JP2020513720A - ギアモータ、対応するワイパーシステム及び対応する制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、‐ロータ（１５）と、‐前記ロータ（１５）に電磁的に磁場を発生させるためのコイル（１７）を有するステータ（１３）と、を含む‐ブラシレスＤＣ電気モータ（１０３）と、‐前記ステータ（１３）に対する前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）と、‐前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）により決定された前記ロータ（１５）の角度位置に応じて、前記電磁励磁コイル（１７）に給電するための制御信号を生成するように構成された制御ユニット（２１）と、‐一側において前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）に連結されるとともに、他側において特にワイパーシステムである外部機構に連結されることが意図された出力シャフト（１０９）に連結された減速ギア機構（１０４）であって、所定の減速比を有する減速ギア機構（１０４）と、を備える、特にワイパーシステム用のギアモータ（１０１）において、前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、前記ロータ（１５）とともに回転する制御磁石（２９、２９ａ、２９ｂ）に対応する少なくとも１つのホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）を備え、前記ギアモータ（１０１）は、前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）に接続された処理ユニット（２６）であって、前記減速ギア機構（１０４）の前記所定の減速比を考慮して決定された前記ロータ（１５）の角度位置に基づいて、前記出力シャフト（１０９）の角度位置を決定するように構成された処理ユニット（２６）を更に備えるギアモータ（１０１）に関する。

Description

本発明は、ギアモータ、特に自動車両のワイパーシステム用のギアモータに関する。

ギアモータは、本質的に減速ギア機構に連結された電気モータからなり、その機能は、大きな回転伝達トルクを得るためにその速度を減速することである。

種々のタイプの電気モータがギアモータに使用され得るが、中でもブラシレスＤＣ電気モータは、長寿命、嵩のなさ、低燃費、並びに低い騒音レベル等の多くの利点を有する。

しかしながら、ブラシを有するモータに比較して、当該電気モータの制御は複雑である。なぜならば、この制御を良好に機能させるためには、ブラシレスＤＣ電気モータのロータの角度位置を正確に把握する必要があるからである。

実際には、このような電気モータは、ステータに配置される電磁励磁コイル（electromagnetic excitation coil）を備える。電磁励磁コイルには、インバータを介して交流電流が供給され、これによりロータに配置された永久磁石を駆動することが可能となる。

所望のロータ駆動を得るように最適な瞬間にインバータのスイッチを切り替え得る、したがって電磁コイルへの給電を切り換え得るためには、状態切替時に、ロータの位置を少なくともセグメント別に数ヵ所で正確に知る必要がある（一般的に、台形励磁（trapezoidal excitation）の場合、ロータの各回転で６回の切替）。

図１ａは、従来技術による３つホール効果センサを含む電気モータのロータに関する角度検出装置を示す図である。図１ａから理解されるように、Ｈ１、Ｈ２及びＨ３で示される３つのホール効果センサが、ＤＣ電気モータに取り付けられた例えば環状磁石である制御磁石の周囲のステータＳＴに配置される。ＤＣ電気モータの単一の軸Ｘを図１において示す。制御磁石ＡＣは２つの極を備え、Ｓ極はＳで、Ｎ極がＮで示されている。

３つのホール効果センサＨ１、Ｈ２、及びＨ３は、１２０°の角度を以て分散配置され、これにより、ロータの６０°の回転角に対応するサイクル毎の電磁励磁コイルの６つの切替の瞬間（時点）を得るようになっている。

図１ｂは、その上部に、ホール効果センサＨ１、Ｈ２及びＨ３からの信号を表し、その下部に、ロータの３６０°サイクルにおける電磁励磁コイルへの電力供給信号を表す。当該サイクルは、上下方向の点線で画定された６０°の６つのステップに分割されている。

センサＨ３からの高信号とセンサＨ１及びＨ２からの低信号に対応する０から６０°までの１で示される第１ステップにおいて、電流は位相Ａから位相Ｂに切り替わる（位相Ａに対応する信号は１であり、位相Ｂに対応する信号は−１であり、位相Ｃに対応する信号は０である）。

センサＨ３及びＨ３からの高信号とセンサＨ１からの低信号に対応する６０°から１２０°までの２で示される第２ステップにおいて、電流は位相Ａから位相Ｃに切り替わる（位相Ａに対応する信号は１であり、位相Ｂに対応する信号０であり、位相Ｃに対応する信号は−１である）。

センサＨ２からの高信号とセンサＨ１及びＨ３からの低信号に対応する１２０°から１８０°までの３で示される第３ステップにおいて、電流は位相Ｂから位相Ｃに切り替わる（位相Ｂに対応する信号は１であり、位相Ａに対応する信号は０であり、位相Ｃに対応する信号は−１である）。

センサＨ１及びＨ２からの高信号とセンサＨ３からの低信号に対応する１８０°から２４０°までの第４ステップにおいて、電流は位相Ｂから位相Ａに切り替わる（位相Ｂに対応する信号は１であり、位相Ｃに対応する信号は０であり、位相Ａに対応する信号は−１である）。

センサＨ１からの高信号とセンサＨ２及びＨ３からの低信号に対応する２４０°から３００°までの第５ステップにおいて、電流は位相Ｃから位相Ａに切り替わる（位相Ｃに対応する信号は１であり、位相Ｂに対応する信号は０であり、位相Ａに対応する信号は−１である）。

センサＨ１及びＨ３からの高信号とセンサＨ２からの低信号に対応する３００°から３６０°までの第６ステップにおいて、電流は位相Ｃから位相Ｂに切り替わる（位相Ｃに対応する信号は１であり、位相Ａに対応する信号は０であり、位相Ｂに対応する信号は−１である）。

したがって、３つのホール効果センサＨ１、Ｈ２及びＨ３を使用することにより、電磁励磁コイルの６つの切替の変化の瞬間に対応するロータの６つの位置を正確に決定することが可能になる。

このような解決策は、電気モータの制御に必要なセンサの個数が多いため、費用がかかるように思われる。

必要なセンサの個数を削減するように、ロータ位置の決定に、ステータの励磁コイルの逆起電力の決定に基づくセンサレス法（sensorless method）を利用することも知られている。

しかしながら、このような解決策には、ロータの回転速度と逆起電力が測定され、且つ切替の瞬間を制御するのに使用され得るのに十分になるまで、同期モードでブラシレスＤＣ電気モータを始動することが必要である。

現在、このような同期モードでの始動は、始動時の負荷が小さい適用であって比較的知られている適用（例えばファンの制御用）に対してのみ可能である。したがって、この解決策は、始動時に高い負荷と力の両方を必要とするか、或いはほぼゼロの負荷（例えば濡れている窓ガラス）又は高い負荷（例えば氷や雪で動きにくいワイパー）で始動され得る自動車両のワイパーシステム用ギアモータには適用できないことが理解される。

更に、関連する問題は、電気モータ及び特にその回転方向に適用される制御を確定し得るようにワイパーシステムが装着された減速ギア機構の出力シャフトの位置をいかに決定するかということである。この目的のために、減速ギア機構の出力シャフトに配置された追加のセンサ、例えばアナログ角度センサを使用することが知られている。このようなセンサのコストも高く、ギアモータのコストが全体的に増加する。

したがって、本発明の目的は、ギアモータの全体的なコストを低減可能としつつ、ワイパーシステムを効果的に制御し且つ良好に動作させることを可能にする解決策を提供することである。

この目的のために、本発明は、
‐ロータと、
‐前記ロータに電磁的に磁場を発生させるためのコイルを有するステータと、を備える
‐ブラシレスＤＣ電気モータと、
‐前記ステータに対する前記ロータの角度位置を決定するための装置と、
‐前記ロータの角度位置を決定するための装置により決定された前記ロータの角度位置に応じて、前記電磁励磁コイルに給電するための制御信号を生成するように構成された制御ユニットと、
‐一側において前記電気モータの前記ロータに連結されるとともに、他側において特にワイパーシステムである外部機構に連結されることが意図された出力シャフトに連結された減速ギア機構であって、所定の減速比を有する減速ギア機構と、
を備える、特にワイパーシステム用のギアモータであって、
前記ロータの角度位置を決定するための装置は、前記ロータに連動して回転する制御磁石に対応する少なくとも１つのホール効果センサを備え、
前記ギアモータは、前記ロータの角度位置を決定するための装置に接続された処理ユニットであって、前記減速ギア機構の前記所定の減速比を考慮して決定された前記ロータの角度位置に基づいて、前記出力シャフトの角度位置を決定するように構成された処理ユニットを更に備える、
ギアモータ、に関する。

ロータの角度位置から出力シャフトの角度位置を決定することにより、前記出力シャフトに正確な位置センサを設けなくてもよくなる。

本発明の別の態様によれば、前記ロータの角度位置を決定するための装置は、前記ロータに連動して回転する制御磁石にそれぞれ対応する２つのホール効果センサを備える。

２つのホール効果センサを使用することにより、ロータの回転方向を決定することが可能になる。

本発明の補足的な態様によれば、前記制御磁石は、前記ブラシレスＤＣ電気モータの前記ロータの複数対の磁極の数より多い数の複数対の極を備える。

本発明の追加の態様によれば、前記ロータの角度位置を決定するための装置は、前記電気モータの前記ロータの複数対の磁極の数の３倍に等しい数の複数対の極を備える制御磁石に対応する単一のホール効果センサを備え、前記制御磁石の前記極は、前記電気モータの前記ロータの前記磁極と同位相になるように構成され、これにより、前記ホール効果センサの状態変化が、前記制御ユニットにより生成される前記電磁励磁コイルに給電するための制御信号の状態変化と同期する。

このような構成により、単一のホール効果センサで電気モータを駆動することが可能になる。

本発明の別の態様によれば、前記ロータの角度位置を決定するための装置は、前記電気モータの前記ロータの複数対の磁極の数の３倍に等しい数の複数対の極を備える制御磁石に対応する２つのホール効果センサを備え、前記２つのセンサは、３０°の角度だけオフセットしており、前記制御磁石の前記ロータの磁極は、前記ロータの前記磁極と同位相になるように構成され、これにより、前記ホール効果センサのうちの一方の状態変化が、前記制御ユニットにより生成される前記電磁励磁コイルに給電するための制御信号の状態変化と同期する。

本発明の補足的な態様によれば、前記ロータの角度位置を決定するための装置は、２つのホール効果センサを備え、前記第１ホール効果センサは、前記電気モータの前記ロータの複数対の磁極の数の３倍に等しい数の複数対の極を備える第１制御磁石に対応し、前記第２ホール効果センサは、前記電気モータの前記ロータの複数対の磁極の数の９倍に等しい数の複数対の極を備える第２制御磁石に対応し、前記第１制御磁石の前記極は、前記電気モータの前記ロータの前記磁極と同位相になるように構成され、これにより、前記第１ホール効果センサの状態変化が、前記制御ユニットにより生成される前記電磁励磁コイルに給電するための制御信号の状態変化と同期し、前記第２ホール効果センサと前記第２制御磁石とは、前記第１ホール効果センサの状態変化が、前記第２ホール効果センサの２つの状態変化の間で時間的に中間において生じるように構成される。

本発明の追加の態様によれば、前記ステータに対する前記ロータの角度位置を決定するための装置は、
‐所定閾値未満の前記ロータの回転速度については、前記単数又は複数のホール効果センサからの信号に基づいて、前記ロータの角度位置を決定するように構成されるとともに、
‐前記所定閾値以上の前記ロータの回転速度については、前記電磁励磁コイルから生じた逆起電力の測定値に基づいて、前記ロータの角度位置を決定するように構成される。

逆起電力を利用することにより、ロータの位置決定の精度を向上させることが可能になる。

本発明の別の態様によれば、前記ロータの角度位置を決定するように、少なくとも１つの給電されていない電磁励磁コイルの逆起電力が測定されて、前記ロータの角度位置を決定するための装置に送信され、前記ロータの角度位置を決定するための装置は、前記逆起電力の測定値を、前記ロータの所定位置に対応する所定閾値と比較するように構成される。

本発明の補足的な態様によれば、前記ロータの角度位置を決定するための装置は、前記単数又は複数のホール効果センサから生じた角度測定値を、前記電磁励磁コイルの前記逆起電力の測定値に基づいて補正し、これにより、前記単数又は複数のホール効果センサを、前記逆起電力の測定値に基づいて較正する。

本発明の追加の態様によれば、前記ギアモータは、前記出力シャフトに連動して回転する出力磁石と称される追加の磁石と、前記出力磁石に対応する出力センサと称される少なくとも１つの追加のホール効果センサと、を更に備え、前記少なくとも１つの出力センサが、前記出力シャフトに連結されることが意図された前記外部機構の第１当接位置に対応する前記出力磁石の第１位置と、前記出力シャフトに連結されることが意図された前記外部機構の第２当接位置に対応する前記出力磁石の第２位置とを検出するように、前記少なくとも１つの出力センサと前記出力磁石とは構成され、前記少なくとも１つの出力センサは、前記制御ユニットに接続され、前記制御ユニットは、前記少なくとも１つの出力センサからの信号に同様に応じて制御信号を生成するように構成される。

また、本発明は、上述のギアモータを備える、特に自動車両用のワイパーシステムに関する。

また、本発明は、
特にワイパーシステム用のギアモータの電気モータを制御する方法であって、
前記ギアモータは、
‐ロータと、
‐前記ロータに電磁的に磁場を発生させるためのコイルを有するステータと、を備える
‐ブラシレスＤＣ電気モータと、
‐一側において前記電気モータの前記ロータに連結されるとともに、他側において特にワイパーシステムである外部機構に連結されることが意図された出力シャフトに連結される減速ギア機構であって、所定の減速比を有する減速ギア機構と、
‐前記ロータに連動して回転する制御磁石に対応する少なくとも１つのホール効果センサを備える、前記ステータに対する前記ロータの角度位置を決定するための装置と、
を備え、
前記方法は、
（ａ）所定閾値未満の前記ロータの回転速度については：
‐前記単数又は複数のホール効果センサから生じた信号に基づいて、前記ロータの角度位置が決定される工程と、
（ｂ）前記所定閾値以上の前記ロータの回転速度については、
‐前記電磁励磁コイルから生じた逆起電力の測定値に基づいて、前記ロータの角度位置が決定される工程と、
‐前記工程において決定された前記ロータの角度位置に応じて、前記電磁励磁コイルに給電するための制御信号が生成される工程と、
‐前記工程において決定された前記ロータの角度位置に基づいて、且つ前記減速ギア機構の前記所定減速比を考慮して、前記出力シャフトの角度位置が決定される工程と、
を備える、ギアモータの電気モータを制御する方法、に関する。

本発明の別の態様によれば、前記ロータに電磁的に磁場を発生させるための前記コイルから生じた逆起電力の測定値に基づいて、前記単数又は複数のホール効果センサの角度測定値が補正される。

本発明の補足的な態様によれば、前記ギアモータは、前記減速ギア機構の前記出力シャフトに配置された出力磁石と称される追加の磁石と、前記出力磁石に対応する少なくとも１つの追加のホール効果センサと、を更に備え、前記少なくとも１つの出力センサが、前記出力シャフトが前記出力シャフトに連結されることが意図された前記外部機構の第１当接位置に対応する第１位置にあるとき、前記出力磁石の第１位置を検出するとともに、前記出力シャフトが前記出力シャフトに連結されることが意図された前記外部機構の第２当接位置に対応する第２位置にあるとき、前記出力磁石の第２位置を検出するように、前記少なくとも１つの出力センサと前記少なくとも１つの出力磁石とは構成され、前記電磁励磁コイルに給電するための制御信号を生成する工程は、前記少なくとも１つの出力センサからの信号に同様に応じて実施される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しつつ例示として非制限的な態様でなされる以下の説明から明らかになるであろう。

従来技術による３つのホール効果センサを備えた電気モータのロータのための角度検出装置。 図１ａのセンサにより供給される信号及び電気モータの電磁励磁コイルの制御信号を示す図。 ギアモータを示す図。 電気モータの機能を示す図。 電気モータの機能を示す図。 電気モータの機能を示す図。 第１実施形態による制御磁石に対応するホール効果センサを示す図。 ロータの角度位置及び電磁励磁コイルの制御信号に応じて図４のホール効果センサにより供給される信号のグラフ。 第２の実施形態による制御磁石に対応する２つのホール効果センサを示す図。 ロータの角度位置及び電磁励磁コイルの制御信号に応じて図６のホール効果センサにより供給される信号のグラフ。 第３実施形態による第１制御磁石に対応する第１ホール効果センサを示す図。 第３実施形態による第２制御磁石に対応する第２ホール効果センサを示す図。 第１及び第２制御磁石に対応する第１及び第２ホール効果センサと、それらのロータの軸に対する配置を示す概略図。 ロータの角度位置及び電磁励磁コイルの制御信号に応じて図８のホール効果センサにより供給される信号のグラフ。 窓ガラス上のワイパーアームの当接位置を示す図。 或る位置において歯付きホイールのレベルに配置された２つのホール効果センサを備える減速ギア機構を示す図。 別の位置において歯付きホイールのレベルに配置された２つのホール効果センサを備える減速ギア機構を示す図。 別の位置において歯付きホイールのレベルに配置された２つのホール効果センサを備える減速ギア機構を示す図。

全ての図において、同一の要素には同じ参照符号が付される。

以下の実施形態は一例である。説明では単数又は複数の実施形態について言及するが、それは各参照が同じ実施形態に関連すること、又は特徴が単一の実施形態にのみ適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施形態の単純な特徴は、他の実施形態を提供するために組み合わせられ得る、又は交換され得る。

以下の説明では、例えば、第１要素又は第２要素、第１パラメータ及び第２パラメータ、更には第１基準又は第２基準のように、いくつかの要素又はパラメータに順番が付されことがある。これは、類似しているが同一ではない要素、パラメータ、又は基準を指定する。このような順番付けは、或る要素、パラメータ、又は基準の他のものに対する優先順位を意味するものではなく、このような順番は本説明の範囲から逸脱することなく容易に交換され得る。このような順番は、例えば特定の基準を評価するための時間に沿った順序を意味するものでもない。

図２は、自動車両のワイパーシステムを設けることが意図されたギアモータ１０１の一例を示す。

ギアモータ１０１は、ケーシング１０２を備える。ケーシング１０２には、所定の減速比、例えば典型的には１／６９の減速比を有する減速ギア機構１０４に連結された電気モータ１０３が装着されている。

減速ギア機構１０４は、電気モータ１０３により回転駆動されるウォームスクリュー１０７と、歯付きホイール１０８とを備える。歯付きホイール１０８は、ウォームスクリュー１０７の回転軸に対して実質的に直角の軸上で回転移動可能に装着された出力シャフト１０９に取り付けられる。

減速ギア機構１０４は、出力シャフト１０９が電気モータ１０３によって間接的に回転駆動され得るように、ウォームスクリュー１０７が歯付きホイール１０８と噛み合うことで協働するように配置される。

一般的に、出力シャフト１０９は、直接的に又は連結システムを介してワイパーアームに連結されており、ワイパーアームには窓ガラスワイパーが固定されている。

本発明の文脈において、電気モータ１０３はブラシレスＤＣ電気モータである。

横方向断面における概略図である図３ａに示すように、電気モータ１０３は、円筒形のステータ１３を備え、その中心にロータ１５が収容されている。

ロータ１５は、電気モータ１０３の中心軸Ｘを中心として回転移動可能に装着され、永久磁石１６を備える。永久磁石１６の磁極が、Ｎ極に対してＮ、Ｓ極に対してＳで表されている。しかしながら、本発明は、一対の磁極を備えるロータ１５の永久磁石１６に限定されず、より多くの対の磁極を備える永久磁石にも及ぶ。

ステータ１３は、ロータ１５の周囲に配置された電磁励磁コイル１７を備える。電磁励磁コイル１７は、ステータ１３の外周に均等に分散配置されている。ここでは、電気モータ１０３は、位相がＡ、Ｂ、Ｃで示される三相モータである。６つの電磁励磁コイル１７（２つのコイルが１つの位相を形成するように対応付けられている）が存在し、これらは星型又はＹ型配置に従って結合されている。

異なる個数の電磁励磁コイル１７、及び異なる配置構成、例えばデルタ配置構成も使用可能であることが明らかである。

図３ｂに示されるように、電磁励磁コイル１７は、制御ユニット２１によって管理されるインバータ１９により給電され得る。

インバータ１９は、例えば、ステータ１３のそれぞれの位相Ａ、Ｂ及びＣに給電することが意図された、Ｂ１、Ｂ２及びＢ３で示される３つの分岐を備える。

各分岐Ｂ１、Ｂ２又はＢ３は２つのスイッチ２３を備え、その切替は対応する位相Ａ、Ｂ又はＣの電磁励磁コイル１７の給電又は非給電を駆動する。

図３ｃにおいて１乃至６の番号が付された矢印によって表される一連の６つの切替ステップを得るように、インバータ１９のスイッチ２３は制御ユニット２１により駆動される。

第１ステップ１は、位相Ａから位相Ｂへの電流の切替に対応し、第２ステップ２は位相Ｃから位相Ｂへの電流の切替に対応し、第３ステップ３は位相Ｃから位相Ａへの電流の切替に対応し、第４ステップ４は位相Ｂから位相Ａへの電流の切替に対応し、第５ステップ５は位相Ｂから位相Ｃへの電流の切替に対応し、第６ステップ６は位相Ａから位相Ｃへの電流の切替に対応する。

６つの切替ステップは、永久磁石１６がモータの一対の極と呼ばれる単独対の磁極を含む場合には、電気的な３６０°回転、すなわちロータ１５の完全な３６０°回転に対応する。２対の磁極を含む永久磁石１６の場合、電気的３６０°回転に対応する６つの切替ステップは、ロータ１５の１８０°の回転に対応する。そして３対の磁極を含む永久磁石１６の場合、電気的３６０°回転に対応する６つの切替ステップは、ロータ１５の１２０°回転に対応する。したがって、或る切替から別の切替への移行は、ロータ１５の電気的な６０°角度による回転毎に生じる。

各ステップにおいて、電流は２つの位相で切り替わり、三番目の位相はフローティング電位になる。６つの切替ステップのシーケンスは、ロータ１５を回転駆動し得るステータ１３のレベルでの回転磁界の生成を可能にする。

６ステップの切替方式は、１２０°位相通電（120° phase conduction）、及び６０°非励磁（60° non-excitation）で最もよく知られているが、本発明はこの単独の切替方式に限定されず、他のタイプの切替、例えば、１８０°又は中間位相通電、又は正弦波のプログレッションに亘り得る通電中の異なる励磁配分に及ぶ。

また、電気モータ１０３は、制御ユニット２１が異なる切替の瞬間を決定し、これによりインバータ１９のスイッチ２３を制御し得るように、制御ユニット２１に接続されたロータの角度位置を決定する装置２５（図３ｂ参照）を備える。

ロータの角度位置を決定するための装置２５は、ロータ１５に連動して回転する制御磁石に対応する少なくとも１つのホール効果センサに基づいて、ステータ１３に対するロータ１５の位置を決定するように構成される。

次に、ロータ１５の正当に決定された角度位置は、ロータ１５の角度位置を決定するための装置２５により制御ユニット２１に送信され、これにより、インバータ１９の切替の瞬間が決定され得る。

更に、ギアモータ１０１は処理ユニット２６も備える。処理ユニット２６は、ロータ１５の角度位置を決定するための装置２５及び制御ユニット２１に接続されるとともに、減速ギア機構１０４の所定の減速比を考慮して決定されたロータ１５の角度に基づいて出力シャフト１０９の角度位置を決定するように構成されている。次いで、ロータ１５に適用される回転速度が決定するように、特に、ワイパーアームが当接位置に到達したため電気モータ１０３の回転方向を逆にすべき瞬間を決定するように、出力シャフト１０９の角度位置は、制御ユニット２１によって使用される。

１）インバータ１９の切替の瞬間の決定
Ａ）第１実施形態：単一のホール効果センサ
図４及び５を参照すると、第１実施形態によれば、電気モータ１０３は、単一のホール効果センサ２７を備えている。この単一のセンサ２７は、ロータ１５の角度位置を決定するための装置２５により使用される。これにより、特に、低回転速度、すなわち所定の閾値未満、例えば電気モータ１０３の最大速度の１０％未満の速度について、ロータ１５の位置が決定される。これは、ブラシレスＤＣ電気モータ１０３の始動段階に関する。

所定の閾値以上の回転速度について、すなわち始動段階の後に、ロータ１５の角度位置を決定するための装置２５は、ロータ１５の角度位置を、電磁励磁コイル１７で測定された逆起電力に基づいて決定し得る。

逆起電力は、給電されていないコイル１７で測定される。例えば、図３ｃのステップ１の場合、電流が位相Ａから位相Ｂに伝達され、これにより逆起電力が位相Ｃに対応する電磁励磁コイル１７で測定される。続いて、逆起電力の測定値は、ロータ１５の角度位置を決定するための装置２５に送信される。

次いで、ロータ１５の角度位置を決定するための装置２５は、逆起電力の測定値を、ロータ１５の所定の位置に対応する所定の閾値と比較する。例えば、対称電源の場合、切替の瞬間は、給電されていない電磁励磁コイル１７の端子における逆起電力の電圧値のゼロ交差（正レベルから負レベルへの遷移、又はその逆の遷移）に対応する。

また、測定された逆起電力を使用して、ホール効果センサ２７を補正し、更には較正することが可能である。

変形例によれば、所定の閾値以上の回転速度であっても、ホール効果センサ２７により供給される信号に基づいて決定されたロータ１５の位置を利用し続けることが可能である。

ホール効果センサ２７は、ステータ１３のレベルに配置され、図４に示すようにロータ１５に連動して回転する制御磁石２９に対応する。

制御磁石２９は、ロータ１５の磁極の数の３倍に等しい数の磁極を有する。したがって、本例において、制御磁石２９の磁極数は、Ｎ極についてＮ１、Ｎ２及びＮ３で示され、Ｓ極についてＳ１、Ｓ２及びＳ３で示される６つの磁極である。制御磁石２９の各磁極は、６０°の角度セグメントを占める。

制御磁石２９の６つの磁極を理由として、ホール効果センサ２７は、６０°毎にロータの正確な角度位置を検出することができる。したがって、図５のグラフに示すように、電気モータ１０３は、単一のホール効果センサ２７により供給される信号の状態変化が、インバータ１９の切替変化に一致するように構成される。

実際に、図５は、その上部に、ロータ１５の角度位置αに応じてホール効果センサ２７から生じた信号ｈを示す。

電磁励磁コイル１７の切替周期に一致する６つのステップも、図５の下部に示される。

ホール効果センサ２７から生じた信号ｈの状態変化により、インバータ１９の切替変化が適用されなければならない瞬間を決定することができる。

Ｂ）第２実施形態：第１構成による２つのホール効果センサ２７ａ及び２７ｂ
図６及び７に示す第２実施形態によれば、電気モータ１０３は、磁極の数がロータの磁極の数の３倍に等しい１つの制御磁石２９であって、第１実施形態の制御磁石２９と同様の制御磁石２９に対応する２つのホール効果センサ２７ａ及び２７ｂを備えている。

したがって、本例において、制御磁石２９の極の数は、図６に示すように６つの磁極である。２つのホール効果センサ２７ａ、２７ｂは、例えば、ロータ１５の周囲に配置される。２つのホール効果センサ２７ａ及び２７ｂから生じた信号が、電気的９０°の角度だけオフセットされるように、すなわち、３対の磁極を備える制御磁石２９の場合には３０°オフセットされるように、２つのホール効果センサ２７ａ、２７ｂは角度位置だけオフセットされる。

電気モータ１０３は、その他の点では第１実施形態と同様であり、ここでは動作の違いのみを説明する。

図７のグラフに示すように、電気モータ１０３は、２つのホール効果センサ２７ａ、２７ｂのうちの一方、例えばセンサ２７ｂにより供給される信号の状態変化が、インバータ１９の切替変化に一致するように構成される。

したがって、３０°に配置された２つのホール効果センサ２７ａ及び２７ｂにより、ロータ１５の位置を検出することが３０°毎に可能になる。

電磁励磁コイル１７の切替周期に一致する６つのステップも図７の下部に示されている。

したがって、ホール効果センサのうちの一方、例えばセンサ２７ｂにより、第１実施形態のようにインバータ１９の切替の変化の瞬間を供給することが可能になり、他方のホール効果センサ、例えばセンサ２７ａにより、ロータ１５の回転方向を得ることが可能になる。

測定された逆起電力は、ロータ１５の位置を決定し、且つホール効果センサ２７ａ及び２７ｂを補正及び／又は較正するために使用され得る。

Ｃ）第３実施形態：第２構成による２つのホール効果センサ２７ａ及び２７ｂ
図８ａ、８ｂ及び９に示す第３実施形態によれば、電気モータ１０３は、モータの磁対の数の９倍に等しい数の磁極対を含む第１制御磁石２９ａに対応する第１ホール効果センサ２７ａと、電気モータ１０３の磁対の数の３倍に等しい数の磁極対の数を含む第２制御磁石２９ｂに対応する第２ホール効果センサ２７ｂを備える。本例において、第１制御磁石２９ａの極数は、図８ａに示すように、Ｎ極についてＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８及びＮ９で示され、Ｓ極についてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８及びＳ９で示される１８個の磁極である。第１制御磁石２９ａの各磁極は、２０°の角度セグメントを占める。図８ａに示すように、第２制御磁石２９ｂの極数は、Ｎ極についてＮ１、Ｎ２及びＮ３で示され、Ｓ極についてＳ１、Ｓ２及びＳ３で示される６つの磁極である。第２制御磁石２９ｂの各磁極は、６０°の角度セグメントを占める。第１制御磁石２９ａ、２９ｂは、ロータ１５に連動して回転し、図８ｂに示すように同軸状に配置されている。

電気モータ１０３は、その他の点では第２実施形態と同様であり、ここでは動作の違いのみを説明する。

例えば図９のグラフに示すように、電気モータ１０３は、第２ホール効果センサ２７ｂにより供給される信号ｈ＿ｂの状態変化が、インバータ１９の切替変化に対応するように構成される。

第１ホール効果センサ２７ａ及び第１制御磁石２９ａは、例えば、図９に示すように、第２ホール効果センサ２７ｂの状態変化が第１ホール効果センサ２７ａの２つの状態変化の間で時間的に中間において生じるように構成される。

したがって、第２ホール効果センサ２７ｂにより、インバータ１９の切替の変化の瞬間を供給することが可能となり、第１ホール効果センサ２７ａにより、ロータの回転方向を決定することが可能となる。２つのセンサ２７ａ及び２７ｂの組み合わせにより、１０°又は２０°毎にロータの位置を得ることが可能となる。

電磁励磁コイル１７の切替周期に一致する６つのステップも、図９の下部に示されている。

第２実施形態では、測定された逆起電力は、同じくロータ１５の位置を決定し、且つホール効果センサ２７ａ及び２７ｂを補正及び／又は較正するために使用され得る。

より多い又はより少ない個数の磁極を備える１つ又は２つの制御磁石２９、２９ａ、２９ｂに対応する１つ又は２つのホール効果センサ２７、２７ａ、２７ｂを備える他の実施形態も、本発明に関して想定され得る。ホール効果センサ２７、２７ａ、２７ｂは、インバータ１９の切替の瞬間を決定することを可能にする。

実際には、ロータ１５の角度位置を決定するための装置２５、制御ユニット２１及び処理ユニット２６は、単一の機器、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、又は当業者に公知の他の任意の適切な処理手段にまとめられ得る。

更に、異なる実施形態について示した例は、２つの磁極及び単一の減速比を有する電気モータ１０３に対応するが、本発明はそのような例に限定されず、異なる個数の磁極や異なる減速比を有する他の構成に及ぶことに留意されたい。

２）減速ギア機構１０４の出力シャフト１０９の位置の決定
上述のように、ロータの角度位置を決定するための装置２５により決定されたロータ１５の位置は、減速ギア機構１０４の出力シャフト１０９の位置を決定するように構成された処理ユニット２６に送信される。決定は、減速ギア機構１０４の減速比、例えば１／６９を考慮して、ロータ１５の６９回転が減速ギア機構１０４の出力シャフト１０９の１回転に一致するように実施される。減速ギア機構１０４の出力シャフト１０９の決定された位置により、ワイパーアーム１１４の位置を推定し、これにより、回転速度を減速すべき瞬間と、ワイパーアームが所望の往復運動をなすように電気モータ１０３の回転方向を逆にすべき瞬間を定めることが可能になる。したがって、減速ギア機構１０４の出力シャフト１０９の所定の当接位置において電気モータ１０３の回転方向の変化を得ることを可能にする制御信号を生成するように、処理ユニット２６は制御ユニット２１に結合される。

この機構は、例えば、図１０に示すように、Ａ及びＢで示す２つの当接位置を含む。第１当接位置Ａは、例えば、窓ガラス１１２の下端部、又はワイパーアーム１１４に対応する窓の下端部に近いワイパーアームの低い位置に対応する。第２当接位置Ｂは、例えば、ワイパーアーム１１４が作動しているときのワイパーアーム１１４の方向変化の高い位置に対応する。

したがって、単数又は複数のホール効果センサ２７、２７ａ、２７ｂから生じた信号に基づいて、処理ユニット２６は、ロータ１５により実行される回転数を決定し、そしてこれから減速比に基づいてワイパーアーム１１４の位置を推定することができる。

しかしながら、特にワイパーアーム１１４が所定の休止位置、例えばワイパーシステムがオフにされる度に位置Ａに戻されない場合、このような動作は満足のいくものではないかもしれない。実際に、ギアモータ１０１の電気モータ１０３を正しく制御し得るように、制御ユニット２１は、ワイパーシステムの起動時のワイパーアーム１１４の位置を把握している必要がある。

この目的のために、減速ギア機構１０４の出力シャフト１０９に回転可能に結合された出力磁石と称される単数又は複数の制御磁石に対応する出力センサと称される少なくとも１つの追加のホール効果センサを使用することが可能である。単数又は複数のセンサ及び単数又は複数の出力磁石により、例えば、当接位置を決定することが可能になる。単数又は複数の出力センサは、例えば処理ユニット２６に接続される。

図１１ａは、２つの出力ホール効果センサ１２７ａ及び１２７ｂと、１つの制御磁石１２９とを備える例示的な実施形態を示す。制御磁石１２９は、出力シャフト１０９に対応する歯付きホイール１０８の当接位置に配置された２つのＳ極Ｓ１及びＳ２と、２つのＳ極Ｓ１とＳ２との間に配置された１つのＮ極Ｎを備えている。

図１１ｂ及び１１ｃは、第１及び第２当接位置にそれぞれある歯付きホイール１０８をそれぞれ示す。２つのホール効果センサ１２７ａ及び１２７ｂを使用することにより、当接の存在を検出し、それが第１当接又は第２当接のいずれであるかを決定することができる。実際に、歯付きホイール１０８第１当接位置にある場合（図１１ｂ）、第１出力センサ１２７ａはＳ極Ｓ１に対面しており、第２出力センサ１２７ｂはＮ極Ｎに対面している。これに対し、第２当接位置の場合（図１１ｃ）、第１出力センサ１２７ａはＮ極Ｎに対面し、第２出力センサ１２７ｂはＳ極Ｓ２に対面している。したがって、Ｓ極が第１出力センサ１２７ａ又は第２出力センサ１２７ｂに検出されるかに応じて、ワイパーアームが第１当接位置にあるか第２当接位置にあるかを決定することができる。更に、ワイパーアームの動作において、処理ユニット２６は、出力センサ１２７ａ、１２７ｂにより与えられる２つの当接位置の間におけるワイパーアームの位置を、上述のようにロータ１５に対応する単数又は複数のホール効果センサ２７、２７ａ、２７ｂによって決定することができる。

このように、本発明では、限られた個数のホール効果センサ２７、２７ａ、２７ｂ、１２７ａ、１２７ｂを使用することにより、ギアモータ１０１を確実に駆動することができる。これらのホール効果センサ２７、２７ａ、２７ｂ、１２７ａ、１２７ｂにより、電気モータ１０３のロータ１５の位置と、減速ギア機構１０４の出力シャフト１０９の位置との両方を決定することができる。

Claims (14)

1. ‐ロータ（１５）と、
   ‐前記ロータ（１５）に電磁的に磁場を発生させるためのコイル（１７）を有するステータ（１３）と、を備える
   ‐ブラシレスＤＣ電気モータ（１０３）と、
   ‐前記ステータ（１３）に対する前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）と、
   ‐前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）により決定された前記ロータ（１５）の角度位置に応じて、前記電磁励磁コイル（１７）に給電するための制御信号を生成するように構成された制御ユニット（２１）と、
   ‐一側において前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）に連結されるとともに、他側において特にワイパーシステムである外部機構に連結されることが意図された出力シャフト（１０９）に連結された減速ギア機構（１０４）であって、所定の減速比を有する減速ギア機構（１０４）と、
   を備える、特にワイパーシステム用のギアモータ（１０１）であって、
   前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、前記ロータ（１５）に連動して回転する制御磁石（２９、２９ａ、２９ｂ）に対応する少なくとも１つのホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）を備え、
   前記ギアモータ（１０１）は、前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）に接続された処理ユニット（２６）であって、前記減速ギア機構（１０４）の前記所定の減速比を考慮して決定された前記ロータ（１５）の角度位置に基づいて、前記出力シャフト（１０９）の角度位置を決定するように構成された処理ユニット（２６）を更に備える、
   ギアモータ（１０１）。
2. 前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、前記ロータ（１５）に連動して回転する制御磁石（２９、２９ａ、２９ｂ）にそれぞれ対応する２つのホール効果センサ（２７ａ、２７ｂ）を備える、
   請求項１に記載のギアモータ（１０１）。
3. 前記制御磁石（２９、２９ａ、２９ｂ）は、前記ブラシレスＤＣ電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）の複数対の磁極の数より多い数の複数対の極を備える、
   請求項１又は２に記載のギアモータ（１０１）。
4. 前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）の複数対の磁極の数の３倍に等しい数の複数対の極を備える制御磁石（２９）に対応する単一のホール効果センサ（２７）を備え、
   前記制御磁石（２９）の前記極は、前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）の前記磁極と同位相になるように構成され、これにより、前記ホール効果センサ（２７）の状態変化が、前記制御ユニット（２１）により生成される前記電磁励磁コイル（１７）に給電するための制御信号の状態変化と同期する、
   請求項１と組み合わせた請求項３に記載のギアモータ（１０１）。
5. 前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）の複数対の磁極の数の３倍に等しい数の複数対の極を備える制御磁石（２９）に対応する２つのホール効果センサ（２７ａ、２７ｂ）を備え、
   前記２つのセンサ（２７ａ、２７ｂ）は、３０°の角度だけオフセットしており、
   前記制御磁石（２９）の前記ロータ（１５）の磁極は、前記ロータ（１５）の前記磁極と同位相になるように構成され、これにより、前記ホール効果センサ（２７ａ、２７ｂ）のうちの一方の状態変化が、前記制御ユニット（２１）により生成される前記電磁励磁コイル（１７）に給電するための制御信号の状態変化と同期する、
   請求項３に記載のギアモータ（１０１）。
6. 前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、２つのホール効果センサ（２７ａ、２７ｂ）を備え、
   前記第１ホール効果センサ（２７ａ）は、前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）の複数対の磁極の数の３倍に等しい数の複数対の極を備える第１制御磁石（２９ａ）に対応し、
   前記第２ホール効果センサ（２７ｂ）は、前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）の複数対の磁極の数の９倍に等しい数の複数対の極を備える第２制御磁石（２９ｂ）に対応し、
   前記第１制御磁石（２９）の前記極は、前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）の前記磁極と同位相になるように構成され、これにより、前記第１ホール効果センサ（２７ａ）の状態変化が、前記制御ユニット（２１）により生成される前記電磁励磁コイル（１７）に給電するための制御信号の状態変化と同期し、
   前記第２ホール効果センサ（２７ｂ）と前記第２制御磁石（２９ｂ）とは、前記第１ホール効果センサ（２７ａ）の状態変化が、前記第２ホール効果センサ（２７ｂ）の２つの状態変化の間で時間的に中間において生じるように構成される、
   請求項３に記載のギアモータ（１０１）。
7. 前記ステータ（１３）に対する前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、
   ‐所定閾値未満の前記ロータの回転速度については、前記単数又は複数のホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）からの信号に基づいて、前記ロータ（１５）の角度位置を決定するように構成されるとともに、
   ‐前記所定閾値以上の前記ロータ（１５）の回転速度については、前記電磁励磁コイル（１７）から生じた逆起電力の測定値に基づいて、前記ロータ（１５）の角度位置を決定するように構成される、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のギアモータ（１０１）。
8. 前記ロータ（１５）の角度位置を決定するように、少なくとも１つの給電されていない電磁励磁コイル（１７）の逆起電力が測定されて、前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）に送信され、
   前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）は、前記逆起電力の測定値を、前記ロータ（１５）の所定位置に対応する所定閾値と比較するように構成される、
   請求項７に記載のギアモータ（１０１）。
9. 前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置は、前記単数又は複数のホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）から生じた角度測定値を、前記電磁励磁コイル（１７）の前記逆起電力の測定値に基づいて補正し、これにより、前記単数又は複数のホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）を、前記逆起電力の測定値に基づいて較正する、
   請求項７又は８に記載のギアモータ（１０１）。
10. 前記ギアモータ（１０１）は、前記出力シャフト（１０９）に連動して回転する出力磁石（１２９）と称される追加の磁石と、前記出力磁石（１２９）に対応する出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）と称される少なくとも１つの追加のホール効果センサと、を更に備え、
    前記少なくとも１つの出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）が、前記出力シャフト（１０９）に連結されることが意図された前記外部機構の第１当接位置に対応する前記出力磁石（１２９）の第１位置と、前記出力シャフトに連結されることが意図された前記外部機構の第２当接位置に対応する前記出力磁石（１２９）の第２位置とを検出するように、前記少なくとも１つの出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）と前記出力磁石（１２９）とは構成され、
    前記少なくとも１つの出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）は、前記制御ユニット（２１）に接続され、
    前記制御ユニット（２１）は、前記少なくとも１つの出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）からの信号に同様に応じて制御信号を生成するように構成される、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載のギアモータ（１０１）。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のギアモータ（１０１）を備える、特に自動車両用のワイパーシステム。
12. 特にワイパーシステム用のギアモータ（１０１）の電気モータ（１０３）を制御する方法であって、
    前記ギアモータ（１０１）は、
    ‐ロータ（１５）と、
    ‐前記ロータ（１５）に電磁的に磁場を発生させるためのコイル（１７）を有するステータ（１３）と、を備える
    ‐ブラシレスＤＣ電気モータ（１０３）と、
    ‐一側において前記電気モータ（１０３）の前記ロータ（１５）に連結されるとともに、他側において特にワイパーシステムである外部機構に連結されることが意図された出力シャフト（１０９）に連結される減速ギア機構（１０４）であって、所定の減速比を有する減速ギア機構（１０４）と、
    ‐前記ロータ（１５）に連動して回転する制御磁石（２９、２９ａ、２９ｂ）に対応する少なくとも１つのホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）を備える、前記ステータ（１３）に対する前記ロータ（１５）の角度位置を決定するための装置（２５）と、
    を備え、
    前記方法は、
    （ａ）所定閾値未満の前記ロータの回転速度については：
    ‐前記単数又は複数のホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）から生じた信号に基づいて、前記ロータ（１５）の角度位置が決定される工程と、
    （ｂ）前記所定閾値以上の前記ロータの回転速度については、
    ‐前記電磁励磁コイル（１７）から生じた逆起電力の測定値に基づいて、前記ロータ（１５）の角度位置が決定される工程と、
    ‐前記工程において決定された前記ロータ（１５）の角度位置に応じて、前記電磁励磁コイル（１７）に給電するための制御信号が生成される工程と、
    ‐前記工程において決定された前記ロータ（１５）の角度位置に基づいて、且つ前記減速ギア機構（１０４）の前記所定減速比を考慮して、前記出力シャフト（１０９）の角度位置が決定される工程と、
    を備える、ギアモータ（１０１）の電気モータ（１０３）を制御する方法。
13. 前記ロータ（１５）を電磁的に励磁するための前記コイル（１７）から生じた逆起電力の測定値に基づいて、前記単数又は複数のホール効果センサ（２７、２７ａ、２７ｂ）の角度測定値が補正される、
    請求項１２に記載のギアモータ（１０１）の電気モータ（１０３）を制御する方法。
14. 前記ギアモータ（１０１）は、前記減速ギア機構（１０４）の前記出力シャフト（１０９）に配置された出力磁石（１２９）と称される追加の磁石と、前記出力磁石（１２９）に対応する少なくとも１つの追加のホール効果センサ（１２７ａ、１２７ｂ）と、を更に備え、
    前記少なくとも１つの出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）が、前記出力シャフト（１０９）が前記出力シャフト（１０９）に連結されることが意図された前記外部機構の第１当接位置に対応する第１位置にあるとき、前記出力磁石（１２９）の第１位置を検出するとともに、前記出力シャフト（１０９）が前記出力シャフト（１０９）に連結されることが意図された前記外部機構の第２当接位置に対応する第２位置にあるとき、前記出力磁石（１２９）の第２位置を検出するように、前記少なくとも１つの出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）と前記少なくとも１つの出力磁石（１２９）とは構成され、
    前記電磁励磁コイル（１７）に給電するための制御信号を生成する工程は、前記少なくとも１つの出力センサ（１２７ａ、１２７ｂ）からの信号に同様に応じて実施される、
    請求項１２又は１３に記載の制御方法。

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