JP2004254455A - 減速機構付き電動モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ワイパアームの位置検知用センサマグネットを薄型化し、コストの低減や装置の小型軽量化を図る。
【解決手段】ワイパ装置の駆動源として使用される減速機構付き電動モータにおいて、ワイパアームの位置検知用センサマグネット４１に、作動着磁域５１と補正着磁域５２を設ける。作動着磁域５１は制動域５３と駆動域５４を備える。駆動域５４の着磁角度は制動域５３よりも大きい。補正着磁域５２には補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５を設ける。補正Ｎ極５６は駆動域５４と異極性、補正Ｓ極５５は制動域５３と異極性に形成され、それぞれ同角度又は補正着磁域５２を駆動域５４と制動域５３の着磁角度比で分割した値に補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５を設定する。補正Ｎ極５６の存在により大きな着磁角度を有する駆動域５４の磁束密度低下が抑えられる。
【選択図】 図４
【解決手段】ワイパ装置の駆動源として使用される減速機構付き電動モータにおいて、ワイパアームの位置検知用センサマグネット４１に、作動着磁域５１と補正着磁域５２を設ける。作動着磁域５１は制動域５３と駆動域５４を備える。駆動域５４の着磁角度は制動域５３よりも大きい。補正着磁域５２には補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５を設ける。補正Ｎ極５６は駆動域５４と異極性、補正Ｓ極５５は制動域５３と異極性に形成され、それぞれ同角度又は補正着磁域５２を駆動域５４と制動域５３の着磁角度比で分割した値に補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５を設定する。補正Ｎ極５６の存在により大きな着磁角度を有する駆動域５４の磁束密度低下が抑えられる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、減速機構を有する電動モータに関し、特に、自動車等のワイパ装置に使用される減速機構付き電動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの車両用ワイパ装置の駆動源には、車両に搭載されたバッテリ等の電源によって作動する電動モータが用いられている。このような電動モータは、出力軸の回転数を所要の回転数に減速するための減速機構が取り付けられ、減速機構付き電動モータとして一つのユニットとなっている。ワイパ装置にはこのモータユニットが１個又は２個使用され、それを駆動源としてワイパアームが上反転位置と下反転位置との間で揺動運動する。モータユニットを１個使用する場合には、運転席側と助手席側のワイパアームをリンクにて結合し、同期駆動させる。モータユニットを２個使用する場合には、運転席側、助手席側の各ワイパアームにモータユニットを取り付け、アマチュア軸や出力軸の回転を検出しつつ両ワイパアームを同期駆動させる。
【０００３】
ワイパーシステムの取り付けスペースは、エンジンの大型化、ブレーキのマスターパワーの大型化により、年々小さくなって来ている。このため、近年では、モータを１８０°以内で正逆転させることにより、リンクの作動面積を半分以下に抑え、ワイパを小さなスペースで駆動可能とした方式も実用化されている。このモータ正逆転方式では、払拭角度内の任意の場所で反転動作可能なことから、下反転位置を設定した上でさらにその下方に格納位置を設定できる。そこで、高級車などでは、この方式を採用しワイパ格納機能を盛り込んだものも多く見受けられる。
【０００４】
ワイパシステムにおいてモータ正逆転を行うには、任意の位置でモータ正逆転を行わせるため、ワイパアーム位置の検出が必要となる。ワイパアーム位置検出は、モータの回転に連動して発生するパルス数の加減算によって行われる。モータ回転軸には多極着磁マグネットが取り付けられ、その回転に伴う磁極変化を捉えてパルス信号を出力するホールＩＣ等のセンサがマグネットに対向して配置される。パルスのカウントは、モータユニット出力軸の回転位置の基準となる１点（原点位置）でリセットされパルスずれの発生を防止している。
【０００５】
パルスリセット信号を得るため、出力軸にもまたセンサマグネットが取り付けられる。センサマグネットに対しては、所定の基準位置にその磁極が差し掛かると基準信号が出力されるようにホールＩＣ等のセンサが配置される。センサマグネットからリセット信号が出力されると、その時点からのパルス加減算により、基準位置からのモータ回転角度が算出される。そして、これに減速比やリンク比等を考慮することにより現在のワイパアーム位置が検出される。なお、モータ回転パルスの周期から、ワイパアーム移動速度も検出できる。
【０００６】
一方、ワイパシステムでは、スイッチをＯＦＦした位置にかかわらず、ワイパブレードが格納位置（又は下反転位置）まで戻って停止するいわゆるオートストップ動作が採用されている。ところが、このオートストップ動作を行わせるためには、ワイパブレードの動作領域を「制動域」と「駆動域」とに区分する必要がある。すなわち、格納位置や下反転位置近傍に設けられ、スイッチＯＦＦに伴いワイパアームを所定位置に停止させるための「制動域」と、制動域に至るまでワイパアームを駆動させる「駆動域」を設定する必要がある。従って、ワイパアーム位置検出においても、これらの領域を識別する必要がある。
【０００７】
そこで、従来より、前述のようなモータユニットでは一般に、先のセンサマグネットの極性を両領域に対応させ、それをホールＩＣにて判別してワイパアームが何れの領域にあるかを検出する方式が使用されている。そこでは、センサマグネットをＳ極部とＮ極部の２極構成とし、例えば、制動域と「Ｓ極」、駆動域と「Ｎ極」を対応させる。そして、「Ｓ極」が検出されている間は制動域、「Ｎ極」が検出されている間は駆動域のようにワイパアームの現存領域を識別する。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１３７９３号公報
【特許文献２】特開平１１−３０１４０９号公報
【特許文献３】特開２００２−２６２５１５号公報
【特許文献４】特願２００２−３６３０４１号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、下反転位置近傍に設定される制動域とそれ以外の領域を占める駆動域とは、その領域幅が大きく異なるため、各領域に対応するセンサマグネットの着磁面積が大幅に異なってくる。すなわち、制動域として例えば６０°のＮ極を設けた場合、駆動域を示すＳ極は３００°となり、両者には５倍の開きが生じる。ところが、マグネットをこのように大きく異なる面積で２極着磁した場合、広い面積の磁極では磁束密度が小さくなる傾向がある。先の例で言えば、６０°のＮ極に比して、３００°のＳ極は磁極中心部における磁束密度の低減幅が大きく、Ｎ極よりも磁束密度が小さくなる。
【００１０】
ホールＩＣにおいて磁極極性を検出する場合、ある極性を検知している旨のセンサ信号を維持するには、ある程度以上の磁束密度が必要である。従って、誤検出防止のため、大きい磁極の側でも十分な磁束密度を確保する必要があり、その分、マグネットの厚みを大きくしなければならない。このため、より軸方向に大きなマグネットが必要となり、コスト的にも、また、重量や装置体格の点でも不利となるという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、ワイパアームの位置検知用センサマグネットを薄型化し、コストの低減や装置の小型軽量化を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の減速機構付き電動モータは、回転軸を有するモータ本体と、前記回転軸の回転を減速して出力軸に伝達する減速機構とを有する減速機構付き電動モータであって、前記出力軸に設けられ、着磁角度を異にする複数の磁極を備える作動着磁域と複数の磁極を備える補正着磁域とが形成されたセンサマグネットと、前記センサマグネットの前記作動着磁域に対向して配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、センサマグネットに作動着磁域の他に補正着磁域を設けたので、作動着磁域において着磁角度が大きい磁極の磁束密度の低下を抑えることができる。このため、作動着磁域の磁束密度を大きくすることができ、マグネットを厚くしなくとも磁気検出素子から所定の信号を出力可能な磁束密度を確保することが可能となる。従って、位置検出精度を低下させることなくセンサマグネットを薄型化でき、マグネットのコストや重量の低減が可能となると共に、モータユニットの小型軽量化を図ることも可能となる。
【００１４】
前記減速機構付き電動モータおいて、前記センサマグネットをリング状に形成し、前記補正着磁域と前記作動着磁域を周方向に隣接して設けても良い。また、前記作動着磁域に、第１磁極と、前記第１磁極よりも大きい着磁角度を有する第２磁極とを設け、前記補正着磁域に、前記第１磁極と異極性の第３磁極と、前記第３磁極よりも大きい着磁角度を有する前記第２磁極と異極性の第４磁極とを設けても良い。この場合、前記第１磁極と前記第３磁極の着磁角度を等しく、前記第２磁極と前記第４磁極の着磁角度を等しくしても良い。また、前記第３磁極と前記第４磁極の着磁角度の比を、前記第１磁極と前記第２磁極の着磁角度の比と等しくしても良い。
【００１５】
さらに、前記減速機構付き電動モータにおいて、前記出力軸が所定状態にあるとき前記出力軸の所定部位が対向する基準位置に配置された第１磁気検出素子と、前記第１磁気検出素子と所定角度離れた位置に配置された第２磁気検出素子とをさらに設け、前記センサマグネットが、前記出力軸が前記基準位置に対し一方向側にあるとき前記第１及び第２磁気検出素子が共に前記第２磁極に対向し、前記出力軸が前記基準位置に対し他方向側にあるとき前記第１及び第２磁気検出素子の少なくとも一方が前記第１磁極に対向するようにしても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である減速機構付きの電動モータを駆動源としたワイパ装置の概略を示す説明図、図２は図１の電動モータの構造を示す断面図である。図３は、図２に示すウォームギヤの噛み合い状態を示す一部切欠断面図である。
【００１７】
図１に示すワイパ装置は、車体に揺動自在に設けられた運転席側のワイパアーム１ａと助手席側のワイパアーム１ｂとを有している。各ワイパアーム１ａ，１ｂには、運転席側のワイパブレード２ａと助手席側のワイパブレード２ｂが取り付けられている。ワイパブレード２ａ，２ｂはワイパアーム１ａ，１ｂ内に内装された図示しないばね部材等によりフロントガラス３に弾圧的に接触している。車体には２つのワイパ軸４ａ，４ｂが設けられており、ワイパアーム１ａ，１ｂはその基端部でワイパ軸４ａ，４ｂにそれぞれ取り付けられている。
【００１８】
ワイパブレード２ａ，２ｂが、下反転位置Ａと上反転位置Ｂとの間、つまり図中一点鎖線で示す払拭範囲５を揺動運動することにより、フロントガラス３に付着した雨や雪などが払拭される。ワイパブレード２ａ，２ｂは、ワイパ休止時には下反転位置Ａよりも下側に位置する格納位置Ｃへ移動して格納部６に格納される。格納部６は図示しない車体のボンネットの内部に設けられている。ワイパブレード２ａ，２ｂを格納部６に格納することにより、車両の前方視界が向上する。なお、ワイパブレード２ａ，２ｂには、制御上の基準位置として、下反転位置Ａよりも１５°ほど上方に原点位置（基準位置）Ｏが設定されている。
【００１９】
ワイパアーム１ａ，１ｂを揺動運動させるため、このワイパ装置には２つの減速機構付き電動モータ７ａ，７ｂ（以下、モータ７ａ，７ｂと略記する）が設けられている。図２に示すように、モータ７ａ，７ｂは、モータ本体８と減速機構９とで構成されている。モータ本体８のモータハウジング１０は、底付き円筒状に形成されている。減速機構９のケーシング１１は、モータハウジング１０とほぼ同寸法の円筒状に形成された軸受部１１ａと歯車室１１ｂおよび通信部１１ｃとを有している。これらの部材は、モータハウジング１０の開口端１０ａとケーシング１１の軸受部１１ａとを接した状態で、図示しない締結部材により連結されている。
【００２０】
モータハウジング１０の内周面には、互いに異なる磁極を向かい合わせて配置された２つの永久磁石１２，１３が設けられており、モータハウジング１０の内部に磁界を形成している。モータハウジング１０の内部には、この磁界内に位置してアマチュア１４が設けられている。アマチュア１４の回転軸１５は、自動調心形の軸受１６，１７に回転自在に支持されている。軸受１６，１７は、モータハウジング１０の底部１０ｂと軸受部１１ａに設けられている。
【００２１】
アマチュア１４は、複数のスロットが形成されたアマチュアコア１８を有している。スロットにはそれぞれ銅線が巻き付けられてアマチュアコイル１９が形成されている。アマチュアコア１８の図中左側にはコミュテータ２０が軸着されている。コミュテータ２０は、回転軸１５に固定された樹脂製の胴部２０ａと、その外周に互いに絶縁されて放射状に配置された複数の整流子片２０ｂを備えている。各整流子片２０ｂはアマチュアコイル１９に接続されている。
【００２２】
軸受部１１ａの内部にはブラシホルダ２１が設けられている。ブラシホルダ２１には２つのブラシ２２，２３が取り付けられている。ブラシ２２，２３は整流子片２０ｂ方向に向けて付勢されており、その状態で整流子片２０ｂと接触する。通信部１１ｃには、配線２４によりブラシ２２，２３と接続された電源端子２５が設けられている。電源端子２５に対し図示しない制御部から電流を供給することにより、ブラシ２２，２３にそれぞれ逆向きの電流が供給される。
【００２３】
アマチュアコイル１９は磁界中に位置しているため、アマチュアコイル１９にコミュテータ２０を介して整流された電流を流すと、フレミングの左手の法則に基づきアマチュア１４に回転力が発生する。従って、アマチュアコイル１９に流れる電流を制御することにより、回転軸１５の回転角度や回転方向もしくは回転速度などを制御できる。
【００２４】
歯車室１１ｂの内部には回転軸１５が突出している。回転軸１５の先端部１５ａは、歯車室１１ｂのモータ本体８とは反対側に位置する壁面２６の近傍に位置している。図３に示すように、回転軸１５の歯車室１１ｂの内部に位置する外周面には、それぞれねじ方向が逆向きに形成された２つのウォーム２７，２８が形成されている。歯車室１１ｂの内部には、ウォーム２７，２８と噛み合うように２つのウォームホイル２９，３０が設けられてウォームギヤ３１が構成されている。ウォームホイル２９，３０にはそれぞれピニオンギヤ３２，３３が同軸に設けられている。ピニオンギヤ３２，３３には、減速機構９の出力軸３４と一体に形成された回転体としての駆動歯車３５が噛み合う。回転軸１５の回転は、ウォームギヤ３１と各ピニオンギヤ３２，３３および駆動歯車３５とにより減速されて出力軸３４へ伝達される。
【００２５】
モータ７ａ，７ｂの出力軸３４は、それぞれワイパ軸４ａ，４ｂに機械的に連結されている。ワイパ軸４ａ，４ｂは、出力軸３４と一体に回転するようになっている。回転軸１５が回転するとウォーム２７，２８はウォームホイル２９，３０により回転軸１５の軸方向に働くスラスト力を受ける。このとき、各ウォーム２７，２８はねじ方向が逆向きに形成されていることから、このスラスト力は互いに逆方向に働く。これにより、回転軸１５のスラスト方向の移動が抑制され、回転軸１５にはスラスト軸受等を設ける必要がない。なお、本実施の形態では、減速機構９としてウォームギヤ３１とピニオンギヤ３２，３３および駆動歯車３５とによる２段減速機構を用いているが、これに限らず、ウォームギヤのみを用いた１段減速のものや、遊星歯車機構などを用いたものでも良い。
【００２６】
ケーシング１１の壁面２６には、回転軸１５に垂直にプリント基板３６が取り付けられている。プリント基板３６には、通信部１１ｃに位置する接続端子４０が取り付けられている。接続端子４０より、図示しない制御部からの電源供給や検出信号の伝達が行われる。
【００２７】
プリント基板３６上には、第１のセンサとして２個の絶対位置検出用のホールＩＣ３７ａ，３７ｂと、第２のセンサとして相対位置検出用のホールＩＣ３８，３９が取り付けられている。この場合、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂには、磁極変化と共に磁極の種類、すなわち、被検出対象がＮ極かＳ極かを判定可能なものが使用される。なお、本実施の形態では、相対位置検出用センサとしてホールＩＣを用いているが、これに限らず、フォトダイオードなどを用いた光学式のエンコーダや赤外線センサなど、他の方式のセンサを用いても良い。
【００２８】
ホールＩＣは磁界の変化を電流に変換することによりパルス信号を発信するセンサであり、ホールＩＣの被検出部材としては磁石が必要である。相対位置検出用のホールＩＣ３８，３９の被検出部材としては、回転軸１５の先端部１５ａに多極着磁マグネット４２（以下、マグネット４２と略記する）が取り付けられている。マグネット４２は回転軸１５と一体に回転するようになっており、回転方向に向けて６極に着磁されている。
【００２９】
ホールＩＣ３８，３９は、プリント基板３６の面上にマグネット４２と対向する位置に、それぞれマグネット４２の回転方向に対して位相を９０°ずらして取り付けられている。回転軸１５が回転すると、ホールＩＣ３８，３９は、回転軸１５が１回転するにつき６周期分のパルスが出力される。このパルスは、接続端子４０を介して図示しない制御部に向けて発信され、これをカウントすることにより回転軸１５の回転角度が検出できる。また、ホールＩＣ３８，３９の位相が９０°ずれているため、ホールＩＣ３８，３９が発信するパルスの出現順序は回転軸１５の回転方向により相違する。従って、このパルスの出現順序により、回転軸１５の回転方向が検出できる。さらに、ホールＩＣ３８，３９により検出されるパルスの周期により回転軸１５の回転速度を検出することもできる。
【００３０】
絶対位置検出用のホールＩＣ３７ａ，３７ｂの被検出部材としては、駆動歯車３５の側面の図中下側の外周部にリング状のセンサマグネット４１が取り付けられている。センサマグネット４１は駆動歯車３５と一体に回転するようになっており、回転方向に向けて４極に着磁されている。図４は、センサマグネット４１の構成を示す説明図である。
【００３１】
図４に示すように、センサマグネット４１には、作動着磁域５１と補正着磁域５２が設けられている。作動着磁域５１には、外周側がＮ極に着磁された制動域５３（第１磁極）と、同じくＳ極に着磁された駆動域５４（第２磁極）が設けられている。駆動域５４（Ｓ極）の着磁角度は制動域５３（Ｎ極）のそれよりも大きくなっており、ここでは、駆動域５４は１４５°、制動域５３は５５°に着磁されている。補正着磁域５２には、補正Ｓ極５５（第３磁極）と補正Ｎ極５６（第４磁極）とが設けられている。補正Ｎ極５６は１１６°、補正Ｓ極５５は４４°に着磁されている。補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５の着磁角度は、制動域５３や駆動域５４とバランス良く設定する方が望ましく、ここでは、補正着磁域５２を駆動域５４と制動域５３の着磁角度比（１４５：５５）で分割した値に設定している。
【００３２】
センサマグネット４１は、駆動歯車３５の回転に伴ってホールＩＣ３７ａ，３７ｂの前で回転する。ところが、当該モータ７ａ，７ｂは正逆転駆動されるため、センサマグネット４１の全周はホールＩＣ３７ａ，３７ｂの前を通過せず、制動域５３と駆動域５４を合わせた２００°分だけがその前を通過する。すなわち、センサマグネット４１の残り１６０°分は未使用領域となり、その部分の極性は問われず、また、単一の極性である必要もない。そこで、当該モータ７ａ，７ｂでは、図４に示すように、未使用領域を補正着磁域５２とし、補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５を設け、駆動域５４での磁束密度の低減を抑制している。
【００３３】
図５は、センサマグネット４１の角度位置と磁束密度との関係を示す説明図である。図５に破線にて示したように、補正着磁域５２を設けない場合、駆動域５４の磁束密度は磁極中央にて大きく低下する。すなわち、補正着磁域５２がない場合は、駆動域５４の磁束密度はあたかもスパンの長いケーブルのように中央部が弛みがその値が低下する。これに対し、当該センサマグネット４１では、図５に実線にて示したように、補正着磁域５２の存在により磁束密度の低下が抑えられ、駆動域５４の磁束密度が高められている。つまり、先の喩えで言えば、補正着磁域５２によりケーブルのスパンが短くなり、その弛みが減少し磁束密度の低下が抑制される。
【００３４】
このように、センサマグネット４１では、駆動域５４における磁束密度を大きくすることができ、マグネットを厚くしなくとも、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂからのセンサ信号を維持することができる。従って、位置検出精度を低下させることなくセンサマグネット４１を薄型化でき、マグネットのコストや重量の低減が可能となると共に、モータユニットの小型軽量化やレイアウト性の向上も図られる。
【００３５】
次に、当該モータの動作を説明する。図示しないワイパスイッチをオンすると、制御部からブラシ２２，２３にそれぞれ逆向きの電流が供給され、コミュテータ２０によって整流された電流がアマチュアコイル１９に流れる。この電流によりアマチュアコイル１９に回転力が発生して回転軸１５が回転する。回転軸１５の回転は、減速機構９のウォームギヤ３１とピニオンギヤ３２，３３および駆動歯車３５とにより減速されて出力軸３４に伝達される。出力軸３４が回転すると、それに伴って、ワイパ軸４ａ，４ｂに取り付けられたワイパアーム１ａ，１ｂが作動する。
【００３６】
図６は、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂとセンサマグネット４１との関係を示す説明図である。前述のように、センサマグネット４１には制動域５３と駆動域５４が設けられており、駆動歯車３５が回転すると、それに伴ってホールＩＣ３７ａ，３７ｂの前を通過する磁極が変化する。そして、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂにて検出される極性の組み合わせや変化形態によりワイパアーム１ａ，１ｂの位置が認識できるようになっている。
【００３７】
ここで、ワイパアーム１ａ，１ｂが格納位置のときには、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂには、センサマグネット４１のＳ極とＮ極がそれぞれ対向する。従って、その検知信号は、図６（ａ）に示すように「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｎ」となる。出力軸３４が回転し、ワイパアーム１ａ，１ｂが下反転位置に来ると、ホールＩＣ３７ａもセンサマグネット４１のＮ極が対向するようになり、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｂ）に示すように「３７ａ：Ｎ，３７ｂ：Ｎ」となる。さらに出力軸３４が回転し、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置に来ると、ホールＩＣ３７ａがセンサマグネット４１のＮ極からＳ極に移動する。このとき、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｃ）に示すように「３７ａ：Ｎ→Ｓ，３７ｂ：Ｓ」となる。そして、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置に来ると、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂにセンサマグネット４１のＳ極が共に対向し、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｄ）に示すように「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」となる。
【００３８】
一方、上反転位置から下反転位置に向かうときには、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置に来ると、ホールＩＣ３７ａがセンサマグネット４１のＳ極からＮ極に移動する。このとき、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｃ）に示すように「３７ａ：Ｓ→Ｎ，３７ｂ：Ｓ」となる。これらの推移をまとめたものが図７の表である。図７に示すように、各制御ポイントにおいてホールＩＣ３７ａ，３７ｂで検出される磁極の組み合わせが異なっており、その組み合わせを判定することにより、現在のワイパアーム１ａ，１ｂの位置を概ね知ることができる。また、原点通過時の磁極変化を捉えることにより、ワイパアーム１ａ，１ｂの移動方向も検出できる。つまり、ここでは２個のホールＩＣ３７ａ，３７ｂにより４カ所の位置を認識できる。なお、センサマグネット４１の磁極は、ＳとＮの部位がそれぞれ逆の極性であっても良い。
【００３９】
そこで、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置と下反転位置の間にあるとき電源が切られた場合を考える。このときワイパアーム１ａ，１ｂのパルスカウントは消滅し、再起動時にはワイパアーム１ａ，１ｂの位置は不明な状態となる。従って、このままモータを駆動すると前述のようにワイパアーム１ａ，１ｂの正確な位置は把握できず、オーバーランの恐れもある。これに対し、当該モータでは、ともかくワイパアーム１ａ，１ｂの位置を把握するため、まずワイパアーム１ａ，１ｂを原点位置Ｏの方向へ駆動する。この際、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置と原点位置Ｏの間にあるときは、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂからの信号は「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」となる。一方、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂからの信号が「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」以外の組み合わせのときには、ワイパアーム１ａ，１ｂは原点位置Ｏよりも下反転位置側にある。
【００４０】
従って、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの信号が「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」のときには、ワイパアーム１ａ，１ｂを下反転位置側に向けて作動すれば必ず原点位置Ｏを通過する。また、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの信号が「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」以外のときには、ワイパアーム１ａ，１ｂを上反転位置側に向けて作動すれば必ず原点位置Ｏを通過する。すなわち、２個のホールＩＣ３７ａ，３７ｂからの信号の組み合わせを吟味することにより、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置Ｏに対してどちら側に位置するのかが判定できる。そして、それに合わせてワイパアーム１ａ，１ｂを原点位置Ｏに向けて起動すれば、やがてワイパアーム１ａ，１ｂは必ず原点位置Ｏを通過し、その時点でその位置が確定する。
【００４１】
ワイパアーム１ａ，１ｂの位置を原点位置通過によって確認した後は、通常のパルスカウント制御を行う。すなわち、原点位置Ｏを基点として、制御部はホールＩＣ３８，３９のパルスのカウントを開始し、カウントされたパルス数により出力軸３４の回転角度を検出する。例えば、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置Ｂに向けて作動する場合、ホールＩＣ３８，３９が発信するパルスの出現順序、あるいは、原点位置ＯにおけるホールＩＣ３７ａの信号変化により、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置Ｂに向けて作動していること、つまりワイパアーム１ａ，１ｂの作動方向が検出される。そして、出力軸３４の回転角度と回転方向とによりワイパアーム１ａ，１ｂの絶対位置が検出される。
【００４２】
ワイパアーム１ａ，１ｂが作動を続け、予め定められた所定のパルス数がカウントされると、制御部はワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置Ｂであることを認識する。これに伴い、ブラシ２２，２３に供給する電流の向きが変更される。ブラシ２２，２３に逆向きの電流が供給されると、アマチュアコイル１９に生じる回転力の方向が逆向きとなりモータが逆転する。モータ逆転により、ワイパアーム１ａ，１ｂは上反転位置Ｂにおいて作動方向を逆向きに変更し、下反転位置Ａに向けて作動する。
【００４３】
そして、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置Ｏを通過すると、ホールＩＣ３７ａの信号がＳ→Ｎとなり、ホールＩＣ３８，３９のパルスのカウントがリセットされる。その後、下反転位置Ａへ向けてパルスカウントが行われ、予め定められた所定のパルス数がカウントされると、制御部はワイパアーム１ａ，１ｂが下反転位置Ａであることを認識する。これに伴い再びモータが逆転され、ワイパアーム１ａ，１ｂは上反転位置Ｂに向けて作動する。これらの動作を繰り返すことにより、ワイパアーム１ａ，１ｂが下反転位置Ａと上反転位置Ｂとの間で揺動運動し、ワイパブレード２ａ，２ｂによる払拭動作が行われる。
【００４４】
また、図示しないワイパスイッチをオフの位置とすると、ワイパアーム１ａ，１ｂがワイパスイッチをオフしてから最初に下反転位置Ａとなったことが検出されると、制御部はワイパアーム１ａ，１ｂを下反転位置Ａから格納部６に向けて作動させる。このときもホールＩＣ３８，３９のパルスのカウントは続行され、所定のパルス数がカウントされた時点で制御部はワイパアーム１ａ，１ｂが格納位置Ｃに達したことを認識し、ブラシ２２，２３に供給する電流を停止させる。
【００４５】
このように当該モータでは、電源遮断等により異常停止が生じても、異常停止位置からの復帰の際に、ワイパアーム１ａ，１ｂを必ず原点位置Ｏを通過する方向に作動させる。そして、原点位置Ｏの通過によりデータのリセットを行った後、上又は下反転位置に到達するように動作させる。このため、異常停止後の再起動時に現在位置が認識できず、オーバーランやストッパとの当接などの事態が生じるのを防止でき、スムーズな再起動動作が実現できる。しかも、そのために要するセンサ数はホールＩＣ３７ａ，３７ｂの２個で足りる。
【００４６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態における各部の角度、すなわち、駆動域５４や制動域５３、補正着磁域５２及びその中の補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５の着磁角度はあくまでも一例であり、前記の値には限定されない。駆動域５４と制動域５３の合計角度を１８０°、補正着磁域５２を１８０°とし、駆動域５４と補正Ｎ極５６を同角度（例えば１３５°）、制動域５３と補正Ｓ極５５を同角度（例えば４５°）に設定しても良い。このように、駆動域５４と補正Ｎ極５６、制動域５３と補正Ｓ極は、可能な限り同じ角度とする方が望ましい。しかしながら、実施の形態のようにそれらを同角度にできない場合には、なるべく近い角度、若しくは、同分割比とし、それらをバランス良く配置することが好ましい。
【００４７】
また、センサマグネット４１と対向するセンサ（ホールＩＣ）は２個には限定されず、１個にて極性を判別して回転位置検出を行う場合や、３個以上のセンサを使用する場合にも本発明は適用可能である。なお、センサマグネット４１の磁極（Ｎ，Ｓ）は逆でも良く、その場合にはホールＩＣ３７ａ，３７ｂにて検知される磁極は図６，７の逆となる。
【００４８】
一方、前述の実施の形態においては、当該モータを自動車のワイパ装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、パワーウインドなどの他の車両電装品や、家電製品等に用いることも可能である。また、本実施の形態では、両方のワイパアームを各々個別のモータ７ａ，７ｂで駆動しているが、本発明は、単一のモータとリンク機構により両方のワイパアーム１ａ，１ｂを作動させる形式のものにも適用できる。さらに、前述の実施の形態では、本発明を並行払拭型ワイパ装置に適用した場合について説明したが、本発明は対向払拭型ワイパ装置（オポジットタイプ）にも適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の減速機構付き電動モータによれば、着磁角度を異にする複数の磁極を備える作動着磁域と複数の磁極を備える補正着磁域とが形成されたセンサマグネットを出力軸に設けると共に、このセンサマグネットの作動着磁域に対向して磁気検出素子を配置するようにしたので、補正着磁域の存在により作動着磁域における着磁角度が大きい磁極の磁束密度の低下が抑えられる。このため、作動着磁域の磁束密度を大きくすることができ、マグネットを厚くしなくとも磁気検出素子から所定の信号を出力可能な磁束密度を確保することが可能となる。従って、センサマグネットを薄型化でき、マグネットのコストや重量の低減が可能となると共に、モータユニットの小型軽量化を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である減速機構付きの電動モータを駆動源としたワイパ装置の概略を示す説明図である。
【図２】図１の電動モータの構造を示す断面図である。
【図３】図２に示すウォームギヤの噛み合い状態を示す一部切欠断面図である。
【図４】センサマグネットの構成を示す説明図である。
【図５】センサマグネットの角度位置と磁束密度との関係を示す説明図である。
【図６】ホールＩＣとセンサマグネットとの関係を示す説明図である。
【図７】各制御ポイントにおいてホールＩＣが検出する磁極の組み合わせを示す表である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ ワイパアーム
２ａ，２ｂ ワイパブレード
３ フロントガラス
４ａ，４ｂ ワイパ軸
５ 払拭範囲
６ 格納部
７ａ，７ｂ 減速機構付き電動モータ
８ モータ本体
９ 減速機構
１０ モータハウジング
１０ａ 開口端
１０ｂ 底部
１１ ケーシング
１１ａ 軸受部
１１ｂ 歯車室
１１ｃ 通信部
１２，１３ 永久磁石
１４ アマチュア
１５ 回転軸
１５ａ 先端部
１６，１７ 軸受
１８ アマチュアコア
１９ アマチュアコイル
２０ コミュテータ
２０ａ 胴部
２０ｂ 整流子片
２１ ブラシホルダ
２２，２３ ブラシ
２４ 配線
２５ 電源端子
２６ 壁面
２７，２８ ウォーム
２９，３０ ウォームホイル
３１ ウォームギヤ
３２，３３ ピニオンギヤ
３４ 出力軸
３５ 駆動歯車
３６ プリント基板
３７ａ，３７ｂ ホールＩＣ
３８，３９ ホールＩＣ
４０ 接続端子
４１ センサマグネット
４２ 多極着磁マグネット
５１ 作動着磁域
５２ 補正着磁域
５３ 制動域（第１磁極）
５４ 駆動域（第２磁極）
５５ 補正Ｓ極（第３磁極）
５６ 補正Ｎ極（第４磁極）
Ａ 下反転位置
Ｂ 上反転位置
Ｃ 格納位置
Ｏ 原点位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、減速機構を有する電動モータに関し、特に、自動車等のワイパ装置に使用される減速機構付き電動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの車両用ワイパ装置の駆動源には、車両に搭載されたバッテリ等の電源によって作動する電動モータが用いられている。このような電動モータは、出力軸の回転数を所要の回転数に減速するための減速機構が取り付けられ、減速機構付き電動モータとして一つのユニットとなっている。ワイパ装置にはこのモータユニットが１個又は２個使用され、それを駆動源としてワイパアームが上反転位置と下反転位置との間で揺動運動する。モータユニットを１個使用する場合には、運転席側と助手席側のワイパアームをリンクにて結合し、同期駆動させる。モータユニットを２個使用する場合には、運転席側、助手席側の各ワイパアームにモータユニットを取り付け、アマチュア軸や出力軸の回転を検出しつつ両ワイパアームを同期駆動させる。
【０００３】
ワイパーシステムの取り付けスペースは、エンジンの大型化、ブレーキのマスターパワーの大型化により、年々小さくなって来ている。このため、近年では、モータを１８０°以内で正逆転させることにより、リンクの作動面積を半分以下に抑え、ワイパを小さなスペースで駆動可能とした方式も実用化されている。このモータ正逆転方式では、払拭角度内の任意の場所で反転動作可能なことから、下反転位置を設定した上でさらにその下方に格納位置を設定できる。そこで、高級車などでは、この方式を採用しワイパ格納機能を盛り込んだものも多く見受けられる。
【０００４】
ワイパシステムにおいてモータ正逆転を行うには、任意の位置でモータ正逆転を行わせるため、ワイパアーム位置の検出が必要となる。ワイパアーム位置検出は、モータの回転に連動して発生するパルス数の加減算によって行われる。モータ回転軸には多極着磁マグネットが取り付けられ、その回転に伴う磁極変化を捉えてパルス信号を出力するホールＩＣ等のセンサがマグネットに対向して配置される。パルスのカウントは、モータユニット出力軸の回転位置の基準となる１点（原点位置）でリセットされパルスずれの発生を防止している。
【０００５】
パルスリセット信号を得るため、出力軸にもまたセンサマグネットが取り付けられる。センサマグネットに対しては、所定の基準位置にその磁極が差し掛かると基準信号が出力されるようにホールＩＣ等のセンサが配置される。センサマグネットからリセット信号が出力されると、その時点からのパルス加減算により、基準位置からのモータ回転角度が算出される。そして、これに減速比やリンク比等を考慮することにより現在のワイパアーム位置が検出される。なお、モータ回転パルスの周期から、ワイパアーム移動速度も検出できる。
【０００６】
一方、ワイパシステムでは、スイッチをＯＦＦした位置にかかわらず、ワイパブレードが格納位置（又は下反転位置）まで戻って停止するいわゆるオートストップ動作が採用されている。ところが、このオートストップ動作を行わせるためには、ワイパブレードの動作領域を「制動域」と「駆動域」とに区分する必要がある。すなわち、格納位置や下反転位置近傍に設けられ、スイッチＯＦＦに伴いワイパアームを所定位置に停止させるための「制動域」と、制動域に至るまでワイパアームを駆動させる「駆動域」を設定する必要がある。従って、ワイパアーム位置検出においても、これらの領域を識別する必要がある。
【０００７】
そこで、従来より、前述のようなモータユニットでは一般に、先のセンサマグネットの極性を両領域に対応させ、それをホールＩＣにて判別してワイパアームが何れの領域にあるかを検出する方式が使用されている。そこでは、センサマグネットをＳ極部とＮ極部の２極構成とし、例えば、制動域と「Ｓ極」、駆動域と「Ｎ極」を対応させる。そして、「Ｓ極」が検出されている間は制動域、「Ｎ極」が検出されている間は駆動域のようにワイパアームの現存領域を識別する。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１３７９３号公報
【特許文献２】特開平１１−３０１４０９号公報
【特許文献３】特開２００２−２６２５１５号公報
【特許文献４】特願２００２−３６３０４１号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、下反転位置近傍に設定される制動域とそれ以外の領域を占める駆動域とは、その領域幅が大きく異なるため、各領域に対応するセンサマグネットの着磁面積が大幅に異なってくる。すなわち、制動域として例えば６０°のＮ極を設けた場合、駆動域を示すＳ極は３００°となり、両者には５倍の開きが生じる。ところが、マグネットをこのように大きく異なる面積で２極着磁した場合、広い面積の磁極では磁束密度が小さくなる傾向がある。先の例で言えば、６０°のＮ極に比して、３００°のＳ極は磁極中心部における磁束密度の低減幅が大きく、Ｎ極よりも磁束密度が小さくなる。
【００１０】
ホールＩＣにおいて磁極極性を検出する場合、ある極性を検知している旨のセンサ信号を維持するには、ある程度以上の磁束密度が必要である。従って、誤検出防止のため、大きい磁極の側でも十分な磁束密度を確保する必要があり、その分、マグネットの厚みを大きくしなければならない。このため、より軸方向に大きなマグネットが必要となり、コスト的にも、また、重量や装置体格の点でも不利となるという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、ワイパアームの位置検知用センサマグネットを薄型化し、コストの低減や装置の小型軽量化を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の減速機構付き電動モータは、回転軸を有するモータ本体と、前記回転軸の回転を減速して出力軸に伝達する減速機構とを有する減速機構付き電動モータであって、前記出力軸に設けられ、着磁角度を異にする複数の磁極を備える作動着磁域と複数の磁極を備える補正着磁域とが形成されたセンサマグネットと、前記センサマグネットの前記作動着磁域に対向して配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、センサマグネットに作動着磁域の他に補正着磁域を設けたので、作動着磁域において着磁角度が大きい磁極の磁束密度の低下を抑えることができる。このため、作動着磁域の磁束密度を大きくすることができ、マグネットを厚くしなくとも磁気検出素子から所定の信号を出力可能な磁束密度を確保することが可能となる。従って、位置検出精度を低下させることなくセンサマグネットを薄型化でき、マグネットのコストや重量の低減が可能となると共に、モータユニットの小型軽量化を図ることも可能となる。
【００１４】
前記減速機構付き電動モータおいて、前記センサマグネットをリング状に形成し、前記補正着磁域と前記作動着磁域を周方向に隣接して設けても良い。また、前記作動着磁域に、第１磁極と、前記第１磁極よりも大きい着磁角度を有する第２磁極とを設け、前記補正着磁域に、前記第１磁極と異極性の第３磁極と、前記第３磁極よりも大きい着磁角度を有する前記第２磁極と異極性の第４磁極とを設けても良い。この場合、前記第１磁極と前記第３磁極の着磁角度を等しく、前記第２磁極と前記第４磁極の着磁角度を等しくしても良い。また、前記第３磁極と前記第４磁極の着磁角度の比を、前記第１磁極と前記第２磁極の着磁角度の比と等しくしても良い。
【００１５】
さらに、前記減速機構付き電動モータにおいて、前記出力軸が所定状態にあるとき前記出力軸の所定部位が対向する基準位置に配置された第１磁気検出素子と、前記第１磁気検出素子と所定角度離れた位置に配置された第２磁気検出素子とをさらに設け、前記センサマグネットが、前記出力軸が前記基準位置に対し一方向側にあるとき前記第１及び第２磁気検出素子が共に前記第２磁極に対向し、前記出力軸が前記基準位置に対し他方向側にあるとき前記第１及び第２磁気検出素子の少なくとも一方が前記第１磁極に対向するようにしても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である減速機構付きの電動モータを駆動源としたワイパ装置の概略を示す説明図、図２は図１の電動モータの構造を示す断面図である。図３は、図２に示すウォームギヤの噛み合い状態を示す一部切欠断面図である。
【００１７】
図１に示すワイパ装置は、車体に揺動自在に設けられた運転席側のワイパアーム１ａと助手席側のワイパアーム１ｂとを有している。各ワイパアーム１ａ，１ｂには、運転席側のワイパブレード２ａと助手席側のワイパブレード２ｂが取り付けられている。ワイパブレード２ａ，２ｂはワイパアーム１ａ，１ｂ内に内装された図示しないばね部材等によりフロントガラス３に弾圧的に接触している。車体には２つのワイパ軸４ａ，４ｂが設けられており、ワイパアーム１ａ，１ｂはその基端部でワイパ軸４ａ，４ｂにそれぞれ取り付けられている。
【００１８】
ワイパブレード２ａ，２ｂが、下反転位置Ａと上反転位置Ｂとの間、つまり図中一点鎖線で示す払拭範囲５を揺動運動することにより、フロントガラス３に付着した雨や雪などが払拭される。ワイパブレード２ａ，２ｂは、ワイパ休止時には下反転位置Ａよりも下側に位置する格納位置Ｃへ移動して格納部６に格納される。格納部６は図示しない車体のボンネットの内部に設けられている。ワイパブレード２ａ，２ｂを格納部６に格納することにより、車両の前方視界が向上する。なお、ワイパブレード２ａ，２ｂには、制御上の基準位置として、下反転位置Ａよりも１５°ほど上方に原点位置（基準位置）Ｏが設定されている。
【００１９】
ワイパアーム１ａ，１ｂを揺動運動させるため、このワイパ装置には２つの減速機構付き電動モータ７ａ，７ｂ（以下、モータ７ａ，７ｂと略記する）が設けられている。図２に示すように、モータ７ａ，７ｂは、モータ本体８と減速機構９とで構成されている。モータ本体８のモータハウジング１０は、底付き円筒状に形成されている。減速機構９のケーシング１１は、モータハウジング１０とほぼ同寸法の円筒状に形成された軸受部１１ａと歯車室１１ｂおよび通信部１１ｃとを有している。これらの部材は、モータハウジング１０の開口端１０ａとケーシング１１の軸受部１１ａとを接した状態で、図示しない締結部材により連結されている。
【００２０】
モータハウジング１０の内周面には、互いに異なる磁極を向かい合わせて配置された２つの永久磁石１２，１３が設けられており、モータハウジング１０の内部に磁界を形成している。モータハウジング１０の内部には、この磁界内に位置してアマチュア１４が設けられている。アマチュア１４の回転軸１５は、自動調心形の軸受１６，１７に回転自在に支持されている。軸受１６，１７は、モータハウジング１０の底部１０ｂと軸受部１１ａに設けられている。
【００２１】
アマチュア１４は、複数のスロットが形成されたアマチュアコア１８を有している。スロットにはそれぞれ銅線が巻き付けられてアマチュアコイル１９が形成されている。アマチュアコア１８の図中左側にはコミュテータ２０が軸着されている。コミュテータ２０は、回転軸１５に固定された樹脂製の胴部２０ａと、その外周に互いに絶縁されて放射状に配置された複数の整流子片２０ｂを備えている。各整流子片２０ｂはアマチュアコイル１９に接続されている。
【００２２】
軸受部１１ａの内部にはブラシホルダ２１が設けられている。ブラシホルダ２１には２つのブラシ２２，２３が取り付けられている。ブラシ２２，２３は整流子片２０ｂ方向に向けて付勢されており、その状態で整流子片２０ｂと接触する。通信部１１ｃには、配線２４によりブラシ２２，２３と接続された電源端子２５が設けられている。電源端子２５に対し図示しない制御部から電流を供給することにより、ブラシ２２，２３にそれぞれ逆向きの電流が供給される。
【００２３】
アマチュアコイル１９は磁界中に位置しているため、アマチュアコイル１９にコミュテータ２０を介して整流された電流を流すと、フレミングの左手の法則に基づきアマチュア１４に回転力が発生する。従って、アマチュアコイル１９に流れる電流を制御することにより、回転軸１５の回転角度や回転方向もしくは回転速度などを制御できる。
【００２４】
歯車室１１ｂの内部には回転軸１５が突出している。回転軸１５の先端部１５ａは、歯車室１１ｂのモータ本体８とは反対側に位置する壁面２６の近傍に位置している。図３に示すように、回転軸１５の歯車室１１ｂの内部に位置する外周面には、それぞれねじ方向が逆向きに形成された２つのウォーム２７，２８が形成されている。歯車室１１ｂの内部には、ウォーム２７，２８と噛み合うように２つのウォームホイル２９，３０が設けられてウォームギヤ３１が構成されている。ウォームホイル２９，３０にはそれぞれピニオンギヤ３２，３３が同軸に設けられている。ピニオンギヤ３２，３３には、減速機構９の出力軸３４と一体に形成された回転体としての駆動歯車３５が噛み合う。回転軸１５の回転は、ウォームギヤ３１と各ピニオンギヤ３２，３３および駆動歯車３５とにより減速されて出力軸３４へ伝達される。
【００２５】
モータ７ａ，７ｂの出力軸３４は、それぞれワイパ軸４ａ，４ｂに機械的に連結されている。ワイパ軸４ａ，４ｂは、出力軸３４と一体に回転するようになっている。回転軸１５が回転するとウォーム２７，２８はウォームホイル２９，３０により回転軸１５の軸方向に働くスラスト力を受ける。このとき、各ウォーム２７，２８はねじ方向が逆向きに形成されていることから、このスラスト力は互いに逆方向に働く。これにより、回転軸１５のスラスト方向の移動が抑制され、回転軸１５にはスラスト軸受等を設ける必要がない。なお、本実施の形態では、減速機構９としてウォームギヤ３１とピニオンギヤ３２，３３および駆動歯車３５とによる２段減速機構を用いているが、これに限らず、ウォームギヤのみを用いた１段減速のものや、遊星歯車機構などを用いたものでも良い。
【００２６】
ケーシング１１の壁面２６には、回転軸１５に垂直にプリント基板３６が取り付けられている。プリント基板３６には、通信部１１ｃに位置する接続端子４０が取り付けられている。接続端子４０より、図示しない制御部からの電源供給や検出信号の伝達が行われる。
【００２７】
プリント基板３６上には、第１のセンサとして２個の絶対位置検出用のホールＩＣ３７ａ，３７ｂと、第２のセンサとして相対位置検出用のホールＩＣ３８，３９が取り付けられている。この場合、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂには、磁極変化と共に磁極の種類、すなわち、被検出対象がＮ極かＳ極かを判定可能なものが使用される。なお、本実施の形態では、相対位置検出用センサとしてホールＩＣを用いているが、これに限らず、フォトダイオードなどを用いた光学式のエンコーダや赤外線センサなど、他の方式のセンサを用いても良い。
【００２８】
ホールＩＣは磁界の変化を電流に変換することによりパルス信号を発信するセンサであり、ホールＩＣの被検出部材としては磁石が必要である。相対位置検出用のホールＩＣ３８，３９の被検出部材としては、回転軸１５の先端部１５ａに多極着磁マグネット４２（以下、マグネット４２と略記する）が取り付けられている。マグネット４２は回転軸１５と一体に回転するようになっており、回転方向に向けて６極に着磁されている。
【００２９】
ホールＩＣ３８，３９は、プリント基板３６の面上にマグネット４２と対向する位置に、それぞれマグネット４２の回転方向に対して位相を９０°ずらして取り付けられている。回転軸１５が回転すると、ホールＩＣ３８，３９は、回転軸１５が１回転するにつき６周期分のパルスが出力される。このパルスは、接続端子４０を介して図示しない制御部に向けて発信され、これをカウントすることにより回転軸１５の回転角度が検出できる。また、ホールＩＣ３８，３９の位相が９０°ずれているため、ホールＩＣ３８，３９が発信するパルスの出現順序は回転軸１５の回転方向により相違する。従って、このパルスの出現順序により、回転軸１５の回転方向が検出できる。さらに、ホールＩＣ３８，３９により検出されるパルスの周期により回転軸１５の回転速度を検出することもできる。
【００３０】
絶対位置検出用のホールＩＣ３７ａ，３７ｂの被検出部材としては、駆動歯車３５の側面の図中下側の外周部にリング状のセンサマグネット４１が取り付けられている。センサマグネット４１は駆動歯車３５と一体に回転するようになっており、回転方向に向けて４極に着磁されている。図４は、センサマグネット４１の構成を示す説明図である。
【００３１】
図４に示すように、センサマグネット４１には、作動着磁域５１と補正着磁域５２が設けられている。作動着磁域５１には、外周側がＮ極に着磁された制動域５３（第１磁極）と、同じくＳ極に着磁された駆動域５４（第２磁極）が設けられている。駆動域５４（Ｓ極）の着磁角度は制動域５３（Ｎ極）のそれよりも大きくなっており、ここでは、駆動域５４は１４５°、制動域５３は５５°に着磁されている。補正着磁域５２には、補正Ｓ極５５（第３磁極）と補正Ｎ極５６（第４磁極）とが設けられている。補正Ｎ極５６は１１６°、補正Ｓ極５５は４４°に着磁されている。補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５の着磁角度は、制動域５３や駆動域５４とバランス良く設定する方が望ましく、ここでは、補正着磁域５２を駆動域５４と制動域５３の着磁角度比（１４５：５５）で分割した値に設定している。
【００３２】
センサマグネット４１は、駆動歯車３５の回転に伴ってホールＩＣ３７ａ，３７ｂの前で回転する。ところが、当該モータ７ａ，７ｂは正逆転駆動されるため、センサマグネット４１の全周はホールＩＣ３７ａ，３７ｂの前を通過せず、制動域５３と駆動域５４を合わせた２００°分だけがその前を通過する。すなわち、センサマグネット４１の残り１６０°分は未使用領域となり、その部分の極性は問われず、また、単一の極性である必要もない。そこで、当該モータ７ａ，７ｂでは、図４に示すように、未使用領域を補正着磁域５２とし、補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５を設け、駆動域５４での磁束密度の低減を抑制している。
【００３３】
図５は、センサマグネット４１の角度位置と磁束密度との関係を示す説明図である。図５に破線にて示したように、補正着磁域５２を設けない場合、駆動域５４の磁束密度は磁極中央にて大きく低下する。すなわち、補正着磁域５２がない場合は、駆動域５４の磁束密度はあたかもスパンの長いケーブルのように中央部が弛みがその値が低下する。これに対し、当該センサマグネット４１では、図５に実線にて示したように、補正着磁域５２の存在により磁束密度の低下が抑えられ、駆動域５４の磁束密度が高められている。つまり、先の喩えで言えば、補正着磁域５２によりケーブルのスパンが短くなり、その弛みが減少し磁束密度の低下が抑制される。
【００３４】
このように、センサマグネット４１では、駆動域５４における磁束密度を大きくすることができ、マグネットを厚くしなくとも、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂからのセンサ信号を維持することができる。従って、位置検出精度を低下させることなくセンサマグネット４１を薄型化でき、マグネットのコストや重量の低減が可能となると共に、モータユニットの小型軽量化やレイアウト性の向上も図られる。
【００３５】
次に、当該モータの動作を説明する。図示しないワイパスイッチをオンすると、制御部からブラシ２２，２３にそれぞれ逆向きの電流が供給され、コミュテータ２０によって整流された電流がアマチュアコイル１９に流れる。この電流によりアマチュアコイル１９に回転力が発生して回転軸１５が回転する。回転軸１５の回転は、減速機構９のウォームギヤ３１とピニオンギヤ３２，３３および駆動歯車３５とにより減速されて出力軸３４に伝達される。出力軸３４が回転すると、それに伴って、ワイパ軸４ａ，４ｂに取り付けられたワイパアーム１ａ，１ｂが作動する。
【００３６】
図６は、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂとセンサマグネット４１との関係を示す説明図である。前述のように、センサマグネット４１には制動域５３と駆動域５４が設けられており、駆動歯車３５が回転すると、それに伴ってホールＩＣ３７ａ，３７ｂの前を通過する磁極が変化する。そして、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂにて検出される極性の組み合わせや変化形態によりワイパアーム１ａ，１ｂの位置が認識できるようになっている。
【００３７】
ここで、ワイパアーム１ａ，１ｂが格納位置のときには、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂには、センサマグネット４１のＳ極とＮ極がそれぞれ対向する。従って、その検知信号は、図６（ａ）に示すように「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｎ」となる。出力軸３４が回転し、ワイパアーム１ａ，１ｂが下反転位置に来ると、ホールＩＣ３７ａもセンサマグネット４１のＮ極が対向するようになり、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｂ）に示すように「３７ａ：Ｎ，３７ｂ：Ｎ」となる。さらに出力軸３４が回転し、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置に来ると、ホールＩＣ３７ａがセンサマグネット４１のＮ極からＳ極に移動する。このとき、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｃ）に示すように「３７ａ：Ｎ→Ｓ，３７ｂ：Ｓ」となる。そして、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置に来ると、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂにセンサマグネット４１のＳ極が共に対向し、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｄ）に示すように「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」となる。
【００３８】
一方、上反転位置から下反転位置に向かうときには、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置に来ると、ホールＩＣ３７ａがセンサマグネット４１のＳ極からＮ極に移動する。このとき、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの検知信号は、図６（ｃ）に示すように「３７ａ：Ｓ→Ｎ，３７ｂ：Ｓ」となる。これらの推移をまとめたものが図７の表である。図７に示すように、各制御ポイントにおいてホールＩＣ３７ａ，３７ｂで検出される磁極の組み合わせが異なっており、その組み合わせを判定することにより、現在のワイパアーム１ａ，１ｂの位置を概ね知ることができる。また、原点通過時の磁極変化を捉えることにより、ワイパアーム１ａ，１ｂの移動方向も検出できる。つまり、ここでは２個のホールＩＣ３７ａ，３７ｂにより４カ所の位置を認識できる。なお、センサマグネット４１の磁極は、ＳとＮの部位がそれぞれ逆の極性であっても良い。
【００３９】
そこで、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置と下反転位置の間にあるとき電源が切られた場合を考える。このときワイパアーム１ａ，１ｂのパルスカウントは消滅し、再起動時にはワイパアーム１ａ，１ｂの位置は不明な状態となる。従って、このままモータを駆動すると前述のようにワイパアーム１ａ，１ｂの正確な位置は把握できず、オーバーランの恐れもある。これに対し、当該モータでは、ともかくワイパアーム１ａ，１ｂの位置を把握するため、まずワイパアーム１ａ，１ｂを原点位置Ｏの方向へ駆動する。この際、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置と原点位置Ｏの間にあるときは、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂからの信号は「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」となる。一方、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂからの信号が「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」以外の組み合わせのときには、ワイパアーム１ａ，１ｂは原点位置Ｏよりも下反転位置側にある。
【００４０】
従って、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの信号が「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」のときには、ワイパアーム１ａ，１ｂを下反転位置側に向けて作動すれば必ず原点位置Ｏを通過する。また、ホールＩＣ３７ａ，３７ｂの信号が「３７ａ：Ｓ，３７ｂ：Ｓ」以外のときには、ワイパアーム１ａ，１ｂを上反転位置側に向けて作動すれば必ず原点位置Ｏを通過する。すなわち、２個のホールＩＣ３７ａ，３７ｂからの信号の組み合わせを吟味することにより、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置Ｏに対してどちら側に位置するのかが判定できる。そして、それに合わせてワイパアーム１ａ，１ｂを原点位置Ｏに向けて起動すれば、やがてワイパアーム１ａ，１ｂは必ず原点位置Ｏを通過し、その時点でその位置が確定する。
【００４１】
ワイパアーム１ａ，１ｂの位置を原点位置通過によって確認した後は、通常のパルスカウント制御を行う。すなわち、原点位置Ｏを基点として、制御部はホールＩＣ３８，３９のパルスのカウントを開始し、カウントされたパルス数により出力軸３４の回転角度を検出する。例えば、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置Ｂに向けて作動する場合、ホールＩＣ３８，３９が発信するパルスの出現順序、あるいは、原点位置ＯにおけるホールＩＣ３７ａの信号変化により、ワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置Ｂに向けて作動していること、つまりワイパアーム１ａ，１ｂの作動方向が検出される。そして、出力軸３４の回転角度と回転方向とによりワイパアーム１ａ，１ｂの絶対位置が検出される。
【００４２】
ワイパアーム１ａ，１ｂが作動を続け、予め定められた所定のパルス数がカウントされると、制御部はワイパアーム１ａ，１ｂが上反転位置Ｂであることを認識する。これに伴い、ブラシ２２，２３に供給する電流の向きが変更される。ブラシ２２，２３に逆向きの電流が供給されると、アマチュアコイル１９に生じる回転力の方向が逆向きとなりモータが逆転する。モータ逆転により、ワイパアーム１ａ，１ｂは上反転位置Ｂにおいて作動方向を逆向きに変更し、下反転位置Ａに向けて作動する。
【００４３】
そして、ワイパアーム１ａ，１ｂが原点位置Ｏを通過すると、ホールＩＣ３７ａの信号がＳ→Ｎとなり、ホールＩＣ３８，３９のパルスのカウントがリセットされる。その後、下反転位置Ａへ向けてパルスカウントが行われ、予め定められた所定のパルス数がカウントされると、制御部はワイパアーム１ａ，１ｂが下反転位置Ａであることを認識する。これに伴い再びモータが逆転され、ワイパアーム１ａ，１ｂは上反転位置Ｂに向けて作動する。これらの動作を繰り返すことにより、ワイパアーム１ａ，１ｂが下反転位置Ａと上反転位置Ｂとの間で揺動運動し、ワイパブレード２ａ，２ｂによる払拭動作が行われる。
【００４４】
また、図示しないワイパスイッチをオフの位置とすると、ワイパアーム１ａ，１ｂがワイパスイッチをオフしてから最初に下反転位置Ａとなったことが検出されると、制御部はワイパアーム１ａ，１ｂを下反転位置Ａから格納部６に向けて作動させる。このときもホールＩＣ３８，３９のパルスのカウントは続行され、所定のパルス数がカウントされた時点で制御部はワイパアーム１ａ，１ｂが格納位置Ｃに達したことを認識し、ブラシ２２，２３に供給する電流を停止させる。
【００４５】
このように当該モータでは、電源遮断等により異常停止が生じても、異常停止位置からの復帰の際に、ワイパアーム１ａ，１ｂを必ず原点位置Ｏを通過する方向に作動させる。そして、原点位置Ｏの通過によりデータのリセットを行った後、上又は下反転位置に到達するように動作させる。このため、異常停止後の再起動時に現在位置が認識できず、オーバーランやストッパとの当接などの事態が生じるのを防止でき、スムーズな再起動動作が実現できる。しかも、そのために要するセンサ数はホールＩＣ３７ａ，３７ｂの２個で足りる。
【００４６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態における各部の角度、すなわち、駆動域５４や制動域５３、補正着磁域５２及びその中の補正Ｎ極５６と補正Ｓ極５５の着磁角度はあくまでも一例であり、前記の値には限定されない。駆動域５４と制動域５３の合計角度を１８０°、補正着磁域５２を１８０°とし、駆動域５４と補正Ｎ極５６を同角度（例えば１３５°）、制動域５３と補正Ｓ極５５を同角度（例えば４５°）に設定しても良い。このように、駆動域５４と補正Ｎ極５６、制動域５３と補正Ｓ極は、可能な限り同じ角度とする方が望ましい。しかしながら、実施の形態のようにそれらを同角度にできない場合には、なるべく近い角度、若しくは、同分割比とし、それらをバランス良く配置することが好ましい。
【００４７】
また、センサマグネット４１と対向するセンサ（ホールＩＣ）は２個には限定されず、１個にて極性を判別して回転位置検出を行う場合や、３個以上のセンサを使用する場合にも本発明は適用可能である。なお、センサマグネット４１の磁極（Ｎ，Ｓ）は逆でも良く、その場合にはホールＩＣ３７ａ，３７ｂにて検知される磁極は図６，７の逆となる。
【００４８】
一方、前述の実施の形態においては、当該モータを自動車のワイパ装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、パワーウインドなどの他の車両電装品や、家電製品等に用いることも可能である。また、本実施の形態では、両方のワイパアームを各々個別のモータ７ａ，７ｂで駆動しているが、本発明は、単一のモータとリンク機構により両方のワイパアーム１ａ，１ｂを作動させる形式のものにも適用できる。さらに、前述の実施の形態では、本発明を並行払拭型ワイパ装置に適用した場合について説明したが、本発明は対向払拭型ワイパ装置（オポジットタイプ）にも適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の減速機構付き電動モータによれば、着磁角度を異にする複数の磁極を備える作動着磁域と複数の磁極を備える補正着磁域とが形成されたセンサマグネットを出力軸に設けると共に、このセンサマグネットの作動着磁域に対向して磁気検出素子を配置するようにしたので、補正着磁域の存在により作動着磁域における着磁角度が大きい磁極の磁束密度の低下が抑えられる。このため、作動着磁域の磁束密度を大きくすることができ、マグネットを厚くしなくとも磁気検出素子から所定の信号を出力可能な磁束密度を確保することが可能となる。従って、センサマグネットを薄型化でき、マグネットのコストや重量の低減が可能となると共に、モータユニットの小型軽量化を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である減速機構付きの電動モータを駆動源としたワイパ装置の概略を示す説明図である。
【図２】図１の電動モータの構造を示す断面図である。
【図３】図２に示すウォームギヤの噛み合い状態を示す一部切欠断面図である。
【図４】センサマグネットの構成を示す説明図である。
【図５】センサマグネットの角度位置と磁束密度との関係を示す説明図である。
【図６】ホールＩＣとセンサマグネットとの関係を示す説明図である。
【図７】各制御ポイントにおいてホールＩＣが検出する磁極の組み合わせを示す表である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ ワイパアーム
２ａ，２ｂ ワイパブレード
３ フロントガラス
４ａ，４ｂ ワイパ軸
５ 払拭範囲
６ 格納部
７ａ，７ｂ 減速機構付き電動モータ
８ モータ本体
９ 減速機構
１０ モータハウジング
１０ａ 開口端
１０ｂ 底部
１１ ケーシング
１１ａ 軸受部
１１ｂ 歯車室
１１ｃ 通信部
１２，１３ 永久磁石
１４ アマチュア
１５ 回転軸
１５ａ 先端部
１６，１７ 軸受
１８ アマチュアコア
１９ アマチュアコイル
２０ コミュテータ
２０ａ 胴部
２０ｂ 整流子片
２１ ブラシホルダ
２２，２３ ブラシ
２４ 配線
２５ 電源端子
２６ 壁面
２７，２８ ウォーム
２９，３０ ウォームホイル
３１ ウォームギヤ
３２，３３ ピニオンギヤ
３４ 出力軸
３５ 駆動歯車
３６ プリント基板
３７ａ，３７ｂ ホールＩＣ
３８，３９ ホールＩＣ
４０ 接続端子
４１ センサマグネット
４２ 多極着磁マグネット
５１ 作動着磁域
５２ 補正着磁域
５３ 制動域（第１磁極）
５４ 駆動域（第２磁極）
５５ 補正Ｓ極（第３磁極）
５６ 補正Ｎ極（第４磁極）
Ａ 下反転位置
Ｂ 上反転位置
Ｃ 格納位置
Ｏ 原点位置
Claims (6)
- 回転軸を有するモータ本体と、前記回転軸の回転を減速して出力軸に伝達する減速機構とを有する減速機構付き電動モータであって、
前記出力軸に設けられ、着磁角度を異にする複数の磁極を備える作動着磁域と複数の磁極を備える補正着磁域とが形成されたセンサマグネットと、
前記センサマグネットの前記作動着磁域に対向して配置された磁気検出素子とを有することを特徴とする減速機構付き電動モータ。 - 請求項１記載の減速機構付き電動モータおいて、前記センサマグネットはリング状に形成され、前記補正着磁域と前記作動着磁域は周方向に隣接して設けられることを特徴とする減速機構付き電動モータ。
- 請求項１又は２記載の減速機構付き電動モータおいて、前記作動着磁域は、第１磁極と、前記第１磁極よりも大きい着磁角度を有する第２磁極とを備え、前記補正着磁域は、前記第１磁極と異極性の第３磁極と、前記第３磁極よりも大きい着磁角度を有する前記第２磁極と異極性の第４磁極とを備えることを特徴とする減速機構付き電動モータ。
- 請求項３記載の減速機構付き電動モータにおいて、前記第１磁極と前記第３磁極は着磁角度が等しく、前記第２磁極と前記第４磁極は着磁角度が等しいことを特徴とする減速機構付き電動モータ。
- 請求項３記載の減速機構付き電動モータにおいて、前記第３磁極と前記第４磁極の着磁角度の比は、前記第１磁極と前記第２磁極の着磁角度の比に等しいことを特徴とする減速機構付き電動モータ。
- 請求項３〜５の何れか１項に記載の減速機構付き電動モータにおいて、
前記出力軸が所定状態にあるとき前記出力軸の所定部位が対向する基準位置に配置された第１磁気検出素子と、前記第１磁気検出素子と所定角度離れた位置に配置された第２磁気検出素子とをさらに有し、
前記センサマグネットは、前記出力軸が前記基準位置に対し一方向側にあるとき前記第１及び第２磁気検出素子が共に前記第２磁極に対向し、前記出力軸が前記基準位置に対し他方向側にあるとき前記第１及び第２磁気検出素子の少なくとも一方が前記第１磁極に対向することを特徴とする減速機構付き電動モータ。
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