JP2023062836A - モータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】突発的な回転数の低下による動作停止を低減する。
【解決手段】モータ装置は、回転駆動するモータと、前記モータの駆動出力を示すデューティ比を、デューティ比上限値を超えないように制御し、前記デューティ比に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に基づいて、前記モータを回転駆動させる出力信号を出力するインバータと、前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、前記モータが加速中か否かを検出する加速検出部と、前記モータの回転が加速中である場合に、前記デューティ比上限値を、予め設定されている第１上限値より高い第２上限値に変更する上限値設定部とを備えるモータ装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法に関する。

近年、車両用のワイパー装置などに使用されるモータ装置では、磁石の減磁保護や過電流を防止するために、モータの回転数に応じて、モータの出力デューティを制限する機能を有するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１９－４３２０３号公報

しかしながら、上述のようなモータ装置では、例えば、ワイパー装置に使用する際に、モータの動作中に、ワイパーブレードへの強風や落雪などの突発的な負荷がかかり、モータの回転数が低下した場合に、上述した出力デューティの制限機能が働いてモータの動作が停止し、すぐに通常動作に復帰できないことがあった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、突発的な回転数の低下による動作停止を低減することができるモータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、回転駆動するモータと、前記モータの駆動出力を示すデューティ比を、デューティ比上限値を超えないように制御し、前記デューティ比に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に基づいて、前記モータを回転駆動させる出力信号を出力するインバータと、前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、前記モータが加速中か否かを検出する加速検出部と、前記モータの回転が加速中である場合に、前記デューティ比上限値を、予め設定されている第１上限値より高い第２上限値に変更する上限値設定部とを備えるモータ装置である。

また、本発明の一態様は、駆動信号に基づいて、インバータが出力する出力信号により回転駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、駆動信号生成部が、前記モータの駆動出力を示すデューティ比を、デューティ比上限値を超えないように制御し、前記デューティ比に応じた前記駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、回転数検出部が、前記モータの回転数を検出する回転数検出ステップと、加速検出部が、前記モータが加速中か否かを検出する加速検出ステップと、上限値設定部が、前記モータの回転が加速中である場合に、前記デューティ比上限値を、予め設定されている第１上限値より高い第２上限値に変更する上限値設定ステップとを含むモータ制御方法である。

本発明によれば、突発的な回転数の低下による動作停止を低減することができる。

第１の実施形態によるモータ装置の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態によるモータ装置のデューティリミット値の切り替え処理の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態によるモータ装置のデューティリミット値の切り替え動作の一例を説明する図である。 従来技術のデューティリミット値に関する動作を示す図である。 第１の実施形態によるモータ装置のデューティリミット値に関する動作の一例を示す図である。 第１の実施形態によるモータ装置のデューティリミット値の変更処理の無効化機能がない場合の動作の一例を示す図である。 第１の実施形態によるモータ装置のデューティリミット値の変更処理の無効化機能がある場合の動作の一例を示す図である。 第２の実施形態によるワイパー装置の一例を示す構成図である。

以下、本発明の一実施形態によるモータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態によるモータ装置１００の一例を示すブロック図である。
図１に示すように、モータ装置１００は、モータ２と、回転軸センサ３０と、制御部４０と、インバータ５０とを備える。
本実施形態によるモータ装置１００は、例えば、車両のウィンドウガラスを払拭するワイパー装置に利用される。

モータ２は、例えば、３相４極形のブラシレスモータである。モータ２は、後述する駆動信号に基づいて、インバータ５０が出力する出力信号により回転駆動する。
また、モータ２は、ステータ２１と、ロータ２２とを備える。

ステータ２１は、モータ２のケースの内周に固定されている。ステータ２１は、３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）を備える。ステータ２１は、電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）が巻装されている。例えば、３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）は、デルタ結線により接続される。

デルタ結線において、電機子コイル２１ｕと、電機子コイル２１ｗとが、接続点２１ａにより接続され、電機子コイル２１ｖと、電機子コイル２１ｗとが、接続点２１ｂにより接続され、電機子コイル２１ｕと、電機子コイル２１ｖとが、接続点２１ｃにより接続されている。

ロータ２２は、ステータ２１の内側に設けられている。ロータ２２は、例えば、ロータ軸２２ａと、ロータ軸２２ａに取り付けた４極の永久磁石２２ｂとを備える。モータ２のケース内には、複数の軸受（不図示）が設けられており、ロータ軸２２ａは、複数の軸受により回転可能に支持されている。

回転軸センサ３０は、ロータ２２の回転に応じた信号を検出する。回転軸センサ３０は、例えば、３つのホールＩＣ（不図示）を備える。これらの３つのホールＩＣは、ロータ２２が回転すると、それぞれ互いに１２０度位相のずれたパルス信号を制御部４０に対して出力する。すなわち、回転軸センサ３０は、ロータ２２の回転にともない、ロータ軸２２ａに配置されたセンサマグネット（不図示）の磁極の変化に基づいたパルス信号を発生し、制御部４０に出力する。各ホールＩＣは、それぞれ電気角で１２０°毎ずれた位置を検出する。

制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むプロセッサであり、モータ装置１００を統括的に制御する。制御部４０は、ＰＷＭ（Pulse With Modulation：パルス幅変調）制御を行い、目標のロータ２２の回転出力（例えば、目標回転数ＴＲＰＭ）に応じたデューティ比を設定し、設定したデューティ比に応じた駆動信号をインバータ５０に出力する。また、制御部４０は、インバータ５０を介して、例えば、矩形波通電によりモータ２の駆動を制御する。
また、制御部４０は、位置検出部４１と、回転数検出部４２と、加速検出部４３と、上限値設定部４４と、指令生成部４５と、駆動信号生成部４６とを備える。

位置検出部４１は、回転軸センサ３０から供給されるパルス信号に基づいて、ロータ２２の回転位置（θ）を検出する。位置検出部４１は、検出したロータ２２の回転位置を後述する駆動信号生成部４６に出力する。

回転数検出部４２は、回転軸センサ３０から供給されるパルス信号に基づいて、例えば、モータ２（ロータ２２）の回転数（ＲＰＭ）を検出し、検出したモータ２（ロータ２２）の回転数を後述する加速検出部４３、上限値設定部４４及び指令生成部４５に出力する。
なお、本明細書において、「回転数」とは、単位時間当たりの回転数を示す「回転速度」のことである。

加速検出部４３は、モータ２の回転が加速中であるか否かを検出する。加速検出部４３は、例えば、回転数検出部４２により所定時間毎に検出される回転数が、所定回数連続で増加した場合にモータ２が加速中であることを検出する。加速検出部４３は、モータ２が加速中であるか否かの検出結果を、上限値設定部４４に出力する。

上限値設定部４４は、モータ２の駆動出力を示すデューティ比（出力デューティともいう）の上限値であるデューティリミット値（デューティ比上限値）を設定する。デューティリミット値には、予め設定されている通常デューティリミット値（第１上限値）と、モータ２の加速中に使用する補正デューティリミット値（第２上限値）とがあり、上限値設定部４４は、通常デューティリミット値（第１上限値）と、補正デューティリミット値（第２上限値）とを切り替えて出力する。

通常デューティリミット値は、加速中以外の通常動作時に用いるリミット値である。上限値設定部４４は、モータ２の回転数（以下、モータ回転数ということがある）に応じて、通常デューティリミット値を変更して設定する。上限値設定部４４は、例えば、回転数が高い程、通常デューティリミット値を高い値に変更し、回転数が低い程、通常デューティリミット値を低い値に変更する。具体的に、上限値設定部４４は、後述する図３に示すように、通常デューティリミット値をモータ回転数に応じて変更する。

上限値設定部４４は、モータ回転数が第１の閾値より低い場合に、通常デューティリミット値を最小値で一定にし、モータ回転数が第２の閾値より高い場合に、通常デューティリミット値を最大値で一定にする。第２の閾値は、第１の閾値より高い。さらに、上限値設定部４４は、モータ回転数が第１の閾値と第２の閾値との間である場合に、通常デューティリミット値をモータ回転数に応じて変更する。
なお、後述する図３及び図５において、第１の閾値と後述する回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）とを同じ値としているが、本発明はこれに限られるものではなく、第１の閾値を回転数閾値より小さな値としてもよい。

また、上限値設定部４４は、モータ２の回転が加速中である場合に、デューティリミット値を、予め設定されている通常デューティリミット値より高い補正デューティリミット値に変更する。上限値設定部４４は、例えば、加速検出部４３から出力されたモータ２が加速中であるか否かの検出結果に応じて、通常デューティリミット値と、補正デューティリミット値とで切り替えて出力する。上限値設定部４４は、例えば、後述する図３に示すように、モータ２の加速中に、通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）から補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）へ切り替えて出力する。

すなわち、上限値設定部４４は、モータ２が加速中である場合に、補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）を、デューティリミット値（ＬＭＴ）として、駆動信号生成部４６に出力する。また、上限値設定部４４は、モータ２が加速中でない場合（減速中、又は、等速駆動中である場合）に、通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）を、デューティリミット値（ＬＭＴ）として、駆動信号生成部４６に出力する。

なお、上限値設定部４４は、例えば、下記の式（１）に示すように、通常デューティリミット値に補正量（α）を加算して補正デューティリミット値を設定する。ここで、αは、予め定められた固定値である。

補正デューティリミット値＝通常デューティリミット値＋α ・・・ （１）

なお、式（１）により通常デューティリミット値に補正量を生成する場合、通常デューティリミット値が、モータ２の回転数に応じて変更されると、補正デューティリミット値も、モータ２の回転数に応じて変更されることになる。すなわち、上限値設定部４４は、モータ２の回転数に応じて、補正デューティリミット値を変更することになる。

また、上限値設定部４４は、下記の式（２）に示すように、回転数に応じて、補正量を変更するようにしてもよい。

補正デューティリミット値＝通常デューティリミット値＋α×回転数 ・・・ （２）

この場合、（α×回転値）が補正値に対応する。なお、この場合、上限値設定部４４は、回転数に応じて、補正量を変更するため、結果的に、モータ２の回転数に応じて、補正デューティリミット値を変更することになる。

また、上限値設定部４４は、モータ２の回転加速度の大きさに応じて、補正デューティリミット値を変更するようにしてもよい。この場合、上限値設定部４４は、例えば、回転加速度が大きい程、上述した補正値を大きい値に変更する。

また、上限値設定部４４は、モータ２の回転数が閾値以下（回転数閾値以下）である場合に、通常デューティリミット値から補正デューティリミット値に変更する変更処理を無効にする。すなわち、上限値設定部４４は、モータ２の回転数が低い場合に、加速中であっても補正デューティリミット値を用いずに、通常デューティリミット値を出力する制御を行う。

指令生成部４５は、モータ２の目標の回転出力（例えば、目標回転数ＴＲＰＭ）に応じた出力指令値（ＰＷＭ制御の指令値）を生成する。指令生成部４５は、例えば、位置検出部４１から取得した現在のモータ２の回転数（ＲＰＭ）と、目標回転数ＴＲＰＭとに応じて、ＰＷＭ制御の指令値であるデューティ比を生成し、生成した出力指令値を出力指令値（ＤＴ）として、駆動信号生成部４６に出力する。

駆動信号生成部４６は、指令生成部４５が出力した出力指令値（ＤＴ）に基づいて、ロータ２２の回転位置に応じた通電タイミングで、正弦波に基づく通電波形の電圧が３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）に印加されるように、駆動信号を生成する。駆動信号生成部４６は、例えば、回転位置（θ）に基づいて、３相の通電タイミング信号を生成し、出力指令値（ＤＴ）に基づくＰＷＭ制御により、後述するインバータ５０のスイッチング素子（５１ａ～５１ｆ）を駆動（導通／非導通）させる駆動信号（３相の駆動信号）を生成し、生成した駆動信号（３相の駆動信号）をインバータ５０に出力する。

また、駆動信号生成部４６は、出力指令値（ＤＴ）が、上限値設定部４４から出力されたデューティリミット値（ＬＭＴ）より大きいデューティ比である場合に、出力指令値（ＤＴ）の代わりに、デューティリミット値（ＬＭＴ）を用いて、ＰＷＭ制御により駆動信号（３相の駆動信号）を生成する。このように、駆動信号生成部４６は、モータ２の駆動出力を示すデューティ比を、デューティリミット値（ＬＭＴ）を超えないように制御し、デューティ比に応じた駆動信号を生成する。

インバータ５０は、駆動信号生成部４６が生成した駆動信号に基づいて、モータ２を回転駆動させる出力信号を出力する。すなわち、インバータ５０は、駆動信号生成部４６が生成した駆動信号に基づいて、スイッチング素子（５１ａ～５１ｆ）を駆動させて、通電波形に基づく印加電圧を３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）に印加する。
なお、インバータ５０は、バッテリ３から供給される直流電力により、印加電圧を生成する。

インバータ５０は、３相ブリッジ接続された６個のスイッチング素子５１ａ～５１ｆと、ダイオード５２ａ～５２ｆとを備える。
スイッチング素子５１ａ～５１ｆは、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、３相のブリッジ回路を構成している。

スイッチング素子５１ａとスイッチング素子５１ｄとは、バッテリ３の正極端子と負極端子との間に、直列に説明されて、Ｕ相のブリッジ回路を構成している。スイッチング素子５１ａは、ドレイン端子がバッテリ３の正極端子に、ソース端子がノードＮ１に、ゲート端子がＵ相の上側の駆動信号の信号線に、それぞれ接続されている。また、スイッチング素子５１ｄは、ドレイン端子がノードＮ１に、ソース端子がバッテリ３の負極端子に、ゲート端子がＵ相の下側の駆動信号の信号線に、それぞれ接続されている。また、ノードＮ１は、モータ２の接続点２１ａに接続されている。

スイッチング素子５１ｂとスイッチング素子５１ｅとは、バッテリ３の正極端子と負極端子との間に、直列に説明されて、Ｖ相のブリッジ回路を構成している。スイッチング素子５１ｂは、ドレイン端子がバッテリ３の正極端子に、ソース端子がノードＮ２に、ゲート端子がＶ相の上側の駆動信号の信号線に、それぞれ接続されている。また、スイッチング素子５１ｅは、ドレイン端子がノードＮ２に、ソース端子がバッテリ３の負極端子に、ゲート端子がＶ相の下側の駆動信号の信号線に、それぞれ接続されている。また、ノードＮ２は、モータ２の接続点２１ｂに接続されている。

スイッチング素子５１ｃとスイッチング素子５１ｆとは、バッテリ３の正極端子と負極端子との間に、直列に説明されて、Ｗ相のブリッジ回路を構成している。スイッチング素子５１ｃは、ドレイン端子がバッテリ３の正極端子に、ソース端子がノードＮ３に、ゲート端子がＷ相の上側の駆動信号の信号線に、それぞれ接続されている。また、スイッチング素子５１ｆは、ドレイン端子がノードＮ３に、ソース端子がバッテリ３の負極端子に、ゲート端子がＷ相の下側の駆動信号の信号線に、それぞれ接続されている。また、ノードＮ３は、モータ２の接続点２１ｃに接続されている。

また、ダイオード５２ａは、アノード端子がノードＮ１に、カソード端子がバッテリ３の正極端子に、それぞれ接続されている。また、ダイオード５２ｄは、アノード端子がバッテリ３の負極端子に、カソード端子がノードＮ１に、それぞれ接続されている。

また、ダイオード５２ｂは、アノード端子がノードＮ２に、カソード端子がバッテリ３の正極端子に、それぞれ接続されている。また、ダイオード５２ｅは、アノード端子がバッテリ３の負極端子に、カソード端子がノードＮ２に、それぞれ接続されている。

また、ダイオード５２ｃは、アノード端子がノードＮ３に、カソード端子がバッテリ３の正極端子に、それぞれ接続されている。また、ダイオード５２ｆは、アノード端子がバッテリ３の負極端子に、カソード端子がノードＮ３に、それぞれ接続されている。

バッテリ３は、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの直流電源であり、モータ２を駆動する電力を供給する。

次に、図面を参照して、本実施形態によるモータ装置１００の動作について説明する。
図２は、本実施形態によるモータ装置１００のデューティリミット値の切り替え処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、制御部４０の上限値設定部４４の動作について説明する。

図２に示すように、上限値設定部４４は、まず、モータ回転数が回転閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０１）。上限値設定部４４は、回転数検出部４２が検出したモータ回転数ＲＰＭを取得し、モータ回転数ＲＰＭが回転閾値より大きいか否か（モータ回転数ＲＰＭが回転閾値以下であるか否か）を判定する。上限値設定部４４は、モータ回転数ＲＰＭが回転閾値より大きい場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０２に進める。また、上限値設定部４４は、モータ回転数ＲＰＭが回転閾値以下である場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０４に進める。

ステップＳ１０２において、上限値設定部４４は、モータ２が加速中であるか否かを判定する。上限値設定部４４は、例えば、加速検出部４３が出力する検出結果により、モータ２が加速中であるか否かを判定する。上限値設定部４４は、モータ２が加速中である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０３に進める。また、上限値設定部４４は、モータ２が加速中でない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０４に進める。

ステップＳ１０３において、上限値設定部４４は、デューティリミット値に、補正デューティリミット値を選択する。すなわち、上限値設定部４４は、補正デューティリミット値をデューティリミット値（ＬＭＴ）として、駆動信号生成部４６に出力する。ステップＳ１０３の処理後に、上限値設定部４４は、処理をステップＳ１０１に戻す。

また、ステップＳ１０４において、上限値設定部４４は、デューティリミット値に、通常デューティリミット値を選択する。すなわち、上限値設定部４４は、通常デューティリミット値をデューティリミット値（ＬＭＴ）として、駆動信号生成部４６に出力する。ステップＳ１０４の処理後に、上限値設定部４４は、処理をステップＳ１０１に戻す。

次に、図３を参照して、本実施形態によるモータ装置１００のデューティリミット値の切り替え動作について説明する。
図３は、本実施形態によるモータ装置１００のデューティリミット値の切り替え動作の一例を説明する図である。

図３において、横軸は、回転角を示し、縦軸は、モータ回転数、及び出力デューティを示している。
また、波形Ｗ１が、モータ回転数を示し、波形Ｗ２は、出力指令値である出力デューティを示している。また、破線ＬＭＴ１が、通常デューティリミット値を示し、破線ＬＭＴ２が、補正デューティリミット値を示している。また、破線ＲＰＭｔｈは、回転数閾値を示している。
なお、図３においては、モータ２は目標回転数に沿って駆動しているものとする。つまり、波形Ｗ１はモータ回転数であり、目標回転数でもあるとする。

図３に示す例では、モータ装置１００が、正常に動作する場合の一例を示しており、制御部４０は、波形Ｗ１に示すように、モータ２を、停止から回転数を上昇させて所定速度で回転させた後に、減速して回転数を低下させて停止する制御を行っている。また、この場合に、制御部４０の指令生成部４５は、波形Ｗ２に示すような、出力指令値（ＤＴ）を出力する。

図３におけるモータ装置１００の動作をより詳細に説明する。まず、ポイントＰ１からポイントＰ２の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）以下である。この場合、制御部４０の上限値設定部４４は、モータ回転数に応じた通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）を生成する。また、上限値設定部４４は、通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）を、デューティリミット値（ＬＭＴ）として出力する。

次に、ポイントＰ２からポイントＰ３の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）より大きく、且つ、加速中である。この場合、上限値設定部４４は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）から補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）に切り替えて出力する。

次に、ポイントＰ３からポイントＰ４の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）より大きく、且つ、加速中でない。この場合、上限値設定部４４は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）から通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）に切り替えて出力する。

また、ポイントＰ４からポイントＰ５において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）以下であり、且つ、加速中でない。この場合、上限値設定部４４は、継続して通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）をデューティリミット値（ＬＭＴ）として出力する。

なお、図３に示す例では、波形Ｗ２の示す出力指令値（ＤＴ）が、デューティリミット値（ＬＭＴ＝ＬＭＴ１又はＬＭＴ２）より低いため、デューティリミット値（ＬＭＴ）による制限がかからずに、駆動信号生成部４６は、目標回転数（波形Ｗ１）のようにモータ回転数が変化するように、出力指令値（ＤＴ）に基づいて、駆動信号（３相の駆動信号）を生成する。

次に、図４及び図５を参照して、本実施形態によるモータ装置１００の突発的な負荷がかかった場合の動作について説明する。
図４は、比較のために、従来技術のデューティリミット値に関する動作を示す図である。すなわち、図４は、デューティリミット値に、通常デューティリミット値のみを用いた場合の従来技術のモータ装置の動作を示している。

図４において、横軸は、回転角を示し、縦軸は、モータ回転数、及び出力デューティを示している。
また、図４において、波形Ｗ１０は、目標回転数を示し、波形Ｗ１１は、モータ回転数を示している。また、波形Ｗ２１は、出力指令値である出力デューティを示している。また、破線ＬＭＴ１が、通常デューティリミット値であるデューティリミット値を示している。また、破線ＲＰＭｔｈは、回転数閾値を示している。

さらに、ポイントＰ１１は、従来技術のモータ装置に突発的な負荷がかかったタイミングを示している。また、ポイントＰ１３は、従来技術のモータ装置への突発的な負荷が解消または軽減されたタイミングを示している。

図４に示すように、従来技術のモータ装置では、ポイントＰ１１において突発的な負荷がかかると、波形Ｗ１０に示す目標回転数に対し、波形Ｗ１１に示すモータ回転数が低くなる。そして、モータ回転数を目標回転数まで上昇させるために、波形Ｗ２１に示す出力デューティが上昇する。しかし、従来技術のモータ装置への負荷が大きいと、出力デューティを上げてもモータ回転数が低下し続ける場合がある。このような場合、ポイントＰ１２に示すように、モータ回転数の低下にともない、通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）が低下する。

次に、ポイントＰ１３において、モータ装置への負荷が解消または軽減され、一時的に従来技術のモータ装置が加速したとしても、波形Ｗ２１に示す出力デューティが通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）に達して制限され、モータ回転数を継続して上昇できずに、モータ回転数がさらに低下する。この通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）の低下と、モータ回転数の低下との繰り返しにより、モータ回転数は、波形Ｗ１０に示す目標回転数に復帰できずに停止する。

これに対して、図５は、本実施形態によるモータ装置１００のデューティリミット値に関する動作の一例を示す図である。
図５において、横軸は、回転角を示し、縦軸は、モータ回転数、及び出力デューティを示している。
また、波形Ｗ１０は、目標回転数を示し、波形Ｗ１２は、モータ回転数を示している。また、波形Ｗ２２は、出力指令値である出力デューティを示している。また、破線ＬＭＴ１が、通常デューティリミット値を示し、破線ＬＭＴ２が、補正デューティリミット値を示している。さらに、ポイントＰ２３は、モータ装置１００に突発的な負荷がかかったタイミングを示している。また、ポイント２５は、モータ装置１００への突発的な負荷が解消または軽減されたタイミングを示している。

図５に示す例では、モータ装置１００は、ポイントＰ２３において突発的な負荷がかかると、上述した図４に示す従来技術と同様に、波形Ｗ１２に示すモータ回転数が低下するとともに、波形Ｗ２２に示す出力デューティが上昇する。しかしながら、本実施形態によるモータ装置１００では、ポイントＰ２５以降に示すように、上限値設定部４４が、モータ２の加速中に、デューティリミット値（ＬＭＴ）を補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）に切り替えて変更する。そのため、モータ装置１００は、デューティリミット値による制限を回避でき、波形Ｗ１２に示すように、モータ回転数を再び上昇させて、正常動作に復帰させることができる。

図５におけるモータ装置１００の動作をより詳細に説明する。まず、ポイントＰ２１からポイントＰ２２の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）以下である。この場合、制御部４０の上限値設定部４４は、モータ回転数に応じた通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）を生成する。また、上限値設定部４４は、通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）を、デューティリミット値（ＬＭＴ）として出力する。

次に、ポイントＰ２２からポイントＰ２４の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）より大きく、且つ、加速中である。この場合、上限値設定部４４は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）から補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）に切り替えて出力する。

ここで、ポイントＰ２３において突発的な負荷が発生したため、モータ回転数が下降する。よって、ポイントＰ２４からポイントＰ２５の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）より大きく、且つ、加速中でない。この場合、上限値設定部４４は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）から通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）に切り替えて出力する。

次に、ポイント２５において、モータ装置１００への負荷が解消または軽減され、モータ回転数が上昇する。よって、ポイントＰ２５からポイントＰ２６の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）以下であり、且つ、加速中である。この場合、上限値設定部４４は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）から補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）に切り替えて出力する。これにより、出力デューティが上がり、モータ回転数を継続して上昇させることができる。

次に、ポイント２６からポイント２７の直前において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）より大きく、且つ、加速中でない。この場合、上限値設定部４４は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を補正デューティリミット値（ＬＭＴ２）から通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）に切り替えて出力する。

次に、ポイントＰ２７からポイントＰ２８において、モータ回転数は回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）以下であり、且つ、加速中でない。この場合、上限値設定部４４は、継続して通常デューティリミット値（ＬＭＴ１）を、デューティリミット値（ＬＭＴ）として出力する。

以上説明したように、本実施形態によるモータ装置１００は、回転駆動するモータ２と、駆動信号生成部４６と、インバータ５０と、回転数検出部４２と、加速検出部４３と、上限値設定部４４とを備える。駆動信号生成部４６は、モータの駆動出力を示すデューティ比を、デューティ比上限値を超えないように制御し、デューティ比に応じた駆動信号を生成する。インバータ５０は、駆動信号に基づいて、モータ２を回転駆動させる出力信号を出力する。回転数検出部４２は、モータ２の回転数を検出する。加速検出部４３は、モータ２が加速中か否かを検出する。上限値設定部４４は、モータの回転が加速中である場合に、デューティリミット値（デューティ比上限値）を、予め設定されている通常デューティリミット値（第１上限値）より高い補正デューティリミット値（第２上限値）に変更する。

これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、上述した図５に示す突発的な負荷がかかった場合でも、補正デューティリミット値（第２上限値）によって、デューティリミット値による出力制限を回避することができ、モータ回転数を再び上昇させることができる（図５の波形Ｗ１２を参照）。したがって、本実施形態によるモータ装置１００は、突発的な回転数の低下による動作停止を低減することができる。

また、本実施形態では、上限値設定部４４は、モータ２の回転数が閾値以下（回転数閾値ＲＰＭｔｈ以下）である場合に、通常デューティリミット値（第１上限値）から補正デューティリミット値（第２上限値）に変更する変更処理を無効にする。

これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、例えば、低回転域でモータ挙動が不安定化した際にモータ回転数の変動を加速中と判定してしまい、デューティリミット値（ＬＭＴ）が上昇してしまうことでモータ２に過電流が流れることを抑制することができる。ここで、図６及び図７を参照して、本実施形態によるモータ装置１００の過電流の抑制効果について説明する。

図６は、本実施形態によるモータ装置１００のデューティリミット値の変更処理の無効化機能がない場合の動作の一例を示す図である。すなわち、図６は、比較のために、上限値設定部４４が、回転数閾値ＲＰＭｔｈによるデューティリミット値の変更処理の無効化を行わない場合の一例を示している。

図６において、横軸は、時間を示し、縦軸は、モータ回転数、モータ消費電流、及び出力デューティを示している。
また、図６において、波形Ｗ３は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を示し、波形Ｗ４は、出力指令値（ＤＴ）を示している。また、波形Ｗ５は、モータ２の消費電流を示し、波形Ｗ６は、モータ回転数を示している。

図６の範囲Ｒ１において、低回転域でモータ２の挙動が不安定になり（波形Ｗ６を参照）、モータ２が一時的に加速した場合、デューティリミット値の変更処理が働き、上限値設定部４４が、デューティリミット値（ＬＭＴ）を補正デューティリミット値に変更する。これにより、指令生成部４５は、波形Ｗ４に示すように、出力指令値（ＤＴ）をさらに上昇させることが可能になるため、波形Ｗ５に示すように、過電流が流れる。

これに対して、図７は、本実施形態によるモータ装置１００のデューティリミット値の変更処理の無効化機能がある場合の動作の一例を示す図である。すなわち、図７は、比較のために、上限値設定部４４が、回転数閾値ＲＰＭｔｈによるデューティリミット値の変更処理の無効化を行う場合の一例を示している。

図７において、横軸は、時間を示し、縦軸は、モータ回転数、モータ消費電流、及び出力デューティを示している。
また、図７において、波形Ｗ３１は、デューティリミット値（ＬＭＴ）を示し、波形Ｗ４１は、出力指令値（ＤＴ）を示している。また、波形Ｗ５１は、モータ２の消費電流を示し、波形Ｗ６１は、モータ回転数を示している。また、破線ＲＰＭｔｈは、回転数閾値を示している。

図７の範囲Ｒ２において、低回転域でモータ２の挙動が不安定になり（波形Ｗ６１を参照）、モータ２が一時的に加速した場合であっても、モータ回転数が回転数閾値（ＲＰＭｔｈ）以下であるため、上限値設定部４４は、デューティリミット値に、通常デューティリミット値を選択する。これにより、駆動信号生成部４６は、波形Ｗ４１に示すように、出力指令値（ＤＴ）の上昇を制限するため、波形Ｗ５１に示すように、過電流の発生を抑制することができる。
このように、本実施形態によるモータ装置１００は、例えば、低回転域でモータ挙動が不安定化した際に、モータ２に過電流が流れることを抑制することができる。

また、本実施形態では、上限値設定部４４は、モータ２の回転数に応じて、通常デューティリミット値（第１上限値）を複数段階に変更する。
これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、モータ２の回転数の状況によって、デューティリミット値を適切に設定することができる。

また、本実施形態では、上限値設定部４４は、モータ２の回転数に応じて、補正デューティリミット値（第２上限値）を変更する。
これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、モータ２の回転数の状況によって、デューティリミット値をさらに適切に設定することができる。

また、本実施形態では、上限値設定部４４は、モータ２の回転加速度の大きさに応じて、補正デューティリミット値（第２上限値）を変更するようにしてもよい。
これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、例えば、回転加速度が大きい程、補正デューティリミット値（第２上限値）を大きく変更することで、加速の度合いに応じて、補正デューティリミット値（第２上限値）を適切に設定することができる。

また、本実施形態によるモータ制御方法は、駆動信号に基づいて、インバータ５０が出力する出力信号により回転駆動するモータ２を制御するモータ制御方法であって、駆動信号生成ステップと、回転数検出ステップと、加速検出ステップと、上限値設定ステップとを含む。駆動信号生成ステップにおいて、駆動信号生成部４６が、モータ２の駆動出力を示すデューティ比を、デューティリミット値（デューティ比上限値）を超えないように制御し、デューティ比に応じた駆動信号を生成する。回転数検出ステップにおいて、回転数検出部４２が、モータ２の回転数を検出する。加速検出ステップにおいて、加速検出部４３が、モータ２が加速中か否かを検出する。上限値設定ステップにおいて、上限値設定部４４が、モータ２の回転が加速中である場合に、デューティリミット値（デューティ比上限値）を、予め設定されている通常デューティリミット値（第１上限値）より高い補正デューティリミット値（第２上限値）に変更する。
これにより、本実施形態によるモータ制御方法は、上述したモータ装置１００と同様の効果を奏し、突発的な回転数の低下による動作停止を低減することができる。

また、本実施形態によるモータ制御方法は、モータ２の回転数が閾値以下である場合に、上限値設定部４４が、上限値設定ステップを無効にする上限値設定無効ステップをさらに含む。
これにより、本実施形態によるモータ制御方法は、例えば、低回転域でモータ挙動が不安定化した際にモータ回転数の変動を加速中と判定してしまい、デューティリミット値（ＬＭＴ）が上昇してしまうことでモータ２に過電流が流れることを抑制することができる。

［第２の実施形態］
次に、図面を参照して、第２の実施形態によるワイパー装置２００について説明する。
図８は、第２の実施形態によるワイパー装置２００の一例を示す構成図である。

図８に示すように、ワイパー装置２００は、車両１のウィンドウガラス１０のウィンド面に対して、払拭動作を行う。ワイパー装置２００は、モータ装置１００と、リンク機構１１と、２本のワイパーアーム１２と、各ワイパーアーム１２の先端部に装着されたワイパーブレード１３とを備える。

モータ装置は、上述した第１の実施形態のモータ装置１００であり、ここではその詳細な説明を省略する。
ワイパーアーム１２は、モータ装置１００の回転駆動により、ウィンドウガラス１０のウィンド面を動作し、先端部に装着されたワイパーブレード１３により払拭動作を行う。
２つのワイパーアーム１２は、リンク機構１１により連結されている。

ワイパーブレード１３は、ワイパーアーム１２によって、ウィンドウガラス１０に押し付けられるようにして設けられている。
ワイパーブレード１３は、ワイパーアーム１２の先端部に装着されるブレードホルダに保持されるブレードラバー（不図示）を備えている。ワイパーブレード１３は、モータ装置１００によってワイパーアーム１２が揺動されると、ウィンドウガラス１０の外表面上の払拭範囲を往復動し、ブレードラバー（不図示）によってウィンドウガラス１０を払拭する。

以上説明したように、本実施形態によるワイパー装置２００は、モータ装置１００を用いて、ワイパー部材（ワイパーアーム１２及びワイパーブレード１３）にウィンド面での払拭動作を行わせる。
これにより、本実施形態によるワイパー装置２００は、上述したモータ装置１００と同様の効果を奏し、突発的な回転数の低下による動作停止を低減することができる。本実施形態によるワイパー装置２００は、例えば、突発的に、ワイパー部材（ワイパーアーム１２及びワイパーブレード１３）に強風が吹きつけた時、雪が落下してきた時、ウィンドウガラス１０に付着した大きな異物（虫、鳥糞など）を払拭しようとした時などにより、負荷が大きくなった場合であっても、強風が止んだ時、雪や異物が除去された時に再加速して、通常の払拭動作に復帰することができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の実施形態において、モータ２の３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）は、デルタ結線により接続される例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、スター結線などの他の結線であってもよい。

また、上記の実施形態において、上限値設定部４４が、通常デューティリミット値に補正量（α）を加算して補正デューティリミット値を設定する例を説明したが、これに限定されるものではなく、通常デューティリミット値に係数値を乗算する等、他の手法により、補正デューティリミット値を設定してもよい。

また、上記の実施形態において、モータ装置１００が、ワイパー装置２００に用いられる例を説明したが、これに限定されるものではなく、モータ装置１００は、他の用途に利用されてもよい。

なお、上述したモータ装置１００が備える各構成は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述したモータ装置１００が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述したモータ装置１００が備える各構成における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ－ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。

また、上述した機能の一部又は全部を、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

１…車両、２…モータ、３…バッテリ、１０…ウィンドウガラス、１１…リンク機構、１２…ワイパーアーム、１３…ワイパーブレード、２１…ステータ、２１ｕ，２１ｖ，２１ｗ…電機子コイル、２２…ロータ、２２ａ…ロータ軸、２２ｂ…永久磁石、３０…回転軸センサ、４０…制御部、４１…位置検出部、４２…回転数検出部、４３…加速検出部、４４…上限値設定部、４５…指令生成部、４６…駆動信号生成部、５０…インバータ、５１，５１ａ～５１ｆ…スイッチング素子、５２，５２ａ～５２ｆ…ダイオード、１００…モータ装置、２００…ワイパー装置

Claims (8)

1. 回転駆動するモータと、
   前記モータの駆動出力を示すデューティ比を、デューティ比上限値を超えないように制御し、前記デューティ比に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
   前記駆動信号に基づいて、前記モータを回転駆動させる出力信号を出力するインバータと、
   前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記モータが加速中か否かを検出する加速検出部と、
   前記モータの回転が加速中である場合に、前記デューティ比上限値を、予め設定されている第１上限値より高い第２上限値に変更する上限値設定部と
   を備えるモータ装置。
2. 前記上限値設定部は、前記モータの回転数が閾値以下である場合に、前記第１上限値から前記第２上限値に変更する変更処理を無効にする
   請求項１に記載のモータ装置。
3. 前記上限値設定部は、前記モータの回転数に応じて、前記第１上限値を複数段階に変更する
   請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
4. 前記上限値設定部は、前記モータの回転数に応じて、前記第２上限値を変更する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ装置。
5. 前記上限値設定部は、前記モータの回転加速度の大きさに応じて、前記第２上限値を変更する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ装置を備え、
   前記モータ装置を用いて、ワイパー部材にウィンド面での払拭動作を行わせる
   ワイパー装置。
7. 駆動信号に基づいて、インバータが出力する出力信号により回転駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、
   駆動信号生成部が、前記モータの駆動出力を示すデューティ比を、デューティ比上限値を超えないように制御し、前記デューティ比に応じた前記駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
   回転数検出部が、前記モータの回転数を検出する回転数検出ステップと、
   加速検出部が、前記モータが加速中か否かを検出する加速検出ステップと、
   上限値設定部が、前記モータの回転が加速中である場合に、前記デューティ比上限値を、予め設定されている第１上限値より高い第２上限値に変更する上限値設定ステップと
   を含むモータ制御方法。
8. 前記モータの回転数が閾値以下である場合に、前記上限値設定部が、前記上限値設定ステップを無効にする上限値設定無効ステップをさらに含む
   請求項７に記載のモータ制御方法。

Images