WO2019208094A1 - ワイパ装置 - Google Patents

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WO2019208094A1
WO2019208094A1 PCT/JP2019/013745 JP2019013745W WO2019208094A1 WO 2019208094 A1 WO2019208094 A1 WO 2019208094A1 JP 2019013745 W JP2019013745 W JP 2019013745W WO 2019208094 A1 WO2019208094 A1 WO 2019208094A1
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temperature
current
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wiper motor
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洋平 夏目
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株式会社デンソー
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Definitions

  • This disclosure relates to a wiper device.
  • the wiper device for wiping the windshield glass (windshield) surface increases the load on the wiper motor, which is the drive source of the wiper device, when there are obstacles such as snow accumulation on the windshield glass.
  • the temperature of the switching element of the drive circuit that generates electric power to be supplied to the wiper motor rises, and the switching element may be damaged by heat.
  • FET Field Effect Transistor
  • the silicon-based semiconductor constituting the FET is vulnerable to heat.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-502545 discloses a wiper device that suppresses the load on the wiper motor by controlling the torque of the main shaft of the wiper motor in accordance with the change in the gear ratio by the link mechanism of the wiper device.
  • the wiper device control method described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-502545 does not take measures against heat generation in the drive circuit when the wiper motor is overloaded. When an obstacle exists, the drive circuit may be damaged.
  • This disclosure provides a wiper device that can cope with an overload and reduce power consumption without increasing the ratings of each of the wiper motor and the drive circuit.
  • a first aspect of the present disclosure is a wiper device, which includes a plurality of switching elements, a power supply circuit that supplies a voltage converted according to switching control of the plurality of switching elements to a wiper motor, and the plurality of switching elements
  • a temperature detector that detects a temperature related to a temperature of at least one switching element in the element; a current detector that detects a current flowing through any one of the plurality of switching elements; and the current detector
  • a control unit that performs switching control of the switching element so that a voltage supplied to the wiper motor decreases when the detected current exceeds a limit current at the temperature detected by the temperature detection unit.
  • the wiper device of the first aspect when the current detected by the current detection unit exceeds the limit current value at the temperature detected by the temperature detection unit, the voltage for driving the wiper motor is reduced, whereby the wiper motor.
  • the wiper device it is possible to provide a wiper device that can handle overload without enlarging the rating of each of the drive circuits, and to reduce power consumption.
  • the temperature related to the temperature of the at least one switching element may be a surface temperature of a case housing the plurality of switching elements.
  • the overload state of the wiper device can be detected based on the case temperature of the switching element that is easy to detect.
  • the limiting current includes a temperature detected by the temperature detection unit, a maximum allowable temperature of a junction temperature of the switching element, an on-resistance of the switching element, and the switching element. May be calculated on the basis of the thermal resistance between the junction and the case of the switching element.
  • the limit current value is calculated according to the case temperature detected by the temperature detection unit.
  • the limit current value is temperature dependent and tends to decrease at high temperatures. Therefore, when the current detected by the current detection unit exceeds the limit current value, control is performed to decrease the voltage for driving the wiper motor. As a result, it is possible to cope with an overload and reduce power consumption without increasing the ratings of the wiper motor and the drive circuit.
  • the fourth aspect of the present disclosure may include, in the above aspect, a storage unit that stores in advance the limit current for the temperature detected by the temperature detection unit.
  • the calculation load of the control unit can be reduced by storing in advance the limit current value for the temperature detected by the temperature detection unit.
  • the control unit includes a rotation angle detection unit that detects a rotation angle of the output shaft of the wiper motor, and the control unit detects that the current detected by the current detection unit exceeds the limit current.
  • the wiper motor is supplied to the wiper motor. Switching control of the switching element may be performed so that the voltage decreases, and supply of voltage to the wiper motor may be stopped when the position of the wiper blade is outside the predetermined region.
  • the wiper device of the fifth aspect when the current detected by the current detection unit exceeds the limit current value, the predetermined region from the predetermined position to the reversal position where the wiping operation is easily hindered by an obstacle such as a snowdrift.
  • the wiper blade When the wiper blade is positioned in the position, it is possible to prevent the wiper motor from being overheated while maintaining a wiping function capable of removing obstacles such as a snowdrift with a minimum torque.
  • the wiper blade is located outside the specified area when the current detected by the current detection unit exceeds the limit current value, it is considered that some trouble has occurred in the wiper device, and the power to the wiper motor By stopping the supply, damage to the wiper device can be prevented.
  • 5 is a flowchart illustrating an example of a main process of control of the wiper device according to an exemplary embodiment of the present disclosure. It is the flowchart which showed the process of step 814 of FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wiper device 100 according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the wiper device 100 is for wiping the windshield glass 12 provided in a vehicle such as a passenger car, and includes a pair of wipers 14 and 16, a wiper motor 18, and a link mechanism 20.
  • the wipers 14 and 16 are composed of wiper arms 24 and 26 and wiper blades 28 and 30, respectively.
  • the base end portions of the wiper arms 24 and 26 are respectively fixed to pivot shafts 42 and 44 described later, and the wiper blades 28 and 30 are respectively fixed to the distal end portions of the wiper arms 24 and 26.
  • the wiper blades 28 and 30 reciprocate on the windshield glass 12 as the wiper arms 24 and 26 operate, and the wiper blades 28 and 30 wipe the windshield glass 12.
  • the wiper motor 18 has an output shaft 32 that can rotate forward and reverse via a speed reduction mechanism 52 mainly composed of a worm gear.
  • the link mechanism 20 includes a crank arm 34, a first link rod 36, a pair of pivot levers 38 and 40, a pair of pivot shafts 42 and 44, and a second link rod 46.
  • crank arm 34 is fixed to the output shaft 32, and the other end side of the crank arm 34 is operably connected to one end side of the first link rod 36.
  • the other end side of the first link rod 36 is operatively connected to a position near the end different from the end having the pivot shaft 42 of the pivot lever 38, and the end of the pivot lever 38 having the pivot shaft 42 is connected to the end of the first link rod 36.
  • Both ends of the second link rod 46 are operably connected to different ends and the end of the pivot lever 40 corresponding to the end of the pivot lever 38.
  • the pivot shafts 42 and 44 are operatively supported by a pivot holder (not shown) provided on the vehicle body, and ends of the pivot levers 38 and 40 having the pivot shafts 42 and 44 are interposed via the pivot shafts 42 and 44.
  • the wiper arms 24 and 26 are fixed.
  • the wiper device 100 when the output shaft 32 is rotated forward and backward at a rotation angle ⁇ 1 within a predetermined range, the rotational force of the output shaft 32 is applied to the wiper arms 24 and 26 via the link mechanism 20.
  • the wiper blades 28 and 30 reciprocate between the lower inversion position P2 and the upper inversion position P1 on the windshield glass 12 as the wiper arms 24 and 26 are reciprocated.
  • the value of ⁇ 1 can take various values depending on the configuration of the link mechanism of the wiper apparatus 100, and is 110 ° as an example in the present exemplary embodiment.
  • the crank arm 34 and the first link rod 36 are linear. It is set as the structure which makes.
  • the storage position P3 is provided below the lower inversion position P2.
  • the wiper blades 28 and 30 are moved to the retracted position P3 by rotating the output shaft 32 by ⁇ 2 from the state where the wiper blades 28 and 30 are in the lower inversion position P2.
  • the value of ⁇ 2 can take various values depending on the configuration of the link mechanism of the wiper apparatus 100, but is 10 ° as an example in the present exemplary embodiment.
  • the wiper motor 18 is connected to a wiper motor control circuit 22 for controlling the rotation of the wiper motor 18.
  • the wiper motor control circuit 22 includes a microcomputer 58. Further, the wiper motor control circuit 22 constitutes the wiper control device 10 together with the drive circuit 56 and the like.
  • the microcomputer 58 of the wiper motor control circuit 22 controls the rotation speed of the wiper motor 18 based on the detection result of the rotation angle sensor 54 that detects the rotation speed and rotation angle of the output shaft 32 of the wiper motor 18.
  • the rotation angle sensor 54 is provided in the speed reduction mechanism 52 of the wiper motor 18 and detects a magnetic field (magnetic force) of a sensor magnet that rotates in conjunction with the output shaft 32 by converting it into a current.
  • the rotation speed and rotation angle of the output shaft 32 are not the same as the rotation speed and rotation angle of the wiper motor main body.
  • the rotation speed and rotation angle of the output shaft 32 are hereinafter regarded as the rotation speed and rotation angle of the wiper motor 18. To do.
  • the microcomputer 58 can calculate the position of the wiper blades 28 and 30 on the windshield glass 12 from the rotation angle of the output shaft 32 detected by the rotation angle sensor 54, and the rotation speed of the output shaft 32 depends on the position.
  • the drive circuit 56 is controlled to change.
  • the drive circuit 56 is a circuit that generates a voltage to be applied to the wiper motor 18 based on the control of the wiper motor control circuit 22, and generates a voltage to be applied to the wiper motor 18 by switching the power of the vehicle battery as a power source.
  • the wiper switch 50 is connected to the microcomputer 58 of the wiper motor control circuit 22 via a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 92 that controls the engine of the vehicle and a signal input circuit 62.
  • the wiper switch 50 is a switch that turns on or off the power supplied from the vehicle battery to the wiper motor 18.
  • the wiper switch 50 includes a low speed operation mode selection position (LOW) for operating the wiper blades 28 and 30 at a low speed, a high speed operation mode selection position (HIGH) for operating at a high speed, and an intermittent operation mode selection for intermittent operation at a constant cycle.
  • the position (INT) and stop mode selection position (OFF) can be switched.
  • a command signal for rotating the wiper motor 18 according to the selected position in each mode is output to the microcomputer 58 via the vehicle ECU 92 and the signal input circuit 62.
  • the wiper switch 50 rotates the wiper motor 18 at a high speed at the high speed operation mode selection position, rotates the wiper motor 18 at a low speed at the low speed operation mode selection position, and intermittently rotates the wiper motor 18 at the intermittent operation mode selection position.
  • the microcomputer 58 When a signal output from the wiper switch 50 according to the selected position of each mode is input to the microcomputer 58 via the vehicle ECU 92 and the signal input circuit 62, the microcomputer 58 corresponds to the command signal from the wiper switch 50. Control. Specifically, the microcomputer 58 reads the rotation signal of the output shaft 32 based on the command signal from the wiper switch 50 so that the wiper blades 28 and 30 operate at a desired reciprocating wiping cycle, and sends it to the wiper motor 18. Control the voltage to be applied. As an example, the communication between the vehicle ECU 92 and the signal input circuit 62 uses LIN (Local Interconnect Network) as a protocol.
  • LIN Local Interconnect Network
  • FIG. 2 is a block diagram showing an outline of an example of the configuration of the wiper control device 10 according to the exemplary embodiment.
  • the wiper control device 10 shown in FIG. 2 includes a drive circuit 56 that generates a voltage to be applied to the winding terminal of the wiper motor 18 and a microcomputer 58 that controls on and off of the switching elements constituting the drive circuit 56. And a wiper motor control circuit 22.
  • the power of the battery 80 is supplied to the microcomputer 58 via the diode 68, and the voltage of the power supplied from the battery 80 is supplied by a voltage detection circuit 60 provided between the diode 68 and the microcomputer 58. The detection result is output to the microcomputer 58.
  • an electrolytic capacitor C1 having one end connected between the diode 68 and the microcomputer 58 and the other end ( ⁇ ) grounded is provided.
  • the electrolytic capacitor C1 is a capacitor for stabilizing the power supply of the microcomputer 58.
  • the electrolytic capacitor C1 protects the microcomputer 58 by storing a sudden high voltage such as a surge and discharging it to the ground region.
  • the microcomputer 58 receives a signal for instructing the rotational speed of the wiper motor 18 from the wiper switch 50 via the vehicle ECU 92 and the signal input circuit 62.
  • the microcomputer 58 is connected to a rotation angle sensor 54 that detects a magnetic field of the sensor magnet 70 that changes in accordance with the rotation of the output shaft 32.
  • the microcomputer 58 specifies the position of the wiper blades 28 and 30 on the windshield glass 12 by calculating the rotation angle of the output shaft 32 based on the signal output from the rotation angle sensor 54.
  • the microcomputer 58 refers to the rotation speed data of the wiper motor 18 defined according to the position of the wiper blades 28 and 30 stored in the memory 48, and the rotation of the wiper motor 18 determines the specified wiper blade 28. , The drive circuit 56 is controlled so that the number of rotations corresponds to the position of 30. Such data is stored in the memory 48.
  • the drive circuit 56 generates a drive signal for turning on and off the plurality of switching elements of the voltage generation circuit 56B from the control signal of the drive circuit 56 output from the microcomputer 58, and the drive signal output by the predriver 56A.
  • a voltage generation circuit 56B that operates the switching element to generate a voltage to be applied to the coil of the wiper motor 18 from the voltage (power supply voltage) of the battery 80;
  • a reverse connection protection circuit 64 and a noise prevention coil 66 are provided between the battery 80 as a power source and the drive circuit 56, and the electrolytic capacitor C ⁇ b> 2 is parallel to the drive circuit 56. Is provided.
  • the noise prevention coil 66 is an element for suppressing noise generated by switching of the drive circuit 56.
  • the electrolytic capacitor C2 mitigates noise generated from the drive circuit 56, accumulates a sudden high voltage such as a surge, and discharges it to the ground region, thereby preventing an excessive current from being input to the drive circuit 56. It is an element for.
  • the reverse connection protection circuit 64 is a circuit for protecting the elements constituting the wiper control device 10 when the positive electrode and the negative electrode of the battery 80 are connected in reverse to the case shown in FIG.
  • the reverse connection protection circuit 64 is configured by a so-called diode-connected FET or the like in which its drain and gate are connected.
  • a chip thermistor RT that detects the case temperature of the switching element that constitutes the drive circuit 56 as a resistance value is mounted.
  • the chip thermistor RT used in the present exemplary embodiment is an NTC (Negative Temperature Coefficient) thermistor whose resistance decreases with increasing temperature.
  • NTC Negative Temperature Coefficient
  • PTC Positive Temperature Coefficient
  • the chip thermistor RT constitutes a kind of voltage dividing circuit, and a voltage that changes based on the resistance value of the chip thermistor RT is output from the output terminal of the voltage dividing circuit constituted by the chip thermistor RT.
  • the microcomputer 58 calculates the temperature of the substrate of the wiper control device 10 based on the voltage output from the output terminal of the voltage dividing circuit constituted by the chip thermistor RT, and, as will be described later, the wiper motor 18 based on the temperature.
  • the limit current value of the current (motor current) between the coil and the voltage generation circuit 56B is calculated. Then, when the motor current detected by the current detection unit 82 exceeds the limit current value, the duty ratio of the voltage supplied to the wiper motor 18 is reduced or the power supply to the wiper motor 18 is stopped.
  • a current detection unit 82 for detecting the motor current is provided between each source of the switching elements constituting the voltage generation circuit 56B and the battery 80.
  • the current detection unit 82 detects a potential difference between both ends of the shunt resistor 82A having a resistance value of about 0.2 m ⁇ to several ⁇ and the shunt resistor 82A that changes according to the current of the voltage generation circuit 56B, and outputs a signal of the detected potential difference.
  • an amplifier 82B for amplification The microcomputer 58 calculates the current value of the motor current from the signal output from the amplifier 82B, and stops the voltage generation by the voltage generation circuit 56B when the current value exceeds a limit current value to be described later. Processing such as stopping rotation is performed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the drive circuit 56 when the wiper motor 18 is a brush motor.
  • the drive circuit 56 generates a drive signal for operating the switching element of the voltage generation circuit 56BH based on the control signal input from the microcomputer 58 and outputs the drive signal to the voltage generation circuit 56BH, and based on the drive signal.
  • a voltage generation circuit 56BH that generates electric power to be supplied to the wiper motor 18 by the operation of the switching element.
  • the voltage generation circuit 56BH is an H-bridge circuit using transistors T1, T2, T3, and T4 which are N-type FETs as switching elements.
  • the drains of the transistors T1 and T2 are connected to the positive electrode of the battery, and the sources are connected to the drains of the transistors T3 and T4, respectively.
  • the sources of the transistors T3 and T4 are grounded.
  • the source of the transistor T1 and the drain of the transistor T3 are connected to one end of the winding of the wiper motor 18, and the source of the transistor T2 and the drain of the transistor T4 are connected to the other end of the winding of the wiper motor 18. .
  • the transistors T1 and T4 When an H level drive signal is input to the gates of the transistors T1 and T4, the transistors T1 and T4 are turned on, and the wiper motor 18 has a clock when the wiper blades 28 and 30 are viewed from the passenger compartment side, for example. A current for operating around flows. Further, when one of the transistor T1 and the transistor T4 is on-controlled, the other voltage is controlled on and off by PWM, whereby the voltage of the current can be modulated.
  • the transistors T2 and T3 are turned on, and the wiper motor 18 sees, for example, the wiper blades 28 and 30 from the passenger compartment side. Current flows to operate counterclockwise. Further, when one of the transistor T2 and the transistor T3 is on-controlled, the other voltage is controlled on and off by PWM, whereby the voltage of the current can be modulated.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the voltage generation circuit 56B when the wiper motor 18 is a brushless motor.
  • the voltage generation circuit 56BI is configured by a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) inverter.
  • the rotation control of the wiper motor 18 When the wiper motor 18 is a brushless motor, the rotation control of the wiper motor 18 generates a voltage approximate to a three-phase alternating current having a phase corresponding to the position of the magnetic pole of the permanent magnet of the rotating rotor 118, and the coils 116U and 116V of the stator 114 are generated. , 116 W is required.
  • a rotating magnetic field that rotates the rotor 118 is generated in the coils 116U, 116V, and 116W to which the voltage is applied, and the rotor 118 rotates according to the rotating magnetic field.
  • the position of the magnetic pole of the rotor 118 is determined by detecting a change in the magnetic field of the rotor 118 or a sensor magnet having a magnetic pole corresponding to the rotor 118 with a Hall sensor or the like (not shown) using a Hall element.
  • the microcomputer 58 calculates.
  • the microcomputer 58 receives a signal for instructing the rotational speed of the wiper motor 18 (rotor 118) from the wiper switch 50 via the vehicle ECU 92.
  • the microcomputer 58 calculates the phase of the voltage applied to the coil of the wiper motor 18 based on the position of the magnetic pole of the rotor 118, and the voltage based on the calculated phase and the rotation speed of the rotor 118 indicated by the wiper switch 50.
  • a control signal for controlling the generation circuit 56B is generated and output to the pre-driver 56AQ.
  • the pre-driver 56AQ generates a drive signal for operating the switching element of the voltage generation circuit 56BI based on the input control signal, and outputs the drive signal to the voltage generation circuit 56BI.
  • the voltage generation circuit 56BI includes three N-type field effect transistors (FETs) 111U, 111V, and 111W (hereinafter referred to as “FETs 111U, 111V, and 111W”) each serving as an upper switching element.
  • FETs 111U, 111V, and 111W each includes three N-type field effect transistors 112U, 112V, and 112W (hereinafter referred to as “FETs 112U, 112V, and 112W”) as lower-stage switching elements.
  • FETs 111U, 111V, and 111W and the FETs 112U, 112V, and 112W are collectively referred to as “FET111” and “FET112” when they do not need to be distinguished from each other, and “U” when they need to be distinguished from each other. , “V”, “W” are attached with symbols.
  • the source of the FET 111U and the drain of the FET 112U are connected to the terminal of the coil 116U
  • the source of the FET 111V and the drain of the FET 112V are connected to the terminal of the coil 116V
  • the source of the FET 111W and the FET 112W The drain is connected to the terminal of the coil 116W.
  • the gates of the FET 111 and the FET 112 are connected to the pre-driver 56AQ, and a drive signal is input.
  • the FET 111 and the FET 112 are turned on when an H level drive signal is input to the gate, and current flows from the drain to the source. Further, when an L level drive signal is input to the gate, the transistor is turned off and no current flows from the drain to the source.
  • Each of the FETs 111 and 112 of the voltage generation circuit 56BI is changed according to the position of the magnetic pole of the rotor 118 by PWM for turning on / off according to the drive signal, and the rotor 118 is rotated at the rotation speed instructed by the wiper switch 50.
  • the voltage to be generated is generated.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing snow accumulation regions 122A and 122B in which the snow accumulation of the wiper device 100 according to the exemplary embodiment is likely to occur.
  • the snow accumulation area 122A is an area from the predetermined position PX near the upper inversion position P1 to the upper inversion position P1, and the snow accumulation area 122B is below the predetermined position PY near the lower inversion position P2. This is the area up to the reversal position P2.
  • the wiping operation of the wiper blades 28 and 30 is hindered, and the wiper motor 18 is overloaded when the wiper blades 28 and 30 are above the predetermined position PX near the upper reversal position P1 and near the lower reversal position P2.
  • the motor current limit current value is calculated based on the temperature detected by the chip thermistor RT.
  • the motor current detected by the current detector 82 exceeds the limit current value, if the wiper blades 28 and 30 exist in the snow accumulation regions 122A and 122B, the duty ratio of the voltage supplied to the wiper motor 18 is reduced. The load on the wiper motor 18 is reduced.
  • a wiping function capable of removing an obstacle such as a snowdrift can be maintained with a minimum torque.
  • overheating of the wiper motor 18 can be prevented.
  • the wiper blades 28 and 30 are present in the normal region, there is a high probability that some kind of abnormality has occurred in the wiper device 100, and thus processing for stopping the power supply to the wiper motor 18 is performed.
  • the switching element constituting the driving circuit 56 is a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)
  • the MOSFET junction temperature T J the case temperature T C which is the temperature of the MOSFET case (package) surface
  • the MOSFET flow The following equation (1) is established for the current (motor current) I, the MOSFET on-resistance R DS, and the MOSFET junction-case thermal resistance R THJC .
  • the on-resistance R DS of the MOSFET included in the expression (1) is an electric resistance between the drain and the source of the MOSFET that is turned on.
  • the on-resistance R DS of the MOSFET is not a constant but a variable that varies with temperature.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of temperature characteristics of the on-resistance R DS of the MOSFET. As shown in FIG. 6, the on-resistance R DS of the MOSFET monotonously increases with temperature.
  • the temperature (detected temperature) of the chip thermistor RT is detected may be considered as case temperature T C of the MOSFET.
  • the chip thermistor RT detects the case temperature T C of the most vicinity of the MOSFET.
  • the driving circuit 56 including a plurality of MOSFET is, if a first package is provided with a chip thermistor RT in the vicinity of the package, the detection temperature of the chip thermistor RT may be regarded as case temperature T C of the MOSFET .
  • the current limit value of the power supplied to the wiper motor 18 is calculated according to the detected temperature based on the above equation (1) and the temperature characteristic of the on-resistance R DS of the MOSFET shown in FIG. To do.
  • the motor current I when the junction temperature T J of the MOSFET is the maximum allowable temperature (175 ° C. as an example) is calculated according to the case temperature T C (detected temperature) of the MOSFET. .
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the limit current value 130 with respect to the detected temperature calculated based on the equation (1). As shown in FIG. 7, the limit current value 130 has temperature dependence, and tends to decrease at high temperatures. The limit current value 130 is calculated based on the detected temperature of the chip thermistor RT for each control period of the microcomputer 58 as will be described later. However, the limit current value 130 for the detected temperature may be stored in the memory 48 in advance. .
  • the wiper motor 18 is configured such that the junction temperature T J of the MOSFET is less than the maximum allowable temperature by passing the current in the usable region of the limit current value 130 or less shown in FIG. 18 rotations are controlled.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a main process of control of the wiper apparatus 100 according to the exemplary embodiment.
  • the process of FIG. 8 is started when the wiper switch 50 is turned on.
  • step 800 the wiper motor control circuit 22 (microcomputer 58) of the wiper apparatus 100 is initialized.
  • step 802 it is determined whether or not the wiper switch 50 is turned off. If the wiper switch is turned off, the process is terminated. If the wiper switch is turned on, in step 804, the allocation to the microcomputer 58 is terminated. Permission of the embedding process is performed.
  • step 806 the positions of the wiper blades 28 and 30 on the windshield glass 12 are calculated based on the rotation angle of the output shaft 32 detected by the rotation angle sensor 54.
  • step 808 the chip thermistor RT, obtains the detected temperature corresponding to the case temperature T C of the MOSFET, in step 810, the current detecting unit 82 obtains the motor current I.
  • step 812 the limit current value 130 of the motor current I based on the detected temperature is calculated using the above equation (1).
  • step 814 the rotation control of the wiper motor 18 in consideration of the limit current value 130 calculated in step 812. Is executed.
  • step 816 after the control cycle waiting process is executed, the procedure returns to step 802.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the processing of step 814 in FIG.
  • a motor control target that is a target value for the rotational speed of the wiper motor 18 is calculated based on a command signal input via the vehicle ECU 92 and the signal input circuit 62.
  • step 902 it is determined whether or not the motor current I detected by the current detector 82 is within the limitable range, that is, whether or not the limit current value is 130 or less. In step 902, if the motor current I is less than or equal to the limit current value 130, in step 904, the rotation of the wiper motor 18 is controlled according to the motor control target, and the process returns.
  • step 906 If it is determined in step 902 that the motor current I exceeds the limit current value 130, it is determined in step 906 whether or not the position of the wiper blades 28 and 30 is in the snow accumulating regions 122A and 122B.
  • step 906 when the position of the wiper blades 28, 30 is in the snow accumulation area 122A, 122B, the motor control target is recalculated in step 908, and the procedure proceeds to step 904.
  • the duty ratio of the voltage supplied to the wiper motor 18 is reduced so that the motor current I detected by the current detection unit 82 becomes the limit current value 130 or less.
  • step 906 If the position of the wiper blades 28 and 30 is in the normal region 120 in step 906, it is not likely that the wiper device 100 has any trouble but an overload caused by an obstacle such as a snowdrift. Power supply to the wiper motor 18 is stopped, and the process is returned.
  • the motor current limit current value 130 is calculated from the detected temperature of the chip thermistor RT, and the motor current detected by the current detector 82 is the limit current value.
  • the wiper motor 18 and the drive circuit 56 can be prevented from being overloaded even if the ratings of the wiper motor 18 and the drive circuit 56 are small.
  • Product size and cost can be reduced.
  • the power consumption of the product can be suppressed by reducing the rating.

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Abstract

複数のスイッチング素子を備え、複数のスイッチング素子のスイッチング制御に応じて変換した電圧をワイパモータ（１８）に供給する電源供給回路（５６）と、複数のスイッチング素子の中の少なくとも１つのスイッチング素子の温度に関連する温度を検出する温度検出部（ＲＴ）と、複数のスイッチング素子のいずれかのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部（８２）と、電流検出部で検出された電流が、温度検出部で検出された温度における制限電流を超えた場合に、ワイパモータに供給する電圧が低下するようにスイッチング素子のスイッチング制御を行う制御部（５８）と、を含む、ワイパ装置（１００）。

Description

ワイパ装置
　本開示は、ワイパ装置に関する。
　ウィンドシールドガラス（ウィンドシールド）表面を払拭するワイパ装置は、ウィンドシールドガラス上に雪溜まり等の障害物が存在する場合、ワイパ装置の駆動源であるワイパモータの負荷が増大する。その結果、ワイパモータに供給する電力を生成する駆動回路のスイッチング素子の温度が上がり、当該スイッチング素子が、熱で損傷するおそれがある。
　駆動回路のスイッチング素子には、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等が用いられるが、ＦＥＴを構成するシリコン系半導体は熱に弱い。
　ワイパモータ及び駆動回路の定格を大きくすることにより、過負荷に対処することは可能であるが、ワイパ装置を構成する機器が大型化すると共に、ワイパ装置の製造コストが嵩む上、ワイパ装置の消費電力が大きくなる。
　特開２００５－５０２５４５号公報には、ワイパ装置のリンク機構による変速比の変化に応じて、ワイパモータの主力軸のトルクを制御することにより、ワイパモータの負荷を抑制するワイパ装置が開示されている。
　しかしながら、上記特開２００５－５０２５４５号公報に記載のワイパ装置の制御方法は、ワイパモータが過負荷になった場合の、駆動回路の発熱対策は行っていないので、ウィンドシールドガラス上に雪溜まり等の障害物が存在する場合には、駆動回路が損傷する可能性があった。
　本開示、ワイパモータ及び駆動回路の各々の定格を拡大することなく、過負荷に対応可能であり、かつ消費電力を低減することが可能なワイパ装置を提供する。
　本開示の第１の態様は、ワイパ装置であって、複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子のスイッチング制御に応じて変換した電圧をワイパモータに供給する電源供給回路と、前記複数のスイッチング素子の中の少なくとも１つのスイッチング素子の温度に関連する温度を検出する温度検出部と、前記複数のスイッチング素子のいずれかのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流が、前記温度検出部で検出された温度における制限電流を超えた場合に、前記ワイパモータに供給する電圧が低下するように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行う制御部と、を含んでいる。
　第１の態様のワイパ装置によれば、電流検出部が検出した電流が、温度検出部で検出した温度での制限電流値を超えた場合に、ワイパモータを駆動させる電圧を低下させることにより、ワイパモータ及び駆動回路の各々の定格を拡大することなく、過負荷に対応可能なワイパ装置を提供することができ、かつ消費電力を低減することができる。
　本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、前記少なくとも１つのスイッチング素子の温度に関する温度は、前記複数のスイッチング素子を収納するケースの表面温度であってもよい。
　２の態様のワイパ装置によれば、検出が容易なスイッチング素子のケース温度に基づいて、ワイパ装置の過負荷状態を検出できる。
　本開示の第３の態様は、上記態様において、前記制限電流は、前記温度検出部で検出された温度、前記スイッチング素子のジャンクション温度の最大許容温度、前記スイッチング素子のオン抵抗、及び前記スイッチング素子のジャンクションと前記スイッチング素子のケースとの間の熱抵抗に基づいて算出されてもよい。
　第３の態様のワイパ装置によれば、温度検出部によって検出されたケース温度に応じて制限電流値を算出する。制限電流値は温度依存性があり、高温の場合には低下傾向を示すので、電流検出部が検出した電流が当該制限電流値を超えた場合に、ワイパモータを駆動する電圧を低下させる制御を行うことにより、ワイパモータ及び駆動回路の各々の定格を拡大することなく、過負荷に対応でき、かつ消費電力を低減することができる。
　本開示の第４の態様は、上記態様において、前記温度検出部で検出された温度に対する前記制限電流を予め記憶した記憶部を含んでいてもよい。
　第４の態様のワイパ装置によれば、温度検出部で検出された温度に対する制限電流値を予め記憶しておくことにより、制御部の演算負荷を軽減できる。
　本開示の第５の態様は、上記態様において、前記ワイパモータの出力軸の回転角度を検出する回転角度検出部を含み、前記制御部は、前記電流検出部が検出した電流が前記制限電流を超えた際に、前記回転角度検出部が検出した前記出力軸の回転角度が示すワイパブレードの位置が反転位置近くの所定位置から前記反転位置までの所定領域に存在する場合は、前記ワイパモータに供給する電圧が低下するように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記ワイパブレードの位置が前記所定領域外の場合は、前記ワイパモータへの電圧の供給を停止してもよい。
　第５の態様のワイパ装置によれば、電流検出部が検出した電流が制限電流値を超えた際に、雪溜まり等の障害物で払拭動作が阻害されやすい所定位置から反転位置までの所定領域にワイパブレードが位置している場合、最低限のトルクで雪溜まり等の障害物を除去可能な払拭機能を維持しつつワイパモータの過熱を防止できる。また、電流検出部が検出した電流が制限電流値を超えた際に、所定領域の外にワイパブレードが位置している場合、ワイパ装置に何らかの障害が発生しているとみなしてワイパモータへの電力供給を停止することにより、ワイパ装置の損傷を防止できる。
本開示の例示的実施形態に係るワイパ装置の構成を示す概略図である。 本開示の例示的実施形態に係るワイパ制御装置の構成の一例の概略を示すブロック図である。 ワイパモータがブラシ付きモータの場合の駆動回路の一例を示したブロック図である。 ワイパモータがブラシレスモータの場合の電圧生成回路の一例を示したブロック図である。 本開示の例示的実施形態に係るワイパ装置の雪溜まりが発生しやすい雪溜まり領域を示した説明図である。 ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の温度特性の一例を示したグラフである。 検出温度に対する制限電流値の一例を示したグラフである。 本開示の例示的実施形態に係るワイパ装置の制御のメイン処理の一例を示したフローチャートである。 図８のステップ８１４の処理を示したフローチャートである。
　図１は、本開示の例示的実施形態に係るワイパ装置１００の構成を示す概略図である。ワイパ装置１００は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられたウィンドシールドガラス１２を払拭するためのものであり、一対のワイパ１４、１６と、ワイパモータ１８と、リンク機構２０とを備えている。
　ワイパ１４、１６は、それぞれワイパアーム２４、２６とワイパブレード２８、３０とにより構成されている。ワイパアーム２４、２６の基端部は、後述するピボット軸４２、４４に各々固定されており、ワイパブレード２８、３０は、ワイパアーム２４、２６の先端部に各々固定されている。
　ワイパ１４、１６は、ワイパアーム２４、２６の動作に伴ってワイパブレード２８、３０がウィンドシールドガラス１２上を往復動作し、ワイパブレード２８、３０がウィンドシールドガラス１２を払拭する。
　ワイパモータ１８は、主にウォームギアで構成された減速機構５２を介して、正逆回転可能な出力軸３２を有している。リンク機構２０は、クランクアーム３４と、第１リンクロッド３６と、一対のピボットレバー３８、４０と、一対のピボット軸４２、４４と、第２リンクロッド４６とを備えている。
　クランクアーム３４の一端側は、出力軸３２に固定されており、クランクアーム３４の他端側は、第１リンクロッド３６の一端側に動作可能に連結されている。また、第１リンクロッド３６の他端側は、ピボットレバー３８のピボット軸４２を有する端とは異なる端寄りの箇所に動作可能に連結されており、ピボットレバー３８のピボット軸４２を有する端とは異なる端及びピボットレバー４０におけるピボットレバー３８の当該端に対応する端には、第２リンクロッド４６の両端がそれぞれ動作可能に連結されている。
　また、ピボット軸４２、４４は、車体に設けられた図示しないピボットホルダによって動作可能に支持されており、ピボットレバー３８、４０におけるピボット軸４２、４４を有する端は、ピボット軸４２、４４を介してワイパアーム２４、２６が各々固定されている。
　本例示的実施形態に係るワイパ装置１００は、出力軸３２が所定の範囲の回転角θ１で正逆回転されると、この出力軸３２の回転力がリンク機構２０を介してワイパアーム２４、２６に伝達され、このワイパアーム２４、２６の往復動作に伴ってワイパブレード２８、３０がウィンドシールドガラス１２上における下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との間で往復動作をする。θ１の値は、ワイパ装置１００のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本例示的実施形態では、一例として１１０°である。
　本例示的実施形態に係るワイパ装置１００では、図１に示されるように、ワイパブレード２８、３０が格納位置Ｐ３に位置された場合には、クランクアーム３４と第１リンクロッド３６とが直線状をなす構成とされている。
　格納位置Ｐ３は、下反転位置Ｐ２の下方に設けられている。ワイパブレード２８、３０が下反転位置Ｐ２にある状態から、出力軸３２がθ２回転することにより、ワイパブレード２８、３０は格納位置Ｐ３に動作する。θ２の値は、ワイパ装置１００のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本例示的実施形態では、一例として１０°とする。
　なお、回転角θ２が「０」の場合は、下反転位置Ｐ２と格納位置Ｐ３は一致し、ワイパブレード２８、３０は、下反転位置Ｐ２で停止し、格納される。
　ワイパモータ１８には、ワイパモータ１８の回転を制御するためのワイパモータ制御回路２２が接続されている。本例示的実施形態に係るワイパモータ制御回路２２は、マイクロコンピュータ５８を含む。また、ワイパモータ制御回路２２は、駆動回路５６等と共に、ワイパ制御装置１０を構成する。
　ワイパモータ制御回路２２のマイクロコンピュータ５８は、ワイパモータ１８の出力軸３２の回転速度及び回転角を検知する回転角度センサ５４の検知結果に基づいてワイパモータ１８の回転速度を制御する。回転角度センサ５４は、ワイパモータ１８の減速機構５２内に設けられ、出力軸３２に連動して回転するセンサマグネットの磁界（磁力）を電流に変換して検出する。
　本例示的実施形態に係るワイパモータ１８は、前述のように減速機構５２を有しているので、出力軸３２の回転速度及び回転角は、ワイパモータ本体の回転速度及び回転角と同一ではない。しかしながら、本例示的実施形態では、ワイパモータ本体と減速機構５２は一体不可分に構成されているので、以下、出力軸３２の回転速度及び回転角を、ワイパモータ１８の回転速度及び回転角とみなすものとする。
　マイクロコンピュータ５８は、回転角度センサ５４が検出した出力軸３２の回転角からワイパブレード２８、３０のウィンドシールドガラス１２上での位置を算出可能で、当該位置に応じて出力軸３２の回転速度が変化するように駆動回路５６を制御する。駆動回路５６は、ワイパモータ制御回路２２の制御に基づいてワイパモータ１８に印加する電圧を生成する回路であり、電源である車両のバッテリの電力をスイッチングしてワイパモータ１８に印加する電圧を生成する。
　また、ワイパモータ制御回路２２のマイクロコンピュータ５８には、車両のエンジンの制御等を行う車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９２と信号入力回路６２とを介してワイパスイッチ５０が接続されている。ワイパスイッチ５０は、車両のバッテリからワイパモータ１８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５０は、ワイパブレード２８、３０を、低速で動作させる低速作動モード選択位置（ＬＯＷ）、高速で動作させる高速作動モード選択位置（ＨＩＧＨ）、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（ＩＮＴ）、停止モード選択位置（ＯＦＦ）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を回転させるための指令信号を車両ＥＣＵ９２と信号入力回路６２とを介してマイクロコンピュータ５８に出力する。例えば、ワイパスイッチ５０が、高速作動モード選択位置ではワイパモータ１８を高速で回転させ、低速作動モード選択位置ではワイパモータ１８を低速で回転させ、間欠作動モード選択位置ではワイパモータ１８を間欠的に回転させる。
　ワイパスイッチ５０から各モードの選択位置に応じて出力された信号が車両ＥＣＵ９２と信号入力回路６２とを介してマイクロコンピュータ５８に入力されると、マイクロコンピュータ５８はワイパスイッチ５０からの指令信号に対応する制御を行う。具体的には、マイクロコンピュータ５８は、ワイパスイッチ５０からの指令信号に基づいて、所望する往復払拭周期でワイパブレード２８、３０が作動するように、出力軸３２の回転信号を読み取ってワイパモータ１８に印加する電圧を制御する。なお、車両ＥＣＵ９２と信号入力回路６２との通信は、一例としてプロトコルにＬＩＮ（Local Interconnect Network）を用いる。
　図２は、本例示的実施形態に係るワイパ制御装置１０の構成の一例の概略を示すブロック図である。図２に示したワイパ制御装置１０は、ワイパモータ１８の巻線の端子に印加する電圧を生成する駆動回路５６と、駆動回路５６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マイクロコンピュータ５８を有するワイパモータ制御回路２２とを含んでいる。マイクロコンピュータ５８には、ダイオード６８を介してバッテリ８０の電力が供給されると共に、バッテリ８０から供給される電力の電圧は、ダイオード６８とマイクロコンピュータ５８との間に設けられた電圧検出回路６０によって検知され、検知結果はマイクロコンピュータ５８に出力される。また、ダイオード６８とマイクロコンピュータ５８との間に一端が接続され、他端（－）が接地された電解コンデンサＣ１が設けられている。電解コンデンサＣ１は、マイクロコンピュータ５８の電源を安定化するためのコンデンサである。電解コンデンサＣ１は、例えば、サージ等の突発的な高電圧を蓄え、接地領域に放電することにより、マイクロコンピュータ５８を保護する。
　マイクロコンピュータ５８には、ワイパスイッチ５０から車両ＥＣＵ９２及び信号入力回路６２を介してワイパモータ１８の回転速度を指示するための信号が入力される。
　また、マイクロコンピュータ５８には、出力軸３２の回転に応じて変化するセンサマグネット７０の磁界を検知する回転角度センサ５４が接続されている。マイクロコンピュータ５８は、回転角度センサ５４が出力した信号に基づいて、出力軸３２の回転角度を算出することにより、ワイパブレード２８、３０のウィンドシールドガラス１２上での位置を特定する。
　さらに、マイクロコンピュータ５８は、メモリ４８に記憶されているワイパブレード２８、３０の位置に応じて規定されたワイパモータ１８の回転速度のデータを参照して、ワイパモータ１８の回転が、特定したワイパブレード２８、３０の位置に応じた回転数になるように駆動回路５６を制御する。かかるデータは、メモリ４８に格納される。
　駆動回路５６は、マイクロコンピュータ５８が出力した駆動回路５６の制御信号から、電圧生成回路５６Ｂの複数のスイッチング素子をオンオフさせる駆動信号を生成するプリドライバ５６Ａと、プリドライバ５６Ａが出力した駆動信号に従ってスイッチング素子を動作させて、バッテリ８０の電圧（電源電圧）からワイパモータ１８のコイルに印加する電圧を生成する電圧生成回路５６Ｂと、含む。
　本例示的実施形態では、電源であるバッテリ８０と駆動回路５６との間には逆接続保護回路６４及びノイズ防止コイル６６が設けられると共に、駆動回路５６に対して並列になるように電解コンデンサＣ２が設けられている。ノイズ防止コイル６６は、駆動回路５６のスイッチングによって発生するノイズを抑制するための素子である。
　電解コンデンサＣ２は、駆動回路５６から生じるノイズを緩和すると共に、サージ等の突発的な高電圧を蓄え、接地領域に放電することにより、駆動回路５６に過大な電流が入力されるのを防止するための素子である。
　逆接続保護回路６４は、バッテリ８０の正極と負極が図２に示した場合とは逆に接続された場合に、ワイパ制御装置１０を構成する素子を保護するための回路である。逆接続保護回路６４は、一例として、自身のドレインとゲートを接続した、いわゆるダイオード接続されたＦＥＴ等で構成される。
　本例示的実施形態に係るワイパ制御装置１０の駆動回路５６の基板上には、駆動回路５６を構成するスイッチング素子のケース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。本例示的実施形態に用いられるチップサーミスタＲＴは、一例として、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は一種の分圧回路を構成しており、チップサーミスタＲＴによって構成される分圧回路の出力端からは、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。マイクロコンピュータ５８は、チップサーミスタＲＴによって構成される分圧回路の出力端から出力された電圧に基づいてワイパ制御装置１０の基板の温度を算出し、後述するように、当該温度に基づいてワイパモータ１８のコイルと電圧生成回路５６Ｂとの電流（モータ電流）の制限電流値を算出する。そして、電流検出部８２で検出したモータ電流が、制限電流値を超えた場合、ワイパモータ１８に供給する電圧のデューティ比を下げる、又はワイパモータ１８への電力供給を停止する処理を行う。
　また、電圧生成回路５６Ｂを構成するスイッチング素子の各々のソースとバッテリ８０との間にはモータ電流を検知するための電流検出部８２が設けられている。電流検出部８２は、抵抗値が０．２ｍΩ～数Ω程度のシャント抵抗８２Ａと、電圧生成回路５６Ｂの電流に応じて変化するシャント抵抗８２Ａの両端の電位差を検知すると共に検知した電位差の信号を増幅するアンプ８２Ｂとを含む。マイクロコンピュータ５８は、アンプ８２Ｂが出力した信号からモータ電流の電流値を算出し、当該電流値が後述する制限電流値を超えた場合に、電圧生成回路５６Ｂによる電圧生成を停止してワイパモータ１８の回転を停止させる等の処理を行う。
　図３は、ワイパモータ１８がブラシ付きモータの場合の駆動回路５６の一例を示したブロック図である。駆動回路５６は、マイクロコンピュータ５８から入力された制御信号に基づいて、電圧生成回路５６ＢＨのスイッチング素子を動作させる駆動信号を生成して電圧生成回路５６ＢＨに出力するプリドライバ５６ＡＰと、駆動信号に基づいたスイッチング素子の動作によりワイパモータ１８に供給する電力を生成する電圧生成回路５６ＢＨと、を備えている。
　電圧生成回路５６ＢＨは、図３に示すように、スイッチング素子にＮ型のＦＥＴであるトランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を用いたＨブリッジ回路である。トランジスタＴ１及びトランジスタＴ２は、ドレインがバッテリの正極に各々接続されており、ソースがトランジスタＴ３及びトランジスタＴ４のドレインに各々接続されている。また、トランジスタＴ３及びトランジスタＴ４のソースは接地されている。
　また、トランジスタＴ１のソース及びトランジスタＴ３のドレインは、ワイパモータ１８の巻線の一端に接続されており、トランジスタＴ２のソース及びトランジスタＴ４のドレインは、ワイパモータ１８の巻線の他端に接続されている。
　トランジスタＴ１及びトランジスタＴ４の各々のゲートにＨレベルな駆動信号が入力されることにより、トランジスタＴ１及びトランジスタＴ４がオンになり、ワイパモータ１８には例えばワイパブレード２８、３０を車室側から見て時計回りに動作させる電流が流れる。さらに、トランジスタＴ１及びトランジスタＴ４の一方をオン制御しているとき、他方をＰＷＭにより、小刻みにオンオフ制御することにより、当該電流の電圧を変調できる。
　また、トランジスタＴ２及びトランジスタＴ３の各々のゲートにＨレベルな駆動信号が入力されることにより、トランジスタＴ２及びトランジスタＴ３がオンになり、ワイパモータ１８には例えばワイパブレード２８、３０を車室側から見て反時計回りに動作させる電流が流れる。さらに、トランジスタＴ２及びトランジスタＴ３の一方をオン制御しているとき、他方をＰＷＭにより、小刻みにオンオフ制御することにより、当該電流の電圧を変調できる。
　図４は、ワイパモータ１８がブラシレスモータの場合の電圧生成回路５６Ｂの一例を示したブロック図である。電圧生成回路５６ＢＩは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）インバータにより構成されている。
　ワイパモータ１８がブラシレスモータの場合、ワイパモータ１８の回転制御は、回転するロータ１１８の永久磁石の磁極の位置に応じた位相の三相交流に近似した電圧を生成して、ステータ１１４のコイル１１６Ｕ、１１６Ｖ、１１６Ｗに印加することを要する。当該電圧が印加されたコイル１１６Ｕ、１１６Ｖ、１１６Ｗには、ロータ１１８を回転させる回転磁界が生じ、ロータ１１８は、回転磁界に応じて回転する。
　ロータ１１８の磁極の位置は、ロータ１１８又はロータ１１８に対応した磁極を備えるセンサマグネットの磁界の変化を、ホール素子を用いたホールセンサ等（図示せず）で検出し、検出した磁界の変化からマイクロコンピュータ５８が算出する。
　マイクロコンピュータ５８には、車両ＥＣＵ９２を介して、ワイパスイッチ５０からワイパモータ１８（ロータ１１８）の回転速度を指示するための信号が入力される。マイクロコンピュータ５８は、ロータ１１８の磁極の位置に基づいて、ワイパモータ１８のコイルに印加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５０により指示されたロータ１１８の回転速度に基づいて電圧生成回路５６Ｂを制御する制御信号を生成してプリドライバ５６ＡＱに出力する。
　プリドライバ５６ＡＱは、入力された制御信号に基づいて、電圧生成回路５６ＢＩのスイッチング素子を動作させる駆動信号を生成し、電圧生成回路５６ＢＩに出力する。
　図４に示すように、電圧生成回路５６ＢＩは、各々が上段スイッチング素子としての３つのＮ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗ（以下、「ＦＥＴ１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗ」と言う）、各々が下段スイッチング素子としての３つのＮ型の電界効果トランジスタ１１２Ｕ、１１２Ｖ、１１２Ｗ（以下、「ＦＥＴ１１２Ｕ、１１２Ｖ、１１２Ｗ」と言う）とを備えている。なお、ＦＥＴ１１１Ｕ、１１１Ｖ、１１１Ｗ及びＦＥＴ１１２Ｕ、１１２Ｖ、１１２Ｗは、各々、個々を区別する必要がない場合は「ＦＥＴ１１１」、「ＦＥＴ１１２」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。
　ＦＥＴ１１１、ＦＥＴ１１２のうち、ＦＥＴ１１１Ｕのソース及びＦＥＴ１１２Ｕのドレインは、コイル１１６Ｕの端子に接続されており、ＦＥＴ１１１Ｖのソース及びＦＥＴ１１２Ｖのドレインは、コイル１１６Ｖの端子に接続されており、ＦＥＴ１１１Ｗのソース及びＦＥＴ１１２Ｗのドレインは、コイル１１６Ｗの端子に接続されている。
　ＦＥＴ１１１及びＦＥＴ１１２のゲートはプリドライバ５６ＡＱに接続されており、駆動信号が入力される。ＦＥＴ１１１及びＦＥＴ１１２は、ゲートにＨレベルの駆動信号が入力され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レベルの駆動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。
　電圧生成回路５６ＢＩのＦＥＴ１１１、１１２の各々を、駆動信号に応じてオンオフさせるＰＷＭにより、ロータ１１８の磁極の位置に応じて変化し、かつ、ワイパスイッチ５０により指示された回転速度でロータ１１８を回転させる電圧を生成する。
　図５は、本例示的実施形態に係るワイパ装置１００の雪溜まりが発生しやすい雪溜まり領域１２２Ａ、１２２Ｂを示した説明図である。図５に示したように、雪溜まり領域１２２Ａは、上反転位置Ｐ１近くの所定位置ＰＸから上反転位置Ｐ１までの領域であり、雪溜まり領域１２２Ｂは下反転位置Ｐ２近くの所定位置ＰＹから下反転位置Ｐ２までの領域である。しかしながら、雪溜まり領域１２２Ａ、１２２Ｂ以外の通常領域１２０には、雪溜まりはあまり発生しない。雪溜まりは、通常領域１２０に積もった雪がワイパブレード２８、３０で上反転位置Ｐ１又は下反転位置Ｐ２に掃き寄せられた結果生じるからである。
　従って、ワイパブレード２８、３０の払拭動作が阻害され、ワイパモータ１８が過負荷になるのは、ワイパブレード２８、３０が、上反転位置Ｐ１近くで、かつ下反転位置Ｐ２寄りの所定位置ＰＸから上反転位置Ｐ１までの雪溜まり領域１２２Ａ、又は下反転位置Ｐ２近くで、かつ上反転位置Ｐ１寄りの所定位置ＰＹから下反転位置Ｐ２までの雪溜まり領域１２２Ｂに存在している場合に多発する。
　本例示的実施形態では、チップサーミスタＲＴで検出した温度に基づいて、モータ電流の制限電流値を算出する。そして、電流検出部８２で検出したモータ電流が、制限電流値を超えた際に、ワイパブレード２８、３０が雪溜まり領域１２２Ａ、１２２Ｂに存在する場合はワイパモータ１８に供給する電圧のデューティ比を下げ、ワイパモータ１８の負荷を低減する。このようにワイパモータ１８の負荷を軽減することにより、領域１２２Ａ、１２２Ｂにワイパブレード２８、３０が位置している場合、最低限のトルクで雪溜まり等の障害物を除去可能な払拭機能を維持しつつワイパモータ１８の過熱を防止できる。しかしながら、ワイパブレード２８、３０が通常領域に存在する場合は、ワイパ装置１００に何らかの異常が生じている蓋然性が高いので、ワイパモータ１８への電力供給を停止する処理を行う。
　駆動回路５６を構成するスイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）の場合、ＭＯＳＦＥＴのジャンクション温度ＴJと、ＭＯＳＦＥＴのケース（パッケージ）表面の温度であるケース温度ＴCと、ＭＯＳＦＥＴを流れる電流（モータ電流）Ｉと、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ＲDSと、ＭＯＳＦＥＴのジャンクション－ケース間の熱抵抗ＲTHJCとには、下記の式（１）が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

 
　式（１）に含まれるＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ＲDSは、より具体的には、オン状態になったＭＯＳＦＥＴのドレインとソースとの間の電気抵抗である。ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ＲDSは、定数ではなく、温度によって変化する変数である。図６は、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ＲDSの温度特性の一例を示したグラフである。図６に示したように、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ＲDSは、温度に応じて単調増加する。
　また、チップサーミスタＲＴをＭＯＳＦＥＴの近傍に設けたのであれば、チップサーミスタＲＴが検出した温度（検出温度）を、ＭＯＳＦＥＴのケース温度ＴCとみなしてよい。かかる場合、チップサーミスタＲＴは、最も近傍のＭＯＳＦＥＴのケース温度ＴCを検出する。また、複数のＭＯＳＦＥＴを含む駆動回路５６が、１のパッケージとなっている場合は、チップサーミスタＲＴを当該パッケージの近傍に設け、チップサーミスタＲＴの検出温度をＭＯＳＦＥＴのケース温度ＴCとみなしてよい。
　本例示的実施形態では、上記の式（１）と、図６に示したＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ＲDSの温度特性と、により、ワイパモータ１８に供給する電力の制限電流値を検出温度に応じて算出する。
　具体的には、式（１）において、ＭＯＳＦＥＴのジャンクション温度ＴJが最大許容温度（一例として１７５℃）の場合のモータ電流Ｉを、ＭＯＳＦＥＴのケース温度ＴC（検出温度）に応じて算出する。
　図７は、式（１）に基づいて算出した、検出温度に対する制限電流値１３０の一例を示したグラフである。図７に示したように、制限電流値１３０は温度依存性があり、高温の場合には低下傾向を示す。制限電流値１３０は、後述するように、マイクロコンピュータ５８の制御周期毎に、チップサーミスタＲＴの検出温度に基づいて算出するが、検出温度に対する制限電流値１３０を予めメモリ４８に記憶してもよい。
　本例示的実施形態では、図７に示した、制限電流値１３０以下の使用可能領域の電流をワイパモータ１８に通電することで、ＭＯＳＦＥＴのジャンクション温度ＴJが最大許容温度未満になるように、ワイパモータ１８の回転を制御する。
　図８は、本例示的実施形態に係るワイパ装置１００の制御のメイン処理の一例を示したフローチャートである。図８の処理は、ワイパスイッチ５０がオンになると開始され、ステップ８００では、ワイパ装置１００のワイパモータ制御回路２２（マイクロコンピュータ５８）の初期化が行われる。ステップ８０２では、ワイパスイッチ５０がオフになったか否かを判定し、ワイパスイッチがオフになった場合は処理を終了し、ワイパスイッチがオンの場合は、ステップ８０４で、マイクロコンピュータ５８への割込処理の許可を行う。
　ステップ８０６では、回転角度センサ５４が検出した出力軸３２の回転角度に基づいて、ワイパブレード２８、３０のウィンドシールドガラス１２上の位置を算出する。
　ステップ８０８では、チップサーミスタＲＴにより、ＭＯＳＦＥＴのケース温度ＴCに相当する検出温度を取得し、ステップ８１０では、電流検出部８２により、モータ電流Ｉを取得する。
　ステップ８１２では、上記の式（１）を用いて、検出温度によるモータ電流Ｉの制限電流値１３０を算出し、ステップ８１４では、ステップ８１２で算出した制限電流値１３０を考慮したワイパモータ１８の回転制御が実行される。
　ステップ８１６では、制御周期待ちの処理が実行された後、手順は、ステップ８０２に戻る。
　図９は、図８のステップ８１４の処理を示したフローチャートである。ステップ９００では、車両ＥＣＵ９２と、信号入力回路６２とを介して入力された指令信号に基づいて、ワイパモータ１８の回転速度の目標値であるモータ制御目標を算出する。
　ステップ９０２では、電流検出部８２で検出したモータ電流Ｉが、制限可能範囲内か否か、すなわち、制限電流値１３０以下であるか否かを判定する。ステップ９０２で、モータ電流Ｉが制限電流値１３０以下の場合は、ステップ９０４でワイパモータ１８の回転をモータ制御目標に従って制御して処理をリターンする。
　ステップ９０２で、モータ電流Ｉが制限電流値１３０を超えている場合は、ステップ９０６で、ワイパブレード２８、３０の位置が雪溜まり領域１２２Ａ、１２２Ｂか否かを判定する。
　ステップ９０６で、ワイパブレード２８、３０の位置が雪溜まり領域１２２Ａ、１２２Ｂである場合は、ステップ９０８でモータ制御目標を再算出して、手順をステップ９０４に移行する。ステップ９０８でのモータ制御目標の再算出では、電流検出部８２で検出するモータ電流Ｉが、制限電流値１３０以下となるように、ワイパモータ１８に供給する電圧のデューティ比を低下させる。
　ステップ９０６でワイパブレード２８、３０の位置が通常領域１２０の場合は、雪溜まり等の障害物による過負荷ではなく、ワイパ装置１００の何らかの障害が発生した蓋然性が高いので、ステップ９１０で駆動回路５６からワイパモータ１８への電力供給を停止して、処理をリターンする。
　以上説明したように、本例示的実施形態に係るワイパ装置によれば、チップサーミスタＲＴの検出温度からモータ電流の制限電流値１３０を算出し、電流検出部８２で検出したモータ電流が制限電流値を超えないように、ワイパモータ１８に供給する電圧のデューティ比を制御することにより、ワイパモータ１８及び駆動回路５６の各々の定格を拡大することなく、過負荷に対応可能なワイパ装置１００を提供することができる。
　また、本例示的実施形態に係るワイパ装置１００によれば、ワイパモータ１８及び駆動回路５６の各々の定格が小さくてもワイパモータ１８及び駆動回路５６の各々が過負荷状態になることを回避できるので、製品の小型化及び低コスト化が可能になる。さらには、定格を小さくすることにより、製品の消費電力を抑制することが可能になる。
　日本出願特願２０１８－０８７５５２の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (5)

  1. 　複数のスイッチング素子を備え、前記複数のスイッチング素子のスイッチング制御に応じて変換した電圧をワイパモータに供給する電源供給回路と、
    　前記複数のスイッチング素子の中の少なくとも１つのスイッチング素子の温度に関連する温度を検出する温度検出部と、
    　前記複数のスイッチング素子のいずれかのスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、
    　前記電流検出部で検出された電流が、前記温度検出部で検出された温度における制限電流を超えた場合に、前記ワイパモータに供給する電圧が低下するように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行う制御部と、
    　を含む、ワイパ装置。
  2. 　前記少なくとも１つのスイッチング素子の温度に関する温度は、前記複数のスイッチング素子を収納するケースの表面温度である請求項１に記載のワイパ装置。
  3. 　前記制限電流は、前記温度検出部で検出された温度、前記スイッチング素子のジャンクション温度の最大許容温度、前記スイッチング素子のオン抵抗、及び前記スイッチング素子のジャンクションと前記スイッチング素子のケースとの間の熱抵抗に基づいて算出される、請求項１又は２に記載のワイパ装置。
  4. 　前記温度検出部で検出された温度に対する前記制限電流を予め記憶した記憶部を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のワイパ装置。
  5. 　前記ワイパモータの出力軸の回転角度を検出する回転角度検出部を含み、
    　前記制御部は、前記電流検出部が検出した電流が前記制限電流を超えた際に、前記回転角度検出部が検出した前記出力軸の回転角度が示すワイパブレードの位置が反転位置近くの所定位置から前記反転位置までの所定領域に存在する場合は、前記ワイパモータに供給する電圧が低下するように前記スイッチング素子のスイッチング制御を行い、前記ワイパブレードの位置が前記所定領域外の場合は、前記ワイパモータへの電圧の供給を停止する、
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のワイパ装置。
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