(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、この電動モータを制御する制御装置とを備える電動モータ装置において、
前記電動モータにおける励磁コイルに、この励磁コイルの温度を検出する温度検出素子が設けられ、
前記制御装置は、
前記励磁コイルに流す電流を求める電流検出手段と、
前記励磁コイルにおける複数の領域に対して、前記電流検出手段で求められる前記励磁コイルの電流と、この励磁コイルにおける発熱および放熱特性を含む情報とから、前記励磁コイルにおける複数の領域の推定温度をそれぞれ算出するコイル温度推定手段と、
前記温度検出素子で検出される前記励磁コイルの温度と、前記コイル温度推定手段で推定された前記複数の領域の推定温度のうち前記温度検出素子に位置が最も近い領域の推定温度との比較結果に基づいて、前記励磁コイルにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する温度分布等推定手段と、を有することを特徴とする電動モータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動モータ装置において、前記電動モータにおけるモータステータは、リング状のステータコア部と、このステータコア部の周面に複数並んで形成され径方向に突出する各ティースに巻回される前記励磁コイルとを有し、
前記励磁コイルにおける複数の領域は、
前記温度検出素子が設けられる、定められたティースに複数層に巻回された前記励磁コイルにつき、前記定められたティースを基準として、
前記ティースの外表面に最も近い層の近接領域と、
前記ティースの外表面から最も離隔した層の離隔領域と、
これら近接領域と離隔領域との間の中間領域と、を含む電動モータ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電動モータ装置において、前記コイル温度推定手段は、前記電流検出手段で求められる前記励磁コイルの電流の二乗に比例する値を操作量とし、状態量及び観測量を各領域の励磁コイルの推定温度とし、状態遷移行列を各領域の励磁コイルの熱容量および熱伝導率とし、前記制御装置は、前記コイル温度推定手段および前記温度分布等推定手段を含む状態推定オブザーバを含む電動モータ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動モータ装置において、前記状態推定オブザーバは、前記操作量における変化に対して定められた相関をもってフィードバックのゲインが変化する機能を有する電動モータ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動モータ装置において、前記制御装置は、前記温度分布等推定手段で推定された前記最大温度、および、その微分値のうち少なくとも一つ以上を用いた値に対し、この値が定められた値以上となったとき、前記最大温度が推定された前記励磁コイルの相電流を制限する相電流制限手段を有する電動モータ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電動モータ装置と、電動モータ装置の前記電動モータの回転運動を直進運動に変換する直動機構とを備え、前記制御装置が、前記電動モータを制御する電動式直動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータ装置および電動式直動アクチュエータに関し、温度分布を考慮して電動モータにおける励磁コイルの領域毎に温度推定を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータを用いた電動アクチュエータとして、以下の技術が提案されている。
１．ブレーキペダルを踏み込むことで、電動モータの回転運動を直動機構を介して直線運動に変換して、ブレーキパッドをブレーキディスクに押圧接触させて制動力を付加する電動アクチュエータ（特許文献１）。
２．遊星ローラねじ機構を使用した電動式直動アクチュエータ（特許文献２）。
３．電動モータにおける各相コイルの中性点ターミナルにサーミスタを設け、このサーミスタにより、各相コイルの平均温度を測定する技術（特許文献３）。
４．電動モータが停止状態にある際の、電圧と電流および銅抵抗の温度特性から、コイル温度を推定する技術（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２７１９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４３５６号公報
【特許文献３】特開平１１−２３４９６４号公報
【特許文献４】特開２００４−２０８４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２のような電動アクチュエータにおいて、電動モータのコイルに異常が発生するとブレーキ機能が低下する等の恐れがある。この電動モータは車両に対する搭載スペースが非常に限られており、また電動モータのサイズが増加することによる車両のバネ下重量の増加が乗員の乗り心地の悪化を招く問題がある。このため、モータコイルの銅損を下げて発熱量を下げる設計は困難となる場合がある。
【０００５】
上記の事態を回避するために、モータコイルの温度管理が求められ、そのためにモータコイル温度を精度良く推定する必要がある。例えば、特許文献４に示されるような、銅の抵抗値の温度依存特性を用いてモータコイル温度を推定する手法がある。
しかしながら、上記の場合において、抵抗値はコイルだけでなく接点抵抗やＦＥＴ等の制御素子を含むため、温度依存性の厳密なモデル化は困難な場合がある。また、例えば、電動ブレーキのように、任意の入力に対しての追従動作が求められるとき、インダクタンス等の過渡応答に影響を受けない静的な条件を確実に設けられる保証が困難な場合がある。
【０００６】
上記の過渡応答に影響を受けない手法として、例えば、特許文献３に示すような、モータコイルにサーミスタ等の感温素子を配置する対策が一般的に用いられる。
しかしながら、例えば、急激に大きなトルクを発揮する場合などの発熱が熱伝達より比較的早いような場合において、励磁コイル中の放熱し難い部分などが局所的に発熱する温度分布が生じる場合がある。このとき、特許文献３のようなコイル端部、あるいはコイル表層などに感温素子を配設する場合、コイルが熱負荷により異常を生じたり、前記の温度分布を考慮して熱負荷に余裕のある状態でシステムが停止してしまう可能性がある。しかしながら、前記の対策としてコイル全体の温度を観測できるよう感温抵抗を設けることは困難であり、コストや実装スペースの面で問題が発生する可能性がある。
【０００７】
この発明の目的は、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消できると共に、励磁コイルの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる電動モータ装置および電動式直動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の電動モータ装置Ｍｓは、電動モータ４と、この電動モータ４を制御する制御装置２とを備える電動モータ装置において、
前記電動モータ４における励磁コイル４ａに、この励磁コイル４ａの温度を検出する温度検出素子２６が設けられ、
前記制御装置２は、
前記励磁コイル４ａに流す電流を求める電流検出手段２２と、
前記励磁コイル４ａにおける複数の領域に対して、前記電流検出手段２２で求められる前記励磁コイル４ａの電流と、この励磁コイル４ａにおける発熱および放熱特性を含む情報とから、前記励磁コイル４ａにおける複数の領域の推定温度をそれぞれ算出するコイル温度推定手段１９と、
前記温度検出素子２６で検出される前記励磁コイル４ａの温度と、前記コイル温度推定手段１９で推定された前記複数の領域の推定温度のうち前記温度検出素子２６に位置が最も近い領域の推定温度との比較結果に基づいて、前記励磁コイル４ａにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する温度分布等推定手段２０と、を有することを特徴とする。
前記「複数の領域」とは、温度検出素子２６が設けられる、定められたティース２８ａに複数層に巻回された励磁コイル４ａにつき、この巻回された励磁コイル４ａをモータ中心軸に垂直な平面で切断して視た断面において、例えば、前記ティース２８ａの外表面に対して相対的に距離が異なる複数層のコイル領域を指す。その他、複数の領域の分け方は、コイル巻線等の各仕様に応じて、設計者が適宜設定するものとする。
【０００９】
この構成によると、電流検出手段２２は励磁コイル４ａに流す電流を求める。コイル温度推定手段１９は、求められる励磁コイル４ａの電流と、この励磁コイル４ａにおける発熱および放熱特性を含む情報とから、前記励磁コイル４ａにおける複数の領域の推定温度を算出する。温度分布等推定手段２０は、温度検出素子２６で検出される励磁コイル４ａの温度と、コイル温度推定手段１９で推定された前記複数の領域の推定温度のうち温度検出素子２６に位置が最も近い領域の推定温度とを比較する。温度分布等推定手段２０は、この比較結果に基づいて、励磁コイル４ａにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する。
【００１０】
ところで、急激に大きなトルクを発揮する場合などの発熱が熱伝達より比較的早いような場合において、励磁コイル中の放熱し難い部分などが局所的に発熱する温度分布が生じ得る。このような場合においても、温度分布等推定手段２０は、コイル全体の温度を観測することなく、前記比較結果に基づいて、励磁コイル４ａにおける複数の領域の温度分布および局所的な最大温度を推定することができる。したがって、コイル全体の温度を観測するような技術に対し、この構成は温度検出素子２６を少なくとも一つの励磁コイル４ａに設ければ足りるため、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消することができる。また励磁コイル４ａの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる。
【００１１】
前記電動モータ４におけるモータステータ２７は、リング状のステータコア部２８と、このステータコア部２８の周面に複数並んで形成され径方向に突出する各ティース２８ａに巻回される前記励磁コイル４ａとを有し、
前記励磁コイル４ａにおける複数の領域は、
前記温度検出素子２６が設けられる、定められたティース２８ａに複数層に巻回された前記励磁コイル４ａにつき、前記定められたティース２８ａを基準として、
前記ティース２８ａの外表面に最も近い層の近接領域Ｋａと、
前記ティース２８ａの外表面から最も離隔した層の離隔領域Ｒａと、
これら近接領域Ｋａと離隔領域Ｒａとの間の中間領域Ｔａと、を含むものであっても良い。
前記定められたティース２８ａは、例えば、励磁コイル４ａに温度検出素子２６を設ける組立工数等を考慮して適宜に定められる。
【００１２】
この場合、ティース２８ａの外表面に最も近い層の近接領域Ｋａにある励磁コイル４ａから、ステーコア部２８への放熱が主要な放熱となる。また各接触領域同士で温度差に応じた熱伝導が発生する。その他、最も離隔した層の離隔領域Ｒａにある励磁コイル４ａから、例えば空気中に放熱する。ティース２８ａの外表面に対して内外周の関係で温度分布が発生しやすいため、前記複数の領域を、前記のようにティース２８ａの外表面に対し近接領域Ｋａと離隔領域Ｒａと中間領域Ｔａとに分けることが好適となる。
【００１３】
前記コイル温度推定手段１９は、前記電流検出手段２２で求められる前記励磁コイル４ａの電流の二乗に比例する値を操作量とし、状態量及び観測量を各領域の励磁コイル４ａの推定温度とし、状態遷移行列を各領域の励磁コイル４ａの熱容量および熱伝導率とし、前記制御装置２は、前記コイル温度推定手段１９および前記温度分布等推定手段２０を含む状態推定オブザーバ２９を含むものとしても良い。
前記定められたゲインは、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。このゲインは、固定の値としても可変の値として良い。
【００１４】
前記状態推定オブザーバ２９は、前記操作量における変化に対して定められた相関をもってフィードバックのゲインが変化する機能を有するものとしても良い。
前記定められた相関は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
一般にゲインＬが大きい方が収束速度に優れるため、例えば、コイル温度が急峻に変化しやすい大電流印加時にゲインＬを大きくするような処理を入れても良い。このようにゲインＬを変化させることで、励磁コイル４ａの推定温度を木目細かく早期に補正することができる。
【００１５】
前記制御装置２は、前記温度分布等推定手段２０で推定された前記最大温度、および、その微分値のうち少なくとも一つ以上を用いた値に対し、この値が定められた値以上となったとき、前記最大温度が推定された前記励磁コイル４ａの相電流を制限する相電流制限手段２４を有するものとしても良い。
前記定められた値は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
【００１６】
この構成によると、相電流制限手段２４は、温度分布等推定手段２０で推定された前記最大温度、および、その微分値のうち少なくとも一つ以上を用いた値に対し、この値が定められた値以上となったか否かを判定する。定められた値以上となったとの判定で、最大温度が推定された励磁コイル４ａの相電流を制限する。したがって、所定の励磁コイル４ａに負荷が集中した際にこの励磁コイル４ａの相電流を制限することで、励磁コイル４ａの熱劣化を確実に防止することができる。
【００１７】
この発明の電動式直動アクチュエータ１は、この発明のいずれかの電動モータ装置Ｍｓと、電動モータ装置Ｍｓの前記電動モータ４の回転運動を直進運動に変換する直動機構６とを備え、前記制御装置２が、前記電動モータを制御する。制御装置２が、直動機構６の軸力を例えば一定に保持するように制御するとき、モータ相電流は常に一定に印加され続ける。このため各励磁コイル４ａの損失がばらつき、各励磁コイル４ａは互いに温度差が生じる。このように各励磁コイル４ａに温度差が生じる場合であっても、全ての励磁コイル４ａの温度検出精度を向上していることで、励磁コイル４ａの熱劣化を確実に防止する対策を講じることができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の電動モータ装置は、電動モータと、この電動モータを制御する制御装置とを備える電動モータ装置において、前記電動モータにおける励磁コイルに、この励磁コイルの温度を検出する温度検出素子が設けられ、前記制御装置は、前記励磁コイルに流す電流を求める電流検出手段と、前記励磁コイルにおける複数の領域に対して、前記電流検出手段で求められる前記励磁コイルの電流と、この励磁コイルにおける発熱および放熱特性を含む情報とから、前記励磁コイルにおける複数の領域の推定温度をそれぞれ算出するコイル温度推定手段と、前記温度検出素子で検出される前記励磁コイルの温度と、前記コイル温度推定手段で推定された前記複数の領域の推定温度のうち前記温度検出素子に位置が最も近い領域の推定温度との比較結果に基づいて、前記励磁コイルにおける複数の領域の温度分布または局所的な最大温度を推定する温度分布等推定手段と、を有する。このため、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消できると共に、励磁コイルの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施形態に係る電動式直動アクチュエータの制御系のブロック図である。
【図２】同電動式直動アクチュエータを概略示す図である。
【図３】同電動式直動アクチュエータの電動モータのモータステータの断面図である。
【図４】図３のＡ部の拡大図である。
【図５】同電動式直動アクチュエータで所定のモータトルクを発揮した際の各領域の温度上昇の概念図である。
【図６】同電動式直動アクチュエータのコイル温度推定器および推定誤差補正器の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の実施形態に係る電動モータ装置を含む電動モータシステムを図１ないし図６と共に説明する。この実施形態では、電動モータ装置を、車両用の電動式直動アクチュエータに適用した例を示すが、この例に限定されるものではない。
図１に示すように、この電動モータシステムは、車両の車輪毎に設けられる複数の電動式直動アクチュエータ１と、電源装置３と、上位ＥＣＵ１７とを有する。各電動式直動アクチュエータ１は、電動モータ装置Ｍｓと、減速機構５と、直動機構６とを備えている。電動モータ装置Ｍｓは、電動モータ４と、制御装置２とを有する。この実施形態では、電動モータ４と、減速機構５と、直動機構６とを備えた電動ブレーキアクチュエータＤａが構成される。先ず、電動ブレーキアクチュエータＤａについて説明する。
【００２１】
図２に示すように、電動ブレーキアクチュエータＤａは、電動モータ４と、この電動モータ４の回転を減速する減速機構５と、直動機構６と、駐車ブレーキであるパーキングブレーキ機構７と、ブレーキロータ８と、摩擦部材９とを有する。電動モータ４、減速機構５、および直動機構６は、例えば、図示外のハウジング等に組み込まれる。電動モータ４は３相の同期モータ等からなる。
【００２２】
減速機構５は、電動モータ４の回転を、回転軸１０に固定された３次歯車１１に減速して伝える機構であり、１次歯車１２、中間歯車１３、および３次歯車１１を含む。この例では、減速機構５は、電動モータ４のロータ軸４ａに取り付けられた１次歯車１２の回転を、中間歯車１３により減速して、回転軸１０の端部に固定された３次歯車１１に伝達可能としている。
【００２３】
摩擦部材操作手段である直動機構６は、減速機構５で出力される回転運動を送りねじ機構により直動部１４の直線運動に変換して、ブレーキロータ８に対して摩擦部材９を当接離隔させる機構である。直動部１４は、回り止めされ且つ矢符Ａ１にて表記する軸方向に移動自在に支持されている。直動部１４のアウトボード側端に摩擦部材９が設けられる。電動モータ４の回転を減速機構５を介して直動機構６に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦部材９の押圧力に変換されることにより、直動機構６の軸力であるブレーキ力を発生させる。なおこの電動ブレーキアクチュエータＤａを車両に搭載した状態で、車両の外側をアウトボード側といい、車両の中央側をインボード側という。
【００２４】
パーキングブレーキ機構７のアクチュエータ１６として、例えば、リニアソレノイドが適用される。アクチュエータ１６によりロック部材（ソレノイドピン）１５を進出させて中間歯車１３に形成された係止孔（図示せず）に嵌まり込ませることで係止し、中間歯車１３の回転を禁止することで、パーキングロック状態にする。ロック部材１５を前記係止孔から離脱させることで中間歯車１３の回転を許容し、アンロック状態にする。
【００２５】
図１に示すように、各電動モータ装置Ｍｓの制御装置２に、電源装置３と、各制御装置２の上位制御手段である上位ＥＣＵ１７とが接続されている。なお図１では、一つの電動式直動アクチュエータ１のみ示し、その他の電動式直動アクチュエータについては図示を省略している。上位ＥＣＵ１７として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニットが適用される。また上位ＥＣＵ１７は、各電動モータ装置Ｍｓの統合制御機能を有する。上位ＥＣＵ１７から例えばモータ角速度、モータ角度、トルク、およびその他所定負荷、等の目標値指令が、制御装置２の制御演算器１８に入力される。
【００２６】
電源装置３は、各電動モータ装置Ｍｓにおける電動モータ４および制御装置２にそれぞれ電力を供給する。
制御装置２は、制御演算器１８、コイル温度推定手段であるコイル温度推定器１９、温度分布等推定手段である推定誤差補正器２０、モータドライバ２１、および、電流検出手段である電流センサ２２等を有する。制御演算器１８、コイル温度推定器１９、推定誤差補正器２０は、例えば、マイクロコンピュータ等のプロセッサ、またはＡＳＩＣ，ＦＰＧＡ，ＤＳＰ等のハードウェアモジュールで実装しても良い。
【００２７】
制御演算器１８は、制御演算機能部２３と、相電流制限手段２４とを有する。制御演算機能部２３は、各種センサの値から、上位ＥＣＵ１７からの制御目標を達成するよう、モータドライバ２１の制御信号を生成する。このとき、相電流制限手段２４は、コイル温度推定器１９の推定結果を参照し、この推定結果に応じて励磁コイル４ａを発熱から保護する処理を実行する（後述する）。
【００２８】
モータドライバ２１は、電源装置３の直流電力を電動モータ４の駆動に用いる三相の交流電力に変換する。このモータドライバ２１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路等を構成しても良い。またモータドライバ２１は、前記スイッチ素子を瞬時に駆動するようなプリドライバを含んでも良い。
【００２９】
電流センサ２２は、三相の励磁コイル４ａに流す電流をそれぞれ求める電流検出手段である。電流センサ２２は、前記各種センサの一つであって、例えば、送電経路の周囲に発生する磁界を検出する電流センサを用いても良く、シャント抵抗と作動アンプを用いて電圧降下量を検出する電流センサを用いても良い。前記磁界を検出する電流センサを用いた場合、高効率・高精度で、前記電圧降下量を検出する電流センサを用いた場合、低コストで実装できる。また、三相電流を測定するうえで、例えば、三相のうちいずれか二相のみ電流を計測し、残り一相は三相電流の総和は零となる特性を用いて求めても良い。
【００３０】
電動モータ４は、励磁コイル４ａ、ロータ角度センサ２５、温度センサ２６、永久磁石を有するロータ（図示せず）を備えたブラシレスＤＣモータが、高速、小型、および高精度を両立する電動サーボシステムには好適である。但し、電動モータ４として、機能的にはブラシ付ＤＣモータやステッピングモータを用いることもできる。励磁コイル４ａは、一つのティースに集中して巻く集中巻でも良く、複数のティースにまたがる分布巻でも良い。両者を比較すると、集中巻は小型化が可能で、分布巻は高効率、高出力とすることが可能である。
【００３１】
図３は、この電動モータ４のモータステータ２７の断面図である。このモータステータ２７は、例えば、軟質磁性材料からなるステータコア部２８と、励磁コイル４ａとを有する。ステータコア部２８は、外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース２８ａが円周方向に並んで形成されている。励磁コイル４ａは、ステータコア部２８の各ティース２８ａに巻回される。
【００３２】
図４は、図３のＡ部を拡大して示す部分拡大図である。図３および図４（ａ）に示すように、温度検出素子である温度センサ２６は、励磁コイル４ａの温度を検出する。電動モータ４における三相の励磁コイル４ａのうちいずれか一つの励磁コイル４ａに、この励磁コイル４ａの温度を検出する温度センサ２６を設けている。温度センサ２６としては、感温抵抗を用いたサーミスタ、および分圧回路を用いるとシンプルかつ低コストで好適である。
【００３３】
また、この例では、円周方向に互いに隣り合うティース２８ａ，２８ａ間における、円周方向に互いに隣り合う励磁コイル４ａ，４ａの間の隙間δに、温度センサ２６を配置している。この温度センサ２６は、いずれか一方の励磁コイル４ａにおける複数の領域（後述する）のうち、ティース２８ａの外表面から最も離隔した層の離隔領域Ｒａの外周面に接するように配置されている。なお互いに隣り合う励磁コイル４ａ，４ａは、温度センサ２６と共にモールド材（図示せず）で覆われていても良い。
【００３４】
図１に示すように、ロータ角度センサ２５として、例えば、レゾルバや磁気エンコーダ等のようなセンサを電動モータ４に搭載しても良く、回転中のコイル電圧を用いてロータ角度をいわゆるセンサレスで推定しても良い。磁気エンコーダ等のセンサを用いる場合、低速〜停止状態まで高精度にロータ角度を検出することが可能であり、ロータ角度をセンサレスで推定する場合、省スペース化を図るうえで有利となる。
【００３５】
この実施形態では、特に、制御装置２に、コイル温度推定器１９と、推定誤差補正器２０とを設けている。また制御演算器１８に相電流制限手段２４を設けている。コイル温度推定器１９は、励磁コイル４ａを複数の領域に分割し、それぞれの領域に対して温度推定を行う。図４（ａ）は、励磁コイル４ａを複数の領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａに分割した一例を示す。後述の理由から、ステータコア部２８のティース２８ａに対して内外周の関係で温度分布が発生しやすいため、本図４（ａ）のような領域分けが好適と考えられる。
【００３６】
前記複数の領域は、近接領域Ｋａと離隔領域Ｒａと中間領域Ｔａとを含む。
近接領域Ｋａは、温度センサ２６が設けられる複数層に巻回された励磁コイル４ａにつき、この励磁コイル４ａが巻回されるティース２８ａを基準として、このティース２８ａの外表面に最も近い層から成る環状領域である。離隔領域Ｒａは、前記ティース２８ａから最も離隔した層から成る環状領域である。中間領域Ｔａは、これら近接領域Ｋａと離隔領域Ｒａとの間の層から成る環状領域である。
【００３７】
図４（ｂ）は、励磁コイル４ａが発熱した際の放熱経路の一例を示す。この例では、ティース２８ａの外表面に最も近い近接領域Ｋａのコイル４ａａからステータコア２８への放熱が主要な放熱となり、各接触領域同士で温度差に応じた熱伝導が発生し、最外周に位置する離隔領域Ｒａから空気中に放熱する。なお、その他の例として、例えば、励磁コイル４ａを図示外のモールド材でモールドするような場合は、前記モールド材との接触部が放熱要素となる。その他、複数の領域の分け方は、コイル巻線等の各仕様に応じて、設計者が適宜設定するものとする。
【００３８】
図５は、この電動式直動アクチュエータで所定のモータトルクを発揮した際の各領域の温度上昇の概念図である。所定のモータトルクを発揮している任意の時間において、前述の放熱および熱伝導により、励磁コイル４ａ（図４）の中間領域Ｔａは近接領域Ｋａよりも温度が高く、且つ、離隔領域Ｒａは中間領域Ｔａよりも温度が高くなる。
【００３９】
図１に示すように、コイル温度推定器１９は、励磁コイル４ａにおける前記複数の領域に対して、電流センサ２６で求められる励磁コイル４ａの電流と、この励磁コイル４ａにおける発熱および放熱特性を含む情報とから、励磁コイル４ａにおける前記複数の領域の推定温度をそれぞれ算出する。このコイル温度推定器１９は複数の部分領域推定器１９ａを備え、これら部分領域推定器１９ａが前記複数の領域の推定温度をそれぞれ算出する。
【００４０】
ここで図６は、この電動式直動アクチュエータのコイル温度推定器１９および推定誤差補正器２０の一構成例を示す図である。図１および図６に示すように、制御装置２は、コイル温度推定器１９および推定誤差補正器２０を含む線形の状態推定オブザーバ２９を含む。
コイル温度推定器１９は、例えば、一般的な伝熱特性式として、次の発熱および放熱特性に基づいて与えられる。
［温度変化量］＝［熱量］÷［熱容量］
＝（［周辺部との温度差］×［伝熱係数］＋［発熱］）÷［熱容量］
【００４１】
上記式において、熱容量は主に物質の比熱および体積からなる。伝熱係数は、物質の熱伝導率、接触部の熱伝達率、伝熱面積、および伝熱距離等からなる。発熱は主にコイル銅損からなる。放熱は、例えば、ステータコア部やインシュレータ（図示せず）等との温度差や接触部の熱伝達率からなる。
【００４２】
以上により、コイル温度推定器１９において、状態量を各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの励磁コイル４ａの推定温度とし、入力である操作量を電流の二乗に比例する各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの発熱量とし、状態遷移行列を各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの励磁コイル４ａの熱容量および伝熱係数としている。前記電流は電流センサ２２から与えられる。前記伝熱係数は、離隔領域Ｒａと中間領域Ｔａとの間の伝熱係数と、中間領域Ｔａと近接領域Ｋａとの間の伝熱係数とを含む。
【００４３】
ところで温度センサ２６を設けた領域Ｒａのコイル温度は、同温度センサ２６で直接検出しているため、コイル温度推定器１９により推定する必要はない。しかしながら、感温抵抗と分割回路からなる簡潔な測定系を構築する場合など、ノイズの影響を受けやすい場合がある。このような場合には、本実施形態のコイル温度推定器１９がフィルタの役割を果たすため、他の領域Ｔａ，Ｋａと同様にコイル温度推定器１９による推定を行うことが好ましい。
【００４４】
状態推定オブザーバ２９のオブザーバゲインＬについて、固定の値としても良く、前記操作量（各領域の発熱量）における変化に対して定められた相関をもって変化する可変の値としても良い。一般にゲインが大きい方が収束速度に優れるため、例えば、コイル温度が急峻に変化しやすい大電流印加時にゲインＬを大きくするような処理を入れても良い。このようにゲインＬを変化させることで、励磁コイル４ａの推定温度を木目細かく早期に補正し得る。
【００４５】
推定誤差補正器２０は、温度センサ２６で検出される励磁コイル４ａの温度と、コイル温度推定器１９で推定された各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの推定温度のうち温度センサ２６に最も近い領域（この例では離隔領域Ｒａ）の推定温度との比較結果に基づいて、コイル温度推定器１９で推定された各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの推定温度を補正する。推定誤差補正器２０は、例えば、差分状態方程式における次ステップ状態量の補正関数や、連続近似状態方程式における状態量微分値の補正関数として実装し得る。
【００４６】
以上により、コイル温度推定器１９および推定誤差補正器２０を構成することで、励磁コイル４ａにおける各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａのコイル温度を推定することが可能となる。推定された各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａのコイル温度から、励磁コイル４ａにおける複数の領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの温度分布および局所的な最大温度を得ることができる。なお、図６における加減演算部の符号は、実装時の数式展開に合わせて設定されるものとする。
【００４７】
相電流制限手段２４は、図１に示すように、判定部２４ａと、制限部２４ｂとを有する。判定部２４ａは、推定誤差補正器２０で補正された各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの推定温度の最大温度、および、その微分値のうち少なくとも一つ以上を用いた値に対し、この値が定められた値以上となったか否かを判定する。制限部２４ｂは、判定部２４ａで定められた値以上となったと判定されると、推定温度の最大温度が推定される励磁コイル４ａの相電流を制限する。
【００４８】
この場合において、制限部２４ｂは、例えば、推定された相電流の数％〜数十％を低減するように制限しても良いし、モータ回転速度およびコイル推定温度のいずれか一方または両方に応じて、定められた相電流に制限しても良い。前記定められた相電流は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。したがって、所定の励磁コイル４ａに負荷が集中した際にこの励磁コイル４ａの相電流を制限することで、励磁コイル４ａの熱劣化を確実に防止することができる。
【００４９】
以上説明した電動モータシステムによると、急激に大きなトルクを発揮する場合などの発熱が熱伝達より比較的早いような場合において、励磁コイル中の放熱し難い部分などが局所的に発熱する温度分布が生じ得る。このような場合においても、推定誤差補正器２０は、コイル全体の温度を観測することなく、検出される励磁コイル４ａの温度と、コイル温度推定器１９で推定された各領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの推定温度のうち温度センサ２６に最も近い領域Ｒａの推定温度との比較結果に基づいて、励磁コイル４ａにおける複数の領域Ｒａ，Ｋａ，Ｔａの温度分布および局所的な最大温度を推定することができる。
【００５０】
したがって、コイル全体の温度を観測するような技術に対し、この構成は温度センサ２６を少なくとも一つの励磁コイル４ａに設ければ足りるため、コスト低減を図り実装スペースの問題を解消することができる。また励磁コイル４ａの温度分布を考慮した温度推定を精度良く行うことができる。したがって、特に大きな電流が集中して流れた際の温度検出精度を向上させることができる。
前記温度検出精度の向上により、励磁コイル４ａの熱に起因する異常を確実に防止することができる。これにより設計の自由度を高めることが可能となる。
【００５１】
温度センサ２６を、励磁コイル４ａにおける近接領域Ｋａの内周面に配置しても良い。この場合において、例えば、ティース２８ａの外周面に凹み部を設け、この凹み部に温度センサ２６を設けても良い。
前記状態推定オブザーバ２９に代えて、例えば、ＶＳＳオブザーバに代表される非線形オブザーバを用いても良い。このような非線形オブザーバを用いることで、誤差要因の除去精度が高まる。
【００５２】
本実施の電動モータ装置Ｍｓを電動プレスに適用しても良い。この電動プレスの押圧力を一定値に保持する場合、モータ電流は一定に印加され続けるため、励磁コイル４ａの各領域に温度差が生じるが、制御装置２に、少なくともコイル温度推定器１９と推定誤差補正器２０とを設けることで、励磁コイル４ａの各領域のコイル温度を精度良く求めることが可能となる。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
１…電動式直動アクチュエータ
２…制御装置
４…電動モータ
６…直動機構
４ａ…励磁コイル
１９…コイル温度推定器（コイル温度推定手段）
２０…推定誤差補正器（温度分布等推定手段）
２２…電流センサ（電流検出手段）
２４…相電流制限手段
２６…温度センサ（温度検出素子）
２７…モータステータ
２８…ステータコア部
２８ａ…ティース
Ｍｓ…電動モータ装置
【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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【図６】
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