CN104272579A - 无刷电动机及雨刮装置 - Google Patents

Abstract

一种无刷电动机，具备：定子21，具有电枢线圈21a、21b、21c；转子22，在旋转磁场旋转；以及开关元件30a，所述无刷电动机其特征在于，具有切换低速模式和高速模式的转数控制部33，在低速模式下，转数控制部33以预先确定的通电定时向电枢线圈21a、21b、21c供给电流，且控制占空比而控制转子22的转数，另一方面，在高速模式下，通过以使其比低速模式下的通电定时超前的通电定时向电枢线圈21a、21b、21c供给电流，从而执行使旋转磁场比为低速模式时减弱的磁场削弱控制而控制转子22的转数。

Description

无刷电动机及雨刮装置

技术领域

本发明涉及具有安装了永久磁铁的转子和设置了电枢线圈的定子的无刷电动机及雨刮装置。

背景技术

以往，可切换转子的转数的电动机的一例已经在专利文献1、2、3中有所记载。专利文献1、2中记载的电动机具有：外壳、被容纳于外壳内的磁铁、旋转自如地设置于外壳的内部且缠绕有线圈的电枢、与电枢一起一体旋转的轴、设于轴上的换向器、以及与换向器接触的高速运行用电刷及低速运行用电刷。而且，在驾驶员通过操作开关而选择了低速运行的情况下，电流就向低速运行用电刷流动而使轴以低转数旋转。另一方面，在驾驶员通过操作开关而选择了高速运行的情况下，电流就向高速运行用电刷流动而使轴以高转数旋转。

另一方面，专利文献3中记载的电动机具有：被固定于磁轭壳体的内面且缠绕有多个电枢线圈的圆环状的定子、可旋转地配置于定子的内侧且具有旋转轴的转子以及被设于旋转轴上的磁铁。在该专利文献3中记载的电动机中，向多个电枢线圈供给相位不同的励磁电流而产生旋转磁场，进而转子旋转。此外，专利文献3中记载的电动机不具备专利文献1、2中记载的电刷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-202391号公报

专利文献2：日本特开2007-143278号公报

专利文献3：日本特开2010-93977号公报

发明内容

发明需要解决的课题

在上述专利文献1～3中记载的上述电动机中，不论带有电刷、没有电刷，都具有控制向电枢线圈供给电流的定时的开关元件。并且，通过改变对开关元件进行接通/断开控制的占空比来控制转子的转速。因此，电动机的体格以能够使转子高速旋转的方式设计，并执行将以低转数使转子旋转时的占空比相对于以高转数使转子旋转时的占空比减少的控制。因此，电动机的体格就要将以高转数使转子旋转时作为基准而设计，存在电动机的体格增大这样的问题。

本发明的目的在于，提供能够使体格尽可能地变小的无刷电动机及雨刮装置。

用于解决课题的方案

本发明的无刷电动机具备：定子，具有供给有电流的电枢线圈；转子，通过由所述电枢线圈形成的旋转磁场而旋转且被连接于动作部件；以及开关元件，设置于向所述电枢线圈供给电流的路径上，其特征在于，具有以所述转子的转数不同的至少两种控制模式控制所述转子的转数的转数控制部，在选择了第一控制模式时，所述转数控制部以预先确定的通电定时向所述电枢线圈供给电流，且控制作为所述开关元件的接通比例的占空比而控制所述转子的转数，另一方面，在选择了所述第二控制模式时，通过以使其比选择了所述第一控制模式时的通电定时超前的通电定时向所述电枢线圈供给电流，从而执行使由所述电枢线圈形成的旋转磁场比选择了所述第一控制模式时减弱的磁场削弱控制而控制所述转子的转数。

本发明的无刷电动机，其特征在于，具备设置于从所述转子到所述动作部件的动力的传递路径上的减速机构，所述减速机构具有使输出转数相对于输入转数变低的结构。

本发明的无刷电动机，其特征在于，具备通过切换供给至所述电枢线圈的电流的方向、从而使所述转子正反旋转的旋转方向控制部。

本发明的无刷电动机，其特征在于，设置具有所述转数控制部的控制基板，所述减速机构以及所述控制基板被容纳于共同的壳体内。

本发明的雨刮装置具备作为擦拭车辆的玻璃的动作部件的雨刮臂，其特征在于，所述雨刮臂与上述的本发明的任一项所述的无刷电动机的所述转子连接。

本发明的雨刮装置，其特征在于，设置有：与所述转子一体旋转的传感器磁铁、和在所述转子旋转了时根据所述传感器磁铁的磁极的变化而输出信号的转数传感器，所述转数控制部在执行所述磁场削弱控制时，通过根据所述转数传感器的信号而检测所述转子的转数，并使向所述电枢线圈的通电定时超前30度电角度，从而控制所述转子的转数。

发明的效果

根据本发明(权利要求1)，能够将第一控制模式中的转子的转数作为基准而决定无刷电动机的定格，第二控制模式中的转子的转数能够通过磁场削弱控制而获得。因此，能够使无刷电动机的体格尽可能地变小。

根据本发明(权利要求2)，除了控制转子的转数以外，减速机构还能够使输出转矩相对于输入转矩放大。

根据本发明(权利要求3)，通过切换流动至电枢线圈的电流的方向，从而能够使转子正反旋转。

根据本发明(权利要求4)，由于减速机构以及控制基板被容纳于共同的外壳内，因而能够使无刷电动机小型化，在将无刷电动机安装到对象物上时的布局性提高。

根据本发明(权利要求5)，通过将无刷电动机的转子的动力传递至雨刮臂而使雨刮臂动作，从而能够擦拭车辆的玻璃。

根据本发明(权利要求6)，在执行磁场削弱控制时，通过根据转数传感器的信号而检测转子的转数，并使向电枢线圈的通电定时超前30度电角度，从而能够控制转子的转数。

附图说明

图1是示出将本发明的无刷电动机应用于车辆的雨刮装置后的例子的概要图。

图2是示出本发明的无刷电动机的外观图。

图3是本发明的无刷电动机且将下盖拆卸后的状态的仰视图。

图4是示出本发明的无刷电动机的控制系统的框图。

图5是示出无刷电动机的转数与转矩的关系的线图。

图6是示出无刷电动机的转数与超前角的关系的线图。

图7是示出无刷电动机的效率与超前角的关系的线图。

图8是示出将本发明的无刷电动机应用于车辆的雨刮装置后的例子的概要图。

图9是示出本发明的无刷电动机的外观图。

图10是本发明的无刷电动机且将下盖拆卸后的状态的仰视图。

图11是示出本发明的无刷电动机的控制系统的示意图。

图12是示出本发明的无刷电动机的特性的一例的线图。

图13是示出将本发明的无刷电动机应用到车辆的雨刮装置后的例子的示意图。

图14是示出本发明的无刷电动机的外观图。

图15是本发明的无刷电动机且将下盖拆卸后的状态的仰视图。

图16是示出本发明的无刷电动机的控制系统的框图。

图17的(A)～(C)是示出在本发明的无刷电动机中被执行的第一控制以及第二控制的一例的图。

图18是示出本发明的无刷电动机的特性的图。

图19是示出本发明的无刷电动机的特性与电角度的关系的线图。

图20是示出根据运转角而控制本发明的无刷电动机的例子的图。

图21是示出根据转数而控制本发明的无刷电动机的例子的图。

图22是示出根据时间而控制本发明的无刷电动机的例子的图。

图23的(A)、(B)是示出在本发明的无刷电动机中被执行的第一控制以及第二控制的一例的图表。

图24的(A)、(B)是示出用于本发明的无刷电动机的转子的结构例的截面图。

图25是示出在本发明的无刷电动机中，转子与定子的关系的示意图。

图26是示出在本发明的无刷电动机中，转子与定子的关系的示意图。

图27是示出本发明的无刷电动机的特性的线图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的一个实施方式详细地进行说明。图1所示的车辆10具有挡风玻璃11。另外，车辆10具有擦拭挡风玻璃11的雨刮装置12。雨刮装置12具有以枢轴13为中心而摇动的雨刮臂14和以枢轴15为中心而摇动的雨刮臂16。在雨刮臂14的自由端，安装有刮水片17，在雨刮臂16的自由端，安装有刮水片18。另外，雨刮装置12具有无刷电动机19，作为驱动雨刮臂14、16的动力源。无刷电动机19的动力以经由由杠杆、连杆等构成的动力传递机构20而分别地被传递至雨刮臂14、16的方式构成。

无刷电动机19如图2、图3、图4所示构成。本实施方式中的无刷电动机19作为一例而列举了三相四极型的电动机。无刷电动机19具有定子21以及转子22。另外，无刷电动机19具有有底圆筒形状的外壳23，在外壳23的内周，固定设置有定子21。如图4所示，定子21具有三相具体来说U相、V相、W相的电枢线圈21a、21b、21c。转子22被设置于定子21的内侧，转子22具有旋转轴22a和安装于旋转轴22a上的四极的永久磁铁22b。在外壳23内，设置有多个轴承(未图示)，旋转轴22a由多个轴承可旋转地支撑。

另外，无刷电动机19具有中空的框架24，框架24以及外壳23通过未图示的紧固件而被固定。旋转轴22a的长度方向的大致一半配置于外壳23的内部，剩余的大致一半配置于框架24内。在旋转轴22a中的、被配置于框架24内的部分的外周上，形成有蜗杆22c。在框架24内，设置有蜗轮25。在该蜗轮25的外周，形成有齿轮25a，齿轮25a与蜗杆22c啮合。并且，在旋转轴22a中的、被配置于框架24内的部位上，安装有传感器磁铁38。传感器磁铁38与旋转轴22a一体旋转。传感器磁铁38沿旋转轴22a的圆周方向，以N极和S极交替地排列的方式而被磁化。

另外，蜗轮25以与输出轴26一体旋转的方式而构成。蜗杆22c以及齿轮25a构成了本实施方式中的减速机构27。该减速机构27是在将转子22的动力传递至输出轴26时，使输出轴26的转数(输出转数)比转子22的转数(输入转数)变低的机构。并且，在图2中，在框架24的上部，设置有未图示的轴孔。输出轴26中的、与蜗轮25被固定的端部相反一侧的端部经由框架24的轴孔而露出到外部。在输出轴26中的露出到框架24的外部的部分上，如图1那样连结有动力传递机构20。

在框架24中的与轴孔相反一侧的部分上设置有开口部24a。该开口部24a就是为了在框架24的内部安装蜗轮25等而被形成。另外，设置有堵塞开口部24a的下盖28。下盖28具有托盘形状，在由该下盖28和框架24包围的空间内设置有控制基板29。在图2中，示出了控制基板29被安装于下盖28上的例子。

在该控制基板29上，控制无刷电动机19的驱动装置33如图4那样地设置。驱动装置33具有控制对各电枢线圈21a、21b、21c的通电的逆变器电路30。逆变器电路30被连接于未图示的端子。另外，在框架24上设置有连接器(未图示)，通过将被连接于外部电源31的电线的插座(未图示)安装于连接器，从而外部电源31与逆变器电路30被连接。外部电源31是被搭载于车辆10上的电池或电容器等。

另外，逆变器电路30具备将外部电源31与电枢线圈21a、21b、21c连接以及切断的开关元件30a。该开关元件30a由例如FET等半导体元件构成。更具体而言，包括：对应于U相、V相、W相、被连接于外部电源31的正极的三个正极端的开关元件和对应于U相、V相、W相、被连接于外部电源31的负极端的三个负极端的开关元件。如果开关元件30a被连接(接通)，则电流就从外部电源31被供给至各电枢线圈21a、21b、21c。与此相反，如果开关元件30a被切断(断开)，则电流就不从外部电源31而被供给至各电枢线圈21a、21b、21c。并且，在逆变器电路30上，连接了具有对开关元件30a的接通以及断开进行切换控制的功能的控制电路(控制器)32。

该控制电路32是具备有CPU、RAM、ROM等的众所周知的微型计算机。另外，驱动装置33具有PWM信号产生电路34，PWM信号产生电路34的信号以被输入至控制电路32的方式而构成。该控制电路32输出控制三个负极端开关元件的驱动信号，在该驱动信号上重叠PWM信号。也就是说，三个负极端开关元件通过PWM控制而被驱动，进而在各电通区间被断续性地接通。而且，以通过控制三个负极端开关元件各个被接通的比例、即、占空比，从而供给至各电枢线圈21a、21b、21c的电流值被控制的方式而构成。也就是说，能够使被供给至电枢线圈21a、21b、21c的通电期间相对于可通电的整个期间而在0％～100％之间增减。并且，控制电路32存储有在无刷电动机19的启动时执行的控制的数据、程序等。所谓无刷电动机19的启动时，就是使已经停止的无刷电动机19旋转的初期。

并且，在各电枢线圈21a、21b、21c的非接线端上，连接有感应电压检测部35。感应电压检测部35是检测随着转子22的旋转，在各电枢线圈21a、21b、21c上所产生的感应电压的传感器，感应电压检测部35的检测信号被输入至控制电路32。控制电路32根据从感应电压检测部35输入的检测信号，执行推断转子22的旋转位置(旋转方向的相位)的处理。

并且，本实施方式中的无刷电动机19通过切换控制开关元件30a的接通以及断开而使对电枢线圈21a、21b、21c的通电的方向反转，从而能够使转子22正反地旋转。

并且，在框架24的内部，设置有检测输出轴26的转数或绝对位置中的至少一个的输出轴传感器36。所谓绝对位置，是指输出轴26相对于基准位置的旋转角度。基准位置可以规定为360度的范围内中的任意的位置。该输出轴传感器36的检测信号就会被输入至控制电路32。并且，在控制基板29上，安装有霍尔IC39。霍尔IC39与传感器磁铁38非接触地相对而被固定。霍尔IC39根据随转子22的旋转，传感器磁铁38的磁极的变化而进行开关动作，进而产生开关信号(接通/断开信号)。控制电路32能够根据霍尔IC39的开关信号，检测转子22的转数(转速)。并且，在车辆10的室内，设置有雨刮开关37，以雨刮开关37的操作信号被输入至控制电路32的方式而被构成。

在雨刮装置12中，能够根据降雨量、降雪量等条件，以驾驶员的意图而操作雨刮开关37，进而切换雨刮臂14、16的擦拭速度。在降雨量、降雪量少时，驾驶员通过操作雨刮开关37而能够选择以预先确定的低速使雨刮臂14、16动作的低速擦拭模式。与此相反，在降雨量、降雪量多时，驾驶员通过操作雨刮开关37而能够选择以比所述低速高的速度使雨刮臂14、16动作的高速擦拭模式。驾驶员就是凭自己的主观判断降雨量、降雪量多、少，并非具有区别多、少的基准。并且，在控制电路32中，预先存储有对低速擦拭模式以及高速擦拭模式，控制开关元件30a的方式(pattern)、数据、运算式等。

说明本实施方式中的无刷电动机19的控制。在雨刮开关37被操作而选择了低速模式时，感应电压检测部35的检测信号就被输入至控制电路32。控制电路32根据感应电压检测部35的检测信号，推断转子22的旋转位置(旋转方向的角度)，进而执行基于转子22的旋转位置的通电控制。也就是说，通过在电角度上每120度按顺序接通各相的正极端开关元件，并在电角度上每120度按顺序接通与正极端开关元件不同的相的负极端开关元件，从而切换对各相的电枢线圈21a、21b、21c的通电而使相电流换相。

如果上述的控制被反复，则由定子21形成旋转磁场，转子22旋转。另外，无刷电动机19具有随着电流值的增高，转数会上升的特性。并且，无刷电动机19具有随着转数的上升，转矩会下降的特性。在低速擦拭模式被选择了时，通过不执行磁场削弱控制而执行占空比的控制，从而能够使转子22的实转数接近于所要求的转数。另外，在低速擦拭模式被选择了时，向电枢线圈21a、21b、21c的通电定时可以采用预先确定的固定值。

另一方面，在高速擦拭模式被选择了时，不改变供给至电枢线圈21a、21b、21c的电流值，执行磁场削弱控制。磁场削弱控制是使通过将电流供给至电枢线圈21a、21b、21c而被形成的磁场尽可能地减弱的控制。如果要具体地说明磁场削弱控制，则是使向电枢线圈21a、21b、21c的通电定时比低速擦拭模式被选择了时30度超前角(相位提前)的控制。即，在高速擦拭模式被选择了时，由电枢线圈21a、21b、21c形成的旋转磁场比在低速擦拭模式被选择了时由电枢线圈21a、21b、21c形成的旋转磁场变弱。如果执行该磁场削弱控制，则在电枢线圈21a、21b、21c上产生的反电动势减少，转子22的转数就上升。所述超前角就是用电角度表示电枢线圈与永久磁铁在转子22的旋转方向上的相对的位置关系的角度。

图5是显示无刷电动机19的特性的线图。在图5中，纵轴上示出无刷电动机19的转数，横轴上示出无刷电动机19的转矩。另外，图5所示的虚线是对应于低速擦拭模式的低速用特性的一例，图5所示的实线是对应于高速擦拭模式的高速用特性的一例。

本实施方式的无刷电动机19在设定其定格时，为了能够获得对应于图5的低速用特性的转数以及转矩，例如在由实线所示的位置上存在有设定特性。因此，在通过雨刮开关37的操作而低速擦拭模式被选择了时，能够在设定特性以下的范围内获得所要求的转数以及转矩。

与此相反，在通过雨刮开关37的操作而高速擦拭模式被选择，进而被要求的转矩以及转数超过了设定特性时，通过控制电路32执行磁场削弱控制，从而能够获得超过设定特性的转数以及转矩的范围。由此，无刷电动机19的特性成为表观上与在图5上位于由双点划线所示的位置上同等。即，无刷电动机19在设计上能够以低速擦拭模式为基准而决定定格，进而能够使无刷电动机19的体格尽可能地变小。于是，能够不改变电流值而使无刷电动机19的转数上升，进而使转矩上升这一点就意味着转矩常数相对地变大。换而言之，本实施方式的无刷电动机19能够以更少的能耗而产生尽可能高的转矩，电动机效率提高。

图6是示出作为通电定时的超前角与无刷电动机19的转数的关系的线图。在图6中，横轴上显示电流，纵轴上显示转数。如图6那样，在为超前角30度时的转数比在为超前角0度时的转数高。超前角0度是在低速擦拭模式中说明过的通电定时的固定值。另外，图7是示出作为通电定时的超前角与无刷电动机19的效率的关系的线图。在图7中，横轴上显示电流，纵轴上显示效率。如图7那样，在为超前角30度时的效率比在为超前角0度时的效率高。

另外，一般来说，在车辆用的雨刮装置中，低速擦拭模式比高速擦拭模式的使用频率高。因此，如果将本实施方式的无刷电动机19应用于雨刮装置12，则在低速擦拭模式被选择了时，降低能耗的效果大。

另外，本实施方式的无刷电动机19在执行磁场削弱控制时，能够根据感应电压检测部35的检测信号而推断转子22的旋转位置。并且，也能够不用感应电压检测部35的检测信号而根据输出轴传感器36的检测信号以及减速机构27的减速比来推断转子22的旋转位置。这样，本实施方式的无刷电动机19能够利用预先已被设置的感应电压检测部35、输出轴传感器36来推断转子22的旋转位置。

并且，本实施方式的无刷电动机19通过执行磁场削弱控制而能够获得对应于高速用特性的转数以及转矩并设置有减速机构27。因此，无刷电动机19能够以成为适于雨刮装置12的雨刮臂14、16的动作条件的特性即转数、转矩的方式设定减速机构27的减速比。减速机构27的减速比是用转子22的转数除以输出轴26的转数后的值，越使减速机构27的减速比变大，输出轴26的转数就越下降。即，通过设置有减速机构27，能够使输出轴26的转矩相对于转子22的转矩放大。

并且，本实施方式的无刷电动机19根据转子22的旋转位置的推断结果，能够使无刷电动机19的正反转时的超前角控制最优化。并且，本实施方式的无刷电动机19由于未设置有电刷、换向器(整流子)等，因而也不会产生由电刷与换向器的滑动所引起的摩擦转矩，进而防止电动机的效率下降、电刷的温度上升，能够避免电动机输出受到限制。并且，本实施方式的无刷电动机19能够防止起因于具有电刷的噪音的产生、运转音的产生，进而能够确保肃静性。

并且，本实施方式的无刷电动机19是控制基板29以及减速机构27都被配置于由框架24以及下盖28包围的空间内的结构即机电一体化的结构。因此，能够紧凑地构成无刷电动机19整体，向车体安装无刷电动机19时的布局性提高。

并且，本实施方式的无刷电动机19在高速模式被选择而执行磁场削弱控制时，控制电路32通过执行根据霍尔IC39的接通/断开信号而检测转子22的转数的控制，并使向电枢线圈21a、21b、21c的通电定时超前30度电角度，从而能够控制转子22的转数。

尤其是，在雨刮装置12中，从雨刮臂14、16自初始位置开始了动作的时点，直至经由反转位置而返回到初始位置为止的所需时间最好保持为恒定。与此相反，根据依赖于车速的风的阻力、刮水片17，18的擦拭阻力等的条件不同，具有雨刮臂14、16的实际的擦拭速度变化，进而所需时间变化的可能性。于是，也能够与磁场削弱控制同时地执行使占空比变化的控制。如果具体地说明，则控制电路32根据霍尔IC39的信号，间接地求出雨刮臂14、16的实际的擦拭速度。然后，控制电路32以使雨刮臂14、16的实际的擦拭速度接近于目标擦拭速度的方式，当执行反馈控制之时，控制占空比。如果如此地进行，则在从执行上次的通电定时控制到执行下次的通电定时控制为止的期间，通过执行占空比的控制，从而能够细致地控制雨刮臂14、16的擦拭速度。

在此，如果要说明在本实施方式中说明过的结构与本发明的结构的对应关系，则具有控制电路32的驱动装置33相当于本发明的转数控制部以及旋转方向控制部；框架24以及下盖28相当于本发明的壳体；挡风玻璃11相当于本发明的玻璃；雨刮臂14、16相当于本发明的动作部件；开关元件30a相当于本发明的开关；霍尔IC39相当于本发明的转数传感器。另外，低速擦拭模式相当于本发明的第一控制模式，高速擦拭模式相当于本发明的第二控制模式。

本发明并非限于上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内，能够进行各种变更，这一点不言自明。例如，雨刮开关不限于通过驾驶员的操作而被操作，也可以是具有检测降雨量、降雪量等的功能的检测开关。如果如此地构成，则根据降雨量、降雪量等，转数控制部就执行使雨刮装置自动地启动且自动地切换低速模式、高速模式的控制。在这种情况下，在转数控制部中，预先存储有成为切换低速模式、高速模式的基准的降雨量、降雪量等的数据。并且，电枢线圈的数量、永久磁铁的个数能够任意地变更。

另外，雨刮装置不限于擦拭挡风玻璃，也可以是擦拭后窗玻璃的装置。另外，雨刮装置也可以是雨刮臂以输出轴为支点而摇动的结构。并且，雨刮装置也可以是通过各自分开的无刷电动机来驱动两个雨刮臂的结构。另外，本实施方式的无刷电动机也可以是将永久磁铁嵌入到芯的结构的IPM(Interior Permanent Magnet：内置式永磁)型电动机。

并且，由雨刮开关选择的模式不限于低速擦拭模式和高速擦拭模式这两种，也可以是三种以上。例如，控制转子的转数的模式也可以为低速擦拭模式、中速擦拭模式、高速擦拭模式这三种。在此，中速擦拭模式中的转子的转数比低速擦拭模式中的转子的转数高，比高速擦拭模式中的转子的转数低。

而且，在三种擦拭模式中，低速擦拭模式被选择了时，转数控制部能够以预先确定的通电定时向电枢线圈供给电流且控制作为开关元件的接通比例的占空比来控制转子的转数；另一方面，在中速擦拭控制模式被选择了时，能够通过以使其比低速擦拭控制模式被选择了时的通电定时超前角后的通电定时向电枢线圈供给电流，从而执行使由电枢线圈形成的旋转磁场比低速擦拭控制模式被选择了时减弱的磁场削弱控制而控制转子的转数。就像这样，在用低速擦拭模式和中速擦拭模式使转子的转数不同的情况下，低速擦拭模式就相当于本发明中的第一控制模式，中速擦拭模式相当于本发明中的第二控制模式。

另一方面，在三种擦拭模式中，中速擦拭模式被选择了时，转数控制部也能够以预先确定的通电定时向电枢线圈供给电流且控制作为开关元件的接通比例的占空比来控制转子的转数；另一方面，在高速擦拭控制模式被选择了时，也能够通过以使其比中速擦拭控制模式被选择了时的通电定时超前角后的通电定时向电枢线圈供给电流，从而执行使由电枢线圈形成的旋转磁场比中速擦拭控制模式被选择了时减弱的磁场削弱控制而控制转子的转数。就像这样，在以中速擦拭模式和高速擦拭模式使转子的转数不同的情况下，中速擦拭模式就相当于本发明中的第一控制模式，高速擦拭模式相当于本发明中的第二控制模式。

并且，本发明的无刷电动机不论对于在定子的内侧配置有转子的内转子型无刷电动机或是在定子的外侧配置有转子的外转子型无刷电动机中的哪一种都能够适用。并且，本实施方式的无刷电动机在车辆上所设置的舒适便利系装置诸如电动滑门装置、天窗装置、电动车窗装置等中，也能够用作使门、顶棚、玻璃等动作部件动作的动力源。

以下，使用视图而对本发明的另外的实施方式详细地说明。图8所示的车辆110具有挡风玻璃111。另外，车辆110具有擦拭挡风玻璃111的雨刮装置112。雨刮装置112具有以枢轴113为中心而摇动的雨刮臂114和以枢轴115为中心而摇动的雨刮臂116。在雨刮臂114的自由端安装有刮水片117，在雨刮臂116的自由端安装有刮水片118。另外，雨刮装置12具有无刷电动机119作为驱动雨刮臂114、116的动力源。无刷电动机119的动力以经由由杠杆、连杆等构成的动力传递机构120而分别地被传递至雨刮臂114、116的方式而构成。

无刷电动机119如图9、图10、图11所示那样地构成。本实施方式中的无刷电动机119作为一例而列举了三相四极型的电动机。无刷电动机119具有定子121以及转子122。另外，无刷电动机119具有有底圆筒形状的外壳123，在外壳123的内周，固定设置有定子121。如图11所示，定子121具有三相、具体来说U相、V相、W相的电枢线圈121a、121b、121c。如图10那样，转子122被设于定子121的内侧。转子122具有旋转轴122a和安装于旋转轴122a上的四极的永久磁铁122b。此外，为方便起见，在图4中，省略了旋转轴122a。在外壳123内，设置有多个轴承(未图示)，旋转轴122a由多个轴承可旋转地支撑。

另外，无刷电动机119具有中空的框架124，框架124以及外壳123通过未图示的紧固件而被固定。旋转轴122a的长度方向上的大致一半配置于外壳123的内部，剩余的大致一半配置于框架124内。在旋转轴122a中的、被配置于框架124内的部分的外周上形成有蜗杆122c。在框架124内设置有蜗轮125。在该蜗轮125的外周，形成有齿轮125a，齿轮125a与蜗杆122c啮合。并且，在旋转轴122a中的、被配置于框架124内的部位上，安装有传感器磁铁138。传感器磁铁138与旋转轴122a一体旋转。传感器磁铁138沿旋转轴122a的圆周方向，以N极和S极交替地排列的方式而被磁化。

另外，蜗轮125以与输出轴126一体旋转的方式而构成。蜗杆122c以及齿轮125a构成了本实施方式中的减速机构127。该减速机构127的减速比就是在将转子122的动力传递至输出轴126时，将输出轴126的转速变为比转子122的转速低速。并且，在图9中，在框架124的上部，设置有未图示的轴孔。输出轴126中的、与蜗轮125被固定的端部相反一侧的端部经由框架124的轴孔而露出到外部。在输出轴126中的露出到框架124的外部的部分上，如图8那样连结有动力传递机构120。

在框架124中的与轴孔相反一侧的部分设置有开口部124a。该开口部124a是为了在框架124的内部安装蜗轮125等而被形成的。另外，设置有堵塞开口部124a的下盖128。下盖128具有托盘形状，在由该下盖128和框架124包围的空间内设置有控制基板129。在图9中，示出了控制基板129被安装于下盖128的例子。

在该控制基板129上，控制无刷电动机119的驱动装置133如图11那样地设置。驱动装置133具有控制对各电枢线圈121a、121b、121c的通电的逆变器电路130。逆变器电路130被连接于未图示的端子。另外，在框架124上设置有连接器(未图示)，通过将被连接于外部电源131的电源的插座(未图示)安装于连接器，从而外部电源131与逆变器电路130被连接。外部电源131是被搭载于车辆110上的电池或电容器等。

另外，逆变器电路130具备将外部电源131与电枢线圈121a、121b、121c连接以及切断的开关元件130a。该开关元件130a由例如FET等半导体元件构成。更具体而言，包括：对应于U相、V相、W相，被连接于外部电源131的正极的三个正极端的开关元件和对应于U相、V相、W相，被连接于外部电源131的负极端的三个开关元件。并且，在逆变器电路130上，连接了具有对开关元件130a的接通以及断开进行切换控制的功能的控制电路(控制器)132。

该控制电路132是具备有CPU、RAM、ROM等的众所周知的微型计算机。另外，驱动装置133具有PWM信号产生电路134，PWM信号产生电路134的信号以被输入至控制电路132的方式而构成。该控制电路132输出控制三个负极端开关元件的驱动信号，在该驱动信号上重叠PWM信号。也就是说，三个负极端开关元件通过PWM控制而被驱动，进而在各电通区间被断续性地接通。而且，以通过控制三个负极端开关元件各个地被接通的比例即占空比，从而供给至各电枢线圈121a、121b、121c的电流值被控制的方式而构成。并且，控制电路132存储有无刷电动机119的启动时执行的控制的数据、程序等。所谓无刷电动机119的启动时，就是使已经停止的无刷电动机119旋转的初期。

并且，在各电枢线圈121a、121b、121c的非接线端上，连接有感应电压检测部135。感应电压检测部135是检测随着转子122的旋转，在各电枢线圈121a、121b、121c上所产生的感应电压的传感器，感应电压检测部135的检测信号被输入至控制电路132。控制电路132根据从感应电压检测部135输入的检测信号，执行推断转子122的旋转位置(旋转方向的相位)的处理。

并且，本实施方式中的无刷电动机119通过切换控制开关元件130a的接通以及断开而使对电枢线圈121a、121b、121c的通电的方向反转，从而能够使转子122正反旋转。如果开关元件130a被接通，则外部电源131与各电枢线圈121a、121b、121c就被连接；如果开关元件130a被断开，则外部电源131与各电枢线圈121a、121b、121c就被切断。

并且，在框架124的内部，设置有检测输出轴126的转数或绝对位置中的至少一个的输出轴传感器136。所谓绝对位置，是指输出轴126相对于基准位置的旋转角度。基准位置可以规定为360度的范围内中的任意的位置。该输出轴传感器136的检测信号就会被输入至控制电路132。并且，在控制基板129安装有霍尔IC139。霍尔IC139与传感器磁铁138非接触地相对而被固定。霍尔IC139根据随转子122的旋转，传感器磁铁138的磁极的变化而进行开关动作，进而产生开关信号(接通/断开信号)。控制电路132能够根据霍尔IC139的开关信号，检测转子122的转数(转速)。并且，在车辆110的室内，设置有雨刮开关137，以雨刮开关137的操作信号被输入至控制电路132的方式而被构成。

在雨刮装置112中，能够根据降雨量、降雪量等条件，切换雨刮臂114、116的擦拭速度。例如，在降雨量、降雪量少时，驾驶员通过操作雨刮开关137而能够选择以预先确定的低速使雨刮臂114、116动作的低速擦拭模式。与此相反，在降雨量、降雪量多时，驾驶员通过操作雨刮开关137而能够选择以比所述低速高的速度使雨刮臂114、116动作的高速擦拭模式。因此，在控制电路132中，预先存储有对低速擦拭模式以及高速擦拭模式，控制开关元件130a的方式、数据、运算式等。

说明本实施方式中的无刷电动机119的控制。在雨刮开关137被操作而选择了低速模式时，感应电压检测部135的检测信号就被输入至控制电路132。控制电路132根据感应电压检测部135的检测信号，推断转子122的旋转位置(旋转方向的角度)，进而执行基于转子122的旋转位置的通电控制。也就是说，通过每120度电角度地按顺序接通各相的正极端开关元件，并每120度电角度地按顺序接通与正极端开关元件不同的相的负极端开关元件，从而切换对各相的电枢线圈121a、121b、121c的通电而使相电流换相。

如果上述的控制被反复，则由定子121形成旋转磁场，转子122旋转。另外，无刷电动机119具有随着电流值的增高，转数上升的特性。并且，无刷电动机119具有随着转数的上升，转矩会下降的特性。在低速擦拭模式被选择了时，通过不执行磁场削弱控制而执行占空比的控制，从而能够使转子122的实转数接近于所要求的转数。

另一方面，在高速擦拭模式被选择了时，不改变供给至电枢线圈121a、121b、121c的电流值而执行使向电枢线圈121a、121b、121c的通电定时比低速擦拭模式被选择了时相位提前的磁场削弱控制。在磁场削弱控制中，与低速擦拭模式被选择了时相比，向电枢线圈121a、121b、121c的通电定时被超前30度电角度。磁场削弱控制是使通过将电流供给至电枢线圈121a、121b、121c而被形成的磁场尽可能地减弱的控制。如果执行该磁场削弱控制，则在电枢线圈121a、121b、121c上产生的反电动势减少，转子122的转数就上升。

图12是示出无刷电动机119的特性的线图。在图12中，纵轴上显示无刷电动机119的转数，横轴上显示无刷电动机119的转矩。另外，图12所示的虚线是对应于低速擦拭模式的低速用特性的一例，图12所示的实线是对应于高速擦拭模式的高速用特性的一例。

本实施方式的无刷电动机119在设定其定格时，为了能够获得对应于图12的低速用特性的转数以及转矩，例如在由实线所示的位置上存在有设定特性。因此，在通过雨刮开关137的操作而低速擦拭模式被选择了时，能够在设定特性以下的范围内获得所要求的转数以及转矩。

与此相对，在通过雨刮开关137的操作而高速擦拭模式被选择，进而被要求的转矩以及转数超过了设定特性时，通过控制电路132执行磁场削弱控制，从而能够获得超过设定特性的转数以及转矩的范围。由此，无刷电动机119的特性成为表观上与在由双点划线所示的位置上同等。于是，能够不改变电流值而使无刷电动机119的转数上升，进而使转矩上升这一点就意味着转矩常数相对地变大。换而言之，本实施方式的无刷电动机119能够以更少的能耗而产生尽可能高的转矩，电动机效率提高。

一般来说，在车辆用的雨刮装置中，低速擦拭模式比高速擦拭模式的使用频率高。因此，如果将本实施方式的无刷电动机119应用于雨刮装置112，则在低速擦拭模式被选择了时，降低能耗的效果大。另外，本实施方式的无刷电动机119在设计上就变得不需要以高速擦拭模式为基准来决定定格，进而能够使无刷电动机119的体格尽可能地变小。

另外，本实施方式的无刷电动机119在执行磁场削弱控制时，能够根据感应电压检测部135的检测信号而推断转子122的旋转位置。并且，也能够不用感应电压检测部135的检测信号而根据输出轴传感器136的检测信号以及减速机构127的减速比来推断转子122的旋转位置。就像这样，本实施方式的无刷电动机119能够利用预先已被设置的感应电压检测部135、输出轴传感器136来推断转子122的旋转位置。也就是说，本实施方式的无刷电动机119是不需要专用地设置检测转子122的旋转位置的传感器的无传感器结构。因此，能够减少无刷电动机119的部件个数以及制造成本。

并且，本实施方式的无刷电动机119通过执行磁场削弱控制而能够获得对应于高速用特性的转数以及转矩并设置有减速机构27。因此，无刷电动机119能够以成为适于雨刮装置112的雨刮臂114、116的动作条件的特性即转数、转矩的方式设定减速机构127的减速比。减速机构27的减速比是用转子122的转数除以输出轴126的转数后的值，越使减速机构127的减速比变大，输出轴126的转数就越下降。

并且，本实施方式的无刷电动机119根据转子122的旋转位置的推断结果，能够使无刷电动机119的正反转时的超前角控制最优化。并且，本实施方式的无刷电动机119由于未设置有电刷、换向器(整流子)等，因而也不会产生由电刷与换向器的滑动所引起的摩擦扭矩，进而能够防止电动机的效率下降。并且，本实施方式的无刷电动机119也能够防止起因于具有电刷的噪音的产生。

并且，本实施方式的无刷电动机119是控制基板129以及减速机构127都被配置于由框架124以及下盖128包围的空间内的结构即机电一体化的结构。因此，能够紧凑地构成无刷电动机119整体，向车体安装无刷电动机119时的布局性提高。

并且，本实施方式的无刷电动机119具有如下这样的功能：在执行磁场削弱控制时，控制电路132通过执行根据霍尔IC139的接通/断开信号而检测转子122的转数的控制并使向电枢线圈121a、121b、121c的通电定时超前30度电角度，从而控制转子122的转数。

在此，如果要说明在本实施方式中说明过的结构与本发明的结构的对应关系，则具有控制电路132的驱动装置133相当于本发明的第一转数控制部、第二转数控制部、旋转位置推断部以及旋转方向控制部；框架124以及下盖128相当于本发明的壳体；挡风玻璃111相当于本发明的玻璃；雨刮臂114、116相当于本发明的动作部件；霍尔IC139相当于本发明的开关元件。并且，在图12中用转数以及转矩表示的特性相当于本发明中的无刷电动机的特性。

本发明并非限于上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内，能够进行各种变更，这一点不言自明。例如，雨刮装置112不限于擦拭挡风玻璃111，也可以是擦拭后窗玻璃的装置。另外，图8所示的雨刮装置112虽然雨刮臂114、116经由动力传递机构120而与输出轴126连结，但也可以是雨刮臂直接与输出轴连结的结构。另外，图8所示的雨刮装置112虽然是通过单独的无刷电动机119来驱动两个雨刮臂114、116的结构，但也可以是通过各自分开的无刷电动机来驱动两个雨刮臂的结构。另外，本实施方式的无刷电动机也可以是将永久磁铁嵌入到芯的结构的IPM(Interior Permanent Magnet：内置式永磁)型电动机。并且，由雨刮开关选择的模式不限于低速擦拭模式和高速擦拭模式这两种，也可以是三种以上。并且，电枢线圈的数量、永久磁铁的个数能够任意地变更。

并且，本发明的无刷电动机不论对于在定子的内侧配置有转子的内转子型的无刷电动机或是在定子的外侧配置有转子的外转子型的无刷电动机中的哪一种都能够适用。并且，本实施方式的无刷电动机在车辆上所设置的舒适便利系装置诸如电动滑门装置、天窗装置、电动车窗装置等中，也能够用作为使门、顶棚、玻璃等动作部件动作的动力源。

以下，使用附图对本发明的另外的实施方式详细地说明。图13所示的车辆210具有挡风玻璃211。另外，车辆210具有擦拭挡风玻璃211的雨刮装置212。雨刮装置212具有以枢轴213为中心而摇动的雨刮臂214和以枢轴215为中心而摇动的雨刮臂216。在雨刮臂214的自由端，安装有刮水片217，在雨刮臂216的自由端，安装有刮水片218。另外，雨刮装置212具有无刷电动机219，作为驱动雨刮臂214、216的动力源。无刷电动机219的动力以经由由杠杆、连杆等构成的动力传递机构220而分别地被传递至雨刮臂214、216。

无刷电动机219具有图14、图15、图16所示的结构。本实施方式中的无刷电动机219是三相直流型的电动机，作为一例而列举了三相六极型的电动机。无刷电动机219具有定子221以及转子222。另外，无刷电动机219具有有底圆筒形状的外壳223，在外壳223的内周，固定设置有定子221。如图16所示，定子221具有对应于三相、具体来说U相、V相、W相的各相的绕组即电枢线圈221a、221b、221c。具体而言，三相的电枢线圈通过Y结线即将三相的电枢线圈连接在一端的中性点上的接线方法而连接。另外，无刷电动机219是各电枢线圈作为正极和负极两者而发挥作用的双极驱动型的电动机。转子222被设置于定子221的内侧，转子222具有旋转轴222a和安装于旋转轴222a上的四极的永久磁铁222b。在外壳223内，设置有多个轴承，旋转轴222a由多个轴承可旋转地支撑。所述轴承未被图示。

另外，无刷电动机219具有中空的框架224，框架224以及外壳223通过未图示的紧固件而被固定。旋转轴222a的长度方向上的大致一半配置于外壳223的内部，剩余的大致一半配置于框架224内。在旋转轴222a中的、被配置于框架224内的部分的外周上，形成有蜗杆222c。在框架224内，设置有蜗轮225。在该蜗轮225的外周，形成有齿轮225a，齿轮225a与蜗杆222c啮合。并且，在旋转轴222a中的、被配置于框架224内的部位上，安装有传感器磁铁238。传感器磁铁238与旋转轴222a一体旋转。传感器磁铁238沿旋转轴222a的圆周方向，以N极和S极交替地排列的方式而被磁化。

另外，蜗轮225以与输出轴226一体旋转的方式而构成。蜗杆222c以及齿轮225a构成了本实施方式中的减速机构227。该减速机构227是在将转子222的动力传递至输出轴226时，使输出轴226的转数比转子222的转数变低的机构。转子222的转数是输入转数，输出轴226的转数是输出转数。并且，在图14中，在框架224的上部，设置有未图示的轴孔，输出轴226被插入至轴孔。输出轴226中的、与蜗轮225被固定的端部相反一侧的端部露出到框架224的外部。动力传递机构220与输出轴226中的、露出到框架224的外部的部分连结。

在框架224中的与轴孔相反一侧的部分设置有开口部224a。该开口部224a是为了在框架224的内部安装蜗轮225等而被形成。另外，设置有堵塞开口部224a的下盖228。下盖228具有托盘形状，在由该下盖228和框架224包围的空间内设置有控制基板229。在图14中，示出了控制基板229被安装于下盖228的例子。

在该控制基板229上，控制无刷电动机219的控制部即作为控制器的驱动装置233如图16设置。驱动装置233具有控制对各电枢线圈221a、221b、221c的通电的逆变器电路230。逆变器电路230被连接于未图示的端子。另外，在框架224上设置有连接器，通过将被连接于外部电源231的电源的插座安装于连接器，从而外部电源231与逆变器电路230被连接。外部电源231是被搭载于车辆210上的电池或电容器等。此外，连接器以及插座未被图示。

另外，逆变器电路230具备将外部电源231与电枢线圈221a、221b、221c连接以及切断的开关元件230a。该开关元件230a由例如FET等半导体元件构成。更具体而言，包括：对应于U相、V相、W相，被连接于外部电源231的正极的三个正极端的开关元件和对应于U相、V相、W相，被连接于外部电源231的负极端的三个负极端的开关元件。即，开关元件总计设置有六个。如果开关元件230a被连接即接通，则电流就从外部电源231被供给至各电枢线圈221a、221b、221c。与此相反，如果开关元件230a被切断即断开，则电流就不从外部电源231而被供给至各电枢线圈221a、221b、221c。并且，在逆变器电路230上，连接有切换开关元件230a的接通以及断开的控制电路232。

该控制电路232是具备有CPU、RAM、ROM等的众所周知的微型计算机。另外，驱动装置233具有PWM信号产生电路234，PWM信号产生电路234的信号以被输入至控制电路232的方式而构成。该控制电路232输出控制三个负极端开关元件的驱动信号，在该驱动信号上重叠PWM信号。也就是说，三个负极端开关元件通过PWM控制而被驱动，进而在各电通区间被断续性地接通。而且，以通过控制三个负极端开关元件各个被接通的比例即占空比，从而供给至各电枢线圈221a、221b、221c的电流值受到控制的方式而构成。也就是说，能够使向电枢线圈221a、221b、221c供电的通电期间相对于可通电的整个期间而在0％～100％之间增减。并且，控制电路232存储有无刷电动机219的启动时执行的控制的数据、程序等。所谓无刷电动机219的启动时，就是使已经停止的无刷电动机219旋转的初期。

并且，在各电枢线圈221a、221b、221c的非接线端上，连接有感应电压检测部235。感应电压检测部235是检测随着转子222的旋转，在各电枢线圈221a、221b、221c上所产生的感应电压的传感器，感应电压检测部235的检测信号被输入至控制电路232。控制电路232根据从感应电压检测部235输入的检测信号，执行推断转子222的旋转位置即旋转方向的相位的处理。

另外，在控制基板229安装有霍尔IC239。霍尔IC239与传感器磁铁238非接触地面对面而被固定。霍尔IC239根据随转子轴222a的旋转，传感器磁铁238的磁极的变化而进行开关动作，进而产生开关信号即接通/断开信号。此外，霍尔IC239能够沿转子轴222a的旋转方向设置多个例如三个。控制电路232根据霍尔IC239的开关信号，检测转子轴222a的转数以及旋转角度。另外，设置有检测输出轴226的旋转角度以及转数的输出轴传感器236。输出轴传感器236的检测信号向控制电路232输入。并且，在车辆210的室内，设置有雨刮开关237，以雨刮开关237的操作信号被输入至控制电路232的方式而被构成。并且，设置有车速传感器240，车速传感器240的信号被输入至控制电路232。车速传感器240是检测车辆210的行驶速度的传感器。

说明本实施方式中的无刷电动机219的控制。控制电路232根据感应电压检测部235的检测信号，推断转子轴222a的旋转方向以及旋转位置即旋转方向的角度，进而执行基于转子轴222a的旋转位置的通电控制。也就是说，通过在电角度上每规定的角度按顺序接通/断开各相的正极端开关元件，并在电角度上每规定的角度按顺序接通/断开与正极端开关元件不同的相的负极端开关元件，从而切换对各相的电枢线圈221a、221b、221c的通电而使相电流换相。如果上述的控制被反复，则由定子221形成旋转磁场，转子轴222a旋转。

另外，本实施方式中的无刷电动机219通过对开关元件230a的接通以及断开进行切换控制而使对电枢线圈221a、221b、221c的通电的方向反转，从而能够使转子轴222a正转、停止、反转。雨刮臂214、216利用转子轴222a的动力而在规定角度的范围内往复动作，进而挡风玻璃211由刮水片217、218擦拭。

并且，本实施方式中的无刷电动机219当控制转子轴222a的转数时，能够执行磁场削弱控制。磁场削弱控制就是使通过将电流供给至电枢线圈221a、221b、221c而形成的磁场尽可能地减弱的控制。如果要具体地说明磁场削弱控制，则是使向电枢线圈221a、221b、221c的通电定时比通常的通电定时超前30°电角度即相位提前的控制。如果执行磁场削弱控制，则在电枢线圈221a、221b、221c上产生的反电动势减少，转子轴222a的转数就上升。

并且，本实施方式中的无刷电动机219当控制转子轴222a的输出即转数以及转矩时，能够切换第一控制以及第二控制。作为切换第一控制以及第二控制的条件，能够列举出例如车辆210的行驶速度。在控制电路232中，预先存储有成为切换第一控制以及第二控制的阈值的基准车速。并且，如果通过车速传感器240的信号而被检测的实际车速为基准车速以下，则执行第一控制。如果通过车速传感器240的信号而被检测的实际车速超过基准车速，则执行第二控制。

通过图17来说明第一控制以及第二控制的示例。图17所示的0°～360°的角度是表示电信号在1周期内的通电期间的电角度。正表示从正极进行的通电，负表示从负极进行的通电。图17(A)是第一控制的一例。在U相中，将0°作为基准位置，在30°上从正极开始通电，在电角度120°的范围内维持了通电之后，从正极进行的通电结束。另外，在从正极进行的通电结束之后空开规定的电角度，从负极进行的通电再开始，在电角度120°的范围内维持了通电之后通电结束。

另一方面，在V相中，自U相中的从正极进行的通电结束的时点，开始从正极进行的通电，在电角度120°的范围内维持了通电之后，通电结束。另外，在V相中，自U相中的从负极进行的通电结束的时点，开始从负极进行的通电，在电角度120°的范围内维持了从负极进行的通电之后，从负极进行的通电结束。并且，在W相中，自V相的从正极进行的通电结束的时点，开始从正极进行的通电，在电角度120°的范围内维持了从正极进行的通电之后，从正极进行的通电结束。另外，在W相中，自V相中的从负极进行的通电结束的时点，开始从负极进行的通电，在电角度120°的范围内维持了从负极进行的通电之后，从负极进行的通电结束。这样，在第一控制中，从正极进行的通电以及从负极进行的通电所维持的范围即电角度都为120°。

接着，根据显示第二控制的一例的图17(B)而进行说明。在U相中，在0°上开始从正极进行的通电，从正极进行的通电在电角度120°+α的范围内维持了之后，从正极进行的通电结束。并且，在从正极进行的通电结束之后，从负极进行的通电开始，从负极进行的通电在电角度120°+α的范围内维持了之后，从负极进行的通电结束。

在V相中，在U相中的从正极通电的期间，从正极进行的通电开始。另外，从正极进行的通电在电角度120°+α的范围内维持了之后，从正极进行的通电结束。并且，在从正极进行的通电结束之后且U相中的从负极进行的通电被维持着的时点，从负极进行的通电已经开始。从负极进行的通电在电角度120°+α的范围内维持了之后，从负极进行的通电结束。

在W相中，在U相中的从负极通电且V相中的从正极通电的期间，从正极进行的通电开始。另外，从正极进行的通电在电角度120°+α的范围内维持了之后，从正极进行的通电结束。并且，在从正极进行的通电结束之后且U相中的从正极进行的通电被维持且V相中的从负极进行的通电被维持着的期间，从负极进行的通电已经开始。从负极进行的通电在电角度120°+α的范围内维持了之后，从负极进行的通电结束。在图17(B)中，在U相与V相、V相与W相、W相与V相中，正极的通电中的各个重叠的部分成为α的范围，对于负极的通电，也是同样的。

并且，再根据图17(C)而说明第二控制的另外的示例。在U相中，从超过0°且小于30°的电角度开始从正极进行的通电，从正极进行的通电在电角度120°+α的范围内维持了之后，从正极进行的通电结束。此外，U相的负极上的通电控制、V相的正极以及负极上的通电控制、W相的正极以及负极上的通电控制与图17(B)相同。另外，通电角120°+α是指通电角为超过120°的值。在本实施方式中，在120°以上且180°以下的范围内控制无刷电动机219的通电角。

这样，第二控制中的通电角比第一控制中的通电角宽。即，第一控制与第二控制的通电角互不相同。在图17(C)中，在U相与V相、V相与W相、W相与V相中，正极的通电中的各个重叠的部分成为α的范围，至于负极的通电，也是同样的。

而且，通过与第一控制或第二控制一并执行上述的占空比的控制，控制转子轴222a的转数。图18是示出无刷电动机219的特性的线图，无刷电动机219的单体特性由实线示出。而且，通过控制无刷电动机219的通电角，从而能够将表观上的特性变为由一点划线所示的位置。单体特性就是车辆210的实际车速为基准车速以下时的目标输出，即，满足低速用特性的特性。表观上的特性就是车辆210的实际车速超过了基准车速时的目标输出，即，满足高速用特性的特性。用转子轴222a的转数以及转矩表示目标输出。决定目标输出的条件包括：雨刮开关237的操作信号、车辆210的行驶速度、雨刮臂214，216的动作位置等。

在本实施方式的无刷电动机219中，在目标输出为单体特性以下的特性的情况下，通过执行第一控制且控制占空比而使转子轴222a的转数下降，从而能够获得低速用特性。与此相反，在目标输出为超过单体特性的特性的情况下，通过执行第二控制而使转子轴222a的转数上升且控制占空比，从而能够获得高速用特性。因此，无刷电动机219在设计上能够以单体特性为基准而决定定格，能够使无刷电动机219的体格尽可能地变小。通过不改变无刷电动机219的电流值而使通电角变宽，从而使转子轴222a的转数上升、进而能够使转矩上升这一点就意味着转矩常数相对地变大。换而言之，本实施方式的无刷电动机219能够以更少的能耗而产生尽可能高的转矩，电动机效率提高。并且，如果假设无刷电动机219的输出为恒定，则能够将消耗电力设定得较低。

另外，能够使无刷电动机219的定格尽可能地变小这一点意味着使电枢线圈221a、221b、221c的粗度尽可能地变细。其结果，被缠绕于定子221上的电枢线圈221a、221b、221c的匝数增加，作为无刷电动机219的电阻相对地增大。因此，例如在驱动装置233发生了故障时，能够使流动到开关元件230a的电流即允许电流相对地变小。开关元件230a中的允许电流相对地变小这一点有助于驱动装置233的小型化。因此，有助于无刷电动机219的小型化，具有在将无刷电动机219配置于车辆210的发动机舱内时布局性提高的优点。

在这里，根据图19而说明无刷电动机219的特性与通电角的关系的一例。无刷电动机219的特性用转数以及转矩表示。在图19中，示出了120°、135°、150°、165°作为通电角。如图19所示，无刷电动机219具有如果假设转矩相同、则通电角越大、转数就越变高的特性。

接着，依次说明执行第一控制以及第二控制的条件的其他示例。例如，如图20所示，也能够根据由霍尔IC239的检测信号求出的转子轴222a的运转角执行第一控制以及第二控制。在图20中，在纵轴上示出转子轴222a的转数，在横轴上示出运转角。转子轴222a的转数由实线表示。运转角包括对应于雨刮臂214、216的动作位置的转子轴222a的运转角。

具体来说，转子轴222a的运转角就是图13所示的雨刮臂214、216从最接近于无刷电动机219的初始位置即规定位置进行了动作时的旋转角度。转子轴222a的运转角的最大值对应于雨刮臂214、216反转的位置。也就是说，雨刮臂214、216的动作位置越远离于无刷电动机219，转子轴222a的运转角就越变大。在此，如果雨刮臂214、216从初始位置开始动作，则随着转子轴222a的运转角的增加转数上升，在从运转角θ1至运转角θ2之间，转子轴222a的转数变得几乎恒定。并且，在从运转角θ2成为最大值的期间，转子轴222a的转数逐渐地下降。

与此相反，在雨刮臂214、216反转时，从最大值到运转角θ的期间，转子轴222a的转数上升。另外，在从运转角θ2到运转角θ1的期间，转子轴222a的转数变得几乎恒定。并且，在从运转角θ1成为初始位置的期间，转子轴222a的转数逐渐地下降。于是，第一控制能够以运转角θ1执行，第二控制能够以运转角θ2执行。在这里，运转角θ2比运转角θ1大。此外，当根据雨刮臂214、216的动作角度而执行第一控制以及第二控制时，也可以根据输出轴传感器236的检测信号而求出雨刮臂214、216的动作角度。

另外，根据图21说明执行第一控制以及第二控制的条件的其他示例。在这里，能够根据由霍尔IC239的检测信号求出的转子轴222a的转数，执行第一控制以及第二控制。在图21中，在纵轴上示出转数，横轴上示出时间。转数由实线示出。图21所示的时间是指雨刮臂214、216从初始位置动作而直至到达反转位置为止的经过时间。而且，如果转子轴222a的实际转数为转数N1则执行第一控制，如果转子轴222a的实际转数为转数N2则执行第二控制。在此，转数N2比转数N1高。

作为图21所示的转数，也能够使用输出轴226的转数。即，能够由输出轴传感器236的信号求出输出轴226的转数，执行第一控制以及第二控制。如果执行该控制，则会根据雨刮臂214、216的动作速度，切换第一控制和第二控制。

并且，如果转子轴222a从对应于雨刮臂214、216的初始位置的位置开始旋转，则随着时间的经过，转子轴222a的转数上升。其后，转子轴222a的转数在规定时间的期间被维持为恒定，转子轴222a的转数逐渐地下降。在雨刮臂214、216从反转位置返回时，就成为与上述相反的转数的变化特性。

另外，根据图22说明执行第一控制以及第二控制的条件的其他示例。在这里，根据由霍尔IC239检测到的转子轴222a的转数，执行第一控制以及第二控制。在图22中，在纵轴上示出转子轴222a的转数，在横轴上示出时间。图22所示的时间的意义与图21所示的时间的意义相同。而且，在从雨刮臂214、216自初始位置开始了动作的时点开始经过了规定时间的时刻t1执行第一控制。并且，在从时刻t1再经过了规定时间的时刻t2执行第二控制。此外，作为图22的转数，也可以使用由输出轴传感器236检测到的输出轴226的转数。也就是说，能够根据雨刮臂214、216的动作速度，切换第一控制和第二控制。

另外，根据图23说明执行第一控制以及第二控制的条件的其他示例。图23(A)示出对应于高速擦拭的第二控制，图23(B)示出对应于低速擦拭的第一控制。在此，在图23(A)、(B)上，示出了在任意车速下，如果运转角θ变化，则都变更超前角以及通电角的控制。另外，超前角、通电角相对于运转角θ的变化量的变化量既可以在所有的车速中都相同，也可以每种车速就改变。

接着，根据图24说明用于无刷电动机219的转子222的结构例。无刷电动机219的转子222的结构具有IPM(Interior Permanent Magnet：内置式永磁)结构和SPM(Surface Permanent Magnet：表贴式永磁)结构。如图24(A)，IPM结构是在转子芯222d的内部嵌入有永久磁铁222b的转子222的结构。如图24(B)，SPM结构是在转子芯222d的表面固定永久磁铁222b的转子222的结构。也就是说，IPM结构的转子222在转子222的表面配置由铁系的磁性材料成形的转子芯222d。与此相对，SPM结构的转子222在转子222的表面配置永久磁铁222b。而且，铁系的磁性材料的导磁率相对于空气以10³级别大，而永久磁铁的导磁率接近于空气的值。因此，SPM结构的转子222与IPM结构的转子222相比，电感变小。

在本实施方式的无刷电动机219的控制中，由于将通电角比一般的120°扩大，因而各相的无通电区间变窄。因此，为了使电流的切换变快，想要使由电感引起的开关元件断开时的电流的延迟区间变小。因此，作为转子222的结构，SPM结构比IPM结构优选。

另外，即使转子222是SPM结构，如果使用铁氧体磁铁作为永久磁铁222b，则所形成的磁路的轴长也会变大。一般来说，电枢线圈中的电感与磁路的轴长成正比，因而如果使用铁氧体磁铁作为永久磁铁222b，则电枢线圈221a、221b、221c中的电感就会变大。与此相对，如果是作为永久磁铁222b而使用了稀土类烧结磁铁的SPM结构的转子222，则所形成的磁路的轴长就变小，并且能够减小电枢线圈中的电感。然而，由于在稀土类烧结磁铁中含有昂贵的重稀土类元素(Dy、Tb)，因而无刷电动机219就会变为昂贵的电动机。

因此，优选，作为永久磁铁222b，使用能够使所形成的磁路的轴长变小且不含有重稀土类元素的稀土类粘结磁体的环形磁铁，成为SPM结构的转子222。在此，稀土类粘结磁体包括钕铁硼粘结、SmFeN粘结。另外，钕铁硼粘结、SmFeN粘结二者都包括各向同性、各向异性。

接着，对安装于转子上的永久磁铁的个数、即极数、以及缠绕电枢线圈的定子的槽数进行说明。如果用极数∶槽数来表示极数与槽数之比，则大致分类有2n∶3n、4n∶3n、8n∶9n、10n∶9n、10n∶12n、14n∶12n的关系。在此，n为1以上的整数。8n∶9n、10n∶9n、10n∶12n、14n∶12n的结构由于在相同的相中的电枢线圈与永久磁铁的位置关系不同，因而通过向通电定时赋予超前角或者扩大通电角，通电的相位相对于基础的值就会更加提前。因此，永久磁铁就变得易于退磁。

图25是示出对应于六极九槽的转子以及定子的一例的示意图，图26是示出对应于八极九槽的转子以及定子的一例的示意图。也就是说，图25是上述2n∶3n且n为3的情况下的例子。在图25、26中，V表示V相，U表示U相，W表示W相。另外，各相中的“－”的符号表示电枢线圈反向缠绕。另外，图26是上述8n∶9n且n为1的情况下的例子。在图25中，在圆周方向上，相同相的电枢线圈U1、U2、U3与永久磁铁222b的位置关系相等。因此，如果将通电定时的超前角设定值设为电角度θ1，则各电枢线圈的超前角可以用U1∶θ1＝U2∶θ1＝U3∶θ1表示。

另一方面，在图26中，在圆周方向上，相同相的电枢线圈U1、U2、U3与永久磁铁222b的位置关系不同。因此，如果将通电定时的超前角设定值设为电角度θ1，则各电枢线圈的超前角可以用U1∶θ1－20°＝U2∶θ1＝U3∶θ1+20°表示。此外，转子222的旋转方向规定为从蜗轮225侧的轴端来看顺时针方向即CW。这样，与U3对置的永久磁铁222b由于超前角大因而变得易于退磁。

因此，为了执行第一控制以及第二控制，最好是具有相同相的电枢线圈与永久磁铁的位置关系相等的2n∶3n或4n∶3n的结构的无刷电动机。并且，如果永久磁铁的个数变多，则电角度对机械上的旋转角的影响就变大，即，电流的延迟的影响变大。因此，如果是相同的槽数，则优选将永久磁铁的数量形成得少的2n∶3n的结构。此外，驱动装置233与定子221为一体结构也可以，为分离结构也可以。然而，为了能够使从驱动装置233向电枢线圈的配线变短，进而配线电阻变小，最好是驱动装置233与定子221为一体结构。

并且，如果控制无刷电动机219的占空比，则占空比越高，对于作为电动机特性的一例的电动机效率而言，包括驱动装置233在内的电动机效率就越变高。这是由于，占空比越变低，由驱动装置233产生的损耗就越变大。在图27示出占空比与电动机特性的关系的一例。在图27中，在纵轴上示出转子轴的转数、电动机效率，横轴上示出转子轴的转矩。另外，在图27中，Duty表示占空比。此外，在图27中，实线表示转矩与转数的关系，虚线表示转矩与效率的关系。

在本实施方式的无刷电动机219中，能够使用雨刮开关237的操作作为切换第一控制和第二控制的条件。在降雨量或降雪量少时，驾驶员通过操作雨刮开关237能够选择以预先确定的低速使雨刮臂214、216动作的低速擦拭模式。

与此相反，在降雨量或降雪量多时，驾驶员通过操作雨刮开关237能够选择以比上述低速高的速度使雨刮臂214、216动作的高速擦拭模式。驾驶员就是凭自己的主观判断降雨量或降雪量的多、少，并非具有区别降雨量或降雪量多、少的客观基准。将通过雨刮开关237而能够进行高速擦拭模式与低速擦拭模式的切换作为前提，在低速擦拭模式被选择了的情况下，可以执行第一控制，在高速擦拭模式被选择了的情况下，可以执行第二控制。

并且，本实施方式的无刷电动机219由于未设置有电刷、换向器(整流子)等，因而也不会产生由电刷与换向器的滑动所引起的摩擦扭矩，能够防止电动机的效率下降、电刷的温度上升，能够避免电动机输出受到限制。并且，本实施方式的无刷电动机219能够防止起因于具有电刷的噪音的产生、运转音的产生，能够确保肃静性。此外，在上述的实施方式中，虽然说明了根据转子轴222a的转数、转矩、运转角而切换第一控制和第二控制，但由于转子轴222a是构成转子222的一部分的要素，因而即使将在上述实施方式中所述的转子轴222a替换为转子222，技术上的意义也是相同的。

本发明并非限于上述的实施方式，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变更，这一点不言自明。例如，雨刮装置包括无刷电动机的转子轴只沿一个方向旋转、雨刮臂以枢轴为中心而摇动的结构。并且，雨刮开关不限于通过驾驶员的操作而被操作，也可以是具有检测降雨量、降雪量等的功能的检测开关。如果如此地构成，则根据降雨量、降雪量等，转数控制部就执行使雨刮装置自动地启动且自动地切换低速模式、高速模式的控制。在这种情况下，在转数控制部中，预先存储有成为切换低速模式、高速模式的基准的降雨量、降雪量等的数据。

并且，检测车辆的行驶速度的车速传感器也可以不直接检测车辆的行驶速度而通过阻力或擦拭面的状态等从雨刮片传递至雨刮装置的信息或间接地传递至无刷电动机的信息来检测。在此，所谓阻力，就是由于行驶风，刮水片所受到的阻力或擦拭擦拭面时的阻力，雨刮装置从刮水片经由输出轴而检测阻力或擦拭面的状态等。另外，被间接地传递至无刷电动机的信息是用于将通过阻力或擦拭面的状态等得到的信息作为车辆的行驶速度而识别的信息，另外，该信息可以通过由驱动装置以作为车辆的行驶速度而被检测的方式变换而检测。并且，电枢线圈的数量、永久磁铁的个数能够任意地变更。

另外，本发明的雨刮装置包括刮水片擦拭后窗玻璃的装置。即，本发明的雨刮装置中的车窗玻璃包括挡风玻璃和后窗玻璃。另外，本发明的雨刮装置包括与蜗轮同轴地设置的输出轴兼作枢轴的结构。并且，本发明的雨刮装置包括通过各自分开的无刷电动机单独驱动两个雨刮臂的结构。

并且，本发明的无刷电动机包括在定子的内侧配置有转子的内转子型的无刷电动机或者在定子的外侧配置有转子的外转子型的无刷电动机。并且，本实施方式的无刷电动机除了包括使雨刮装置动作的雨刮电动机以外，还包括在车辆上所设置的舒适便利系装置诸如电动滑门装置、天窗装置、电动车窗装置等中，为了使门、顶棚、玻璃等动作部件动作而被设置的无刷电动机。

工业适用性

无刷电动机被用作为搭载于汽车等车辆上的雨刮装置等的驱动源，通过使无刷电动机旋转驱动，从而刮水片在玻璃面上往复擦拭动作，由此，驾驶员等的视野得以良好地保持。

Claims (6)

1.一种无刷电动机，具备：定子，具有被供给电流的电枢线圈；转子，在由所述电枢线圈形成的旋转磁场旋转且被连接于动作部件；以及开关元件，设置于向所述电枢线圈供给电流的路径上，所述无刷电动机其特征在于，

具有以所述转子的转数不同的至少两种控制模式控制所述转子的转数的转数控制部，

在选择了第一控制模式时，所述转数控制部以预定的通电定时向所述电枢线圈供给电流，且控制作为所述开关元件的接通比例的占空比而控制所述转子的转数，另一方面，在选择了所述第二控制模式时，所述转数控制部以比选择了所述第一控制模式时的通电定时超前的通电定时向所述电枢线圈供给电流，从而执行使由所述电枢线圈形成的旋转磁场比选择了所述第一控制模式时减弱的磁场削弱控制而控制所述转子的转数。

2.根据权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，具备设置于从所述转子到所述动作部件的动力的传递路径上的减速机构，所述减速机构具有使输出转数低于输入转数的结构。

3.根据权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，具备通过切换供给至所述电枢线圈的电流的方向而使所述转子正反旋转的旋转方向控制部。

4.根据权利要求2所述的无刷电动机，其特征在于，设置有具有所述转数控制部的控制基板，所述减速机构以及所述控制基板被容纳于共同的壳体内。

5.一种雨刮装置，具备作为擦拭车辆的玻璃的动作部件的雨刮臂，其特征在于，

所述雨刮臂与权利要求1至4中任一项所述的无刷电动机的所述转子连接。

6.根据权利要求5所述的雨刮装置，其特征在于，设置有：与所述转子一体旋转的传感器磁铁、和在所述转子旋转时根据所述传感器磁铁的磁极的变化而输出信号的转数传感器，

所述转数控制部在执行所述磁场削弱控制时，根据所述转数传感器的信号而检测所述转子的转数，并使向所述电枢线圈的通电定时超前30度电角度来控制所述转子的转数。