WO2023067862A1 - モータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法 - Google Patents

モータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法 Download PDF

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WO2023067862A1
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竜 大堀
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株式会社ミツバ
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Definitions

  • the present invention relates to a motor device, a wiper device, and a motor control method.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a motor device, a wiper device, and a motor control method that can reduce the occurrence of overcurrent.
  • one aspect of the present invention provides a motor that has three-phase windings and is rotationally driven, a rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the motor, and a drive output of the motor.
  • the duty ratio shown is controlled so as not to exceed the upper limit of the duty ratio, the energization angle of each of the three phases is controlled and the phase is advanced from the reference position, and a drive signal corresponding to the duty ratio is performed.
  • an inverter that energizes the three-phase windings with an alternating current based on the drive signal, wherein the drive signal generator makes the conduction angle larger than 120 degrees.
  • the energization angle is changed to 120 degrees or less while performing the advance angle control when the duty ratio is equal to or greater than the duty ratio upper limit value and the rotational speed of the motor is equal to or less than a predetermined threshold value. It is a motor device having an advance conduction angle control section.
  • a motor of a motor device including a motor that has three-phase windings and is rotationally driven, and an inverter that supplies an alternating current to the three-phase windings based on a drive signal.
  • a control method comprising: a rotation speed detection step in which a rotation speed detection unit detects the rotation speed of the motor; a drive signal generation step of controlling the conduction angle of each of the three phases and performing advance angle control to shift the phase from the reference position, and generating a drive signal according to the duty ratio;
  • the duty ratio is equal to or greater than the upper duty ratio upper limit value in a state in which the advance angle conduction angle control section of the drive signal generation section has made the conduction angle larger than 120 degrees
  • the motor control method includes an advance angle conduction angle control step of changing the conduction angle to 120 degrees or less while performing the advance angle control when the rotation speed is equal to or less than a predetermined threshold.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a motor device according to a first embodiment
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of energization control processing of the motor device according to the first embodiment; It is a figure which shows the operation
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the current flowing through the motor when the conduction angle of the motor device according to the first embodiment exceeds 120 degrees;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the current flowing through the motor when the conduction angle of the motor device according to the first embodiment is 120 degrees; It is a block diagram which shows an example of the wiper apparatus by 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a motor device 100 according to the first embodiment.
  • motor device 100 includes motor 2 , rotating shaft sensor 30 , control unit 40 , and inverter 50 .
  • the motor device 100 according to this embodiment is used, for example, as a wiper device for wiping the window glass of a vehicle.
  • the motor 2 is, for example, a 3-phase 4-pole brushless motor.
  • the motor 2 is rotationally driven by an output signal (applied voltage) output from the inverter 50 based on a drive signal to be described later.
  • the motor 2 includes a stator 21 and a rotor 22 .
  • the stator 21 is fixed to the inner periphery of the motor 2 case.
  • the stator 21 includes three-phase armature coils (21u, 21v, 21w).
  • the stator 21 is wound with armature coils (21u, 21v, 21w).
  • three-phase armature coils (21u, 21v, 21w) are connected by delta connection.
  • the armature coils 21u and 21w are connected by a connection point 21a
  • the armature coils 21v and 21w are connected by a connection point 21b
  • the armature coils 21u and The armature coil 21v is connected by a connection point 21c.
  • the rotor 22 is provided inside the stator 21 .
  • the rotor 22 includes, for example, a rotor shaft 22a and four-pole permanent magnets 22b attached to the rotor shaft 22a.
  • a plurality of bearings (not shown) are provided in the case of the motor 2, and the rotor shaft 22a is rotatably supported by the plurality of bearings.
  • the rotating shaft sensor 30 detects a signal according to the rotation of the rotor 22.
  • the rotating shaft sensor 30 includes, for example, three Hall ICs (not shown). These three Hall ICs output pulse signals 120 degrees out of phase with each other to the control unit 40 when the rotor 22 rotates. That is, the rotating shaft sensor 30 generates a pulse signal based on a change in magnetic pole of a sensor magnet (not shown) arranged on the rotor shaft 22a as the rotor 22 rotates, and outputs the pulse signal to the control unit 40.
  • Each Hall IC detects a position shifted by an electrical angle of 120°.
  • each Hall IC will advance 30 degrees in electrical angle when the output of the inverter 50 is changed immediately at each position where the level of the output signal of each Hall IC changes, that is, each position where an edge occurs in the output signal. It is installed with respect to the rotor 22 so as to form an angle.
  • the inverter 50 is PWM (Pulse Width Modulation) controlled based on a drive signal generated by a drive signal generator 43, which will be described later. Apply voltage. That is, the inverter 50 causes the switching elements (51a to 51f) to switch (conduct/disconnect) based on the drive signal generated by the drive signal generator 43, and the magnitude of the output of the voltage applied to the motor 2 (duty ratio), energization period (energization angle), and energization timing (advance angle) are changed.
  • the duty ratio represents the ratio of the conduction period of the corresponding switching element in the PWM cycle.
  • the inverter 50 generates an applied voltage from the DC power supplied from the battery 3 .
  • the battery 3 is, for example, a DC power source such as a lead-acid battery or a lithium-ion battery, and supplies electric power for driving the motor 2 .
  • the inverter 50 includes six switching elements 51a-51f and diodes 52a-52f, which are three-phase bridge-connected.
  • the switching elements 51a to 51f are, for example, N-channel MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), and constitute a three-phase bridge circuit.
  • the switching element 51a and the switching element 51d are connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the battery 3 to form a U-phase bridge circuit.
  • the switching element 51a has a drain terminal connected to the positive electrode terminal of the battery 3, a source terminal connected to the node N1, and a gate terminal connected to the signal line of the U-phase upper drive signal.
  • the switching element 51d has a drain terminal connected to the node N1, a source terminal connected to the negative electrode terminal of the battery 3, and a gate terminal connected to the signal line of the U-phase lower drive signal.
  • the node N1 is connected to the connection point 21a of the motor 2 .
  • the switching element 51b and the switching element 51e are connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the battery 3 to form a V-phase bridge circuit.
  • the switching element 51b has a drain terminal connected to the positive electrode terminal of the battery 3, a source terminal connected to the node N2, and a gate terminal connected to the signal line of the V-phase upper drive signal.
  • the switching element 51e has a drain terminal connected to the node N2, a source terminal connected to the negative electrode terminal of the battery 3, and a gate terminal connected to the signal line of the V-phase lower drive signal.
  • the node N2 is connected to the connection point 21b of the motor 2 .
  • the switching element 51c and the switching element 51f are connected in series between the positive terminal and the negative terminal of the battery 3 to form a W-phase bridge circuit.
  • the switching element 51c has a drain terminal connected to the positive electrode terminal of the battery 3, a source terminal connected to the node N3, and a gate terminal connected to the signal line of the W-phase upper drive signal.
  • the switching element 51f has a drain terminal connected to the node N3, a source terminal connected to the negative electrode terminal of the battery 3, and a gate terminal connected to the signal line of the W-phase lower drive signal.
  • the node N3 is connected to the connection point 21c of the motor 2 .
  • the diode 52a has an anode terminal connected to the node N1 and a cathode terminal connected to the positive terminal of the battery 3, respectively.
  • the diode 52d has an anode terminal connected to the negative terminal of the battery 3 and a cathode terminal connected to the node N1.
  • the diode 52b has an anode terminal connected to the node N2 and a cathode terminal connected to the positive terminal of the battery 3, respectively.
  • the diode 52e has an anode terminal connected to the negative terminal of the battery 3 and a cathode terminal connected to the node N2.
  • the diode 52c has an anode terminal connected to the node N3 and a cathode terminal connected to the positive terminal of the battery 3, respectively.
  • the diode 52f has an anode terminal connected to the negative terminal of the battery 3 and a cathode terminal connected to the node N3.
  • the control unit 40 is a processor including, for example, a CPU (Central Processing Unit), and controls the motor device 100 in an integrated manner.
  • the control unit 40 generates a drive signal corresponding to a target rotation output of the rotor 22 (for example, the target rotation speed TRPM) and outputs the generated drive signal to the inverter 50 .
  • the control unit 40 controls the driving of the motor 2 via the inverter 50 by, for example, rectangular wave energization.
  • the control unit 40 also includes a position detection unit 41 , a rotation speed detection unit 42 , a drive signal generation unit 43 and a storage unit 48 .
  • the position detection unit 41 detects the rotational position ( ⁇ ) of the rotor 22 based on the pulse signal supplied from the rotating shaft sensor 30 .
  • the position detector 41 outputs the detected rotational position of the rotor 22 to the drive signal generator 43, which will be described later.
  • the rotation speed detection unit 42 detects, for example, the rotation speed (RPM) of the motor 2 (rotor 22) based on the pulse signal supplied from the rotating shaft sensor 30, and detects the detected rotation speed of the motor 2 (rotor 22). (Motor rotation speed) is output to the drive signal generator 43, which will be described later.
  • rotation speed means “rotational speed” indicating the number of rotations per unit time.
  • the drive signal generator 43 controls an output command value, which is a duty ratio (output duty) indicating the drive output of the motor 2, so as not to exceed a duty limit value (duty ratio upper limit value). and lead angle control to shift the phase from the reference position to generate a drive signal corresponding to the output command value (output duty).
  • a duty ratio output duty
  • the drive signal generator 43 also includes a duty controller 44 , an upper limit value setter 45 , an advance conduction angle controller 46 , and a target rotational speed controller 47 .
  • the target rotation speed control unit 47 refers to a target rotation speed map stored in a storage unit 48, which will be described later, and determines the current target rotation speed of the motor 2 based on the output signals of the position detection unit 41 and the rotation speed detection unit 42. Determine (TRPM). In addition, the target rotation speed control section 47 outputs an output signal indicating the determined target rotation speed to the duty control section 44 . Further, the target rotation speed control unit 47 responds to a signal (eg, a signal requesting high-speed wiping or a signal requesting low-speed wiping) from an external switch 31 (eg, a wiper switch) provided separately from the motor device 100. Based on this, the target rotation speed map to be referred to may be changed.
  • a signal eg, a signal requesting high-speed wiping or a signal requesting low-speed wiping
  • the duty control unit 44 generates a duty ratio output command value corresponding to the target rotation speed determined by the target rotation speed control unit 47 .
  • the duty control unit 44 compares, for example, the current motor rotation speed acquired from the rotation speed detection unit 42 with the target rotation speed, and calculates the duty ratio to be output so that the motor rotation speed approaches the target rotation speed. . Then, the duty control unit 44 generates an output command value so that the duty ratio becomes equal to or less than a duty limit value described later, and outputs the output command value to the inverter 50 .
  • the upper limit value setting unit 45 sets a duty limit value, which is the upper limit value of the duty ratio, according to the motor rotation speed, and outputs the duty limit value to the duty control unit 44 .
  • the upper limit value setting unit 45 sets the duty limit value in multiple stages so that, for example, the duty limit value increases as the motor rotation speed increases.
  • the advance angle and conduction angle control unit 46 generates output command values for the advance angle and conduction angle of the applied voltage that the inverter 50 outputs to the motor 2 .
  • the advance angle conduction angle control unit 46 compares the motor rotation speed output from the rotation speed detection unit 42 with a plurality of predetermined rotation speed threshold values (first threshold value, second threshold value), and determines the duty control. According to the result of comparing the duty ratio output command value output from the unit 44 and the duty limit value output from the upper limit value setting unit 45, advance angle control and conduction angle control are performed, and an output command is sent to the inverter 50. print the value.
  • the advance angle control is a control of intentionally shifting the energization timing of the applied voltage output by the inverter 50 to the motor 2 from the reference position, with the position where the edge of the output signal of the rotary shaft sensor 30 is generated as the reference position. It's about.
  • the advance angle is mechanically set to 30 degrees in advance. 20 degrees is a state in which advance angle control is being performed. It should be noted that advance angle control also includes control for retarding the reference position, such as advancing the angle by 20 degrees.
  • the energization angle control is the control of the period during which the same energization state continues in the energization of the applied voltage output by the inverter 50 to the motor 2 .
  • the advance conduction angle control unit 46 performs control to change the conduction angle to a conduction angle of 120 degrees or less, a conduction angle of 121 degrees or more (wide-angle conduction), and the like.
  • the advance angle conduction angle control section 46 performs control by switching between low speed conduction control, high speed conduction control, boost control, and wide angle prohibition control.
  • the low-speed energization control is energization control when the motor 2 is rotating at a speed equal to or lower than a predetermined threshold value (second threshold value). It is fixed to the following predetermined value and the advance angle is not controlled (for example, the advance angle is fixed to 30 degrees mechanically).
  • high-speed energization control is energization control when the output command value (output duty) has not reached the duty limit value and when the rotation speed is higher than a predetermined threshold value (second threshold value) and the motor is rotating at high speed.
  • An advance angle conduction angle control unit 46 fixes the conduction angle to a predetermined value exceeding 120 degrees, fixes the advance angle to the predetermined value, and performs advance angle control.
  • Boost control is energization control when the output command value (output duty) has reached the duty limit value and when the engine is rotating at high speed at a speed greater than a predetermined threshold value (first threshold value).
  • An advance angle conduction angle control unit 46 changes the conduction angle by a value exceeding 120 degrees, and performs advance angle control to change the advance angle.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 performs control to change the advance angle and conduction angle according to the target rotation speed (TRPM). Specifically, the advance angle and conduction angle control unit 46 increases the advance angle and the conduction angle as the target rotation speed (specifically, for example, the error between the target rotation speed and the motor rotation speed) increases. increase the number of revolutions.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 operates when the output command value (output duty) has reached the duty limit value and when the rotation speed is higher than a predetermined threshold value (first threshold value) and the rotation speed is high. and the motor rotation speed is less than the target rotation speed, the boost control may be performed.
  • wide-angle prohibition control is energization control that suppresses overcurrent, and when the output command value (output duty) has reached the duty limit value, and the rotation speed between boost control and low-speed energization control ( This is the energization control in the case of rotating at a rotational speed greater than the second threshold and equal to or less than the first threshold.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 performs advance angle control while changing the conduction angle to a fixed value of 120 degrees or less in the wide angle prohibition control.
  • the advance angle is increased when the motor rotation speed is low, there is a risk that the motor position detection accuracy will decrease.
  • the lead-angle energization control unit 46 of the present embodiment performs high-speed energization control or boost control, such as shifting the mechanical lead-angle of 30 degrees to 0-degree.
  • Advance angle control may be performed to set the advance angle to a fixed value in the direction of decreasing the advance angle.
  • the above-described first threshold is a value larger than the second threshold so that overcurrent does not occur (motor A predetermined value is set so that the drive current does not reach the overcurrent limit value.
  • the storage unit 48 is composed of, for example, a ROM or the like, and stores in advance a target rotation speed map representing the relationship between the target rotation speed and the rotation position of the motor 2, a duty limit value, a rotation speed threshold value, and the like.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an example of energization control processing of the motor device 100 according to this embodiment.
  • change processing switching processing
  • the advance angle conduction angle control unit 46 of the motor device 100 first determines whether or not the motor rotation speed acquired from the rotation speed detection unit 42 is greater than the second threshold (step S101). If the motor rotation speed is greater than the second threshold (step S101: YES), the advance angle conduction angle control unit 46 advances the process to step S102. Further, when the motor rotation speed is equal to or less than the second threshold value (step S101: NO), the advance angle conduction angle control unit 46 advances the process to step S108.
  • step S102 the motor device 100 performs high-speed energization control.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 performs, for example, control with advance angle control and the conduction angle fixed at a predetermined conduction angle of 121 degrees or more.
  • step S103 determines whether or not the motor rotation speed is greater than the second threshold. If the motor rotation speed is greater than the second threshold (step S103: YES), the advance angle conduction angle control unit 46 advances the process to step S104. Further, when the motor rotation speed is equal to or less than the second threshold value (step S103: NO), the advance angle conduction angle control unit 46 advances the process to step S108.
  • step S104 the advance angle conduction angle control unit 46 determines whether or not the output duty is equal to or greater than the duty limit value.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 acquires the output duty (output command value) generated by the duty control unit 44 and the duty limit value set by the upper limit value setting unit 45, and the output duty is equal to or greater than the duty limit value. Determine whether or not If the output duty is equal to or greater than the duty limit value (step S104: YES), the advance angle conduction angle control unit 46 advances the process to step S105. Further, when the output duty is less than the duty limit value (step S104: NO), the advance angle conduction angle control section 46 returns the process to step S102.
  • step S105 it is determined whether or not the number of motor revolutions of the advance angle control unit 46 is equal to or less than the first threshold value. If the motor rotation speed is equal to or less than the first threshold value (step S105: YES), the advance angle conduction angle control unit 46 advances the process to step S106. Further, when the motor rotation speed is greater than the first threshold (step S105: NO), the advance angle conduction angle control unit 46 advances the process to step S107.
  • step S106 control change step
  • the motor device 100 performs wide-angle prohibition control.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 performs, for example, control with advance angle control (for example, advance angle 0 degree) and the conduction angle fixed at a predetermined conduction angle of 120 degrees or less (for example, 120 degrees). I do.
  • the advance conduction angle control unit 46 returns the process to step S103.
  • step S107 the motor device 100 performs boost control.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 performs control of the advance angle and the conduction angle variably according to the target rotation speed, for example, with advance angle control and the conduction angle of 121 degrees or more.
  • the advance conduction angle control unit 46 returns the process to step S103.
  • step S108 the motor device 100 performs low-speed energization control.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 performs control with the conduction angle fixed at 120 degrees without advance angle control, for example.
  • the advance conduction angle control unit 46 returns the process to step S101.
  • FIG. 3 is a diagram showing the operation of the conventional energization control process for comparison.
  • 4A and 4B are diagrams showing an example of the operation of the energization control process of the motor device 100 according to this embodiment.
  • the graph shown in FIG. 3 shows the energization control process of the prior art.
  • the horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis represents the energization angle, output duty, rotation speed, and current.
  • a waveform W1 indicates the output duty
  • a waveform W2 indicates the duty limit value
  • a waveform W3 indicates the motor rotation speed.
  • a waveform W4 indicates the conduction angle
  • a waveform W5 indicates the current flowing through the motor 2.
  • the graph shown in FIG. 4 shows the energization control process of this embodiment, the horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis represents the energization angle, output duty, number of revolutions, and current.
  • a waveform W11 indicates the output duty
  • a waveform W21 indicates the duty limit value
  • a waveform W31 indicates the motor rotation speed
  • a waveform W41 indicates the conduction angle
  • a waveform W51 indicates the current flowing through the motor 2.
  • the output duty increases and reaches the duty limit value (waveform W11) in accordance with the decrease in the motor rotation speed (see waveform W3). and waveform W21), the high-speed energization control in which the energization angle is greater than 120 degrees is changed to the wide-angle prohibition control in which the energization angle is 120 degrees. Therefore, in the energization control process of the present embodiment, during the period TR2, the current flowing through the motor 2 indicated by the waveform W51 does not rise unlike the conventional technique (waveform W5) shown in FIG. 3, and no overcurrent occurs. .
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the current flowing through the motor 2 when the conduction angle of the motor device 100 according to this embodiment exceeds 120 degrees.
  • the energization angle exceeds 120 degrees, the energization becomes two-phase, and the resistance of each winding (armature coil 21u, armature coil 21v, armature coil 21w) is defined as "R".
  • the inter-terminal resistance is (R/2).
  • FIG. 5(b) shows the current flowing through the motor 2 in this case (for example, when the conduction angle is 140 degrees).
  • the graph shows time on the horizontal axis and current on the vertical axis.
  • a waveform W6 indicates the waveform of the current flowing through the motor 2 in this case (for example, when the conduction angle is 140 degrees), and a waveform W7 indicates the current limit value, which is the overcurrent criterion.
  • the motor 2 is energized in two phases, and an overcurrent exceeding the waveform W7 is generated (see waveform W6).
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the current flowing through the motor 2 when the conduction angle of the motor device 100 according to this embodiment is 120 degrees.
  • FIG. 6(b) shows the current flowing through the motor 2 in this case (for example, when the conduction angle is 120 degrees).
  • the graph shows time on the horizontal axis and current on the vertical axis.
  • a waveform W61 indicates the waveform of the current flowing through the motor 2 in this case (for example, when the conduction angle is 120 degrees), and a waveform W7 indicates the current limit value, which is the overcurrent criterion.
  • the motor 2 is energized in three phases and is suppressed to a current lower than that of waveform W7 (see waveform W61).
  • the motor device 100 includes the motor 2, the rotation speed detection section 42, the drive signal generation section 43, and the inverter 50.
  • the motor 2 has three-phase windings (armature coil 21u, armature coil 21v, armature coil 21w) and is rotationally driven.
  • a rotational speed detector 42 detects the rotational speed of the motor 2 .
  • the drive signal generation unit 43 controls an output duty (duty ratio), which is an output command value indicating the drive output of the motor 2, so as not to exceed a duty limit value (duty ratio upper limit value). conduction angle control and advance angle control to shift the phase from the reference position to generate a drive signal corresponding to the output duty.
  • duty ratio is an output command value indicating the drive output of the motor 2
  • the inverter 50 supplies alternating current to the three-phase armature coils (21u, 21v, 21w) based on the drive signal.
  • the drive signal generation unit 43 performs advance angle control, and in a state in which the conduction angle is set to be greater than 120 degrees, the output duty is equal to or greater than the duty limit value, and the number of rotations of the motor 2 is equal to or less than a predetermined threshold value (first threshold value). below), it has an advance angle conduction angle control unit 46 that changes the conduction angle to 120 degrees or less while performing advance angle control.
  • the motor device 100 according to the present embodiment can reduce the current flowing through the motor 2 by approximately 25% by changing the conduction angle to 120 degrees or less, as shown in FIGS. , as shown in FIGS. 3 and 4, it is possible to reduce the occurrence of overcurrent that may occur even with the duty limit value.
  • the motor device 100 according to the present embodiment can reduce the occurrence of overcurrent, so that the demagnetization of the permanent magnet 22b can be reduced.
  • the advance angle conduction angle control unit 46 does not perform advance angle control when the number of revolutions of the motor 2 is equal to or less than the second threshold value, which is smaller than the first threshold value, which is a predetermined threshold value. Change the conduction angle to 120 degrees.
  • the motor device 100 according to the present embodiment can perform appropriate control by low-speed energization control in low-speed rotation where the number of rotations of the motor 2 is equal to or less than the second threshold.
  • the advance angle energization control unit 46 controls the advance angle while conducting the energization.
  • the angle is changed to be larger than 120 degrees, and the advance angle and conduction angle are changed to perform variable control according to the target rotation speed of the motor 2 .
  • the motor device 100 can perform more appropriate control through boost control when more output is required at high rotation. Also, by performing boost control only when high output is required, it is possible to suppress the deterioration of quietness during normal operation.
  • the advance angle conduction angle control section 46 sets the advance angle when the duty ratio is equal to or greater than the duty limit value and the rotational speed of the motor 2 is equal to or less than the first threshold value.
  • the advance angle is set to be smaller than the advance angle when the limit value is exceeded and the rotational speed of the motor 2 is greater than the first threshold value.
  • the duty limit value is changed according to the rotation speed of the motor 2 .
  • the duty limit value is appropriately set according to the number of rotations of the motor 2, and the occurrence of overcurrent can be further reduced.
  • the motor control method includes the motor 2 which has three-phase armature coils (21u, 21v, 21w) and is rotationally driven, and the three-phase armature coils (21u, 21v, 21w) and an inverter 50 for applying an alternating current to a motor device 100, which includes a rotation speed detection step and a drive signal generation step.
  • the rotation speed detection step the rotation speed detection unit 42 detects the rotation speed of the motor.
  • the drive signal generation step controls the output duty indicating the drive output of the motor 2 so as not to exceed the duty limit value, controls the energization angle of each phase of the three phases, and controls the phase.
  • Lead angle control is performed to shift from the position, and a drive signal corresponding to the output duty is generated. Further, in the drive signal generation step, the advance angle conduction angle control section 46 of the drive signal generation section 43 sets the conduction angle to be greater than 120 degrees, the output duty is equal to or greater than the duty limit value, and the rotation of the motor 2 If the number is less than or equal to a predetermined threshold value (a first threshold value or less), an advance angle conduction angle control step of changing the conduction angle to 120 degrees or less while performing advance angle control is included.
  • a predetermined threshold value a predetermined threshold value or less
  • the motor control method according to the present embodiment has the effect of being used with the motor device 100 described above, and can reduce the occurrence of overcurrent that may occur even with the restriction by the duty limit value.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of the wiper device 200 according to the second embodiment.
  • the wiper device 200 performs a wiping operation on the window surface of the window glass 10 of the vehicle 1 .
  • the wiper device 200 includes a motor device 100 , a link mechanism 11 , two wiper arms 12 , and wiper blades 13 attached to the tip of each wiper arm 12 .
  • the motor device shown in FIG. 7 is the motor device 100 of the first embodiment described above, and detailed description thereof will be omitted here.
  • the wiper arm 12 is rotated by the motor device 100 to move the window surface of the window glass 10, and the wiper blade 13 attached to the tip of the wiper arm 12 performs a wiping operation.
  • the two wiper arms 12 are connected by a link mechanism 11 .
  • Wiper blade 13 is provided so as to be pressed against window glass 10 by wiper arm 12 .
  • the wiper blade 13 has a blade rubber (not shown) held by a blade holder attached to the tip of the wiper arm 12 .
  • the wiper blade 13 reciprocates in a wiping range on the outer surface of the window glass 10 and wipes the window glass 10 with a blade rubber (not shown).
  • the wiper device 200 uses the motor device 100 to cause the wiper members (the wiper arm 12 and the wiper blade 13) to perform the wiping operation on the window surface.
  • the wiper device 200 according to the present embodiment achieves the same effects as the motor device 100 described above, and can reduce the occurrence of overcurrent that may occur even with the restriction by the duty limit value.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified without departing from the scope of the present invention.
  • the three-phase armature coils (21u, 21v, 21w) of the motor 2 are connected by delta connection, but the present invention is not limited to this.
  • Other connections such as wire connections may be used.
  • control using two thresholds, the first threshold and the second threshold of the motor rotation speed has been described, but the present invention is not limited to this. It is also possible to perform control that does not include
  • the present invention is not limited to this.
  • the motor device 100 can appropriately set the first threshold, and can appropriately reduce the occurrence of overcurrent while expanding the range of the above-described wide-angle energization control (for example, high-speed energization control) to the limit. can be done. That is, the motor device 100 can appropriately reduce the occurrence of overcurrent without reducing the performance of the motor 2 as much as possible.
  • first threshold value and the second threshold value are the number of motor revolutions
  • present invention is not limited to this.
  • the first threshold and the second threshold may be current values flowing through the motor 2 .
  • the motor device 100 is used for the wiper device 200
  • the present invention is not limited to this, and the motor device 100 may be used for other purposes.
  • each configuration included in the motor device 100 described above has a computer system therein. Then, by recording a program for realizing the function of each configuration included in the motor device 100 described above in a computer-readable recording medium, and causing the computer system to read and execute the program recorded in the recording medium, The processing in each configuration included in the motor device 100 described above may be performed.
  • “loading and executing the program recorded on the recording medium into the computer system” includes installing the program in the computer system.
  • the "computer system” here includes hardware such as an OS and peripheral devices. Also, the "computer system” may include a plurality of computer devices connected via a network including communication lines such as the Internet, WAN, LAN, and dedicated lines.
  • computer-readable recording medium refers to portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard discs incorporated in computer systems.
  • the recording medium storing the program may be a non-transitory recording medium such as a CD-ROM.
  • part or all of the functions described above may be realized as an integrated circuit such as LSI (Large Scale Integration).
  • LSI Large Scale Integration
  • Each function mentioned above may be processor-ized individually, and may integrate
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, but may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • an integrated circuit based on this technology may be used.

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Abstract

過電流の発生を低減する。モータ装置は、３相の巻線を有し、回転駆動するモータと、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するとともに、前記３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い、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３相の巻線に交流電流を通電するインバータとを備え、前記駆動信号生成部は、前記通電角を１２０度より大きくした状態において、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が所定の閾値以下である場合に、前記進角制御を行いつつ、前記通電角を１２０度以下に変更する進角通電角制御部を有する。

Description

モータ装置、ワイパー装置、及びモータ制御方法
　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、過電流を防止するために、出力デューティの上限値によりモータの出力を制限する機能を有するものが知られている。また、このようなモータ装置では、モータの出力を向上させるために、通電角を１２０度より大きく設定する広角通電を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１８－０３８２０３号公報
　しかしながら、上述のような従来のモータ装置では、広角通電を行うと、出力デューティの上限値よる出力抑制を行っても、過電流が発生する場合があった。
　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、過電流の発生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、３相の巻線を有し、回転駆動するモータと、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するとともに、前記３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い、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３相の巻線に交流電流を通電するインバータとを備え、前記駆動信号生成部は、前記通電角を１２０度より大きくした状態において、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が所定の閾値以下である場合に、前記進角制御を行いつつ、前記通電角を１２０度以下に変更する進角通電角制御部を有するモータ装置である。
　また、本発明の一態様は、３相の巻線を有し、回転駆動するモータと、駆動信号に基づいて、前記３相の巻線に交流電流を通電するインバータとを備えるモータ装置のモータ制御方法であって、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、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するとともに、前記３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い、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ステップとを含み、前記駆動信号生成ステップにおいて、前記駆動信号生成部の進角通電角制御部が、前記通電角を１２０度より大きくした状態において、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が所定の閾値以下である場合に、前記進角制御を行いつつ、前記通電角を１２０度以下に変更する進角通電角制御ステップを含むモータ制御方法である。
　本発明によれば、過電流の発生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通電制御処理の一例を示すフローチャートである。 従来技術の通電制御処理の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通電制御処理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通電角が１２０度を超える場合のモータに流れる電流を説明する図である。 第１の実施形態によるモータ装置の通電角が１２０度である場合のモータに流れる電流を説明する図である。 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（印加電圧）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。また、各ホールＩＣは、各ホールＩＣの出力信号のレベルが変化する各位置、すなわち出力信号にエッジが発生する各位置で直ちにインバータ５０の出力を変化させた場合に電気角で３０度の進角となるようにロータ２２に対して設置されている。
　インバータ５０は、後述する駆動信号生成部４３が生成した駆動信号に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御され、モータ２の３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）に電圧を印加する。すなわち、インバータ５０は、駆動信号生成部４３が生成した駆動信号に基づいて、スイッチング素子（５１ａ～５１ｆ）をスイッチング動作（導通／非導通）させて、モータ２への印加電圧の出力の大きさ（デューティ比）、通電期間（通電角）、通電タイミング（進角）を変更する。ここで、デューティ比は、ＰＷＭ周期における対応するスイッチング素子の導通期間の比率を表す。
　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。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。
　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。
　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、目標のロータ２２の回転出力（例えば、目標回転数ＴＲＰＭ）に応じた駆動信号を生成して、生成し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、駆動信号生成部４３と、記憶部４８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４３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（モータ回転数）を後述する駆動信号生成部４３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。
　駆動信号生成部４３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）である出力指令値を、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するとともに、３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い、出力指令値（出力デューティ）に応じた駆動信号を生成する。
　また、駆動信号生成部４３は、デューティ制御部４４と、上限値設定部４５と、進角通電角制御部４６と、目標回転数制御部４７とを備える。
　目標回転数制御部４７は、後述する記憶部４８に格納された目標回転数マップを参照し、位置検出部４１および回転数検出部４２の出力信号に基づいて、現在のモータ２の目標回転数（ＴＲＰＭ）を決定する。また、目標回転数制御部４７は、決定した目標回転数を示す出力信号をデューティ制御部４４に出力する。また、目標回転数制御部４７は、モータ装置１００とは別に設けられた外部スイッチ３１（例えば、ワイパスイッチ）からの信号（例えば、高速払拭を要求する信号や、低速払拭を要求する信号）に基づき、参照する目標回転数マップを変更するように構成してもよい。
　デューティ制御部４４は、目標回転数制御部４７により決定された目標回転数に応じたデューティ比の出力指令値を生成する。デューティ制御部４４は、例えば、回転数検出部４２から取得した現在のモータ回転数と、目標回転数とを比較し、モータ回転数を目標回転数に近づけるように、出力するデューティ比を算出する。そして、デューティ制御部４４は、デューティ比が後述するデューティリミット値以下となるように出力指令値を生成し、インバータ５０に出力する。
　上限値設定部４５は、モータ回転数に応じて、デューティ比の上限値であるデューティリミット値を設定し、デューティ制御部４４に出力する。上限値設定部４５は、例えば、モータ回転数が高い程、デューティリミット値を高くするように、多段階にデューティリミット値を設定する。
　進角通電角制御部４６は、インバータ５０がモータ２に出力する印加電圧の進角および通電角の出力指令値を生成する。進角通電角制御部４６は、回転数検出部４２から出力されるモータ回転数と、予め定められた複数の回転数閾値（第１閾値、第２閾値）とを比較した結果および、デューティ制御部４４から出力されるデューティ比の出力指令値と、上限値設定部４５から出力されるデューティリミット値とを比較した結果に応じて、進角制御および通電角制御を行い、インバータ５０に出力指令値を出力する。
　ここで、進角制御とは、回転軸センサ３０の出力信号のエッジが発生する位置を基準位置として、インバータ５０がモータ２に出力する印加電圧の通電タイミングを、基準位置から意図的にずらす制御のことである。例えば、本実施形態においては、予め機械的に進角が３０度に設定されているから、進角３０度は、進角制御を行っていない状態とし、例えば、進角４０度、及び進角２０度は、進角制御を行っている状態である。なお、進角２０度のように、基準位置に対して遅角させる制御も進角制御に含める。
　ここで、通電角制御とは、インバータ５０がモータ２に出力する印加電圧の通電において、同一の通電状態を継続する期間の制御のことである。例えば、進角通電角制御部４６は、通電角を１２０度以下の通電角、１２１度以上の通電角（広角通電）、等に変更する制御を行う。
　進角通電角制御部４６は、低速通電制御、高速通電制御、ブースト制御、及び広角禁止制御に切り替えて制御を行う。
　ここで、低速通電制御は、モータ２が所定の閾値（第２閾値）以下の回転数で低速回転している場合の通電制御であり、進角通電角制御部４６は、通電角を１２０度以下の所定値に固定し、進角制御を行わない（例えば、機械的な進角３０度に固定）。
　また、高速通電制御は、出力指令値（出力デューティ）がデューティリミット値に達していない場合で、且つ所定の閾値（第２閾値）より大きい回転数で高速回転している場合の通電制御であり、進角通電角制御部４６は、通電角を１２０度を超える所定値に固定し、進角を所定値に固定し進角制御を行う。
　また、ブースト制御は、出力指令値（出力デューティ）がデューティリミット値に達している場合で、且つ所定の閾値（第１の閾値）より大きい回転数で高速回転している場合の通電制御であり、進角通電角制御部４６は、通電角を１２０度を超える値で変化させるとともに、進角を変化させる進角制御を行う。ブースト制御において、進角通電角制御部４６は、目標回転数（ＴＲＰＭ）に応じて、進角及び通電角を変化させる制御を行う。具体的には、進角通電角制御部４６は、目標回転数（具体的には、例えば、目標回転数とモータ回転数との誤差）が大きくなるにつれて進角及び通電角を大きくし、モータの回転数を上昇させる。また、進角通電角制御部４６は、出力指令値（出力デューティ）がデューティリミット値に達している場合で、且つ所定の閾値（第１の閾値）より大きい回転数で高速回転している場合で、且つモータ回転数が目標回転数未満の場合にブースト制御を行うようにしてもよい。
　また、広角禁止制御は、過電流を抑制する通電制御であり、出力指令値（出力デューティ）がデューティリミット値に達している場合で、且つ、ブースト制御と低速通電制御との間の回転数（第２の閾値より大きく、且つ第１の閾値以下の回転数）で回転している場合の通電制御である。進角通電角制御部４６は、広角禁止制御において、通電角を１２０度以下の固定値に変更するとともに、進角制御を行う。ここで、モータ回転数が小さい場合に進角を大きくすると、モータ位置検出精度が低下するおそれがある。そこで、本実施形態の進角通電角制御部４６は、広角禁止制御において、例えば、機械的な進角３０度に対して、進角０度にずらして変更する等、高速通電制御又はブースト制御よりも進角を小さくする方向の固定値にする進角制御を行うようにしてもよい。これにより、広角禁止制御によりモータ回転数が小さくなった場合であっても、位置検出部４１の検出精度の低下を抑制できる。
　なお、上述した第１閾値は、第２閾値よりも大きな値であり、出力デューティがデューティリミット値以上の状態で、通電角を１２０度以下にした場合において、過電流が発生しないように（モータ駆動電流が、過電流の制限値に達しないように）所定の値が設定されている。
　記憶部４８は、例えばＲＯＭ等により構成され、モータ２の目標回転数と回転位置との関係を表す目標回転数マップや、デューティリミット値、回転数閾値などが予め格納されている。
　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の通電制御処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、モータ装置１００による通電制御の変更処理（切替処理）について説明する。
　図２に示すように、モータ装置１００の進角通電角制御部４６は、まず、回転数検出部４２から取得したモータ回転数が第２閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０１）。進角通電角制御部４６は、モータ回転数が、第２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、進角通電角制御部４６は、モータ回転数が、第２閾値以下である場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０８に進める。
　ステップＳ１０２において、モータ装置１００は、高速通電制御を行う。この場合、進角通電角制御部４６は、例えば、進角制御有り、且つ、通電角を１２１度以上の所定の通電角に固定した制御を行う。
　次に、進角通電角制御部４６は、モータ回転数が第２閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０３）。進角通電角制御部４６は、モータ回転数が、第２閾値より大きい場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０４に進める。また、進角通電角制御部４６は、モータ回転数が、第２閾値以下である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０８に進める。
　ステップＳ１０４において、進角通電角制御部４６は、出力デューティがデューティリミット値以上であるか否かを判定する。進角通電角制御部４６は、デューティ制御部４４が生成する出力デューティ（出力指令値）と、上限値設定部４５が設定したデューティリミット値とを取得し、出力デューティがデューティリミット値以上であるか否かを判定する。進角通電角制御部４６は、出力デューティがデューティリミット値以上である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０５に進める。また、進角通電角制御部４６は、出力デューティがデューティリミット値未満である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０２に戻す。
　ステップＳ１０５において、進角通電角制御部４６モータ回転数が第１閾値以下であるか否かを判定する。進角通電角制御部４６は、モータ回転数が、第１閾値以下である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０６に進める。また、進角通電角制御部４６は、モータ回転数が、第１閾値より大きい場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０７に進める。
　ステップＳ１０６（制御変更ステップ）において、モータ装置１００は、広角禁止制御を行う。この場合、進角通電角制御部４６は、例えば、進角制御有り（例えば、進角０度）、且つ、通電角を１２０度以下の所定の通電角（例えば、１２０度）に固定した制御を行う。ステップＳ１０６の処理後に、進角通電角制御部４６は、処理をステップＳ１０３に戻す。
　また、ステップＳ１０７において、モータ装置１００は、ブースト制御を行う。この場合、進角通電角制御部４６は、例えば、進角制御有り、且つ、通電角を１２１度以上で目標回転数に応じて可変に進角及び通電角の制御を行う。ステップＳ１０７の処理後に、進角通電角制御部４６は、処理をステップＳ１０３に戻す。
　また、ステップＳ１０８において、モータ装置１００は、低速通電制御を行う。この場合、進角通電角制御部４６は、例えば、進角制御なし、且つ、通電角を１２０度に固定した制御を行う。ステップＳ１０８の処理後に、進角通電角制御部４６は、処理をステップＳ１０１に戻す。
　次に、図３及び図４を参照して、本実施形態によるモータ装置１００の通電制御処理における過電流への影響について説明する。
　図３は、比較のための従来技術の通電制御処理の動作を示す図である。また、図４は、本実施形態によるモータ装置１００の通電制御処理の動作の一例を示す図である。
　図３に示すグラフは、従来技術の通電制御処理を示しており、グラフの横軸は、時間を示し、縦軸は、通電角、出力デューティ、回転数、及び電流を示している。また、波形Ｗ１は、出力デューティを示し、波形Ｗ２は、デューティリミット値を示し、波形Ｗ３は、モータ回転数を示している。また、波形Ｗ４は、通電角を示し、波形Ｗ５は、モータ２に流れる電流を示している。
　また、図４に示すグラフは、本実施形態の通電制御処理を示しており、グラフの横軸は、時間を示し、縦軸は、通電角、出力デューティ、回転数、及び電流を示している。また、波形Ｗ１１は、出力デューティを示し、波形Ｗ２１は、デューティリミット値を示し、波形Ｗ３１は、モータ回転数を示している。また、波形Ｗ４１は、通電角を示し、波形Ｗ５１は、モータ２に流れる電流を示している。
　図３に示す従来技術の通電制御処理では、期間ＴＲ１において、モータ回転数の低下（波形Ｗ３参照）に応じて、出力デューティが上昇してデューティリミット値に達し（波形Ｗ１及び波形Ｗ２参照）、モータ２に流れる電流が増大する（波形Ｗ５）。ここで、従来技術の通電制御処理では、期間ＴＲ１、通電角が１２０度より大きい広角通電が維持されるため、波形Ｗ５に示すモータ２に流れる電流は、期間ＴＲ１において上昇し、過電流が発生することを示している。
　これに対して、図４に示す本実施形態の通電制御処理では、期間ＴＲ２において、モータ回転数の低下（波形Ｗ３参照）に応じて、出力デューティが上昇してデューティリミット値に達し（波形Ｗ１１及び波形Ｗ２１参照）、通電角が１２０度より大きい高速通電制御から、通電角が１２０度の広角禁止制御に変更される。このため、本実施形態の通電制御処理では、期間ＴＲ２において、波形Ｗ５１に示すモータ２に流れる電流は、図３に示す従来技術（波形Ｗ５）のように上昇せずに、過電流が発生しない。
　また、図５及び図６を参照して、通電角が１２０度より大きい広角通電から、１２０度以下の通電角に変更することで、モータ２に流れる電流値を制限できる原理について説明する。
　図５は、本実施形態によるモータ装置１００の通電角が１２０度を超える場合のモータ２に流れる電流を説明する図である。
　図５（ａ）に示すように、通電角が１２０度を超える場合に、２相通電となり、各巻線（電機子コイル２１ｕ、電機子コイル２１ｖ、電機子コイル２１ｗ）の抵抗を“Ｒ”とした場合に、端子間抵抗は、（Ｒ／２）となる。
　また、図５（ｂ）は、この場合（例えば、通電角１４０度の場合）におけるモータ２に流れる電流を示している。図５（ｂ）において、グラフは、横軸が時間を示し、縦軸が電流を示している。
　また、波形Ｗ６は、この場合（例えば、通電角１４０度の場合）におけるモータ２に流れる電流の波形を示し、波形Ｗ７は、過電流の判定基準である電流リミット値を示している。
　図５（ｂ）に示すように、通電角１４０度の場合、モータ２は、２相通電となり、波形Ｗ７を超える過電流が発生する（波形Ｗ６参照）。
　これに対して、図６は、本実施形態によるモータ装置１００の通電角が１２０度である場合のモータ２に流れる電流を説明する図である。
　この場合、図６（ａ）に示すように、通電角が１２０度であるため、３相通電となり、各巻線（電機子コイル２１ｕ、電機子コイル２１ｖ、電機子コイル２１ｗ）の抵抗を“Ｒ”とした場合に、端子間抵抗は、（２Ｒ／３）となる。すなわち、通電角が１２０度である場合には、通電角が１２０度を超える場合に比べて、端子間抵抗が、（４／３）＝約１．３３倍となる。そのため、３相通電によりモータ２に流れる電流は、２相通電によりモータ２に流れる電流に比べて、約２５％低減される。
　また、図６（ｂ）は、この場合（例えば、通電角１２０度の場合）におけるモータ２に流れる電流を示している。図６（ｂ）において、グラフは、横軸が時間を示し、縦軸が電流を示している。
　また、波形Ｗ６１は、この場合（例えば、通電角１２０度の場合）におけるモータ２に流れる電流の波形を示し、波形Ｗ７は、過電流の判定基準である電流リミット値を示している。
　図６（ｂ）に示すように、通電角１２０度の場合、モータ２は、３相通電となり、波形Ｗ７より低い電流に抑制される（波形Ｗ６１参照）。
　以上説明したように、本実施形態によるモータ装置１００は、モータ２と、回転数検出部４２と、駆動信号生成部４３と、インバータ５０とを備える。モータ２は、３相の巻線（電機子コイル２１ｕ、電機子コイル２１ｖ、電機子コイル２１ｗ）を有し、回転駆動する。回転数検出部が４２は、モータ２の回転数を検出する。駆動信号生成部４３は、モータ２の駆動出力を示す出力指令値である出力デューティ（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するとともに、３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い出力デューティ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、３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）に交流電流を通電する。駆動信号生成部４３は、進角制御を行い、通電角を１２０度より大きくした状態において、出力デューティがデューティリミット値以上であり、且つ、モータ２の回転数が所定の閾値以下（第１閾値以下）である場合に、進角制御を行いつつ、通電角を１２０度以下に変更する進角通電角制御部４６を有する。
　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及び図６に示すように、通電角を１２０度以下に変更することで、モータ２に流れる電流を約２５％低減することができ、図３及び図４に示すように、デューティリミット値による制限でも発生する可能性がある過電流の発生を低減することができる。また、本実施形態によるモータ装置１００は、過電流の発生を低減することができるため、永久磁石２２ｂの減磁を低減することができる。
　また、本実施形態では、進角通電角制御部４６は、モータ２の回転数が、所定の閾値である第１閾値より小さい第２閾値以下である場合に、進角制御を行わずに、通電角を１２０度に変更する。
　これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、モータ２の回転数が第２閾値以下である低速回転において、低速通電制御により適切に制御を行うことができる。
　また、本実施形態では、進角通電角制御部４６は、出力デューティがデューティリミット値以上であり、且つ、モータ２の回転数が第１閾値より大きい場合に、進角制御を行いつつ、通電角を１２０度より大きく変更し、モータ２の目標回転数に応じて、進角及び通電角の可変制御を行うように変更する。
　これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、高回転でより出力が必要な場合に、ブースト制御により、さらに適切に制御を行うことができる。また、高出力が必要な場合のみブースト制御を行うことで、通常時の静音性悪化を抑制できる。
　また、本実施形態では、進角通電角制御部４６は、デューティ比がデューティリミット値以上であり、且つ、モータ２の回転数が第１閾値以下である場合の進角を、デューティ比がデューティリミット値以上であり、且つ、モータ２の回転数が第１閾値より大きい場合の進角よりも小さくする。
　これにより、本実施形態によるモータ装置１００は、過電流の発生をさらに低減するとともに、モータ位置検出精度の低下を抑制することができる。
　また、本実施形態では、デューティリミット値は、モータ２の回転数に応じて変更される。
　これにより、本実施形態によるモータ装置１００では、モータ２の回転数に応じてデューティリミット値が適切に設定され、過電流の発生をさらに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、３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）を有し、回転駆動するモータ２と、駆動信号に基づいて、３相の電機子コイル（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）に交流電流を通電するインバータ５０とを備えるモータ装置１００のモータ制御方法であって、回転数検出ステップと、駆動信号生成ステップとを含む。回転数検出ステップにおいて、回転数検出部４２が、前記モータの回転数を検出する。駆動信号生成ステップにおいて、駆動信号生成部４３が、モータ２の駆動出力を示す出力デューティを、デューティリミット値を超えないように制御するとともに、３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い、出力デューティに応じた駆動信号を生成する。さらに、駆動信号生成ステップにおいて、駆動信号生成部４３の進角通電角制御部４６が、通電角を１２０度より大きくした状態において、出力デューティがデューティリミット値以上であり、且つ、モータ２の回転数が所定の閾値以下（第１閾値以下）である場合に、進角制御を行いつつ、通電角を１２０度以下に変更する進角通電角制御ステップを含む。
　これにより、本実施形態によるモータ制御方法は、上述したるモータ装置１００と装用の効果を奏し、デューティリミット値による制限でも発生する可能性がある過電流の発生を低減することができる。
　［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７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７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。
　図７に示すモータ装置は、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、デューティリミット値による制限でも発生する可能性がある過電流の発生を低減することができる。
　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、モータ回転数の第１閾値と第２閾値との２つの閾値を用いる制御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、第２閾値の制御を含まない制御を行うようにしてもよい。
　また、上記の実施形態において、モータ回転数の第１閾値および第２閾値を予め所定値に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、例えば、第１閾値および第２閾値は、モータ２に流れる電流に応じて設定されるようにしてもよい。
　これにより、モータ装置１００は、適切に第１閾値を設定することができ、上述した広角通電制御（例えば、高速通電制御）の範囲を限界まで広げつつ、過電流の発生を適切に低減することができる。すなわち、モータ装置１００は、モータ２のパフォーマンスを可能な低減させずに、過電流の発生を適切に低減することができる。
　また、上記の実施形態において、第１閾値および第２閾値をモータ回転数とする例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、モータ装置１００に電流値検出部を設け、第１閾値および第２閾値は、モータ２に流れる電流値としてもよい。
　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、３１…外部スイッチ、４０…制御部、４１…位置検出部、４２…回転数検出部、４３…駆動信号生成部、４４…デューティ制御部、４５…上限値設定部、４６…進角通電角制御部、４７…目標回転数制御部、４８…記憶部、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 (7)

  1. 　３相の巻線を有し、回転駆動するモータと、
    　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するとともに、前記３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い、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３相の巻線に交流電流を通電するインバータと
    　を備え、
    　前記駆動信号生成部は、
    　前記通電角を１２０度より大きくした状態において、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が所定の閾値以下である場合に、前記進角制御を行いつつ、前記通電角を１２０度以下に変更する進角通電角制御部を有する
    　モータ装置。
  2. 　前記進角通電角制御部は、前記モータの回転数が、前記所定の閾値である第１閾値より小さい第２閾値以下である場合に、前記進角制御を行わずに、前記通電角を１２０度に変更する
    　請求項１に記載のモータ装置。
  3. 　前記進角通電角制御部は、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が前記所定の閾値より大きい場合に、前記進角制御を行いつつ、前記通電角を１２０度より大きく変更し、前記モータの目標回転数に応じて、進角及び前記通電角の可変制御を行うように変更する
    　請求項１又は請求項２に記載のモータ装置。
  4. 　前記進角通電角制御部は、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が前記所定の閾値以下である場合の進角を、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が前記所定の閾値より大きい場合の進角よりも小さくする
    　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. 　前記デューティ比上限値は、前記モータの回転数に応じて変更される
    　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。
  6. 　請求項１から請求項５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. 　３相の巻線を有し、回転駆動するモータと、駆動信号に基づいて、前記３相の巻線に交流電流を通電するインバータとを備えるモータ装置のモータ制御方法であって、
    　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、
    　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するとともに、前記３相の各相の通電角の制御及び位相を基準位置からずらす進角制御を行い、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ステップと
    　を含み、
    　前記駆動信号生成ステップにおいて、
    　前記駆動信号生成部の進角通電角制御部が、前記通電角を１２０度より大きくした状態において、前記デューティ比が前記デューティ比上限値以上であり、且つ、前記モータの回転数が所定の閾値以下である場合に、前記進角制御を行いつつ、前記通電角を１２０度以下に変更する進角通電角制御ステップを含む
    　モータ制御方法。
     
     
     
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