる。ここで、始動毎に、ストッパ２５によって回転が規制されているときのロータ角度を推定するのは、ストッパ２５の摩耗や変形等、電動式アクチュエータ２０の部品の経年劣化や製品毎の寸法誤差等によって、終端位置におけるロータ実角度が変動することを想定しているためである。
【００５６】
このような本実施形態の電動式アクチュエータシステムＳによれば、モータ２２の始動時に、ストッパ２５によって回転が規制される回転終端位置までロータ２２ｂを回転させることにより、始動時におけるロータ実角度は常に一定となる。このため、回転終端位置まで回転させたロータ２２ｂにおける磁極軸の極性は一義的に定まる。よって、回転終端位置まで回転させたロータ２２ｂにおける磁極軸の極性に基づいて、始動時のロータ推定角度θ＾を算出することによって、モータ２２を正確に制御することができる。このような本実施形態の電動式アクチュエータシステムＳによれば、磁極の向きを判別する処理を行う必要がないことから、モータ２２を短時間で制御可能とする。
【００５７】
なお、本実施形態においては、ストッパ２５が、回転終端位置におけるロータ実角度θ０が、磁極軸の極性が反転するロータ実角度を中心とする４５°の範囲を避けて設定される位置に設けられていることが望ましい。例えば、ロータ実角度が９０°及び２７０°を境として磁極軸の極性が反転する場合、回転終端位置におけるロータ実角度θ０が９０°あるいは２７０°の近傍であると、電動式アクチュエータ２０の部品の経年劣化や製品毎の寸法誤差によって、回転終端位置におけるロータ実角度が僅かにずれた場合であっても、実際の磁極軸の極性が初期設定部１８で記憶する磁極軸の極性と異なってしまう可能性がある。したがって、このような場合には、ストッパ２５の位置を、回転終端位置におけるロータ実角度θ０が９０°及び２７０°を中心とする４５°の範囲を避けて設定することが望ましい。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５９】
例えば、上記実施形態においては、角度推定部１４が、実角速度算出部１７で算出されるロータ実角速度ωｍを第２減算部５及び電流・非干渉制御部８へのフィードバック信号とした。しかしながら、ロータ実角速度ωｍを用いずにロータ推定速度ω＾を第２減算部５及び電流・非干渉制御部８へのフィードバック信号とすることも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｓ……電動アクチュエータシステム、１……モータ制御装置、２……指令角度算出部、３……第１減算部、４……位置制御部、５……第２減算部、６……速度制御部、７……第３減算部、８……電流・非干渉制御部、９……制御切替部、１０……加算部、１１……逆ｄｑ変換部、１２……インバータ、１３……位置検出用信号生成部、１４……角度推定部、１５……ｄｑ変換部、１６……実角度算出部、１７……実角速度算出部、１８……初期設定部、Ｓ０……指令信号、Ｓａ……ストローク位置検出信号、Ｓｂ……ストローク位置指令信号、２０……電動式アクチュエータ、２１……ケーシング、２１ａ……吐出孔、２１ｂ……充填室、２１ｃ……ポート、２２……モータ、２２ａ……ステータ、２２ｂ……ロータ、２２ｃ……電機子、２２ｄ……インシュレータ、２２ｅ……永久磁石、２３……ボールネジ、２３ａ……ボール、２４……プランジャ、２４ａ……本体部、２４ｂ……シールリング、２４ｃ……弁機構、２４ｄ……充填室、２４ｅ……スリット、２４ｆ……貫通孔、２４ｇ……円筒部材、２４ｈ……支持部、２４ｉ……圧縮バネ、２４ｊ……貫通孔、２４ｋ……貫通孔、２５……ストッパ、２６……圧縮バネ、２７……リザーバタンク、２８……検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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