アクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法
【課題】制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができるアクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法を提供する。
【解決手段】アクチュエータは、弾性変形部材が回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける被駆動機構が変位する区間である空走期間Ｓと、弾性変形部材の制動によって回転体の回転が停止している状態から弾性変形部材の制動を解除するように被駆動機構が変位し、かつ回転体が回転してからの被駆動機構が変位する区間である解放区間Ｗと、のうち少なくとも１つの区間において、被駆動機構の変位量を電流リップル成分Ｉｒから演算する。
【解決手段】アクチュエータは、弾性変形部材が回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける被駆動機構が変位する区間である空走期間Ｓと、弾性変形部材の制動によって回転体の回転が停止している状態から弾性変形部材の制動を解除するように被駆動機構が変位し、かつ回転体が回転してからの被駆動機構が変位する区間である解放区間Ｗと、のうち少なくとも１つの区間において、被駆動機構の変位量を電流リップル成分Ｉｒから演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、摩擦係合要素の係合油圧を適正化するよう制御し変速ショックの悪化や摩擦係合要素の耐久性能の悪化を防止する技術が記載されている。この技術は、自動変速機の実際の変速時間を変速時間検出手段にて検出し、その検出結果を比較手段で標準設定時間と比較している。
【０００３】
また、特許文献２には、ブレーキ係合圧とブレーキ解放圧（ダイレクトクラッチの作動圧）の立ち上がりを滑らかにする技術が記載されている。この技術は、ソレノイドバルブに代えて、作動ロッドの外周面にその長手方向に沿って溝を設ける。
【０００４】
また、特許文献３には、アキューム弁によってバンドブレーキサーボを駆動する自動変速機の変速制御装置において、信号圧のオーバーシュートによる変速ショックを抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−０６７３５４号公報
【特許文献２】特開平７−３０５７３６号公報
【特許文献３】特開平１０−２８８２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１から３に記載の技術はいずれも油圧制御されたアクチュエータに関する技術である。また特許文献１に開示される技術では、標準設定時間に基づいた制御だけで制御する場合、係合の立ち上がりがばらついてしまうことについて考慮されていない。これら特許文献１から３に記載の技術に対して、油圧アキュームレータ等を設ける必要がない電動アクチュエータの技術がある。
【０００７】
例えば、電動アクチュエータは、電動モータのロータの慣性分の回転が被駆動機構を指令荷重以上で駆動し、又は被駆動機構が惰走するおそれがある。このため、ブレーキバンド等の弾性変形部材が回転体であるブレーキドラムを制動する制動力を生じさせるタイミングを簡易に把握することが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができるアクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位を制御するアクチュエータであって、モータと、前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換し、前記直線運動によって発生する変位を前記被駆動機構に与える直線運動機構と、前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構の変位量と、前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構の変位量と、のうち少なくとも１つの前記被駆動機構の変位量を前記電流検出器から抽出した電流リップル成分から演算する制御装置と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この構造により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメント（整流子片）を通過する際の電流リップル成分から被駆動機構の変位量を検出することができる。このため制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができる。例えば、把握したタイミングにおける制動力のショックを緩和するモータ制御をすることができる。また、上述の構造により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメントを通過する際の電流リップル成分に基づき、回転が停止している回転体が弾性変形部材の制動が解除され回転体が回転してからの被駆動機構の変位量を演算することもできる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記出力シャフトと連結されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアに巻回された励磁コイルと、着磁され、かつ前記アーマチュアコアに対して相対的に位置が変化する永久磁石部材と、前記アーマチュアコアに巻回され閉回路となるように環状に接続されたブレーキコイルと、を含み、前記励磁コイルの通電により回転する前記アーマチュアコアの回転方向と逆回転方向の力を、前記アーマチュアコアに与えることが好ましい。この構造により、慣性による出力シャフトの回転は、早期に抑制される。また、ロータの回転による被駆動機構の慣性荷重増加を抑制することができる。
【００１２】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のバンドブレーキ装置は、前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換する直線運動機構と、弾性変形可能なブレーキバンドに対して荷重を加え、ブレーキドラムの回転運動を前記ブレーキバンドの弾性変形に応じてブレーキドラムを制動するために、前記直線運動よって変位する作動ロッドと、前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器から電流リップル成分を抽出し、前記ブレーキバンドが前記ブレーキドラムの制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記作動ロッドの変位量と、前記ブレーキバンドの制動によって前記ブレーキドラムの回転が停止している状態から、ブレーキバンドの制動を解除するように前記作動ロッドが変位し、かつ前記ブレーキドラムが回転してからの前記作動ロッドの変位量と、のうち少なくとも１つの前記作動ロッドの変位量を前記電流リップル成分から演算する制御装置と、を含むことを特徴とする。この構造により、制動力が発生するタイミングを簡易に把握できるので、制動力のショックを緩和するモータ制御をすることができる。これにより、運転者に与える変速ショック又は違和感を低減することができる。
【００１３】
本発明の望ましい態様として、前記直線運動機構は、ボールねじ機構であり、前記出力シャフトと前記ボールねじ機構のねじ軸との間に設けられ、かつ前記出力シャフトから前記ねじ軸へ伝達される回転速度を減速する減速ギヤ機構をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
この構造により、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりモータの無通電時のフリクションを、ブレーキバンドがブレーキドラムの回転の停止状態を保持する制動力よりも大きくすることができる。このため、ブレーキバンドから作動ロッドに加わる反力によりモータが逆回転しない。そして、アクチュエータは、モータを通電し続けることなく、ブレーキバンドがブレーキドラムの回転を停止させ、回転の停止状態を保持することができる。その結果、ブレーキバンドがブレーキドラムの回転の停止状態を保持する制動力を保持するモータの電力を低減することができる。また、ボールねじ機構は伝達効率が高く、効率よく回転を直線運動として変換できる。ボールねじ機構を使用しても、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりブレーキバンドがブレーキドラムの回転を停止する状態を保持することができる。
【００１５】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のモータ制御方法は、回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位させるモータを制御する方法であって、前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構が変位する区間である空走区間、又は前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構が変位する区間である解放区間、を検出するステップと、検出した前記空走区間又は前記解放区間では、前記モータへ供給する電流を検出し、検出した前記電流から電流リップル成分を抽出し、前記電流リップル成分をパルスとして積算するステップと、前記パルスの積算値を前記被駆動機構の変位量にする演算を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
この方法により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメントを通過する際の電流リップル成分から被駆動機構の変位量を検出することができる。このため、制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができる。例えば、把握したタイミングにおける制動力のショックを緩和するモータ制御をすることができる。また、この方法により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメントを通過する際の電流リップル成分に基づき、回転が停止している回転体が弾性変形部材の制動が解除され回転体が回転してからの被駆動機構の変位量を演算することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができるアクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１−１】図１−１は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。
【図１−２】図１−２は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。
【図１−３】図１−３は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。
【図２】図２は、バンドブレーキ装置の負荷特性を説明する説明図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るアクチュエータの構成図である。
【図４】図４は、モータのロータを説明する説明図である。
【図５】図５は、モータのロータとステータとの関係を説明する説明図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るモータの整流子とブラシとの関係を説明する説明図である。
【図７】図７は、本実施形態に係るモータの動作を説明する説明図である。
【図８】図８は、本実施形態に係るモータの動作を説明する説明図である。
【図９】図９は、本実施形態に係るモータの励磁コイルの巻線を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係るモータのブレーキコイルの巻線を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係るモータ制御装置を説明するブロック図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係るアクチュエータの動作をモータ電流と時間との関係で説明する説明図である。
【図１３】図１３は、アクチュエータの制御ブロックを説明するブロック図である。
【図１４】図１４は、アクチュエータの制御手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
一般に、自動変速機は、流体継手としてのトルクコンバータと、プラネタリギヤユニットを含む補助変速機とを備えている。補助変速機では、プラネタリギヤユニットの中で回転しているギヤの組み合わせを選択し変速比を変えるために、クラッチとブレーキが使用される。このブレーキとして、バンドブレーキ装置が用いられる。
【００２１】
＜バンドブレーキ装置＞
図１−１、図１−２及び図１−３は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。バンドブレーキ装置１１０は、ブレーキドラム１６０を囲むストラップ１３１と、ストラップ１３１のブレーキドラム１６０側に位置するライニング１３２と、ストラップ１３１の一端に取り付けられたアンカー用ブラケット１３７と、ストラップ１３１の他端に取り付けられたアプライ用ブラケット１３６とを含むブレーキバンド１３０と、アプライ用ブラケット１３６と接触し締め付け荷重を加えるアプライ手段１５１と、アンカー用ブラケット１３７にかかる反力を受けて支持するアンカー手段１５２とを含む。
【００２２】
ブレーキドラム１６０は、ブレーキ非作動時に、例えば回転方向Ｒへ回転する回転体である。ブレーキバンド１３０は、略Ｃ字形状となっている。ストラップ１３１は、例えば鋼製であり弾性変形できる帯状板部材である。ライニング１３２は、摩擦材であり、ストラップ１３１の内側、すなわちブレーキドラム１６０側に接着等により固定されている。アプライ用ブラケット１３６と、アンカー用ブラケット１３７とは、ストラップ１３１の両端に、かしめ加工、溶接、リベット等によりそれぞれ固定されている。
【００２３】
アプライ手段１５１は、例えば作動ロッド１５５と呼ばれるピン又は棒状部材と、作動ロッド１５５が連結するアクチュエータ１００とを含んでいる。アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５を矢印Ｘ方向に、または矢印Ｘ方向と逆方向に移動させることができる。
【００２４】
アクチュエータ１００は、例えば図１−１に示す作動ロッドを、図１−２に示す作動ロッドの位置へ移動させることができる。また、アクチュエータ１００は、例えば図１−２に示す作動ロッド１５５を、図１−３に示す作動ロッド１５５の位置へ移動させることができる。このように、ストローク（変位量）の変化した作動ロッド１５５はアプライ用ブラケット１３６に荷重を加え、作動ロッド１５５とアプライ用ブラケット１３６とが一体として移動する。そして、移動するアプライ用ブラケット１３６と連動してストラップ１３１がたわむ。弾性変形できるストラップ１３１を含むブレーキバンド１３０は、弾性変形部材である。作動ロッド１５５は、ストラップ１３１をたわませることで、ブレーキバンド１３０を弾性変形させることができる。
【００２５】
アンカー手段１５２は、ケース等の基準面に固定されたアンカーピン１５６を含む。そして、アンカー用ブラケット１３７は、アンカーピン１５６により位置決めされている。次に、バンドブレーキ装置１１０の動作について図１−１、図１−２、図１−３及び図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、バンドブレーキ装置の負荷特性を説明する説明図である。図２には、アプライ手段１５１からブレーキバンド１３０に押圧される荷重が縦軸に示されており、作動ロッド１５５のストロークが横軸に示されている。
【００２７】
図２に示すように、作動ロッド１５５のストロークは、空走区間Ｓと、たわみ区間Ｔｂと、保持区間Ｕとを含んでいる。空走区間Ｓでは、図１−１に示すように、アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５をアクチュエータ１００側に寄せて、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の外周よりも大きな弧を描くように広がる位置とする。このため、ブレーキドラム１６０とライニング１３２との間にクリアランスが保たれた（非締結）状態となる。その結果、ブレーキドラム１６０は空転した状態で回転し、補助変速機おけるブレーキが非作動状態となる。なお、アクチュエータ１００は、空走区間Ｓの開始位置Ｊを、後述する記憶手段に作動ロッド１５５のストロークの基準値（例えば、０）として記憶している。アクチュエータ１００は、図２に示す空走区間Ｓの開始位置Ｊから、図１−１に示すように作動ロッド１５５をＸ方向へ移動させることで、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の制動を開始することになる。
【００２８】
たわみ区間Ｔｂでは、アクチュエータ１００は、図１−２に示すように、作動ロッド１５５をＸ方向へ移動させ、ブレーキバンド１３０のストラップ１３１がブレーキドラム１６０を囲むようにする。作動ロッド１５５と一体でアプライ用ブラケット１３６がＸ方向へ移動すると、アプライ用ブラケット１３６とアンカー用ブラケット１３７との距離が短くなり、ストラップ１３１がたわむ。例えば、ブレーキバンド１３０の一端と他端との距離は、Ｂｘｔである。そして、アクチュエータ１００は、ブレーキドラム１６０をブレーキバンド１３０の弾性変形で締め付けていくと、ブレーキドラム１６０とライニング１３２との間にあるクリアランスが小さくなる。そして、ブレーキバンド１３０は、ブレーキドラム１６０に沿った形状に変形する。このため、ライニング１３２がブレーキドラム１６０を囲むように摺接する。その結果、ブレーキバンド１３０のライニング１３２がブレーキドラム１６０に回転方向Ｒと逆向きに摩擦力を与える。
【００２９】
ブレーキバンド１３０が摩擦力により、ブレーキドラム１６０を締め付ける締め付け力が発生する状態を係合という。たわみ区間Ｔｂは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力を生じさせてから、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付けることでブレーキドラム１６０の回転を止めるまで、作動ロッド１１５が変位する区間である。つまり、たわみ区間Ｔｂは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０への制動力を発生してからブレーキドラム１６０の回転を止めるまでの区間である。空走区間Ｓとたわみ区間Ｔｂとの境界である初動制動領域Ｐは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を囲むように、例えば真円に近い形に変形し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付ける制動力が発生し始める接触開始領域である。空走区間Ｓの開始位置Ｊから初動制動領域Ｐまでは、図２に示すように、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付ける荷重は増加しない。作動ロッド１５５をＸ方向へ移動させ、初動制動領域Ｐを越えるとブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力を生じ始める。バンドブレーキ装置１１０では、初動制動領域Ｐにおいて発生する制動力の反動を運転者がショックとして感じやすい。このため、初動制動領域Ｐにおける作動ロッド１５５のストロークの速度を減速することが好ましい。
【００３０】
また、保持区間Ｕでは、図１−３に示すようにアクチュエータ１００は、作動ロッド１５５をさらにＸ方向へ移動させる。例えば、ブレーキバンド１３０の一端と他端との距離は、図１−２に示すＢｘｔからより短くなったＢｘｕとなる。図２に示すように、アクチュエータ１００が作動ロッド１５５に荷重を加えてもストラップ１３１のたわむ余地が小さいので、作動ロッド１５５のストロークの増加は小さくなる。アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５に荷重を加えることで、ライニング１３２がブレーキドラム１６０を締め付け、ブレーキドラム１６０の回転が止まる。つまり、ブレーキバンド１３０の制動によって、ブレーキドラム１６０の回転が停止する状態（回転体の締結）となる。そして、アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６を押圧し続け、ブレーキドラム１６０の締結状態を維持する。
【００３１】
たわみ区間Ｔｂと保持区間Ｕとの境界である締結境界Ｇでは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付け、ライニング１３２が与える摩擦力がブレーキバンド１３０とブレークドラム１６０との接触面における駆動力を上回ると、ブレーキドラム１６０が回転を止める。つまり、締結境界Ｇでは、ブレーキドラム１６０の回転が停止する。この場合、補助変速機におけるブレーキが作動状態となる。以上説明したように、アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５を変位させることで、ブレーキドラム１６０の回転を制動することができる。次に、アクチュエータについて説明する。
【００３２】
＜アクチュエータ＞
図３は、本実施形態に係るアクチュエータの構成図である。アクチュエータ１００は、モータ１と、駆動軸１１７と、駆動機構であるねじ軸１０７、円筒状のナット１１５、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６、伝達軸１０４と、を筒状のハウジング１０１内に含んでいる。
【００３３】
また、上述した作動ロッド１５５は、駆動軸１１７と連結されて被駆動機構となっている。このため、駆動軸１１７の変位と作動ロッド１５５の変位とは同期する。
【００３４】
円筒状のハウジング１０１は、例えばアルミニウム製のハウジング本体１０１Ａと、その端面に対してボルト等により組み付けられた樹脂製のカバー部材１０１Ｂと、ハウジング本体１０１Ａには、アルミニウム等の金属で形成される位置決めプレート１０１Ｃとを含んでいる。
【００３５】
ハウジング１０１は、ハウジング本体１０１Ａと、樹脂製のカバー部材１０１ＢとをＯリング１２０を介して固定することが好ましい。その結果、ハウジング１０１の防水性が高まる。また、ハウジング本体１０１Ａの内部には、袋穴状のモータ室１０１ａと貫通穴状のねじ軸室１０１ｂとが形成されている。
【００３６】
モータ室１０１ａ内には、モータ１が配置され、モータ１が位置決めプレート１０１Ｃを介してハウジング本体１０１Ａに取り付けられている。この構造により、モータ１の出力シャフト１０２は、カバー部材１０１Ｂ側に配置される。モータ１の出力シャフト１０２は、周囲に凹凸を形成した樹脂製の第１ギヤ１０３に挿入され固定されており、出力シャフト１０２が回転すると第１ギヤ１０３も回転する。
【００３７】
位置決めプレート１０１Ｃは、位置決め孔１０１ｊを含み、モータ１の出力シャフト１０２と平行な方向に延出する伝達軸１０４を回転可能なように位置決め孔１０１ｊに位置決めする。伝達軸１０４は、ブッシュ等を介して樹脂製の第２ギヤ１０５を周囲に固定している。周囲に凹凸を形成した第２ギヤ１０５は、樹脂製のカバー部材１０１Ｂ内に回転自在に配置される。また、第１ギヤ１０３と第３ギヤ１０６とは、第２ギヤ１０５を介して互いに噛み合うように配置される。
【００３８】
ねじ軸室１０１ｂ内には、ねじ軸１０７が配置され、ねじ軸１０７が位置決めプレート１０１Ｃに取り付けた玉軸受１１４により回転自在に支持されている。ねじ軸１０７は、外周面に雄ねじ溝１０７ａを形成している。また、ねじ軸１０７は、ねじ軸室１０１ｂ内の円筒状のナット１１５を貫通している。
【００３９】
ナット１１５の内周面には、雄ねじ溝１０７ａに対向して、雌ねじ溝１１５ａが形成されている。雄ねじ溝１０７ａ及び雌ねじ溝１１５ａによって形成される螺旋状の空間（転走路）には、多数のボール１１６が転動自在に配置されている。ナット１１５は、ねじ軸室１０１ｂ内において、ねじ軸１０７の延長方向と平行な軸線方向に相対移動可能であり、かつねじ軸１０７の回転と同期してねじ軸１０７の周囲を回転しない回り止めが施されている。なお、軸線方向の移動要素であるナット１１５と、回転要素であるねじ軸１０７と、転動体であるボール１１６とでボールねじ機構を構成する。
【００４０】
ねじ軸１０７の端部は、丸軸状の駆動軸１１７に形成された袋孔１１７ａ内に侵入している。駆動軸１１７は、ナット１１５に対して同軸に嵌合しピン又はコッターで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体１０１Ａに対して、駆動軸１１７はブッシュ１１８により軸線方向に移動可能に支持されている。また、ブッシュ１１８の外部側にはシール１１９が配置されている。シール１１９は、ハウジング本体１０１Ａと駆動軸１１７との間から水分や塵埃等の異物が侵入することを防止している。なお、ハウジング本体１０１Ａから突出した駆動軸１１７の端部には、上述した作動ロッド１５５に連結するための孔が形成されている。
【００４１】
樹脂製の第３ギヤ１０６は、ねじ軸１０７の端部に、セレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。第３ギヤ１０６の一部を覆うようにして、支持部材１０８が位置決めプレート１０１Ｃに取り付けられている。また、第２ギヤ１０５と第３ギヤ１０６とは、互いに噛み合うように配置される。これにより、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６が動力伝達機構を構成する。この動力伝達機構は、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６の噛み合いにより、モータ１の回転が減速して、ねじ軸１０７の回転となる減速ギヤ機構となっている。
【００４２】
カバー部材１０１Ｂは、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６に異物が侵入しないように密閉するギヤカバーとして作用する。なお、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６は、噛合するギヤの樹脂素材を互いに異なるものにすると、摩滅を抑制できるので好ましい。
【００４３】
＜モータ＞
モータ１は、出力シャフト１０２を回転させる電動機である。上述した減速ギヤ機構は、モータ１の出力シャフト１０２の回転速度を減速させてボールねじ機構へ伝達する。ボールねじ機構は、出力シャフト１０２の回転を直線運動に変換し、ねじ軸７２を移動させる。減速ギヤ機構及びボールねじ機構は、駆動軸１１７の駆動機構となる。次に、図４及び図５を用いてモータ１の内部構造について説明する。
【００４４】
図４は、モータのロータを説明する説明図である。図５は、本実施形態に係るモータのロータとステータとの関係を説明する説明図である。本実施形態に係るモータ１は、いわゆるブラシ付きモータであり、アーマチュア（電機子）コア２１が回転するロータ２０となり、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓがステータ１０となる。
【００４５】
図４に示すロータ２０は、アーマチュアコア２１と、整流子２２と、出力シャフト１０２と、後述する励磁コイル及びブレーキコイルとを含んでいる。アーマチュアコア２１は、図５に示すように、ステータ１０の永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓ間に、出力シャフト１０２を中心に回転自在に配置されている。
【００４６】
アーマチュアコア２１には、外周に突出するコアスロット（磁極）Ａ１〜Ａ１０が形成されている。アーマチュアコア２１は、軟磁性材料で形成され、例えば純鉄、ケイ素鋼鈑等で形成されている。整流子２２には、コアスロット（磁極）Ａ１〜Ａ１０と同数の整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０が形成されている。整流子２２は、ブラシ２５Ａ、２５Ｂと接触し、モータ１外の電源より給電を受け、定期的に電流方向を変化させる導電部材である。
【００４７】
ステータ１０は、モータケース１２の内壁に、ロータ２０を介して対向するように配置した永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓを含んでいる。永久磁石部材１１Ｎは、ロータ２０側がＮ極に着磁されており、永久磁石部材１１Ｓは、ロータ２０側がＳ極に着磁されている。モータケース１２は軟磁性材料であることが好ましく、例えば純鉄で形成されている。これにより、モータ１は、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓの漏洩磁界を低減できる。
【００４８】
＜電磁ブレーキ機構＞
図６は、本実施形態に係るモータの整流子とブラシとの関係を説明する説明図である。図７及び図８は、本実施形態に係るモータの動作を説明する説明図である。ここで、図５に示すアーマチュアコア２１は、コアスロット（磁極）Ａ１〜Ａ１０が形成されているが、動作原理を説明するためコアスロットが３つの場合について、図６から図８を用いて模式的に説明する。
【００４９】
ロータ２０に相当するロータ２０Ａは、コアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３と、整流子２２ａと、励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３と、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３とを含んでいる。永久磁石部材１１ｎ、１１ｓは、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓに相当する。ブラシ２５ａ、２５ｂは、ブラシ２５Ａ、２５Ｂに相当する。
【００５０】
図６に示すように、整流子２２ａは、電源Ｖにより給電されたブラシ２５ａ、２５ｂに接触する。図７に示す励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３は、銅等の導電体で形成され、コアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３のそれぞれを巻回する。励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３は、整流子２２ａに電気的に接続されている。また、コアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３のそれぞれには、銅等の導電体で形成され、閉回路となるように環状に接続されたブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３が巻回されている。
【００５１】
図７に示すように、電源Ｖの通電を開閉するスイッチＳｗを具備する外部回路に上述したブラシ２５ａ、２５ｂを接続する。スイッチＳｗにより、電源Ｖからの電流ｉがブラシ２５ａ、２５ｂから通電される。ブラシ２５ａ、２５ｂから整流子２２ａを介して通電された励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２は、コアスロット２２ａ１、２２ａ２を磁化する。磁化されたコアスロット２２ａ１、２２ａ２は、永久磁石部材１１ｎ、１１ｓのそれぞれと反発、又は吸引し、回転力Ｆｒを生じさせる。
【００５２】
図７に示すように、通電される直流電流ｉは、ブラシ２５ａ、２５ｂが整流子２２ａの整流子片間を通過するたびに脈動する。この脈動による直流電流ｉの交流成分を電流リップルという。直流電流ｉは、縦軸に電圧をとり横軸に時間をとると、モータ１への通電方向によりモータ起動時に正か負のどちらかの起動電流が流れる。その後、モータ１が一定の回転数で回転する場合、直流電流ｉは、一定の電流がモータ１に流れる。この場合、直流電流ｉには、脈流が含まれる。この脈流を電流リップル波形という。例えば、ロータ２０Ａの１回転の電流リップル波形は、整流子２２ａの整流子片の数と同じ、３つの波形が発生する。なお、直流電流ｉは後述するＰＷＭ制御されていても上述した電流リップル波形を含む。
【００５３】
図８に示すように、スイッチＳｗにより、電源Ｖからの電流ｉを遮断する。励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２は、コアスロット２２ａ１、２２ａ２を磁化しなくなり、回転力Ｆｒは消滅するが、慣性力によりロータ２０Ａが回転し続ける。ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３は、永久磁石部材１１ｎ、１１ｓ間の磁界を順次通過する。永久磁石部材１１ｎ、１１ｓの磁界は、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３に電圧Ｅを生じさせる。ここで電圧Ｅは下記式（１）で示される誘起電圧の式で求めることができる。
【００５４】
【数１】
【００５５】
ここで、ｐは磁極数、ａは並列導体数、Ｚはブレーキコイルの巻数、Ｎはモータの回転数、φは永久磁石部材１１ｎ、１１ｓの磁束である。これにより、慣性力によってロータ２０Ａが速く回転しているほど、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３に電圧Ｅが生じる。その結果、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３によって磁化されたコアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３のそれぞれには、慣性で回転している方向と逆回転方向の力Ｆｂが生じる。つまり、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３は、電磁ブレーキ機構となり、ロータ２０Ａの回転を抑制する。
【００５６】
なお、モータ１の特性カーブはブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３がない場合のモータの特性に対して、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３の電圧Ｅを電源電圧より差し引いた電圧が無負荷時の電圧になる。モータ拘束時は回転がないのでブレーキコイル電圧はＥ＝０で電源電圧時の拘束トルクとなる。なお、無負荷電流も同様にトルクが発生するので上昇する。ここで、モータ１のトルクＴは、下記の式（２）で求めることができる。なお、Ｉａは、励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３に流れる電流である。
【００５７】
【数２】
【００５８】
モータ１のトルクＴは、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３があることで、回転数Ｎとの比は低減するが、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３の巻数が励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３の巻数よりも小さければ、ロータ２０Ａは回転できる。
【００５９】
コアスロットが３つの場合について、図６から図８を用いて模式的に説明してきた。次に、上述した励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３に相当する励磁コイルＢ１〜Ｂ１０について図９を用いて説明する。図９は、本実施形態に係るモータの励磁コイルの巻線を説明する説明図である。
【００６０】
図９に示すコアスロットＡ１〜Ａ１０には、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０が巻回されている。励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の巻線は、励磁コイルＢ１、Ｂ２を代表して説明する。励磁コイルＢ１は、励磁コイルＢ１の端部が整流子セグメントＣ１に電気的に接続されている。励磁コイルＢ１は、整流子セグメントＣ１からコアスロットＡ１０、Ａ１の間を通過し、また、コアスロットＡ４、Ａ５の間へ延びている。励磁コイルＢ１は、コアスロットＡ４、Ａ５の間から整流子セグメントＣ２へ電気的に接続する。
【００６１】
次に、励磁コイルＢ２は、励磁コイルＢ２の端部が整流子セグメントＣ２に電気的に接続されている。その結果、励磁コイルＢ２は、励磁コイルＢ１と接続する。励磁コイルＢ２は、整流子セグメントＣ２からコアスロットＡ１、Ａ２の間を通過し、また、コアスロットＡ５、Ａ６の間へ延びている。励磁コイルＢ２は、コアスロットＡ５、Ａ６の間から整流子セグメントＣ３へ電気的に接続する。
【００６２】
励磁コイルＢ１、Ｂ２と同様に、励磁コイルＢ３〜Ｂ１０が隣り合うコアスロットＡ１〜Ａ１０のいずれかの間を巻回し、整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０のいずれかと接続する。また、コアスロットＡ１〜Ａ１０には、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０のそれぞれが複数巻回されている。
【００６３】
本実施形態の励磁コイルＢ１〜Ｂ１０は、いわゆる重ね巻と呼ばれる鼓状巻のコイル巻線である。本実施形態の励磁コイルＢ１〜Ｂ１０は、いわゆる波巻と呼ばれる鼓状巻のコイル巻線であってもよい。
【００６４】
また、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３に相当するブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係るモータのブレーキコイルの巻線を説明する説明図である。
【００６５】
図１０に示すコアスロットＡ１〜Ａ１０には、ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０が巻回されている。ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０の巻線は、ブレーキコイルＬ１、Ｌ２を代表して説明する。ブレーキコイルＬ１は、ブレーキコイルＬ１の端部が整流子セグメントＣ１に電気的に接続されている。ブレーキコイルＬ１は、整流子セグメントＣ１からコアスロットＡ１０、Ａ１の間を通過し、また、コアスロットＡ４、Ａ５の間へ延びている。ブレーキコイルＬ１は、コアスロットＡ４、Ａ５の間から整流子セグメントＣ１へ電気的に接続する。その結果、ブレーキコイルＬ１はアーマチュアコア２１に巻回され閉回路となるように環状に接続される。
【００６６】
次に、ブレーキコイルＬ２は、ブレーキコイルＬ２の端部が整流子セグメントＣ２に電気的に接続されている。ブレーキコイルＬ２は、整流子セグメントＣ２からコアスロットＡ１、Ａ２の間を通過し、また、コアスロットＡ５、Ａ６の間へ延びている。ブレーキコイルＬ２は、コアスロットＡ５、Ａ６の間から整流子セグメントＣ２へ電気的に接続する。その結果、ブレーキコイルＬ２はアーマチュアコア２１に巻回され閉回路となるように環状に接続される。
【００６７】
ブレーキコイルＬ１、Ｌ２と同様に、ブレーキコイルＬ３〜Ｌ１０が隣り合うコアスロットＡ１〜Ａ１０のいずれかの間を巻回し、整流子セグメントＣ３〜Ｃ１０のいずれかとそれぞれ接続する。上述したように、コアスロットＡ１〜Ａ１０には、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０のそれぞれが複数巻回されているので、ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０は、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０と重なり合いアーマチュアコア２１に巻き付けられる。ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０のそれぞれの巻数は、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０のそれぞれの巻数よりも少なくなっている。
【００６８】
＜モータ制御装置＞
図１１は、本実施形態に係るモータ制御装置を説明するブロック図である。図１１に示すように、モータ制御装置９では、モータ１と制御装置４０とが接続されている。また、モータ制御装置９では、制御装置４０と電流検出器４５３とが接続されている。
【００６９】
制御装置４０は、マイコン等のコンピュータシステムである。例えば、図１１に示すように、入力インターフェース４０ａと、出力インターフェース４０ｂと、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０ｃと、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０ｄと、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０ｅと、内部記憶装置４０ｆと、を含んでいる。入力インターフェース４０ａ、出力インターフェース４０ｂ、ＣＰＵ４０ｃ、ＲＯＭ４０ｄ、ＲＡＭ４０ｅ及び内部記憶装置４０ｆは、内部バスで接続されている。
【００７０】
入力インターフェース４０ａは、電流検出器４５３からの出力信号ＳＡを受け取り、ＣＰＵ４０ｃに出力することができる。出力インターフェース４０ｂは、ＣＰＵ４０ｃから指示信号を受け取り、モータ１にモータ制御信号ＳＭを出力する。モータ制御信号ＳＭは、例えばＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）出力である。又は、モータ制御信号ＳＭは、例えば直流電源の出力としてもよい。
【００７１】
ＲＯＭ４０ｄには、ＢＩＯＳ等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置４０ｆは、例えばＨＤＤ（Hard disk drive）やフラッシュメモリ等であり、内部記憶装置４０ｆはオペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵ４０ｃは、ＲＡＭ４０ｅをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ４０ｄや内部記憶装置４０ｆに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。なお、内部記憶装置４０ｆ又はＲＡＭ４０ｅは、記憶手段４０Ｅとなる。
【００７２】
以上説明したように、モータ制御装置９では、制御装置４０が出力信号ＳＡに基づきモータ１のモータ制御信号ＳＭを演算する。次に、制御装置４０は、演算したモータ制御信号ＳＭに基づいて、モータ１を制御することができる。次に、本実施形態に係るアクチュエータの動作について説明する。
【００７３】
＜アクチュエータの動作＞
図１２は、本実施形態に係るアクチュエータの動作をモータ電流と時間との関係で説明する説明図である。図１２は、モータ電流と時間との関係をモータ電流曲線Ｉｍで示す。図１２には、アクチュエータ１００が駆動する作動ロッド１５５の位置する区間として上述した、空走区間Ｓと、たわみ区間Ｔｂと、保持区間Ｕと、を表示している。図１２では、図１−１、図１−２及び図１−３に示す矢印Ｘの方向に実荷重である推力を示す推力曲線Ｍｎと、電流検出器４５３が検出する電流リップル成分を示す電流リップルＩｒと、をモータ電流曲線Ｉｍの時間軸に合わせて表示している。なお、図１２は、この電流リップルＩｒの電流リップル波形パルス数を計測した電流リップルパルスＩｒｐも表示している。さらに図１２には、アクチュエータ１００が駆動する作動ロッド１５５の位置する区間として解放区間Ｗを表示している。
【００７４】
図１２に示す解放区間Ｗは、図１−３に示す作動ロッド１５５が矢印Ｘの方向と逆方向に移動し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付けることにより回転を止めていたブレーキドラムへの制動力を解放する方向に作動ロッド１５５が変位する。解放区間Ｗでは、回転を止めていたブレーキドラム１６０が回転している。解放境界Ｑは、ブレーキバンド１３０とブレーキドラム１６０との間に働く摩擦力が低下し、ブレーキドラム１６０が回転する動作の開始位置を示している。例えば、解放区間Ｗは、解放境界Ｑから基準位置となる空走区間Ｓの開始位置Ｊまでの区間とすることができる。
【００７５】
上述したモータ制御装置９は、図１２に示す空走区間Ｓにおいてモータへの電流供給を増やし、自動変速機の変速時間を短縮することが好ましい。空走区間Ｓにおいて、モータ１は、作動ロッド１５５をブレーキバンド１３０から加わる反力の変動が少ない状態で、空走区間Ｓの開始位置Ｊから初動制動領域Ｐまで変位させる。
【００７６】
次に、初動制動領域Ｐでは、作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６と共に変位し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０への制動力を発生する。この制動力によるショックを低減するために、モータ制御装置９は、初動制動領域Ｐの位置を把握し初動制動領域Ｐの直前にモータ１の回転速度を減速することが好ましい。従来の油圧制御アクチュエータでは、作動油がダンパーとなる。これに対して、モータ制御によるブレーキバンド装置１１０では、モータ１の慣性回転による押圧が、作動ロッド１５５を介して、ブレーキバンド１３０に伝達されやすい。
【００７７】
例えば、電磁ブレーキ機構であるブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０を含まないモータ１の場合、初動制動領域Ｐで減速しようとすると、モータ１への電力供給を減らしても慣性力の作用でアーマチュアコア２１が回転し、図１−２に示す矢印Ｘの方向に実荷重である推力が増加する。つまり、慣性によるロータ２０の回転による慣性荷重増加が生じるおそれがある。
【００７８】
電磁ブレーキ機構（ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０）を含む本実施形態のモータ１は、初動制動領域Ｐで減速しようとする。この場合、慣性力の作用でアーマチュアコア２１が回転するが、この回転によりブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０がアーマチュアコア２１に回転方向と逆回転方向の力を与え、矢印Ｘの方向の実荷重である推力が増加することが抑制される。その結果、指令荷重と実荷重との乖離が抑制され、指令荷重と実荷重との関係は理想的な荷重曲線に沿う傾向となる。
【００７９】
たわみ区間Ｔｂにおいて、作動ロッド１５５のストロークが大きくなるにつれて、作動ロッド１５５に加わるブレーキバンド１３０からの反力は大きくなる。
【００８０】
例えば、バンドブレーキ装置１１０は、反力の上昇率が大きくなると運転者にショックとして違和感を与えるおそれもある。このため、モータ１への電流を緩やかに増やし、作動ロッド１５５が徐々にブレーキバンド１３０を押す荷重を増加させ、推力を高めていくことが好ましい。例えば、モータ制御装置９は、図１２に示すたわみ区間Ｔｂにおいて、モータ１への電流曲線Ｉｍが一定の電流増加率となるように制御する。モータ１への電流Ｉｍの電流増加に伴い、図１２に示す推力曲線Ｍｎの推力も増加する。
【００８１】
また、図１２に示す保持区間Ｕにおいて、モータ制御装置９は、作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６を押圧し続けて保持するための電流をモータ１へ供給する。これにより、アクチュエータ１００は、ブレーキバンド１３０が発生する制動力を保持し、ブレーキドラム１６０の回転の停止を維持することができる。
【００８２】
上述したように、本実施形態のアクチュエータ１００は、初動制動領域Ｐにおいて作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６と共に変位し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力を生じさせる。ブレーキドラム１６０を制動する制動力によるショックを低減するために、モータ制御装置９が初動制動領域Ｐを正確に検出してモータ１を制御することが重要となる。
【００８３】
＜アクチュエータの制御ブロック＞
図１３は、アクチュエータの制御ブロックを説明するブロック図である。図１３に示すように、制御ブロックは、自動変速機における変速の指令に基づき、ブレーキバンド１３０とブレーキドラム１６０とを締結（ブレーキドラム１６０の回転が停止）する指令と、ブレーキバンド１３０とブレーキドラム１６０とを非締結（ブレーキドラム１６０が回転する状態）にする指令とを選択して指令する締結非締結指令部４１に従って制御を行う。
【００８４】
制御ブロックは、締結非締結指令部４１に基づいてアクチュエータ１００への指令を生成する区間指令生成部４２と、生成された区間に切替を行う指令切替部４３と、切替えられた区間に相当する推力となるようにモータ１への電流を変換する推力−電流変換部４４と、モータ１への電流を制御する電流制御部４５と、電流制御部４５で検出した電流値を増幅する電流増幅部４６１と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ：High Pass filter）４６２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass filter）４６３と、リップル成分増幅部４６４と、リップル電圧閾値部４７１と、コンパレータ４７２と、パルス積算部４７３とを含む。
【００８５】
区間指令生成部４２は、空走区間指令４２１と、たわみ区間指令４２２と、保持区間指令４２３と、解放区間指令４２４とを含む。
【００８６】
空走区間指令４２１は、上述した空走区間Ｓのモータ１を制御する指令である。たわみ区間指令４２２は、上述した、たわみ区間Ｔｂのモータ１を制御する指令である。保持区間指令４２３は、上述した保持区間Ｕのモータ１を制御する指令である。解放区間指令４２４は、上述した解放区間Ｗのモータ１を制御する指令である。
【００８７】
区間指令生成部４２は、締結非締結指令部４１による制御指令と、後述するパルス積算部４７３の情報に基づいて、空走区間指令４２１と、たわみ区間指令４２２との切替、保持区間指令４２３と、解放区間指令４２４との切替を選択して出力する。
【００８８】
指令切替部４３は、区間指令生成部４２で出力された指令を必要に応じて切替えながら推力−電流変換部４４へ指令を伝達する。なお、たわみ区間指令４２２と保持区間指令４２３との切替の出力は、区間指令生成部４２で予め記憶したたわみ区間指令４２２の積算時間の情報に基づいて処理することができる。次に、推力−電流変換部４４は、指令された推力となるモータ電流目標値を電流制御部４５へ出力する。
【００８９】
電流制御部４５は、ＰＩ制御器４５１と、ＰＷＭ出力４５２と、電流検出器４５３と、フィードバック加算点Ｄ１とを含む。フィードバック加算点Ｄ１は、推力−電流変換部４４から伝達されたモータ電流目標値と、電流検出器４５３で検出した電流値との偏差をＰＩ制御器４５１へ出力する。ＰＩ制御器４５１は、前記偏差に応じて、比例制御又は積分制御のいずれか１以上を処理する。ＰＩ制御器４５１で応答した制御出力は、ＰＷＭ出力４５２でＰＷＭ出力となり、アクチュエータ１００のモータ１へ電流供給（モータ通電）される。電流検出器４５３は、前記ＰＷＭ出力された電流を検出し、上述したフィードバック加算点Ｄ１へフィードバックする。
【００９０】
電流検出器４５３は、シャント抵抗又は磁気式電流センサを用いることができる。例えば、磁気式電流センサは、ホール素子である。電流検出器４５３は、モータ１の電流値を検出する。モータ１は、整流子２２がブラシ２５Ａ、２５Ｂと接触する。このため、電流検出器４５３が検出する電流には、モータ１のロータ２０の１回転あたりの整流子片である整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０の数に相当する電流リップルが発生する。整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０は、モータ軸１０２に固定されているため、電流リップルの数を計測すれば、モータ軸１０２の回転角度を算出することができる。
【００９１】
電流増幅部４６１は、電流検出器４５３で検出した電流値を増幅する。増幅された電流値は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４６２により直流成分を除去し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６３により電流リップル成分を抽出する。リップル成分増幅部４６４は、抽出した電流リップル成分を増幅する。リップル電圧閾値部４７１は、上述した記憶手段４０Ｅで構成し、リップル電圧の閾値情報を記憶している。コンパレータ４７２は、リップル成分増幅部４６４で増幅した電流リップル成分と、リップル電圧閾値部４７１で記憶するリップル電圧の閾値情報により、例えば図１２に示す電流リップル成分ＩｒをリップルパルスＩｒｐへ変換する。パルス積算部４７３は、リップルパルスＩｒｐの数を積算し、リップル積算値を算出する。
【００９２】
パルス積算部４７３は、例えば、下記に示す式（３）のように、リップル積算値Ｒｉを用いてアクチュエータのストロークＳｔを演算し、区間指令生成部４２へ伝達する。なお、Ｓｒは整流子片（整流子セグメント）の数である。ｇは減速ギヤ機構の減速比である。ボールねじリードｌは、ねじ軸１０７が１回転した場合に駆動軸１１７及び作動ロッド１１７がストロークする変位量である。
【００９３】
【数３】
【００９４】
上述した記憶手段４０Ｅは、整流子片の数Ｓｒ、減速ギヤ機構の減速比ｇ、ボールねじ
リードのｌの情報を予め記憶している。また、記憶手段４０Ｅは、例えば、空走区間Ｓの開始位置Ｊを基準として、空走区間Ｓ又は解放区間Ｗに相当するストロークＳｔを記憶している。
【００９５】
区間指令生成部４２は、ＣＰＵ４０ｃで演算したストロークＳｔが空走区間Ｓに相当するストローク内にあるかどうか比較する。モータ制御装置９は、演算したストロークＳｔから、空走区間指令４２１とたわみ区間指令４２２との切替のタイミングを容易に判断することができる。あるいは、区間指令生成部４２は、ＣＰＵ４０ｃで演算したストロークＳｔが解放区間Ｗに相当するストローク内にあるかどうか比較する。モータ制御装置９は、演算したストロークＳｔから、解放区間指令４２４の終了のタイミングを容易に判断することができる。
【００９６】
締結非締結指令部４１は、たわみ区間Ｔｂと保持区間Ｕとにおいてパルス積算部４７３に対し、パルスクリア指令を送出することが好ましい。これにより、たわみ区間Ｔｂと保持区間Ｕとでは、リップルパルスＩｒｐを生成する手順を省略することができる。
【００９７】
例えば、たわみ区間Ｔｂでは、ブレーキバンド１３０から受ける弾性力に対して、推力を緩やかに上昇させていくことが好ましい。これにより、モータ電流曲線Ｉｍが増加することになる。そして、電流リップルＩｒは、モータ電流Ｉｍによって振幅が変化する。このため、モータ電流Ｉｍの量によって、抽出するときのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４６２又はローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６３の設定を変更しなければ、一部の電流リップルの抽出を欠落させてしまうおそれがある。あるいは、リップル電圧閾値部４７１で記憶している閾値を変更しなければ、一部の電流リップルの抽出を欠落させてしまうおそれがある。
【００９８】
空走区間Ｓと解放区間Ｗとでは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力が生じていない、又は作動ロッド１５５への反力として影響の少ない程度にしか生じていない。このため、モータ１に加わる負荷の変動が少ない。その結果、図１２に示すモータ電流曲線Ｉｍがほぼ一定の範囲内の電流値に収まる。これにより、リップル電圧閾値部４７１で記憶している閾値を設定しやすくなり、抽出される電流リップル成分の抽出精度を維持することができる。また、電流リップル成分の抽出精度を高めることにより、パルス積算部４７３は、リップルパルスＩｒｐの数を積算し、リップル積算値から確度の高いストロークＳｔを算出することができる。なお、空走区間Ｓの開始位置Ｊ、及び解放境界Ｑでは、起動電流Ｉｍｓがモータ１に流れるが、時間が短い。また、起動電流Ｉｍｓ分のストロークが全体のストロークに対して占める割合が十分小さく分解能が十分であれば、モータ制御装置９は、起動電流Ｉｍｓ分の作動ロッド１５５のストロークを無視してもよい。又はモータ制御装置９は、起動電流Ｉｍｓの流れる時間を記憶手段に記憶しておき、電流リップル成分の抽出の際、起動電流Ｉｍｓ分の作動ロッド１５５のストロークを付加する演算をしてもよい。
【００９９】
また、保持区間Ｕでは、モータ１に電流を加えているが、ロータ２０の回転はしないか、ほとんど回転しないのでリップル積算値を算出しなくてもよい。次に、アクチュエータ１００の制御手順について説明する。
【０１００】
図１４は、アクチュエータの制御手順を説明するフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、モータ制御装置９は、現時点で記憶手段４０Ｅに記憶するストロークＳｔの情報に基づき、図１２に示す空走区間Ｓ又は解放区間Ｗであるか否かを検出する。
【０１０１】
空走区間Ｓ又は解放区間Ｗである場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０２へ進める。ステップＳ１０２においては、モータ制御装置９は、電流リップル成分ＩｒをリップルパルスＩｒｐへ変換し、パルス積算部４７３がリップルパルスＩｒｐの数を積算（パルス積算）し、リップル積算値を算出する。
【０１０２】
空走区間Ｓ又は解放区間Ｗでない場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０３へ進める。ステップＳ１０３においては、モータ制御装置９は、電流検出器４５３においてモータ１を制御する電流値を検出し、かつたわみ区間指令４２２又は保持区間指令４２３の指令した制御時間を検出している。制御時間は、例えばモータ１を制御する電流値に応じて初動制動領域Ｐ又は締結境界Ｇから作動ロッド１５５が変位する標準的な積算時間である。
【０１０３】
次に、モータ制御装置９は、ステップＳ１０２又はステップＳ１０３の処理後に、処理をステップＳ１０４へ進める。空走区間Ｓ又は解放区間Ｗである場合、ステップＳ１０４においては、上述した式（３）に示すように、モータ制御装置９がリップル積算値Ｒｉを用いてアクチュエータのストロークＳｔを演算し、記憶手段４０Ｅに記憶する。たわみ区間Ｔｂ又は保持区間Ｕである場合、ステップＳ１０４では、モータ１を制御する電流値と、たわみ区間指令４２２又は保持区間指令４２３の指令した制御時間とから、アクチュエータ１００のストロークを演算し、記憶手段４０Ｅに記憶する。
【０１０４】
次に、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０５へ進める。モータ制御装置９は、自動変速機における変速の指令に基づき、ブレーキバンド１３０をアクチュエータ１００により締結する指令とブレーキバンド１３０をアクチュエータ１００により非締結状態にする指令とのどちらかが完了しているか否かを検出する。
【０１０５】
具体的には、モータ制御装置９が保持区間Ｕにおけるモータ１の電流制御をしている場合、締結指令が完了したとする。
【０１０６】
なお、アクチュエータ１００は、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりモータ１の無通電時のフリクションを、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の回転を停止する状態を維持する制動力（バンドブレーキ締結保持力）よりも大きくすることが好ましい。
【０１０７】
アクチュエータ１００は、例えば、バンドブレーキ締結保持力に対して下記式（４）を満たすようにすることが好ましい。
【０１０８】
【数４】
【０１０９】
ここで、直動部の摺動静摩擦及び外乱静摩擦の値は、式（４）の左側全体の値に対し小さい。ボールねじリードは、ボールねじ機構のストロークを確保し、効率を担保する必要がある。このため、式（４）を満たすようにするために、無通電時のボールねじ軸の保持トルクを増加することが好ましい。無通電時のボールねじ軸の保持トルクは、下記式（５）で示すことができる。
【０１１０】
【数５】
【０１１１】
式（５）から無通電時のボールねじ軸の保持トルクは、減速ギヤ機構の減速比を大きくすることで、大きくすることができることが分かる。
【０１１２】
上述のように、式（４）の関係を満たすことにより、このため、ブレーキバンド１３０から作動ロッド１５５に加わる反力によりモータ１が逆回転しない。そして、アクチュエータ１００は、モータ１を通電し続けることなく、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の回転を停止する状態を維持することができる。例えば、図１２に示す保持区間Ｕにおいて、モータ電流曲線Ｉｍをみるとモータ電流は流れていないが推力曲線Ｍｎの推力はモータ電流が供給されている状態とほぼ同じ推力を維持することができる。また、ボールねじ機構は伝達効率が高く、効率よく回転を直線運動として変換できる。ボールねじ機構を使用しても、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を停止する状態を維持することができる。モータ１が無通電となることから、モータ１の発熱が抑制されると共に、アクチュエータ１００の消費電力を抑制することができる。
【０１１３】
あるいは、被締結指令により、保持区間指令４２３の指令した制御時間が終了する場合、モータ制御装置９は、上述したリップル積算値をクリアする。モータ制御装９は、図１−３に示す矢印Ｘ方向と逆方向にモータを回転する。モータ制御装置９は、解放区間Ｗにおける、作動ロッド１５５の目標位置、例えば空走区間Ｓの開始位置Ｊのとなる作動ロッド１５５のストロークを記憶手段４０Ｅに記憶しておくことが好ましい。モータ制御装９は、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の締結を解放する解放境界Ｑを検出した場合、解放境界Ｑからの作動ロッド１５５のストロークＳｔを前記電流リップル成分から演算することができる。モータ制御装９は、演算した作動ロッド１５５のストロークＳｔが上述した目標位置となった場合、非締結指令が完了したとする。締結指令又は非締結指令が完了した場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、モータ制御装置９は、処理を終了する。
【０１１４】
締結指令又は非締結指令が完了していない場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０１へ戻す。この手順により、ステップＳ１０１において、モータ制御装置９は、空走区間Ｓからたわみ区間Ｔｂへの切替を検出することができる。
【０１１５】
空走区間Ｓからたわみ区間Ｔｂへの切替境界である初動制動領域Ｐを検出した場合、ブレーキバンド１３０が制動力を発生させる。制動力の発生によるショックを与えないように、モータ制御装置９は、モータ１への電流を図１２に示すように急激に低減することができる。
【０１１６】
また、電磁ブレーキ機構（ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０）を含む本実施形態のモータ１は、初動制動領域Ｐでモータ１を減速すると、慣性力の作用でロータ２０が回転しつづけようとする。この回転によりブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０はロータ２０に回転方向と逆回転方向の力を与え、矢印Ｘの方向に実荷重である推力の増加が抑制される。その結果、図１２の初動制動領域Ｐにおいて、ストローク量が突出することなく推力の増加が抑制されていくことになる。
【０１１７】
以上説明したように本実施形態に係るアクチュエータ１００は、回転体であるブレーキドラム１６０を制動するブレーキバンド１３０に弾性変形させるため、荷重を加える作動ロッド１５５の変位を制御するアクチュエータである。アクチュエータ１００は、モータ１と、モータ１の出力シャフト１０２からの回転運動を直線運動に変換し、前記直線運動によって発生する変位を作動ロッド１５５に与える直線運動機構と、モータ１へ供給する電流を検出する電流検出器４５３と、制御装置４０とを含む。制御装置４０は、電流検出器４５３から電流リップル成分を抽出する。制御装置４０は、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の制動を開始してから制動力が発生するまでの空走区間Ｓにおける、作動ロッド１５５の変位量であるストロークＳｔを前記電流リップル成分から演算することができる。このため、制御装置４０は、初動制動領域Ｐにおいて制動力が生じるタイミングを簡易に把握することができる。
【０１１８】
また、制御装置４０は、ブレーキバンド１３０の制動によってブレーキドラム１６０の回転が停止している状態から作動ロッド１５５の制動を解除するように作動ロッド１５５が変位し、かつブレーキドラム１６０が回転してからの解放区間Ｗにおける、作動ロッド１５５の変位量であるストロークＳｔを前記電流リップル成分から演算することができる。このため、制御装置４０は、解放区間Ｗにおける作動ロッド１５５の位置を簡易に把握することができる。このため、解放区間Ｗにおいて、作動ロッド１５５を確実に戻すこともできる。
【０１１９】
また、モータ１内に又はアクチュエータ１００のハウジング１０１内に、回転センサ、荷重センサ、位置センサ等を含まなくても、制御装置４０は、電流検出器４５３から電流リップル成分を抽出し、空走区間Ｓ又は解放区間Ｗにおける作動ロッド１５５の変位量であるストロークＳｔを演算することができる。回転センサ、荷重センサ、位置センサ等を省略した場合、コストダウンに寄与し、モータ１又はアクチュエータ１００のハウジング１０１を小型にすることもできる。
【０１２０】
また、アクチュエータ１００のモータ１は、アーマチュアコア２１に巻回された励磁コイルＢ１〜Ｂ１０及びブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０と、着磁された永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓと、アーマチュアコア２１とともに回転する出力シャフト１０２とを含んでいる。
【０１２１】
励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の通電により回転するアーマチュアコア２１は、ロータ２０となり、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓと相対的に位置が変化する。そして、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓの磁界を通過するブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０は、アーマチュアコア２１に巻回され環状に接続され、回転するアーマチュアコア２１に慣性によりロータ２０（出力シャフト１０２）が回転する回転方向と逆回転方向の力を与えることができる。
【０１２２】
これにより、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の通電をオフにした場合、慣性による出力シャフト１０２の回転が早期に抑制される。つまり、モータ１は、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の通電のオフに追随して、出力シャフト１０２の回転が早期に停止する。また、いわゆるブラシ付きモータの慣性による出力シャフトの回転は、早期に抑制される。また、モータ１が高回転であっても、慣性で出力シャフト１０２が回転し続けることが抑制される。その結果、モータが高速回転で駆動されても制御しやすくなる。
【０１２３】
バンドブレーキ装置１１０は、初動制動領域Ｐにおいて制動力が生じるタイミングにおいて、制動力の発生によるショックを緩和するモータ制御をすることができる。これにより、運転者に与える変速ショック又は違和感を低減することができる。
【０１２４】
また、直線運動機構には、軸線方向の移動要素であるナット１１５と、ねじ軸１０７と、転動体であるボール１１６とを含むボールねじ機構を含むことが好ましい。これにより、出力シャフト１０２の回転運動をねじ軸１０７の直線運動に変換することができる。アクチュエータ１００は、ボールねじ機構を備えているので、モータ１の小さな力（トルク）を大きな力である軸７２の推力へ変換することができる。アクチュエータ１００は、ボールねじ機構のボール１１６の転がりによって起動トルクが極めて少なくできるので、精密な微動送りにより、所定の駆動軸１１７の推力を与えることができる推力発生装置となる。
【０１２５】
また、ボールねじ機構は、回転運動を直線運動に変換する直線運動機構であるとともに、直線運動によって発生する変位を作動ロッド１５５に与え、大きな変位（回転）を小さな変位（直線運動）に変換する減速作用を有する。
【０１２６】
減速ギヤ機構は、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６の噛み合いにより、モータ１の出力シャフト１０２の回転速度を減速させたねじ軸１０７の回転とする。つまり、減速ギヤ機構は、出力シャフト１０２と前記ボールねじ機構のねじ軸１０７との間に設けられ、かつ出力シャフト１０２からねじ軸１０７へ伝達される回転速度を減速する。これにより、モータ１が小型モータであっても高出力を取り出すことができる。また、モータ１とねじ軸１０７とが配置されるハウジング１０１内のレイアウトの自由度を高めることができる。
【０１２７】
以上説明した本実施形態のアクチュエータ１００はバンドブレーキ装置１１０に適用した。アクチュエータ１００は、一般産業用電動機、自動車及び船舶等に使用されている電動式のアクチュエータに適している。例えば、アクチュエータ１００は、圧力又は推力を加える油圧制御機構の置き換えることができる。また、アクチュエータ１００は、上述した空走区間のように反力による負荷の変動の少ないストローク区間と、たわみ区間のように被駆動機構が弾性変形部材に荷重を加えるストローク区間とを含む、圧力又は推力を加える制御機構に適用することが好ましい。
【符号の説明】
【０１２８】
１ モータ
９ モータ制御装置
１０ ステータ
１１Ｎ、１１Ｓ、１１ｓ、１１ｎ 永久磁石部材
２１ アーマチュアコア
２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３、Ｂ１〜Ｂ１０ 励磁コイル
２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３、Ｌ１〜Ｌ１０ ブレーキコイル
２０、２０Ａ ロータ
２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３、Ａ１〜Ａ１０ コアスロット
２２、２２ａ 整流子
２５Ａ、２５Ｂ、２５ａ、２５ｂ ブラシ
４０ 制御装置
４５３ 電流検出器
１００ アクチュエータ
１０２ 出力シャフト
１０７ ねじ軸
１１０ バンドブレーキ装置
１１５ ナット
１１７ 駆動軸
１３０ ブレーキバンド
１３１ ストラップ
１３２ ライニング
１３６ アプライ用ブラケット
１５１ アプライ手段
１５５ 作動ロッド
１５６ アンカーピン
Ｃ１〜Ｃ１０ 整流子セグメント（整流子片）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、摩擦係合要素の係合油圧を適正化するよう制御し変速ショックの悪化や摩擦係合要素の耐久性能の悪化を防止する技術が記載されている。この技術は、自動変速機の実際の変速時間を変速時間検出手段にて検出し、その検出結果を比較手段で標準設定時間と比較している。
【０００３】
また、特許文献２には、ブレーキ係合圧とブレーキ解放圧（ダイレクトクラッチの作動圧）の立ち上がりを滑らかにする技術が記載されている。この技術は、ソレノイドバルブに代えて、作動ロッドの外周面にその長手方向に沿って溝を設ける。
【０００４】
また、特許文献３には、アキューム弁によってバンドブレーキサーボを駆動する自動変速機の変速制御装置において、信号圧のオーバーシュートによる変速ショックを抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−０６７３５４号公報
【特許文献２】特開平７−３０５７３６号公報
【特許文献３】特開平１０−２８８２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１から３に記載の技術はいずれも油圧制御されたアクチュエータに関する技術である。また特許文献１に開示される技術では、標準設定時間に基づいた制御だけで制御する場合、係合の立ち上がりがばらついてしまうことについて考慮されていない。これら特許文献１から３に記載の技術に対して、油圧アキュームレータ等を設ける必要がない電動アクチュエータの技術がある。
【０００７】
例えば、電動アクチュエータは、電動モータのロータの慣性分の回転が被駆動機構を指令荷重以上で駆動し、又は被駆動機構が惰走するおそれがある。このため、ブレーキバンド等の弾性変形部材が回転体であるブレーキドラムを制動する制動力を生じさせるタイミングを簡易に把握することが望まれている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができるアクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位を制御するアクチュエータであって、モータと、前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換し、前記直線運動によって発生する変位を前記被駆動機構に与える直線運動機構と、前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構の変位量と、前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構の変位量と、のうち少なくとも１つの前記被駆動機構の変位量を前記電流検出器から抽出した電流リップル成分から演算する制御装置と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この構造により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメント（整流子片）を通過する際の電流リップル成分から被駆動機構の変位量を検出することができる。このため制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができる。例えば、把握したタイミングにおける制動力のショックを緩和するモータ制御をすることができる。また、上述の構造により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメントを通過する際の電流リップル成分に基づき、回転が停止している回転体が弾性変形部材の制動が解除され回転体が回転してからの被駆動機構の変位量を演算することもできる。
【００１１】
本発明の望ましい態様として、前記出力シャフトと連結されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアに巻回された励磁コイルと、着磁され、かつ前記アーマチュアコアに対して相対的に位置が変化する永久磁石部材と、前記アーマチュアコアに巻回され閉回路となるように環状に接続されたブレーキコイルと、を含み、前記励磁コイルの通電により回転する前記アーマチュアコアの回転方向と逆回転方向の力を、前記アーマチュアコアに与えることが好ましい。この構造により、慣性による出力シャフトの回転は、早期に抑制される。また、ロータの回転による被駆動機構の慣性荷重増加を抑制することができる。
【００１２】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のバンドブレーキ装置は、前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換する直線運動機構と、弾性変形可能なブレーキバンドに対して荷重を加え、ブレーキドラムの回転運動を前記ブレーキバンドの弾性変形に応じてブレーキドラムを制動するために、前記直線運動よって変位する作動ロッドと、前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器から電流リップル成分を抽出し、前記ブレーキバンドが前記ブレーキドラムの制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記作動ロッドの変位量と、前記ブレーキバンドの制動によって前記ブレーキドラムの回転が停止している状態から、ブレーキバンドの制動を解除するように前記作動ロッドが変位し、かつ前記ブレーキドラムが回転してからの前記作動ロッドの変位量と、のうち少なくとも１つの前記作動ロッドの変位量を前記電流リップル成分から演算する制御装置と、を含むことを特徴とする。この構造により、制動力が発生するタイミングを簡易に把握できるので、制動力のショックを緩和するモータ制御をすることができる。これにより、運転者に与える変速ショック又は違和感を低減することができる。
【００１３】
本発明の望ましい態様として、前記直線運動機構は、ボールねじ機構であり、前記出力シャフトと前記ボールねじ機構のねじ軸との間に設けられ、かつ前記出力シャフトから前記ねじ軸へ伝達される回転速度を減速する減速ギヤ機構をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
この構造により、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりモータの無通電時のフリクションを、ブレーキバンドがブレーキドラムの回転の停止状態を保持する制動力よりも大きくすることができる。このため、ブレーキバンドから作動ロッドに加わる反力によりモータが逆回転しない。そして、アクチュエータは、モータを通電し続けることなく、ブレーキバンドがブレーキドラムの回転を停止させ、回転の停止状態を保持することができる。その結果、ブレーキバンドがブレーキドラムの回転の停止状態を保持する制動力を保持するモータの電力を低減することができる。また、ボールねじ機構は伝達効率が高く、効率よく回転を直線運動として変換できる。ボールねじ機構を使用しても、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりブレーキバンドがブレーキドラムの回転を停止する状態を保持することができる。
【００１５】
上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明のモータ制御方法は、回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位させるモータを制御する方法であって、前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構が変位する区間である空走区間、又は前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構が変位する区間である解放区間、を検出するステップと、検出した前記空走区間又は前記解放区間では、前記モータへ供給する電流を検出し、検出した前記電流から電流リップル成分を抽出し、前記電流リップル成分をパルスとして積算するステップと、前記パルスの積算値を前記被駆動機構の変位量にする演算を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
この方法により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメントを通過する際の電流リップル成分から被駆動機構の変位量を検出することができる。このため、制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができる。例えば、把握したタイミングにおける制動力のショックを緩和するモータ制御をすることができる。また、この方法により、ブラシ付きモータのブラシが整流子セグメントを通過する際の電流リップル成分に基づき、回転が停止している回転体が弾性変形部材の制動が解除され回転体が回転してからの被駆動機構の変位量を演算することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、制動力が発生するタイミングを簡易に把握することができるアクチュエータ、バンドブレーキ装置及びモータ制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１−１】図１−１は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。
【図１−２】図１−２は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。
【図１−３】図１−３は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。
【図２】図２は、バンドブレーキ装置の負荷特性を説明する説明図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るアクチュエータの構成図である。
【図４】図４は、モータのロータを説明する説明図である。
【図５】図５は、モータのロータとステータとの関係を説明する説明図である。
【図６】図６は、本実施形態に係るモータの整流子とブラシとの関係を説明する説明図である。
【図７】図７は、本実施形態に係るモータの動作を説明する説明図である。
【図８】図８は、本実施形態に係るモータの動作を説明する説明図である。
【図９】図９は、本実施形態に係るモータの励磁コイルの巻線を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係るモータのブレーキコイルの巻線を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係るモータ制御装置を説明するブロック図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係るアクチュエータの動作をモータ電流と時間との関係で説明する説明図である。
【図１３】図１３は、アクチュエータの制御ブロックを説明するブロック図である。
【図１４】図１４は、アクチュエータの制御手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２０】
一般に、自動変速機は、流体継手としてのトルクコンバータと、プラネタリギヤユニットを含む補助変速機とを備えている。補助変速機では、プラネタリギヤユニットの中で回転しているギヤの組み合わせを選択し変速比を変えるために、クラッチとブレーキが使用される。このブレーキとして、バンドブレーキ装置が用いられる。
【００２１】
＜バンドブレーキ装置＞
図１−１、図１−２及び図１−３は、本実施形態に係るバンドブレーキ装置の模式図である。バンドブレーキ装置１１０は、ブレーキドラム１６０を囲むストラップ１３１と、ストラップ１３１のブレーキドラム１６０側に位置するライニング１３２と、ストラップ１３１の一端に取り付けられたアンカー用ブラケット１３７と、ストラップ１３１の他端に取り付けられたアプライ用ブラケット１３６とを含むブレーキバンド１３０と、アプライ用ブラケット１３６と接触し締め付け荷重を加えるアプライ手段１５１と、アンカー用ブラケット１３７にかかる反力を受けて支持するアンカー手段１５２とを含む。
【００２２】
ブレーキドラム１６０は、ブレーキ非作動時に、例えば回転方向Ｒへ回転する回転体である。ブレーキバンド１３０は、略Ｃ字形状となっている。ストラップ１３１は、例えば鋼製であり弾性変形できる帯状板部材である。ライニング１３２は、摩擦材であり、ストラップ１３１の内側、すなわちブレーキドラム１６０側に接着等により固定されている。アプライ用ブラケット１３６と、アンカー用ブラケット１３７とは、ストラップ１３１の両端に、かしめ加工、溶接、リベット等によりそれぞれ固定されている。
【００２３】
アプライ手段１５１は、例えば作動ロッド１５５と呼ばれるピン又は棒状部材と、作動ロッド１５５が連結するアクチュエータ１００とを含んでいる。アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５を矢印Ｘ方向に、または矢印Ｘ方向と逆方向に移動させることができる。
【００２４】
アクチュエータ１００は、例えば図１−１に示す作動ロッドを、図１−２に示す作動ロッドの位置へ移動させることができる。また、アクチュエータ１００は、例えば図１−２に示す作動ロッド１５５を、図１−３に示す作動ロッド１５５の位置へ移動させることができる。このように、ストローク（変位量）の変化した作動ロッド１５５はアプライ用ブラケット１３６に荷重を加え、作動ロッド１５５とアプライ用ブラケット１３６とが一体として移動する。そして、移動するアプライ用ブラケット１３６と連動してストラップ１３１がたわむ。弾性変形できるストラップ１３１を含むブレーキバンド１３０は、弾性変形部材である。作動ロッド１５５は、ストラップ１３１をたわませることで、ブレーキバンド１３０を弾性変形させることができる。
【００２５】
アンカー手段１５２は、ケース等の基準面に固定されたアンカーピン１５６を含む。そして、アンカー用ブラケット１３７は、アンカーピン１５６により位置決めされている。次に、バンドブレーキ装置１１０の動作について図１−１、図１−２、図１−３及び図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、バンドブレーキ装置の負荷特性を説明する説明図である。図２には、アプライ手段１５１からブレーキバンド１３０に押圧される荷重が縦軸に示されており、作動ロッド１５５のストロークが横軸に示されている。
【００２７】
図２に示すように、作動ロッド１５５のストロークは、空走区間Ｓと、たわみ区間Ｔｂと、保持区間Ｕとを含んでいる。空走区間Ｓでは、図１−１に示すように、アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５をアクチュエータ１００側に寄せて、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の外周よりも大きな弧を描くように広がる位置とする。このため、ブレーキドラム１６０とライニング１３２との間にクリアランスが保たれた（非締結）状態となる。その結果、ブレーキドラム１６０は空転した状態で回転し、補助変速機おけるブレーキが非作動状態となる。なお、アクチュエータ１００は、空走区間Ｓの開始位置Ｊを、後述する記憶手段に作動ロッド１５５のストロークの基準値（例えば、０）として記憶している。アクチュエータ１００は、図２に示す空走区間Ｓの開始位置Ｊから、図１−１に示すように作動ロッド１５５をＸ方向へ移動させることで、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の制動を開始することになる。
【００２８】
たわみ区間Ｔｂでは、アクチュエータ１００は、図１−２に示すように、作動ロッド１５５をＸ方向へ移動させ、ブレーキバンド１３０のストラップ１３１がブレーキドラム１６０を囲むようにする。作動ロッド１５５と一体でアプライ用ブラケット１３６がＸ方向へ移動すると、アプライ用ブラケット１３６とアンカー用ブラケット１３７との距離が短くなり、ストラップ１３１がたわむ。例えば、ブレーキバンド１３０の一端と他端との距離は、Ｂｘｔである。そして、アクチュエータ１００は、ブレーキドラム１６０をブレーキバンド１３０の弾性変形で締め付けていくと、ブレーキドラム１６０とライニング１３２との間にあるクリアランスが小さくなる。そして、ブレーキバンド１３０は、ブレーキドラム１６０に沿った形状に変形する。このため、ライニング１３２がブレーキドラム１６０を囲むように摺接する。その結果、ブレーキバンド１３０のライニング１３２がブレーキドラム１６０に回転方向Ｒと逆向きに摩擦力を与える。
【００２９】
ブレーキバンド１３０が摩擦力により、ブレーキドラム１６０を締め付ける締め付け力が発生する状態を係合という。たわみ区間Ｔｂは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力を生じさせてから、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付けることでブレーキドラム１６０の回転を止めるまで、作動ロッド１１５が変位する区間である。つまり、たわみ区間Ｔｂは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０への制動力を発生してからブレーキドラム１６０の回転を止めるまでの区間である。空走区間Ｓとたわみ区間Ｔｂとの境界である初動制動領域Ｐは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を囲むように、例えば真円に近い形に変形し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付ける制動力が発生し始める接触開始領域である。空走区間Ｓの開始位置Ｊから初動制動領域Ｐまでは、図２に示すように、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付ける荷重は増加しない。作動ロッド１５５をＸ方向へ移動させ、初動制動領域Ｐを越えるとブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力を生じ始める。バンドブレーキ装置１１０では、初動制動領域Ｐにおいて発生する制動力の反動を運転者がショックとして感じやすい。このため、初動制動領域Ｐにおける作動ロッド１５５のストロークの速度を減速することが好ましい。
【００３０】
また、保持区間Ｕでは、図１−３に示すようにアクチュエータ１００は、作動ロッド１５５をさらにＸ方向へ移動させる。例えば、ブレーキバンド１３０の一端と他端との距離は、図１−２に示すＢｘｔからより短くなったＢｘｕとなる。図２に示すように、アクチュエータ１００が作動ロッド１５５に荷重を加えてもストラップ１３１のたわむ余地が小さいので、作動ロッド１５５のストロークの増加は小さくなる。アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５に荷重を加えることで、ライニング１３２がブレーキドラム１６０を締め付け、ブレーキドラム１６０の回転が止まる。つまり、ブレーキバンド１３０の制動によって、ブレーキドラム１６０の回転が停止する状態（回転体の締結）となる。そして、アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６を押圧し続け、ブレーキドラム１６０の締結状態を維持する。
【００３１】
たわみ区間Ｔｂと保持区間Ｕとの境界である締結境界Ｇでは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付け、ライニング１３２が与える摩擦力がブレーキバンド１３０とブレークドラム１６０との接触面における駆動力を上回ると、ブレーキドラム１６０が回転を止める。つまり、締結境界Ｇでは、ブレーキドラム１６０の回転が停止する。この場合、補助変速機におけるブレーキが作動状態となる。以上説明したように、アクチュエータ１００は、作動ロッド１５５を変位させることで、ブレーキドラム１６０の回転を制動することができる。次に、アクチュエータについて説明する。
【００３２】
＜アクチュエータ＞
図３は、本実施形態に係るアクチュエータの構成図である。アクチュエータ１００は、モータ１と、駆動軸１１７と、駆動機構であるねじ軸１０７、円筒状のナット１１５、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６、伝達軸１０４と、を筒状のハウジング１０１内に含んでいる。
【００３３】
また、上述した作動ロッド１５５は、駆動軸１１７と連結されて被駆動機構となっている。このため、駆動軸１１７の変位と作動ロッド１５５の変位とは同期する。
【００３４】
円筒状のハウジング１０１は、例えばアルミニウム製のハウジング本体１０１Ａと、その端面に対してボルト等により組み付けられた樹脂製のカバー部材１０１Ｂと、ハウジング本体１０１Ａには、アルミニウム等の金属で形成される位置決めプレート１０１Ｃとを含んでいる。
【００３５】
ハウジング１０１は、ハウジング本体１０１Ａと、樹脂製のカバー部材１０１ＢとをＯリング１２０を介して固定することが好ましい。その結果、ハウジング１０１の防水性が高まる。また、ハウジング本体１０１Ａの内部には、袋穴状のモータ室１０１ａと貫通穴状のねじ軸室１０１ｂとが形成されている。
【００３６】
モータ室１０１ａ内には、モータ１が配置され、モータ１が位置決めプレート１０１Ｃを介してハウジング本体１０１Ａに取り付けられている。この構造により、モータ１の出力シャフト１０２は、カバー部材１０１Ｂ側に配置される。モータ１の出力シャフト１０２は、周囲に凹凸を形成した樹脂製の第１ギヤ１０３に挿入され固定されており、出力シャフト１０２が回転すると第１ギヤ１０３も回転する。
【００３７】
位置決めプレート１０１Ｃは、位置決め孔１０１ｊを含み、モータ１の出力シャフト１０２と平行な方向に延出する伝達軸１０４を回転可能なように位置決め孔１０１ｊに位置決めする。伝達軸１０４は、ブッシュ等を介して樹脂製の第２ギヤ１０５を周囲に固定している。周囲に凹凸を形成した第２ギヤ１０５は、樹脂製のカバー部材１０１Ｂ内に回転自在に配置される。また、第１ギヤ１０３と第３ギヤ１０６とは、第２ギヤ１０５を介して互いに噛み合うように配置される。
【００３８】
ねじ軸室１０１ｂ内には、ねじ軸１０７が配置され、ねじ軸１０７が位置決めプレート１０１Ｃに取り付けた玉軸受１１４により回転自在に支持されている。ねじ軸１０７は、外周面に雄ねじ溝１０７ａを形成している。また、ねじ軸１０７は、ねじ軸室１０１ｂ内の円筒状のナット１１５を貫通している。
【００３９】
ナット１１５の内周面には、雄ねじ溝１０７ａに対向して、雌ねじ溝１１５ａが形成されている。雄ねじ溝１０７ａ及び雌ねじ溝１１５ａによって形成される螺旋状の空間（転走路）には、多数のボール１１６が転動自在に配置されている。ナット１１５は、ねじ軸室１０１ｂ内において、ねじ軸１０７の延長方向と平行な軸線方向に相対移動可能であり、かつねじ軸１０７の回転と同期してねじ軸１０７の周囲を回転しない回り止めが施されている。なお、軸線方向の移動要素であるナット１１５と、回転要素であるねじ軸１０７と、転動体であるボール１１６とでボールねじ機構を構成する。
【００４０】
ねじ軸１０７の端部は、丸軸状の駆動軸１１７に形成された袋孔１１７ａ内に侵入している。駆動軸１１７は、ナット１１５に対して同軸に嵌合しピン又はコッターで連結されて一体的に移動するようになっている。ハウジング本体１０１Ａに対して、駆動軸１１７はブッシュ１１８により軸線方向に移動可能に支持されている。また、ブッシュ１１８の外部側にはシール１１９が配置されている。シール１１９は、ハウジング本体１０１Ａと駆動軸１１７との間から水分や塵埃等の異物が侵入することを防止している。なお、ハウジング本体１０１Ａから突出した駆動軸１１７の端部には、上述した作動ロッド１５５に連結するための孔が形成されている。
【００４１】
樹脂製の第３ギヤ１０６は、ねじ軸１０７の端部に、セレーション結合で相対回転不能に取り付けられている。第３ギヤ１０６の一部を覆うようにして、支持部材１０８が位置決めプレート１０１Ｃに取り付けられている。また、第２ギヤ１０５と第３ギヤ１０６とは、互いに噛み合うように配置される。これにより、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６が動力伝達機構を構成する。この動力伝達機構は、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６の噛み合いにより、モータ１の回転が減速して、ねじ軸１０７の回転となる減速ギヤ機構となっている。
【００４２】
カバー部材１０１Ｂは、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６に異物が侵入しないように密閉するギヤカバーとして作用する。なお、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６は、噛合するギヤの樹脂素材を互いに異なるものにすると、摩滅を抑制できるので好ましい。
【００４３】
＜モータ＞
モータ１は、出力シャフト１０２を回転させる電動機である。上述した減速ギヤ機構は、モータ１の出力シャフト１０２の回転速度を減速させてボールねじ機構へ伝達する。ボールねじ機構は、出力シャフト１０２の回転を直線運動に変換し、ねじ軸７２を移動させる。減速ギヤ機構及びボールねじ機構は、駆動軸１１７の駆動機構となる。次に、図４及び図５を用いてモータ１の内部構造について説明する。
【００４４】
図４は、モータのロータを説明する説明図である。図５は、本実施形態に係るモータのロータとステータとの関係を説明する説明図である。本実施形態に係るモータ１は、いわゆるブラシ付きモータであり、アーマチュア（電機子）コア２１が回転するロータ２０となり、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓがステータ１０となる。
【００４５】
図４に示すロータ２０は、アーマチュアコア２１と、整流子２２と、出力シャフト１０２と、後述する励磁コイル及びブレーキコイルとを含んでいる。アーマチュアコア２１は、図５に示すように、ステータ１０の永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓ間に、出力シャフト１０２を中心に回転自在に配置されている。
【００４６】
アーマチュアコア２１には、外周に突出するコアスロット（磁極）Ａ１〜Ａ１０が形成されている。アーマチュアコア２１は、軟磁性材料で形成され、例えば純鉄、ケイ素鋼鈑等で形成されている。整流子２２には、コアスロット（磁極）Ａ１〜Ａ１０と同数の整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０が形成されている。整流子２２は、ブラシ２５Ａ、２５Ｂと接触し、モータ１外の電源より給電を受け、定期的に電流方向を変化させる導電部材である。
【００４７】
ステータ１０は、モータケース１２の内壁に、ロータ２０を介して対向するように配置した永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓを含んでいる。永久磁石部材１１Ｎは、ロータ２０側がＮ極に着磁されており、永久磁石部材１１Ｓは、ロータ２０側がＳ極に着磁されている。モータケース１２は軟磁性材料であることが好ましく、例えば純鉄で形成されている。これにより、モータ１は、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓの漏洩磁界を低減できる。
【００４８】
＜電磁ブレーキ機構＞
図６は、本実施形態に係るモータの整流子とブラシとの関係を説明する説明図である。図７及び図８は、本実施形態に係るモータの動作を説明する説明図である。ここで、図５に示すアーマチュアコア２１は、コアスロット（磁極）Ａ１〜Ａ１０が形成されているが、動作原理を説明するためコアスロットが３つの場合について、図６から図８を用いて模式的に説明する。
【００４９】
ロータ２０に相当するロータ２０Ａは、コアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３と、整流子２２ａと、励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３と、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３とを含んでいる。永久磁石部材１１ｎ、１１ｓは、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓに相当する。ブラシ２５ａ、２５ｂは、ブラシ２５Ａ、２５Ｂに相当する。
【００５０】
図６に示すように、整流子２２ａは、電源Ｖにより給電されたブラシ２５ａ、２５ｂに接触する。図７に示す励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３は、銅等の導電体で形成され、コアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３のそれぞれを巻回する。励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３は、整流子２２ａに電気的に接続されている。また、コアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３のそれぞれには、銅等の導電体で形成され、閉回路となるように環状に接続されたブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３が巻回されている。
【００５１】
図７に示すように、電源Ｖの通電を開閉するスイッチＳｗを具備する外部回路に上述したブラシ２５ａ、２５ｂを接続する。スイッチＳｗにより、電源Ｖからの電流ｉがブラシ２５ａ、２５ｂから通電される。ブラシ２５ａ、２５ｂから整流子２２ａを介して通電された励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２は、コアスロット２２ａ１、２２ａ２を磁化する。磁化されたコアスロット２２ａ１、２２ａ２は、永久磁石部材１１ｎ、１１ｓのそれぞれと反発、又は吸引し、回転力Ｆｒを生じさせる。
【００５２】
図７に示すように、通電される直流電流ｉは、ブラシ２５ａ、２５ｂが整流子２２ａの整流子片間を通過するたびに脈動する。この脈動による直流電流ｉの交流成分を電流リップルという。直流電流ｉは、縦軸に電圧をとり横軸に時間をとると、モータ１への通電方向によりモータ起動時に正か負のどちらかの起動電流が流れる。その後、モータ１が一定の回転数で回転する場合、直流電流ｉは、一定の電流がモータ１に流れる。この場合、直流電流ｉには、脈流が含まれる。この脈流を電流リップル波形という。例えば、ロータ２０Ａの１回転の電流リップル波形は、整流子２２ａの整流子片の数と同じ、３つの波形が発生する。なお、直流電流ｉは後述するＰＷＭ制御されていても上述した電流リップル波形を含む。
【００５３】
図８に示すように、スイッチＳｗにより、電源Ｖからの電流ｉを遮断する。励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２は、コアスロット２２ａ１、２２ａ２を磁化しなくなり、回転力Ｆｒは消滅するが、慣性力によりロータ２０Ａが回転し続ける。ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３は、永久磁石部材１１ｎ、１１ｓ間の磁界を順次通過する。永久磁石部材１１ｎ、１１ｓの磁界は、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３に電圧Ｅを生じさせる。ここで電圧Ｅは下記式（１）で示される誘起電圧の式で求めることができる。
【００５４】
【数１】
【００５５】
ここで、ｐは磁極数、ａは並列導体数、Ｚはブレーキコイルの巻数、Ｎはモータの回転数、φは永久磁石部材１１ｎ、１１ｓの磁束である。これにより、慣性力によってロータ２０Ａが速く回転しているほど、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３に電圧Ｅが生じる。その結果、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３によって磁化されたコアスロット２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３のそれぞれには、慣性で回転している方向と逆回転方向の力Ｆｂが生じる。つまり、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３は、電磁ブレーキ機構となり、ロータ２０Ａの回転を抑制する。
【００５６】
なお、モータ１の特性カーブはブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３がない場合のモータの特性に対して、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３の電圧Ｅを電源電圧より差し引いた電圧が無負荷時の電圧になる。モータ拘束時は回転がないのでブレーキコイル電圧はＥ＝０で電源電圧時の拘束トルクとなる。なお、無負荷電流も同様にトルクが発生するので上昇する。ここで、モータ１のトルクＴは、下記の式（２）で求めることができる。なお、Ｉａは、励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３に流れる電流である。
【００５７】
【数２】
【００５８】
モータ１のトルクＴは、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３があることで、回転数Ｎとの比は低減するが、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３の巻数が励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３の巻数よりも小さければ、ロータ２０Ａは回転できる。
【００５９】
コアスロットが３つの場合について、図６から図８を用いて模式的に説明してきた。次に、上述した励磁コイル２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３に相当する励磁コイルＢ１〜Ｂ１０について図９を用いて説明する。図９は、本実施形態に係るモータの励磁コイルの巻線を説明する説明図である。
【００６０】
図９に示すコアスロットＡ１〜Ａ１０には、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０が巻回されている。励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の巻線は、励磁コイルＢ１、Ｂ２を代表して説明する。励磁コイルＢ１は、励磁コイルＢ１の端部が整流子セグメントＣ１に電気的に接続されている。励磁コイルＢ１は、整流子セグメントＣ１からコアスロットＡ１０、Ａ１の間を通過し、また、コアスロットＡ４、Ａ５の間へ延びている。励磁コイルＢ１は、コアスロットＡ４、Ａ５の間から整流子セグメントＣ２へ電気的に接続する。
【００６１】
次に、励磁コイルＢ２は、励磁コイルＢ２の端部が整流子セグメントＣ２に電気的に接続されている。その結果、励磁コイルＢ２は、励磁コイルＢ１と接続する。励磁コイルＢ２は、整流子セグメントＣ２からコアスロットＡ１、Ａ２の間を通過し、また、コアスロットＡ５、Ａ６の間へ延びている。励磁コイルＢ２は、コアスロットＡ５、Ａ６の間から整流子セグメントＣ３へ電気的に接続する。
【００６２】
励磁コイルＢ１、Ｂ２と同様に、励磁コイルＢ３〜Ｂ１０が隣り合うコアスロットＡ１〜Ａ１０のいずれかの間を巻回し、整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０のいずれかと接続する。また、コアスロットＡ１〜Ａ１０には、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０のそれぞれが複数巻回されている。
【００６３】
本実施形態の励磁コイルＢ１〜Ｂ１０は、いわゆる重ね巻と呼ばれる鼓状巻のコイル巻線である。本実施形態の励磁コイルＢ１〜Ｂ１０は、いわゆる波巻と呼ばれる鼓状巻のコイル巻線であってもよい。
【００６４】
また、ブレーキコイル２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３に相当するブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係るモータのブレーキコイルの巻線を説明する説明図である。
【００６５】
図１０に示すコアスロットＡ１〜Ａ１０には、ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０が巻回されている。ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０の巻線は、ブレーキコイルＬ１、Ｌ２を代表して説明する。ブレーキコイルＬ１は、ブレーキコイルＬ１の端部が整流子セグメントＣ１に電気的に接続されている。ブレーキコイルＬ１は、整流子セグメントＣ１からコアスロットＡ１０、Ａ１の間を通過し、また、コアスロットＡ４、Ａ５の間へ延びている。ブレーキコイルＬ１は、コアスロットＡ４、Ａ５の間から整流子セグメントＣ１へ電気的に接続する。その結果、ブレーキコイルＬ１はアーマチュアコア２１に巻回され閉回路となるように環状に接続される。
【００６６】
次に、ブレーキコイルＬ２は、ブレーキコイルＬ２の端部が整流子セグメントＣ２に電気的に接続されている。ブレーキコイルＬ２は、整流子セグメントＣ２からコアスロットＡ１、Ａ２の間を通過し、また、コアスロットＡ５、Ａ６の間へ延びている。ブレーキコイルＬ２は、コアスロットＡ５、Ａ６の間から整流子セグメントＣ２へ電気的に接続する。その結果、ブレーキコイルＬ２はアーマチュアコア２１に巻回され閉回路となるように環状に接続される。
【００６７】
ブレーキコイルＬ１、Ｌ２と同様に、ブレーキコイルＬ３〜Ｌ１０が隣り合うコアスロットＡ１〜Ａ１０のいずれかの間を巻回し、整流子セグメントＣ３〜Ｃ１０のいずれかとそれぞれ接続する。上述したように、コアスロットＡ１〜Ａ１０には、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０のそれぞれが複数巻回されているので、ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０は、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０と重なり合いアーマチュアコア２１に巻き付けられる。ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０のそれぞれの巻数は、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０のそれぞれの巻数よりも少なくなっている。
【００６８】
＜モータ制御装置＞
図１１は、本実施形態に係るモータ制御装置を説明するブロック図である。図１１に示すように、モータ制御装置９では、モータ１と制御装置４０とが接続されている。また、モータ制御装置９では、制御装置４０と電流検出器４５３とが接続されている。
【００６９】
制御装置４０は、マイコン等のコンピュータシステムである。例えば、図１１に示すように、入力インターフェース４０ａと、出力インターフェース４０ｂと、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０ｃと、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０ｄと、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０ｅと、内部記憶装置４０ｆと、を含んでいる。入力インターフェース４０ａ、出力インターフェース４０ｂ、ＣＰＵ４０ｃ、ＲＯＭ４０ｄ、ＲＡＭ４０ｅ及び内部記憶装置４０ｆは、内部バスで接続されている。
【００７０】
入力インターフェース４０ａは、電流検出器４５３からの出力信号ＳＡを受け取り、ＣＰＵ４０ｃに出力することができる。出力インターフェース４０ｂは、ＣＰＵ４０ｃから指示信号を受け取り、モータ１にモータ制御信号ＳＭを出力する。モータ制御信号ＳＭは、例えばＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）出力である。又は、モータ制御信号ＳＭは、例えば直流電源の出力としてもよい。
【００７１】
ＲＯＭ４０ｄには、ＢＩＯＳ等のプログラムが記憶されている。内部記憶装置４０ｆは、例えばＨＤＤ（Hard disk drive）やフラッシュメモリ等であり、内部記憶装置４０ｆはオペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵ４０ｃは、ＲＡＭ４０ｅをワークエリアとして使用しながらＲＯＭ４０ｄや内部記憶装置４０ｆに記憶されているプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。なお、内部記憶装置４０ｆ又はＲＡＭ４０ｅは、記憶手段４０Ｅとなる。
【００７２】
以上説明したように、モータ制御装置９では、制御装置４０が出力信号ＳＡに基づきモータ１のモータ制御信号ＳＭを演算する。次に、制御装置４０は、演算したモータ制御信号ＳＭに基づいて、モータ１を制御することができる。次に、本実施形態に係るアクチュエータの動作について説明する。
【００７３】
＜アクチュエータの動作＞
図１２は、本実施形態に係るアクチュエータの動作をモータ電流と時間との関係で説明する説明図である。図１２は、モータ電流と時間との関係をモータ電流曲線Ｉｍで示す。図１２には、アクチュエータ１００が駆動する作動ロッド１５５の位置する区間として上述した、空走区間Ｓと、たわみ区間Ｔｂと、保持区間Ｕと、を表示している。図１２では、図１−１、図１−２及び図１−３に示す矢印Ｘの方向に実荷重である推力を示す推力曲線Ｍｎと、電流検出器４５３が検出する電流リップル成分を示す電流リップルＩｒと、をモータ電流曲線Ｉｍの時間軸に合わせて表示している。なお、図１２は、この電流リップルＩｒの電流リップル波形パルス数を計測した電流リップルパルスＩｒｐも表示している。さらに図１２には、アクチュエータ１００が駆動する作動ロッド１５５の位置する区間として解放区間Ｗを表示している。
【００７４】
図１２に示す解放区間Ｗは、図１−３に示す作動ロッド１５５が矢印Ｘの方向と逆方向に移動し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を締め付けることにより回転を止めていたブレーキドラムへの制動力を解放する方向に作動ロッド１５５が変位する。解放区間Ｗでは、回転を止めていたブレーキドラム１６０が回転している。解放境界Ｑは、ブレーキバンド１３０とブレーキドラム１６０との間に働く摩擦力が低下し、ブレーキドラム１６０が回転する動作の開始位置を示している。例えば、解放区間Ｗは、解放境界Ｑから基準位置となる空走区間Ｓの開始位置Ｊまでの区間とすることができる。
【００７５】
上述したモータ制御装置９は、図１２に示す空走区間Ｓにおいてモータへの電流供給を増やし、自動変速機の変速時間を短縮することが好ましい。空走区間Ｓにおいて、モータ１は、作動ロッド１５５をブレーキバンド１３０から加わる反力の変動が少ない状態で、空走区間Ｓの開始位置Ｊから初動制動領域Ｐまで変位させる。
【００７６】
次に、初動制動領域Ｐでは、作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６と共に変位し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０への制動力を発生する。この制動力によるショックを低減するために、モータ制御装置９は、初動制動領域Ｐの位置を把握し初動制動領域Ｐの直前にモータ１の回転速度を減速することが好ましい。従来の油圧制御アクチュエータでは、作動油がダンパーとなる。これに対して、モータ制御によるブレーキバンド装置１１０では、モータ１の慣性回転による押圧が、作動ロッド１５５を介して、ブレーキバンド１３０に伝達されやすい。
【００７７】
例えば、電磁ブレーキ機構であるブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０を含まないモータ１の場合、初動制動領域Ｐで減速しようとすると、モータ１への電力供給を減らしても慣性力の作用でアーマチュアコア２１が回転し、図１−２に示す矢印Ｘの方向に実荷重である推力が増加する。つまり、慣性によるロータ２０の回転による慣性荷重増加が生じるおそれがある。
【００７８】
電磁ブレーキ機構（ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０）を含む本実施形態のモータ１は、初動制動領域Ｐで減速しようとする。この場合、慣性力の作用でアーマチュアコア２１が回転するが、この回転によりブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０がアーマチュアコア２１に回転方向と逆回転方向の力を与え、矢印Ｘの方向の実荷重である推力が増加することが抑制される。その結果、指令荷重と実荷重との乖離が抑制され、指令荷重と実荷重との関係は理想的な荷重曲線に沿う傾向となる。
【００７９】
たわみ区間Ｔｂにおいて、作動ロッド１５５のストロークが大きくなるにつれて、作動ロッド１５５に加わるブレーキバンド１３０からの反力は大きくなる。
【００８０】
例えば、バンドブレーキ装置１１０は、反力の上昇率が大きくなると運転者にショックとして違和感を与えるおそれもある。このため、モータ１への電流を緩やかに増やし、作動ロッド１５５が徐々にブレーキバンド１３０を押す荷重を増加させ、推力を高めていくことが好ましい。例えば、モータ制御装置９は、図１２に示すたわみ区間Ｔｂにおいて、モータ１への電流曲線Ｉｍが一定の電流増加率となるように制御する。モータ１への電流Ｉｍの電流増加に伴い、図１２に示す推力曲線Ｍｎの推力も増加する。
【００８１】
また、図１２に示す保持区間Ｕにおいて、モータ制御装置９は、作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６を押圧し続けて保持するための電流をモータ１へ供給する。これにより、アクチュエータ１００は、ブレーキバンド１３０が発生する制動力を保持し、ブレーキドラム１６０の回転の停止を維持することができる。
【００８２】
上述したように、本実施形態のアクチュエータ１００は、初動制動領域Ｐにおいて作動ロッド１５５がアプライ用ブラケット１３６と共に変位し、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力を生じさせる。ブレーキドラム１６０を制動する制動力によるショックを低減するために、モータ制御装置９が初動制動領域Ｐを正確に検出してモータ１を制御することが重要となる。
【００８３】
＜アクチュエータの制御ブロック＞
図１３は、アクチュエータの制御ブロックを説明するブロック図である。図１３に示すように、制御ブロックは、自動変速機における変速の指令に基づき、ブレーキバンド１３０とブレーキドラム１６０とを締結（ブレーキドラム１６０の回転が停止）する指令と、ブレーキバンド１３０とブレーキドラム１６０とを非締結（ブレーキドラム１６０が回転する状態）にする指令とを選択して指令する締結非締結指令部４１に従って制御を行う。
【００８４】
制御ブロックは、締結非締結指令部４１に基づいてアクチュエータ１００への指令を生成する区間指令生成部４２と、生成された区間に切替を行う指令切替部４３と、切替えられた区間に相当する推力となるようにモータ１への電流を変換する推力−電流変換部４４と、モータ１への電流を制御する電流制御部４５と、電流制御部４５で検出した電流値を増幅する電流増幅部４６１と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ：High Pass filter）４６２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass filter）４６３と、リップル成分増幅部４６４と、リップル電圧閾値部４７１と、コンパレータ４７２と、パルス積算部４７３とを含む。
【００８５】
区間指令生成部４２は、空走区間指令４２１と、たわみ区間指令４２２と、保持区間指令４２３と、解放区間指令４２４とを含む。
【００８６】
空走区間指令４２１は、上述した空走区間Ｓのモータ１を制御する指令である。たわみ区間指令４２２は、上述した、たわみ区間Ｔｂのモータ１を制御する指令である。保持区間指令４２３は、上述した保持区間Ｕのモータ１を制御する指令である。解放区間指令４２４は、上述した解放区間Ｗのモータ１を制御する指令である。
【００８７】
区間指令生成部４２は、締結非締結指令部４１による制御指令と、後述するパルス積算部４７３の情報に基づいて、空走区間指令４２１と、たわみ区間指令４２２との切替、保持区間指令４２３と、解放区間指令４２４との切替を選択して出力する。
【００８８】
指令切替部４３は、区間指令生成部４２で出力された指令を必要に応じて切替えながら推力−電流変換部４４へ指令を伝達する。なお、たわみ区間指令４２２と保持区間指令４２３との切替の出力は、区間指令生成部４２で予め記憶したたわみ区間指令４２２の積算時間の情報に基づいて処理することができる。次に、推力−電流変換部４４は、指令された推力となるモータ電流目標値を電流制御部４５へ出力する。
【００８９】
電流制御部４５は、ＰＩ制御器４５１と、ＰＷＭ出力４５２と、電流検出器４５３と、フィードバック加算点Ｄ１とを含む。フィードバック加算点Ｄ１は、推力−電流変換部４４から伝達されたモータ電流目標値と、電流検出器４５３で検出した電流値との偏差をＰＩ制御器４５１へ出力する。ＰＩ制御器４５１は、前記偏差に応じて、比例制御又は積分制御のいずれか１以上を処理する。ＰＩ制御器４５１で応答した制御出力は、ＰＷＭ出力４５２でＰＷＭ出力となり、アクチュエータ１００のモータ１へ電流供給（モータ通電）される。電流検出器４５３は、前記ＰＷＭ出力された電流を検出し、上述したフィードバック加算点Ｄ１へフィードバックする。
【００９０】
電流検出器４５３は、シャント抵抗又は磁気式電流センサを用いることができる。例えば、磁気式電流センサは、ホール素子である。電流検出器４５３は、モータ１の電流値を検出する。モータ１は、整流子２２がブラシ２５Ａ、２５Ｂと接触する。このため、電流検出器４５３が検出する電流には、モータ１のロータ２０の１回転あたりの整流子片である整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０の数に相当する電流リップルが発生する。整流子セグメントＣ１〜Ｃ１０は、モータ軸１０２に固定されているため、電流リップルの数を計測すれば、モータ軸１０２の回転角度を算出することができる。
【００９１】
電流増幅部４６１は、電流検出器４５３で検出した電流値を増幅する。増幅された電流値は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４６２により直流成分を除去し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６３により電流リップル成分を抽出する。リップル成分増幅部４６４は、抽出した電流リップル成分を増幅する。リップル電圧閾値部４７１は、上述した記憶手段４０Ｅで構成し、リップル電圧の閾値情報を記憶している。コンパレータ４７２は、リップル成分増幅部４６４で増幅した電流リップル成分と、リップル電圧閾値部４７１で記憶するリップル電圧の閾値情報により、例えば図１２に示す電流リップル成分ＩｒをリップルパルスＩｒｐへ変換する。パルス積算部４７３は、リップルパルスＩｒｐの数を積算し、リップル積算値を算出する。
【００９２】
パルス積算部４７３は、例えば、下記に示す式（３）のように、リップル積算値Ｒｉを用いてアクチュエータのストロークＳｔを演算し、区間指令生成部４２へ伝達する。なお、Ｓｒは整流子片（整流子セグメント）の数である。ｇは減速ギヤ機構の減速比である。ボールねじリードｌは、ねじ軸１０７が１回転した場合に駆動軸１１７及び作動ロッド１１７がストロークする変位量である。
【００９３】
【数３】
【００９４】
上述した記憶手段４０Ｅは、整流子片の数Ｓｒ、減速ギヤ機構の減速比ｇ、ボールねじ
リードのｌの情報を予め記憶している。また、記憶手段４０Ｅは、例えば、空走区間Ｓの開始位置Ｊを基準として、空走区間Ｓ又は解放区間Ｗに相当するストロークＳｔを記憶している。
【００９５】
区間指令生成部４２は、ＣＰＵ４０ｃで演算したストロークＳｔが空走区間Ｓに相当するストローク内にあるかどうか比較する。モータ制御装置９は、演算したストロークＳｔから、空走区間指令４２１とたわみ区間指令４２２との切替のタイミングを容易に判断することができる。あるいは、区間指令生成部４２は、ＣＰＵ４０ｃで演算したストロークＳｔが解放区間Ｗに相当するストローク内にあるかどうか比較する。モータ制御装置９は、演算したストロークＳｔから、解放区間指令４２４の終了のタイミングを容易に判断することができる。
【００９６】
締結非締結指令部４１は、たわみ区間Ｔｂと保持区間Ｕとにおいてパルス積算部４７３に対し、パルスクリア指令を送出することが好ましい。これにより、たわみ区間Ｔｂと保持区間Ｕとでは、リップルパルスＩｒｐを生成する手順を省略することができる。
【００９７】
例えば、たわみ区間Ｔｂでは、ブレーキバンド１３０から受ける弾性力に対して、推力を緩やかに上昇させていくことが好ましい。これにより、モータ電流曲線Ｉｍが増加することになる。そして、電流リップルＩｒは、モータ電流Ｉｍによって振幅が変化する。このため、モータ電流Ｉｍの量によって、抽出するときのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４６２又はローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６３の設定を変更しなければ、一部の電流リップルの抽出を欠落させてしまうおそれがある。あるいは、リップル電圧閾値部４７１で記憶している閾値を変更しなければ、一部の電流リップルの抽出を欠落させてしまうおそれがある。
【００９８】
空走区間Ｓと解放区間Ｗとでは、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を制動する摩擦力が生じていない、又は作動ロッド１５５への反力として影響の少ない程度にしか生じていない。このため、モータ１に加わる負荷の変動が少ない。その結果、図１２に示すモータ電流曲線Ｉｍがほぼ一定の範囲内の電流値に収まる。これにより、リップル電圧閾値部４７１で記憶している閾値を設定しやすくなり、抽出される電流リップル成分の抽出精度を維持することができる。また、電流リップル成分の抽出精度を高めることにより、パルス積算部４７３は、リップルパルスＩｒｐの数を積算し、リップル積算値から確度の高いストロークＳｔを算出することができる。なお、空走区間Ｓの開始位置Ｊ、及び解放境界Ｑでは、起動電流Ｉｍｓがモータ１に流れるが、時間が短い。また、起動電流Ｉｍｓ分のストロークが全体のストロークに対して占める割合が十分小さく分解能が十分であれば、モータ制御装置９は、起動電流Ｉｍｓ分の作動ロッド１５５のストロークを無視してもよい。又はモータ制御装置９は、起動電流Ｉｍｓの流れる時間を記憶手段に記憶しておき、電流リップル成分の抽出の際、起動電流Ｉｍｓ分の作動ロッド１５５のストロークを付加する演算をしてもよい。
【００９９】
また、保持区間Ｕでは、モータ１に電流を加えているが、ロータ２０の回転はしないか、ほとんど回転しないのでリップル積算値を算出しなくてもよい。次に、アクチュエータ１００の制御手順について説明する。
【０１００】
図１４は、アクチュエータの制御手順を説明するフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、モータ制御装置９は、現時点で記憶手段４０Ｅに記憶するストロークＳｔの情報に基づき、図１２に示す空走区間Ｓ又は解放区間Ｗであるか否かを検出する。
【０１０１】
空走区間Ｓ又は解放区間Ｗである場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０２へ進める。ステップＳ１０２においては、モータ制御装置９は、電流リップル成分ＩｒをリップルパルスＩｒｐへ変換し、パルス積算部４７３がリップルパルスＩｒｐの数を積算（パルス積算）し、リップル積算値を算出する。
【０１０２】
空走区間Ｓ又は解放区間Ｗでない場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０３へ進める。ステップＳ１０３においては、モータ制御装置９は、電流検出器４５３においてモータ１を制御する電流値を検出し、かつたわみ区間指令４２２又は保持区間指令４２３の指令した制御時間を検出している。制御時間は、例えばモータ１を制御する電流値に応じて初動制動領域Ｐ又は締結境界Ｇから作動ロッド１５５が変位する標準的な積算時間である。
【０１０３】
次に、モータ制御装置９は、ステップＳ１０２又はステップＳ１０３の処理後に、処理をステップＳ１０４へ進める。空走区間Ｓ又は解放区間Ｗである場合、ステップＳ１０４においては、上述した式（３）に示すように、モータ制御装置９がリップル積算値Ｒｉを用いてアクチュエータのストロークＳｔを演算し、記憶手段４０Ｅに記憶する。たわみ区間Ｔｂ又は保持区間Ｕである場合、ステップＳ１０４では、モータ１を制御する電流値と、たわみ区間指令４２２又は保持区間指令４２３の指令した制御時間とから、アクチュエータ１００のストロークを演算し、記憶手段４０Ｅに記憶する。
【０１０４】
次に、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０５へ進める。モータ制御装置９は、自動変速機における変速の指令に基づき、ブレーキバンド１３０をアクチュエータ１００により締結する指令とブレーキバンド１３０をアクチュエータ１００により非締結状態にする指令とのどちらかが完了しているか否かを検出する。
【０１０５】
具体的には、モータ制御装置９が保持区間Ｕにおけるモータ１の電流制御をしている場合、締結指令が完了したとする。
【０１０６】
なお、アクチュエータ１００は、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりモータ１の無通電時のフリクションを、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の回転を停止する状態を維持する制動力（バンドブレーキ締結保持力）よりも大きくすることが好ましい。
【０１０７】
アクチュエータ１００は、例えば、バンドブレーキ締結保持力に対して下記式（４）を満たすようにすることが好ましい。
【０１０８】
【数４】
【０１０９】
ここで、直動部の摺動静摩擦及び外乱静摩擦の値は、式（４）の左側全体の値に対し小さい。ボールねじリードは、ボールねじ機構のストロークを確保し、効率を担保する必要がある。このため、式（４）を満たすようにするために、無通電時のボールねじ軸の保持トルクを増加することが好ましい。無通電時のボールねじ軸の保持トルクは、下記式（５）で示すことができる。
【０１１０】
【数５】
【０１１１】
式（５）から無通電時のボールねじ軸の保持トルクは、減速ギヤ機構の減速比を大きくすることで、大きくすることができることが分かる。
【０１１２】
上述のように、式（４）の関係を満たすことにより、このため、ブレーキバンド１３０から作動ロッド１５５に加わる反力によりモータ１が逆回転しない。そして、アクチュエータ１００は、モータ１を通電し続けることなく、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の回転を停止する状態を維持することができる。例えば、図１２に示す保持区間Ｕにおいて、モータ電流曲線Ｉｍをみるとモータ電流は流れていないが推力曲線Ｍｎの推力はモータ電流が供給されている状態とほぼ同じ推力を維持することができる。また、ボールねじ機構は伝達効率が高く、効率よく回転を直線運動として変換できる。ボールねじ機構を使用しても、減速ギヤ機構の減速比を高めることによりブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０を停止する状態を維持することができる。モータ１が無通電となることから、モータ１の発熱が抑制されると共に、アクチュエータ１００の消費電力を抑制することができる。
【０１１３】
あるいは、被締結指令により、保持区間指令４２３の指令した制御時間が終了する場合、モータ制御装置９は、上述したリップル積算値をクリアする。モータ制御装９は、図１−３に示す矢印Ｘ方向と逆方向にモータを回転する。モータ制御装置９は、解放区間Ｗにおける、作動ロッド１５５の目標位置、例えば空走区間Ｓの開始位置Ｊのとなる作動ロッド１５５のストロークを記憶手段４０Ｅに記憶しておくことが好ましい。モータ制御装９は、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の締結を解放する解放境界Ｑを検出した場合、解放境界Ｑからの作動ロッド１５５のストロークＳｔを前記電流リップル成分から演算することができる。モータ制御装９は、演算した作動ロッド１５５のストロークＳｔが上述した目標位置となった場合、非締結指令が完了したとする。締結指令又は非締結指令が完了した場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、モータ制御装置９は、処理を終了する。
【０１１４】
締結指令又は非締結指令が完了していない場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、モータ制御装置９は、処理をステップＳ１０１へ戻す。この手順により、ステップＳ１０１において、モータ制御装置９は、空走区間Ｓからたわみ区間Ｔｂへの切替を検出することができる。
【０１１５】
空走区間Ｓからたわみ区間Ｔｂへの切替境界である初動制動領域Ｐを検出した場合、ブレーキバンド１３０が制動力を発生させる。制動力の発生によるショックを与えないように、モータ制御装置９は、モータ１への電流を図１２に示すように急激に低減することができる。
【０１１６】
また、電磁ブレーキ機構（ブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０）を含む本実施形態のモータ１は、初動制動領域Ｐでモータ１を減速すると、慣性力の作用でロータ２０が回転しつづけようとする。この回転によりブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０はロータ２０に回転方向と逆回転方向の力を与え、矢印Ｘの方向に実荷重である推力の増加が抑制される。その結果、図１２の初動制動領域Ｐにおいて、ストローク量が突出することなく推力の増加が抑制されていくことになる。
【０１１７】
以上説明したように本実施形態に係るアクチュエータ１００は、回転体であるブレーキドラム１６０を制動するブレーキバンド１３０に弾性変形させるため、荷重を加える作動ロッド１５５の変位を制御するアクチュエータである。アクチュエータ１００は、モータ１と、モータ１の出力シャフト１０２からの回転運動を直線運動に変換し、前記直線運動によって発生する変位を作動ロッド１５５に与える直線運動機構と、モータ１へ供給する電流を検出する電流検出器４５３と、制御装置４０とを含む。制御装置４０は、電流検出器４５３から電流リップル成分を抽出する。制御装置４０は、ブレーキバンド１３０がブレーキドラム１６０の制動を開始してから制動力が発生するまでの空走区間Ｓにおける、作動ロッド１５５の変位量であるストロークＳｔを前記電流リップル成分から演算することができる。このため、制御装置４０は、初動制動領域Ｐにおいて制動力が生じるタイミングを簡易に把握することができる。
【０１１８】
また、制御装置４０は、ブレーキバンド１３０の制動によってブレーキドラム１６０の回転が停止している状態から作動ロッド１５５の制動を解除するように作動ロッド１５５が変位し、かつブレーキドラム１６０が回転してからの解放区間Ｗにおける、作動ロッド１５５の変位量であるストロークＳｔを前記電流リップル成分から演算することができる。このため、制御装置４０は、解放区間Ｗにおける作動ロッド１５５の位置を簡易に把握することができる。このため、解放区間Ｗにおいて、作動ロッド１５５を確実に戻すこともできる。
【０１１９】
また、モータ１内に又はアクチュエータ１００のハウジング１０１内に、回転センサ、荷重センサ、位置センサ等を含まなくても、制御装置４０は、電流検出器４５３から電流リップル成分を抽出し、空走区間Ｓ又は解放区間Ｗにおける作動ロッド１５５の変位量であるストロークＳｔを演算することができる。回転センサ、荷重センサ、位置センサ等を省略した場合、コストダウンに寄与し、モータ１又はアクチュエータ１００のハウジング１０１を小型にすることもできる。
【０１２０】
また、アクチュエータ１００のモータ１は、アーマチュアコア２１に巻回された励磁コイルＢ１〜Ｂ１０及びブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０と、着磁された永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓと、アーマチュアコア２１とともに回転する出力シャフト１０２とを含んでいる。
【０１２１】
励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の通電により回転するアーマチュアコア２１は、ロータ２０となり、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓと相対的に位置が変化する。そして、永久磁石部材１１Ｎ、１１Ｓの磁界を通過するブレーキコイルＬ１〜Ｌ１０は、アーマチュアコア２１に巻回され環状に接続され、回転するアーマチュアコア２１に慣性によりロータ２０（出力シャフト１０２）が回転する回転方向と逆回転方向の力を与えることができる。
【０１２２】
これにより、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の通電をオフにした場合、慣性による出力シャフト１０２の回転が早期に抑制される。つまり、モータ１は、励磁コイルＢ１〜Ｂ１０の通電のオフに追随して、出力シャフト１０２の回転が早期に停止する。また、いわゆるブラシ付きモータの慣性による出力シャフトの回転は、早期に抑制される。また、モータ１が高回転であっても、慣性で出力シャフト１０２が回転し続けることが抑制される。その結果、モータが高速回転で駆動されても制御しやすくなる。
【０１２３】
バンドブレーキ装置１１０は、初動制動領域Ｐにおいて制動力が生じるタイミングにおいて、制動力の発生によるショックを緩和するモータ制御をすることができる。これにより、運転者に与える変速ショック又は違和感を低減することができる。
【０１２４】
また、直線運動機構には、軸線方向の移動要素であるナット１１５と、ねじ軸１０７と、転動体であるボール１１６とを含むボールねじ機構を含むことが好ましい。これにより、出力シャフト１０２の回転運動をねじ軸１０７の直線運動に変換することができる。アクチュエータ１００は、ボールねじ機構を備えているので、モータ１の小さな力（トルク）を大きな力である軸７２の推力へ変換することができる。アクチュエータ１００は、ボールねじ機構のボール１１６の転がりによって起動トルクが極めて少なくできるので、精密な微動送りにより、所定の駆動軸１１７の推力を与えることができる推力発生装置となる。
【０１２５】
また、ボールねじ機構は、回転運動を直線運動に変換する直線運動機構であるとともに、直線運動によって発生する変位を作動ロッド１５５に与え、大きな変位（回転）を小さな変位（直線運動）に変換する減速作用を有する。
【０１２６】
減速ギヤ機構は、第１ギヤ１０３、第２ギヤ１０５、第３ギヤ１０６の噛み合いにより、モータ１の出力シャフト１０２の回転速度を減速させたねじ軸１０７の回転とする。つまり、減速ギヤ機構は、出力シャフト１０２と前記ボールねじ機構のねじ軸１０７との間に設けられ、かつ出力シャフト１０２からねじ軸１０７へ伝達される回転速度を減速する。これにより、モータ１が小型モータであっても高出力を取り出すことができる。また、モータ１とねじ軸１０７とが配置されるハウジング１０１内のレイアウトの自由度を高めることができる。
【０１２７】
以上説明した本実施形態のアクチュエータ１００はバンドブレーキ装置１１０に適用した。アクチュエータ１００は、一般産業用電動機、自動車及び船舶等に使用されている電動式のアクチュエータに適している。例えば、アクチュエータ１００は、圧力又は推力を加える油圧制御機構の置き換えることができる。また、アクチュエータ１００は、上述した空走区間のように反力による負荷の変動の少ないストローク区間と、たわみ区間のように被駆動機構が弾性変形部材に荷重を加えるストローク区間とを含む、圧力又は推力を加える制御機構に適用することが好ましい。
【符号の説明】
【０１２８】
１ モータ
９ モータ制御装置
１０ ステータ
１１Ｎ、１１Ｓ、１１ｓ、１１ｎ 永久磁石部材
２１ アーマチュアコア
２３ｂ１、２３ｂ２、２３ｂ３、Ｂ１〜Ｂ１０ 励磁コイル
２４Ｌ１、２４Ｌ２、２４Ｌ３、Ｌ１〜Ｌ１０ ブレーキコイル
２０、２０Ａ ロータ
２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３、Ａ１〜Ａ１０ コアスロット
２２、２２ａ 整流子
２５Ａ、２５Ｂ、２５ａ、２５ｂ ブラシ
４０ 制御装置
４５３ 電流検出器
１００ アクチュエータ
１０２ 出力シャフト
１０７ ねじ軸
１１０ バンドブレーキ装置
１１５ ナット
１１７ 駆動軸
１３０ ブレーキバンド
１３１ ストラップ
１３２ ライニング
１３６ アプライ用ブラケット
１５１ アプライ手段
１５５ 作動ロッド
１５６ アンカーピン
Ｃ１〜Ｃ１０ 整流子セグメント（整流子片）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位を制御するアクチュエータであって、
モータと、
前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換し、前記直線運動によって発生する変位を前記被駆動機構に与える直線運動機構と、
前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、
前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構の変位量と、前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構の変位量と、のうち少なくとも１つの前記被駆動機構の変位量を前記電流検出器から抽出した電流リップル成分から演算する制御装置と、
を含むことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記モータは、
前記出力シャフトと連結されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアに巻回された励磁コイルと、着磁され、かつ前記アーマチュアコアに対して相対的に位置が変化する永久磁石部材と、前記アーマチュアコアに巻回され閉回路となるように環状に接続されたブレーキコイルと、を含み、
前記励磁コイルの通電により回転する前記アーマチュアコアの回転方向と逆回転方向の力を、前記アーマチュアコアに与える請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
モータと、
前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換する直線運動機構と、
弾性変形可能なブレーキバンドに対して荷重を加え、ブレーキドラムの回転運動を前記ブレーキバンドの弾性変形に応じてブレーキドラムを制動するために、前記直線運動よって変位する作動ロッドと、
前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器から電流リップル成分を抽出し、前記ブレーキバンドが前記ブレーキドラムの制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記作動ロッドの変位量と、前記ブレーキバンドの制動によって前記ブレーキドラムの回転が停止している状態から、ブレーキバンドの制動を解除するように前記作動ロッドが変位し、かつ前記ブレーキドラムが回転してからの前記作動ロッドの変位量と、のうち少なくとも１つの前記作動ロッドの変位量を前記電流リップル成分から演算する制御装置と、
を含むことを特徴とするバンドブレーキ装置。
【請求項４】
前記直線運動機構は、ボールねじ機構であり、
前記出力シャフトと前記ボールねじ機構のねじ軸との間に設けられ、かつ前記出力シャフトから前記ねじ軸へ伝達される回転速度を減速する減速ギヤ機構をさらに含む請求項３に記載のバンドブレーキ装置。
【請求項５】
回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位させるモータを制御する方法であって、
前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構が変位する区間である空走区間、又は前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構が変位する区間である解放区間、を検出するステップと、
検出した前記空走区間又は前記解放区間では、前記モータへ供給する電流を検出し、検出した前記電流から電流リップル成分を抽出し、前記電流リップル成分をパルスとして積算するステップと、
前記パルスの積算値を前記被駆動機構の変位量にする演算を行うステップと、
を含むことを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１】
回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位を制御するアクチュエータであって、
モータと、
前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換し、前記直線運動によって発生する変位を前記被駆動機構に与える直線運動機構と、
前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、
前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構の変位量と、前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構の変位量と、のうち少なくとも１つの前記被駆動機構の変位量を前記電流検出器から抽出した電流リップル成分から演算する制御装置と、
を含むことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記モータは、
前記出力シャフトと連結されたアーマチュアコアと、前記アーマチュアコアに巻回された励磁コイルと、着磁され、かつ前記アーマチュアコアに対して相対的に位置が変化する永久磁石部材と、前記アーマチュアコアに巻回され閉回路となるように環状に接続されたブレーキコイルと、を含み、
前記励磁コイルの通電により回転する前記アーマチュアコアの回転方向と逆回転方向の力を、前記アーマチュアコアに与える請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
モータと、
前記モータの出力シャフトからの回転運動を直線運動に変換する直線運動機構と、
弾性変形可能なブレーキバンドに対して荷重を加え、ブレーキドラムの回転運動を前記ブレーキバンドの弾性変形に応じてブレーキドラムを制動するために、前記直線運動よって変位する作動ロッドと、
前記モータへ供給する電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器から電流リップル成分を抽出し、前記ブレーキバンドが前記ブレーキドラムの制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記作動ロッドの変位量と、前記ブレーキバンドの制動によって前記ブレーキドラムの回転が停止している状態から、ブレーキバンドの制動を解除するように前記作動ロッドが変位し、かつ前記ブレーキドラムが回転してからの前記作動ロッドの変位量と、のうち少なくとも１つの前記作動ロッドの変位量を前記電流リップル成分から演算する制御装置と、
を含むことを特徴とするバンドブレーキ装置。
【請求項４】
前記直線運動機構は、ボールねじ機構であり、
前記出力シャフトと前記ボールねじ機構のねじ軸との間に設けられ、かつ前記出力シャフトから前記ねじ軸へ伝達される回転速度を減速する減速ギヤ機構をさらに含む請求項３に記載のバンドブレーキ装置。
【請求項５】
回転体を制動する弾性変形部材を弾性変形させるため、前記弾性変形部材に荷重を加える被駆動機構の変位させるモータを制御する方法であって、
前記弾性変形部材が前記回転体の制動を開始してから制動力が発生するまでにおける前記被駆動機構が変位する区間である空走区間、又は前記弾性変形部材の制動によって前記回転体の回転が停止している状態から前記弾性変形部材の制動を解除するように前記被駆動機構が変位し、かつ前記回転体が回転してからの前記被駆動機構が変位する区間である解放区間、を検出するステップと、
検出した前記空走区間又は前記解放区間では、前記モータへ供給する電流を検出し、検出した前記電流から電流リップル成分を抽出し、前記電流リップル成分をパルスとして積算するステップと、
前記パルスの積算値を前記被駆動機構の変位量にする演算を行うステップと、
を含むことを特徴とするモータ制御方法。
【図１−１】
【図１−２】
【図１−３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１−２】
【図１−３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１９５１８（Ｐ２０１３−１９５１８Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５１７２（Ｐ２０１１−１５５１７２）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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