(57)【要約】【課題】体格をなるべく小さくすることのできるブラシレスモータを提供する。【解決手段】電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電流が供給されて回転磁界が形成され、ロータ軸２２ａが回転するブラシレスモータ１９であって、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電流を供給する通電期間である電気角が互いに異なる第１の制御と第２の制御とを切り替えて実行することにより、ロータ軸２２ａの出力を制御する駆動装置３３を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が供給されてロータが回転するブラシレスモータであって、
前記電流を供給する通電期間である通電角が互いに異なる第１の制御と第２の制御とを切り替えて実行することにより、前記ロータの出力を制御する制御部を備えている、ブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記制御部は、前記ロータが所定位置を基準として回転したときの回転角度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する、ブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記制御部は、前記ロータの回転数に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する、ブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
前記制御部は、前記ロータが所定位置を基準として回転した後の経過時間に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する、ブラシレスモータ。
【請求項５】
電流が供給されてロータが回転するブラシレスモータと、前記ロータの動力で動作して車両のウィンドガラスを払拭するワイパアームとを備えたワイパ装置であって、
前記電流を供給する通電期間である通電角が互いに異なる第１の制御と第２の制御とを切り替えて実行することにより、前記ロータの出力を制御する制御部を備えている、ワイパ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のワイパ装置において、
前記制御部は、前記ワイパアームが所定位置を基準として動作したときの動作角度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する、ワイパ装置。
【請求項７】
請求項５に記載のワイパ装置において、
前記制御部は、前記ワイパアームの動作速度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する、ワイパ装置。
【請求項８】
請求項５に記載のワイパ装置において、
前記制御部は、前記ワイパアームが所定位置を基準として動作した後の経過時間に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する、ワイパ装置。
【請求項９】
請求項５に記載のワイパ装置において、
前記制御部は、前記車両の走行速度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する、ワイパ装置。
【請求項１０】
請求項５ないし９のいずれか１項に記載のワイパ装置において、
前記制御部は、前記第１の制御を実行するときの通電角の値よりも、前記第２の制御を実行するときの通電角の値を大きくする制御を行って前記ロータの回転数を制御する、ワイパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を取り付けたロータと、電機子コイルが設けられたステータとを有するブラシレスモータ及びワイパ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータの回転数を切り替え可能なモータの一例が、特許文献１、２、３に記載されている。特許文献１、２に記載されたモータは、ケースと、ケース内に収容されたマグネットと、ケースの内部に回転自在に設けられ、かつ、コイルが巻き付けられた電機子と、電機子とともに一体回転するシャフトと、シャフトに設けられた整流子と、整流子に接触する高速運転用ブラシ及び低速運転用ブラシとを有している。そして、運転者がスイッチを操作して低速運転を選択した場合は、低速運転用ブラシに電流が流れてシャフトが低回転数で回転する。一方、運転者がスイッチを操作して高速運転を選択した場合は、高速運転用ブラシに電流が流れてシャフトが高回転数で回転する。
【０００３】
一方、特許文献３に記載されたモータは、ヨークハウジングの内面に固定され、かつ、複数の電機子コイルが巻かれた円環状のステータと、ステータの内側に回転可能に配置され、かつ、ロータ軸を有するロータと、ロータ軸に設けられた磁石とを有する。この特許文献３に記載されたモータにおいては、複数の電機子コイルに位相の異なる励磁電流が供給されて回転磁界が発生し、ロータが回転する。なお、特許文献３に記載されたモータは、特許文献１、２に記載されたブラシを備えていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０２３９１号公報
【特許文献２】特開２００７−１４３２７８号公報
【特許文献３】特開２０１０−９３９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１〜３に記載されているようなモータにおいては、ブラシ付き、ブラシ無しに限らず、電機子コイルに電流を供給するタイミングを制御するスイッチング素子を有している。そして、スイッチング素子をオン・オフ制御するデューティ比を変えることで、ロータの回転速度を制御していた。このため、モータの体格は、ロータを高速回転できるように設計し、ロータを高回転数で回転させるときのデューティ比に対して、ロータを低回転数で回転させるときのデューティ比を少なくする制御を行っていた。したがって、モータの体格は、ロータを高回転数で回転させるときを基準として設計することとなり、モータの体格が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、体格をなるべく小さくすることのできるブラシレスモータ及びワイパ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電流が供給されてロータが回転するブラシレスモータであって、前記電流を供給する通電期間である通電角が互いに異なる第１の制御と第２の制御とを切り替えて実行することにより、前記ロータの出力を制御する制御部を備えている。
【０００８】
本発明は、前記制御部は、前記ロータが所定位置を基準として回転したときの回転角度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する。
【０００９】
本発明は、前記制御部は、前記ロータの回転数に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する。
【００１０】
本発明は、前記制御部は、前記ロータが所定位置を基準として回転した後の経過時間に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する。
【００１１】
本発明は、電流が供給されてロータが回転するブラシレスモータと、前記ロータの動力で動作して車両のウィンドガラスを払拭するワイパアームとを備えたワイパ装置であって、前記電流を供給する通電期間である通電角が互いに異なる第１の制御と第２の制御とを切り替えて実行することにより、前記ロータの出力を制御する制御部を備えている。
【００１２】
本発明は、前記制御部は、前記ワイパアームが所定位置を基準として動作したときの動作角度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する。
【００１３】
本発明は、前記制御部は、前記ワイパアームの動作速度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する。
【００１４】
本発明は、前記制御部は、前記ワイパアームが所定位置を基準として動作した後の経過時間に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する。
【００１５】
本発明は、前記制御部は、前記車両の走行速度に基づいて、前記第１の制御と前記第２の制御との切り替えを実行する。
【００１６】
本発明は、前記制御部は、前記第１の制御を実行するときの通電角の値よりも、前記第２の制御を実行するときの通電角の値を大きくする制御を行って前記ロータの回転数を制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のブラシレスモータ及びワイパ装置によれば、第１の制御と第２の制御とを切り替えることで、ロータの出力を制御することができる。したがって、ブラシレスモータの定格を、低出力に対応する設計とすることができ、ブラシレスモータの体格をなるべく小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のブラシレスモータを、車両のワイパ装置に適用した例を示す概略図である。
【図２】本発明のブラシレスモータを示す外観図である。
【図３】本発明のブラシレスモータであり、アンダーカバーを取り外した状態の底面図である。
【図４】本発明のブラシレスモータの制御系統を示すブロック図である。
【図５】ブラシレスモータの回転数とトルクとの関係を示す線図である。
【図６】ブラシレスモータの回転数と進角との関係を示す線図である。
【図７】ブラシレスモータの効率と進角との関係を示す線図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のブラシレスモータで実行される第１の制御及び第２の制御の一例を示す図である。
【図９】本発明のブラシレスモータの特性を示す図である。
【図１０】本発明のブラシレスモータの特性と通電角との関係を示す線図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｂ）は、本発明のブラシレスモータの特性を示す線図である。
【図１２】本発明のブラシレスモータを作動角に基づいて制御する例を示す図である。
【図１３】本発明のブラシレスモータを回転数に基づいて制御する例を示す図である。
【図１４】本発明のブラシレスモータを時間に基づいて制御する例を示す図である。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のブラシレスモータで実行される第１の制御及び第２の制御の一例を示す図表である。
【図１６】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のブラシレスモータで実行される第１の制御及び第２の制御の他の例を示す図表である。
【図１７】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のブラシレスモータで実行される第１の制御及び第２の制御のさらに他の例を示す図表である。
【図１８】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のブラシレスモータに用いるロータの構造例を示す断面図である。
【図１９】本発明のブラシレスモータにおいて、ロータとステータとの関係を示す模式図である。
【図２０】本発明のブラシレスモータにおいて、ロータとステータとの関係を示す模式図である。
【図２１】本発明のブラシレスモータの特性を示す線図である。
【図２２】本発明のブラシレスモータの他の例を示す側面図である。
【図２３】図２２のブラシレスモータの断面図である。
【図２４】図２２のブラシレスモータのケースの内部を示す斜視図である。
【図２５】図２２のブラシレスモータのロータの斜視図である。
【図２６】図２２のブラシレスモータに用いるカプラの斜視図である。
【図２７】図２２のブラシレスモータの断面図である。
【図２８】図２２のブラシレスモータの電機子コイルの結線例を示す模式図である。
【図２９】図２２のブラシレスモータの電機子コイルの結線例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１に示された車両１０はフロントガラス１１を有している。また、車両１０は、フロントガラス１１を払拭するワイパ装置１２を有している。ワイパ装置１２は、ピボット軸１３を中心として揺動するワイパアーム１４と、ピボット軸１５を中心として揺動するワイパアーム１６とを有する。ワイパアーム１４の自由端にはワイパブレード１７が取り付けられており、ワイパアーム１６の自由端にはワイパブレード１８が取り付けられている。また、ワイパ装置１２は、ワイパアーム１４,１６を駆動する動力源としてブラシレスモータ１９を有している。ブラシレスモータ１９の動力は、レバー、リンク等により構成された動力伝達機構２０を経由して、ワイパアーム１４，１６に個別に伝達されるように構成されている。
【００２１】
ブラシレスモータ１９は、図２、図３、図４に示すように構成されている。本実施形態におけるブラシレスモータ１９は、一例として３相４極形のものが挙げられている。ブラシレスモータ１９は、ステータ２１及びロータ２２を有する。また、ブラシレスモータ１９は、有底円筒形状のケース２３を有しており、ケース２３の内周にステータ２１が固定して設けられている。ステータ２１は、図４に示すように、３相、具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する。
【００２２】
この図４では、３相の電機子コイルが、Ｙ結線、つまり、三相の電機子コイルを一端の中性点で接続する結線方法により接続してある。また、ブラシレスモータ１９は、各電機子コイルが、正極及び負極の両方として機能するバイポーラ駆動型のモータである。
【００２３】
ロータ２２は、ステータ２１の内側に設けられており、ロータ２２は、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とを有する。ケース２３内には複数の軸受（図示せず）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。
【００２４】
また、ブラシレスモータ１９は、中空のフレーム２４を有しており、フレーム２４及びケース２３は、図示しない締結部材により固定されている。ロータ軸２２ａは、長さ方向の略半分はケース２３の内部に配置されており、残りの略半分はフレーム２４内に配置されている。ロータ軸２２ａのうちフレーム２４内に配置された部分の外周には、ウォーム２２ｃが形成されている。フレーム２４内にはウォームホイール２５が設けられている。このウォームホイール２５の外周にはギヤ２５ａが形成されており、ギヤ２５ａとウォーム２２ｃとが噛合されている。さらに、ロータ軸２２ａのうちフレーム２４内に配置された箇所には、センサマグネット３８が取り付けられている。センサマグネット３８は、ロータ軸２２ａと一体回転する。センサマグネット３８は、ロータ軸２２ａの円周方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように着磁されている。
【００２５】
また、ウォームホイール２５は、出力軸２６と一体回転するように構成されている。ウォーム２２ｃ及びギヤ２５ａは、本実施形態における減速機構２７を構成している。この減速機構２７は、ロータ２２の動力を出力軸２６に伝達する際に、ロータ２２の回転数（入力回転数）よりも出力軸２６の回転数（出力回転数）を低くする機構である。さらに、図２において、フレーム２４の上部には、図示しない軸孔が設けられている。出力軸２６におけるウォームホイール２５が固定された端部とは反対側の端部は、フレーム２４の軸孔を経由して外部に露出している。出力軸２６におけるフレーム２４の外部に露出した部分には、図１のように動力伝達機構２０が連結されている。
【００２６】
フレーム２４における軸孔とは反対側の部分には開口部２４ａが設けられている。この開口部２４ａは、フレーム２４の内部にウォームホイール２５等を取り付けるために形成されたものである。また、開口部２４ａを塞ぐアンダーカバー２８が設けられている。アンダーカバー２８はトレイ形状を有しており、そのアンダーカバー２８とフレーム２４とにより取り囲まれた空間に、制御基板２９が設けられている。図２においては、制御基板２９がアンダーカバー２８に取り付けられた例が示されている。
【００２７】
この制御基板２９には、ブラシレスモータ１９を制御する制御部としての駆動装置３３が、図４のように設けられている。駆動装置３３は、各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに対する通電を制御するインバータ回路３０を有する。インバータ回路３０は、図示しない端子に接続されている。また、フレーム２４にはコネクタ（図示せず)が設けられており、外部電源３１に接続された電線のソケット（図示せず)をコネクタに装着することにより、外部電源３１とインバータ回路３０とが接続される。外部電源３１は、車両１０に搭載されたバッテリまたはキャパシタ等である。
【００２８】
また、インバータ回路３０は、外部電源３１と電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃとを接続及び遮断するスイッチング素子３０ａを備えている。このスイッチング素子３０ａは、例えば、ＦＥＴ等の半導体素子により構成されている。より具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応し、外部電源３１の正極に接続される３つの正極側のスイッチング素子と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応し、外部電源３１の負極側に接続される３つの負極側のスイッチング素子とを含む。スイッチング素子は合計で６個設けられている。
【００２９】
スイッチング素子３０ａが接続（オン）されると、外部電源３１から各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電流が供給される。これに対して、スイッチング素子３０ａが遮断（オフ）されると、外部電源３１から各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電流は供給されない。さらに、インバータ回路３０には、スイッチング素子３０ａのオン及びオフを切り替え制御する機能を有する制御回路（コンロトーラ)３２が接続されている。
【００３０】
この制御回路３２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えた公知のマイクロコンピュータである。また、駆動装置３３は、ＰＷＭ信号発生回路３４を有しており、ＰＷＭ信号発生回路３４の信号は、制御回路３２に入力されるように構成されている。この制御回路３２は、３つの負極側スイッチング素子を制御する駆動信号を出力し、その駆動信号にＰＷＭ信号が重畳される。つまり、３つの負極側スイッチング素子は、ＰＷＭ制御により駆動されて各電通区間において断続的にオンされる。そして、３つの負極側スイッチング素子が別個にオンされる割合、すなわち、デューティ比を制御することにより、各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに供給する電流値が制御されるように構成されている。つまり、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに給電される通電期間を、通電可能な全期間に対して０％〜１００％の間で増減することができる。さらに、制御回路３２は、ブラシレスモータ１９の起動時に実行する制御のデータ、プログラム等を記憶している。ブラシレスモータ１９の起動時とは、停止しているブラシレスモータ１９を回転させる初期のことである。
【００３１】
さらにまた、各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃの非結線端には、誘起電圧検出部３５が接続されている。誘起電圧検出部３５は、ロータ２２の回転に伴い各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに生じる誘起電圧を検出するセンサであり、誘起電圧検出部３５の検出信号は、制御回路３２に入力される。制御回路３２は、誘起電圧検出部３５から入力される検出信号に基づいて、ロータ２２の回転位置（回転方向の位相）を推定する処理を行う。
【００３２】
さらに、本実施形態におけるブラシレスモータ１９は、スイッチング素子３０ａのオン及びオフを切り替え制御して、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに対する通電の向きを反転させることにより、ロータ２２を正逆に回転させることが可能である。スイッチング素子３０ａがオンされると、外部電源３１と各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃとが接続され、スイッチング素子３０ａがオフされると、外部電源３１と各電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃとが遮断される。
【００３３】
さらに、フレーム２４の内部には、出力軸２６の回転数または絶対位置の少なくとも一方を検出する出力軸センサ３６が設けられている。絶対位置とは、基準位置に対する出力軸２６の回転角度を意味する。基準位置は、３６０度の範囲内のうち、任意の位置に定めればよい。この出力軸センサ３６の検出信号は、制御回路３２に入力されるようになっている。さらに、制御基板２９にはホールＩＣ３９が取り付けられている。ホールＩＣ３９は、センサマグネット３８と非接触で対向して固定されている。ホールＩＣは、ロータ軸２２ａの回転方向に沿って複数個、例えば３個設けることができる。
【００３４】
ホールＩＣ３９は、ロータ２２の回転に伴い、センサマグネット３８の磁極の変化によりスイッチング動作し、スイッチング信号（オン・オフ信号）を発生する。制御回路３２は、ホールＩＣ３９のスイッチング信号に基づいて、ロータ２２の回転数及び回転速度を検出することができる。さらに、車両１０の室内にはワイパスイッチ３７が設けられており、ワイパスイッチ３７の操作信号が、制御回路３２に入力されるように構成されている。さらにまた、車速センサ４０が設けられており、車速センサ４０の信号が制御回路３２に入力される。車速センサ４０は、車両１０の走行速度を検知するセンサである。
【００３５】
ワイパ装置１２においては、降雨量、降雪量等の条件に基づいて、運転者の意思でワイパスイッチ３７を操作し、ワイパアーム１４，１６の払拭速度を切り替えることができる。運転者は、降雨量、降雪量が少ないとき、ワイパスイッチ３７を操作して、ワイパアーム１４，１６を予め定められた低速で動作させる低速払拭モードを選択することができる。これに対して、運転者は、降雨量、降雪量が多いとき、ワイパスイッチ３７を操作して、ワイパアーム１４，１６を、前記低速よりも高速で動作させる高速払拭モードを選択することができる。運転者は、降雨量、降雪量が多い、少ないを自分の主観で判断するのであり、多い、少ないを区別する基準があるわけではない。そして、制御回路３２には、低速払拭モード及び高速払拭モードについて、スイッチング素子３０ａを制御するパターン、データ、演算式等が予め記憶されている。
【００３６】
本実施形態におけるブラシレスモータ１９の制御を説明する。ワイパスイッチ３７が操作されて低速モードが選択されているとき、誘起電圧検出部３５の検出信号は、制御回路３２に入力される。制御回路３２は、誘起電圧検出部３５の検出信号に基づいて、ロータ２２の回転位置（回転方向の角度)を推定し、ロータ２２の回転位置に基づいた通電制御を行う。つまり、各相の正極側スイッチング素子を、電気角、つまり、通電角で所定の角度、例えば１２０度ずつ順次オンするとともに、正極側スイッチング素子とは異なる相の負極側スイッチング素子を通電角で１２０度ずつ順次オンして、各相の電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに対する通電を切り替えて相電流を転流させる。
【００３７】
上記の制御が繰り返されるとステータ２１により回転磁界が形成され、ロータ２２が回転する。ブラシレスモータ１９は、スイッチング素子３０ａのオン及びオフを切り替え制御して、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに対する通電の向きを反転させることにより、ロータ軸２２ａを正回転・停止・逆回転させることができる。ワイパアーム１４，１６は、ロータ軸２２ａの動力で所定角度の範囲内で往復動作し、ワイパブレード１７，１８によりフロントガラス１１が払拭される。
【００３８】
また、ブラシレスモータ１９は、電流値が高くなることに伴い回転数が上昇する特性を有する。さらに、ブラシレスモータ１９は、回転数が上昇することに伴いトルクが低下する特性を有する。低速払拭モードが選択されているときは、弱め界磁制御を行うことなく、デューティ比の制御を行うことにより、ロータ２２の実回転数を要求されている回転数に近づけることができる。また、低速払拭モードが選択されているときは、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへの通電タイミングは、予め定められた固定値が用いられる。
【００３９】
一方、高速払拭モードが選択されたときは、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに供給する電流値を変えず、弱め界磁制御を行う。弱め界磁制御は、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電流を供給することにより形成される磁界を、なるべく弱くする制御である。弱め界磁制御を具体的に説明すると、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへの通電タイミングを、低速払拭モードが選択されているときに比べて、３０度進角（進み位相）とする制御である。すなわち、高速払拭モードが選択されたときに電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃで形成される回転磁界は、低速払拭モードが選択されたときに電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃで形成される回転磁界よりも弱くなる。この弱め界磁制御を行うと、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃに生じる逆起電力が減少し、ロータ２２の回転数が上昇する。前記進角は、ロータ２２の回転方向における電機子コイルと永久磁石との相対的な位置関係を通電角で表したものである。
【００４０】
図５は、ブラシレスモータ１９の特性を示す線図である。図５においては、縦軸にブラシレスモータ１９の回転数が示され、横軸にブラシレスモータ１９のトルクが示されている。また、図５に示された破線は、低速払拭モードに対応する低速用特性の一例であり、図５に示された実線は、高速払拭モードに対応する高速用特性の一例である。
【００４１】
本実施形態のブラシレスモータ１９は、その定格を設定するにあたり、図５の低速用特性に対応する回転数及びトルクを得ることができるように、例えば実線で示す位置に設定特性が存在している。このため、ワイパスイッチ３７の操作により低速払拭モードが選択されているときは、設定特性以下の範囲内で、要求されている回転数及びトルクを得ることができる。
【００４２】
これに対して、ワイパスイッチ３７の操作により高速払拭モードが選択されて、要求されるトルク及び回転数が設定特性を超えたときは、制御回路３２が弱め界磁制御を実行することにより、設定特性を超える回転数及びトルクの範囲を得ることができる。これにより、ブラシレスモータ１９の特性は、見かけ上、図５に二点鎖線で示す位置にあることと同等となる。すなわち、ブラシレスモータ１９は、設計上、低速払拭モードを基準として定格を決定することができ、ブラシレスモータ１９の体格をなるべく小さくすることができる。そして、電流値を変えずにブラシレスモータ１９の回転数を上昇させて、トルクを上昇させることができるということは、トルク定数が相対的に大きくなることを意味する。言い換えれば、本実施形態のブラシレスモータ１９は、より少ない消費電力でなるべく高トルクを発生することができ、モータ効率が向上する。
【００４３】
また、ブラシレスモータ１９の特性を、図５の低速用特性とすればよいから、電機子コイルの抵抗値を大きくすることができ、制御不能時の高速電流を小さくすることにより、減速機構の減速比を大きくしても、同じ容量のスイッチング素子を使用することができる。したがって、スイッチング素子を小型化できる。
【００４４】
図６は、通電タイミングとしての進角と、ブラシレスモータ１９の回転数との関係を示す線図である。図６では、横軸に電流が示され、縦軸に回転数が示されている。図６のように、進角３０度であるときの回転数の方が、進角０度であるときの回転数よりも高い。進角０度は、低速払拭モードで説明した通電タイミングの固定値である。また、図７は、通電タイミングとしての進角と、ブラシレスモータ１９の効率との関係を示す線図である。図７では、横軸に電流が示され、縦軸に効率が示されている。図７のように、進角３０度であるときの効率の方が、進角０度であるときの効率よりも高い。
【００４５】
また、一般的に、車両用のワイパ装置は、低速払拭モードの方が高速払拭モードよりも、使用頻度が高い。このため、本実施形態のブラシレスモータ１９をワイパ装置１２に用いると、低速払拭モードが選択されたときに、消費電力を低減する効果が大きい。
【００４６】
また、本実施形態のブラシレスモータ１９は、弱め界磁制御を行うときに、誘起電圧検出部３５の検出信号に基づいて、ロータ２２の回転位置を推定することができる。さらに、誘起電圧検出部３５の検出信号に代えて、出力軸センサ３６の検出信号、及び減速機構２７の減速比に基づいて、ロータ２２の回転位置を推定することもできる。このように、本実施形態のブラシレスモータ１９は、予め設けられている誘起電圧検出部３５、出力軸センサ３６を利用して、ロータ２２の回転位置を推定することができる。
【００４７】
つまり、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ロータ２２の回転位置を検出するセンサを専用で設ける必要がない、センサレス構造である。したがって、ブラシレスモータ１９の部品点数及び製造コストを低減することができる。
【００４８】
さらに、本実施形態のブラシレスモータ１９は、弱め界磁制御を行うことにより、高速用特性に対応する回転数及びトルクを得ることができるとともに、減速機構２７が設けられている。したがって、ブラシレスモータ１９は、ワイパ装置１２のワイパアーム１４，１６の作動条件に適した特性、つまり、回転数、トルクとなるように、減速機構２７の減速比を設定することができる。減速機構２７の減速比は、出力軸２６の回転数をロータ２２の回転数で除算した値であり、減速機構２７の減速比を大きくするほど、出力軸２６の回転数が低下する。すなわち、減速機構２７が設けられていることにより、ロータ２２のトルクに対して、出力軸２６のトルクを増幅することができる。
【００４９】
さらにまた、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ロータ２２の回転位置の推定結果に基づいて、ブラシレスモータ１９の正逆転時における進角制御を最適化することができる。さらにまた、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ブラシ、コミュテータ（整流子)等が設けられていないため、ブラシとコミュテータとの摺動によるフリクショントルクの発生もなく、モータの効率低下、ブラシの温度上昇を防止し、モータ出力が制限されることを回避できる。さらに、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ブラシがあることに起因するノイズの発生、作動音の発生を防止でき、静粛性を確保できる。
【００５０】
さらにまた、本実施形態のブラシレスモータ１９は、制御基板２９及び減速機構２７が、共にフレーム２４及びアンダーカバー２８により取り囲まれた空間内に配置された構造、つまり、機電一体の構造である。したがって、ブラシレスモータ１９全体をコンパクトに構成することができ、車体へブラシレスモータ１９を取り付ける際のレイアウト性が向上する。
【００５１】
さらにまた、本実施形態のブラシレスモータ１９は、高速払拭モードが選択されて弱め界磁制御を行うときに、制御回路３２は、ホールＩＣ３９のオン・オフ信号に基づいてロータ２２の回転数を検出する制御を行うとともに、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃへの通電タイミングを通電角で３０度進角させることにより、ロータ２２の回転数を制御することができる。
【００５２】
特に、ワイパ装置１２においては、ワイパアーム１４,１６が初期位置から動作を開始した時点から、反転位置を経由して初期位置に戻るまでの所要時間は、一定に保たれることが望ましい。これに対して、車速による風の抵抗、ワイパブレード１７,１８の払拭抵抗等の条件により、ワイパアーム１４，１６の実際の払拭速度が変化して、所要時間が変化する可能性がある。そこで、弱め界磁制御と並行して、デューティ比を変化させる制御を行うこともできる。具体的に説明すると、制御回路３２は、ホールＩＣ３９の信号に基づいて、ワイパアーム１４，１６の実際の払拭速度を間接的に求める。そして、制御回路３２は、ワイパアーム１４，１６の実際の払拭速度を目標払拭速度に近づけるように、フィードバック制御を行うにあたり、デューティ比を制御する。このようにすると、前回の通電タイミング制御を行ってから次回の通電タイミング制御を行うまでの間、デューティ比の制御を行うことにより、ワイパアーム１４，１６の払拭速度をきめ細かく制御することができる。
【００５３】
また、ワイパ装置は、フロントガラスに限らずリヤガラスを払拭するものであってもよい。また、ワイパ装置は、出力軸を支点としてワイパアームが揺動する構造でもよい。さらにまた、電機子コイルの数、永久磁石の数は任意に変更可能である。さらに、ワイパ装置は、２本のワイパアームを、それぞれ別個のブラシレスモータにより駆動する構成であってもよい。また、本実施形態のブラシレスモータは、永久磁石を鉄心に埋め込んだ構造のＩＰＭ（Interior Permanent Magnet ）型モータであってもよい。
【００５４】
さらに、ワイパスイッチにより選択されるモードは、低速払拭モード及び高速払拭モードの２種類に限らず、３種類以上あってもよい。例えば、ロータの回転数を制御するモードは、低速払拭モード、中速払拭モード、高速払拭モードの３種類あってもよい。ここで、中速払拭モードにおけるロータの回転数は、低速払拭モードにおけるロータの回転数よりも高く、高速払拭モードにおけるロータの回転数よりも低い。
【００５５】
そして、回転数制御部は、３種類の払拭モードのうち、低速払拭モードが選択されたときに、電機子コイルへ予め定められた通電タイミングで電流を供給し、かつ、スイッチング素子のオン割合であるデューティ比を制御してロータの回転数を制御する一方、中速払拭制御モードが選択されたときには、低速払拭制御モードが選択されたときの通電タイミングよりも進角させた通電タイミングで電機子コイルに電流を供給することにより、電機子コイルにより形成される回転磁界を、低速払拭制御モードが選択されたときよりも弱くする弱め界磁制御を行ってロータの回転数を制御することができる。このように、低速払拭モードと中速払拭モードとで、ロータの回転数を異ならせる場合は、低速払拭モードが、本発明における第１の制御モードに相当し、中速払拭モードが、本発明における第２の制御モードに相当する。
【００５６】
一方、回転数制御部は、３種類の払拭モードのうち、中速払拭モードが選択されたときに、電機子コイルへ予め定められた通電タイミングで電流を供給し、かつ、スイッチング素子のオン割合であるデューティ比を制御してロータの回転数を制御する一方、高速払拭制御モードが選択されたときには、中速払拭制御モードが選択されたときの通電タイミングよりも進角させた通電タイミングで電機子コイルに電流を供給することにより、電機子コイルにより形成される回転磁界を、中速払拭制御モードが選択されたときよりも弱くする弱め界磁制御を行ってロータの回転数を制御することもできる。このように、中速払拭モードと高速払拭モードとで、ロータの回転数を異ならせる場合は、中速払拭モードが、本発明における第１の制御モードに相当し、高速払拭モードが、本発明における第２の制御モードに相当する。
【００５７】
さらに、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ロータ軸２２ａの出力、すなわち、回転数及びトルクを制御するにあたり、第１の制御と第２の制御とを切り替えることができる。
【００５８】
第１の制御及び第２の制御の例を図８により説明する。図８に示された０°〜３６０°の角度は、電気信号の１周期内における通電期間を表す通電角である。正は正極からの通電を表し、負は負極からの通電を表す。図８（Ａ）は、第１の制御の一例である。Ｕ相では、０°を基準位置として、３０°で正極から通電が開始され、通電角で１２０°の範囲で通電が維持された後に正極からの通電が終了する。また、正極からの通電が終了してから所定の通電角を空けて、負極からの通電が開始され、通電角で１２０°の範囲で通電が維持された後に通電が終了する。
【００５９】
一方、Ｖ相では、Ｕ相の正極からの通電が終了した時点から、正極からの通電が開始され、通電角１２０°の範囲で通電が維持された後に、通電が終了する。また、Ｖ相では、Ｕ相の負極からの通電が終了した時点から、負極からの通電が開始され、通電角１２０°の範囲で負極からの通電が維持された後、負極からの通電が終了する。さらに、Ｗ相では、Ｖ相の正極からの通電が終了した時点から、正極からの通電が開始され、通電角１２０°の範囲で正極からの通電が維持された後に、正極からの通電が終了する。また、Ｗ相では、Ｖ相の負極からの通電が終了した時点から、負極からの通電が開始され、通電角１２０°の範囲で負極からの通電が維持された後に、負極からの通電が終了する。このように、第１の制御では、正極からの通電及び負極からの通電が維持される範囲、つまり、通電角は、いずれも１２０°である。
【００６０】
つぎに、第２の制御の一例を示す図８（Ｂ）に基づいて説明する。Ｕ相では、０°で正極からの通電が開始され、正極からの通電は通電角で１２０°＋αの範囲で維持された後、正極からの通電が終了する。また、正極からの通電が終了した後、負極からの通電が開始され、負極からの通電が通電角で１２０°＋αの範囲で維持された後、負極からの通電が終了する。
【００６１】
Ｖ相では、Ｕ相の正極から通電されている間に、正極からの通電が開始される。また、正極からの通電は通電角で１２０°＋αの範囲で維持された後、正極からの通電が終了する。さらに、正極からの通電が終了した後、かつ、Ｕ相の負極からの通電が維持されている時点で、負極からの通電が開始されている。負極からの通電は、通電角で１２０°＋αの範囲で維持された後、負極からの通電が終了する。
【００６２】
Ｗ相では、Ｕ相の負極から通電され、かつ、Ｖ相の正極から通電されている間に、正極からの通電が開始される。また、正極からの通電は通電角で１２０°＋αの範囲で維持された後、正極からの通電が終了する。さらに、正極からの通電が終了した後、かつ、Ｕ相の正極からの通電が維持され、かつ、Ｖ相の負極からの通電が維持されている間に、負極からの通電が開始されている。負極からの通電は、通電角で１２０°＋αの範囲で維持された後、負極からの通電が終了する。図８（Ｂ）では、Ｕ相とＶ相、Ｖ相とＷ相、Ｗ相とＶ相とで、正極の通電のそれぞれが重なる部分はαの範囲となり、負極の通電についても同様である。
【００６３】
さらに、第２の制御の他の例を、図８（Ｃ）に基づいて説明する。Ｕ相では、０°を超え、かつ、３０°未満の通電角から正極からの通電が開始され、正極からの通電は通電角で１２０°＋αの範囲で維持された後、正極からの通電が終了する。なお、Ｕ相の負極における通電制御、Ｖ相の正極及び負極における通電制御、Ｗ相の正極及び負極における通電制御は、図８（Ｂ）と同じである。また、通電角１２０°＋αは、通電角が１２０°を超える値であることを意味する。本実施形態では、ブラシレスモータ１９の通電角を、１２０°以上であり、かつ、１８０°以下の範囲で制御する。
【００６４】
このように、第２の制御例における通電角は、第１の制御例における通電角よりも大きい。すなわち、第１の制御と第２の制御とは、互いに通電角が異なる。図８（Ｃ）では、Ｕ相とＶ相、Ｖ相とＷ相、Ｗ相とＶ相とで、正極の通電のそれぞれが重なる部分はαの範囲となり、負極の通電についても同様である。
【００６５】
そして、第１の制御または第２の制御と併せて、前述したデューティ比の制御が行われて、ロータ軸２２ａの回転数が制御される。図９は、ブラシレスモータ１９の特性を示す線図であり、ブラシレスモータ１９の単体特性は実線で示されている。そして、ブラシレスモータ１９の通電角を制御することで、見掛け上の特性を一点鎖線で示す位置とすることができる。単体特性は、車両１０の実車速が基準車速以下であるときの目標出力、つまり、低速用特性を満足する特性である。見掛け上の特性は、車両１０の実車速が基準車速を超えたときの目標出力、つまり、高速用特性を満足する特性である。目標出力は、ロータ軸２２ａの回転数及びトルクで表される。目標出力を決定する条件は、ワイパスイッチ３７の操作信号、車両１０の走行速度、ワイパアーム１４，１６の動作位置等を含む。
【００６６】
本実施形態のブラシレスモータ１９では、目標出力が単体特性以下の特性である場合は、第１の制御を実行し、かつ、デューティ比を制御することによりロータ軸２２ａの回転数を低下させ、低速用特性を得ることができる。これに対して、目標出力が単体特性を超える特性である場合は、第２の制御を実行してロータ軸２２ａの回転数を上昇させ、かつ、デューティ比を制御することにより、高速用特性を得ることができる。このため、ブラシレスモータ１９を設計上、単体特性を基準として定格を決定することができ、ブラシレスモータ１９の体格をなるべく小さくすることができる。ブラシレスモータ１９の電流値を変えずに通電角を広くすることで、ロータ軸２２ａの回転数を上昇させて、トルクを上昇させることができるということは、トルク定数が相対的に大きくなることを意味する。言い換えれば、本実施形態のブラシレスモータ１９は、より少ない消費電力でなるべく高トルクを発生することができ、モータ効率が向上する。さらに、ブラシレスモータ１９の出力が一定であると仮定すれば、消費電力を低く設定できる。
【００６７】
また、ブラシレスモータ１９の定格をなるべく小さくすることができるということは、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃの太さをなるべく細くすることを意味する。その結果、ステータ２１に巻き掛けられる電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃのターン数が増え、ブラシレスモータ１９としての電気抵抗が相対的に大きくなる。このため、例えば、駆動装置３３が故障したときにスイッチング素子３０ａに流れる電流、即ち、許容電流を、相対的に小さくすることができる。スイッチング素子３０ａにおける許容電流が相対的に小さくなるということは、駆動装置３３の小型化に寄与する。よって、ブラシレスモータ１９の小型化に寄与し、車両１０のエンジンルーム内にブラシレスモータ１９を配置するにあたり、レイアウト性が向上するメリットがある。
【００６８】
ここで、ブラシレスモータ１９の特性と通電角との関係の一例を、図１０に基づいて説明する。ブラシレスモータ１９の特性は回転数及びトルクで表されている。図１０では、通電角として１２０°、１３５°、１５０°、１６５°が示されている。図１０に示すように、ブラシレスモータ１９は、トルクが同じであるとすれば、通電角が大きいほど、回転数が高くなる特性を有する。
【００６９】
さらに、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ロータ軸２２ａの出力、すなわち、回転数及びトルクを制御するにあたり、第１の制御または第２の制御を実行中に、進角や通電角の値を切り替えることができる。第１の制御または第２の制御の実行中に進角や通電角の値を切り替える条件には、例えば、車両１０の走行速度が含まれる。
【００７０】
制御回路３２には、第１の制御または第２の制御の実行中、進角や通電角の値を走行速度に基づいて切り替えるために、しきい値となる基準車速が、予め記憶されている。そして、車速センサ４０の信号により検知される実車速が、基準車速以下となった場合、もしくは基準車速を超えた場合、第１の制御または第２の制御の実行中に、進角や通電角の値の切り替えが行われる。
【００７１】
次に、第１の制御及び第２の制御を実行するために用いるマップの一例を、図１１（Ａ）により説明する。ここでは、第１制御例が実行されると、１分間あたりにおけるワイパアーム１４，１６の払拭回数を４０回とする。第２制御例が実行されると、１分間あたりにおけるワイパアーム１４，１６の払拭回数を６０回とする。ワイパアーム１４，１６が作動を開始してから、停止するまでの所要時間は、往路及び復路共に、第１の制御が０．７５秒であり、第２の制御が０．５秒である。
【００７２】
第１の制御では、時刻ｔ２以前で出力軸回転数が上昇され、時刻ｔ２から時刻ｔ４の間、出力軸回転数が一定に制御され、時刻ｔ４から０．７５秒までの間、出力軸回転数を低下される。
【００７３】
第２の制御では、時刻ｔ１以前で出力軸回転数が上昇され、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間、出力軸回転数が一定に制御され、時刻ｔ３から０．５秒までの間、出力軸回転数を低下される。第２の制御が実行されて、時刻ｔ２から時刻ｔ４の間における出力軸回転数は、第１の制御が実行されて、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間における出力軸回転数よりも高い。なお、時刻ｔ３と時刻ｔ４との間に０．５秒があり、０．５秒と０．７５秒との間に、時刻ｔ４がある。
【００７４】
さらに、第１の制御及び第２の制御を実行するために用いるマップの一例を、図１１（Ｂ）により説明する。図１１（Ｂ）は、出力軸回転数とワイパアーム１４，１６の作動角との関係を示す。
【００７５】
第１の制御では、作動角θ１未満で出力軸回転数が上昇される。また、第１の制御では、作動角θ１以上、かつ、作動角θ未満では、出力軸回転数が一定に制御される。さらに、第１の制御では、作動角θ２以上で出力軸回転数が低下される。
【００７６】
第２の制御では、作動角θ１未満で出力軸回転数が上昇される。また、第２の制御では、作動角θ１以上、かつ、作動角θ未満では、出力軸回転数が一定に制御される。さらに、第２の制御では、作動角θ２以上で出力軸回転数が低下される。なお、作動角θ１は作動角θ２よりも小さい。
【００７７】
第２の制御が実行されるときの出力軸回転数は、ワイパアーム１４，１６の作動角に関わりなく、第１の制御が実行されるときの出力軸回転数よりも高い。、
次に、第１の制御または第２の制御の実行中に、進角や通電角の値の切り替えを実行する条件の例を順次説明する。
【００７８】
図１２は、ホールＩＣ３９の検知信号から求めたロータ軸２２ａの作動角に基づいて、第１の制御または第２の制御の実行中における進角や通電角の値の切り替えを実行する例を示す。図１２では、縦軸にロータ軸２２ａの回転数が示され、横軸に作動角が示されている。ロータ軸２２ａの回転数は実線で示されている。作動角は、ワイパアーム１４，１６の動作位置に対応するロータ軸２２ａの作動角を含む。
【００７９】
具体的に説明すると、ロータ軸２２ａの作動角は、図１に示すワイパアーム１４，１６が、ブラシレスモータ１９に最も近い初期位置、つまり、所定位置から動作したときの回転角度である。ロータ軸２２ａの作動角の最大値は、ワイパアーム１４，１６が反転する位置に対応する。つまり、ワイパアーム１４，１６の動作位置がブラシレスモータ１９から遠いほど、ロータ軸２２ａの作動角が大きくなる。ここで、ワイパアーム１４，１６が初期位置から動作を開始すると、ロータ軸２２ａの作動角が増加することに伴い回転数が上昇し、作動角θ１から作動角θ２の間では、ロータ軸２２ａの回転数がほぼ一定となっている。そして、作動角θ２から最大値となる間では、ロータ軸２２ａの回転数は徐々に低下する。
【００８０】
これとは逆に、ワイパアーム１４，１６が反転するときは、最大値から作動角θ２の間でロータ軸２２ａの回転数が上昇する。また、作動角θ２から作動角θ１の間では、ロータ軸２２ａの回転数がほぼ一定となっている。そして、作動角θ１から初期位置となる間では、ロータ軸２２ａの回転数は徐々に低下する。そして、第１の制御または第２の制御の実行中における進角や通電角の値の切り替えは、作動角θ１および作動角θ２で実行することができる。
【００８１】
ここで、作動角θ２は作動角θ１よりも大きい。また、ワイパアーム１４，１６の動作角度に基づいて、第１の制御または第２の制御の実行中における進角や通電角の値の切り替えを実行するにあたり、ワイパアーム１４，１６の作動角を、出力軸センサ３６の検知信号に基づいて求めることも可能である。なお、図１２に示す作動角θ１及び作動角θ２と、図１１（Ｂ）に示す作動角θ１及び作動角θ２とに対応関係はない。
【００８２】
さらに、第１の制御または第２の制御の実行中に、ホールＩＣ３９の検知信号から求めたロータ軸２２ａの回転数に基づいて、進角や通電角の値の切り替える例を、図１３に基づいて説明する。図１３では、縦軸に回転数が示され、横軸に時間が示されている。回転数は実線で示されている。図１３に示す時間は、ワイパアーム１４，１６が、初期位置から動作して反転位置に到達するまでの経過時間を意味する。そして、進角や通電角の値の切り替えは、ロータ軸２２ａの実回転数が回転数Ｎ１およびＮ２で実行する。ここで、回転数Ｎ２は回転数Ｎ１よりも高い。
【００８３】
図１３に示す回転数として、出力軸２６の回転数を用いることもできる。すなわち、出力軸センサ３６の信号から出力軸２６の回転数を求めて、第１の制御または第２の制御の実行中に、進角や通電角の値を切り替えることができる。この制御を行うと、ワイパアーム１４，１６の動作速度に基づいて、進角や通電角の値を切り替えることになる。
【００８４】
なお、ワイパアーム１４，１６の初期位置に対応する位置からロータ軸２２ａが回転を開始すると、時間の経過に伴いロータ軸２２ａの回転数は上昇する。その後、ロータ軸２２ａの回転数が所定時間の間一定に維持され、ロータ軸２２ａの回転数が徐々に低下している。ワイパアーム１４，１６が反転位置から戻るときは、上記とは逆の回転数の変化特性となる。
【００８５】
さらに、第１の制御または第２の制御の実行中に、進角や通電角の値を切り替える条件の他の例を、図１４に基づいて説明する。図１４は、ホールＩＣ３９で検知したロータ軸２２ａの回転数に基づいて、進角や通電角の値を切り替える例である。図１４では、縦軸にロータ軸２２ａの回転数が示され、横軸に時間が示されている。図１４に示す時間の意味は、図１３に示す時間の意味と同じである。そして、ワイパアーム１４，１６が初期位置から動作を開始した時点から、所定時間が経過した時刻ｔ１で、第１の制御及び第２の制御の最中における進角や通電角の値の切り替えが実行される。また、時刻ｔ１から、さらに所定時間が経過した時刻ｔ２で、第１の制御及び第２の制御の最中における進角や通電角の値の切り替えが実行される。なお、図１４の回転数として、出力軸センサ３６で検知した出力軸２６の回転数を用いることも可能である。つまり、ワイパアーム１４，１６の動作速度に基づいて、進角や通電角の値を切り替えることができる。
【００８６】
さらに、第１の制御または第２の制御の実行中に、進角や通電角の値を切り替える条件の他の例を、図１５に基づいて説明する。図１５（Ａ）は、高速払拭に対応する第２の制御を示し、図１５（Ｂ）は、低速払拭に対応する第１の制御を示す。ここで、図１５（Ａ）、（Ｂ）には、いずれの車速においても、作動角θが変わると、進角及び通電角を変更する制御が示されている。また、作動角θの変化量に対する進角、通電角の変化量は、全ての車速で同一にしてもよいし、車速毎に変えてもよい。
【００８７】
さらに、図１６（Ａ）、（Ｂ）は、出力軸回転数Ｎに基づいて、進角や通電角の値を切り替える例である。図１５（Ａ）は、高速払拭に対応する第２の制御を示し、図１５（Ｂ）は、低速払拭に対応する第１の制御を示す。ここで、図１５（Ａ）、（Ｂ）には、いずれの車速においても、出力軸回転数Ｎが変わると、進角及び通電角を変更する制御が示されている。また、出力軸回転数Ｎの変化量に対する進角、通電角の変化量は、全ての車速で同一にしてもよいし、車速毎に変えてもよい。
【００８８】
さらに、第１の制御または第２の制御の実行中に、進角や通電角の値を切り替える条件の他の例を、図１７に基づいて説明する。ここで、図１７（Ａ）、（Ｂ）には、いずれの車速においても、時間ｔが変わると、進角及び通電角を変更する制御が示されている。また、時間ｔの変化量に対する進角、通電角の変化量は、全ての車速で同一にしてもよいし、車速毎に変えてもよい。なお、時間ｔは、ワイパアーム１４，１６が初期位置から動作を開始した時点からの経過時間である。
【００８９】
次に、ブラシレスモータ１９に用いるロータ２２の構造例を、図１８に基づいて説明する。ブラシレスモータ１９のロータ２２の構造にはＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構造と、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）構造とがある。ＩＰＭ構造は、図１８（Ａ）のように、ロータコア２２ｄの内部に永久磁石２２ｂを埋め込んだロータ２２の構造である。ＳＰＭ構造は、図１８（Ｂ）のように、ロータコア２２ｄの表面に永久磁石２２ｂを固定するロータ２２の構造である。つまり、ＩＰＭ構造のロータ２２は、ロータ２２の表面には鉄系の磁性材料で成形されたロータコア２２ｄが配置される。これに対して、ＳＰＭ構造のロータ２２は、ロータ２２の表面には永久磁石２２ｂが配置される。そして、鉄系の磁性材料の透磁率は、空気に対して１０3 オーダーで大きいのに対して、永久磁石の透磁率は空気の値に近い。したがって、ＳＰＭ構造のロータ２２の方が、ＩＰＭ構造のロータ２２よりもインダクタンスが小さくなる。
【００９０】
本実施形態のブラシレスモータ１９の制御では、通電角を一般の１２０°よりも拡大するので、各相の無通電区間が狭くなる。そのため電流の切替えを早くするために、インダクタンスによるスイッチング素子オフ時の電流の遅れ区間を小さくしたい。よって、ロータ２２の構造としては、ＩＰＭ構造よりもＳＰＭ構造の方が好ましい。
【００９１】
また、ロータ２２がＳＰＭ構造であっても、永久磁石２２ｂとしてフェライト磁石を使うと、形成される磁気回路の軸長が大きくなる。一般に、電機子コイルにおけるインダクタンスは磁気回路の軸長に比例するので、永久磁石２２ｂとしてフェライト磁石を使うと、電機子コイル２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおけるインダクタンスが大きくなる。これに対して、永久磁石２２ｂとして希土類焼結磁石を使ったＳＰＭ構造のロータ２２とすれば、形成される磁気回路の軸長が小さくなり、かつ、電機子コイルにおけるインダクタンスを低減できる。しかしながら、希土類焼結磁石には高価な重希土類元素（Ｄｙ、Ｔｂ）が含まれるため、ブラシレスモータ１９が高価なものになってしまう。
【００９２】
そこで、永久磁石２２ｂとして、形成される磁気回路の軸長を小さくでき、かつ、重希土類元素を含まない希土類ボンド磁石のリングマグネットを使用し、ＳＰＭ構造のロータ２２とすることが好ましい。ここで、希土類ボンド磁石は、ネオジムボンド、ＳｍＦｅＮボンドを含む。また、ネオジムボンド、ＳｍＦｅＮボンドは、両方とも等方性、異方性を含む。
【００９３】
次に、ロータに取り付けられる永久磁石の数、つまり極数、及び電機子コイルを巻くステータのスロット数について説明する。極数とスロット数との比を極数：スロット数で表すと、大きく分類して、２ｎ：３ｎ、４ｎ：３ｎ、８ｎ：９ｎ、１０ｎ：９ｎ、１０ｎ：１２ｎ、１４ｎ：１２ｎの関係のものがある。ここで、ｎは１以上の整数である。８ｎ：９ｎ、１０ｎ：９ｎ、１０ｎ：１２ｎ、１４ｎ：１２ｎの構成は、同じ相における電機子コイルと永久磁石との位置関係が異なるため、通電タイミングに進角を付けたり、通電角を拡大することにより、ベースの値に対してより通電の位相が進んでしまう。そのため、永久磁石が減磁しやすくなる。
【００９４】
図１９は、６極９スロットに対応するロータ２２及びステータ２１の一例を示す模式図、図２０は、８極９スロットに対応するロータ２２及びステータ２１の一例を示す模式図である。つまり、図１９は、前記２ｎ：３ｎであり、かつ、ｎが３である場合の例である。図１９、図２０に示すステータ２１は、環状のステータコア５０を有し、ステータコア５０の内周に、複数のティース５０ａが円周方向に沿って設けられている。図１９、図２０に示すステータコア５０は、ティース５０ａを９個有する。複数のティース５０ａは間隔をおいて配置され、かつ、内側に向けて突出している。
【００９５】
複数のティース５０ａには、それぞれ電機子コイルが巻かれている。ＶはＶ相の電機子コイル、ＵはＵ相の電機子コイル、ＷはＷ相の電機子コイルを表す。また、各相における「−」の符号は、電機子コイルが逆向きに巻かれていることを表す。また、図２０は、前記８ｎ：９ｎであり、かつ、ｎが１である場合の例である。図２０では、円周方向で、同じ相の電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３と、永久磁石２２ｂとの位置関係が等しい。このため、通電タイミングの進角設定値を通電角θ１とすると、各電機子コイルの進角は、
Ｕ１：θ１＝Ｕ２：θ１＝Ｕ３：θ１
で表される。
【００９６】
一方、図２０では、円周方向で、同じ相の電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３と永久磁石２２ｂとの位置関係が異なる。このため、通電タイミングの進角設定値を通電角θ１とすると、各電機子コイルの進角は、
Ｕ１：θ１−２０°＝Ｕ２：θ１＝Ｕ３：θ１＋２０°
で表される。なお、ロータ２２の回転方向は、ウォームホイール２５側の軸端から見て時計方向、つまり、ＣＷであるものとする。このように、Ｕ３に対向した永久磁石２２ｂは進角大のため減磁しやすくなる。
【００９７】
よって、第１の制御及び第２の制御を行なうには、同じ相の電機子コイルと永久磁石との位置関係が等しい２ｎ：３ｎまたは４ｎ：３ｎの構造を有するブラシレスモータが望ましい。さらに永久磁石の数が多くなると、機械的な回転角に対する通電角の影響が大きくなる、つまり、電流の遅れの影響が大となる。このため、同じスロット数であれば、永久磁石の数を少なくできる２ｎ：３ｎの構成が好ましい。なお、駆動装置３３とステータ２１とは一体構造でも別体構造でもよい。しかしながら、駆動装置３３から電機子コイルへの配線が短かく、配線抵抗が小さくすることができるように、駆動装置３３とステータ２１とが一体構造である方が望ましい。
【００９８】
さらに、ブラシレスモータ１９のデューティ比を制御すると、モータ特性の一例であるモータ効率は、デューティ比が高いほど、駆動装置３３も含めたモータ効率が高くなる。これは、デューティ比が低くなるほど、駆動装置３３による損失が大きくなるためである。デューティ比と、モータ特性との関係の一例を図２１に示す。図２１においては、縦軸にロータ軸の回転数、モータ効率が示され、横軸にロータ軸のトルクが示されている。また、図２１において、Ｄｕｔｙはデューティ比を表す。なお、図２１において、実線はトルクと回転数との関係を示し、破線はトルクと効率との関係を示す。
【００９９】
本実施形態のブラシレスモータ１９は、第１の制御と第２の制御とを切り替える条件として、ワイパスイッチ３７の操作を用いることができる。運転者は、降雨量または降雪量が少ないとき、ワイパスイッチ３７を操作して、ワイパアーム１４，１６を予め定められた低速で動作させる低速払拭モードを選択することができる。
【０１００】
これに対して、運転者は、降雨量また降雪量が多いとき、ワイパスイッチ３７を操作して、ワイパアーム１４，１６を、前記低速よりも高速で動作させる高速払拭モードを選択することができる。運転者は、降雨量または降雪量が多い、少ないを自分の主観で判断するのであり、降雨量または降雪量が多い、少ないを区別する客観的な基準があるわけではない。ワイパスイッチ３７により、高速払拭モードと低速払拭モードとの切り替えができることを前提として、低速払拭モードが選択された場合に第１の制御を実行し、高速払拭モードが選択された場合に第２の制御を実行することが可能である。
【０１０１】
さらにまた、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ブラシ、コミュテータ（整流子)等が設けられていないため、ブラシとコミュテータとの摺動によるフリクショントルクの発生もなく、モータの効率低下、ブラシの温度上昇を防止し、モータ出力が制限されることを回避できる。さらに、本実施形態のブラシレスモータ１９は、ブラシがあることに起因するノイズの発生、作動音の発生を防止でき、静粛性を確保できる。なお、上記の実施形態では、ロータ軸２２ａの回転数、トルク、作動角に基づいて、第１の制御と第２の制御とを切り替える説明となっているが、ロータ軸２２ａはロータ２２の一部を構成する要素であるから、上記実施形態で記載されているロータ軸２２ａを、ロータ２２と置き換えても、技術的意味は同じである。
【０１０２】
（実施の形態２）
次に、ブラシレスモータの他の例を、図２２〜図２９を参照して説明する。なお、図２２〜図２９において、図１〜図３、図１８〜図２０に示す構成と同じ構成については、同じ符号を付してある。ステータコア５０は、複数、具体的には６個のティース５０ａが円周方向に設けられている。６個のティース５０ａには、それぞれ電機子コイルが巻かれている。ステータコア５０は、円周方向に６個に分割されている。
【０１０３】
図２７において、Ｖ１，Ｖ２はＶ相の電機子コイル、Ｕ１，Ｕ２はＵ相の電機子コイル、Ｗ１，Ｗ２はＷ相の電機子コイルを表す。そして、図２７においては、ステータ２１の時計回りに、電機子コイルＵ１、電機子コイルＶ１、電機子コイルＷ１、電機子コイルＵ２、電機子コイルＶ２、電機子コイルＷ２の順序で設けられている。
【０１０４】
さらに、図２８及び図２９のように、電機子コイルＵ１の端部Ｕａと、電機子コイルＷ２の端部Ｕｂとを、端子５１により結線している。また、電機子コイルＵ２の端部Ｖｂと、電機子コイルＶ１の端部Ｖａとを、端子５２により結線している。さらに、電機子コイルＷ１の端部Ｗａと、電機子コイルＶ２の端部Ｗｂとを、端子５３により結線している。このように、実施の形態２のブラシレスモータ１９は、電機子コイルの結線構造として、Δ結線を採用している。
【０１０５】
一方、ケース２３及びフレーム２４の内部に亘り、カプラ５４が設けられている。カプラ５４は樹脂により成形されており、カプラ５４に端子５１，５２，５３が取り付けられている。カプラ５４は回転しないように，ステータ２１により保持されている。
【０１０６】
なお、ケース２３内には軸受５５が設けられており、フレーム２４により軸受５６が支持されている。ロータ軸２２ａは、軸受５５，５６により回転可能に支持されている。また、実施の形態２におけるブラシレスモータ１９は、図４に示す制御系統を有する。実施の形態２のブラシレスモータ１９は、実施の形態１のブラシレスモータ１９と同じ構成については、実施の形態１と同様の動作、作用が生じる。実施の形態２のブラシレスモータ１９は、実施の形態１のブラシレスモータ１９と同様の制御を実行でき、同様の効果を得られる。また、実施の形態２のブラシレスモータ１９は、電機子コイルをΔ結線してあり、３個の端子５１，５２，５３を用いることで、電機子コイルを接続でき、部品点数を低減できる。
【０１０７】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、ワイパ装置は、ブラシレスモータのロータ軸が一方向にのみ回転して、ワイパアームがピボット軸を中心として揺動する構成を含む。また、ワイパスイッチは運転者の操作により操作されるものに限らず、降雨量、降雪量等を検出する機能を有する検出スイッチであってもよい。このように構成されていれば、降雨量、降雪量等に基づいて、回転数制御部がワイパ装置を自動的に起動させ、かつ、低速払拭モード、高速モードを自動的に切り替える制御を実行する。この場合、回転数制御部には、低速モード、高速モードを切り替える基準となる降雨量、降雪量等のデータが予め記憶されている。
【０１０８】
さらにまた、車両の走行速度を検知する車速センサは、車両の走行速度を直接検知せずに、抵抗や払拭面の状態など、ワイパブレードからワイパ装置に伝えられる情報や、ブラシレスモータに間接的に伝えられる情報により検知するようにしてもよい。ここで、抵抗とは走行風によりワイパブレードが受ける抵抗や払拭面を払拭する際の抵抗であり、ワイパ装置は、抵抗や払拭面の状態等を、ワイパブレードから出力軸を介して検知する。また、ブラシレスモータに間接的に伝えられる情報は、抵抗や払拭面の状態等により得られた情報を車両の走行速度として認識するためのものであり、またその情報は駆動装置にて車両の走行速度として検出されるよう変換されることで検知される。さらにまた、電機子コイルの数、永久磁石の数は任意に変更可能である。
【０１０９】
また、ブラシレスモータは、２ｎ：３ｎの組み合わせの中で最小の極数である２極３スロットは、機械的に対向した位置に、同じ相の電機子コイルが巻かれたティースがない。このため、ロータ軸の開店中に軸を振れ回す加振力が加わり、振動や作動音を招く可能性がある。このため、極数を少なくするという観点では、４極６スロットがよい。また、コントローラとしての駆動装置と、ブラシレスモータとは別体でもよいが、駆動装置と、ブラシレスモータとを一体化すると、駆動装置からブラシレスモータへの配線が短くなり、かつ、配線抵抗が小さくすることができる。
【０１１０】
また、本発明のワイパ装置は、ワイパブレードがリヤガラスを払拭するものを含む。即ち、本発明のワイパ装置におけるウィンドガラスは、フロントガラス及びリヤガラスを含む。また、本発明のワイパ装置は、ウォームホイールと同軸に設けられた出力軸が、ピボット軸を兼ねている構成を含む。さらに、本発明のワイパ装置は、２本のワイパアームを、それぞれ別個のブラシレスモータにより単独で駆動する構成を含む。
【０１１１】
さらにまた、本発明のブラシレスモータは、ステータの内側にロータが配置されたインナロータ形のブラシレスモータ、またはステータの外側にロータが配置されたアウタロータ形のブラシレスモータを含む。さらに、本実施形態のブラシレスモータは、ワイパ装置を動作させるワイパモータの他、車両に設けられる利便快適系装置、例えば、パワースライドドア装置、サンルーフ装置、パワーウィンド装置等において、ドア、ルーフ、ガラス等の動作部材を動作させるために設けられるブラシレスモータを含む。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  車両
１１  フロントガラス
１２  ワイパ装置
１３，１５  ピボット軸
１４，１６  ワイパアーム
１７，１８  ワイパブレード
１９  ブラシレスモータ
２０  動力伝達機構
２１  ステータ
２１ａ  電機子コイル
２２  ロータ
２２ａ  ロータ軸
２２ｂ  永久磁石
２２ｃ  ウォーム
２２ｄ  ロータコア
２３  ケース
２４  フレーム
２４ａ  開口部
２５  ウォームホイール
２５ａ  ギヤ
２６  出力軸
２７  減速機構
２８  アンダーカバー
２９  制御基板
３０  インバータ回路
３０ａ  スイッチング素子
３１  外部電源
３２  制御回路
３３  駆動装置
３４  ＰＷＭ信号発生回路
３５  誘起電圧検出部
３６  出力軸センサ
３７  ワイパスイッチ
３８  センサマグネット
３９  ホールＩＣ
４０  車速センサ
５０  ステータコア
５０ａ  ティース
５１，５２，５３  端子
５４  カプラ
５５，５６  軸受
Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２  電機子コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014195389.tif 000013
【図１２】
2014195389.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2014195389.tif 000019
【図１８】
2014195389.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2014195389.tif 000027
【図２６】
2014195389.tif 000028
【図２７】
2014195389.tif 000029
【図２８】
2014195389.tif 000030
【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年10月18日(2013.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2014195389.tif 000032
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2014195389.tif 000033
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２３】
2014195389.tif 000034
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２４】
2014195389.tif 000035
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2014195389.tif 000036
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2014195389.tif 000037
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２７】
2014195389.tif 000038
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２８】
2014195389.tif 000039
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２９】
2014195389.tif 000040