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特開2020-48401ブラシレスモータ、ブラシレスモータの制御方法およびワイパ装置の制御方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2020-48401(P2020-48401A)
(43)【公開日】2020年3月26日
(54)【発明の名称】ブラシレスモータ、ブラシレスモータの制御方法およびワイパ装置の制御方法
(51)【国際特許分類】
   H02P 6/08 20160101AFI20200303BHJP
   B60S 1/08 20060101ALI20200303BHJP
【FI】
   H02P6/08
   B60S1/08 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2019-143185(P2019-143185)
(22)【出願日】2019年8月2日
(31)【優先権主張番号】特願2018-172731(P2018-172731)
(32)【優先日】2018年9月14日
(33)【優先権主張国】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000144027
【氏名又は名称】株式会社ミツバ
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】池田 健
(72)【発明者】
【氏名】望田 淳史
(72)【発明者】
【氏名】星野 宏樹
(72)【発明者】
【氏名】田名網 哲圭
(72)【発明者】
【氏名】横坂 昂佑
(72)【発明者】
【氏名】根岸 紀明
(72)【発明者】
【氏名】吉本 強志
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 ほのか
【テーマコード(参考)】
3D025
5H560
【Fターム(参考)】
3D025AA01
3D025AC01
3D025AD02
3D025AD09
3D025AE02
3D025AE57
3D025AG01
5H560BB04
5H560BB08
5H560BB12
5H560DA02
5H560DA19
5H560DB20
5H560DC12
5H560DC13
5H560EB01
5H560EC02
5H560EC07
5H560SS01
5H560TT07
5H560TT11
5H560TT15
5H560UA05
5H560XA12
5H560XA15
(57)【要約】
【課題】適切にフリーレス通電制御と矩形波通電制御とを切り替えることができるブラシレスモータおよびブラシレスモータの制御方法を提供する。
【解決手段】本実施形態のブラシレスモータは、三相巻線を有するステータと、永久磁石を有し、ステータに対向した状態で回転するロータと、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで三相巻線に交流電流を通電するインバータと、ロータの回転に応じた三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンをフリーレス通電パターンまたは矩形波通電パターンに切り替えて複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と、を備え、制御部は、ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値が所定の第1の閾値未満の場合に通電パターンをフリーレス通電パターンに切り替え、負荷積算値が所定の第1の閾値以上の場合に通電パターンを矩形波通電パターンに切り替える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
三相巻線を有するステータと、
永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと、
複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと、
前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンをフリーレス通電パターンまたは矩形波通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値が所定の第1の閾値未満の場合に前記通電パターンを前記フリーレス通電パターンに切り替え、前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値以上の場合に前記通電パターンを前記矩形波通電パターンに切り替える、
ブラシレスモータ。
【請求項2】
前記矩形波通電パターンは、前記スイッチング素子が継続的にオンされた状態である第1状態、若しくは前記スイッチング素子が継続的にオフされた状態である第2状態、またはPWM制御された状態である第3状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含み、
前記フリーレス通電パターンは、前記スイッチング素子が前記第3状態でのPWM制御よりも大きな最大デューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第4状態、若しくは前記スイッチング素子が前記第3状態でのPWM制御よりも小さな最小デューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第5状態、または前記最大デューティ比と前記最小デューティ比との間の中間のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第6状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含む、
請求項1に記載のブラシレスモータ。
【請求項3】
前記矩形波通電パターンは、前記スイッチング素子が継続的にオンされた状態である第1状態、若しくは前記スイッチング素子が継続的にオフされた状態である第2状態、またはPWM制御された状態である第3状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含み、
前記フリーレス通電パターンは、前記スイッチング素子が継続的にオンされた状態である第7状態、若しくは前記スイッチング素子が外部から入力される指示デューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第8状態、または前記指示デューティ比の1/2のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第9状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含む、
請求項1に記載のブラシレスモータ。
【請求項4】
前記制御部は、
前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値以上になったのちに、前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値より小さい所定の第2の閾値未満の場合になった場合に前記通電パターンを前記フリーレス通電パターンに切り替える、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
【請求項5】
前記負荷積算値は、前記インバータに供給される電源電圧と、前記ロータの回転速度と、フリーレス通電パターンまたは矩形波通電パターンを構成する通電状態のうちPWM制御された状態でのPWM信号のデューティ比と、を所定の間隔で検出し、検出した3つの値に基づいて算出される負荷ポイント値を累積した値である、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
【請求項6】
三相巻線を有するステータと、
永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと、
複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと、
前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンをフリーレス通電パターンまたは矩形波通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と、
を備えたブラシレスモータの制御方法であって、
前記制御部は、
前記ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値が所定の第1の閾値未満の場合に前記通電パターンを前記フリーレス通電パターンに切り替え、前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値以上の場合に前記通電パターンを前記矩形波通電パターンに切り替える、
ブラシレスモータの制御方法。
【請求項7】
請求項6に記載のブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータにより揺動されるワイパアームと、
前記ワイパアームに接続され、車両の払拭領域を往復払拭するワイパブレードと、
を備えたワイパ装置の制御方法であって、
前記制御部は、前記ワイパブレードの位置が前記払拭領域中の反転位置にあるとき、前記通電パターンを切り替える、
ワイパ装置の制御方法。
【請求項8】
請求項7に記載のワイパ装置の制御方法であって、
さらに、前記制御部は、前記矩形波通電パターンにおけるワイパブレードの払拭回数をカウントし、前記払拭回数が所定値以上の場合に前記矩形波通電パターンから前記フリーレス通電パターンに切り替える、
ワイパ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ブラシレスモータ、ブラシレスモータの制御方法およびワイパ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1では、ブラシレスモータ駆動で、3相のうちOFF相(相開放期間に対応する。以下、フリー相と呼ぶことがある)にDutyの1/2を出力する制御方法を出願している。以下、この制御方法を、フリーレス駆動・通電と言う。
【0003】
このフリーレス駆動・通電方式では、モータ作動音が低減されるが、矩形波通電方式と比べて、モータの特性が低下してしまうという課題が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2017−103925号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
そのため、特許文献1記載のフリーレス駆動・通電方式を行うブラシレスモータを使用してワイパアームを揺動運動させるためのワイパ装置を設計すると、ブラシレスモータの高負荷状態ではワイパが払拭できなくなる可能性がある。すなわち、特許文献1記載のフリーレス駆動・通電方式では、矩形波通電方式と比べて、モータの特性が低下してしまうため、高負荷状態ではワイパが払拭できなくなる可能性が生じてしまう。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、適切にフリーレス通電制御と矩形波通電制御とを切り替えることができるブラシレスモータ、ブラシレスモータの制御方法およびワイパ装置の制御方法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】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、三相巻線を有するステータと、永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと、複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと、前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンをフリーレス通電パターンまたは矩形波通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値が所定の第1の閾値未満の場合に前記通電パターンを前記フリーレス通電パターンに切り替え、前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値以上の場合に前記通電パターンを前記矩形波通電パターンに切り替える、ブラシレスモータである。
【0008】
また、本発明の一態様は、上記ブラシレスモータであって、前記矩形波通電パターンは、前記スイッチング素子が継続的にオンされた状態である第1状態、若しくは前記スイッチング素子が継続的にオフされた状態である第2状態、またはPWM制御された状態である第3状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含み、前記フリーレス通電パターンは、前記スイッチング素子が前記第3状態でのPWM制御よりも大きな最大デューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第4状態、若しくは前記スイッチング素子が前記第3状態でのPWM制御よりも小さな最小デューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第5状態、または前記最大デューティ比と前記最小デューティ比との間の中間のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第6状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含む。
【0009】
また、本発明の一態様は、上記ブラシレスモータであって、前記矩形波通電パターンは、前記スイッチング素子が継続的にオンされた状態である第1状態、若しくは前記スイッチング素子が継続的にオフされた状態である第2状態、またはPWM制御された状態である第3状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含み、前記フリーレス通電パターンは、前記スイッチング素子が継続的にオンされた状態である第7状態、若しくは前記スイッチング素子が外部から入力される指示デューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第8状態、または前記指示デューティ比の1/2のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された状態である第9状態のいずれかの組み合わせである通電パターンを含む。
【0010】
また、本発明の一態様は、上記ブラシレスモータであって、前記制御部は、前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値以上になったのちに、前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値より小さい所定の第2の閾値未満の場合になった場合に前記通電パターンを前記フリーレス通電パターンに切り替える。
【0011】
また、本発明の一態様は、上記ブラシレスモータであって、前記負荷積算値は、前記インバータに供給される電源電圧と、前記ロータの回転速度と、フリーレス通電パターンまたは矩形波通電パターンを構成する通電状態のうちPWM制御された状態でのPWM信号のデューティ比と、を所定の間隔で検出し、検出した3つの値に基づいて算出される負荷ポイント値を累積した値である。
【0012】
また、本発明の一態様は、三相巻線を有するステータと、永久磁石を有し、前記ステータに対向した状態で回転するロータと、複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで前記三相巻線に交流電流を通電するインバータと、前記ロータの回転に応じた前記三相巻線の各相の通電状態の変化を表す通電パターンをフリーレス通電パターンまたは矩形波通電パターンに切り替えて前記複数のスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御する制御部と、を備えたブラシレスモータの制御方法であって、前記制御部は、前記ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値が所定の第1の閾値未満の場合に前記通電パターンを前記フリーレス通電パターンに切り替え、前記負荷積算値が前記所定の第1の閾値以上の場合に前記通電パターンを前記矩形波通電パターンに切り替える、ブラシレスモータの制御方法である。
【0013】
また、本発明の一態様は、上記ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータにより揺動されるワイパアームと、前記ワイパアームに接続され、車両の払拭領域を往復払拭するワイパブレードと、備えたワイパ装置の制御方法であって、前記制御部は、前記ワイパブレードの位置が前記払拭領域中の反転位置にあるとき、前記通電パターンを切り替える、ワイパ装置の制御方法である。
【0014】
また、本発明の一態様は、上記ワイパ装置の制御方法であって、さらに、前記制御部は、前記矩形波通電パターンにおけるワイパブレードの払拭回数をカウントし、前記払拭回数が所定値以上の場合に前記矩形波通電パターンから前記フリーレス通電パターンに切り替える。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値に応じて適切にフリーレス通電制御と矩形波通電制御とを切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の一実施形態に係るワイパ装置を示す模式図である。
図2図1に示すブラシレスモータ1aの構成例を示す構成図である。
図3】制御部12における高負荷検出処理系の構成を示すブロック図である。
図4】負荷ポイントマップ12bの構成を示す説明図である。
図5】負荷ポイントマップ12bの構成を示す説明図である。
図6】累積ポイント値(負荷積算値)及び閾値とブラシレスモータ1aの運転状態との関係を示す説明図である。
図7】矩形波通電パターンの一例を説明するための図である。
図8図7に示す矩形波通電パターンの一例をテーブルとしてまとめたものである。
図9】第1実施形態に係るフリーレス通電パターンの一例を説明するための図である。
図10図9に示すフリーレス通電パターンの一例をテーブルとしてまとめたものである。
図11】第2実施形態に係るフリーレス通電パターンの一例を説明するための図である。
図12図11に示すフリーレス通電パターンの一例をテーブルとしてまとめたものである。
図13】制御部12による通電制御切り替え動作の一例を示すフローチャートである。
図14】制御部12による通電制御切り替え動作の他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るワイパ装置10の全体構成を示す模式図である。図1に示すワイパ装置10は、車体に揺動自在に設けられた運転席側のワイパアーム3aと助手席側のワイパアーム3bとを有している。各ワイパアーム3aおよび3bには、運転席側のワイパブレード4aと助手席側のワイパブレード4bが取り付けられている。ワイパブレード4aおよび4bはワイパアーム3aおよび3b内に内装された図示していないばね部材等によってフロントガラス300に押しつけられる形で接触している。車体には2つのワイパ軸9aおよび9bが設けられており、ワイパアーム3aおよび3bはその基端部でワイパ軸9aおよび9bにそれぞれ取り付けられている。
【0018】
ワイパアーム3aおよび3bを揺動運動させるため、ワイパ装置10には2つのモータ装置100aおよび100bが設けられている。ワイパ装置10は、2つのモータ装置100aおよび100bを同期させて正逆転制御することでワイパブレード4aおよび4bが一点鎖線で示す払拭範囲5aおよび5bにおいて揺動運動する。モータ装置100aは、ブラシレスモータ(以下、単にモータという場合がある)1aと減速機構2aとによって構成されている。モータ装置100bは、ブラシレスモータ1bと減速機構2bとによって構成されている。ブラシレスモータ1aは、車両側のコントローラであるECU200と車載LAN(ローカルエリアネットワーク)400を介して接続されている。ECU200からブラシレスモータ1aに対しては、ワイパスイッチのON/OFFや、LoおよびHiおよびINT(間欠作動)などのスイッチ情報やエンジン起動情報、車速情報等が車載LAN400を介して入力される。ブラシレスモータ1aおよび1b間は通信線500で接続されている。図1に示すワイパ装置10では、通信線500を介して所定の情報を送受信することでブラシレスモータ1aとブラシレスモータ1bが協働してワイパブレード4aおよび4bの動作を制御する。ブラシレスモータ1aとブラシレスモータ1bは一部のプログラムの内容等が異なるが、基本的な構成は同一とすることができる。
【0019】
次に、図2を参照して図1に示すブラシレスモータ1aの構成例について説明する。ブラシレスモータ1aは、インバータ11と、制御部12と、ロータ13と、ステータ14と、ホールセンサ15u、15vおよび15wとを備える。
【0020】
ステータ14は、図示していないステータコアと、そのステータコアが有する複数のスロットに巻回された巻線14u、14vおよび14wとを有する。巻線14u、14vおよび14wは、デルタ結線された三相巻線である。ただし、デルタ結線に限らず、スター結線であってもよい。
【0021】
ロータ13は、回転軸と、回転軸の周方向に複数の永久磁石が固定され、ステータ14の内側に対向して配置された状態で回転する。ロータ13は、ステータ14の外側に配置されたアウターロータ形の構造であってもよい。ロータ13およびステータ14の構造に限定はないが、例えば、N極およびS極からなる永久磁石の極数を4極、ステータ14のスロット数を6とする4極6スロット構造とすることができる。
【0022】
ホールセンサ(位置検出部)15u、15vおよび15wは、ホール素子を用いてロータ13に固定された複数の永久磁石、またはロータの回転軸上に固定され、複数の磁極を有するマグネットの回転位置を検出し、検出した結果を出力する。ホールセンサ15u、15vおよび15wは、それぞれ電気角で120°毎ずれた位置を検出する。ホールセンサ15u、15vおよび15wは、例えば、ホール素子を用いて発生した磁界に比例した大きさのアナログ信号をコンパレータによってハイレベル(Hレベル)またはローレベル(Lレベル)の信号に変換したデジタル信号を制御部12に対して出力する。本実施形態では、ホールセンサ15uがU相に対応するデジタル信号(位置検出信号Hu)を出力し、ホールセンサ15vがV相に対応するデジタル信号(位置検出信号Hv)を出力し、ホールセンサ15wがW相に対応するデジタル信号(位置検出信号Hw)を出力する。本実施形態のホールセンサ15u、15vおよび15wは、ホールセンサ15u、15vまたは15w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11の出力を変化させた場合に電気角で30°の進角となるようにロータ13に対して設置されている。
【0023】
インバータ11は、複数のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLを有し、外部電源600を直流電源として複数のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLを所定の組み合わせでオンまたはオフすることで三相巻線である巻線14u、14vおよび14wに交流電流を通電する。外部電源600は、例えば車両に搭載されたバッテリ、キャパシタ等を含む。図2に示す例では、6個のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLは、nチャネルMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)で構成されている。スイッチング素子UH、VHおよびWHは、各ドレインが共通に外部電源600の正極に接続されている。スイッチング素子UHのソースは、巻線14uと巻線14wとの接続端子(U相端子とする)とスイッチング素子ULのドレインに接続されている。スイッチング素子VHのソースは、巻線14vと巻線14uとの接続端子(V相端子とする)とスイッチング素子VLのドレインに接続されている。スイッチング素子WHのソースは、巻線14wと巻線14vとの接続端子(W相端子とする)とスイッチング素子WLのドレインに接続されている。スイッチング素子UL、VLおよびWLは、各ソースが共通に外部電源600の負極(例えば接地端子)に接続されている。なお、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLのオンまたはオフ動作は制御部12によって制御される。
【0024】
制御部12は、例えば、CPU(中央処理装置)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)等を備えたマイクロコンピュータとその周辺回路とを含み、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLを制御する。また、制御部12は、ECU200およびブラシレスモータ1bとの間で所定の情報を送受信する。また、制御部12は、ロータ13の回転に応じた三相巻線の各相の巻線14u、14vおよび14wの通電状態の変化を表す通電パターンを第1通電パターン(フリーレス(Freeless)通電パターン)または第2通電パターン(矩形波通電パターン)に切り替えて複数のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLのオンまたはオフの状態を制御する。すなわち、制御部12は、位置検出信号Hu、HvおよびHwに基づいて各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLの通電パターンを制御するための、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLの各ゲートへ印加する駆動信号を出力する。
【0025】
ブラシレスモータ1aは、ホールセンサ(位置検出部)15u、15vおよび15wの出力信号である位置検出信号Hu、HvおよびHw(モータパルス)からロータ13の回転速度(モータ速度ともいう)が検出される。また、制御部12は、複数のスイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLをオンまたはオフ状態に制御する際に、ロータ13の回転速度が所定の目標値となるように、PWM(パルス幅変調)を用いて一定周期毎のデューティ比(Duty出力値ともいう)を制御する。なお、デューティ比とは、制御部12が出力するPWM信号の1周期におけるオン時間をオン時間とオフ時間の合計値で除した値である。
【0026】
また、制御部12では、このようにして算出、設定されたロータ13の回転速度とデューティ比に基づいてロータ13の高負荷検出処理が行われる。この制御処理では、モータ速度(ロータ13の回転速度)とデューティ比から負荷ポイント値を算出,累積し、累積ポイント値(負荷積算値)が所定の基準値を超えたとき高負荷状態と判断し、通電パターンを第1通電パターン(フリーレス通電パターン)から第2通電パターン(矩形波通電パターン)への切り替え処理が実行される。以下、この高負荷検出処理について説明する。なお、以下に説明する高負荷検出の手法は、株式会社ミツバが特許権者である特許第4615885号に記載の手法に基づいている。
【0027】
図3は制御部12における高負荷検出処理系の構成を示すブロック図である。図3に示すように、制御部12には、モータ速度(ロータ13の回転速度)とデューティ比から負荷ポイント値を算出するポイント値算出部12aがまず設けられている。ポイント値算出部12aは、制御部12におけるROMに予め格納された負荷ポイントマップ12bにアクセスし負荷ポイント値を算出する。
【0028】
ポイント値算出部12aの後段には、算出した負荷ポイント値を累積するポイント値累積部12cが設けられている。また、制御部12には、ポイント値累積部12cにて累積された負荷ポイント値(負荷積算値)を、制御部12におけるROMに格納された基準値と比較するポイント値比較部12dが設けられている。さらに、ポイント値比較部12dの後段には、比較結果に基づきブラシレスモータ1aにおけるインバータ11に対し動作指令を行う指令部12eが設けられている。
【0029】
制御部12では、ブラシレスモータ1aの作動時に次のような高負荷検出処理が、所定の間隔(例えば10ms間隔)で実施される。ここではまず、モータ速度(ロータ13の回転速度)とデューティ比及び電源電圧(インバータ11に供給される外部電源600からの直流の電源電圧)が検出される。モータ速度は、ホールセンサ15u、15vおよび15wの出力信号(モータパルス信号)を用いて検出され、ここではモータパルス信号の周期をそのままモータ速度として使用する。デューティ比は、モータパルス信号に基づいてフィードバック制御されているブラシレスモータ1aの現在のデューティ比がここで取得される。
【0030】
ポイント値算出部12aは、モータ速度とデューティ比及び電源電圧を取得した後、負荷ポイントマップ12bを参照して負荷ポイント値を算出する。図4、5は、負荷ポイントマップ12bの構成を示す説明図である。負荷ポイントマップ12bは、電源電圧ごとにモータ速度(Hz)とDuty(デューティ比)(%)をパラメータとして形成されており、図4は電源電圧が12Vの場合(負荷ポイントマップ12b−12)、図5は電源電圧が15Vの場合(負荷ポイントマップ12b−15)を示している。負荷ポイントマップ12bは、モータ速度とDutyに応じてポイント値が設定されており、高負荷によりDutyが高い場合や回転数が低下している状況では高いポイント値となっている。
【0031】
例えば、図4の負荷ポイントマップ12b−12において、Dutyが80%でモータ速度(モータパルス)が250Hzのときは、「+10」が負荷ポイント値となる。Dutyが同じ80%の場合でも、モータ速度が500Hzの場合には負荷が軽いと判断され、負荷ポイント値は「0」となるが、モータ速度が200Hzの場合には負荷が重いと判断され、その値は「+15」となる。また、モータ速度が同じ250Hzの場合でも、Dutyが60%の場合には通常負荷と判断され「0」となるが、Dutyが100%の場合には負荷が重いと判断され「+15」が負荷ポイント値となる。これに対し、Dutyが80%の場合でもモータ速度が1000Hzになると、負荷が軽いと判断され負荷ポイント値は「−5」となる。なお、モータ停止時には、負荷ポイント値として「−20」が設定されている。
【0032】
一方、電源電圧が15Vとなると、負荷ポイントマップ12bの得点分布も変化し、負荷ポイントマップ12b−15のようになる。この場合、電源電圧の上昇により電流量が増加するため、図5に示すように、前述同様の条件(Duty:80%、モータ速度:250Hz)の場合でも負荷ポイント値が「+15」となる。これに対し、電源電圧が低下すると電流量が減少する。このため、電源電圧が12V未満の場合に対処すべく、同様の条件の場合でも負荷ポイント値が小さくなるよう設定された負荷ポイントマップ12bが用意されている。低電圧時の負荷ポイントマップ12bは図示しないが、10V用や11V用などが設けられている。
【0033】
ポイント値算出部12aは、このような負荷ポイントマップ12bにアクセスし、それを参照しつつブラシレスモータ1aの現状に応じた負荷ポイント値を取得する。負荷ポイント値を取得した後、ポイント値累積部12cによって、その値をこれまでに取得した負荷ポイント値に積算する。この積算された累積ポイント値は制御部12におけるRAMに格納され、次回の処理のとき、ポイント値累積部12cから呼び出される。
【0034】
累積ポイント値(負荷積算値)は、高負荷状態が続くと+(正)の負荷ポイント値が連続するため、正の大きな値となる。一方、通常負荷や軽負荷の状態が続くと、0や−(負)の負荷ポイント値が連続するため、0以下となる。なお、ここでは累積ポイント値は0以下の場合は全て0としており、ブラシレスモータ1aが通常に作動しているときには累積ポイント値は0を示す。また、一旦高負荷状態にあったが、その後、制御可能な領域まで負荷が軽減した場合には、累積負荷ポイント値は徐々に減算され、やがて0又は正の小さな値に収束する。従って、累積ポイント値を見れば、現在、ブラシレスモータ1aがどのような状況にあるかが分かり、その値が一定以上となった場合には高負荷と判断することができる。
【0035】
そこで、制御部12におけるポイント値比較部12dは、累積ポイント値が得られると、その値を高負荷状態を判別する閾値(所定の第1の閾値)と比較する。この閾値は、予め実験によって、これがある値以上となると高負荷となるポイントを測定しておき、それを制御部12におけるROMに格納しておく。例えば、累積ポイント値が「100」を超えると高負荷状態と言える場合には、閾値として「100」を設定する。累積ポイント値が閾値を超えない場合には、高負荷状態には至っていないと判断する。これに対し、累積ポイント値が閾値を超えた場合には、運転モードの切り替え等の過負荷対応処理を行う。
【0036】
図6は、累積ポイント値(負荷積算値)及び閾値とブラシレスモータ1aの運転状態との関係を示す説明図である。ブラシレスモータ1aでは、例えば図6のように、通電パターンを第1通電パターン(フリーレス通電パターン)とした通電パターンによる運転が行われ高負荷状態となると、累積ポイント値が上昇して行き閾値S1(所定の第1の閾値)に達する。累積ポイント値が閾値S1以上(所定の第1の閾値以上)の値となると、指令部12eは高負荷状態と判断し、高負荷対応処理として、ブラシレスモータ1aの通電パターンを第1通電パターンから第2通電パターン(矩形波通電パターン)に切り替える。
【0037】
一方、累積ポイント値の減算調整処理は、累積ポイント値が閾値S2(所定の第2の閾値)以下となるまで実行される。閾値S2は、フリーレス通電パターンによる制御をこの値から制御が開始されても、累積ポイント値による高負荷検出に大きな影響がない値が設定されている。つまり、ブラシレスモータ1aがある程度冷却され、フリーレス通電パターンによる制御に際し、閾値S2から制御が開始されても、あるいは累積ポイント値=0から制御が開始されても、その後の高負荷検出時期に大きな差異が生じない値に閾値S2は設定される。
すなわち、累積ポイント値が閾値S2未満(所定の第2の閾値未満)となった場合は、指令部12eは、高負荷対応処理として、ブラシレスモータ1aの通電パターンを第2通電パターン(矩形波通電パターン)から第1通電パターン(フリーレス通電パターン)に切り替える。
なお、高負荷検出方法は、上述の通り、ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値が、閾値S1、S2を超えるか超えないかのタイミングで通電制御を切り替える処理によって行っている。しかしながら、シャント抵抗をモータ給電ラインに設置し、接地されたシャント抵抗を流れるモータ電流値から判定する手法により行ってもよい。
【0038】
次に、図7図12を参照して、矩形波通電パターンの一例、第1実施形態に係るフリーレス通電パターンの一例および第2実施形態に係るフリーレス通電パターンの一例について説明する。
ここで、図7図9および図11においては、ホールセンサ15u、15vおよび15wが出力した位置検出信号Hu、HvおよびHwと、インバータ回路6の通電制御における進角および通電角の一例を説明するための説明図である。図7図9および図11は、位置検出信号Hu、HvおよびHwとスイッチング素子VHがオンされる角度領域との対応関係を示す。横軸は、ブラシレスモータ1aのロータの磁極の回転位置を電気角で表す。位置検出信号Hu、HvおよびHwは、電気角360°を1周期として、互いに120°の位相差を有し、180°毎にHまたはLレベルに変化する。本実施形態では、位置検出信号HuのLからHへの変化をホールエッジHE1と称し、HからLへの変化をホールエッジHE4と称する。また、位置検出信号HvのLからHへの変化をホールエッジHE3と称し、HからLへの変化をホールエッジHE6と称する。また、位置検出信号HwのLからHへの変化をホールエッジHE5と称し、HからLへの変化をホールエッジHE2と称する。ホールセンサ15u、15vおよび15wが出力した位置検出信号Hu、HvおよびHwが誤差を含んでいないとすると(図3に示す例は位置検出信号Hu、HvおよびHwが誤差を含んでいない場合である)、各ホールエッジ間の電気角は60°である。また、ホールエッジHE1とホールエッジHE2の間をホールステージ1(以下、単にステージ1という(以下、同様))と称し、ホールエッジHE2とホールエッジHE3の間をステージ2と称し、ホールエッジHE3とホールエッジHE4の間をステージ3と称する。また、ホールエッジHE4とホールエッジHE5の間をステージ4と称し、ホールエッジHE5とホールエッジHE6の間をステージ5と称し、ホールエッジHE6とホールエッジHE1の間をステージ6と称する。
【0039】
図7は、矩形波通電パターンの一例を説明するための図である。図7は、横軸を電気角とし、位置検出信号Hu、HvおよびHwと、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLの通電パターンとの対応関係を示す図である。図7に示す通電制御の例は、進角20°で通電角130°とする場合である。
通電パターンは、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLが、継続的にオンされた状態(「ON」)もしくは継続的にオフ「OFF」された状態(「ON」または「PWM」以外の期間であって、フリー相の期間とも言う)または一定の周期でオンまたはオフに制御された状態(PWM制御された状態)(「PWM」)のいずれかの組み合わせである。各ステージ1〜6は、さらに3つの区間A’、B’およびC’にそれぞれ区分されている。区間A’、B’およびC’に対しては個別に通電パターンが設定されている。区間A’、B’およびC’の期間(電気角)は、進角の値と通電角の値によって変化する。
【0040】
例えば、ホールエッジHE1とホールエッジHE2で囲まれたステージ1では、区間A’の通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「ON」、「OFF」、「PWM」、「PWM」、「OFF」、および「OFF」の組み合わせである。また、区間B’の通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「ON」、「OFF」、「PWM」、「PWM」、「ON」、および「OFF」の組み合わせである。また、区間C’の通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「OFF」、「OFF」、「PWM」、「PWM」、「ON」、および「OFF」の組み合わせである。
【0041】
また、図8は、図7に示す矩形波通電パターンの一例をテーブルとしてまとめたものである。制御部12におけるROMは、例えば、図8に示すような形式で矩形波通電パターンを記憶する。図8において、「1」はオン、「0」はオフ、「P」はPWMを表す。
【0042】
矩形波通電パターンを構成する組み合わせは、上述したように、下記(1)〜(3)の3つの状態がある。
(1)第1状態:各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLが、継続的にオンされた状態(「ON」)にある。
(2)第2状態:各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLが、継続的にオフ「OFF」された状態(「ON」または「PWM」以外の期間)にある。
(3)第3状態:各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLが、一定の周期でオンまたはオフに制御された状態(PWM制御された状態)(「PWM」)にある。
【0043】
ここで、フリーレス通電パターンによる駆動・通電の制御方法としては2つの方法がある。1つ目の方法では、3相のうちの1相のコイルに接続されたスイッチング素子に対するPWM信号のデューティ比を、他の2相のコイルに接続されたスイッチング素子に対するそれぞれのPWM信号のデューティ比の中間の値に設定する。また、2つ目の方法では、3相のうちの1相のコイルに接続されたスイッチング素子に対するPWM信号のデューティ比を、外部から入力される指示デューティ比の1/2とし、他の2相のコイルに接続されたスイッチング素子に対するそれぞれのPWM信号のデューティ比を、それぞれ指示デューティ比と同じ値と、100%とに設定する。
【0044】
まず、第1実施形態として、1つ目の方法を用いたフリーレス通電パターンについて説明する。1つ目の方法を用いたフリーレス通電パターンによる駆動・通電では、上記(1)〜(3)各状態を、それぞれ下記(4)〜(6)の3つの状態に変更する。
(4)第4状態:第1状態を、第3状態でのPWM制御よりも大きな最大デューティ比のPWM信号によりPWM制御された第4状態(以下、「PL」状態と言う)へと変更する。
(5)第5状態:第3状態を、第3状態でのPWM制御よりも小さな最小デューティ比のPWM信号によりPWM制御された第5状態(以下、「PS」状態と言う)へと変更する。
(6)第6状態:第2状態を、最大デューティ比と最小デューティ比と間の中間のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された第6状態(以下、「PM」状態と言う)へと変更する。
つまり、フリーレス通電パターンにおいてU相、V相およびW相のコイルがそれぞれPM状態(第6状態)となるタイミングは、矩形波通電パターンにおいてU相、V相およびW相のコイルがそれぞれOFF相のコイル(第2状態)となるタイミングと同じである。
これにより、通電パターンが第1状態から第2状態へ切り替わる際に、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生したときに、スイッチング素子を駆動する制御回路(制御部12)が誤動作するという問題に対応できる。また、120°矩形波通電ではフリーとなるタイミング(相開放期間:第2状態にある期間)においても、第6状態のようにPWM制御することにより、結果的に180°通電となり、転流時の電流波形が滑らかになることで駆動音が静かになる(モータ作動音を低減する)効果が期待できる。
【0045】
ここで、本実施形態において、中間のデューティ比は50%である。また、最大デューティ比は、中間のデューティ比に、外部から入力される指示デューティ比の半分のデューティ比を加算したデューティ比である。また、最小デューティ比は、中間のデューティ比から、指示デューティ比の半分のデューティ比を減算したデューティ比である。
例えば、指示デューティ比が80%の場合、中間のデューティ比は予め50%に設定されているため、最大デューティ比は50+80÷2により90%となり、最小デューティ比は50−80÷2により10%となる。
なお、指示デューティ比は、予めユーザーにより制御部12が有するROMに記憶される構成としておけばよい。
ここで、負極側のスイッチング素子UL、VLおよびWLは、正極側のスイッチング素子UH、VHおよびWHに入力されるPWM信号とは逆相のPWM信号が入力される。そこで、対をなすスイッチング素子を駆動するPWM信号のデューティ比は、正極側と負極側とでは異なるが、本実施形態においては、正極側のスイッチング素子を駆動するPWM信号のデューティ比を、対をなすスイッチング素子を駆動するPWM信号のデューティ比という。
【0046】
図9は、第1実施形態に係るフリーレス通電パターンの一例を説明するための図である。図9は、横軸を電気角とし、位置検出信号Hu、HvおよびHwと、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLの通電パターンとの対応関係を示す図である。図9に示す通電制御の例は、進角20°で通電角130°とする場合である。通電パターンは、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLが、継続的にオンされた状態(「ON」)、すなわち「ON」(第1状態)から「PL」(第4状態)へ変更した状態と、継続的にオフ「OFF」された状態(「ON」または「PWM」以外の期間)、すなわち、「OFF」(第2状態)から「PM」(第6状態)へ変更した状態と、一定の周期でオンまたはオフに制御された状態(PWM制御された状態)(「PWM」)、すなわち、「PWM」(第3状態)から「PS」(第5状態)へ変更した状態と、のいずれかの組み合わせである。各ステージ1〜6は、さらに3つの区間A、BおよびCにそれぞれ区分されている。区間A、BおよびCに対しては個別に通電パターンが設定されている。区間A、BおよびCの期間(電気角)は、進角の値と通電角の値によって変化する。
なお、PWM制御された状態において各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLはそれぞれONとOFFとを繰り返すため、正確には波形は複数の凹凸を有する矩形波状となるが、図9および後述の図11では便宜上、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLのON/OFFを明記せず、「PWM相」と表記した。ここで、図9において、「PL」状態を「PWM相(MAX Duty)」、「PS」状態を「PWM相(MIN Duty)」、「PM」状態を「PWM相(Duty=50)」と表記する。
【0047】
例えば、ホールエッジHE1とホールエッジHE2で囲まれたステージ1では、区間Aの通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「PL」、「PL」、「PS」、「PS」、「PM」、および「PM」の組み合わせである。また、区間Bの通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「PL」、「PL」、「PS」、「PS」、「PL」、および「PL」の組み合わせである。また、区間Cの通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「PM」、「PM」、「PS」、「PS」、「PL」、および「PL」の組み合わせである。
【0048】
また、図10は、図9に示すフリーレス通電パターンの一例をテーブルとしてまとめたものである。制御部12におけるROMは、例えば、図10に示すような形式でフリーレス通電パターンを記憶する。なお、図10において、「PL」は最大デューティ比のPWM信号によりPWM制御された第4状態、「PS」は最小デューティ比のPWM信号によりPWM制御された第5状態、「PM」は最大デューティ比と最小デューティ比と間の中間のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された第6状態を、それぞれ表す。
【0049】
次に、第2実施形態として、2つ目の方法を用いたフリーレス通電パターンについて説明する。2つ目の方法を用いたフリーレス通電パターンによる駆動・通電では、上記(1)〜(3)の状態を、それぞれ下記(7)〜(9)の3つの状態に変更する。なお、(1)の状態と(7)の状態とにおいて、各スイッチング素子に対する制御は同じであるため、実際には状態は変化していない。
(7)第7状態:第1状態を維持し、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLが、継続的にオンされた状態(「ON」)とする。
(8)第8状態:第3状態を、外部から入力される指示デューティ比のPWM信号によりPWM制御された第8状態(以下、「P1 」状態と言う)へと変更する。
(9)第9状態:第2状態を、外部から入力される指示デューティ比の1/2のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された第9状態(以下、「P2」状態と言う)へと変更する。
つまり、フリーレス通電パターンにおいてU相、V相およびW相のコイルがそれぞれP2状態(第9状態)となるタイミングは、矩形波通電パターンにおいてU相、V相およびW相のコイルがそれぞれOFF相のコイル(第2状態)となるタイミングと同じである。
これにより、通電パターンが第1状態から第2状態へ切り替わる際に、ブラシレスモータの入力端子に負電圧が発生したときに、スイッチング素子を駆動する制御回路(制御部12)が誤動作するという問題に対応できる。また、120°矩形波通電ではフリーとなるタイミング(相開放期間:第2状態にある期間)においても、第9状態のようにPWM制御することにより、結果的に180°通電となり、転流時の電流波形が滑らかになることで駆動音が静かになる(モータ作動音を低減する)効果が期待できる。
すなわち、第1実施形態および第2実施形態のどちらのフリーレス通電パターンによる駆動・通電方法を用いても、同様の効果が期待できる。
【0050】
ここで、本実施形態において、第7状態におけるデューティ比は100%である。例えば、指示デューティ比が80%の場合、第8状態におけるデューティ比は80%となり、第9状態におけるデューティ比は80÷2により40%となる。なお、指示デューティ比は、予めユーザーにより制御部12が有するROMに記憶される構成としておけばよい。
【0051】
図11は、第2実施形態に係るフリーレス通電パターンの一例を説明するための図である。図11は、横軸を電気角とし、位置検出信号Hu、HvおよびHwと、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLの通電パターンとの対応関係を示す図である。図11に示す通電制御の例は、進角20°で通電角130°とする場合である。通電パターンは、各スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLが、継続的にオンされた状態(「ON」)、すなわち「ON」(第1状態)を維持している状態(第7状態)と、継続的にオフ「OFF」された状態(「ON」または「PWM」以外の期間)、すなわち、「OFF」(第2状態)から「P2」(第9状態)へ変更した状態と、一定の周期でオンまたはオフに制御された状態(PWM制御された状態)(「PWM」)、すなわち、「PWM」(第3状態)から「P1」(第8状態)へ変更した状態と、のいずれかの組み合わせである。各ステージ1〜6は、さらに3つの区間A”、B”およびC”にそれぞれ区分されている。区間A”、B”およびC”に対しては個別に通電パターンが設定されている。区間A”、B”およびC”の期間(電気角)は、進角の値と通電角の値によって変化する。ここで、図11において、「P1」状態を「PWM相(指示Duty)」、「P2」状態を「PWM相(1/2 Duty)」と表記する。
【0052】
例えば、ホールエッジHE1とホールエッジHE2で囲まれたステージ1では、区間A”の通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「1」、「0」、「P1」、「P1」、「P2」、および「P2」の組み合わせである。また、区間B”の通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「1」、「0」、「P1」、「P1」、「1」、および「0」の組み合わせである。また、区間C”の通電パターンが、スイッチング素子UH、UL、VH、VL、WHおよびWLがそれぞれ「P2」、「P2」、「P1」、「P1」、「1」、および「0」の組み合わせである。
【0053】
また、図12は、図11に示すフリーレス通電パターンの一例をテーブルとしてまとめたものである。制御部12におけるROMは、例えば、図12に示すような形式でフリーレス通電パターンを記憶する。なお、図12において、「P1」は外部から入力される指示デューティ比のPWM信号によりPWM制御された第8状態、「P2」は指示デューティ比の1/2のデューティ比のPWM信号によりPWM制御された第9状態、「1」はオン、「0」はオフを、それぞれ表す。
【0054】
次に、図13を参照して制御部12による矩形波通電制御とフリーレス通電制御の切り替え動作について説明する。図13は、制御部12による通電制御切り替え動作の一例を示すフローチャートである。制御部12は、動作開始後は例えば一定周期で図13に示す処理を繰り返し実行する。なお、制御部12は、動作開始時は常にフリーレス通電制御を選択する。
【0055】
ワイパONの状態にあるか否かを判定する(ステップS11)。
具体的には、制御部12は、ブラシレスモータ1aに対して、ワイパスイッチのONのスイッチ情報が入力されたか否かを判定する。
ワイパONの状態にない場合(ステップS11−No)、格納・停止処理が実施される(ステップS12)。
具体的には、制御部12は、ワイパアーム3aおよび3bを、払拭範囲5aおよび5bの下反転位置の下方に設けられた格納位置に格納し、ブラシレスモータ1aを停止状態にする。
【0056】
一方、ワイパONの状態にある場合(ステップS11−Yes)、ロータ13の負荷が高負荷であるか否かを判定する(ステップS13)。
具体的には、制御部12におけるポイント値比較部12dは、累積ポイント値(負荷積算値)が閾値S1(所定の第1の閾値)以上であるか否かを判定する。なお、このときの累積ポイント値算出の際には、デューティ比としては、第1実施形態のフリーレス通電パターンにおいては、第4状態(「PL」状態)、第5状態(「PS」状態)および第6状態(「PM」状態)での3つのデューティ比のステージ1〜6期間での時間的な平均値が用いられる。もっとも、例えば、フリーレス通電パターンの第6状態(「PM」状態)でのデューティ比を用いてもよい。
また、第2実施形態のフリーレス通電パターンにおいては、第7状態、第8状態(「P1」状態)および第9状態(「P2」状態)での3つのデューティ比のステージ1〜6期間での時間的な平均値や、第9状態(「P2」状態)でのデューティ比用いて、累積ポイント値算出を行ってもよい。
累積ポイント値が閾値S1未満(所定の第1の閾値未満)の場合(ステップS13−No)、フリーレス通電制御を継続する(ステップS14)。具体的には、制御部12における指令部12eは、現在切り替えている通電パターンであるフリーレス通電パターンを継続する(ステップS14)。
【0057】
一方、累積ポイント値が閾値S1以上(所定の第1の閾値以上)である場合(ステップS13−Yes)、矩形波通電制御を行う。具体的には、制御部12における指令部12eは、通電パターンを矩形波通電パターンに切り替える(ステップS15)。
ここで、通電パターンの変更タイミング(切り替えタイミング)は、ワイパアーム3aおよび3bを、払拭途中で切り替えすると、挙動異常となる可能性があるため、ワイパアーム3aおよび3bが、払拭範囲5aおよび5bの反転位置(下反転位置、上反転位置)に位置したタイミングである。
【0058】
続いて、矩形波通電制御が終了したか否かを判定する(ステップS16)。
具体的には、制御部12におけるポイント値比較部12dは、累積ポイント値(負荷積算値)が閾値S2(第1の閾値より小さい所定の第2の閾値)未満か否かを判定する。なお、このときの累積ポイント値算出の際には、デューティ比としては、矩形波通電パターンの第1状態(「ON」状態、デューティ比として100%となる)、第2状態(「OFF」状態、デューティ比として0%となる)および第3状態(「PWM」状態、デューティ比として0〜100%となる)での3つのデューティ比のステージ1〜6期間での時間的な平均値が用いられる。もっとも、例えば、矩形波通電パターンの第3状態(「PWM」状態)でのデューティ比を用いてもよい。
また、ロータ13の負荷が同じである場合、矩形波通電パターンのデューティ比の時間的な平均値、或いは第3状態(「PWM」状態)でのデューティ比は、フリーレス通電パターンのデューティ比の時間的な平均値、或いは第6状態(「PM」状態)でのデューティ比より小さい値となるため、矩形波通電の方がフリーレス通電よりモータ特性が向上する。
【0059】
累積ポイント値が閾値S2以上の場合(ステップS16−No)、ステップS15に戻って、矩形波通電制御を継続する。一方、累積ポイント値が閾値S2未満(所定の第2の閾値未満)の場合(ステップS16−Yes)、ステップS11に戻って、ワイパスイッチのONのスイッチ情報が入力されたか否かを判定する。
このステップS11の判定結果により、ステップS11−Noの場合、上述したステップS12の処理(格納・停止処理)を行う。
一方、ステップS11−Yesの場合、このときは累積ポイント値が閾値S1未満(所定の第1の閾値未満)であるので、ステップS13の結果(ステップS13−No)により、ステップS14の処理(フリーレス通電制御)を行う。
すなわち、矩形波通電制御の終了タイミングは、ロータ13の負荷が低負荷となり、その後にフリーレス通電制御となる場合や、払拭終了のタイミングである。
【0060】
以上のように、本発明の実施形態によれば、ロータ13の負荷が高負荷である場合には、フリーレス通電制御を矩形波通電制御に切り替えることにより、モータ特性が向上するので、負荷負けせずに払拭を継続することが可能となる。一方、ロータ13の負荷が低負荷である場合には、払拭動作時のモータ作動音が大きくなってしまうという矩形波通電制御を、フリーレス通電制御に切り替えることにより、モータ作動音を低減することが可能となる。
すなわち、本発明の実施形態によれば、ロータの負荷に応じて決定される負荷積算値に応じて適切にフリーレス通電制御と矩形波通電制御とを切り替えることができる。
また、ステップS16において、矩形波通電制御からフリーレス通電制御へ切り替える際の累積ポイント値の閾値S2を、閾値S1より小さい値とすることで、負荷の変動が激しい場合であっても、通電パターンの切り替え頻度を下げ、乗員に与える違和感を緩和できる。
【0061】
また、図14は、制御部12による通電制御切り替え動作の他の一例を示すフローチャートである。図13の実施形態と同一のステップについては同一の符号を付与するとともに、説明を省略する。本実施形態は、ステップS13の前にステップS17及びステップS18がある点が図13に示すフローチャートと異なる。なお、制御部12は、図13の実施形態と同様、動作開始時は常にフリーレス通電制御を選択する。
【0062】
ここで、制御部12は、ブラシレスモータ1a、1bに設けられたホールセンサ15u、15vおよび15wの出力信号に基づいて、ブラシレスモータ1a、1bの回転速度を検出する。また、制御部12は、ブラシレスモータ1a、1bに設けられた絶体角度センサ(不図示)の出力信号に基づいて、ブラシレスモータ1a、1bの回転角度を検出する。なお、ブラシレスモータ1a、1bの回転速度とワイパブレード4a、4bの回転速度との間には、減速比及びリンク動作比に基づく相関関係があり、ブラシレスモータ1a、1bの回転数(回転速度)からワイパブレード4a、4bの回転位置および払拭回数を算出できる。
【0063】
図14に示すように、ワイパONの状態にある場合(ステップS11−Yes)、制御部12は、矩形波通電パターンによる払拭回数が0回または所定値以上であるか否かを判定する(ステップS17)。ここで、矩形波通電による払拭回数は、フリーレス通電から矩形波通電に切り替わってからカウントを始め、後述するステップS22において矩形波通電からフリーレス通電に切り替わった時にカウントがリセットされる。矩形波通電による払拭回数の所定値は、例えば10回に設定される。
矩形波通電パターンによる払拭回数が0回でなく、所定値以上でもない場合(ステップS17−No)、ステップS11に戻り現在実行中の通電パターンを継続する。
矩形波通電パターンによる払拭回数が0回または所定値以上の場合(ステップS17−Yes)、制御部12は、ワイパブレード4a、4bが下反転位置にあるか否かを判定する(ステップS18)。
ワイパブレード4a、4bが下反転位置にない場合(ステップS18−No)、ワイパブレード4a、4bが下反転位置に到達するまで現在実行中の通電パターンを継続する。
ワイパブレード4a、4bが下反転位置にある場合(ステップS18−Yes)、ステップS13へ移行する。ステップS13において、累積ポイント値が閾値S1以上(所定の第1の閾値以上)である場合(ステップS13−Yes)、矩形波通電制御(ステップS15)を行い、ステップS16へ移行する。
【0064】
以上のような実施形態においても、図13に示す実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、ステップS18において、フリーレス通電と矩形波通電との切り替えは、ワイパブレード4a、4bが下反転位置にある場合に行うという条件を加えたことで、通電パターンに切り替えに起因する払拭リズムの変化を乗員に気づかせにくくできる。なお、上記実施形態では、ステップS18におけるワイパブレード4a、4bの位置の条件を下反転位置として説明したが、上反転位置であっても同様の効果が得られる。また、矩形波通電からフリーレス通電への切り替え時に、ステップS17において矩形波通電パターンによる払拭回数の条件を加えることで、負荷の変動が激しい場合であっても、通電パターンの切り替え頻度を下げ、乗員に与える違和感を緩和できる。
【0065】
なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されない。例えば、上記実施形態では、ロータ13およびステータ14と、インバータ11および制御部12を一体的に構成しているが、例えば、制御部12をその他の構成から分離して構成したり、制御部12とインバータ11をその他の構成から分離して構成したりしてもよい。また、上記実施形態は、ワイパ装置10には2つのモータ装置100aおよび100bが設けられている構成としたが、この構成に限定されず、例えば、1つのモータ装置でリンク機構を介しワイパアーム3aおよび3bを揺動運動させる構成としてもよい。また、上記実施形態は、ブラシレスモータ1aおよび1bを、ワイパ装置10の構成要素としているが、適用分野はワイパ装置に限定されない。
【符号の説明】
【0066】
1a、1b ブラシレスモータ
10 ワイパ装置
100a、100b モータ装置
11 インバータ
UH、UL、VH、VL、WH、WL スイッチング素子
12 制御部
12a ポイント値算出部
12b 負荷ポイントマップ
12c ポイント値累積部
12d ポイント値比較部
12e 指令部
13 ロータ
14 ステータ
14u、14v、14w 巻線
15u、15v、15w ホールセンサ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
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図11
図12
図13
図14