(57)【要約】【課題】負荷状態が変化した際や駆動ブラシを切り替えた際のモータ部の回転数の変動を抑制する。【解決手段】ワイパモータ１８は出力特性が異なる複数の駆動ブラシが設けられ、駆動回路５６はワイパモータの個々の駆動ブラシに選択的に通電可能とされ、回転角度センサ５４はワイパモータ１８の負荷状態として回転数を検出する。ワイパＥＣＵ５８は、ワイパモータ１８の第１駆動ブラシの通電のデューティ比を負荷状態に応じて変化させてワイパモータ１８を駆動している状態で、デューティ比が閾値に達した場合に、通電する駆動ブラシを第２駆動ブラシへ切替えると共に、駆動ブラシの切替え前後でワイパモータ１８の回転数が変化しない値へデューティ比を切り替え、第２駆動ブラシの通電のデューティ比を負荷状態に応じて変化させてワイパモータ１８を駆動する。【選択図】図１
2019195239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動ブラシに選択的に通電されてそれぞれ異なる出力特性で回転するモータ部と、
前記モータ部の個々の駆動ブラシに選択的に通電可能な駆動部と、
前記モータ部の負荷状態を検出する検出部と、
前記モータ部の第１駆動ブラシの通電のデューティ比を前記負荷状態に応じて変化させて前記モータ部を駆動している状態で、前記デューティ比が閾値に達した場合に、通電する駆動ブラシを前記モータ部の第２駆動ブラシへ切替えると共に、駆動ブラシの切替え前後で前記モータ部の回転数が変化しない値へデューティ比を切り替え、前記第２駆動ブラシの通電のデューティ比を前記負荷状態に応じて変化させて前記モータ部を駆動する制御部と、
を含むモータ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１駆動ブラシの通電のデューティ比を前記負荷状態に応じて変化させて前記モータ部を駆動している状態で、前記デューティ比が閾値に達した場合に、現在の回転数で前記第１駆動ブラシより高いトルクが得られる前記第２駆動ブラシに、通電する駆動ブラシを前記モータ部の第２駆動ブラシへ切替える請求項１記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二速度直流電動機の運転に際し、スイッチで高速度が選択されているときに、高速度における電動機の失速を防止するために、双安定バイメタル回路スイッチなどにより、高速と低速の運転曲線同士の交点で、電動機の高速運転と低速運転とを切替える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７８５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術は、高速運転では電動機の高速入力を電力＋Ｖに接続し、低速運転では電動機の低速入力を電力＋Ｖに接続する構成である。このため、上記技術は、運転状態の切り替えには至らない程度に負荷が変化すると、負荷変化に応じてモータの回転数(回転速度)が変動する。例えばワイパモータなどの用途では、ウインドシールドガラスの乾燥／湿潤の状態の変化などに応じて負荷が頻繁に変動するが、負荷が変化する都度、モータの回転数が変動することでワイパの払拭速度が変動することは望ましくない。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して成されたもので、負荷状態が変化した際や駆動ブラシを切り替えた際のモータ部の回転数の変動を抑制できるモータ装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様のモータ装置は、複数の駆動ブラシに選択的に通電されてそれぞれ異なる出力特性で回転するモータ部と、前記モータ部の個々の駆動ブラシに選択的に通電可能な駆動部と、前記モータ部の負荷状態を検出する検出部と、前記モータ部の第１駆動ブラシの通電のデューティ比を前記負荷状態に応じて変化させて前記モータ部を駆動している状態で、前記デューティ比が閾値に達した場合に、通電する駆動ブラシを前記モータ部の第２駆動ブラシへ切替えると共に、駆動ブラシの切替え前後で前記モータ部の回転数が変化しない値へデューティ比を切り替え、前記第２駆動ブラシの通電のデューティ比を前記負荷状態に応じて変化させて前記モータ部を駆動する制御部と、を含んでいる。
【０００７】
上記第１の態様のモータ装置によれば、モータ部には複数の駆動ブラシが設けられており、この複数のブラシを選択的に通電することによって、モータ部はそれぞれ異なる出力特性で回転する。駆動部はモータ部の個々の駆動ブラシを選択的に通電可能とされ、検出部はモータ部の負荷状態を検出する。制御部は、モータ部の第１駆動ブラシの通電のデューティ比を負荷状態に応じて変化させてモータ部を駆動する。これにより、第１駆動ブラシを通電してモータ部を駆動している間、負荷状態が変化したとしても、この負荷状態の変化に応じて第１駆動ブラシの通電のデューティ比が変化されることで、第１駆動ブラシに通電してモータ部を駆動している間のモータ部の回転数の変動が抑制される。
【０００８】
また制御部は、第１駆動ブラシの通電のデューティ比を負荷状態に応じて変化させてモータ部を駆動している状態で、デューティ比が閾値に達した場合に、通電する駆動ブラシをモータ部の第２駆動ブラシへ切替えると共に、駆動ブラシの切替え前後でモータ部の回転数が変化しない値へデューティ比を切り替え、第２駆動ブラシの通電のデューティ比を負荷状態に応じて変化させてモータ部を駆動する。これにより、駆動ブラシを切り替えた際及び第２駆動ブラシに通電してモータ部を駆動している間のモータ部の回転数の変動も抑制される。従って、請求項１記載の発明によれば、負荷状態が変化した際や駆動ブラシを切り替えた際のモータ部の回転数の変動を抑制することができる。結果、幅広い出力トルク範囲に亘って安定した回転数を確保することができる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様のモータ装置は、第１の態様において、制御部は、例えば、第１駆動ブラシの通電のデューティ比を負荷状態に応じて変化させてモータ部を駆動している状態で、デューティ比が閾値に達した場合に、現在の回転数で第１駆動ブラシより高いトルクが得られる第２駆動ブラシに、通電する駆動ブラシをモータ部の第２駆動ブラシへ切替えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ワイパ装置の構成を示す概略図である。
【図２】ワイパモータの断面図である。
【図３】ワイパモータの一部断面図である。
【図４】ワイパ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】ワイパモータの出力特性の一例を示す線図である。
【図６】モータ駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】制御の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】制御の一例を説明するための出力特性の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係るワイパ装置１００は、例えば車両などに設けられたウインドシールドガラス１２の払拭面を払拭する装置であり、一対のワイパ１４,１６、ワイパモータ１８、リンク機構２０及びワイパ制御装置１０を含んでいる。本実施形態において、ワイパモータ１８は共通ブラシ、低速駆動ブラシ及び高速駆動ブラシの３個のブラシを備えたＤＣモータであり、モータ部の一例である。以下、まずワイパモータ１８を説明する。
【００１２】
図２に示すように、ワイパモータ１８はモータ１１０を含み、モータ１１０は、図２の左側へ向けて開口する有底筒形状のモータハウジング１１２を備えている。モータハウジング１１２の内側にはアーマチャ１１４が回転自在に収容されており、アーマチャ１１４はアーマチャ軸１１６を備えている。モータハウジング１１２の底部には、アーマチャ軸１１６の軸方向一端（図２における右側の端部）に対向する部位に軸受部１１８が設けられている。
【００１３】
軸受部１１８は、モータハウジング１１２の底部中心に円板状のプレート１２０を備えている。アーマチャ軸１１６の軸方向一端部には有底円筒状の凹部１２４が形成され、凹部１２４に収容された軸受球１２２がプレート１２０に点接触している。また、アーマチャ軸１１６の一端部に設けられた凹部１２４の底部にも、プレート１２０と同様のプレートが収容固定されており、軸受球１２２が点接触している。これにより、アーマチャ軸１１６の軸方向一端においてスラスト力を受止めている。また、モータハウジング１１２の軸受部１１８の内側には軸受が固定されており、この軸受２３によってアーマチャ軸１１６の凹部１２４の外周部がその中心軸線周りに回転自在に支持されている。
【００１４】
一方、モータハウジング１１２の内周面には、一対の界磁用磁石１２６がアーマチャ１１４のアーマチャ本体を介して互いにＮ極とＳ極とが対向するように設けられている。アーマチャ１１４は、アーマチャ本体に施された巻線が形成する磁界と界磁用磁石１２６が形成する磁界との相互作用により、アーマチャ軸１１６の中心軸線周りに回転する。なお、モータ部１１０は一対の界磁用磁石１２６が設けられた２極モータであるが、Ｎ極とＳ極とが交互に等角度間隔で配置された二対の界磁用磁石を有する４極モータとしてもよい。
【００１５】
また、図２に示すように、アーマチャ軸１１６の他端側（図２における左側）にはウォームギヤ１２８が形成されている。ウォームギヤ１２８を含むアーマチャ軸１１６の他端側はモータハウジング１１２の側方に設けられたギヤハウジング１３０の内部に入り込んでいる。ギヤハウジング１３０はハウジング本体１３２を備えており、ハウジング本体１３２にはウォーム収容部１３４が形成されている。ウォーム収容部１３４はアーマチャ軸１１６の軸方向に対して直交した向き（図２における上方）に開口しており、上述したアーマチャ軸１１６の他端側（図２における左側）はウォーム収容部１３４に入り込んでいる。
【００１６】
ハウジング本体１３２には、ウォーム収容部１３４に入り込んだアーマチャ軸１１６の他端部に対応して軸受部１３６が設けられている。軸受部１３６には嵌挿孔１３８が形成されている。嵌挿孔１３８はアーマチャ軸１１６における軸方向一端側へ向けて開口している。嵌挿孔１３８の内には金属製で板状のプレート１４０と軸受１４１とが配置されている。軸受１４１の内側には軸受球１４２が収容されている。軸受球１４２はプレート１４０に対してアーマチャ軸１１６側に配置されており、アーマチャ軸１１６の軸方向他端が軸受球１４２を介してプレート１４０に点接触可能に支持されている。プレート１４０は軸受球１４２を介してアーマチャ軸１１６の軸方向他端を受止め、アーマチャ軸１１６の軸方向他端側はスラスト方向及び径方向に回転自在に支持される。
【００１７】
一方、図３に示すように、ハウジング本体１３２にはウォームホイール収容部１４４が形成されている。ウォームホイール収容部１４４は、ウォーム収容部１３４の側方に隣接しており、後述するウォームホイール１４６とウォームギヤ１２８との噛合部に対応する部分がウォーム収容部１３４に連通している。ウォームホイール収容部１４４の内側にはウォームホイール１４６が配置されている。ウォームホイール１４６は、出力軸１４８にギヤ部１５０が固定されており、出力軸１４８は主にギヤ部１５０における軸方向一方の面側に突出している。そして、この出力軸１４８のギヤ部１５０に対する突出部分が、ハウジング本体１３２のウォームホイール収容部１４４（ハウジング本体１３２の底部）から外方に突出形成された出力軸支持部１５２によって回転自在に支持されている。
【００１８】
また、ウォームホイール１４６は、ギヤ部１５０の一部がウォーム収容部１３４に入り込んでウォームギヤ１２８に噛み合っており、モータ１１０が作動してアーマチャ軸１１６が回転すると、この回転力がウォームギヤ１２８を介してウォームホイール１４６に伝わりウォームホイール１４６が回転する。出力軸１４８は、ウォームホイール収容部１４４の底部に形成された出力軸支持部１５２の内側を通過してギヤハウジング１３０の外部へ突出している。この出力軸１４８の先端は、ワイパ装置１００を構成するワイパアームの基端部にリンク機構を介して連結される。
【００１９】
一方、ギヤ部１５０に対する出力軸１４８の突出方向と反対側には台座１５４が形成され、台座１５４上にはセンサマグネット１５６が出力軸１４８と同軸上に載置されている。センサマグネット１５６は、磁性粉末と合成樹脂材等により構成されるバインダとを混合して成形して着磁することにより形成されており、円板状とされ、Ｎ極とＳ極の２つの磁極を有している。なお、センサマグネット１５６は、磁性材料を焼結して形成されていてもよい。
【００２０】
台座１５４の半径方向外側には複数の保持片１５８が形成されている。保持片１５８は、台座１５４の外周部よりも更に台座１５４の半径方向外方に立設された脚片と、当該脚片の先端にウォームホイール１４６の半径方向内側へ突出するように形成された爪部１６０と、を含んでいる。センサマグネット１５６は、複数の保持片１５８により、台座１５４上に載置された状態で固定されている。
【００２１】
また、ギヤハウジング１３０内には回路基板１６２が配置されている。回路基板１６２には、プリント配線等の配線が形成されていると共に、磁気センサ１６４がウォームホイール１４６の軸方向にセンサマグネット１５６と対向するように非接触で配置されている。磁気センサ１６４は、対向するセンサマグネット１５６のＮ極からＳ極への磁束の向きや大きさ（強さ）磁束密度等に応じて電気抵抗値が変化し、これにより、磁気センサ１６４の出力が変化する。磁気センサ１６４は、センサマグネット１５６と共に、後述する回転角度センサ５４を構成している。また、磁気センサ１６４は磁気抵抗素子に限られるものではなく、例えば、ホール素子であってもよい。
【００２２】
回路基板１６２のウォームホイール１４６とは反対側には、ハウジング本体１３２と共にギヤハウジング１３０を構成するハウジングカバー１６６が設けられ、ウォームギヤ１２８やウォームホイール１４６、回路基板１６２がハウジング本体１３２の開口側からハウジングカバー１６６に覆われると共に、ハウジング本体１３２が閉塞される。
【００２３】
図１に戻って説明を続けると、ワイパ１４は、基端部がピボット軸４２に固定されたワイパアーム２４と、ワイパアーム２４の先端部に固定されたワイパブレード２８と、を含んでおり、ワイパ１６は、基端部がピボット軸４４に固定されたワイパアーム２６と、ワイパアーム２６の先端部に固定されたワイパブレード３０と、を含んでいる。ワイパ１４,１６は、ワイパアーム２４,２６がピボット軸４２,４４を中心として回動されると、ワイパブレード２８,３０がウインドシールドガラス１２上を往復移動し、ワイパブレード２８,３０がウインドシールドガラス１２を払拭する。
【００２４】
リンク機構２０は、クランクアーム３４、第１リンクロッド３６、一対のピボットレバー３８,４０、一対のピボット軸４２,４４及び第２リンクロッド４６を含んでいる。クランクアーム３４の一端側はワイパモータ１８の出力軸１４８に固定されており、クランクアーム３４の他端側は第１リンクロッド３６の一端側に回動可能に連結されている。
【００２５】
また、第１リンクロッド３６の他端側は、ピボットレバー３８のうちピボット軸４２が固定された端部とは反対側の端部に回動可能に連結されている。第２リンクロッド４６は、一方の端部が、ピボットレバー３８のうちピボット軸４２が固定された端部とは反対側の端部に回動可能に連結され、他方の端部が、ピボットレバー４０のうちピボット軸に固定された端部と反対側の端部に回動可能に連結されている。
【００２６】
また、ピボット軸４２,４４は、車体に設けられた図示しないピボットホルダによって回動可能に支持されており、ピボット軸４２,４４の先端部にはワイパアーム２４,２６の基端部が各々一体回転可能に連結されている。
【００２７】
本実施形態に係るワイパ装置１００は、ワイパモータ１８の出力軸１４８が一方向に回転され、この出力軸１４８の一方向の回転がリンク機構２０によって往復回動に変換されてワイパアーム２４,２６に伝達される。そして、ワイパアーム２４,２６の往復回動(OPEN動作及びCOLSE動作)に伴ってワイパブレード２８,３０がウインドシールドガラス１２上の下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との間で往復移動する。
【００２８】
本実施形態では、図１に示すように、ワイパブレード２８,３０が下反転位置Ｐ２に位置している状態で、クランクアーム３４と第１リンクロッド３６とが直線状を成す構成とされている。クランクアーム３４と第１リンクロッド３６とが直線状を成すことで、下反転位置Ｐ２に位置しているワイパブレード２８,３０には所定の位置保持力が作用し、外力が加わってもワイパブレード２８,３０が下反転位置Ｐ２に停止している状態で維持される。
【００２９】
一方、ワイパ制御装置１０はワイパモータ１８の回転を制御するためのワイパ制御部２２を含んでおり、ワイパ制御部２２はワイパモータ１８に搭載されて電気的にも接続されている。ワイパ制御部２２は、ワイパＥＣＵ(Electronic Control Unit)５８、駆動回路５６及び回転角度センサ５４を含んでいる。なお、ワイパ制御装置１０及びワイパモータ１８はモータ装置の一例であり、駆動回路５６は駆動部の一例、ワイパＥＣＵ５８は制御部の一例である。
【００３０】
ワイパＥＣＵ５８はＣＰＵ５８Ａ、メモリ５８Ｂ及び不揮発性の記憶部５８Ｃを含んでいる。ワイパＥＣＵ５８は、ワイパモータ１８の出力軸１４８の回転速度及び回転角度を検知する回転角度センサ５４の検知結果に基づいて、ワイパブレード２８,３０のウインドシールドガラス１２上での位置及び出力軸１４８の回転速度を算出し、算出した前記位置に応じて駆動回路５６を制御する。回転角度センサ５４は前述のセンサマグネット１５６及び磁気センサ１６４により構成され、検出部の一例である。
【００３１】
また、ワイパＥＣＵ５８には、車両のエンジンの制御等を行う主ＥＣＵ９２を介してワイパスイッチ５０が接続されている。ワイパスイッチ５０は、ワイパブレード２８,３０を、低速で動作させる低速作動位置(ＬＯＷ)、高速で動作させる高速作動位置(ＨＩＧＨ)、一定周期で間欠的に動作させる間欠作動位置(ＩＮＴ)、停止位置(ＯＦＦ)に接点を切替可能である。主ＥＣＵ９２はワイパスイッチ５０の接点位置を検知し、検知結果を指令信号として信号入力回路６２(図４)を介してワイパＥＣＵ５８へ出力する。
【００３２】
ワイパＥＣＵ５８は、指令信号として入力されたワイパスイッチ５０の接点位置が高速作動位置の場合にはワイパモータ１８の出力軸１４８を高速で回転させ、指令信号として入力されたワイパスイッチ５０の接点位置が低速作動位置の場合にはワイパモータ１８の出力軸１４８を低速で回転させる。また、ワイパＥＣＵ５８は、指令信号として入力されたワイパスイッチ５０の接点位置が間欠作動位置の場合、ワイパブレード２８,３０が上反転位置Ｐ１と下反転位置Ｐ２との間を１往復払拭し、かつ下反転位置Ｐ２で所定時間停止するように、ワイパモータ１８を間欠的に回転させる。
【００３３】
図４に示すように、ワイパＥＣＵ５８には、ダイオード６８を介してバッテリ８０の電力が供給されると共に、バッテリ８０から供給される電力の電圧は、ダイオード６８とワイパＥＣＵ５８との間に接続された電圧検出回路６０によって検知され、検知結果はワイパＥＣＵ５８に出力される。
【００３４】
また、ダイオード６８とワイパＥＣＵ５８との間には電解コンデンサＣ１の一端(＋端子)が接続されており、電解コンデンサＣ１の他端(−端子)は接地されている。電解コンデンサＣ１は、ワイパＥＣＵ５８の電源を安定化するためのコンデンサである。電解コンデンサＣ１は、例えば、サージ等の突発的な高電圧を蓄え、接地領域に放電することでワイパＥＣＵ５８を保護する。
【００３５】
駆動回路５６は、ワイパＥＣＵ５８から入力された制御信号に基づき、当該制御信号が指定するデューティ比でドライバ５６Ｂの電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)をオンオフさせる駆動信号を生成するプリドライバ５６Ａと、プリドライバ５６Ａが出力した駆動信号に従って電界効果トランジスタＴr1〜Ｔr3をオンオフさせてワイパモータ１８のコイルに通電するドライバ５６Ｂと、を含んでいる。
【００３６】
ドライバ５６Ｂは３個のトランジスタＴr1,Ｔr2,Ｔr3を含んでいる。トランジスタＴr1,Ｔr2,Ｔr3のゲートはプリドライバ５６Ａに各々接続されている。トランジスタＴr1,Ｔr2のドレインはノイズ防止コイル６６を介してバッテリ８０に各々接続されており、トランジスタＴr1のソースはワイパモータ１８の低速駆動ブラシLo及びトランジスタＴr3のドレインに各々接続されており、トランジスタＴr2のソースはワイパモータ１８の高速駆動ブラシHiに接続されている。また、トランジスタＴr3のソースはワイパモータ１８の共通ブラシComに接続されていると共に接地されている。
【００３７】
プリドライバ５６Ａからドライバ５６Ｂへ、トランジスタＴr1を継続的にオンさせトランジスタＴr2,Ｔr3をオフさせる駆動信号が供給された場合、トランジスタＴr1が継続的にオンし(デューティ比＝100％)、ワイパモータ１８の低速駆動ブラシLoが継続的に通電されることでワイパモータ１８の出力軸１４８が比較的低速で回転する。このときのワイパモータ１８のトルク−回転数特性(出力特性)を図５に「低速ブラシ(DUTY=100％)」と表記して実線で示す。
【００３８】
また、プリドライバ５６Ａからドライバ５６Ｂへ供給された駆動信号が、トランジスタＴr1を所定のデューティ比でオンオフさせる信号であった場合には、トランジスタＴr1がオンしている期間にのみワイパモータ１８の低速駆動ブラシLoが通電されることで、ワイパモータ１８の出力軸１４８はトランジスタＴr1が継続的にオンされた場合よりも低速で回転する。低速駆動ブラシLoが通電された場合のワイパモータ１８の出力特性は、トランジスタＴr1のオンオフのデューティ比の変化に対し、図５に複数本の一点鎖線で示すように変化する。
【００３９】
一方、プリドライバ５６Ａからドライバ５６Ｂへ、トランジスタＴr2を継続的にオンさせトランジスタＴr1,Ｔr3をオフさせる駆動信号が供給された場合、トランジスタＴr2が継続的にオンし(デューティ比＝100％)、ワイパモータ１８の高速駆動ブラシHiが継続的に通電されることでワイパモータ１８の出力軸１４８が比較的高速で回転する。このときのワイパモータ１８の出力特性を図５に「高速ブラシ(DUTY=100％)」と表記して実線で示す。ワイパモータ１８の高速駆動ブラシHiが通電された場合の出力特性は、ワイパモータ１８の低速駆動ブラシLoが通電された場合の出力特性よりも傾きが大きく、途中で出力特性が交差している。
【００４０】
出力特性の交差位置よりも左側(低トルク側)の領域では、出力軸１４８の回転数Ｎが等しい場合、高速駆動ブラシHiに通電した場合の方が低速駆動ブラシLoに通電した場合よりも出力軸１４８の回転トルクが大きくなる。本実施形態では、この領域を「低速→高速切替可能領域」と称する。また、出力特性の交差位置よりも右側(高トルク側)の領域では、出力軸１４８の回転数Ｎが等しい場合、低速駆動ブラシLoに通電した場合の方が高速駆動ブラシHiに通電した場合よりも出力軸１４８の回転トルクが大きくなる。本実施形態では、この領域を「高速→低速切替可能領域」と称する。
【００４１】
また、プリドライバ５６Ａからドライバ５６Ｂへ供給された駆動信号が、トランジスタＴr2を所定のデューティ比でオンオフさせる信号であった場合には、トランジスタＴr2がオンしている期間にのみワイパモータ１８の高速駆動ブラシHiが通電されることで、ワイパモータ１８の出力軸１４８はトランジスタＴr2が継続的にオンされた場合よりも低速で回転する。高速駆動ブラシHiが通電された場合のワイパモータ１８の出力特性は、トランジスタＴr2のオンオフのデューティ比の変化に対し、図５に複数本の破線で示すように変化する。
【００４２】
ワイパＥＣＵ５８の記憶部５８Ｃには、ワイパモータ１８の低速駆動ブラシLoに通電してデューティ比を変化させた場合のワイパモータ１８の出力特性、及び、ワイパモータ１８の高速駆動ブラシHiに通電してデューティ比を変化させた場合のワイパモータ１８の出力特性を表す出力特性データ(図５に示すような出力特性を表すデータ)が記憶されている。なお、ワイパモータ１８の出力軸１４８が回転している状態で、プリドライバ５６Ａからドライバ５６Ｂへ、トランジスタＴr3をオンさせトランジスタＴr1,Ｔr2をオフさせる駆動信号が供給された場合、回生制動によりワイパモータ１８の出力軸１４８の回転が停止する。
【００４３】
電源であるバッテリ８０と駆動回路５６との間には逆接続保護回路６４及びノイズ防止コイル６６が設けられると共に、駆動回路５６に対して並列に電解コンデンサＣ２が接続されている。ノイズ防止コイル６６は、駆動回路５６のスイッチングによって発生するノイズを抑制する。電解コンデンサＣ２は、駆動回路５６から生じるノイズを緩和すると共に、サージ等の突発的な高電圧を蓄え、接地領域に放電することで駆動回路５６に過大な電流が入力されることを防止する。
【００４４】
逆接続保護回路６４は、バッテリ８０の正極と負極が図２とは逆に接続された場合に、ワイパ制御装置１０の各素子を保護するための回路である。逆接続保護回路６４は、一例として、自身のドレインとゲートを接続した、いわゆるダイオード接続されたＦＥＴ等で構成される。
【００４５】
ワイパ制御装置１０の基板上には、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が設けられている。チップサーミスタＲＴは一種の分圧回路を構成し、チップサーミスタＲＴが構成する分圧回路の出力端からは、チップサーミスタＲＴの抵抗値に基づいて変化する電圧が出力される。ワイパＥＣＵ５８は、チップサーミスタＲＴが構成する分圧回路の出力端から出力された電圧に基づいてワイパ制御装置１０の基板の温度を算出し、当該温度が所定の閾値温度を超えた場合はワイパ制御装置１０の動作を停止させる。
【００４６】
また、ドライバ５６Ｂに含まれるトランジスタＴrのソースとバッテリ８０との間にはワイパモータ１８のコイルとドライバ５６Ｂとの電流（モータ電流）を検知するための電流検知部８２が設けられている。電流検知部８２は、抵抗値が0.2ｍΩ〜数Ω程度のシャント抵抗８２Ａと、ドライバ５６Ｂの電流に応じて変化するシャント抵抗８２Ａの両端の電位差を検知すると共に検知した電位差の信号を増幅するアンプ８２Ｂとを含む。ワイパＥＣＵ５８は、アンプ８２Ｂが出力した信号からモータ電流の電流値を算出する。
【００４７】
次に本実施形態の作用として、図６を参照し、ワイパスイッチ５０の接点が低速作動位置(ＬＯＷ)又は高速作動位置(ＨＩＧＨ)に切替わった場合にワイパＥＣＵ５８で実行されるモータ駆動制御処理を説明する。
【００４８】
モータ駆動制御処理のステップ２００において、ワイパＥＣＵ５８は、ワイパスイッチ５０の接点が低速作動位置(ＬＯＷ)になっているか否か判定する。ステップ２００の判定が肯定された場合はステップ２０２に移行し、ステップ２０２において、ワイパＥＣＵ５８は、ドライブ５６ＢのトランジスタＴrのオンオフのデューティ比を規定する変数DUTYに、予め設定された低速作動でのデューティ比の初期値を設定する。
【００４９】
また、次のステップ２０４において、ワイパＥＣＵ５８は、ドライブ５６ＢのトランジスタＴr1を、ステップ２０２で設定したデューティ比DUTYでオンオフさせる制御信号を駆動回路５６へ出力する。これにより、トランジスタＴr1がデューティ比DUTYでオンオフし、ワイパモータ１８の低速駆動ブラシLoが通電されることで、ワイパモータ１８の出力軸１４８が比較的低速で回転し、ワイパアーム２４,２６及びワイパブレード２８,３０が比較的低速で往復移動する。
【００５０】
また、ステップ２００の判定が否定された場合はステップ２０６に移行し、ステップ２０６において、ワイパＥＣＵ５８は、デューティ比DUTYに、予め設定された高速作動でのデューティ比の初期値を設定する。次のステップ２０８において、ワイパＥＣＵ５８は、ドライブ５６ＢのトランジスタＴr2を、ステップ２０６で設定したデューティ比DUTYでオンオフさせる制御信号を駆動回路５６へ出力する。これにより、トランジスタＴr2がデューティ比DUTYでオンオフし、ワイパモータ１８の高速駆動ブラシHiが通電されることで、ワイパモータ１８の出力軸１４８が比較的高速で回転し、ワイパアーム２４,２６及びワイパブレード２８,３０が比較的高速で往復移動する。
【００５１】
ステップ２１０において、ワイパＥＣＵ５８は、ワイパスイッチ５０の接点が停止位置(ＯＦＦ)に切り替わったか否か、すなわちワイパモータ１８の駆動終了が指示されたか否か判定する。ステップ２１０の判定が肯定された場合はモータ駆動制御処理を終了する。また、ステップ２１０の判定が否定された場合はステップ２１２に移行し、ステップ２１２において、ワイパＥＣＵ５８は、回転角度センサ５４からワイパモータ１８の出力軸１４８の回転数Ｎ[rpm]を取得すると共に、目標回転数Ｎrefを取得する。なお、目標回転数Ｎrefは、低速作動／高速作動の各作動モード毎に予め設定された値であるが、各作動モード毎かつウインドシールドガラス１２上のワイパブレード２８,３０の位置毎に予め設定された値であってもよい。
【００５２】
ステップ２１４において、ワイパＥＣＵ５８は、ステップ２１２で取得した回転数Ｎをステップ２１２で取得した目標回転数Ｎrefと比較し、回転数Ｎと目標回転数Ｎrefとの値の大小関係に応じて分岐する。すなわち、回転数Ｎが目標回転数Ｎrefに等しい場合はデューティ比DUTYを変更することなくステップ２２０へ移行する。また、回転数Ｎが目標回転数Ｎrefよりも小さい場合はステップ２１４からステップ２１６に移行し、ステップ２１６において、ワイパＥＣＵ５８は、目標回転数Ｎrefに対する回転数Ｎの偏差に応じて設定した所定値αをデューティ比DUTYに加算する。ステップ２１６の処理を行うとステップ２２０へ移行する。また、回転数Ｎが目標回転数Ｎrefよりも大きい場合はステップ２１４からステップ２１８に移行し、ステップ２１８において、ワイパＥＣＵ５８は、目標回転数Ｎrefに対する回転数Ｎの偏差に応じて設定した所定値αをデューティ比DUTYから減算する。ステップ２１８の処理を行うとステップ２２０へ移行する。
【００５３】
ステップ２２０において、ワイパＥＣＵ５８は、低速駆動ブラシLoが通電されることでワイパモータ１８が低速で作動している状態か否か判定する。ステップ２２０の判定が肯定された場合はステップ２２２に移行し、ステップ２２２において、ワイパＥＣＵ５８は、現在のデューティ比DUTYがデューティ比の上限値に達したか否か判定する。デューティ比の上限値の一例は95％である。ステップ２２２の判定が否定された場合はステップ２１０に戻る。この場合、ワイパモータ１８が低速で作動している状態が継続され、回転数Ｎが目標回転数Ｎrefに一致するようにデューティ比が制御される。
【００５４】
また、現在のデューティ比DUTYがデューティ比の上限値に達した場合には、ステップ２２２の判定が肯定されてステップ２２４に移行する。ステップ２２４において、ワイパＥＣＵ５８は、現在の通電ブラシ(＝低速駆動ブラシLo)、現在の回転数Ｎ及びデューティ比DUTYを記憶部５８Ｃに記憶されている出力特性データと照合し、ワイパモータ１８の出力特性上での現在の駆動状態に相当する駆動点の位置を求め、求めた駆動点の位置が低速→高速切替可能領域内か否か判定する。ステップ２２４の判定が否定された場合、通電を高速駆動ブラシHiに切り替えるとトルクが低下して回転数Ｎが低下する可能性があるので、ステップ２１０に戻ってワイパモータ１８が低速で作動している状態を継続する。
【００５５】
一方、デューティ比DUTYがデューティ比の上限値に達し、かつワイパモータ１８の現在の駆動点がワイパモータ１８の出力特性上で低速→高速切替可能領域内に位置している場合には、通電を高速駆動ブラシHiに切り替えることで回転数Ｎを維持できる可能性があるので、ステップ２２４の判定が肯定されてステップ２２６に移行する。
【００５６】
ステップ２２６において、ワイパＥＣＵ５８は、記憶部５８Ｃに記憶されている出力特性データに基づき、通電するブラシを低速駆動ブラシLoから高速駆動ブラシHiへ切り替えた場合の回転数が現在の回転数Ｎに等しくなるデューティ比を求める。具体的には、ワイパモータ１８の出力特性上での現在の駆動点の位置から高速作動でのデューティ比を求める。そして、ワイパＥＣＵ５８は、求めたデューティ比をデューティ比DUTYに設定する。ステップ２２８において、ワイパＥＣＵ５８は、通電するブラシを低速駆動ブラシLoから高速駆動ブラシHiへ切り替えデューティ比DUTYでワイパモータ１８を高速で作動させる。このときのブラシの切り替えにおいて、低速駆動ブラシLoは第１駆動ブラシの一例であり、高速駆動ブラシHiは第２駆動ブラシの一例である。ステップ２２８の処理を行うとステップ２１０に戻る。
【００５７】
また、高速駆動ブラシHiが通電されることでワイパモータ１８が高速で作動している状態である場合は、先のステップ２２０の判定が否定されてステップ２３０に移行する。ステップ２３０において、ワイパＥＣＵ５８は、デューティ比DUTYがデューティ比の下限値に達したか否か判定する。デューティ比の下限値の一例は75％である。ステップ２３０の判定が肯定された場合はステップ２３６に移行し、ステップ２３０の判定が否定された場合はステップ２３２に移行する。
【００５８】
ステップ２３２において、ワイパＥＣＵ５８は、デューティ比DUTYがデューティ比の上限値に達したか否か判定する。ステップ２３２の判定が否定された場合はステップ２１０に戻る。この場合、ワイパモータ１８が高速で作動している状態が継続され、回転数Ｎが目標回転数Ｎrefに一致するようにデューティ比が制御される。
【００５９】
また、ステップ２３２の判定が肯定された場合はステップ２３４に移行する。ステップ２３４において、ワイパＥＣＵ５８は、現在の通電ブラシ(＝高速駆動ブラシHi)、現在の回転数Ｎ及びデューティ比DUTYを記憶部５８Ｃに記憶されている出力特性データと照合し、ワイパモータ１８の出力特性上での現在の駆動点の位置が高速→低速切替可能領域内か否か判定する。ステップ２３４の判定が否定された場合、通電を低速駆動ブラシLoに切り替えるとトルクが低下して回転数Ｎが低下する可能性があるので、ステップ２１０に戻ってワイパモータ１８が高速で作動している状態を継続する。
【００６０】
一方、デューティ比DUTYがデューティ比の上限値に達し、かつワイパモータ１８の現在の駆動点がワイパモータ１８の出力特性上で高速→低速切替可能領域内に位置している場合、通電を低速駆動ブラシLoに切り替えることで回転数Ｎを維持できる可能性があるので、ステップ２３４の判定が肯定されてステップ２２６に移行する。なお、前述のように、デューティ比DUTYがデューティ比の下限値に達した場合にもステップ２２６へ移行する。
【００６１】
ステップ２３６において、ワイパＥＣＵ５８は、記憶部５８Ｃに記憶されている出力特性データに基づき、通電するブラシを高速駆動ブラシHiから低速駆動ブラシLoへ切り替えた場合に、回転数が現在の回転数Ｎに等しくなるデューティ比を求める。そして、ワイパＥＣＵ５８は、求めたデューティ比をデューティ比DUTYに設定する。次のステップ２３８において、ワイパＥＣＵ５８は、通電するブラシを高速駆動ブラシHiから低速駆動ブラシLoへ切り替え、デューティ比DUTYでワイパモータ１８を低速で作動させる。このときのブラシの切り替えにおいて、高速駆動ブラシHiは第１駆動ブラシの一例であり、低速駆動ブラシLoは第２駆動ブラシの一例である。ステップ２２８の処理を行うとステップ２１０に戻る。
【００６２】
上述したモータ駆動制御処理による制御の一例について、図７及び図８を参照して更に説明する。この例は、ワイパスイッチ５０の接点が低速作動位置(ＬＯＷ)、目標回転数Ｎref＝40[rpm]、ワイパモータ１８の負荷が、図７(Ａ)に示すように、時刻０〜ｔ3までの期間(1),(2)に単調増加し、時刻ｔ3〜ｔ5までの期間(3),(4)に単調減少する変化を示したものとする。
【００６３】
図７(Ｂ)に示すように、時刻０にデューティ比DUTY＝約80％でワイパモータ１８の低速作動が開始された後、負荷の増加に伴ってデューティ比DUTYが増加される。この間、デューティ比DUTYの増加に伴い、図７(Ｃ)及び図８(Ａ)に示すように、ワイパモータ１８の出力軸１４８の回転数Ｎ＝40[rpm]に維持され、ワイパブレード２８,３０の払拭速度も一定に維持される。
【００６４】
但し、ワイパモータ１８の負荷が一定の傾きで増加し続け、ワイパモータ１８の低速作動を継続したと仮定すると、図７(Ｂ)に破線で示すようにデューティ比DUTYは時刻ｔ2で100％に達する。そして、この場合、図７(Ｃ)に破線で示すように、回転数Ｎは時刻ｔ2以降から低下し始め、目標回転数Ｎrefとの乖離が増加する。
【００６５】
これに対し、先に説明したモータ駆動制御処理は、ワイパモータ１８を低速で作動させている状態で、時刻ｔ1でデューティ比DUTYが上限値(この例では95％)に達すると、ワイパモータ１８を高速作動に切り替え、回転数Ｎが変化しないようにデューティ比DUTYも切り替える(図７(Ｂ)に示すように、この例では75％)。その後、負荷の増加に伴ってデューティ比DUTYが増加される。これにより、図７(Ｃ)及び図８(Ａ)に示すように、時刻ｔ1から時刻ｔ2を超えて時刻ｔ3までの期間(2)においても、回転数Ｎ＝40[rpm]に維持され、ワイパブレード２８,３０の払拭速度も一定に維持される。
【００６６】
また、時刻ｔ3からワイパモータ１８の負荷が減少し始め、これに伴ってデューティ比DUTYが減少される。先に説明したモータ駆動制御処理は、ワイパモータ１８を高速で作動させている状態で、時刻ｔ1でデューティ比DUTYが下限値(この例では75％)に達すると、ワイパモータ１８を低速作動に切り替え、回転数Ｎが変化しないようにデューティ比DUTYも切り替える(図８(Ｂ)に示すように、この例では95％)。これにより、図７(Ｃ)及び図８(Ｂ)に示すように、時刻ｔ3から時刻ｔ4を超えて時刻ｔ5までの期間(3),(4)においても回転数Ｎ＝40[rpm]に維持され、ワイパブレード２８,３０の払拭速度も一定に維持されると共に、モータ電流が減少することで消費電力を低減することができる。
【００６７】
なお、上記ではモータ部の一例として３個のブラシを備えたモータを説明したが、これに限定されるものではなく、４個以上のブラシを備えたモータに適用することも可能である。
【００６８】
また、上記ではモータの負荷状態の一例として回転数Ｎを検出する態様を説明したが、これに限定されるものではなく、例えばモータ電流などを検出することでモータの負荷状態を検出するようにしてもよい。
【００６９】
また、上記では本発明に係るモータ装置のモータ部をワイパモータ１８として用いた態様を説明したが、これに限定されるものではなく、駆動ブラシの切替によって出力軸の回転数を切替可能であることが必要なモータであれば、本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…ワイパ制御装置、１２…ウインドシールドガラス、１４,１６…ワイパ、１８…ワイパモータ、２４,２６…ワイパアーム、２８,３０…ワイパブレード、５０…ワイパスイッチ、５４…回転角度センサ、５６…駆動回路、５８…ワイパＥＣＵ、１００…ワイパ装置
【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】
2019195239.tif 000009
【図８】
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