(57)【要約】【課題】ワイパモータの出力軸のトルクを向上させると共にワイパモータが過負荷になることを防止できるワイパ装置を提供する。【解決手段】ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、出力軸３６、３８のトルクを向上させる場合に、ロータの磁極の位置に対応したタイミングでワイパモータ１８、２０のコイルに通電する高トルク回転制御が行われるように駆動回路６０Ａ、６２Ａを制御すると共に、出力軸３６、３８の回転速度を向上させる場合に、ロータの磁極の位置に対応したタイミングより電気角で進角させたタイミングでワイパモータ１８、２０のコイルに通電する高回転制御が行われるように駆動回路６０Ａ、６２Ａを制御する。【選択図】図１
2018114954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ及び回転磁界を発生するコイルを備え、回転磁界に応じたロータの回転によりワイパブレードを払拭動作させるワイパモータと、
前記コイルに通電して回転磁界を発生させ、前記ワイパモータを回転駆動する駆動部と、
前記ワイパモータの回転速度を向上させる場合に、前記ロータの回転位置に対応したタイミングより電気角で進角したタイミングで前記コイルに通電する高回転制御が行われるように前記駆動部を制御すると共に、前記ワイパモータのトルクを向上させる場合に、前記ロータの回転位置に対応したタイミングで前記コイルに通電することにより、前記高回転制御よりも低電流で同等のトルクを得る高トルク回転制御が行われるように前記駆動部を制御する制御部と、
を含むワイパ装置。
【請求項２】
前記ワイパモータのトルクを向上させる場合は、前記ワイパブレードの払拭動作が阻害された場合である請求項１に記載のワイパ装置。
【請求項３】
前記コイルの電流値を検出する電流検出部を備え、
前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記電流値が所定の閾値を超えた場合に前記ワイパブレードの払拭動作が阻害されたと判定する請求項２に記載のワイパ装置。
【請求項４】
前記駆動部の温度を検出する温度検出部を備え、
前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記温度が所定の閾値温度を超えた場合に前記ワイパブレードの払拭動作が阻害されたと判定する請求項２に記載のワイパ装置。
【請求項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備え、
前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記回転角度検出部が検出した前記出力軸の回転角度が変化しない場合に前記ワイパブレードの払拭動作が阻害されたと判定する請求項２に記載のワイパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイパ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイパ装置を駆動させるワイパモータには、回転子（ロータ）に永久磁石を用い、固定子（ステータ）に電磁石（コイル）を用いたブラシレスＤＣモータが使われる場合がある。同期モータであるブラシレスＤＣモータは、一般に、コイルに印加される電圧が高くなるとロータの回転数が上がるものの、ロータの中心に設けられた出力軸のトルクは低下する性質を有している。また、ブラシレスＤＣモータは、外力の作用により出力軸の回転が妨げられて高負荷の状態になると、出力軸の回転数は低下するものの出力軸のトルクは大きくなるという性質を有している。
【０００３】
図６は、ブラシレスＤＣモータにおける出力軸のトルクに対する出力軸の回転数（回転速度）及びワイパモータのコイルを流れる電流の変化を示した説明図である。図６の出力軸のトルクと出力軸の回転数との関係を示す直線９６Ｒに示したように、出力軸のトルクが大きくなるに従って出力軸の回転数は低下する。
【０００４】
ワイパ装置の場合、ワイパモータの出力軸に作用する外力には、一例としてウィンドシールドガラス上の積雪による払拭動作の抵抗がある。ワイパモータで駆動されるワイパブレードの払拭動作が積雪で阻害されると、ワイパモータは過負荷になり、ワイパモータのコイルを流れる電流（以下、「モータ電流」と略記）が大きくなり、図６の出力軸のトルクとモータ電流との関係を示す直線９６Ｉに示すように、トルクが大きくなるとワイパモータの発熱及び消費電力が増大する。そして、モータ電流がワイパモータの定格を超えると、ワイパモータ及びワイパモータの駆動回路を損傷するおそれがある。
【０００５】
図６に示した除雪時に要するトルクに対応した除雪時動作点Ｐβでは、モータ電流が除雪時モータ電流Ｉ２として示した値に達し、通常払拭時動作範囲９８として許容される電流値を超えるおそれがある。
【０００６】
特許文献１には、ブラシレスＤＣモータのコイルに電圧を印加する時間を変更することにより、ブラシレスＤＣモータの出力軸のトルクを増大させるワイパ装置の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１２６５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術は、ブラシレスＤＣモータのロータの回転のトルク変動であるトルクリップルを解消するためのものであり、ブラシレスＤＣモータの出力軸のトルクを増大させると、モータ電流が増大し、ブラシレスＤＣモータが過負荷になるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、ワイパモータの出力軸のトルクを向上させると共にワイパモータが過負荷になることを防止できるワイパ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載のワイパ装置は、ロータ及び回転磁界を発生するコイルを備え、回転磁界に応じたロータの回転によりワイパブレードを払拭動作させるワイパモータと、前記コイルに通電して回転磁界を発生させ、前記ワイパモータを回転駆動する駆動部と、前記ワイパモータの回転速度を向上させる場合に、前記ロータの回転位置に対応したタイミングより電気角で進角したタイミングで前記コイルに通電する高回転制御が行われるように前記駆動部を制御すると共に、前記ワイパモータのトルクを向上させる場合に、前記ロータの回転位置に対応したタイミングで前記コイルに通電することにより、前記高回転制御よりも低電流で同等のトルクを得る高トルク回転制御が行われるように前記駆動部を制御する制御部と、を含んでいる。
【００１１】
このワイパ装置によれば、コイルへの通電をロータの回転位置に対応したタイミングを基点として電気角を進角させることで、高トルク回転制御から高回転制御へと制御モードを切り替えることができる。言い換えれば、高回転制御のタイミングよりも遅いタイミングで変化する電圧を駆動部に生成させる高トルク回転制御を行うことにより、ワイパモータの出力軸のトルクを向上させると共にワイパモータに流れる電流が小さくなり、ワイパモータが過負荷になることを防止できる。
【００１２】
請求項２に記載のワイパ装置は、請求項１に記載のワイパ装置において、前記ワイパモータのトルクを向上させる場合は、前記ワイパブレードの払拭動作が阻害された場合である。
【００１３】
このワイパ装置によれば、払拭動作が積雪等の障害物で阻害された場合に、出力軸のトルクを向上させる高トルク回転制御を行うことにより、当該障害物を排除して払拭動作を再開させることができる。
【００１４】
請求項３に記載のワイパ装置は、請求項２に記載のワイパ装置において、前記コイルの電流値を検出する電流検出部を備え、前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記電流値が所定の閾値を超えた場合に前記ワイパブレードの払拭動作が阻害されたと判定する。
【００１５】
このワイパ装置によれば、コイルの電流が過大になった場合に払拭動作が阻害されたと判定し、高トルク回転制御を行うことにより、障害物を排除して払拭動作を再開させることができる。
【００１６】
請求項４に記載のワイパ装置は、請求項２に記載のワイパ装置において、前記駆動部の温度を検出する温度検出部を備え、前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記温度が所定の閾値温度を超えた場合に前記ワイパブレードの払拭動作が阻害されたと判定する。
【００１７】
このワイパ装置によれば、駆動部が高温になった場合に払拭動作が阻害されたと判定し、高トルク回転制御を行うことにより、障害物を排除して払拭動作を再開させることができる。
【００１８】
請求項５に記載のワイパ装置は、請求項２に記載のワイパ装置において、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備え、
前記制御部は、前記ワイパブレードの払拭動作中に前記回転角度検出部が検出した前記出力軸の回転角度が変化しない場合に前記ワイパブレードの払拭動作が阻害されたと判定する。
【００１９】
このワイパ装置によれば、出力軸の回転角度が変化しない場合に払拭動作が阻害されたと判定し、高トルク回転制御を行うことにより、障害物を排除して払拭動作を再開させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るワイパ装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る右ワイパ装置のワイパ制御回路の構成の一例の概略を示すブロック図である。
【図３】本発目の実施の形態に係るワイパ装置のワイパモータにおける出力軸のトルクに対する出力軸の回転数（回転速度）及びモータ電流の変化を示した説明図である。
【図４】（Ａ）は高トルク回転制御におけるコイルへの通電パターンの一例を示したタイムチャートであり、（Ｂ）は、高回転制御におけるコイルへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係るワイパ装置のワイパモータの回転制御処理の一例を示したフローチャートである。
【図６】ブラシレスＤＣモータにおける出力軸のトルクに対する出力軸の回転数（回転速度）及びモータ電流の変化を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本実施の形態に係るワイパ装置１０の構成を示す概略図である。ワイパ装置１０は、一例として、車両のウィンドシールドガラス１２の下部の左（助手席側）に左ワイパ装置１４、車両のウィンドシールドガラス１２の下部の右（運転席側）に右ワイパ装置１６を各々備えたダイレクトドライブによるタンデム式のワイパ装置である。なお、本実施の形態における左右は、車室内から見ての左右である。本実施の形態に係るワイパ装置１０は、左ワイパ装置１４のワイパアーム２６と、右ワイパ装置１６のワイパアーム２８とを、各々同一方向に回動させる。従って、左ワイパ装置１４の出力軸３６と、右ワイパ装置１６の出力軸３８とを、各々同一方向に回転させている。
【００２２】
左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６は、ワイパモータ１８、２０、減速機構２２、２４、ワイパアーム２６、２８及びワイパブレード３０、３２を各々備えている。ワイパモータ１８、２０は、ウィンドシールドガラス１２の左下方及び右下方の各々に設けられている。
【００２３】
左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６は、ワイパモータ１８、２０の正逆回転が減速機構２２、２４で各々減速され、減速機構２２、２４によって減速された正逆回転で出力軸３６、３８が各々回転する。さらに、出力軸３６、３８の正逆回転の回転力がワイパアーム２６、２８に各々作用することによりワイパアーム２６、２８が格納位置Ｐ３から下反転位置Ｐ２に移動し、下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との間を往復動作する。かかるワイパアーム２６、２８の動作により、ワイパアーム２６、２８の先端に各々設けられたワイパブレード３０、３２がウィンドシールドガラス１２表面の下反転位置Ｐ２から上反転位置Ｐ１の間を払拭する。なお、減速機構２２、２４は、例えばウォームギア等で構成され、ワイパモータ１８、２０の回転を、ワイパブレード３０、３２によるウィンドシールドガラス１２表面の払拭に適した回転速度に各々減速し、当該回転速度で出力軸３６、３８を各々回転させる。
【００２４】
本実施の形態に係るワイパモータ１８、２０は、上述のように、ウォームギアで構成された減速機構２２、２４を各々有しているので、出力軸３６、３８の回転速度及び回転角度は、ワイパモータ１８、２０本体の回転速度及び回転角度と同一ではない。しかしながら、本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０と減速機構２２、２４は各々一体不可分に構成されているので、以下、出力軸３６、３８の回転速度及び回転角度を、ワイパモータ１８、２０の各々の回転速度及び回転角度とみなす。本実施の形態では、例えば、左ワイパ装置１４の出力軸３６の回転方向を、右ワイパ装置１６の出力軸３８の回転方向に同期させることにより、出力軸３６及び出力軸３８を各々同一方向に回転させている。
【００２５】
ワイパモータ１８、２０には、ワイパモータ１８、２０の回転を制御するためのワイパ制御回路６０、６２が各々接続されている。本実施の形態に係るワイパ制御回路６０は駆動回路６０Ａ及びワイパＥＣＵ６０Ｂを、ワイパ制御回路６２は、駆動回路６２Ａ及びワイパＥＣＵ６２Ｂを、各々含む。
【００２６】
ワイパＥＣＵ６０Ｂには、ワイパモータ１８の出力軸３６の回転速度及び回転角度を各々検知する回転角度センサ４２が接続されている。ワイパＥＣＵ６２Ｂには、ワイパモータ２０の出力軸３８の回転速度及び回転角度を各々検知する回転角度センサ４４が接続されている。ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、回転角度センサ４２、４４からの信号に基づいて、ウィンドシールドガラス１２上でのワイパブレード３０、３２の位置を各々算出する。また、ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、算出した位置に応じて出力軸３６、３８の回転速度が変化するように駆動回路６０Ａ、６２Ａを各々制御する。なお、回転角度センサ４２、４４は、ワイパモータ１８、２０の減速機構２２、２４内に各々設けられ、出力軸３６、３８に連動して回転する励磁コイル又はマグネットの磁界（磁力）を電流に変換して検出する。また、出力軸３６、３８の回転速度の制御は、後述するメモリ等に記憶された、ワイパブレード３０、３２の位置に応じて出力軸３６、３８の回転速度を規定した速度マップ（図示せず）を参照して行う。
【００２７】
駆動回路６０Ａ、６２Ａは、ワイパモータ１８、２０を各々作動させるための電圧（電流）をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって生成してワイパモータ１８、２０に各々供給する。駆動回路６０Ａ、６２Ａは、スイッチング素子に電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用した回路を含み、駆動回路６０ＡはワイパＥＣＵ６０Ｂの、駆動回路６２ＡはワイパＥＣＵ６２Ｂの、各々の制御によって、所定のデューティ比の電圧を出力する。
【００２８】
ワイパＥＣＵ６０ＢとワイパＥＣＵ６２Ｂとは、例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）等のプロトコルを用いた通信で連携させることにより、左ワイパ装置１４及び右ワイパ装置１６の動作を同期させている。また、ワイパ制御回路６２のワイパＥＣＵ６２Ｂには、車両制御回路６４を介して、ワイパスイッチ６６が接続されている。
【００２９】
ワイパスイッチ６６は、車両のバッテリからワイパモータ１８、２０に供給される電力をオン又はオフするスイッチである。ワイパスイッチ６６は、ワイパブレード３０、３２を、低速で動作させる低速作動モード選択位置、高速で動作させる高速作動モード選択位置、一定周期で間欠的に動作させる間欠作動モード選択位置、停止モード選択位置に切替可能である。また、各モードの選択位置に応じてワイパモータ１８、２０を回転させるための指令信号を車両制御回路６４を介してワイパＥＣＵ６２Ｂに出力する。また、ワイパＥＣＵ６２Ｂに入力された指令信号は、前述のＬＩＮ等のプロトコルを用いた通信によってワイパＥＣＵ６０Ｂにも入力される。図１では、便宜上、右ワイパ装置１６をマスタワイパ、左ワイパ装置１４をスレーブワイパとする。
【００３０】
ワイパスイッチ６６から各モードの選択位置に応じて出力された信号がワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂに入力されると、ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂがワイパスイッチ６６からの出力信号に対応する制御を行う。具体的には、ワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、ワイパスイッチ６６からの指令信号と前述の速度マップとに基づいて出力軸３６、３８の回転速度を算出する。さらにワイパＥＣＵ６０Ｂ、６２Ｂは、算出した回転速度で出力軸３６、３８が回転するように駆動回路６０Ａ、６２Ａを制御する。
【００３１】
図２は、本実施の形態に係る右ワイパ装置１６のワイパ制御回路６２の構成の一例の概略を示すブロック図である。また、図２示したワイパモータ２０は、一例として、ブラシレスＤＣモータであるが、ブラシ付きＤＣモータであってもよい。なお、左ワイパ装置１４のワイパ制御回路６０の構成は、右ワイパ装置１６のワイパ制御回路６２と同様なので、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
図２に示したワイパ制御回路６２は、ワイパモータ２０の固定子（ステータ）のコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗの端子に印加する電圧を生成する駆動回路６２Ａと、駆動回路６２Ａを構成するスイッチング素子のオン及びオフを制御するワイパＥＣＵ６２Ｂとを含んでいる。
【００３３】
ワイパモータ２０のロータ７２は、各々３つのＳ極及びＮ極の永久磁石で構成されており、ステータのコイルに生じた回転磁界に追随して回転するように構成されている。ロータ７２の磁界は、ホールセンサ７０によって検知される。ホールセンサ７０は、ロータ７２の永久磁石の極性に対応してロータ７２とは別に設けられたセンサマグネットの磁界を検知してもよい。ホールセンサ７０は、ロータ７２又はセンサマグネットの磁界を、ロータ７２の位置を示す磁界として検知する。
【００３４】
ホールセンサ７０は、ロータ７２又はセンサマグネットにより形成された磁界を検出することにより、ロータ７２の位置を検出するためのセンサである。ホールセンサ７０は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相に対応する３つのホール素子を含んでいる。ホールセンサ７０は、ロータ７２の回転によって生じた磁界の変化を、正弦波に近似した電圧の変化の信号として出力する。
【００３５】
ホールセンサ７０が出力した信号は、制御回路であるワイパＥＣＵ６２Ｂに入力される。ワイパＥＣＵ６２Ｂは、集積回路であり、スタンバイ回路５０によって電源であるバッテリ８０から供給される電力が制御されている。
【００３６】
ホールセンサ７０からワイパＥＣＵ６２Ｂに入力されたアナログ波形の信号は、ワイパＥＣＵ６２Ｂ内にある、コンパレータ等のアナログ信号をデジタル信号に変換する回路を備えたホールセンサエッジ検出部５６に入力される。ホールセンサエッジ検出部５６では、入力されたアナログ波形をデジタル波形に変換し、デジタル波形からエッジ部分を検出する。
【００３７】
デジタル波形及びエッジの情報はモータ位置推定部５４に入力され、ロータ７２の位置が算出される。算出されたロータ７２の位置の情報は、通電制御部５８に入力される。
【００３８】
また、ワイパＥＣＵ６２Ｂの指令値算出部５２には、ワイパスイッチ６６からワイパモータ２０（ロータ７２）の回転速度を指示するための信号が入力される。指令値算出部５２は、ワイパスイッチ６６から入力された信号からワイパモータ２０の回転速度に係る指令を抽出して、通電制御部５８に入力する。
【００３９】
通電制御部５８は、モータ位置推定部５４で算出されたロータ７２の磁極の位置に応じて変化する電圧の位相を算出すると共に、算出した位相及びワイパスイッチ６６により指示されたロータ７２の回転速度に基づいて駆動デューティ値を決定する。また、通電制御部５８は、駆動デューティ値に応じたパルス信号であるＰＷＭ信号を生成して駆動回路６２Ａに出力するＰＷＭ制御を行う。当該ＰＷＭ制御により、駆動回路６２Ａは、ロータ７２の磁極の位置に基づいたタイミングで変化する電圧を生成し、ステータ４０のコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加する。当該電圧が印加されたコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗには、ロータ７２を回転させる回転磁界が生じる。
【００４０】
駆動回路６２Ａは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）インバータにより構成されている。図２に示すように、駆動回路６２Ａは、各々が上段スイッチング素子としての３つのＮチャンネル電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ（以下、「ＦＥＴ７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ」と言う）、各々が下段スイッチング素子としての３つのＮチャンネル電界効果トランジスタ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗ（以下、「ＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗ」と言う）とを備えている。なお、ＦＥＴ７４Ｕ、７４Ｖ、７４Ｗ及びＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗは、各々、個々を区別する必要がない場合は「ＦＥＴ７４」、「ＦＥＴ７６」と総称し、個々を区別する必要がある場合は、「Ｕ」、「Ｖ」、「Ｗ」の符号を付して称する。
【００４１】
ＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６のうち、ＦＥＴ７４Ｕのソース及びＦＥＴ７６Ｕのドレインは、コイル４０Ｕの端子に接続されており、ＦＥＴ７４Ｖのソース及びＦＥＴ７６Ｖのドレインは、コイル４０Ｖの端子に接続されており、ＦＥＴ７４Ｗのソース及びＦＥＴ７６Ｗのドレインは、コイル４０Ｗの端子に接続されている。
【００４２】
ＦＥＴ７４及びＦＥＴ７６のゲートは通電制御部５８に接続されており、ＰＷＭ信号が入力される。ＦＥＴ７４及びＦＥＴ７６は、ゲートにＨレベルのＰＷＭ信号が入力するとオン状態になり、ドレインからソースに電流が流れる。また、ゲートにＬレベルのＰＷＭ信号が入力されるとオフ状態になり、ドレインからソースへ電流が流れない状態になる。
【００４３】
また、本実施の形態のワイパ制御回路６２には、バッテリ８０、ノイズ防止コイル８２、及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂ等が構成されている。バッテリ８０、ノイズ防止コイル８２、及び平滑コンデンサ８４Ａ、８４Ｂは略直流電源を構成している。
【００４４】
また、本実施の形態のワイパ制御回路６２の基板上には、抵抗Ｒ１を介して一端に制御電圧Ｖｃｃが印加されると共に他端が接地され、基板の温度を抵抗値として検知するチップサーミスタＲＴが実装されている。本実施の形態に用いられるチップサーミスタＲＴは温度の上昇に対して抵抗が減少するＮＴＣ (Negative Temperature Coefficient)サーミスタであり、温度が上昇するにつれてチップサーミスタＲＴの抵抗値は減少する。なお、反転回路を併用することで、温度が上昇するにつれて抵抗値が増大するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタを使用してもよい。
【００４５】
チップサーミスタＲＴ及び抵抗Ｒ１は、一種の分圧回路を構成しており、抵抗Ｒ１と接続されているチップサーミスタＲＴの一端からは、チップサーミスタＲＴの抵抗値に基づいて変化する電圧が出力される。チップサーミスタＲＴの一端から出力された電圧は通電制御部５８において過熱判定値と比較され、チップサーミスタＲＴの一端から出力された電圧が過熱判定値以下の場合には、ワイパ制御回路６２が過熱状態であると判定する。前述のように、本実施の形態に係るチップサーミスタＲＴは、温度の上昇に対して抵抗が減少するタイプなので、抵抗Ｒ１とチップサーミスタＲＴとで構成された分圧回路の出力端でもあるチップサーミスタＲＴの一端から出力される電圧は、温度の上昇に応じて低下する。通電制御部５８は、チップサーミスタＲＴの一端から出力された電圧が過熱判定値以下の場合に回路が過熱していると判定する。過熱判定値は基板に実装される素子及びチップサーミスタＲＴの位置等によって変化するが、一例として１４５℃においてチップサーミスタＲＴと抵抗Ｒ１との分圧回路が出力する電圧である。
【００４６】
また、ＦＥＴ７６Ｕ、７６Ｖ、７６Ｗの各々のソースとバッテリ８０との間には電流検知部６８が設けられている。電流検知部６８は、抵抗値が０．２ｍΩ〜数Ω程度のシャント抵抗と、シャント抵抗の両端の電位差を増幅してシャント抵抗の電流に比例する電圧値を信号として出力するアンプとを含み、アンプが出力した信号は、通電制御部５８に入力される。通電制御部５８では、電流検知部６８が出力した信号と過電流判定値とを比較し、電流検知部６８が出力した信号が過電流判定値以上の場合にモータ電流が過電流であると判定する。なお、図２には図示していないが、ワイパ制御回路６０、６２の基板上には、バッテリ８０の電圧を検出する電圧センサ等が実装されている。
【００４７】
以下、本実施の形態に係るワイパ装置１０の作用及び効果について説明する。図３は、本実施の形態のワイパ装置１０のワイパモータ１８、２０における出力軸３６、３８のトルクに対する出力軸３６、３８の回転数（回転速度）及びモータ電流の変化を示した説明図である。図３の出力軸３６、３８のトルクと出力軸３６、３８の回転数との関係を示す直線９２Ｒに示したように、出力軸３６、３８のトルクが大きくなるに従って出力軸３６、３８の回転数は低下する。また、図３の出力軸３６、３８のトルクとモータ電流との関係を示す直線９２Ｉに示すように、トルクが大きくなるとワイパモータの発熱及び消費電力が増大する。
【００４８】
出力軸３６、３８のトルクを大きくすることを要するのは、一例として、ワイパブレード３０、３２の払拭動作が積雪で阻害された場合である。しかしながら、出力軸３６、３８のトルクを大きくすると、ワイパモータ１８、２０は過負荷になり、モータ電流が増大する。
【００４９】
図３に示した除雪時に要するトルクに対応した除雪時動作点Ｐαでは、モータ電流が通常払拭時動作範囲９０として許容される電流値を超えるおそれがある。かかる場合に本実施の形態では、モータ電流を抑制しながら出力軸３６、３８のトルクを増大させる回転制御を行う。
【００５０】
図３の直線９４Ｒは、出力軸３６、３８のトルクを大きくする高トルク回転制御時の出力軸３６、３８のトルクと出力軸３６、３８の回転数との関係を示しており、図３の直線９４Ｉは、高トルク回転制御時の出力軸３６、３８のトルクとモータ電流との関係を示している。高トルク回転制御時の回転数は、直線９４Ｒが示すように、高回転制御時の回転数に比して低下するものの、モータ電流は、直線９４Ｉが示すように、高回転制御時のモータ電流よりも低下する。その結果、除雪時に要するトルクに対応した除雪時動作点Ｐαでの除雪時モータ電流Ｉ１は通常払拭時動作範囲９０として許容される電流値以内になる。
【００５１】
図４（Ａ）は高トルク回転制御におけるコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。図４（Ａ）において矩形で示された通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ及び通電１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗは、コイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへ通電されるタイミングを示している。図４において、通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ及び通電１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗは、便宜上、矩形で示されているが、実際の通電では、ＰＷＭによりパルス状に変調された電圧がコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗに印加される。なお、図４の単位時間（例えば、時間ｔ０から時間ｔ１の間）は、ロータ７２が電気角で６０°回転する時間である。また、図４（Ａ）における通電のタイミングは、ホールセンサ７０によって検出したロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングである。
【００５２】
時間ｔ０から時間ｔ１までは、ＦＥＴ７４ＷとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｗからコイル４０Ｖへ通電される。時間ｔ１から時間ｔ２では、ＦＥＴ７４ＵとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｕからコイル４０Ｖへ通電される。時間ｔ２から時間ｔ３では、ＦＥＴ７４ＵとＦＥＴ７６Ｗとがオンになり、コイル４０Ｕからコイル４０Ｗへ通電される。時間ｔ３から時間ｔ４では、ＦＥＴ７４ＶとＦＥＴ７６Ｗとがオンになり、コイル４０Ｖからコイル４０Ｗへ通電される。時間ｔ４から時間ｔ５では、ＦＥＴ７４ＶとＦＥＴ７６Ｕとがオンになり、コイル４０Ｖからコイル４０Ｕへ通電される。時間ｔ５から時間ｔ６では、ＦＥＴ７４ＷとＦＥＴ７６Ｕとがオンになり、コイル４０Ｗからコイル４０Ｕへ通電される。時間ｔ６から時間ｔ７では、ＦＥＴ７４ＷとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｗからコイル４０Ｖへ通電される。時間ｔ７から時間ｔ８では、ＦＥＴ７４ＵとＦＥＴ７６Ｖとがオンになり、コイル４０Ｕからコイル４０Ｖへ通電される。
【００５３】
図４（Ｂ）は、高回転制御におけるコイル４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗへの通電パターンの一例を示したタイムチャートである。図４（Ｂ）では、図４（Ａ）の通電１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗ、１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗに対して通電のタイミングを各々ｔα早めた（進角させた）タイミングで通電１０６Ｕ、１０６Ｖ、１０６Ｗ、１０８Ｕ、１０８Ｖ、１０８Ｗを行っている。ｔαは、ワイパモータの仕様等によって異なるので、設計時のシミュレーション、又は実機を用いた実験を通じて具体的に決定する。
【００５４】
一般にブラシレスＤＣモータでは、出力軸を高速回転させる場合に、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相への通電タイミングの電気角を進角させることが効果的である。また、出力軸のトルクを担保しつつモータ電流を抑制するには、ホールセンサ７０によって検出したロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングでＵ、Ｖ、Ｗの各相へ通電する。本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８を高速回転させる場合には図４（Ｂ）に示したように通電タイミングを進角させ、出力軸のトルクを担保しつつモータ電流を抑制するには図４（Ａ）に示したようにホールセンサ７０によって検出したロータ７２の磁極の位置に対応したタイミングでＵ、Ｖ、Ｗの各相へ通電する。なお、図４（Ａ）に示した通電タイミングよりも遅角させたタイミングでＵ、Ｖ、Ｗの各相に通電した場合は、ワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８のトルクがさらに向上する場合があるが、モータ電流は増大し、また、通電タイミングの遅角が過大な場合には、ワイパモータ１８、２０は出力軸３６、３８の回転を維持できず脱調するおそれがある。
【００５５】
図５は、本実施の形態に係るワイパ装置１０のワイパモータ１８、２０の回転制御処理の一例を示したフローチャートである。
【００５６】
ステップ５００では、電流検知部６８によってモータ電流の電流値を、チップサーミスタＲＴによって基板の温度を、回転角度センサ４２、４４によってワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８の回転角度を、各々取得する。
【００５７】
ステップ５０２では、ワイパブレード３０、３２の払拭動作が阻害されたか否かを判定する。ステップ５０２では、一例として、ワイパモータ１８、２０のいずれかのモータ電流が上限値以上又は下限値以下の場合、ワイパ制御回路６０、６２のいずれかの基板の温度が所定値（一例として１４５°）以上になった場合及び回転角度センサ４２、４４で検出された出力軸３６、３８のいずれかの回転角度がワイパモータ１８、２０に通電しているにもかかわらず変化しないの場合（または、単位時間内の角度変化が閾値以下の場合）、のいずれかに該当するのであれば、払拭動作が阻害されたと判定する。または、上記に加えて、バッテリ８０の電圧が上限値以上又は下限値以下の場合にも、払拭動作が阻害されたと判定してもよい。さらには、回転角度センサ４２、４４が各々検出したワイパモータ１８の出力軸３６の回転角度とワイパモータ２０の出力軸３８の回転角度との差が所定値以上となった場合にも払拭動作が阻害されたと判定してもよい。なお、モータ電流の上限値及び下限値、単位時間あたりの角度変化の閾値並びにバッテリ８０の電圧の上限値及び下限値は、ワイパモータ１８、２０の定格及び仕様、又はワイパ装置１０の仕様によって異なるので、製品設計時の数値計算及び試作品の試験等を通じて具体的に決定する。
【００５８】
ステップ５０２で肯定判定の場合には、ステップ５０４で図４（Ａ）に示した通電タイミングでワイパモータ１８、２０のコイルに通電する高トルク回転制御を行って処理をリターンする。ステップ５０２で否定判定の場合には、ステップ５０６で図４（Ｂ）に示した通電タイミングでワイパモータ１８、２０のコイルに通電する高回転制御を行って処理をリターンする。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態では、ワイパモータ１８、２０のコイルに通電するタイミングを、出力軸３６、３８の回転速度を高める場合と、出力軸３６、３８のトルクを高める場合とで変更している。例えば、出力軸３６、３８の回転速度を高める場合では、ワイパモータ１８、２０のコイルに通電するタイミングを早めることにより、高回転時に適した通電を行う。また、ワイパブレード３０、３２の払拭動作が阻害された等のワイパモータ１８、２０の出力軸３６、３８のトルクを向上させる必要がある場合には、高回転時の通電タイミングよりも遅いタイミングでコイルに通電することにより、出力軸３６、３８のトルクを向上させると共にワイパモータ１８、２０が過負荷になることを防止できる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、左ワイパ装置１４のワイパモータ１８と右ワイパ装置１６のワイパモータ２０とを備えたダイレクトドライブによるタンデム式のワイパ装置を例にしたが、１つのワイパモータの動力をリンク機構を介して左右のワイパに伝達するタイプのワイパ装置に、上述の高トルク回転制御及び高回転制御を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…ワイパ装置、１２…ウィンドシールドガラス、１４…左ワイパ装置、１６…右ワイパ装置、１８，２０…ワイパモータ、２２，２４…減速機構、２６，２８…ワイパアーム、３０，３２…ワイパブレード、３６，３８…出力軸、４０…ステータ、４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗ…コイル、４２，４４…回転角度センサ、５０…スタンバイ回路、５２…指令値算出部、５４…モータ位置推定部、５６…ホールセンサエッジ検出部、５８…通電制御部、６０…ワイパ制御回路、６０Ａ…駆動回路、６０Ｂ…ワイパＥＣＵ、６２…ワイパ制御回路、６２Ａ…駆動回路、６２Ｂ…ワイパＥＣＵ、６４…車両制御回路、６６…ワイパスイッチ、６８…電流検知部、７０…ホールセンサ、７２…ロータ、７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗ，７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗ…ＦＥＴ、８０…バッテリ、８２…ノイズ防止コイル、８４Ａ…平滑コンデンサ、９０…通常払拭時動作範囲、９２Ｉ，９２Ｒ，９４Ｉ，９４Ｒ，９６Ｉ，９６Ｒ…直線、９８…通常払拭時動作範囲、１０２Ｕ，１０２Ｖ，１０２Ｗ，１０４Ｕ，１０４Ｖ，１０４Ｗ，１０６Ｕ，１０６Ｖ，１０６Ｗ，１０８Ｕ，１０８Ｖ，１０８Ｗ…通電、Ｉ１，Ｉ２…除雪時モータ電流、Ｐ１…上反転位置、Ｐ２…下反転位置、Ｐ３…格納位置、Ｐα，Ｐβ…除雪時動作点、Ｒ１…抵抗、ＲＴ…チップサーミスタ、Ｖｃｃ…制御電圧、ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８…時間
【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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