JP6938925B2 - ワイパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイパ装置に関する。

ワイパ装置を駆動させるワイパモータには、回転子（ロータ）に永久磁石を用い、固定子（ステータ）に電磁石（コイル）を用いたブラシレスＤＣモータが使われる場合がある。同期モータであるブラシレスＤＣモータは、一般に、コイルに印加される電圧が高くなるとロータの回転数が上がるものの、ロータの中心に設けられた出力軸のトルクは低下する性質を有している。また、ブラシレスＤＣモータは、出力軸のトルクにモータのコイルを流れる電流（以下、「モータ電流」と略記）が影響されるという性質を有している。

ブラシレスＤＣモータでは、コイルに印加される電圧を、パルス幅変調（ＰＷＭ）によって生成している。ＰＷＭは直流である電源の電圧をスイッチング素子のオンオフによりパルス状の矩形波状に変化させることにより実効電圧を変化させる。ブラシレスＤＣモータは、ＰＷＭによってコイルに印加される電圧を変化させることにより、出力軸の回転速度を変化させる。

ブラシレスＤＣモータの出力軸のトルクを変化させるには、ＰＷＭによる電圧の変化だけでは対応が難しい。特許文献１には、ブラシレスＤＣモータのコイルに電圧を印加する時間を変更することにより、ブラシレスＤＣモータの出力軸のトルクを増大させるワイパ装置の発明が開示されている。

特開２０１５−１２６５４７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術は、ブラシレスＤＣモータのロータの回転のトルク変動であるトルクリップルを解消するためのものであり、ブラシレスＤＣモータの出力軸のトルクを増大させると、モータ電流が増大し、ブラシレスＤＣモータが過負荷になるという問題があった。

図８は、ブラシレスＤＣモータにおける出力軸のトルクに対する出力軸の回転数（回転速度）及びモータ電流の変化を示した説明図である。図８に示した出力軸のトルクと出力軸の回転数との関係を示す直線９６Ｒ、９８Ｒに示したように、直線９６Ｒにおける回転数Ｒ３と直線９８Ｒにおける回転数Ｒ４のように回転速度が異なっていても、出力軸のトルクが同じ場合は、モータ電流も略同じＩ３になる。図８によれば、必要なトルクを確保するには、出力軸の回転速度が低速であっても回転速度が高速の場合と同じモータ電流がコイルに流れることになり、モータの発熱及び消費電力が増大する。そして、モータ電流がモータの定格を超えると、モータ及びモータの駆動回路を損傷するおそれがある。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、ワイパモータの負荷を抑制すると共にワイパモータの出力軸の回転速度を低速域から高速域まで制御可能なワイパ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のワイパ装置は、ロータ、及び回転磁界を発生するコイルを備え、回転磁界に応じたロータの回転によりワイパブレードを払拭動作させるワイパモータと、前記コイルに通電して回転磁界を発生させ、前記ワイパモータを回転駆動する駆動部と、速度指令が第１回転速度の場合に、前記ロータの回転位置に対応したタイミングで前記コイルに通電する第１回転制御が行われるように前記駆動部を制御すると共に、速度指令が前記第１回転速度より高速な第２回転速度の場合に、前記第１回転制御の場合の電圧よりも高い実効電圧を、前記第１回転制御のタイミングより電気角で進角したタイミングで前記コイルに通電する第２回転制御、及び速度指令が前記第１回転速度より低速な第３回転速度の場合に、前記第１回転制御の場合の電圧よりも低い実効電圧を、前記第１回転制御のタイミングより電気角で遅角したタイミングで前記コイルに通電する第３回転制御の少なくとも一方の制御が行われるように前記駆動部を制御し、前記第１回転制御または前記第２回転制御の際に前記ワイパモータが過負荷になった場合、前記第３回転制御に移行して前記ワイパモータの回転を減速するように前記駆動部を制御する制御部と、を含んでいる。

このワイパ装置によれば、ワイパモータのコイルへの通電の実効電圧を上げると共に、通電のタイミングを進角させて出力軸の高速回転に対応し、ワイパモータのコイルへの通電の実効電圧を下げると共に、通電のタイミングを遅角させて出力軸の高トルクかつ低速回転に対応することにより、ワイパモータの負荷を抑制すると共にワイパモータの出力軸の回転速度を低速域から高速域まで制御できる。

請求項２に記載のワイパ装置は、請求項１に記載のワイパ装置において、前記駆動部の温度を検出する温度検出部を備え、前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記温度が所定の閾値温度を超えた場合に前記ワイパモータが過負荷であると判定して前記第３回転制御が行われるように前記駆動部を制御する。

このワイパ装置によれば、駆動部の回路の温度が閾値温度以上になった場合に低速回転に対応した第３回転制御を行うことにより、ワイパモータが過負荷になることを防止する。

請求項３に記載のワイパ装置は、請求項１に記載のワイパ装置において、前記コイルの電流値を検出する電流検出部を備え、前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記電流値が所定の閾値以上の場合に前記ワイパモータが過負荷であると判定して前記第３回転制御が行われるように前記駆動部を制御する。

このワイパ装置によれば、ワイパモータのコイルの電流が所定の閾値以上になった場合に低速回転に対応した第３回転制御を行うことにより、ワイパモータが過負荷になることを防止する。

請求項４に記載のワイパ装置は、請求項１に記載のワイパ装置において、前記制御部は、速度指令が示す回転速度と前記ワイパモータの現在の回転速度との差が大きい場合は、前記コイルへの通電の実効電圧を段階的に高めると共に該通電のタイミングを段階的に進角させて前記ワイパモータの回転速度が速度指令が示す回転速度に到達するように前記駆動部を制御し、前記ワイパモータの現在の回転速度と速度指令が示す回転速度との差が大きい場合は、前記コイルへの通電の実効電圧を段階的に低下させると共に該通電のタイミングを段階的に遅角させて前記ワイパモータの回転速度が速度指令が示す回転速度に到達するように前記駆動部を制御する。

このワイパ装置によれば、目標回転速度と現在の回転速度との速度差が大きい場合には、通電の実効電圧と、通電のタイミングの進角を段階的に変更することにより、ワイパモータの回転速度を円滑に変化させる。

本発明の実施の形態に係るワイパ装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る右ワイパ装置のワイパ制御回路の構成の一例の概略を示すブロック図である。 本発明の実施の形態のワイパ装置のワイパモータにおける出力軸のトルクに対する出力軸の回転数（回転速度）及びモータ電流の変化を示した説明図である。 （Ａ）は出力軸の回転数が中庸の場合に行われる中回転制御におけるコイルへの通電パターンの一例を示したタイムチャートであり、（Ｂ）は、高回転制御におけるコイルへの通電パターンの一例を示したタイムチャートであり、（Ｃ）は、低回転制御におけるコイルへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。 （Ａ）は、出力軸の回転数を低速から高速へ変化させる場合の、進角及びコイルへ印加する電圧のデューティ比の各々の時系列での変化の一例を示したタイムチャートであり、（Ｂ）は、出力軸の回転数を高速から低速へ変化させる場合の、進角及びコイルへ印加する電圧のデューティ比の各々の時系列での変化の一例を示したタイムチャートである。 本発明の実施の形態に係るワイパ装置において、ワイパモータが過負荷になった場合の、進角及びコイルへ印加する電圧のデューティ比の各々の時系列での変化の一例を示したタイムチャートである。 本発明の実施の形態に係るワイパ装置の進角量可変制御処理の一例を示したフローチャートである。 ブラシレスＤＣモータにおける出力軸のトルクに対する出力軸の回転数（回転速度）及びモータ電流の変化を示した説明図である。

図１は、本実施の形態に係るワイパ装置１０の構成を示す概略図である。ワイパ装置１０は、一例として、車両のウィンドシールドガラス１２の下部の左（助手席側）に左ワイパ装置１４、車両のウィンドシールドガラス１２の下部の右（運転席側）に右ワイパ装置１６を各々備えたダイレクトドライブによるタンデム式のワイパ装置である。なお、本実施の形態における左右は、車室内から見ての左右である。本実施の形態に係るワイパ装置１０は、左ワイパ装置１４のワイパアーム２６と、右ワイパ装置１６のワイパアーム２８とを、各々同一方向に回動させる。従って、左ワイパ装置１４の出力軸３６と、右ワイパ装置１６の出力軸３８とを、各々同一方向に回転させている。

左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６は、ワイパモータ１８、２０、減速機構２２、２４、ワイパアーム２６、２８及びワイパブレード３０、３２を各々備えている。ワイパモータ１８、２０は、ウィンドシールドガラス１２の左下方及び右下方の各々に設けられている。

左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６は、ワイパモータ１８、２０の正逆回転が減速機構２２、２４で各々減速され、減速機構２２、２４によって減速された正逆回転で出力軸３６、３８が各々回転する。さらに、出力軸３６、３８の正逆回転の回転力がワイパアーム２６、２８に各々作用することによりワイパアーム２６、２８が格納位置Ｐ３から下反転位置Ｐ２に移動し、下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との間を往復動作する。かかるワイパアーム２６、２８の動作により、ワイパアーム２６、２８の先端に各々設けられたワイパブレード３０、３２がウィンドシールドガラス１２表面の下反転位置Ｐ２から上反転位置Ｐ１の間を払拭する。なお、減速機構２２、２４は、例えばウォームギア等で構成され、ワイパモータ１８、２０の回転を、ワイパブレード３０、３２によるウィンドシールドガラス１２表面の払拭に適した回転速度に各々減速し、当該回転速度で出力軸３６、３８を各々回転させる。

本実施の形態に係るワイパモータ１８、２０は、上述のように、ウォームギアで構成された減速機構２２、２４を各々有しているので、出力軸３６、３８の回転速度及び回転角度は、ワイパモータ１８、２０本体の回転速度及び回転角度と同一ではない。しかしながら、本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０と減速機構２２、２４は各々一体不可分に構成されているので、以下、出力軸３６、３８の回転速度及び回転角度を、ワイパモータ１８、２０の各々の回転速度及び回転角度とみなす。本実施の形態では、例えば、左ワイパ装置１４の出力軸３６の回転方向を、右ワイパ装置１６の出力軸３８の回転方向に同期させることにより、出力軸３６及び出力軸３８を各々同一方向に回転させている。

ワイパモータ１８、２０には、ワイパモータ１８、２０の回転を制御するためのワイパ制御回路６０、６２が各々接続されている。本実施の形態に係るワイパ制御回路６０は駆動回路６０Ａ及びワイパＥＣＵ６０Ｂを、ワイパ制御回路６２は、駆動回路６２Ａ及びワイパＥＣＵ６２Ｂを、各々含む。

ワイパＥＣＵ６０Ｂには、ワイパモータ１８の出力軸３６の回転速度及び回転角度を各々検知する回転角度センサ４２が接続されている。ワイパＥＣＵ６２Ｂには、ワイパモータ２０の出力軸３８の回転速度及び回転角度を各々検知する回転角度センサ４４が接続されている。ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、回転角度センサ４２、４４からの信号に基づいて、ウィンドシールドガラス１２上でのワイパブレード３０、３２の位置を各々算出する。また、ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、算出した位置に応じて出力軸３６、３８の回転速度が変化するように駆動回路６０Ａ、６２Ａを各々制御する。なお、回転角度センサ４２、４４は、ワイパモータ１８、２０の減速機構２２、２４内に各々設けられ、出力軸３６、３８に連動して回転する励磁コイル又はマグネットの磁界（磁力）を電流に変換して検出する。また、出力軸３６、３８の回転速度の制御は、後述するメモリ等に記憶された、ワイパブレード３０、３２の位置に応じて出力軸３６、３８の回転速度を規定した速度マップ（図示せず）を参照して行う。

駆動回路６０Ａ、６２Ａは、ワイパモータ１８、２０を各々作動させるための電圧（電流）をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって生成してワイパモータ１８、２０に各々供給する。駆動回路６０Ａ、６２Ａは、スイッチング素子に電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用した回路を含み、駆動回路６０ＡはワイパＥＣＵ６０Ｂの、駆動回路６２ＡはワイパＥＣＵ６２Ｂの、各々の制御によって、所定のデューティ比の電圧を出力する。

ワイパＥＣＵ６０ＢとワイパＥＣＵ６２Ｂとは、例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）等のプロトコルを用いた通信で連携させることにより、左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６の動作を同期させている。また、ワイパ制御回路６２のワイパＥＣＵ６２Ｂには、車両制御回路６４を介して、ワイパスイッチ６６が接続されている。

ワイパスイッチ６６は、車両のバッテリからワイパモータ１８、２０に供給される電力をオン又はオフするスイッチである。ワイパスイッチ６６は、ワイパブレード３０、３２を、低速で動作させる低速作動モード選択位置、高速で動作させる高速作動モード選択位置、一定周期で間欠的に動作させる間欠作動モード選択位置、停止モード選択位置に切替可能である。また、各モードの選択位置に応じてワイパモータ１８、２０を回転させるための指令信号を車両制御回路６４を介してワイパＥＣＵ６２Ｂに出力する。また、ワイパＥＣＵ６２Ｂに入力された指令信号は、前述のＬＩＮ等のプロトコルを用いた通信によってワイパＥＣＵ６０Ｂにも入力される。図１では、便宜上、右ワイパ装置１６をマスタワイパ、左ワイパ装置１４をスレーブワイパとする。

ワイパスイッチ６６から各モードの選択位置に応じて出力された信号がワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂに入力されると、ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂがワイパスイッチ６６からの出力信号に対応する制御を行う。具体的には、ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、ワイパスイッチ６６からの指令信号と前述の速度マップとに基づいて出力軸３６、３８の回転速度を算出する。さらにワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、算出した回転速度で出力軸３６、３８が回転するように駆動回路６０Ａ、６２Ａを制御する。

図２は、本実施の形態に係る右ワイパ装置１６のワイパ制御回路６２の構成の一例の概略を示すブロック図である。また、図２示したワイパモータ２０は、一例として、ブラシレスＤＣモータであるが、ブラシ付きＤＣモータであってもよい。なお、左ワイパ装置１４のワイパ制御回路６０の構成は、右ワイパ装置１６のワイパ制御回路６２と同様なので、その詳細な説明は省略する。

図２に示したワイパ制御回路６２は、ワイパモータ２０の固定子（ステータ）のコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗの端子に印加する電圧を生成する駆動回路６２Ａと、駆動回路６２Ａを構成するスイッチング素子のオン及びオフを制御するワイパＥＣＵ６２Ｂとを含んでいる。

ワイパモータ２０のロータ７２は、各々３つのＳ極及びＮ極の永久磁石で構成されており、ステータのコイルに生じた回転磁界に追随して回転するように構成されている。ロータ７２の磁界は、ホールセンサ７０によって検知される。ホールセンサ７０は、ロータ７２の永久磁石の極性に対応してロータ７２とは別に設けられたセンサマグネットの磁界を検知してもよい。ホールセンサ７０は、ロータ７２又はセンサマグネットの磁界を、ロータ７２の位置を示す磁界として検知する。

ホールセンサ７０は、ロータ７２又はセンサマグネットにより形成された磁界を検出することにより、ロータ７２の位置を検出するためのセンサである。ホールセンサ７０は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応する３つのホール素子を含んでいる。ホールセンサ７０は、ロータ７２の回転によって生じた磁界の変化を、正弦波に近似した電圧の変化の信号として出力する。

ホールセンサ７０が出力した信号は、制御回路であるワイパＥＣＵ６２Ｂに入力される。ワイパＥＣＵ６２Ｂは、集積回路であり、スタンバイ回路５０によって電源であるバッテリ８０から供給される電力が制御されている。

ホールセンサ７０からワイパＥＣＵ６２Ｂに入力されたアナログ波形の信号は、ワイパＥＣＵ６２Ｂ内にある、コンパレータ等のアナログ信号をデジタル信号に変換する回路を備えたホールセンサエッジ検出部５６に入力される。ホールセンサエッジ検出部５６では、入力されたアナログ波形をデジタル波形に変換し、デジタル波形からエッジ部分を検出する。

デジタル波形及びエッジの情報はモータ位置推定部５４に入力され、ロータ７２の位置が算出される。算出されたロータ７２の位置の情報は、通電制御部５８に入力される。

また、ワイパＥＣＵ６２Ｂの指令値算出部５２には、ワイパスイッチ６６からワイパモータ２０（ロータ７２）の回転速度を指示するための信号が入力される。指令値算出部５２は、ワイパスイッチ６６から入力された信号からワイパモータ２０の回転速度に係る指令を抽出して、通電制御部５８に入力する。

通電制御部５８は、モータ位置推定部５４で算出されたロータ７２の磁極の位置に応じて変化する電圧の位相を算出すると共に、算出した位相及びワイパスイッチ６６により指示されたロータ７２の回転速度に基づいて駆動デューティ値を決定する。また、通電制御部５８は、駆動デューティ値に応じたパルス信号であるＰＷＭ信号を生成して駆動回路６２Ａに出力するＰＷＭ制御を行う。当該ＰＷＭ制御により、駆動回路６２Ａは、ロータ７２の磁極の位置に基づいたタイミングで変化する電圧を生成し、ステータ４０のコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加する。当該電圧が印加されたコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗには、ロータ７２を回転させる回転磁界が生じる。

駆動回路６２Ａは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）インバータにより構成されている。図２に示すように、駆動回路６２Ａは、各々が上段スイッチング素子としての３つのＮチャンネル電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ（以下、「ＦＥＴ７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ」と言う）、各々が下段スイッチング素子としての３つのＮチャンネル電界効果トランジスタ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗ（以下、「ＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗ」と言う）とを備えている。なお、ＦＥＴ７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ及びＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗは、各々、個々を区別する必要がない場合は「ＦＥＴ７４」、「ＦＥＴ７６」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」の符号を付して称する。

ＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６のうち、ＦＥＴ７４Ｕのソース及びＦＥＴ７６Ｕのドレインは、コイル４０Ｕの端子に接続されており、ＦＥＴ７４Ｖのソース及びＦＥＴ７６Ｖのドレインは、コイル４０Ｖの端子に接続されており、ＦＥＴ７４Ｗのソース及びＦＥＴ７６Ｗのドレインは、コイル４０Ｗの端子に接続されている。

ＦＥＴ７４及びＦＥＴ７６のゲートは通電制御部５８に接続されており、ＰＷＭ信号が入力される。ＦＥＴ７４及びＦＥＴ７６は、ゲートにＨレベルのＰＷＭ信号が入力するとオン状態になり、ドレインからソースに電流が流れる。また、ゲートにＬレベルのＰＷＭ信号が入力されるとオフ状態になり、ドレインからソースへ電流が流れない状態になる。

また、本実施の形態のワイパ制御回路６２には、バッテリ８０、ノイズ防止コイル８２、及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂ等が構成されている。バッテリ８０、ノイズ防止コイル８２、及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂは略直流電源を構成している。

また、本実施の形態のワイパ制御回路６２の基板上には、抵抗Ｒ１を介して一端に制御電圧Ｖｃｃが印加されると共に他端が接地され、基板の温度を抵抗値として検知するチップサーミスタＲＴが実装されている。本実施の形態に用いられるチップサーミスタＲＴは温度の上昇に対して抵抗が減少するＮＴＣ (Negative Temperature Coefficient)サーミスタであり、温度が上昇するにつれてチップサーミスタＲＴの抵抗値は減少する。なお、反転回路を併用することで、温度が上昇するにつれて抵抗値が増大するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタを使用してもよい。

チップサーミスタＲＴ及び抵抗Ｒ１は、一種の分圧回路を構成しており、抵抗Ｒ１と接続されているチップサーミスタＲＴの一端からは、チップサーミスタＲＴの抵抗値に基づいて変化する電圧が出力される。チップサーミスタＲＴの一端から出力された電圧は通電制御部５８において過熱判定値と比較され、チップサーミスタＲＴの一端から出力された電圧が過熱判定値以下の場合には、ワイパ制御回路６２が過熱状態であると判定する。前述のように、本実施の形態に係るチップサーミスタＲＴは、温度の上昇に対して抵抗が減少するタイプなので、抵抗Ｒ１とチップサーミスタＲＴとで構成された分圧回路の出力端でもあるチップサーミスタＲＴの一端から出力される電圧は、温度の上昇に応じて低下する。通電制御部５８は、チップサーミスタＲＴの一端から出力された電圧が過熱判定値以下の場合に回路が過熱していると判定する。過熱判定値は基板に実装される素子及びチップサーミスタＲＴの位置等によって変化するが、一例として１４５℃においてチップサーミスタＲＴと抵抗Ｒ１との分圧回路が出力する電圧である。

また、ＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗの各々のソースとバッテリ８０との間には電流検知部６８が設けられている。電流検知部６８は、抵抗値が０．２ｍΩ〜数Ω程度のシャント抵抗と、シャント抵抗の両端の電位差を増幅してシャント抵抗の電流に比例する電圧値を信号として出力するアンプとを含み、アンプが出力した信号は、通電制御部５８に入力される。通電制御部５８では、電流検知部６８が出力した信号と過電流判定値とを比較し、電流検知部６８が出力した信号が過電流判定値以上の場合にモータ電流が過電流であると判定する。なお、図２には図示していないが、ワイパ制御回路６０、６２の基板上には、バッテリ８０の電圧を検出する電圧センサ等が実装されている。

以下、本実施の形態に係るワイパ装置１０の作用及び効果について説明する。図３は、本実施の形態のワイパ装置１０のワイパモータ１８、２０における出力軸３６、３８のトルクに対する出力軸３６、３８の回転数（回転速度）及びモータ電流の変化を示した説明図である。図３の直線９２Ｒは、出力軸３６、３８の回転数が高速な場合に行われる高回転制御での出力軸３６、３８のトルクと出力軸３６、３８の回転数との関係を示し、図３の直線９２Ｉは、高回転制御での出力軸３６、３８のトルクとモータ電流との関係を示している。図３に示したように、出力軸３６、３８のトルクを増大させると、回転数は低下する一方、モータ電流は大きくなる。

図３において、高回転制御で出力軸３６、３８をトルクＮ１で回転させると、回転数はＲ１、モータ電流はＩ１を示す。出力軸３６、３８をトルクＮ１よりも大きなトルクで回転させると、回転数はＲ１よりもさらに低くなり、モータ電流はｌ１よりも大きくなる。従って、高回転制御で出力軸３６、３８を大きくすると、回転数が低下するにもかかわらず、モータ電流が増大して、ワイパモータ１８、２０が過負荷になる。

本実施の形態では、例えば、出力軸３６、３８のトルクがＮ１以上になる場合は、モータ電流を抑制しながら出力軸３６、３８のトルクを増大させる低回転制御を行う。

図３の直線９４Ｒは、出力軸３６、３８の回転数を低くすると共にトルクを大きくする低回転制御での出力軸３６、３８のトルクと出力軸３６、３８の回転数との関係を示し、直線９４Ｉは、低回転制御での出力軸３６、３８のトルクとモータ電流との関係を示している。低回転制御時の回転数は、直線９４Ｒが示すように、高回転制御時の回転数に比して低下するものの、低回転制御時のモータ電流は、直線９４Ｉが示すように、高回転制御時のモータ電流よりも低下する。その結果、低回転制御で出力軸３６、３８をトルクＮ１で回転させた場合のモータ電流は、高回転制御で出力軸３６、３８をトルクＮ１で回転させた場合のモータ電流であるＩ１よりも低いＩ２を示す。また、低回転制御では、出力軸３６、３８のトルクがＮ１以上になる場合でも、モータ電流の増大は、高回転制御のモータ電流ほど急激ではないので、ワイパモータ１８、２０が過負荷になりにくい。さらに、低回転制御では、出力軸３６、３８のトルクを増大させても、出力軸３６、３８の回転数の低下は、高回転制御ほど急激ではないので、出力軸３６、３８を大トルクで回転させる場合は、高回転制御よりも低回転制御の方が実用的である。

図４（Ａ）は出力軸３６、３８の回転数が中庸の場合に行われる中回転制御におけるコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。図４（Ａ）において矩形で示された通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ及び通電１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗは、コイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへ通電されるタイミングを示している。図４において、通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ及び通電１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗは、便宜上、矩形で示されているが、実際の通電では、ＰＷＭによりパルス状に変調された電圧がコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加される。なお、図４の単位時間（例えば、時間ｔ０から時間ｔ１の間）は、ロータ７２が電気角で６０°回転する時間である。また、図４（Ａ）における通電のタイミングは、ホールセンサ７０によって検出したロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングである。

時間ｔ０から時間ｔ１までは、ＦＥＴ７４ＷとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｗからコイル４０Ｖへ通電される。時間ｔ１から時間ｔ２では、ＦＥＴ７４ＵとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｕからコイル４０Ｖへ通電される。時間ｔ２から時間ｔ３では、ＦＥＴ７４ＵとＦＥＴ７６Ｗとがオンになり、コイル４０Ｕからコイル４０Ｗへ通電される。時間ｔ３から時間ｔ４では、ＦＥＴ７４ＶとＦＥＴ７６Ｗとがオンになり、コイル４０Ｖからコイル４０Ｗへ通電される。時間ｔ４から時間ｔ５では、ＦＥＴ７４ＶとＦＥＴ７６Ｕとがオンになり、コイル４０Ｖからコイル４０Ｕへ通電される。時間ｔ５から時間ｔ６では、ＦＥＴ７４ＷとＦＥＴ７６Ｕとがオンになり、コイル４０Ｗからコイル４０Ｕへ通電される。時間ｔ６から時間ｔ７では、ＦＥＴ７４ＷとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｗからコイル４０Ｖへ通電される。時間ｔ７から時間ｔ８では、ＦＥＴ７４ＵとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｕからコイル４０Ｖへ通電される。

図４（Ｂ）は、高回転制御におけるコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。図４（Ｂ）では、図４（Ａ）の通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ、１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗに対して通電のタイミングを各々ｔα早めた（進角させた）タイミングで通電１０６Ｕ、１０６Ｖ、１０６Ｗ、１０８Ｕ、１０８Ｖ、１０８Ｗを行っている。ｔαは、ワイパモータの仕様等によって異なるので、設計時のシミュレーション、又は実機を用いた実験を通じて具体的に決定する。また、ｔαは固定ではなく、出力軸３６、３８の回転数が大きくなるに従ってｔαを大きくするようにしてもよい。

通電１０６Ｕ、１０６Ｖ、１０６Ｗ、１０８Ｕ、１０８Ｖ、１０８Ｗは、便宜上、矩形で示されているが、実際の通電では、ＰＷＭによりパルス状に変調された電圧がコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加される。出力軸３６、３８を高速で回転させるには、コイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加する電圧の実効電圧値を高めることを要するので、通電１０６Ｕ、１０６Ｖ、１０６Ｗ、１０８Ｕ、１０８Ｖ、１０８Ｗのデューティ比は、図４（Ａ）の通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ、１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗのデューティ比よりも大きくなる。

図４（Ｃ）は、低回転制御におけるコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。図４（Ｃ）では、図４（Ａ）の通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ、１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗに対して通電のタイミングを各々ｔβ遅らせた（遅角させた）タイミングで通電１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗ、１１２Ｕ、１１２Ｖ、１１２Ｗを行っている。ｔβは、ワイパモータの仕様等によって異なるので、設計時のシミュレーション、又は実機を用いた実験を通じて具体的に決定する。また、ｔβは固定ではなく、出力軸３６、３８の回転数が小さくなるに従ってｔβを大きくするようにしてもよい。

通電１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗ、１１２Ｕ、１１２Ｖ、１１２Ｗは、便宜上、矩形で示されているが、実際の通電では、ＰＷＭによりパルス状に変調された電圧がコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加される。出力軸３６、３８を低速で回転させるには、コイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加する電圧の実効電圧値を低下させることを要するので、通電１１０Ｕ、１１０Ｖ、１１０Ｗ、１１２Ｕ、１１２Ｖ、１１２Ｗのデューティ比は、図４（Ａ）の通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ、１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗのデューティ比よりも小さくなる。

一般にブラシレスＤＣモータでは、高速回転に対応させるには、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に印加する電圧のデューティ比を大きくして実効電圧を高めると共に、各相への通電タイミングをホールセンサ７０によって検出したロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングよりも電気角で進角させることが効果的である。また、低速回転に対応させると共に出力軸のトルクを向上させ、かつモータ電流を抑制するには、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に印加する電圧のデューティ比を小さくして実効電圧を低下させると共に、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相への通電タイミングを、ホールセンサ７０によって検出したロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングよりも電気角で遅角させることが効果的である。本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８を高速回転させる場合には図４（Ｂ）に示したように通電タイミングを進角する。また、本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８を低速回転させると共に出力軸のトルクを担保しつつモータ電流を抑制する場合には図４（Ｃ）に示したように通電タイミングを遅角させる。

なお、図４（Ｃ）に示した場合で、ｔβを大きくすると、ワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８のトルクがさらに向上する場合があるが、モータ電流は増大する傾向がある。かかる状態でｔβをさらに大きくすると、ワイパモータ１８、２０は出力軸３６、３８の回転を維持できず脱調するおそれがある。

図５（Ａ）は、出力軸３６、３８の回転数を低速から高速へ変化させる場合の、進角（ｔα、ｔβ）及びコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへ印加する電圧のデューティ比の各々の時系列での変化の一例を示したタイムチャートであり、図５（Ｂ）は、出力軸３６、３８の回転数を高速から低速へ変化させる場合の、進角（ｔβ、ｔα）及びコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへ印加する電圧のデューティ比の各々の時系列での変化の一例を示したタイムチャートである。

図５（Ａ）は、例えば、ワイパスイッチ６６が低速作動モード選択位置から高速作動モード選択位置に切り替えられた場合である。高速作動モードでの目標回転速度と現在の出力軸３６、３８の回転速度との差が大きい場合に、進角及びデューティ比を急激に大きくして、出力軸３６、３８の回転を急加速すると、出力軸３６、３８の回転が乱れる場合があるので、本実施の形態では、図５（Ａ）の折れ線１１４に示したように、進角及びデューティ比を段階的に高めることにより、出力軸３６、３８の回転を段階的に加速する。なお、高速作動モードでの目標回転速度と現在の出力軸３６、３８の回転速度との差が大きい場合は、１段階で進角及びデューティ比を大きくして対応できる回転速度差以上に当該差が大きい場合である。また、１段階での進角及びデューティ比の変化量は、ワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８の回転が乱調しない範囲で、ワイパモータ１８、２０及びワイパ装置１０の仕様等に基づいて、計算または実機の試験を通じて決定する。

図５（Ｂ）は、例えば、ワイパスイッチ６６が高速作動モード選択位置から低速作動モード選択位置に切り替えられた場合である。現在の出力軸３６、３８の回転速度と低速作動モードでの目標回転速度との差が大きい場合に、進角及びデューティ比を急激に小さくして、出力軸３６、３８の回転を急減速すると、出力軸３６、３８の回転が乱れる場合があるので、本実施の形態では、図５（Ｂ）の折れ線１１６に示したように、進角及びデューティ比を段階的に低下させることにより、出力軸３６、３８の回転を段階的に減速する。なお、現在の出力軸３６、３８の回転速度と低速作動モードでの目標回転速度との差が大きい場合は、１段階で進角及びデューティ比を小さくして対応できる回転速度差以上に当該差が大きい場合である。また、１段階での進角及びデューティ比の変化量は、ワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８の回転が乱調しない範囲で、ワイパモータ１８、２０及びワイパ装置１０の仕様等に基づいて、計算または実機の試験を通じて決定する。

本実施の形態では、変更前後の回転数の差が大きいほど、進角及びデューティ比を多段階で変化させる。例えば、低回転制御による回転から高回転制御による回転に切り替える場合には、進角の極小値に相当するｔβ（遅角）から進角の極大値に相当するｔαまで変化させることを要し、かつデューティ比の変化量も大きいので、進角及びデューティ比を多段階で大きくする。同様に、高回転制御による回転から低回転制御による回転に切り替える場合も、進角及びデューティ比を多段階で小さくする。

図６は、本実施の形態に係るワイパ装置１０において、ワイパモータ１８、２０が過負荷になった場合の、進角（ｔα、ｔβ）及びコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへ印加する電圧のデューティ比の各々の時系列での変化の一例を示したタイムチャートである。ワイパモータ１８、２０が過負荷になったまま現状の通電を継続すると、ワイパモータ１８、２０及び駆動回路６０Ａ、６２Ａを損傷するおそれがある。本実施の形態では、図６の折れ線１１８が示すように、通電タイミングの進角及びコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへ印加する電圧のデューティ比を、例えば、低回転制御に対応した進角及びデューティ比まで急激に低下させて、出力軸３６、３８の回転を急減速する。出力軸３６、３８の回転を急減速すると出力軸３６、３８の回転が一時的に乱れる場合があるが、本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０及び駆動回路６０Ａ、６２Ａの損傷を防止するため、出力軸３６、３８の回転を減速することを優先する。

本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０のいずれかのモータ電流が上限値以上の場合、及びワイパ制御回路６０、６２のいずれかの基板の温度が所定値（一例として１４５°）以上になった場合、のいずれかに該当するのであれば、ワイパモータ１８、２０が過負荷になったと判定し、図６に示したように進角及びデューティ比を変化させる。

図７は、本実施の形態に係るワイパ装置１０の進角量可変制御処理の一例を示したフローチャートである。ステップ７００では、ワイパスイッチ６６の低速作動モード又は高速作動モード等の払拭モードの情報を取得する。

ステップ７０２では、電流検知部６８によってモータ電流の電流値を、チップサーミスタＲＴによって基板の温度を、回転角度センサ４２、４４によってワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８の回転角度を、各々取得する。そして、ステップ７０４では、ステップ７０２で取得した出力軸３６、３８の回転角度に基づいて出力軸３６、３８の回転数（回転速度）を算出する。

ステップ７０６では、払拭モード、モータ電流の電流値、基板の温度及び出力軸３６、３８の回転速度により進角量を決定する。例えば、払拭モードが高速作動モードの場合は、ロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングに対する進角量を大きくし、低速作動モードの場合は進角量を小さくする、又は進角させずにロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングで通電する。低速作動モードでは、ロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングを電気角で遅角させる低回転制御を行ってもよい。ワイパモータ１８、２０のモータ電流が低く、かつワイパ制御回路６０、６２の基板の温度が低い場合は、進角を大きくするが、モータ電流が大きい場合又は温度が高い場合には、払拭モードが高速作動モードであっても進角量は小さくする。そして、ワイパモータ１８、２０のいずれかのモータ電流が上限値以上の場合、又はワイパ制御回路６０、６２のいずれかの基板の温度が所定値（一例として１４５°）以上になった場合には、払拭モードが高速作動モードであっても、通電タイミングを遅角させる低回転制御を行う。また、ステップ７０６では、ステップ７０４で算出した出力軸３６、３８の回転速度と、ステップ７００で取得した払拭モードでの回転速度との速度差に基づいて、進角量を変化させる段階数を決定する。速度差が大きい場合は、図５に示したように進角量を多段階で変化させるからである。ただし、モータ電流が上限値以上の場合、又は基板の温度が所定値以上になった場合には、図６に示したように、進角を急激に低下させる。

ステップ７０８では、ステップ７０６で決定した進角量で通電タイミングを進角させる。本実施の形態では、通電タイミングの進角と共に、コイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加する電圧のデューティ比も変更される。ステップ７０８で進角を実施した後は、処理をリターンする。

以上説明したように、本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０のコイルに通電するタイミングを、出力軸３６、３８の回転速度が高速の場合と、出力軸３６、３８の回転速度が低速の場合とで変更している。例えば、出力軸３６、３８の回転速度が高速の場合では、ワイパモータ１８、２０のコイルに通電するタイミングを早めることにより、高速回転に適した通電を行う。また、ワイパブレード３０、３２の払拭動作をゆっくり行う場合には、高速回転時の通電タイミングよりも遅いタイミングでコイルに通電することにより、低速回転に適した通電を行うと共に出力軸３６、３８のトルクを向上させることが可能になる。低速回転に適した通電を行う場合は、図３に示したように、モータ電流は高速回転の場合よりも抑制されるので、ワイパモータ１８、２０が過負荷になることを防止できる。

なお、本実施の形態では、左ワイパ装置１４のワイパモータ１８と右ワイパ装置１６のワイパモータ２０とを備えたダイレクトドライブによるタンデム式のワイパ装置を例にしたが、１つのワイパモータの動力をリンク機構を介して左右のワイパに伝達するタイプのワイパ装置に、上述の低回転制御及び高回転制御を適用することも可能である。

１０…ワイパ装置、１２…ウィンドシールドガラス、１４…左ワイパ装置、１６…右ワイパ装置、１８，２０…ワイパモータ、２２，２４…減速機構、２６，２８…ワイパアーム、３０，３２…ワイパブレード、３６，３８…出力軸、４０…ステータ、４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗ…コイル、４２，４４…回転角度センサ、５０…スタンバイ回路、５２…指令値算出部、５４…モータ位置推定部、５６…ホールセンサエッジ検出部、５８…通電制御部、６０…ワイパ制御回路、６０Ａ…駆動回路、６０Ｂ…ワイパＥＣＵ、６２…ワイパ制御回路、６２Ａ…駆動回路、６２Ｂ…ワイパＥＣＵ、６４…車両制御回路、６６…ワイパスイッチ、６８…電流検知部、７０…ホールセンサ、７２…ロータ、ＦＥＴ７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗ，７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗ、８０…バッテリ、８２…ノイズ防止コイル、８４Ａ，８４Ｂ…平滑コンデンサ、９２Ｉ，９２Ｒ，９４Ｉ，９４Ｒ，９６Ｒ，９８Ｒ…直線、１０２Ｕ，１０２Ｖ，１０２Ｗ，１０４Ｕ，１０４Ｖ，１０４Ｗ，１０６Ｕ，１０６Ｖ，１０６Ｗ，１０８Ｕ，１０８Ｖ，１０８Ｗ，１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗ，１１２Ｕ，１１２Ｖ，１１２Ｗ…通電、１１４，１１６，１１８…折れ線、Ｎ１…トルク、Ｐ１…上反転位置、Ｐ２…下反転位置、Ｐ３…格納位置、Ｒ１…抵抗、Ｒ３，Ｒ４…回転数、ＲＴ…チップサーミスタ、Ｖｃｃ…制御電圧、ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８…時間

Claims (4)

1. ロータ、及び回転磁界を発生するコイルを備え、回転磁界に応じたロータの回転によりワイパブレードを払拭動作させるワイパモータと、
   前記コイルに通電して回転磁界を発生させ、前記ワイパモータを回転駆動する駆動部と、
   速度指令が第１回転速度の場合に、前記ロータの回転位置に対応したタイミングで前記コイルに通電する第１回転制御が行われるように前記駆動部を制御すると共に、速度指令が前記第１回転速度より高速な第２回転速度の場合に、前記第１回転制御の場合の電圧よりも高い実効電圧を、前記第１回転制御のタイミングより電気角で進角したタイミングで前記コイルに通電する第２回転制御、及び速度指令が前記第１回転速度より低速な第３回転速度の場合に、前記第１回転制御の場合の電圧よりも低い実効電圧を、前記第１回転制御のタイミングより電気角で遅角したタイミングで前記コイルに通電する第３回転制御の少なくとも一方の制御が行われるように前記駆動部を制御し、前記第１回転制御または前記第２回転制御の際に前記ワイパモータが過負荷になった場合、前記第３回転制御に移行して前記ワイパモータの回転を減速するように前記駆動部を制御する制御部と、
   を含むワイパ装置。
2. 前記駆動部の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記温度が所定の閾値温度を超えた場合に前記ワイパモータが過負荷であると判定して前記第３回転制御が行われるように前記駆動部を制御する請求項１に記載のワイパ装置。
3. 前記コイルの電流値を検出する電流検出部を備え、
   前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記電流値が所定の閾値以上の場合に前記ワイパモータが過負荷であると判定して前記第３回転制御が行われるように前記駆動部を制御する請求項１に記載のワイパ装置。
4. 前記制御部は、速度指令が示す回転速度と前記ワイパモータの現在の回転速度との差が大きい場合は、前記コイルへの通電の実効電圧を段階的に高めると共に該通電のタイミングを段階的に進角させて前記ワイパモータの回転速度が速度指令が示す回転速度に到達するように前記駆動部を制御し、前記ワイパモータの現在の回転速度と速度指令が示す回転速度との差が大きい場合は、前記コイルへの通電の実効電圧を段階的に低下させると共に該通電のタイミングを段階的に遅角させて前記ワイパモータの回転速度が速度指令が示す回転速度に到達するように前記駆動部を制御する請求項１に記載のワイパ装置。
   

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