CN105850027A - 无刷电机及刮水器装置、电机装置及电机装置的控制方法 - Google Patents

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CN105850027A CN201480071145.9A CN201480071145A CN105850027A CN 105850027 A CN105850027 A CN 105850027A CN 201480071145 A CN201480071145 A CN 201480071145A CN 105850027 A CN105850027 A CN 105850027A
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田中裕人
小岛直希
古泽透
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Abstract

向线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2供给电流而转子27旋转的无刷电机18，具备执行切换第一通电控制和第二通电控制的驱动装置37，在第一通电控制中在第一定时开始向线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2通电且跨第一期间继续通电并控制转子27的旋转数，在第二通电控制中在与第一定时相比以电气角进角的第二定时开始向线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2通电且跨比第一期间长的第二期间继续通电，控制转子27的旋转数。

Description

无刷电机及刮水器装置、电机装置及电机装置的控制方法
技术领域
本发明涉及具备定子以及转子并能够控制转子的旋转数的无刷电机以及刮水器装置。
本发明涉及具备检测转子的旋转方向上的相位的检测传感器的电机装置以及电机装置的控制方法。
背景技术
专利文献1～3中记载了现有的电机的一例。专利文献1、2中记载的电机是带刷电机，具备固定于壳体的作为磁场的磁体(定子)和可旋转地设置在壳体内作为电枢的转子。另外，转子具有卷绕线圈的芯和连接线圈的整流子。并且，具有接触整流子的共用刷、低速运转用刷、高速运转用刷。
各刷在转子的旋转方向上被配置在不同的相位，在向这些刷供给电力的路径上分别设置有开关元件。然后，通过接通(ON)或断开(OFF)各开关元件，从而切换要供给电流的刷，低速或高速控制转子的旋转数。
专利文献3中记载的电机不具备刷，包括设置在壳体内作为电枢的定子(stator)和可旋转地设置在壳体内作为磁场的转子。定子具有定子芯以及卷绕于定子芯的线圈。线圈具有供给三相即U相、V相、W相的励磁电流的三根线圈，各线圈在转子的旋转方向上错开相位而配置。
并且，设置有分别连接于各线圈的开关元件。然后，通过交替切换各开关元件的接通/断开，并且控制作为接通的比例的占空比，从而向所有线圈错开定时(timing)地供给电流，控制转子的旋转数。
另一方面，专利文献4中记载了现有的电机装置的一例。专利文献4中记载的电机装置具备无刷电机、变换器(inverter)电路、控制电路以及速度控制运算部等。无刷电机具有安装了永久磁石以及传感器磁体的转子、和设置在转子的外周侧的定子。定子具有层叠钢板等的磁芯以及对应卷绕于磁芯的三相即U相、V相、W相三根线圈。
另外，变换器电路连接/遮断三根线圈与电源，变换器电路具备分别对应U相、V相、W相的正极用的开关元件以及负极用开关元件。并且，控制电路分别独立地打接通/断开闭这些开关元件。
进而，根据通过传感器磁体形成的磁场的强度，输出信号的检测传感器对应U相、V相、W相而设置三个。三个检测传感器以机械角120°的间隔配置在传感器磁体的外侧。此外，速度控制运算部输入从检测传感器输出的信号，且控制换流电路的开关元件的接通/断开。
专利文献4记载的电机装置控制多个开关元件的接通/断开，在规定的定时向三根线圈供给电流，通过三根线圈形成旋转磁场，转子旋转。另外，在速度控制运算部，根据从三个检测传感器中预订的一个检测传感器输出的信号，检测转子的旋转相位，并根据检测的旋转相位，控制多个开关元件的接通/断开定时。
因此，对于预订的一个检测传感器，即便其他两个检测传感器的安装位置存在误差，也能够在理想的通电定时向三根线圈通电，能够适当地控制转子的旋转数。
在先技术文献
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
专利文献4：日本特开2003-47277号公报
发明内容
在上述专利文献1～3中记载的那种电机中，不限定于带刷、无刷，根据控制条件，存在转子的扭矩脉动增加的问题。
本发明的目的在于提供能够抑制转子的扭矩脉动的无刷电机以及刮水器装置。
在上述专利文献4中记载的无刷电机中，很难说有效地活用了三个检测传感器的信号，还有改善的余地。
本发明的目的在于提供能够有效地利用检测转子的旋转相位的多个检测传感器的信号的电机装置以及电机控制方法。
本发明的无刷电机是向线圈供给电流而转子旋转的无刷电机，所述无刷电机具备控制部，所述控制部执行切换第一通电控制和第二通电控制，在所述第一通电控制中，在第一定时开始向所述线圈通电，且跨第一期间继续通电并控制所述转子的旋转数，在所述第二通电控制中，在与所述第一定时相比以电气角进角的第二定时，开始向所述线圈通电，且跨比所述第一期间长的第二期间继续通电，并控制所述转子的旋转数。
在本发明的无刷电机中，所述第二定时相对于所述第一定时以电气角被30°进角。
在本发明的无刷电机中，所述第一期间是电气角120°，所述第二期间是电气角135°以上且电气角165°以下。
在本发明的无刷电机中，所述转子具备：转子轴，在外周面安装有转子芯；以及4极的永久磁石，沿所述转子轴的圆周方向配置在所述转子芯的外周面，在所述转子的外侧设置有具备多个所述线圈的定子，多个所述线圈在所述转子轴的圆周方向上隔开间隔地设置有6槽。
本发明的刮水器装置具有：上述无刷电机；以及刮水臂，被传递所述无刷电机的转子的动力而动作，拂拭车辆的前玻璃。
所述刮水器装置设置有模式切换部，所述模式切换部切换选择以预定的速度使所述刮水臂动作的低速模式和以与所述低速模式相比的高速使所述刮水臂动作的高速模式，所述控制部在选择所述高速模式时，执行所述第二通电控制。
本发明的电机装置是向多个线圈供给电流而转子旋转的电机装置，其具有：多个开关元件，分别接通或者断开连接于多个所述线圈的电流供给路径；多个检测传感器，设置在所述转子的旋转方向上彼此不同的相位，且检测所述转子的旋转方向的相位，产生输出信号；信号修正部，将多个所述检测传感器中的任一个检测传感器的输出信号作为基准信号，修正其他检测传感器的输出信号；以及元件控制部，根据所述基准信号以及修正后的所述输出信号，分别接通或者断开多个所述开关元件。
在本发明的电机装置中，所述元件控制部执行切换第一通电控制和第二通电控制，在所述第一通电控制中，在第一定时开始向多个所述线圈通电，控制转子的输出，在所述第二通电控制中，从比所述第一定时仅进角规定的电气角的第二定时，向多个所述线圈通电，控制转子的输出。
在本发明的电机装置中，所述元件控制部执行第三通电控制，在所述第三通电控制中，跨比第二通电控制中所述线圈持续通电的时间长的时间，向所述线圈通电。
本发明的电机装置设置有安装多个开关元件、多个所述检测传感器、所述信号修正部和所述元件控制部的控制基板。
在本发明的电机装置中，所述转子具备：转子轴，在外周面安装有转子芯；以及4极的永久磁石，沿所述转子轴的圆周方向配置在所述转子芯的外周面，在所述转子的外侧设置有具备多个所述线圈的定子，多个所述线圈在所述转子轴的圆周方向隔开间隔地设置有6槽。
所述电机装置设置有将所述转子的扭矩传递到拂拭车辆的前玻璃的刮水臂的动力传递机构。
本发明的电机装置的控制方法包括第一步骤和第二步骤，在第一步骤中，控制上述转子的输出，将多个所述检测传感器中的任一个检测传感器的输出信号作为基准信号，修正其他检测传感器的输出信号，在第二步骤中，根据所述基准信号以及修正后的所述输出信号，分别接通或者断开多个所述开关元件。
发明效果
根据本发明的无刷电机以及刮水器装置，能够抑制转子的扭矩脉动。
根据本发明的电机装置以及电机装置的控制方法，根据一个检测传感器的信号，修正其他检测传感器的信号，由于能够以多个检测传感器检测转子的旋转相位，因此能够有效地利用多个检测传感器的信号。
附图说明
图1是示出将本发明的无刷电机适用于车辆的刮水器装置的例子的示意图。
图2是示出本发明的无刷电机的示意性俯视图。
图3是示出本发明的无刷电机的示意性侧面图。
图4是本发明的无刷电机的截面图。
图5是示出本发明的无刷电机的电枢的概念图。
图6是示出本发明的无刷电机的电枢的概念图。
图7是示出本发明的无刷电机的控制系统的框图。
图8的(A)～(C)是示出以本发明的无刷电机能够执行的第一通电控制～第三通电控制的一例的图。
图9是示出本发明的无刷电机的特性的图。
图10的(A)、(B)是示出本发明的无刷电机中扭矩和旋转数之间关系的线形图。
图11是示出本发明的无刷电机的扭矩脉动率的图。
图12是示出本发明的无刷电机的声压特性的图。
图13是示出本发明的无刷电机通电时的波形的图。
图14是示出本发明的无刷电机的声压特性的图。
图15是示出将本发明的电机装置用于车辆的刮水器装置的驱动的例子的示意图。
图16是示出本发明的电机装置的控制系统的框图。
图17是示出在本发明的电机装置执行的第一通电控制的驱动模式(pattern)的时间图。
图18是示出在本发明的电机装置执行的第一通电控制的驱动模式的时间图。
图19是示出在本发明的电机装置执行的第二通电控制的驱动模式的时间图。
图20是示出在本发明的电机装置执行的第三通电控制的驱动模式的时间图。
图21是示出本发明的电机装置的检测传感器的信号的波形的时间图。
图22是示出本发明的电机装置的检测传感器的信号的波形的时间图。
图23是示出本发明的电机装置的检测传感器的信号的波形的时间图。
图24是示出本发明的电机装置的检测传感器的信号的波形的时间图。
图25是示出以本发明的电机装置能够执行的控制例的流程图。
具体实施方式
下面，根据附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。
(实施方式1)
图1所示的车辆10具有前玻璃11。并且，车辆10具有擦拭前玻璃11的第一刮水器装置12以及第二刮水器装置13。第一刮水器装置12和第二刮水器装置13配置在车辆10的宽度方向上不同的位置。由于第一刮水器装置12和第二刮水器装置13为大致左右对称的构造，因此下面为了方便起见，说明第一刮水器装置12。第一刮水器装置12具有以支枢轴14为中心摆动的刮水器臂15和安装于刮水器臂15的刮水器板16。另外，第一刮水器装置12具有驱动刮水器臂15的作为驱动装置的电机装置17。电机装置17具备无刷电机18以及向支枢轴14传递无刷电机18的动力的减速机构19。
无刷电机18如图2～图4所示那样构成。本实施方式的无刷电机18具有有底圆筒形状的电机壳体20，在电机壳体20的内周设置有作为定子的电枢21。电枢21具有定子芯22以及卷绕于定子芯22的电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2。定子芯22层叠导电性的金属板而成，在定子芯22的内周在圆周方向隔开间隔设置多个，具体来说为6个T形件(ティース)23。电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2分别卷绕于6个T形件23。
电枢线圈V1、V2对应V相，电枢线圈U1、U2对应U相，电枢线圈W1、W2对应W相。并且，在图4中，沿电枢21的顺时针，按照电枢线圈U1、电枢线圈V1、电枢线圈W1、电枢线圈U2、电枢线圈V2、电枢线圈W2的顺序设置。在电枢线圈V1和V2、电枢线圈U1和U2、电枢线圈W1和W2，通电期间的相位彼此不同。
另外，如图5及图6所示，电枢线圈U1的端部Ua和电枢线圈W2的端部Ub通过端子24接线。并且，电枢线圈U2的端部Vb和电枢线圈V1的端部Va通过端子25接线。此外，电枢线圈W1的端部Wa和电枢线圈V2的端部Wb通过端子26接线。这样，作为6根电枢线圈的接线构造，无线电机18采用三角形接线。
另一方面，无刷电机18具有转子27，转子27设置在电枢21的内侧。无刷电机18是转子27配置在作为定子的电枢21的内侧的内齿轮形的构造。转子27具有转子轴28以及在转子轴28的外周经由转子芯30固定的4极的永久磁石29N、29S。2个永久磁石29N的极性为N极，2个永久磁石29S的极性为S极，永久磁石29N和永久磁石29S沿转子轴28的圆周方向交替地配置。无刷电机18是永久磁石的个数为4极，电枢线圈数为6根、4极6槽构造。
这样，无刷电机18是SPM(Surface Permanent Magnet：表面永久磁体)构造。SPM构造在转子芯30的外周面固定了永久磁石29N、29S而成。转子芯30由铁类的磁性材料成形。并且，转子轴28通过多个轴承49可旋转地被支承。
另一方面，电机装置17具备容纳减速机构19的齿轮壳体31，齿轮壳体31和电机壳体20通过未图示紧固部件固定。转子轴28的长度方向的一部分配置在电机壳体20的内部，其余的部分配置在齿轮壳体31内。转子轴28的配置在齿轮壳体31内的部分的外周形成有蜗杆32。齿轮壳体31内设置有蜗轮33。在该蜗轮33的外周形成有齿轮33a，齿轮33a和蜗杆32啮合。
支枢轴14和蜗轮33同心状配置，支枢轴14和蜗轮33一体地旋转。蜗杆32以及齿轮33a是本实施方式的减速机构19。该减速机构19是当转子27的动力传递到支枢轴14时，使支枢轴14的旋转数(输出旋转数)低于转子27的旋转数(输入旋转数)的机构。本实施方式的旋转数是每单位时间的旋转数，与旋转速度同义。
并且，在图3中，在齿轮壳体31的上部设置有未图示的轴孔。支枢轴14的固定蜗轮33的端部的相反侧的端部经由齿轮壳体31的轴孔露出至外部。刮水器臂15连接支枢轴14的露出至齿轮壳体31的外部的部分。
另一方面，在转子轴28的配置在齿轮壳体31内的各处，安装有传感器磁体34。传感器磁体34和转子轴28一体地旋转。传感器磁体34为圆筒形状，传感器磁体34沿转子轴28的圆周方向与N极和S极交替并列地被着磁。
在齿轮壳体31的与轴孔相反侧的部分设置有开口部。该开口部为了使蜗轮33、支枢轴14等插入齿轮壳体31的内部而形成。然后，设置堵塞开口部的下盖35。下盖35具有托盘形状，在通过该下盖35和齿轮壳体31围成的空间设置有控制基板36。
如图7所示，在该控制基板36设置有控制无刷电机18的驱动装置37。驱动装置37具有控制对6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2通电的变换器电路38。变换器电路38连接于端子24、25、26。另外，在下盖35设置有连接器39，通过使连接于外部电源40的电源电缆连接于连接器39，从而外部电源40和变换器电路38被连接。外部电源40包括搭载于车辆10的电池或电容器等。
另外，变换器电路38具备将外部电源40和6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2分别连接或者遮断的多个开关元件38a。多个开关元件38a例如通过FET等半导体元件构成。更具体来说，包括对应U相、V相、W相与外部电源40的正极连接的三个正极侧的开关元件、以及对应U相、V相、W相与外部电源40的负极侧连接的三个负极侧的开关元件。多个开关元件38a合计设置有6个。
如果连接(接通)开关元件38a，则从外部电源40向电枢线圈供给电流。与此相对，如果遮断(断开)开关元件38a，则从外部电源40向电枢线圈不供给电流。并且，在变换器电路38连接有切换多个开关元件38a的接通以及断开的控制电路(控制器)50。
该控制电路50是具备CPU、RAM、ROM等已知的微型计算机。另外，驱动装置37具有PWM信号产生电路51，PWM信号产生电路51的信号被输入到控制电路50。该控制电路50输出控制三个负极侧开关元件的驱动信号，在该驱动信号重叠PWM信号。即，三个负极侧开关元件通过PWM控制驱动，在各通电期间断续地接通。然后，通过控制三个负极侧开关元件分别接通的比例，即控制占空比，从而控制供给到6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2的电流值。换言之，对于能够通电的整个期间，能够在0％～100％之间增减向6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2给电的通电期间。并且，控制电路50存储用于控制无刷电机18的转子27的旋转数的数据、程序等。
此外，本实施方式的无刷电机18控制切换开关元件38a的接通以及断开，通过反转对6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2通电的方向，能够使转子27正反旋转。如果接通开关元件38a，则分别连接外部电源40和电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2，如果断开开关元件38a，则分别遮断外部电源40和电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2。
控制基板36对于支枢轴14的第一轴线A1沿着垂直的平面方向配置。第一轴线A1是支枢轴14旋转时的中心。在控制基板36安装有3个检测传感器41、42、43。3个检测传感器41、42、43都是孔IC，3个检测传感器41、42、43与传感器磁体34以非接触的方式固定于控制基板36。如控制基板36的俯视观察中图2所示，3个检测传感器41、42、43在转子轴28的和第二轴线B1交差的方向并列。第二轴线B1是转子轴28旋转时的中心。
在沿着第二轴线B1的方向，3个检测传感器41、42、43的配置范围和传感器磁体34的配置范围至少在一部分重叠。并且，如图3所示，如果假定控制基板36水平配置，则一个检测传感器42配置在第二轴线B1的正下方。3个检测传感器41、42、43等间隔配置在与第二轴线B1交差的方向。另外，检测传感器42配置在检测传感器41和检测传感器43之间。
3个检测传感器41、42、43如果转子27旋转且传感器磁体34的磁极移动则开关动作，3个检测传感器41、42、43分别产生独立的开关信号(接通/断开信号)。控制电路50根据3个检测传感器41、42、43的开关信号，能够检测转子27的旋转角度以及旋转数。并且，在车辆10的室内设置刮水器开关44，驾驶员如果操作刮水器开关44选择低速模式或高速模式，则刮水器开关44的操作信号被输入到控制电路50。此外，设置检测车辆10的行驶速度的车速传感器45，车速传感器45的检测信号输入至控制电路50。
在控制电路50预先存储根据刮水器开关44的操作信号、车速传感器45的检测信号、刮水器臂15的动作负荷等各种条件，控制接通/断开变换器电路38的开关元件38a的定时、接通开关元件38a的持续时间等的数据、运算式等。具体来说，刮水器臂15的动作负荷能够从检测传感器41、42、43的信号推断。
例如，选择高速模式，求得高速模式中应达到刮水器臂15的目标拂拭速度的转子27的目标旋转数，进行通电控制，以使转子27的实旋转数成为目标旋转数。在此，当转子27的实旋转数没有成为目标旋转数的情况下，能够推断通过雪等刮水器臂15动作阻力，即刮水器臂15的动作负荷增加。
另外，如果车速不同，则由于刮水器臂15受到的风压变化，因此刮水器臂15的动作负荷不同。另外，如果前玻璃11的倾斜角度不同，则由于刮水器臂15受到的风压变化，刮水器臂15的动作负荷不同。前玻璃11的倾斜角度用对于水平面前玻璃11的锐角侧的倾斜角度表示。并且，如果刮水器板16的长度不同，则刮水器臂15的动作负荷不同。
此外，在齿轮壳体31设置多个例如3处安装部46，在安装部46分别设置有轴孔。另外，在安装部46的轴孔分别安装有缓冲材料47。缓冲材料47是环状成形的合成橡胶，螺丝部件被插入缓冲材料47的孔47a，电机装置17被安装于车体48。
接着，分别说明在第一刮水器装置12以及第二刮水器装置13中通过无刷电机18能够执行的控制例。通过刮水器开关44的操作信号、或者刮水器开关44的操作信号之外的条件，控制多个开关元件38a的接通/断开。另外，控制电路50根据3个检测传感器41、42、43的检测信号，推断转子27的旋转位置，即推断旋转方向的角度，进行基于转子27的旋转位置的通电控制。换言之以电气角，即通电角逐个规定的角度地依次接通各相的正极侧开关元件，同时以规定的通电角依次接通与正极侧开关元件不同相的负极侧开关元件，对于电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2切换通电状态，使相电流转流。
反复上述控制，通过电枢21形成旋转磁场，转子27旋转。无刷电机18控制切换开关元件38a的接通以及断开，通过使对电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2通电的方向反转，从而能够使转子27正转/停止/反转。转子27的动力如果经由减速机构19传递到支枢轴14，则刮水器臂15在规定角度的范围内往复动作，通过刮水器板16拂拭前玻璃11。
另外，无刷电机18具有伴随电流值升高转子27的旋转数上升的特性。并且，无刷电机18具有伴随转子27的旋转数上升，转子27的扭矩降低的特性。
此外，本实施方式的无刷电机18控制转子27的输出，即控制旋转数以及扭矩时，能够执行切换第一通电控制、弱磁场控制、第二通电控制。第一通电控制、弱磁场控制、第二通电控制通过刮水器开关44的检测信号、车速传感器45的检测信号、刮水器臂15的负荷等各种条件切换。尤其，弱磁场控制与第一通电控制相比，在要求使转子27的旋转数上升的情况下执行。与此相对，第二通电控制与第一通电控制相比，在要求使转子27的扭矩上升的情况下执行。
通过图8说明第一通电控制、弱磁场控制、第二通电控制。图8示出的0°～360°的角度是电气信号的1周期内表示通电期间的通电角。正表示从正极向电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2通电，负表示从负极向电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2通电。图8示出的通电控制例示出对规定的1根电枢线圈的通电状态。
图8的(A)示出第一通电控制。第一通电控制在以通电角0°为基准通电角30°的位置，对于规定的电枢线圈从正极开始通电，在通电角120°的范围维持通电后结束从正极的通电。并且，第一通电控制从正极的通电结束开始，空出通电角60°的范围，从负极对于规定的电枢线圈开始通电，在通电角120°的范围维持通电后结束通电。
图8的(B)示出弱磁场控制。对于规定的电枢线圈，以通电角0°为基准在通电角15°的位置开始从正极通电，在通电角120°的范围维持从正极的通电后，结束从正极的通电。另外，结束从正极的通电开始空出通电角60°的范围，开始从负极的通电，在以通电角120°的范围维持从负极的通电后，结束从负极的通电。这样，在图8的(B)中开始从正极的通电的通电角15°的位置是比图8的(A)示出的通电角30°的位置早的定时。通电角15°的位置对于通电角30°的位置，进角通电角15°。
根据图8的(C)说明第二通电控制。对于规定的电枢线圈，以通电角0°为基准在通电角15°的位置开始从正极通电，在通电角120°+α的范围维持从正极的通电后，在通电角165°的位置结束从正极的通电。另外，结束从正极的通电后，以通电角195°开始从负极的通电，在以通电角120°+α的范围维持从负极的通电后，结束从负极的通电。这样，第二通电控制的通电开始定时比第一通电控制的通电开始定时早通电角15°的范围，且在第二通电控制中连续通电的通电角120°+α的范围比在第一通电控制中连续通电的通电角120°的范围广。在此，通电角120°的范围是本发明的第一期间，通电角120°+α的范围是本发明的第二期间。
例如，选择低速模式时，执行第一通电控制。第一通电控制不进行弱磁场控制，而通过进行占空比的控制，从而转子27的实旋转数接近要求的目标旋转数。并且，在进行第一通电控制的情况下，向电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的通电开始定时是预定的固定值，即通电角30°的位置。
例如，选择高速模式时，执行弱磁场控制或第二通电控制。弱磁场控制不改变供给到电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的电流值而执行。弱磁场控制是通过向电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2供给电流，尽可能减弱电枢21形成的磁场的控制。如果进行该弱磁场控制，则减少电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2产生的反电动势，转子27的旋转数上升。此外，第二通电控制除弱磁场控制之外，使通电期间长于第一通电控制以及第二通电控制。
图9是示出无刷电机18的特性的线形图。在图9中，纵轴示出无刷电机18的旋转数，横轴示出无刷电机18的扭矩。并且，在图9中示出低速模式用特性的一例、以及高速模式特性的一例。
本实施方式的无刷电机18设定该额定时，例如在实线示出的位置存在单体特性，以便于能够得到图9的低速模式特性对应的旋转数以及扭矩。因此，如果选择低速模式，通过执行第一通电控制，从而在单体特性以下的范围内，能够得到要求的旋转数以及扭矩。
单体特性是车辆10的实际车速在基准车速以下时满足目标输出，即低速模式的特性。表现上的特性是车辆10的实际车速超过了基准车速时目标输出，即满足高速模式用特性的特性。目标输出以转子27的旋转数以及扭矩表示。决定目标输出的条件包括刮水器开关44的检测信号、车速传感器45的检测信号、刮水器臂15的负荷等各种条件。
与此相对，例如选择高速模式且对于转子27要求的扭矩以及旋转数超过单体特性时，控制电路50通过执行弱磁场控制或第二通电控制，从而能够得到超过单体特性的旋转数以及扭矩。由此，无刷电机18的特性，表现上，在和图9中点划线示出的位置的特性相同。
即，无刷电机18在设计上，能够以低速模式为基准决定额定，能够使无刷电机18的体积尽可能小。并且，不改变电流值使无刷电机18的旋转数上升、能够使扭矩上升是表示扭矩定数相对变大。换言之，本实施方式的无刷电机18能够以更少的耗电产生高扭矩，提高电机效率。
根据图10的特性线形图说明进行了弱磁场控制或第二通电控制的情况下的无刷电机18的特性。在图10的特性线形图中，横轴表示扭矩，纵轴表示旋转数。图10的(A)的特性线形图是执行第二通电控制的情况下的无刷电机18的特性。实线是进角30°的特性，虚线是进角45°的特性，点划线是进角60°的特性。上述进角30°、进角45°、进角60°表示：与第一通电控制中开始向电枢线圈通电的定时的通电角30°的位置相比，更早进角30°、进角45°、进角60°的定时开始向电枢线圈通电。
电枢线圈的通电期间与进角无关，跨通电角120°的范围连续。根据图10的(A)可知，即便转子的扭矩相同，进角变得越大，转子的旋转数相对变高。另外，3个特性伴随转子的扭矩上升，旋转数降低。并且，伴随转子的扭矩上升，3个特性的转子的旋转数差变小。
根据图10的(B)说明进行了第二通电控制的情况下无刷电机18的特性。实线是进角30°且通电角120°的特性，虚线是进角37.5°且通电角135°的特性，点划线是进角45°且通电角150°的特性，双点划线是进角52.5°且通电角165°的特性。图10的(B)示出的无刷电机18的基本特性，和图10的(A)示出的无刷电机18的基本特性相同。高扭矩区域的旋转数之差，与图10的(A)示出的无刷电机18的特性相比，图10的(B)示出的无刷电机18的特性大。
图11是示出进角、通电角和扭矩脉动率的关系的图表。横轴示出通电角。扭矩脉动是转子的扭矩变化即脉动。扭矩脉动率是扭矩的脉动幅度相对于扭矩的平均的比例。在此，关于进角0°、进角15°进角30°分别示出转子的扭矩脉动率。进角0°相当于本发明的第一定时，进角15°、进角30°相当于本发明的第二定时。即，进角15°表示对于进角0°通电的开始定时提早通电角15°，进角30°表示对于进角0°通电的开始定时提早通电角30°。
从图11的图表可知，如果通电角一定，则进角越大，扭矩脉动率变小。与此相对，可知如果进角一定，则通电角越大，扭矩脉动率倾向变小。具体来说，可知如果作为通电角150°且进角30°控制无刷电机18，则扭矩脉动率最低。并且，比较第一通电控制和第二通电控制时，如果通电角135°以上且通电角为165°，则与执行第一通电控制情况下的扭矩脉动率相比，能够降低执行第二通电控制情况的扭矩脉动率。
图12是向无刷电机18的电枢线圈执行通电控制时，控制电流波形作为矩形波的情况和作为比矩形波平滑的波形控制的情况下，比较在无刷电机的周围产生的放射音(声压)的例子。如果执行第一通电控制则电流波形成为矩形波，如果执行第二通电控制则电流波形成为流畅的波形。由图12可知，执行第二通电控制情况下的声压比执行第一通电控制情况下的声压低。
图13是示出向无刷电机18的电枢线圈执行通电控制时，电流和电气角之间关系的波形。以实线示出进角60°且通电角165°的波形，以双点划线示出进角0°且通电角120°，以虚线示出进角30°且通电角150°的波形，以单点划线示出进角15°且通电角120°的波形。在图13示出的波形中，进角60°且通电角165°的波形电流变化最平滑，近似于正弦波。即，进角60°且通电角165°的波形与其他波形相比，在无刷电机的周围产生的放射音(声压)最低，能够降低无刷电机18的动作音。
图14是示出进角以及通电角、和声压的关系的图表。图14中，示出进角0°、进角15°、进角30°在通电角120°的声压，示出进角15°、进角30°在通电角150°的声压，示出进角60°且通电角165°的声压。从图14可知，进角15°且通电角150°的声压，进角60°且通电角165°的声压比其他进角、通电角的声压低。
在此，进角0°是第一定时，进角15°、进角30°是第二定时。并且，进角60°是对于作为第一定时的进角0°，通电开始定时早通电角60°的第二定时。
若汇集图12～图14示出的倾向，则可知如果通电角一定，则进角变得越大，声压呈降低趋势。并且，可知如果进角一定，则通电角越大，声压呈降低趋势。
在本实施方式中，控制向无刷电机18的电枢线圈通电时，能够根据选择的模式、车速、刮水器臂15的负荷等各种条件控制进角以及通电角，以便于扭矩脉动率变小。并且，控制向无刷电机18的电枢线圈通电时，能够根据各种条件控制进角以及通电角，以便于声压的降低。
并且，安装电机装置17的车体48的硬度、安装位置等每种车不同，每种车中无刷电机18动作时的共振频率不同。因此，能够调整每种车的进角以及通电角，以使在无刷电机18的周围产生的声压降低。
本发明的驱动装置并不限定于上述实施方式1，在不脱离其宗旨的范围内可进行种种变更。例如，本发明的无刷电机包括Y字形状连接有电枢线圈的星形接线的构造。本发明的无刷电机还可以包括转子为IPM(Interior Permanent Magnet：内置式永磁)构造。IPM构造是在转子芯的内部埋入永久磁石的构造。并且，第一期间不限定通电角120°，可以低于通电角120°，也可以高于通电角120°。
本发明的无刷电机包括转子配置在定子的内侧的内齿轮形的构造、转子配置在定子外侧的外齿轮形的构造。
本发明的刮水器装置包括刮水片拂拭后玻璃的部件。即，本发明的刮水器装置的挡风玻璃包括前玻璃及后玻璃。并且，本发明的刮水器装置包括通过一个无刷电机独立驱动两个刮水臂的构成。
本实施方式1的无刷电机除使刮水器装置动作的刮水器电机之外，还包括用于设置在车辆的动力滑动门装置、天窗装置、动力车窗装置等中使门、顶、玻璃等动作部件动作而设置的无刷电机。此外，驱动装置37相当于本发明的控制部以及模式切换部。
(实施方式2)
实施方式2是车辆中使用电机装置的例子。在实施方式2的说明中，会使用在实施方式1的说明中使用的图2～图5、图9。
图15示出的车辆10具有前玻璃11。并且，车辆10具备拂拭前玻璃11的第一刮水器装置12以及第二刮水器装置13。第一刮水器装置12和第二刮水器装置13配置在车辆10的宽度方向上不同的位置。由于第一刮水器装置12和第二刮水器装置13为大致左右对称的构造，在下面为了方便起见，说明第一刮水器装置12。第一刮水器装置12具有以支枢轴14为中心摆动的刮水器臂15和安装在刮水器臂15的刮水器板16。另外，第一刮水器装置12具有驱动刮水器臂15的电机装置17。电机装置17具备无刷电机18、以及向支枢轴14传递无刷电机18的动力的减速机构19。
无刷电机18如图2～图4所示那样构成。本实施方式的无刷电机18具有有底圆筒形状的电机壳体20，在电机壳体20的内周设置有作为定子的电枢21。电枢21具有定子芯22以及卷绕于定子芯22的电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2。定子芯22层叠导电性的金属板而成，在定子芯22的内周在圆周方向隔开间隔设置有多个、具体来说为6个T形件23。6个T形接管头23以机械角60°的间隔配置。电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2分别卷绕于6个T形件23。
电枢线圈V1、V2对应于V相，电枢线圈U1、U2对应于U相，电枢线圈W1、W2对应于W相。并且，在图4中，沿电枢21的顺时针按照电枢线圈U1、电枢线圈V1、电枢线圈W1、电枢线圈U2、电枢线圈V2、电枢线圈W2的顺序设置。电枢线圈U1和电枢线圈U2为机械角180°的位置关系，电枢线圈V1和电枢线圈V2为机械角180°的位置关系，电枢线圈W1和电枢线圈W2为机械角180°的位置关系。
通过图5及图16说明电枢21的构成。电枢线圈U1和电枢线圈U2串联连接，电枢线圈V1和电枢线圈V2串联连接，电枢线圈W1和电枢线圈W2串联连接。并且，电枢线圈U1的端部Ua和电枢线圈W2的端部Ub通过端子24接线。并且，电枢线圈U2的端部Vb和电枢线圈V1的端部Va通过端子25接线。此外，电枢线圈W1的端部Wa和电枢线圈V2的端部Wb通过端子26接线。这样，无刷电机18通过三角形接线连接6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2。
另一方面，无刷电机18具有转子27，转子27设置在电枢21的内侧。无刷电机18是转子27配置在作为定子的电枢21的内侧的内齿轮形的构造。转子27具有转子轴28以及在转子轴28的外周经由转子芯30固定的4极的永久磁石29N、29S。2个永久磁石29N的极性为N极，两个永久磁石29S的极性为S极，永久磁石29N和永久磁石29S沿着转子轴28的圆周方向交替地配置。无刷电机18是永久磁石的个数为4极，电枢线圈数为6根、4极6槽构造。
这样，无刷电机18是SPM(Surface Permanent Magnet：表面永久磁体)构造。SPM构造在转子芯30的外周面固定永久磁石29N、29S。转子芯30由铁类的磁性材料成形。并且，转子轴28通过多个、即2个轴承49可旋转地被支承。
另一方面，电机装置17具备容纳减速机构19的齿轮壳体31，齿轮壳体31和电机壳体20通过未图示的紧固部件固定。转子轴28的长度方向的一部分配置在电机壳体20的内部，其余的部分配置在齿轮壳体31内。转子轴28中的配置在齿轮壳体31内的部分的外周形成有蜗杆32。齿轮壳体31内设置有蜗轮33。在该蜗轮33的外周形成有齿轮33a，齿轮33a和蜗杆32啮合。
支枢轴14和蜗轮33同心状配置，支枢轴14和蜗轮33一体地旋转。蜗杆32以及齿轮33a是本实施方式的减速机构19。该减速机构19是当转子27的动力传递到支枢轴14时使支枢轴14的旋转数(输出旋转数)低于转子27的旋转数(输入旋转数)的机构。本实施方式的旋转数是每单位时间的旋转数，与旋转速度同义。
并且，在图3中，在齿轮壳体31的上部设置未图示的轴孔。支枢轴14固定蜗轮33的端部的相反侧的端部经由齿轮壳体31的轴孔露出至外部。刮水器臂15连接支枢轴14露出至齿轮壳体31的外部的部分。
另一方面，转子轴28中的配置在齿轮壳体31内的各处安装有传感器磁体34。传感器磁体34和转子轴28一体地旋转。传感器磁体34为圆筒形状，传感器磁体34沿着转子轴28的圆周方向与N极和S极交替并列地着磁。
在齿轮壳体31的与轴孔相反侧的部分设置有开口部。该开口部为了使蜗轮33、支枢轴14等插入齿轮壳体31的内部而形成。然后，设置堵塞开口部的下盖35。下盖35具有托盘形状，在通过该下盖35和齿轮壳体31围成的空间设置控制基板36。
如图16所示，在该控制基板36设置有控制无刷电机18的驱动装置37。驱动装置37具有控制对6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2通电的变换器电路38。变换器电路38连接端子24、25、26。另外，在下盖35设置有连接器39，通过使连接于外部电源40的电源电缆连接于连接器39，外部电源40和变换器电路38连接。外部电源40包括搭载于车辆10的电池或电容器等。
另外，变换器电路38具备将从外部电源40到6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2的电流供给路径分别连接或者遮断的多个、即6个开关元件38a～38f。6个开关元件38a～38f例如通过FET等半导体元件构成。更具体来说，设置有对应U相而连接外部电源40的正极的正极侧的开关元件38a、以及对应U相而连接外部电源40的负极侧的负极侧的开关元件38d。
另外，设置有对应V相而连接外部电源40的正极的正极侧的开关元件38b、以及对应V相而连接外部电源40的负极侧的负极侧的开关元件38e。另外，设置有对应W相而连接外部电源40的正极的正极侧的开关元件38c、以及对应W相而连接外部电源40的负极侧的负极侧的开关元件38f。
在此，开关元件38a、38b、38c彼此并联连接，开关元件38d、38e、38f彼此并联连接。另外，开关元件38a和开关元件38d串联连接，开关元件38b和开关元件38e串联连接，开关元件38c和开关元件38f串联连接。此外，开关元件38a的源极以及开关元件38d的漏极连接端子24。此外，开关元件38b的源极以及开关元件38e的漏极连接端子25。此外，开关元件38c的源极以及开关元件38f的漏极连接端子26。
另外，驱动装置37具备控制6个开关元件38a～38f的控制电路50。控制电路50是具备CPU、RAM、ROM等已知的微型计算机。另外，驱动装置37具有PWM信号产生电路51，PWM信号产生电路51的信号输入到控制电路50。该控制电路50输出分别控制6个开关元件38a～38f的驱动信号，在该驱动信号重叠PWM信号。即，6个开关元件38a～38f通过PWM控制驱动，在各通电期间断续地接通/断开。
然后，通过控制6个开关元件38a～38f分别接通的比例，即控制占空比，控制供给到6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2的电流值。换言之，对于能够通电的整个区间，能够在0％～100％之间增减向6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2给电的通电区间。在此，以电气角表示分别与电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2通电的波形时，上述“区间”表示电气角。
此外，本实施方式的无刷电机18控制切换开关元件38a的接通以及断开，通过使对6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2通电的方向反转，能够使转子27正反旋转。
控制基板36沿相对于支枢轴14的第一轴线A1垂直的平面方向被配置。第一轴线A1是支枢轴14旋转时的中心。在控制基板36安装有3个检测传感器41、42、43。3个检测传感器41、42、43都是孔IC，3个检测传感器41、42、43与传感器磁体34以非接触的方式固定于控制基板36。在本实施例中，检测传感器41输出对应W相的开关信号，检测传感器42输出对应V相的开关信号，检测传感器43输出对应U相的开关信号。如控制基板36的俯视观察中图2所示，3个检测传感器41、42、43，在和转子轴28的第二轴线B1交差的方向并列。第二轴线B1是转子轴28旋转时的中心。
在沿着第二轴线B1的方向，3个检测传感器41、42、43的配置范围和传感器磁体34的配置范围至少在一部分重叠。并且，如果假定控制基板36水平配置，如图3所示，对应V相的检测传感器42配置在第二轴线B1的正下方。3个检测传感器41、42、43以等间隔配置在和第二轴线B1交叉的方向。另外，检测传感器42配置在检测传感器41和检测传感器43之间。
如果转子27旋转且传感器磁体34的磁极移动，则3个检测传感器41、42、43开关动作，3个检测传感器41、42、43分别独立产生开关信号(输出信号)。控制电路50根据3个检测传感器41、42、43的开关信号，能够检测转子27的旋转相位以及旋转数。转子27的旋转相位是以预定的位置为基准的旋转方向的角度或位置。控制电路50具有能够根据3个检测传感器41、42、43的开关信号推定刮水器臂15的动作负荷的功能。
并且，在车辆10的车室内设置有刮水器开关44，驾驶员如果操作刮水器开关44选择低速模式或高速模式，则刮水器开关44的操作信号输入控制电路50。此外，设置检测车辆10的行驶速度的车速传感器45，车速传感器45的检测信号输入到控制电路50。
并且，控制电路50为了控制无刷电机18的转子27的输出，即控制旋转数及扭矩，存储对于6根电枢线圈V1、V2、U1、U2、W1、W2的通电模式的数据等。若具体说明，则在控制电路50预先存储根据刮水器开关44的操作信号、车速传感器45的检测信号、刮水器臂15的动作负荷等各种条件，控制接通/断开变换器电路38的开关元件38a～38f的定时、接通开关元件38a的持续时间等的数据等。
具体来说，刮水器臂15的动作负荷能够从检测传感器41、42、43的开关信号推断。例如，若选择高速模式，则控制电路50求得高速模式中应达成刮水器臂15的目标拂拭速度的转子27的目标旋转数，进行通电控制，以便于转子27的实旋转数成为目标旋转数。当转子27的实际旋转数没有成为目标旋转数的情况下，控制电路50能够推断通过雪等刮水器臂15动作阻力，即刮水器臂15的动作负荷增加。
另外，如果车速不同，则由于刮水器臂15受到的风压变化，因此刮水器臂15的动作负荷不同。另外，如果前玻璃11的倾斜角度不同，则由于刮水器臂15受到的风压变化，刮水器臂15的动作负荷不同。前玻璃11的倾斜角度通过对于水平面前玻璃11的锐角侧的倾斜角度表示。并且，如果刮水器板16的长度不同，则刮水器臂15的动作负荷不同。
此外，在齿轮壳体31设置有多个例如3处的安装部46，在安装部46分别设置有轴孔。另外，在安装部46的轴孔分别安装缓冲材料47。缓冲材料47是环状成形的合成橡胶，螺丝部件插入缓冲材料47的孔47a，电机装置17安装于车体48。
接着，说明为了控制第一刮水器装置12以及第二刮水器装置13各自的动作，通过电机装置17能够执行的控制例。电机装置17的控制电路50通过刮水器开关44的操作信号、或者刮水器开关44的操作信号之外的条件，控制多个开关元件38a的接通/断开。另外，控制电路50根据3个检测传感器41、42、43的检测信号，检测转子27的旋转相位，进行基于转子27的旋转相位的通电控制。即，以规定的电气角分别接通/断开正极侧的开关元件38a、38b、38c的同时，以规定的电气角分别接通/断开负极侧的开关元件38d、38e、38f，切换对于电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2的通电状态，使相电流转流。
若重复上述控制，则通过电枢21形成旋转磁场，转子27旋转。无刷电机18控制切换开关元件38a～38f的接通以及断开，通过使对电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2通电的方向反转，能够使转子27正转/停止/反转。转子27的动力如果经由减速机构19传递到支枢轴14，则刮水器臂15在规定角度的范围内往复动作，通过刮水器板16拂拭前玻璃11。
在图15中，刮水器臂15例如在以实线示出的反转位置D1和以双点划线示出的上反转位置D2之间往复动作。上反转位置D2是相对于安装电机装置17的车体48，比下反转位置D1远的位置。安装电机装置17的位置例如是窗(louver)的下方。
另外，刮水器臂15从下反转位置朝向上反转位置D2动作的范围是去路，刮水器臂15从上反转位置D2朝向下反转位置D1动作的范围是回路。此外，刮水器臂15在去路动作的情况下，图3示出的转子27例如逆时针旋转，刮水器臂15在回路动作的情况下，转子27顺时针旋转。
如上述，控制电路50通过控制接通或断开各开关元件38a～38f的电气角的定时、接通开关元件38a～38f的电气角的区间等，从而能够控制转子27的输出。电气角的定时能够称作电气角的点(ポイント)。无刷电机18具有伴随电流值升高转子27的旋转数上升的特性。并且，无刷电机18具有伴随转子27的旋转数上升，转子27的扭矩降低的特性。
此外，本实施方式的无刷电机18控制转子27的输出，即控制旋转数以及扭矩时，能够切换第一通电控制、作为第二通电控制的弱磁场控制、第三通电控制而执行。第一通电控制、弱磁场控制、第三通电控制通过刮水器开关44的检测信号、车速传感器45的检测信号、刮水器臂15的负荷、刮水器臂15的动作方向等各种条件切换。尤其，弱磁场控制与第一通电控制相比，在要求使转子27的旋转数上升的情况下能够执行。与此相对，第三通电控制与第一通电控制相比，在要求使转子27的扭矩上升的情况下执行。即，第三通电控制在前玻璃11上有积雪的情况下等那种刮水器臂15的动作负荷高的情况下执行。
通过图17以及图18的时间图表说明第一通电控制中各开关元件38a～38f的驱动模式。图17是刮水器臂15在去路动作时的开关元件38a～38f的驱动模式，图18是刮水器臂15在回路动作时的开关元件38a～38f的驱动模式。
图17以及图18的驱动模式将从各检测传感器41、42、43输出的开关信号的上升边缘、或者下降边缘作为起点，划分成6个通电台ST1～ST6，各通电台以预定的电气角(度)划分。在图17以及图18的例子中，各通电台以电气角60°的范围(区间)划分。开关信号的上升表示开关信号从断开切换为接通，开关信号的下降表示开关信号从接通切换为断开。
在图17以及图18中，检测传感器41、42、43的开关信号的各接通区间设定电气角180°，检测传感器41、42、43的开关信号的接通区间设定为彼此错开电气角60°。
图17是刮水器臂15的去路对应的驱动模式，U相对应的检测传感器43的开关信号在电气角0°的定时接通，且在电气角180°的定时断开。在U相对应的检测传感器43的开关信号接通期间，电气角60°的定时，W相对应的检测传感器41的开关信号被接通。该U相对应的检测传感器43的开关信号在电气角240°的定时断开。
此外，在W相对应的检测传感器41的开关信号接通期间，在电气角120°的定时，V相对应的检测传感器42的开关信号被接通。该V相对应的检测传感器42的开关信号在电气角300°的定时被断开。控制电路50根据检测传感器41、42、43的开关信号，如下所述地控制开关元件38a～38f。
U相正极侧的开关元件38a从电气角30°的定时到电气角150°的定时的电气角120°的区间时常接通，在从电气角210°的定时跨电气角330°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。此外，U相负极侧的开关元件38d在从电气角210°的定时跨电气角330°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
此外，V相正极侧的开关元件38b在从电气角330°的定时跨电气角90°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。此外，V相的正极侧的开关元件38b在电气角150°的定时被接通，在到电气角270°的定时断开的期间内，时常接通。另一方面，V相的负极侧的开关元件38e在从电气角330°的定时跨电气角90°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
并且，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角270°的定时跨电气角30°的定时的电气角120°的区间内，时常接通。此外，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角90°的定时跨电气角210°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。此外，W相的负极侧的开关元件38c在从电气角90°的定时跨电气角210°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
另一方面，图18是刮水器臂15的去路对应的驱动模式，U相对应的检测传感器43的开关信号在电气角0°的定时被接通，且在电气角180°的定时断开。在U相对应的检测传感器43的开关信号接通的期间，在电气角60°的定时，V相对应的检测传感器42的开关信号被接通。该V相对应的检测传感器42的开关信号在电气角240°的定时断开。
此外，在V相对应的检测传感器42的开关信号接通的期间，在电气角120°的定时，W相对应的检测传感器41的开关信号被接通。该W相对应的检测传感器41的开关信号在电气角300°的定时被断开。控制电路50根据检测传感器41、42、43的开关信号，如下所述地控制开关元件38a～38f。
U相的正极侧的开关元件38a在从电气角30°的定时到电气角150°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。另外，在从电气角210°的定时跨电气角330°的定时的电气角120°的区间内，开关元件38c时常接通。与此相对，U相的负极侧的开关元件38d在从电气角30°的定时跨电气角1500°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
并且，V相的正极侧的开关元件38b在从电气角90°的定时跨电气角210°的定时的电气角120°的区间内，时常接通。此外，V相的正极侧的开关元件38b在从电气角270°的定时到电气角30°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。另一方面，V相的负极侧的开关元件38e在从电气角270°的定时跨电气角30°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
并且，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角330°的定时跨电气角90°的定时的电气角120°的区间内，时常接通。此外，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角150°的定时跨电气角270°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。此外，W相的负极侧的开关元件38f在从电气角150°的定时跨电气角270°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
接着，根据图19说明作为第二通电控制的弱磁场控制中各开关元件38a～38f的驱动模式。弱磁场控制在刮水器臂15去路动作的情况下执行，在刮水器臂15回路动作的情况下，执行第一通电控制。在图19中，和图17同样地示出通电台ST1～通电台ST6以及电气角0°～电气角360°。在图19中，检测传感器41～43的开关信号的接通/断开定时和图17中检测传感器41～43的开关信号的接通/断开定时相同。
图19是与刮水器臂15的去路对应的各开关元件38a～38f的驱动模式，图19示出的开关元件38a～38f的控制定时，与图7示出的开关元件38a～38f的控制定时相比，提早，即进角相当于电气角30°的区间。
首先，U相的正极侧的开关元件38a从电气角15°的定时到电气角135°的定时的电气角120°的区间时常接通，在从电气角195°的定时跨电气角315°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。另外，U相的负极侧的开关元件38d在从电气角195°的定时跨电气角315°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
此外，V相的正极侧的开关元件38b在从电气角315°的定时跨电气角75°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。此外，V相的正极侧的开关元件38b在电气角135°的定时被接通，在到电气角255°的定时断开的期间内，时常接通。另一方面，V相的负极侧的开关元件38e在从电气角315°的定时跨电气角75°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
并且，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角255°的定时跨电气角15°的定时的电气角120°的区间内，时常接通。此外，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角75°的定时跨电气角195°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。此外，W相的负极侧的开关元件38c在从电气角75°的定时跨电气角195°的定时的电气角120°的区间内，交替切换接通和断开。
上述弱磁场控制是与第一通电控制相比，使电枢21形成的磁场变弱的控制。如果进行该弱磁场控制，则减少电枢线圈U1、U2、V1、V2、W1、W2产生的反电动势，转子27的旋转数上升。图9是示出无刷电机18的特性的线形图。在图9中，纵轴示出无刷电机18的旋转数，横轴示出无刷电机18的扭矩。并且，在图9中示出低速模式用特性的一例、以及高速模式特性的一例。驾驶员操作刮水器开关44进行低速模式和高速模式的切换。
实施方式2的无刷电机18设定该额定时，例如在实线示出的位置存在单体特性，以便于能够得到图9的低速模式特性对应的旋转数及扭矩。因此，如果选择低速模式，则通过执行第一通电控制，在单体特性以下的范围内，能够得到要求的旋转数以及扭矩。
单体特性是以车辆10的实际车速为基准车速以下时满足目标输出，即满足低速模式的特性。表现上的特性是车辆10的实际车速超过基准车速时满足目标输出，即满足高速模式用特性的特性。目标输出以转子27的旋转数以及扭矩表示。决定目标输出的条件包括刮水器开关44的检测信号、车速传感器45的检测信号、刮水器臂15的负荷等各种条件。
与此相对，例如选择高速模式，对于转子27要求的扭矩以及旋转数超过单体特性时，控制电路50通过执行弱磁场控制，能够得到超过单体特性的旋转数以及扭矩。由此，无刷电机18的特性，表现上，在和图9中单点划线显示的位置的特性相同。
即，无刷电机18在设计上，能够以低速模式为基准决定额定，能够使无刷电机18的额定尽可能小。并且，不改变电流值使无刷电机18的旋转数上升，能够使扭矩上升是表示扭矩定数相对变大。换言之，本实施方式的无刷电机18能够以更少的耗电产生高扭矩，提高电机效率。
接着，根据图20说明作为第三通电控制中各开关元件38a～39f的驱动模式。第三通电控制在刮水器臂15在去路动作的情况下执行，在刮水器臂15在回路动作的情况下，执行第一通电控制。控制电路50根据转子27的旋转方向检测刮水器臂15在去路还是回路动作。
在图20中，和图17同样地示出通电台ST1～通电台ST6以及电气角0°～电气角360°。在图20中，检测传感器41～43的开关信号的接通/断开定时和图17中检测传感器41～43的开关信号的接通/断开定时相同。
图20示出的开关元件38a～38f的控制定时，与图17示出的开关元件38a～38f的控制定时相比，进角相当于电气角30°的区间。这一点和弱磁场控制相同。
首先，U相的正极侧的开关元件38a从电气角15°的定时到电气角165°的定时的电气角150°的区间时常接通，在从电气角195°的定时跨电气角345°的定时的电气角150°的区间内，交替切换接通和断开。此外，U相的负极侧的开关元件38d在从电气角195°的定时跨电气角345°的定时的电气角150°的区间内，交替切换接通和断开。
此外，V相的正极侧的开关元件38b在从电气角315°的定时跨电气角105°的定时的电气角150°的区间内，交替切换接通和断开。此外，V相的正极侧的开关元件38b在电气角135°的定时接通，在到电气角285°的定时断开的电气角150°的区间内，时常接通。另一方面，V相的负极侧的开关元件38e在从电气角315°的定时跨电气角105°的定时的电气角150°的区间内，交替切换接通和断开。
并且，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角255°的定时跨电气角45°的定时的电气角150°的区间内，时常接通。此外，W相的正极侧的开关元件38c在从电气角75°的定时跨电气角225°的定时的电气角150°的区间内，交替切换接通和断开。此外，W相的负极侧的开关元件38c在从电气角75°的定时跨电气角225°的定时的电气角150°的区间内，交替切换接通和断开。
这样，第三通电控制，分别接通开关元件38a～38f的电气角150°的区间，与第一通电控制以及弱磁场控制中分别接通开关元件38a～38f的电气角120°的区间相比，长相当于电气角30°。即，电气角120°的区间的前后各长电气角15°。
接着，在控制基板36安装检测传感器41～43时，假定安装位置产生误差，检测传感器41～43彼此相互的距离与作为目的的距离不同的情况。在这种情况下，若根据检测传感器41～43的开关信号推断转子27的旋转位置，转子27的实际的旋转位置和推断的旋转位置产生偏差。因此，若根据检测传感器41～43的开关信号执行第一通电控制、弱磁场控制、第三通电控制，则有可能接通/断开开关元件38a～38f的定时以及通电期间不适当。
为了回避这种不良状况，驱动装置37能够执行如下这种控制。首先，图21的时间图示出检测传感器41～43的开关信号的理想波形的一例。为了方便起见，图21的时间图以每60°的区间示出电气角。检测传感器41～43的开关信号的理想波形在每电气角60°从接通到断开切换边缘，且从接通到断开切换边缘。
驱动装置37为了修正检测传感器41～43的开关信号的相位偏差，根据规定的开关信号的边缘切换定时，推断其后产生的边缘切换定时。
例如，每边缘定时的切换如果算出电气角120°前的边缘切换定时，则根据U相的检测传感器43的开关信号的边缘切换定时，推断V相的检测传感器43的开关信号的边缘切换定时。另外，根据V相的检测传感器43的开关信号的边缘切换定时，推断W相的检测传感器43的开关信号的边缘切换定时。此外，根据W相的检测传感器43的开关信号的边缘切换定时，推断U相的检测传感器43的开关信号的边缘切换定时。
在此，在图22示出的时间图中，根据U相的检测传感器43的开关信号的边缘切换定时，电气角120°前的V相的检测传感器42的理想的边缘切换定时的计算方法能够通过以下的式(1)、式(2)表示。
电气角120°的时间(Δt120)＝Δt180×0.67…式(1)
电气角120°前的定时(p120)＝Δt120+FRT…式(2)
在此，0.67是对于开关信号的接通或持续接通的电气角180°的区间的电气角120°的系数，Δt180是电气角180°的区间对应的时间，FRT是以驱动装置37的时间器计量的时间。即，检测传感器43的开关信号的每边缘切换定时，推断从该定时经电气角120°后产生的V相的检测传感器42的开关信号中理想的切换定时。
本实施方式的驱动装置37以理想的切换定时作为基础，用电气角求出和实际检测的开关信号的切换定时的相位差，通过修正该相位差，求得开关信号的理想波形。然后，驱动装置37在进行第一通电控制、弱磁场控制、第三通电控制的情况下，根据开关信号的理想波形，控制开关元件38a～38f的接通/断开。
接着，说明开关信号的具体的修正例。在此，将V相对应的检测传感器42的开关信号作为基准信号，说明修正其他的检测传感器41、43的开关信号的例子。这是因为检测传感器41～43中，检测传感器42最接近传感器磁体34，能够检测到稳定的信号。
(修正例1)
首先，参照图23的时间图，说明以V相的检测传感器42为基准，修正U相的检测传感器43的开关信号。图23示出的检测传感器41～43的开关信号和图17示出的检测传感器41～43的开关信号相同。为了方便起见，图23的时间图以每60°的区间示出电气角。
如虚线所示，检测传感器43的开关信号的理想波形以电气角0°接通，且跨电气角180°的区间持续接通后，在电气角180°的定时切换为断开。即，检测传感器43的开关信号的理想波形，从接通检测传感器42的开关信号的电气角120°的定时，到电气角120°的区间迟延的电气角60°(p1)的定时断开。
与此相对，如实线所示，检测传感器43的开关信号的实际波形假定在电气角30°的定时接通，且跨电气角180°的区间断开后，在电气角210°(p1’)的定时断开的情况。即，在理想的电气角180°和实际的电气角210°有相当于电气角30°的区间的相位差(偏差)。这一点能够通过式(3)表示。
相位差＝p1’-p1…式(3)
驱动装置37通过检测传感器43的开关信号时常检测相当于电气角180°的区间的时间Δt180。然后，计算出相当于从接通检测传感器42的定时到断开检测传感器43的定时的理想的电气角60°的区间的理想时间Δt60。此外，驱动装置37计算出相当于从接通检测传感器42的定时到断开检测传感器43的定时的实际的电气角60°的区间的实测时间Δtreal60。并且，驱动装置37从理想时间Δt60和实测时间Δtreal60的差求得检测传感器43的开关信号的调整值(修正值)AdjPhase。该处理能够通过式(4)、式(5)表示。
Δt60＝Δt180×0.334…式(4)
AdjPhase＝Δt60-Δtreal60…式(5)
在此，0.334是对于开关信号的接通或持续接通的电气角180°的区间的电气角60°的区间的系数。
然后，驱动装置37进行修正电气角180°(p1)的定时的处理，电气角180°(p1)的定时使检测传感器43的开关信号的接通定时从电气角210°在电气角30°的区间进角。即，能够将从接通检测传感器42的开关信号的定时到断开检测传感器43的开关信号的定时的电气角的区间作为理想的电气角60°。
(修正例2)
接着，参照图15的时间图，说明以V相的检测传感器42为基准，修正W相的检测传感器41的开关信号。图24示出的检测传感器41～43的开关信号和图17示出的检测传感器41～43的开关信号相同。为了方便起见，图24的时间图以每60°的区间示出电气角。如虚线所示，检测传感器41的开关信号的理想波形以电气角60°接通，且跨电气角180°的区间持续断开后，在电气角240°切换为接通。即，检测传感器41的开关信号的理想波形，从接通检测传感器42的开关信号的电气角120°的定时，到电气角120°的区间迟延的电气角240°(p1)的定时断开。
与此相对，如实线所示，检测传感器41的开关信号的实际波形假定以电气角30°的定时接通，且跨电气角180°的区间断开后，在电气角210°(p1’)的定时接通的情况。即，在理想的电气角240°和实际的电气角210°有相当于电气角30°的区间的相位差(偏差)。该相位差通过式(6)表示。
相位差＝p1-p1’…式(6)
驱动装置37通过检测传感器41的开关信号时常检测相当于电气角180°的区间的时间Δt180。然后，计算出相当于从接通检测传感器42的定时到断开检测传感器41的定时的理想的电气角120°的区间的理想时间Δt120。此外，控制电路50计算出相当于从接通检测传感器42的定时到断开检测传感器41的定时的实际的电气角90°的区间的实测时间Δtreal120。此外，控制电路50从理想时间Δt120和实测时间Δtreal120的差求得检测传感器41的开关信号的调整值(修正值)AdjPhase。该处理通过式(7)表示。
AdjPhase＝Δt120-Δtreal120…式(7)
然后，控制电路50从检测传感器41修正的开关信号的接通定时的电气角240°，在电气角120°的区间中电气角360°(p2)的定时，接通检测传感器43的开关信号。即，能够将接通检测传感器41的开关信号的定时到接通检测传感器43的开关信号的定时的电气角的区间作为理想的电气角120°。该处理能够通过式(8)表示。
p2＝p120+AdjPhase…式(8)
该式(8)表示使用调整值(修正值)AdjPhase求得从电气角210°的定时在电气角120°(p120)的定时接通的开关信号的电气角的定时P2。
此外，如果在从作为检测传感器41的开关信号的调整前的断开定时的电气角210°在电气角120°的区间的电气角330°(p2’)的定时进行使检测传感器43的开关信号接通的修正，则与理想的电气角360°产生相当于电气角30°的区间的相位差。
接着，通过图25的流程图包括说明上述控制方法。驱动装置37执行检测U相的检测传感器43、V相的检测传感器42、W相的检测传感器中任一个检测传感器的开关信号的边缘切换定时(步骤S1)以及步骤S2～步骤S5的处理。
步骤S2的处理通过
Tn-3＝Tn-2
表示，步骤S3的处理通过
Tn-2＝Tn-1
表示，步骤S4的处理通过
Tn-1＝Tn
表示。
Tn是电气角60°的区间对应的最新的计量时间，Tn-1是比最新的计量时间早一次的电气角60°对应的计量时间，Tn-2是比最新的计量时间早两次的电气角60°对应的计量时间，Tn-3是比最新的计量时间早三次的电气角60°对应的计量时间。即，表示在步骤S2～步骤S4中更新早一次～早三次的电气角60°的计量时间。驱动装置37取得在步骤S5中电气角60°的区间对应的最新的计量时间。
驱动装置37在接着步骤S5的步骤S6中，判断U相的检测传感器43的开关信号的边缘是否为切换的定时。驱动装置37若在步骤S6中判断是，则进行步骤S7。例如，在步骤S6中判断是的例子是图22的电气角360°的定时。然后，驱动装置37在步骤S7中，从检测传感器43的开关信号的电气角180°的区间对应的时间Δt180求得电气角120°的区间对应的时间Δt120。
驱动装置37接着步骤S7执行步骤S8～步骤S11的处理，执行步骤S17的处理结束控制程序。步骤S8～步骤S11的处理是参照图23的时间图说明的处理。首先，在步骤S8的处理是从U相的检测传感器43的开关信号的电气角180°的区间对应的时间Δt180求得理想的电气角60°的区间对应的理想的时间Δt60的处理。
步骤S9的处理是计算出相当于从接通检测传感器42的定时到断开检测传感器43的定时的实际的电气角60°的区间的实测时间Δtreal60处理。
步骤S10的处理是求得理想的电气角60°的区间和实际的电气角60°的区间的相位差(偏差)的处理。该处理通过
相位差＝Δt60-Δt60’
表示。其中，Δt60’和式(5)中Δtreal60相同意思。
另外，在步骤S11中，进行将检测传感器43的开关信号的接通定时修正为从电气角210°在电气角30°的区间进角的电气角180°(p1)的定时的处理。
步骤S17的处理使用作为基准的开关信号、修正后的开关信号，选择执行第一通电控制、弱磁场控制、第三通电控制的任一个。
另一方面，驱动装置37在步骤S6判断为否，在步骤S12中，判断检测传感器41的开关信号是否为切换的定时。驱动装置37如果在步骤S12判断为是，则执行步骤S13～步骤S16的处理，经由步骤S17结束控制程序。
从步骤S13到步骤S16的处理是参照图24的时间图说明的处理。首先，在步骤S13的处理是从W相的检测传感器41的开关信号的电气角180°的区间对应的时间Δt180求得理想的电气角120°的区间对应的理想的时间Δt120的处理。
步骤S14的处理是将从接通最近的检测传感器42的定时到接通检测传感器43的理想的电气角120°的区间对应的时间Δt120’作为
Δt120’＝Tn-Tn-1
求出的处理。
步骤S15的处理是求得理想的电气角120°的区间和实际的电气角90°的区间的相位差(偏差)的处理。该处理通过
相位差＝Δt120-Δt120’
表示。
另外，在步骤S16中，进行将检测传感器41的开关信号的接通定时修正为从电气角210°在电气角30°的区间推迟的电气角240°(p1)的定时的处理。
如上所述，电机装置17能够根据检测传感器42的开关信号修正检测传感器41、43的开关信号。因此，即便在检测传感器41、42、43彼此的距离对于理想的距离有误差的情况下，使用修正后的开关信号，也能够确切地进行第一通电控制、弱磁场控制、第三通电控制。即，综合刮水器臂15的动作位置、动作朝向、负荷、模式等的条件，能够得到无刷电机18的转子27的旋转数、扭矩等。因此，能够提高电机装置17的效率、抑制噪声、回避振动。
此外，由于能够修正检测传感器41、42、43的开关信号，因此能够在控制基板36的同一平面配置检测传感器41、42、43。因此，在转子的周围由于安装有3个检测传感器而不设置专用的传感器支承部件。因此，不设置连接在专用的传感器支承部件设置的3个检测传感器和控制电路的引导线等。因此，能够实现电机装置17的小型化、低成本化。
上述实施方式2中说明的驱动装置37相当于本发明的信号修正部、元件控制部。在第一通电控制中，接通开关元件38a的电气角30°的定时相当于本发明的第一定时，在弱磁场控制、第三通电控制中接通开关元件38a的电气角15°的定时相当于本发明的第二开关。另外，减速机构19、支枢轴14相当于本发明的动力传递机构。此外，步骤S7～步骤S11、步骤S13～步骤S16相当于本发明的第一步骤，步骤S17相当于本发明的第二步骤。
本发明的驱动装置并不限定于上述实施方式2，在不脱离其宗旨的范围内可进行种种变更。例如，使用U相的检测传感器的开关信号，也能够修正其他的检测传感器的开关信号。另外，使用W相的检测传感器的开关信号，也能够修正其他的检测传感器的开关信号。并且，本发明的无刷电机包括Y字形状连接于电枢线圈的星形接线的构造。本发明的无刷电机还包含转子为IPM(Interior Permanent Magnet：内置式永磁)构造。IPM构造是在转子芯的内部埋入永久磁石的构造。并且，第一期间不限定电气角120°，可以低于电气角120°，也可以高于电气角120°。
本发明的无刷电机包括转子配置在定子的内侧的内齿轮形的构造、转子配置在定子外侧的外齿轮形的构造。
本发明的刮水器装置包括刮水片拂拭后玻璃的部件。即，本发明的刮水器装置的挡风玻璃包括前玻璃及后玻璃。并且，本发明的刮水器装置包括通过一个无刷电机独立驱动两个刮水臂的构成。
实施方式2的无刷电机，除使刮水器装置动作的刮水器电机之外，还包括用于设置在车辆的动力滑动门装置、天窗装置、动力车窗装置等中使门、顶、玻璃等动作部件动作而设置的无刷电机。
产业上的可利用性
本发明的无刷电机、电机装置以及控制方法能够利用在车辆上设置的刮水器装置、动力滑动门装置、天窗装置以及动力车窗装置。

Claims (13)

1.一种无刷电机，向线圈供给电流，转子旋转，其特征在于，
所述无刷电机具备控制部，所述控制部执行切换第一通电控制和第二通电控制，
在所述第一通电控制中，在第一定时开始向所述线圈通电，且跨第一期间继续通电并控制所述转子的旋转数，
在所述第二通电控制中，在与所述第一定时相比以电气角进角的第二定时，开始向所述线圈通电，且跨比所述第一期间长的第二期间继续通电，并控制所述转子的旋转数。
2.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，
所述第二定时相对于所述第一定时以电气角被30°进角。
3.根据权利要求2所述的无刷电机，其特征在于，
所述第一期间是电气角120°，
所述第二期间是电气角135°以上且电气角165°以下。
4.根据权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，
所述转子具备：
转子轴，在外周面安装有转子芯；以及
4极的永久磁石，沿所述转子轴的圆周方向配置在所述转子芯的外周面，
在所述转子的外侧设置有具备多个所述线圈的定子，
多个所述线圈在所述转子轴的圆周方向上隔开间隔地设置有6槽。
5.一种刮水器装置，其特征在于，具有：
根据权利要求1所述的无刷电机；以及
刮水臂，被传递所述无刷电机的转子的动力而动作，拂拭车辆的前玻璃。
6.根据权利要求5所述的刮水器装置，其特征在于，
所述刮水器装置设置有模式切换部，所述模式切换部切换选择以预定的速度使所述刮水臂动作的低速模式和以与所述低速模式相比的高速使所述刮水臂动作的高速模式，
所述控制部在选择所述高速模式时，执行所述第二通电控制。
7.一种电机装置，其是向多个线圈供给电流而转子旋转的电机装置，其特征在于，具有：
多个开关元件，分别接通或者断开连接于多个所述线圈的电流供给路径；
多个检测传感器，设置在所述转子的旋转方向上彼此不同的相位，且检测所述转子的旋转方向的相位，产生输出信号；
信号修正部，将多个所述检测传感器中的任一个检测传感器的输出信号作为基准信号，修正其他检测传感器的输出信号；以及
元件控制部，根据所述基准信号以及修正后的所述输出信号，分别接通或者断开多个所述开关元件。
8.根据权利要求7所述的电机装置，其特征在于，
所述元件控制部执行切换第一通电控制和第二通电控制，
在所述第一通电控制中，在第一定时开始向多个所述线圈通电，控制转子的输出，
在所述第二通电控制中，从比所述第一定时仅进角规定的电气角的第二定时，向多个所述线圈通电，控制转子的输出。
9.根据权利要求8所述的电机装置，其特征在于，
所述元件控制部执行第三通电控制，在所述第三通电控制中，跨比第二通电控制中所述线圈持续通电的时间长的时间，向所述线圈通电。
10.根据权利要求7所述的电机装置，其特征在于，
所述电机装置设置有安装多个开关元件、多个所述检测传感器、所述信号修正部和所述元件控制部的控制基板。
11.根据权利要求7所述的电机装置，其特征在于，
所述转子具备：
转子轴，在外周面安装有转子芯；以及
4极的永久磁石，沿所述转子轴的圆周方向配置在所述转子芯的外周面，
在所述转子的外侧设置有具备多个所述线圈的定子，
多个所述线圈在所述转子轴的圆周方向隔开间隔地设置有6槽。
12.根据权利要求7所述的电机装置，其特征在于，
所述电机装置设置有将所述转子的扭矩传递到拂拭车辆的前玻璃的刮水臂的动力传递机构。
13.一种电机装置的控制方法，其是控制权利要求7所述的所述转子的输出的电机装置的控制方法，其特征在于，包括：
第一步骤，将多个所述检测传感器中的任一个检测传感器的输出信号作为基准信号，修正其他检测传感器的输出信号；以及
第二步骤，根据所述基准信号以及修正后的所述输出信号，分别接通或者断开多个所述开关元件。
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