(57)【要約】【課題】回転子におけるトルクリップルを抑制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】コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に電流が供給されて回転子２７が回転するブラシレスモータ１８であって、コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に第１のタイミングで通電を開始し、かつ、第１の期間に亘って通電を継続して回転子２７の回転数を制御する第１の通電制御と、第１のタイミングよりも電気角で進角された第２のタイミングでコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に通電を開始し、かつ、第１の期間よりも長い第２の期間に亘って通電を継続して回転子２７の回転数を制御する第２の通電制御と、を切り替えて実行する駆動回路３７を備えている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルに電流が供給されて回転子が回転するブラシレスモータであって、
前記コイルに第１のタイミングで通電を開始し、かつ、第１の期間に亘って通電を継続して前記回転子の回転数を制御する第１の通電制御と、
前記第１のタイミングよりも電気角で進角された第２のタイミングで前記コイルに通電を開始し、かつ、前記第１の期間よりも長い第２の期間に亘って通電を継続して前記回転子の回転数を制御する第２の通電制御と、
を切り替えて実行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、
前記第２のタイミングは、前記第１のタイミングに対して電気角で３０°進角されている、ブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
前記第１の期間は、電気角１２０°であり、
前記第２の期間は、電気角１３５°以上、かつ、電気角１６５°以下である、ブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載されたブラシレスモータにおいて、
前記回転子は、
外周面にロータコアが取り付けられたロータ軸と、
前記ロータコアの外周面に、前記ロータ軸の円周方向に沿って配置された４極の永久磁石と、
を備え、
前記回転子の外側に前記コイルを複数備えた固定子が設けられ、
前記複数のコイルは、前記ロータ軸の円周方向に間隔をおいて６スロット設けられている、ブラシレスモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載されたブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの回転子の動力が伝達されて動作し、かつ、車両のウィンドガラスを払拭するワイパアームと、を有するワイパ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のワイパ装置において、
前記ワイパアームを予め定められた速度で動作させる低速モードと、前記低速モードよりも高速で前記ワイパアームを動作させる高速モードと、を切り替えて選択するモード切替部が設けられ、
前記制御部は、前記高速モードが選択されると前記第２の通電制御を実行する、ワイパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子及び回転子を備え、回転子の回転数を制御することのでき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】
従来のモータの一例が、特許文献１〜３に記載されている。特許文献１、２に記載されたモータはブラシ付きモータであり、ケースに固定された界磁としてのマグネット（固定子）と、ケース内に回転可能に設けられた電機子としての回転子とを備えている。また、回転子は、コイルが巻かれるコアと、コイルに接続された整流子と、を有する。また、整流子に接触する共通ブラシ、低速運転用ブラシ、高速運転用ブラシを有する。
【０００３】
各ブラシは、回転子の回転方向で異なる位相に配置されており、これらのブラシに電力を供給する経路にそれぞれスイッチング素子が設けられている。そして、各スイッチング素子をオンまたはオフとすることで、電流を供給するべきブラシを切り替え、回転子の回転数が低速または高速に制御される。
【０００４】
特許文献３に記載されたモータはブラシを備えておらず、ケース内に設けられた電機子としてのステータ（固定子）と、ケース内に回転可能に設けられた界磁としての回転子とを備えている。ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻かれたコイルと、を有する。コイルは、３相、つまり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の励磁電流が供給される３本のコイルを有し、各コイルは回転子の回転方向に位相をずらして配置されている。
【０００５】
また、各コイルにそれぞれ接続されたスイッチング素子が設けられている。そして、各スイッチング素子のオン・オフを交互に切り替え、かつ、オンの割合であるデューティ比を制御することにより、全てのコイルにタイミングをずらして電流が供給され、回転子の回転数が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
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、制御条件によっては、回転子におけるトルクリップルが増加する問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、回転子におけるトルクリップルを抑制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】
【０００９】
本発明のブラシレスモータは、コイルに電流が供給されて回転子が回転するブラシレスモータであって、前記コイルに第１のタイミングで通電を開始し、かつ、第１の期間に亘って通電を継続して前記回転子の回転数を制御する第１の通電制御と、前記第１のタイミングよりも電気角で進角された第２のタイミングで前記コイルに通電を開始し、かつ、前記第１の期間よりも長い第２の期間に亘って通電を継続して前記回転子の回転数を制御する第２の通電制御と、を切り替えて実行する制御部を備えている。
【００１０】
本発明のブラシレスモータは、前記第２のタイミングが、前記第１のタイミングに対して電気角で３０°進角されている。
【００１１】
本発明のブラシレスモータは、前記第１の期間が、電気角１２０°であり、前記第２の期間は、電気角１３５°以上、かつ、電気角１６５°以下である。
【００１２】
本発明のブラシレスモータは、前記回転子が、外周面にロータコアが取り付けられたロータ軸と、前記ロータコアの外周面に、前記ロータ軸の円周方向に沿って配置された４極の永久磁石と、を備え、前記回転子の外側に前記コイルを複数備えた固定子が設けられ、前記複数のコイルは、前記ロータ軸の円周方向に間隔をおいて６スロット設けられている。
【００１３】
本発明のワイパ装置は、上記したブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの回転子の動力が伝達されて動作し、かつ、車両のウィンドガラスを払拭するワイパアームと、を有する。
【００１４】
本発明のワイパ装置は、前記ワイパアームを予め定められた速度で動作させる低速モードと、前記低速モードよりも高速で前記ワイパアームを動作させる高速モードと、を切り替えて選択するモード切替部が設けられ、前記制御部は、前記高速モードが選択されると前記第２の通電制御を実行する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のブラシレスモータ及びワイパ装置によれば、回転子のトルクリップルを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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模式図である。
【図２】本発明のブラシレスモータを示す模式的な平面図である。
【図３】本発明のブラシレスモータを示す模式的な側面図である。
【図４】本発明のブラシレスモータの断面図である。
【図５】本発明のブラシレスモータの電機子を示す概念図である。
【図６】本発明のブラシレスモータの電機子を示す概念図である。
【図７】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８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明のブラシレスモータで実行可能な第１の通電制御〜第３の通電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】（Ａ），（Ｂ）は、本発明のブラシレスモータにおけるトルクと回転数との関係を示す線図である。
【図１１】本発明のブラシレスモータのトルクリップル率を示す図である。
【図１２】本発明のブラシレスモータの音圧特性を示す図である。
【図１３】本発明のブラシレスモータの通電時の波形を示す図である。
【図１４】本発明のブラシレスモータの音圧特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。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を払拭する第１ワイパ装置１２及び第２ワイパ装置１３を有している。第１ワイパ装置１２と第２ワイパ装置１３とは、車両１０の幅方向で異なる位置に配置されている。第１ワイパ装置１２と第２ワイパ装置１３とは、概ね左右対称の構造であるため、以下、便宜上、第１ワイパ装置１２について説明する。第１ワイパ装置１２は、ピボット軸１４を中心として揺動するワイパアーム１５と、ワイパアーム１５に取り付けられたワイパブレード１６と、を有する。また、第１ワイパ装置１２は、ワイパアーム１５を駆動する駆動装置１７を有している。駆動装置１７は、ブラシレスモータ１８と、ブラシレスモータ１８の動力をピボット軸１４に伝達する減速機構１９と、を備えている。
【００１８】
ブラシレスモータ１８は、図２〜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１８は、有底円筒形状のモータケース２０を有しており、モータケース２０の内周に固定子としての電機子２１が設けられている。電機子２１は、ステータコア２２と、ステータコア２２に巻かれた電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２とを有する。ステータコア２２は、導電性の金属板を積層したものであり、ステータコア２２の内周には、複数、具体的には６個のティース２３が円周方向に間隔をおいて設けられている。電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２は、６個のティース２３に別々に巻かれている。
【００１９】
電機子コイルＶ１，Ｖ２はＶ相に対応し、電機子コイルＵ１，Ｕ２はＵ相に対応し、電機子コイルＷ１，Ｗ２はＷ相に対応する。そして、図４では、電機子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。電機子コイルＶ１，Ｖ２と、電機子コイルＵ１，Ｕ２と、電機子コイルＷ１，Ｗ２とでは、通電期間の位相が相互に異なる。
【００２０】
さらに、図５及び図６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２４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２５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２６により結線している。このように、ブラシレスモータ１８は、６本の電機子コイルの結線構造として、デルタ結線を採用している。
【００２１】
一方、ブラシレスモータ１８は回転子２７を有し、回転子２７は、電機子２１の内側に設けられている。ブラシレスモータ１８は、回転子２７が、固定子としての電機子２１の内側に配置されたインナロータ形の構造である。回転子２７は、ロータ軸２８と、ロータ軸２８の外周にロータコア３０を介して固定した４極の永久磁石２９Ｎ，２９Ｓとを有する。２個の永久磁石２９Ｎの極性はＮ極であり、２個の永久磁石２９Ｓの極性はＳ極であり、永久磁石２９Ｎと永久磁石２９Ｓとが、ロータ軸２８の円周方向に沿って交互に配置されている。ブラシレスモータ１８は、永久磁石の数は４極、電機子コイルの数は６本であり、４極６スロット構造ある。
【００２２】
このように、ブラシレスモータ１８は、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）構造である。ＳＰＭ構造は、ロータコア３０の外周面に永久磁石２９Ｎ，２９Ｓを固定したものである。ロータコア３０は、鉄系の磁性材料で成形されている。また、ロータ軸２８は、複数の軸受４９により回転可能に支持されている。
【００２３】
一方、駆動装置１７は、減速機構１９を収容するギヤケース３１を備えおり、ギヤケース３１とモータケース２０は、図示しない締結部材により固定されている。ロータ軸２８は、長さ方向の一部がモータケース２０の内部に配置され、残りの部分がギヤケース３１内に配置されている。ロータ軸２８のうちギヤケース３１内に配置された部分の外周に、ウォーム３２が形成されている。ギヤケース３１内にはウォームホイール３３が設けられている。このウォームホイール３３の外周にはギヤ３３ａが形成されており、ギヤ３３ａとウォーム３２とが噛合されている。
【００２４】
ピボット軸１４はウォームホイール３３と同心状に配置されており、ピボット軸１４はウォームホイール３３と一体回転する。ウォーム３２及びギヤ３３ａは、本実施形態における減速機構１９である。この減速機構１９は、回転子２７の動力をピボット軸１４に伝達する際に、回転子２７の回転数（入力回転数）よりもピボット軸１４の回転数（出力回転数）を低くする機構である。本実施形態における回転数は、単位時間あたりの回転数であり、回転速度と同義である。
【００２５】
さらに、図３において、ギヤケース３１の上部には、図示しない軸孔が設けられている。ピボット軸１４におけるウォームホイール３３が固定された端部とは反対側の端部は、ギヤケース３１の軸孔を経由して外部に露出している。ワイパアーム１５は、ピボット軸１４におけるギヤケース３１の外部に露出した部分に連結されている。
【００２６】
一方、ロータ軸２８のうちギヤケース３１内に配置された箇所には、センサマグネット３４が取り付けられている。センサマグネット３４は、ロータ軸２８と一体回転する。センサマグネット３４は円筒形状であり、センサマグネット３４は、ロータ軸２８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。
【００２７】
ギヤケース３１における軸孔とは反対側の部分には開口部が設けられている。この開口部は、ギヤケース３１の内部にウォームホイール３３、ピボット軸１４等を挿入するために形成されたものである。そして、開口部を塞ぐアンダーカバー３５が設けられている。アンダーカバー３５はトレイ形状を有しており、そのアンダーカバー３５とギヤケース３１とにより取り囲まれた空間に、制御基板３６が設けられている。
【００２８】
この制御基板３６には、図７のように、ブラシレスモータ１８を制御する駆動回路３７が設けられている。駆動回路３７は、６本の電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２に対する通電を制御するインバータ回路３８を有する。インバータ回路３８は、端子２４，２５，２６に接続されている。また、アンダーカバー３５にはコネクタ３９が設けられており、外部電源４０に接続された電源ケーブルをコネクタ３９に接続することにより、外部電源４０とインバータ回路３８とが接続される。外部電源４０は、車両１０に搭載されたバッテリまたはキャパシタ等を含む。
【００２９】
また、インバータ回路３８は、外部電源４０と６本の電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２とを別々に接続または遮断する複数のスイッチング素子３８ａを備えている。複数のスイッチング素子３８ａ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４０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４０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。複数のスイッチング素子３８ａは合計で６個設けられている。
【００３０】
スイッチング素子３８ａが接続（オン）されると、外部電源４０から電機子コイルに電流が供給される。これに対して、スイッチング素子３８ａが遮断（オフ）されると、外部電源４０から電機子コイルに電流は供給されない。さらに、インバータ回路３８には、複数のスイッチング素子３８ａのオン及びオフを切り替える制御回路（コンロトーラ)５０が接続されている。
【００３１】
この制御回路５０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、駆動回路３７は、ＰＷＭ信号発生回路５１を有しており、ＰＷＭ信号発生回路５１の信号は、制御回路５０に入力される。この制御回路５０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通電期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、６本の電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２に供給する電流値が制御される。つまり、６本の電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２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５０は、ブラシレスモータ１８の回転子２７の回転数を制御するためのデータ、プログラム等を記憶している。
【００３２】
さらに、本実施形態におけるブラシレスモータ１８は、スイッチング素子３８ａのオン及びオフを切り替え制御して、６本の電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２に対する通電の向きを反転させることにより、回転子２７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３８ａがオンされると、外部電源４０と電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２とが別々に接続され、スイッチング素子３８ａがオフされると、外部電源４０と電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２とが別々に遮断される。
【００３３】
制御基板３６は、ピボット軸１４の第１軸線Ａ１に対して垂直な平面方向に沿って配置されている。第１軸線Ａ１はピボット軸１４が回転する際の中心である。制御基板３６には３個の検出センサ４１，４２，４３が取り付けられている。３個の検出センサ４１，４２，４３は共にホールＩＣであり、３個の検出センサ４１，４２，４３は、センサマグネット３４と非接触で制御基板３６に固定されている。３個の検出センサ４１，４２，４３は、制御基板３６の平面視で図２のように、ロータ軸２８の第２軸線Ｂ１と交差する方向に並べられている。第２軸線Ｂ１は、ロータ軸２８が回転する際の中心である。
【００３４】
第２軸線Ｂ１に沿った方向で、３個の検出センサ４１，４２，４３の配置範囲と、センサマグネット３４の配置範囲とが、少なくとも一部で重なっている。また、制御基板３６が水平に配置されていると仮定すると、図３のように、１個の検出センサ４２は、第２軸線Ｂ１の真下に配置されている。３個の検出センサ４１，４２，４３は、第２軸線Ｂ１と交差する方向に等間隔で配置されている。また、検出センサ４２は、検出センサ４１と検出センサ４３との間に配置されている。
【００３５】
３個の検出センサ４１，４２，４３は、回転子２７が回転してセンサマグネット３４の磁極が移動するとスイッチング動作し、３個の検出センサ４１，４２，４３は、それぞれスイッチング信号（オン・オフ信号）を別々に発生する。制御回路５０は、３個の検出センサ４１，４２，４３のスイッチング信号に基づいて、回転子２７の回転角度及び回転数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４４が設けられており、運転者がワイパスイッチ４４を操作して低速モードまたは高速モードを選択すると、ワイパスイッチ４４の操作信号は制御回路５０に入力される。さらに、車両１０の走行速度を検出する車速センサ４５が設けられており、車速センサ４５の検出信号が制御回路５０に入力される。
【００３６】
制御回路５０には、ワイパスイッチ４４の操作信号、車速センサ４５の検出信号、ワイパアーム１５の作動負荷等、各種の条件に基づいて、インバータ回路３８のスイッチング素子３８ａをオン・オフするタイミング、スイッチング素子３８ａをオンとする継続時間等を制御するデータ、演算式等が予め記憶されている。ワイパアーム１５の作動負荷は、具体的には、検出センサ４１，４２，４３の信号から推定可能である。
【００３７】
例えば、高速モードが選択されており、高速モードにおけるワイパアーム１５の目標払拭速度を達成するべき回転子２７の目標回転数を求め、回転子２７の実回転数が目標回転数となるように、通電制御を行うとする。ここで、回転子２７の実回転数が目標回転数にならない場合は、雪等によりワイパアーム１５動作抵抗、すなわち、ワイパアーム１５の作動負荷が増加していると推定することが可能である。
【００３８】
また、車速が異なると、ワイパアーム１５が受ける風圧が変化するため、ワイパアーム１５の作動負荷が異なる。さらに、フロントガラス１１の傾斜角度が異なると、ワイパアーム１５が受ける風圧が変化するため、ワイパアーム１５の作動負荷が異なる。フロントガラス１１の傾斜角度は、水平面に対するフロントガラス１１の鋭角側の傾斜角度で表される。さらに、ワイパブレード１６の長さが異なると、ワイパアーム１５の作動負荷が異なる。
【００３９】
なお、ギヤケース３１には、取り付け部４６が複数、例えば３箇所設けられており、取り付け部４６には、ぞれぞれ軸孔が設けられている。また、取り付け部４６の軸孔に、それぞれ緩衝材４７が取り付けられている。緩衝材４７は、環状に成形された合成ゴムであり、ねじ部材が緩衝材４７の孔４７ａに挿入されて、駆動装置１７が車体４８に取り付けられる。
【００４０】
次に、第１ワイパ装置１２及び第２ワイパ装置１３のそれぞれにおいて、ブラシレスモータ１８で実行可能な制御例を説明する。ワイパスイッチ４４の操作信号、あるいは、ワイパスイッチ４４の操作信号以外の条件により、複数のスイッチング素子３８ａのオン・オフを制御する。また、制御回路５０は３個の検出センサ４１，４２，４３の検出信号に基づいて、回転子２７の回転位置、つまり、回転方向の角度を推定し、回転子２７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所定の通電角ずつ順次オンして、電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に対する通電状態を切り替えて相電流を転流させる。
【００４１】
上記の制御が繰り返されると電機子２１により回転磁界が形成され、回転子２７が回転する。ブラシレスモータ１８は、スイッチング素子３８ａのオン及びオフを切り替え制御して、電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に対する通電の向きを反転させることにより、回転子２７を正回転・停止・逆回転させることができる。回転子２７の動力が、減速機構１９を介してピボット軸１４に伝達されると、ワイパアーム１５が所定角度の範囲内で往復動作し、ワイパブレード１６によりフロントガラス１１が払拭される。
【００４２】
また、ブラシレスモータ１８は、電流値が高くなることに伴い回転子２７の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１８は、回転子２７の回転数が上昇することに伴い、回転子２７のトルクが低下する特性を有する。
【００４３】
さらに、本実施形態のブラシレスモータ１８は、回転子２７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の通電制御、弱め界磁制御、第２の通電制御を切り替えて実行可能である。第１の通電制御、弱め界磁制御、第２の通電制御は、ワイパスイッチ４４の検出信号、車速センサ４５の検出信号、ワイパアーム１５の負荷等、各種の条件により切り替えられる。特に、弱め界磁制御は、第１の通電制御に比べて、回転子２７の回転数を上昇させる要求がある場合に実行される。これに対して、第２の通電制御は、第１の通電制御に比べて、回転子２７のトルクを上昇させる要求がある場合に実行される。
【００４４】
第１の通電制御、弱め界磁制御、第２の通電制御を、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。正は正極から電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２に通電することを表し、負は負極から電機子コイルＶ１，Ｖ２，Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２に通電することを表す。図８に示す通電制御は、所定の１本の電機子コイルに対する通電状態を例示したものである。
【００４５】
図８（Ａ）は第１の通電制御を示す。第１の通電制御は、通電角０°を基準として通電角３０°の位置で、所定の電機子コイルに対して正極から通電を開始し、通電角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、第１の通電制御は、正極からの通電が終了してから通電角６０°の範囲を空けて、負極から所定の電機子コイルに対して通電を開始し、通電が通電角１２０°の範囲で維持された後に通電が終了する。
【００４６】
図８（Ｂ）は弱め界磁制御を示す。所定の電機子コイルに対して、通電角０°を基準として通電角１５°の位置で正極からの通電が開始され、正極からの通電は通電角１２０°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てから通電角６０°の範囲を空けて、負極からの通電が開始され、負極からの通電が通電角１２０°の範囲で維持された後、負極からの通電が終了する。このように、図８（Ｂ）において正極からの通電が開始される通電角１５°の位置は、図８（Ａ）に示す通電角３０°の位置よりも早いタイミングである。通電角１５°の位置は、通電角３０°の位置に対して通電角１５°分が進角されていることになる。
【００４７】
第２の通電制御を図８（Ｃ）に基づいて説明する。所定の電機子コイルに対して、通電角０°を基準として通電角１５°の位置で正極からの通電が開始され、正極からの通電が通電角１２０°＋αの範囲で維持された後、通電角１６５°の位置で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、通電角１９５°で負極からの通電が開始され、負極からの通電が通電角１２０°＋αの範囲で維持された後、負極からの通電が終了する。このように、第２の通電制御における通電開始タイミングは、第１の通電制御における通電開始タイミングよりも通電角１５°の範囲分早く、かつ、第２の通電制御で通電が継続される通電角１２０°＋αの範囲は、第１の通電制御で通電が継続される通電角１２０°の範囲よりも広い。ここで、通電角１２０°の範囲は、本発明における第１の期間であり、通電角１２０°＋αの範囲は、本発明における第２の期間である。
【００４８】
第１の通電制御は、例えば、低速モードが選択されていると実行される。第１の通電制御は、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、回転子２７の実回転数を、要求されている目標回転数に近づける。また、第１の通電制御を行う場合は、電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２への通電開始タイミングは、予め定められた固定値、つまり、通電角３０°の位置である。
【００４９】
弱め界磁制御または第２の通電制御は、例えば、高速モードが選択されていると実行される。弱め界磁制御は、電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に供給する電流値を変えずに実行される。弱め界磁制御は、電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に電流を供給することにより、電機子２１が形成する磁界をなるべく弱くする制御である。この弱め界磁制御を行うと、電機子コイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に生じる逆起電力が減少し、回転子２７の回転数が上昇する。なお、第２の通電制御は、弱め界磁制御に加えて、通電期間を第１の通電制御及び第２の通電制御よりも長くするものである。
【００５０】
図９は、ブラシレスモータ１８の特性を示す線図である。図９においては、縦軸にブラシレスモータ１８の回転数が示され、横軸にブラシレスモータ１８のトルクが示されている。また、図９には、低速モード用特性の一例、及び高速モード特性の一例が示されている。
【００５１】
本実施形態のブラシレスモータ１８は、その定格を設定するにあたり、図９の低速用モード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単体特性が存在している。このため、低速モードが選択されていると、第１の通電制御を実行することにより、単体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。
【００５２】
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、低速モード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、高速モード用特性を満足する特性である。目標出力は、回転子２７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４４の検出信号、車速センサ４５の検出信号、ワイパアーム１５の負荷等、各種の条件を含む。
【００５３】
これに対して、例えば、高速モードが選択されて、回転子２７に対して要求されるトルク及び回転数が単体特性を超えたときは、制御回路５０が弱め界磁制御または第２の通電制御を実行することにより、単体特性を超える回転数及びトルクを得ることができる。これにより、ブラシレスモータ１８の特性は、見かけ上、図９に一点鎖線で示す位置にあることと同等となる。
【００５４】
すなわち、ブラシレスモータ１８は、設計上、低速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１８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１８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１８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。
【００５５】
弱め界磁制御または第２の通電制御を行った場合のブラシレスモータ１８の特性を、図１０の特性線図に基づいて説明する。図１０の特性線図では、横軸にトルクが示され、縦軸に回転数が示されている。図１０（Ａ）の特性線図は、第２の通電制御を実行した場合におけるブラシレスモータ１８の特性である。実線は進角３０°の特性であり、破線は進角４５°の特性であり、一点鎖線は進角６０°の特性である。上記の進角３０°、進角４５°、進角６０°は、第１の通電制御において電機子コイルへの通電が開始されるタイミングである通電角３０°の位置よりも、進角３０°、進角４５°、進角６０°分、早いタイミングで電機子コイルへの通電が開始されることを意味する。
【００５６】
電機子コイルへの通電期間は、進角に関わりなく通電角１２０°の範囲に亘り継続される。図１０（Ａ）によれば、回転子のトルクが同じであっても、進角が大きくなる程、回転子の回転数は相対的に高くなることが分かる。また、３つの特性は、回転子のトルクが上昇することに伴い、回転数が低下する。さらに、回転子のトルクが上昇することに伴い、３つの特性における回転子の回転数差は小さくなる。
【００５７】
第２の通電制御を行った場合におけるブラシレスモータ１８の特性を、図１０（Ｂ）に基づいて説明する。実線は、進角３０°で通電角１２０°の特性であり、破線は、進角３７．５°で通電角１３５°の特性であり、一点鎖線は、進角４５°で通電角１５０°の特性であり、二点鎖線は、進角５２．５°で通電角１６５°の特性である。図１０（Ｂ）に示すブラシレスモータ１８の基本的な特性は、図１０（Ａ）に示すブラシレスモータ１８の基本的な特性と同じである。高トルクの領域における回転数の差は、図１０（Ａ）に示すブラシレスモータ１８の特性よりも、図１０（Ｂ）に示すブラシレスモータ１８の特性の方が大きい。
【００５８】
図１１は、進角と通電角とトルクリップル率との関係を示すグラフ図である。横軸に通電角が示されている。トルクリップルとは、回転子のトルクが変化、つまり、脈動することである。トルクリップル率とは、トルクの平均に対するトルクの脈動幅の割合である。ここでは、回転子のトルクリップル率が、進角０°、進角１５°、進角３０°のぞれぞれについて示されている。進角０°は、本発明における第１のタイミングに相当し、進角１５°、進角３０°は、本発明における第２のタイミングに相当する。つまり、進角１５°は、進角０°に対して通電の開始タイミングを通電角１５°分早めることを意味し、進角３０°は、進角０°に対して通電の開始タイミングを通電角３０°分早めることを意味する。
【００５９】
図１１のグラフ図からは、通電角が一定であると、進角が大きくなる程、トルクリップル率が小さくなることが分かる。これに対して、進角が一定であると、通電角が大きくなる程、トルクリップル率が小さくなる傾向にあることが分かる。具体的には、通電角１５０°かつ進角３０°としてブラシレスモータ１８を制御すると、トルクリップル率が最も低くなることが分かる。なお、第１の通電制御と第２の通電制御とを比較すると、通電角１３５°以上、かつ、通電角１６５°であれば、第１の通電制御を実行した場合のトルクリップル率よりも、第２の通電制御を実行した場合のトルクリップル率を低減できる。
【００６０】
図１２は、ブラシレスモータ１８の電機子コイルへの通電制御を実行するにあたり、電流波形を矩形波として制御する場合と、矩形波よりも滑らかな波形として制御する場合とで、ブラシレスモータの周囲で生じる放射音（音圧）を比較した例である。第１の通電制御を実行すると電流波形は矩形波となり、第２の通電制御を実行すると電流波形は滑らかな波形となる。図１２によれば、第２の通電制御を実行した場合の音圧は、第１の通電制御を実行した場合の音圧よりも低いことが分かる。
【００６１】
図１３は、ブラシレスモータ１８の電機子コイルへの通電制御を実行するにあたり、電流と電気角との関係を示す波形である。進角６０°かつ通電角１６５°の波形が実線で示され、進角０°かつ、通電角１２０°の波形が二点鎖線で示され、進角３０°かつ通電角１５０°の波形が破線で示され、進角１５°かつ通電角１２０°の波形が一点鎖線で示されている。図１３に示す波形では、進角６０°かつ通電角１６５°の波形が、最も滑らかに電流が変化しており、正弦波に近似する。つまり、進角６０°かつ通電角１６５°の波形が、他の波形に比べて、ブラシレスモータの周囲で生じる放射音（音圧）が最も低く、ブラシレスモータ１８の作動音を低減できる。
【００６２】
図１４は、進角及び通電角と、音圧との関係を示すグラフ図である。図１４には、進角０°、進角１５°、進角３０°における通電角１２０°での音圧が示され、進角１５°、進角３０°における通電角１５０°での音圧が示され、進角６０°かつ通電角１６５°での音圧が示されている。図１４からは、進角１５°かつ、通電角１５０°における音圧、進角６０°かつ通電角１６５°における音圧が、他の進角、通電角における音圧よりも低いことが分かる。
【００６３】
ここで、進角０°は第１のタイミングであり、進角１５°、進角３０°は第２のタイミングである。さらに、進角６０°は、第１のタイミングである進角０°に対して、通電の開始タイミングを通電角６０°分早めた第２のタイミングである。
【００６４】
図１２〜図１４に示された傾向を集約すると、通電角が一定であると、進角が大きくなる程、音圧が低下する傾向にあることが分かる。また、進角が一定であると、通電角が大きくなる程、音圧が低下する傾向にあることが分かる。
【００６５】
本実施形態においては、ブラシレスモータ１８の電機子コイルへの通電を制御するにあたり、トルクリップル率が小さくなるように、選択されるモード、車速、ワイパアーム１５の負荷等の各種の条件に応じて、進角及び通電角を制御することができる。また、ブラシレスモータ１８の電機子コイルへの通電を制御するにあたり、音圧が低くなるように、各種の条件に応じて進角及び通電角を制御することができる。
【００６６】
さらに、駆動装置１７が取り付けられる車体４８の剛性、取り付け位置等は車種毎に異なり、車種毎にブラシレスモータ１８作動時の共振周波数が異なる。このため、ブラシレスモータ１８の周囲で発生する音圧が低くなるように、進角及び通電角を車種毎にチューニングすることが可能である。
【００６７】
本発明の駆動装置は前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いうまでもない。例えば、本発明のブラシレスモータは、電機子コイルがＹ字状に接続されているスター結線の構造を含む。本発明のブラシレスモータは、回転子が、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構造であるものを含む。ＩＰＭ構造は、ロータコアの内部に永久磁石を埋め込んだものである。また、第１の期間は通電角１２０°に限定されず、通電角１２０°未満でもよいし、通電角１２０°を超えてもよい。
【００６８】
本発明のブラシレスモータは、回転子が固定子の内側に配置されたインナロータ形の構造、回転子が固定子の外側に配置されたアウタロータ形の構造を含む。
【００６９】
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、２本のワイパアームを、１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。
【００７０】
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。なお、駆動回路３７が、本発明の制御部及びモード切替部に相当する。
【符号の説明】
【００７１】
１０  車両
１１  フロントガラス
１２  第１ワイパ装置
１３  第２ワイパ装置
１４  ピボット軸
１５  ワイパアーム
１６  ワイパブレード
１７  駆動装置
１８  ブラシレスモータ
１９  減速機構
２０  モータケース
２１  電機子
２２  ステータコア
２３  ティース
２４，２５，２６  端子
２７  回転子
２８  ロータ軸
２９Ｎ，２９Ｓ  永久磁石
３０  ロータコア
３１  ギヤケース
３２  ウォーム
３３  ウォームホイール
３３ａ  ギヤ
３４  センサマグネット
３５  アンダーカバー
３６  制御基板
３７  駆動回路
３８  インバータ回路
３８ａ  スイッチング素子
３９  コネクタ
４０  外部電源
４１，４２，４３  検出センサ
４４  ワイパスイッチ
４５  車速センサ
４６  取り付け部
４７  緩衝材
４７ａ  孔
４８  車体
４９  軸受
５０  制御回路
５１  ＰＷＭ信号発生回路
Ａ１  第１軸線
Ｂ１  第２軸線
Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２  電機子コイル
Ｕａ，Ｕｂ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｗａ，Ｗｂ  端部
【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】
2015126547.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015126547.tif 000011
【図１０】
2015126547.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2015126547.tif 000014
【図１３】
2015126547.tif 000015
【図１４】
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