JP6658783B2 - ワイパ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイパ制御装置に関する。

車両のウィンドシールドガラスをワイパブレードで払拭するワイパ装置は、ワイパブレードを低速で動作させる低速作動モードと、ワイパブレードを高速で動作させる高速作動モードとを備えている。図１１は、高速作動モード及び低速作動モードでワイパモータに要求される特性の一例を示した概略図である。高速作動時モータ出力要求特性９４では、モータ回転速度の高速化が求められ、低速作動時モータ出力要求特性９６では、高速作動モードの場合に比して大トルクが求められる。その結果、高速作動時モータ出力要求特性９４と低速作動時モータ出力要求特性９６とを満たすには、太い実線で示したモータ出力要求特性９２を満たす必要がある。

しかしながら、図１１に示したモータ出力要求特性９２に従うと、ワイパモータの定格を大きくせざるを得ず、ワイパ装置の大型化と製造コストの上昇を招くおそれがあった。また、モータ出力要求特性９２に従ってワイパモータの定格を決定した場合、高速作動モードでも低速作動モードでも要求されないモータ回転速度とトルクの領域である過剰領域９８を伴うことになり、ワイパモータの特性を十分に活用していないという問題があった。

モータの回転速度の高速化を阻む要因として、モータの回転に伴ってモータの電機子に生じる逆起電力がある。逆起電力は、モータに印加される電圧とは逆の極性を有し、モータの電機子の電流を阻害する。逆起電力が電機子に生じると、モータに印加する電圧を上げても、モータの回転速度は上がらなくなってくる。

特許文献１には、ステータのコイルに印加する電圧を制御して、ステータの磁界を弱める弱め界磁によって逆起電力の発生を抑制し、モータの回転速度を向上させるブラシレスモータ及びワイパ装置が開示されている。

特開２０１３−１９８１８８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のブラシレスモータ及びワイパ装置は、ステータの磁界を弱めることにより、モータの回転速度は向上するものの、モータのトルクを低下させてしまうおそれがあるという問題点があった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることが可能なワイパ制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載のワイパ制御装置は、ウィンドシールドガラスを払拭するワイパブレードが取り付けられたワイパアームに連結され、永久磁石で構成されたロータ、発生した回転磁界で前記ロータを回転させるコイル、及び前記ロータの位置を示す磁界を検知して該磁界に応じた信号を出力する磁界検知部を備え、前記ロータの回転により、ウィンドシールドガラスの下反転位置と上反転位置との間でワイパアームを往復動作させるワイパモータと、前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速にする指令を出力する低速作動モード及び前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速にする指令を出力する高速作動モードのいずれかの選択位置に切り替え可能なワイパスイッチと、ワイパモータの速度を減速する減速機構を構成すると共に、出力軸の前記ワイパアームを往復動作させるクランクアームが接続された端部とは反対側の端部に取り付けられたウォームホイールの底面中心に取り付けられたセンサマグネットと、前記減速機構を収容するハウジング内において、前記減速機構の直下に配置され前記ワイパモータに供給する電圧を制御するマイクロコンピュータが搭載された基板に、前記センサマグネットに対向させて配置された回転角度センサと、を含む回転角度検知部と、前記回転角度検知部が出力した信号に基づいて定まる前記出力軸の回転角度から算出した前記ウィンドシールドガラス上での前記ワイパブレードの位置と前記ワイパスイッチの選択位置に対応して出力される指令とに応じて前記ワイパモータの回転速度を決定すると共に、前記磁界検知部が出力した信号に基づいて定められる前記ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を算出し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように該算出した電圧の位相を前記ワイパスイッチの選択位置に対応して出力される指令の速度における前記コイルの電流値及び前記コイルに生じる誘起電圧の各々の位相を一致させるように前記電流値及び前記誘起電圧の各々の変化に基づいて予め決定した電気角に相当する角度で変更して前記コイルに印加する電圧の位相を決定する決定部と、前記決定部が決定した位相を有する電圧を前記コイルに印加する駆動回路と、を有している。

このワイパ制御装置によれば、ロータの位置に応じた位相をワイパスイッチが出力した指令の速度に応じた電気角で進角させ、進角させた位相を有する電圧をワイパモータのコイルに印加している。

一般に、コイルに流れる電流が大きい場合にコイルの磁界は強くなる。また、ブラシレスＤＣモータのコイルの電流は、コイルに印加された電圧の位相に対して、遅角した位相を示す。したがって、コイルの電流の位相が、ロータの位置に応じた位相に近づくように、モータのコイルに印加する電圧の位相を進角させることにより、モータのトルク及び回転速度を改善できる。したがって、このワイパ制御装置によれば、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることができる。

請求項２に記載のワイパ制御装置は、請求項１に記載のワイパ制御装置において、前記決定部は、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速に変更する指令が入力された場合は前記算出したロータの位置に応じて変化する電圧の位相を前記コイルの電流値及び前記コイルに生じる誘起電圧の各々の位相を一致させるように予め決定した所定の電気角に相当する角度で進角させた位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする。

このワイパ制御装置によれば、モータのコイルに印加する電圧の位相を進角させることにより、高速作動時に、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることができる。

請求項４に記載のワイパ制御装置は、請求項２または３に記載のワイパ制御装置において、前記決定部は、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速に変更する指令が入力された場合は、前記ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする。

このワイパ制御装置によれば、ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を前記コイルに印加する電圧の位相とすることにより、低速作動時に適した回転速度及びトルクでワイパモータを回転させることができる。

請求項５に記載のワイパ制御装置は、請求項４に記載のワイパ制御装置において、前記ワイパブレードの往復動作の速度が低速及び高速の各々の場合での前記ワイパモータの回転速度を前記ワイパブレードの前記ウィンドシールドガラス上での位置に応じて規定した低速用速度及び高速用速度を記憶した記憶部をさらに備え、前記決定部は、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速に変更する指令が入力された場合は、前記低速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を前記コイルに印加する電圧の位相とし、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速に変更する指令が入力された場合は、前記高速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を所定の電気角に相当する角度で進角させた位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする。

このワイパ装置によれば、ワイパブレードの位置に応じてワイパモータの回転速度を予め決定した速度マップ等を参照することにより、ウィンドシールドガラス上でのワイパブレードの位置に応じたワイパモータの回転速度を決定できる。

さらに、このワイパ制御装置によれば、ワイパモータのコイルに印加する電圧の位相を所定の電気角分進角させることにより、高速作動時に、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るワイパ制御装置を含むワイパ装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るワイパモータのセンサの位置を示す概略図である。 図２に示されたＡ−Ａ線に沿ってワイパモータを切断した断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ制御装置の構成の一例の概略を示すブロック図である。 ワイパモータが各相に備えるホールセンサが出力した電圧のアナログ波形の概略の一例及びアナログ波形をコンパレータ等の回路を介して得たデジタル波形の概略の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ制御装置において、コイルへ印加される印加電圧、ロータの回転でコイルに生じた誘起電圧、コイルに流れる巻線電流の態様を示した概略図で、（Ａ）はロータの位置に従ってコイルに電圧を印加した進角制御なしの場合、（Ｂ）はロータの位置よりもコイルへ電圧を印加するタイミングを早めた進角制御ありの場合である。 本発明の実施の形態に係るワイパ制御装置を含むワイパ装置で、ワイパブレードが、ウィンドシールドガラス上の下反転位置と上反転位置との間を往復動作した場合の、ワイパブレードの位置に応じたワイパモータの回転速度を規定した速度マップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ制御装置を備えたワイパ装置において、ワイパブレードが下反転位置から上反転位置まで動作した場合にワイパモータに印加された電圧（Ｄｕｔｙ）の変化の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ制御装置によって可能となるワイパモータの出力の特性の一例を示した概略図である。 本発明の実施の形態に係るワイパ制御装置における制御の一例を示すフローチャートである。 高速作動モード及び低速作動モードでワイパモータに要求される特性の一例を示した概略図である。

図１は、本実施の形態に係るワイパ制御装置１０を含むワイパ装置１００の構成を示す概略図である。ワイパ装置１００は、例えば、乗用自動車等の車両に備えられたウィンドシールドガラス１２を払拭するためのものであり、一対のワイパ１４，１６と、ワイパモータ１８と、リンク機構２０と、ワイパ制御装置１０とを備えている。

ワイパ１４，１６は、それぞれワイパアーム２４，２６とワイパブレード２８，３０とにより構成されている。ワイパアーム２４，２６の基端部は、後述するピボット軸４２、４４に各々固定されており、ワイパブレード２８，３０は、ワイパアーム２４，２６の先端部に各々固定されている。

ワイパ１４，１６は、ワイパアーム２４，２６の動作に伴ってワイパブレード２８，３０がウィンドシールドガラス１２上を往復動作し、ワイパブレード２８，３０がウィンドシールドガラス１２を払拭する。

ワイパモータ１８は、永久磁石で構成されたロータの周方向に、印加される電圧の制御により回転磁界を生成する電磁石であるステータを備えたブラシレスＤＣモータである。ワイパモータ１８は、主にウォームギアで構成された減速機構５２を介して、正逆回転可能な出力軸３２を有し、リンク機構２０は、クランクアーム３４と、第１リンクロッド３６と、一対のピボットレバー３８，４０と、一対のピボット軸４２，４４と、第２リンクロッド４６とを備えている。

クランクアーム３４の一端側は、出力軸３２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の一端側に動作可能に連結されている。また、第１リンクロッド３６の他端側は、ピボットレバー３８のピボット軸４２を有する端とは異なる端寄りの箇所に動作可能に連結されており、ピボットレバー３８のピボット軸４２を有する端とは異なる端及びピボットレバー４０におけるピボットレバー３８の当該端に対応する端には、第２リンクロッド４６の両端がそれぞれ動作可能に連結されている。

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動作可能に支持されており、ピボットレバー３８，４０におけるピボット軸４２，４４を有する端は、ピボット軸４２，４４を介してワイパアーム２４，２６が各々固定されている。

本実施の形態に係るワイパ制御装置１０を含むワイパ装置１００では、出力軸３２が所定の範囲の回転角θ１で正逆回転されると、この出力軸３２の回転力がリンク機構２０を介してワイパアーム２４，２６に伝達され、このワイパアーム２４，２６の往復動作に伴ってワイパブレード２８，３０がウィンドシールドガラス１２上における下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との間で往復動作をする。θ１の値は、ワイパ制御装置のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本実施の形態では、一例として１４０°である。

本実施の形態に係るワイパ制御装置１０を含むワイパ装置１００では、図１に示されるように、ワイパブレード２８，３０が格納位置Ｐ３に位置された場合には、クランクアーム３４と第１リンクロッド３６とが直線状をなす構成とされている。

格納位置Ｐ３は、下反転位置Ｐ２の下方に設けられている。ワイパブレード２８，３０が下反転位置Ｐ２にある状態から、出力軸３２がθ２回転することにより、ワイパブレード２８，３０は格納位置Ｐ３に動作する。θ２の値は、ワイパ装置のリンク機構の構成等によって様々な値をとり得るが、本実施の形態では、一例として１０°とする。

なお、θ２が「０」の場合は、下反転位置Ｐ２と格納位置Ｐ３は一致し、ワイパブレード２８，３０は、下反転位置Ｐ２で停止し、格納される。

ワイパモータ１８には、ワイパモータ１８の回転を制御するためのワイパ制御装置１０が接続されている。本実施の形態に係るワイパ制御装置１０は、例えば、ワイパモータ１８の出力軸３２の回転速度及び回転角を検知する回転角度センサ５４、ワイパモータ１８を作動させるための電流をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって生成してワイパモータ１８に供給する駆動回路５６、ワイパモータ１８のロータの位置を検出するためのホールセンサ７２を有している。

本実施の形態ではワイパモータ１８はブラシレスＤＣモータなので、駆動回路５６は、スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴを使用したインバータ回路を含み、後述するマイクロコンピュータ５８の制御によって、所定のデューティ比の電圧を生成する。

本実施の形態に係るワイパモータ１８は、前述のように減速機構５２を有しているので、出力軸３２の回転速度及び回転角は、ワイパモータ本体の回転速度及び回転角と同一ではない。しかしながら、本実施の形態では、ワイパモータ本体と減速機構５２は一体不可分に構成されているので、以下、出力軸３２の回転速度及び回転角を、ワイパモータ１８の回転速度及び回転角とみなすものとする。

回転角度センサ５４は、ワイパモータ１８の減速機構５２内に設けられ、出力軸３２に連動して回転するセンサマグネットの磁界（磁力）を電流に変換して検出する。

ワイパ制御装置１０は、回転角度センサ５４が検出した出力軸３２の回転角からワイパブレード２８，３０のウィンドシールドガラス１２上での位置を算出可能で当該位置に応じて出力軸３２の回転速度が変化するように駆動回路５６を制御するマイクロコンピュータ５８を有する。また、ワイパ制御装置１０には、駆動回路５６の制御に用いるデータ及びプログラムを記憶したメモリ４８があり、ワイパ制御装置１０のマイクロコンピュータ５８には、ワイパスイッチ５０が接続されている。メモリ４８は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置である。

マイクロコンピュータ５８は、ホールセンサ７２が出力した信号に基づいてワイパモータ１８のロータの位置を算出する。また、マイクロコンピュータ５８は、算出したロータの位置に基づいた位相を有する電圧を生成するように駆動回路５６を制御する。

ワイパスイッチ５０は、電源である車両のバッテリからワイパモータ１８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５０は、ワイパブレード２８，３０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、格納（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た回転速度の指令の信号をマイクロコンピュータ５８に出力する。

ワイパスイッチ５０から各モードの選択位置に応じて出力された信号がマイクロコンピュータ５８に入力されると、マイクロコンピュータ５８がワイパスイッチ５０からの出力信号に対応する制御を用いて行う。

図２は、本実施の形態に係るワイパモータ１８のセンサの位置を示す概略図である。図２に示したように、ワイパモータ１８は、永久磁石で構成されたロータ８８の周方向に回転磁界を発生させるコイル８６が隣接しており、ロータ８８の軸方向には、ロータ８８の磁界を検出するホールセンサ７２が設けられている。ワイパモータ１８が三相のＤＣブラシレスモータであれば、ホールセンサ７２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の各々に対して設けられる。

また、ロータ８８から延びるロータシャフト８８Ａの端部にはウォーム５２Ａが形成され、ウォーム５２Ａは、出力軸３２と一体に形成されたウォームホイール５２Ｂと噛みあっている。本実施の形態では、ウォーム５２Ａとウォームホイール５２Ｂとで、減速機構５２を構成する。

出力軸３２のクランクアーム３４が取り付けられる端とは反対の端にはセンサマグネット７０が取り付けられており、センサマグネット７０に対向して回転角度センサ５４が設けられている。

図３は、図２に示されたＡ−Ａ線に沿ってワイパモータ１８を切断した断面を示す断面図である。ウォーム５２Ａは、ロータシャフト８８Ａの軸方向に沿って螺旋状に形成されている。また、ウォームホイール５２Ｂは、円盤状に形成されていると共に、その周方向に沿って平歯状の歯溝が形成されている。ウォーム５２Ａの螺旋状の葉溝とウォームホイール５２Ｂの歯溝とが噛み合うことによって、ロータ８８の回転を所定の減速比で減速して出力軸３２に伝達することが可能となっている。なお、出力軸３２の端部に相当するウォームホイール５２Ａの底面中心にはセンサマグネット７０が取り付けられている。

上部ハウジング７８Ａ内の減速機構５２の直下には、本実施の形態に係るワイパ制御装置１０の基板９０が設けられている。基板９０には、マイクロコンピュータ５８、駆動回路５６を構成する素子等が実装されている。また、基板９０において、出力軸３２の端部に設けられたセンサマグネット７０に対向する部分には、出力軸３２の回転に従って変化するセンサマグネット７０の磁界を検知し、当該磁界の変化を示す信号を出力する回転角度センサ５４が実装されている。

図４は、本実施の形態に係るワイパ制御装置１０の構成の一例の概略を示すブロック図である。また、図４示したワイパモータ１８は、一例として、三相６極のＤＣブラシレスモータである。

ワイパモータ１８のロータ８８は、各々３つのＳ極及びＮ極の永久磁石で構成されている。ロータ８８の磁界は、ホールセンサ７２によって検知される。ホールセンサ７２は、ロータ８８の永久磁石の極性に対応してロータ８８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７２は、ロータ８８又はセンサマグネットの磁界を、ロータ８８の位置を示す磁界として検知する。

ホールセンサ７２は、ロータ８８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８８の位置を検出するためのセンサである。ホールセンサ７２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７２は、ロータ８８の回転によって生じた磁界の変化を、図５に示した正弦波に近似したアナログ波形１０２Ｕ，１０２Ｖ，１０２Ｗのような電圧の変化の信号として出力する。なお、図５は、ワイパモータ１８が各相に備えるホールセンサ７２が出力した電圧のアナログ波形の概略の一例及びアナログ波形をコンパレータ等の回路を介して得たデジタル波形の概略の一例を示す図である。

ホールセンサ７２が出力した信号は、制御回路であるマイクロコンピュータ５８に入力される。マイクロコンピュータ５８は、集積回路であり、スタンバイ回路６０によって電源８０から供給される電力が制御されている。

ホールセンサ７２からマイクロコンピュータ５８に入力されたアナログ波形の信号は、マイクロコンピュータ５８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６６に入力される。ホールセンサエッジ検出部６６では、入力されたアナログ波形１０２Ｕ，１０２Ｖ，１０２Ｗを、図５に示したデジタル波形１０４Ｕ，１０４Ｖ，１０４Ｗに変換し、デジタル波形１０４Ｕ，１０４Ｖ，１０４Ｗからエッジ１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃ，１０６Ｄ，１０６Ｅ，１０６Ｆを検出する。

デジタル波形１０４Ｕ，１０４Ｖ，１０４Ｗ及びエッジ１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃ，１０６Ｄ，１０６Ｅ，１０６Ｆの情報はモータ位置推定部６４に入力され、ロータ８８の位置が算出される。算出されたロータ８８の位置の情報は、通電制御部６８に入力される。

また、マイクロコンピュータ５８の指令値算出部６２には、ワイパスイッチ５０からワイパモータ１８（ロータ８８）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６２は、ワイパスイッチ５０から入力された信号からワイパモータ１８の回転速度に係る指令を抽出して、通電制御部６８に入力する。

通電制御部６８は、モータ位置推定部６４で算出されたロータ８８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５０により指示されたロータ８８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６８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５６に出力するＰＷＭ制御を行う。

駆動回路５６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４に示すように、駆動回路５６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（ＭＯＳＦＥＴ）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。

ＦＥＴ７４、ＦＥＴ７６のうち、ＦＥＴ７４Ｕのソース及びＦＥＴ７６Ｕのドレインは、コイル８６Ｕ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８６Ｖ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８６Ｗの端子に接続されている。

ＦＥＴ７４及びＦＥＴ７６のゲートは通電制御部６８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。

また、本実施の形態のワイパ制御装置１０には、電源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。電源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。

図６は、コイル８６へ印加される印加電圧１１２、ロータ８８の回転でコイル８６に生じた誘起電圧１１４、コイル８６に流れる巻線電流１１６の態様を示したもので、（Ａ）は上述のモータ位置推定部６４で算出されたロータ８８の位置に従ってコイル８６に電圧を印加した進角制御なしの場合、（Ｂ）はモータ位置推定部６４で算出されたロータ８８の位置よりもコイル８６へ電圧を印加するタイミングを早めた進角制御ありの場合である。なお、図６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれにも当てはまる事項である。

一般にブラシレスＤＣモータでは、ホールセンサ７２が出力した信号に基づいて算出したロータ８８の位置に応じた位相を有する電圧を生成する、進角制御なしでワイパモータ１８に印加する電圧が制御される。本実施の形態でも、ワイパ装置１００が低速作動モードの場合には、進角制御なしでワイパモータ１８に印加する電圧を制御している。

図６（Ａ），（Ｂ）において、誘起電圧１１４の位相は、ロータ８８の位置に対応している。すなわち、誘起電圧１１４のピーク１１４Ａは、ロータ８８を構成するＳ極又はＮ極の磁石が、誘起電圧１１４が生じているコイル８６に最接近したときを示している。かかる誘起電圧１１４がピーク１１４Ａを示したときにコイルに流れる電流である巻線電流１１６をピーク１１６Ａのように最大にすれば、ロータ８８及びコイル８６の互いの磁界による相互作用が強くなり、結果として、ワイパモータ１８の高速回転とトルクとを両立させた高効率な制御が可能になる。

誘起電圧１１４のピーク１１４Ａの出現タイミングと巻線電流１１６のピーク１１６Ａの出現タイミングとを一致させるには、誘起電圧１１４及び巻線電流１１６の各々の位相を一致させればよい。また、巻線電流１１６の位相は、印加電圧１１２の位相に影響される。例えば、図６（Ｂ）に示したように、印加電圧１１２の位相をロータ８８の位置に応じた位相よりも所定の電気角αで早める（進角する）ことにより、誘起電圧１１４及び巻線電流１１６の各々の位相を一致させることができる。

進角に係る電気角αは、コイル８６の巻線電流１１６と誘起電圧１１４の変化に基づいて決定するが、本実施の形態では、一例として６０〜９０度である。

本実施の形態では、ホールセンサ７２が出力した信号に基づいて定められるロータ８８の位置に応じて変化する電圧の位相を算出し、低速作動モードの場合には、ロータの位置に応じて変化する位相を有する電圧を生成するように駆動回路５６を制御する。また、高速作動モードの場合には、ロータ８８の位置に応じて変化する位相を所定の電気角αで進角させた位相を有する電圧を駆動回路５６に生成させる進角制御を行う。このように、本実施の形態では、ワイパモータ１８のコイル８６に印加する電圧の位相を、ワイパモータ１８の速度に応じた電気角に相当する角度で変更することにより、ワイパモータの回転速度とトルクとを両立させた制御を行う。

図７は、ワイパブレード２８，３０が、ウィ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との間を往復動作した場合の、ワイパブレード２８，３０の位置に応じたワイパモータ１８の回転速度を規定した速度マップの一例を示す概略図である。高速作動モードと低速作動モードとを実現するには、高速作動モード速度マップ１２２及び低速作動モード速度マップ１２４を設定して、メモリ４８に予め記憶する。しかしながら、図７に示したように、高速作動モード速度マップ１２２及び低速作動モード速度マップ１２４は、下反転位置Ｐ２及び上反転位置Ｐ１でワイパモータ１８の回転速度が共に０となる。また、高速作動モード速度マップ１２２及び低速作動モード速度マップ１２４は、下反転位置Ｐ２と上反転位置Ｐ１との略中間点でワイパモータ１８の回転速度が最大になる等、ワイパモータ１８の回転速度の増減のタイミングが各々一致している。

したがって、高速作動モード速度マップ１２２が示すワイパモータの回転速度は低速作動モード速度マップ１２４が示すワイパモータ１８の回転速度に所定の係数を乗算することで算出してもよい。低速作動モード速度マップ１２４に基づいて高速作動モード速度マップ１２２を算出することにより、メモリ４８の記憶容量をセーブできる。

図８は、本実施の形態に係るワイパ制御装置１０を備えたワイパ装置１００において、ワイパブレード２８，３０が下反転位置Ｐ２から上反転位置Ｐ１まで動作した場合にワイパモータ１８に印加された電圧（Ｄｕｔｙ）の変化の一例を示す概略図である。低速作動時電圧１３４は、図７に示した低速作動モード速度マップ１２４を用い、かつ進角制御なしの場合であり、高速作動時電圧１３２は、図７に示した高速作動モード速度マップ１２２を用い、かつ進角制御をした場合である。進角制御でワイパモータ１８の回転制御の高効率化が図られた結果、高速作動時電圧１３２は、低速作動時電圧１３４よりも高電圧となり、ワイパモータ１８の回転速度を向上させることが可能となる。

図９は、本実施の形態に係るワイパ制御装置１０によって可能となるワイパモータ１８の出力の特性の一例を示した概略図である。進角制御なしでは、低速作動モード出力特性１４４が示す回転速度及びトルクを示すワイパモータ１８であっても、進角制御により、高速作動モード出力特性１４２が示す回転速度及びトルクで回転させることが可能となる。

図１０は、本実施の形態に係るワイパ制御装置１０における制御の一例を示すフローチャートである。ステップ７００では、ワイパスイッチ５０が高速作動モードであるか否かを判定し、肯定判定の場合には、ステップ７０２でワイパモータ１８電圧を印加するタイミングを電気角α分早める進角制御を行う。ステップ７００で否定判定の場合には、ステップ７０４で進角制御は行わない。なお、ワイパモータ１８に電圧を印加するタイミングは、上述のように、ホールセンサ７２からの信号から算出される電圧の位相に応じて随時算出されているものとする。

ステップ７０６では、回転角度センサ５４からの信号に基づいてワイパブレード２８，３０の位置を算出し、当該位置に対応した速度マップでのワイパモータ１８の回転速度、及びワイパモータ１８の実際の回転速度を加算する回転数フィードバックを行う。回転数フィードバックは、例えば、ＰＩ制御（Proportional Integral Controller）等を用いて、速度マップでのワイパモータ１８の回転速度にホールセンサ７２からの信号に基づいて算出したワイパモータ１８の実際の回転速度を加算する。

ステップ７０８では、回転数フィードバックによる回転速度になるように、ワイパモータ１８に印加する電圧を生成して処理をリターンする。また、ステップ７０８では、進角制御ありの場合には、ワイパモータ１８に印加する電圧の位相をロータ８８の位置に応じた位相よりも電気角α分早めるようにする。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、ワイパモータ１８電圧を印加するタイミングを電気角α分早める進角制御により、必要なトルクを確保しつつワイパモータの回転速度を向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態では、ワイパ装置１００が高速作動モードの場合に進角制御を行ったが、低速作動モードの場合にも進角制御を行ってもよい。例えば、高速作動モードの場合とは異なる、低速作動モードに応じた電気角でコイル８６に印加する電圧の位相を進角させることにより、低速作動モードにおいても、ワイパモータ１８のトルクを向上させることができる。

１０…ワイパ制御装置、１２…ウィンドシールドガラス、１４，１６…ワイパ、１８…ワイパモータ、２０…リンク機構、２４，２６…ワイパアーム、２８，３０…ワイパブレード、３２…出力軸、３４…クランクアーム、３６…リンクロッド、３８，４０…ピボットレバー、４２，４４…ピボット軸、４６…リンクロッド、４８…メモリ、５０…ワイパスイッチ、５２…減速機構、５２Ａ…ウォーム、５２Ｂ…ウォームホイール、５４…回転角度センサ、５６…駆動回路、５８…マイクロコンピュータ、６０…スタンバイ回路、６２…指令値算出部、６４…モータ位置推定部、６６…ホールセンサエッジ検出部、６８…通電制御部、７０…センサマグネット、７２…ホールセンサ、７４（７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗ）…ＦＥＴ、７６（７６Ｕ，７６Ｖ，７６Ｗ）…ＦＥＴ、７８Ａ…上部ハウジング、７８Ｂ…下部ハウジング、８０…電源、８２…ノイズ防止コイル、８４Ａ…平滑コンデンサ、８６（８６Ｕ，８６Ｖ，８６Ｗ）…コイル、８８…ロータ、８８Ａ…ロータシャフト、９２…モータ出力要求特性、９４…高速作動時モータ出力要求特性、９６…低速作動時モータ出力要求特性、９８…過剰領域、１００…ワイパ装置、１０２Ｕ，１０２Ｖ，１０２Ｗ…アナログ波形、１０４Ｕ，１０４Ｖ，１０４Ｗ…デジタル波形、１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃ，１０６Ｄ，１０６Ｅ，１０６Ｆ…エッジ、１１２…印加電圧、１１４…誘起電圧、１１４Ａ…誘起電圧のピーク、１１６…巻線電流、１１６Ａ…巻線電流のピーク、１２２…高速作動モード速度マップ、１２４…低速作動モード速度マップ、１３２…高速作動時電圧、１３４…低速作動時電圧、１４２…高速作動モード出力特性、１４４…低速作動モード出力特性、Ｐ１…上反転位置、Ｐ２…下反転位置、Ｐ３…格納位置、α…電気角、θ１…回転角

Claims (5)

1. ウィンドシールドガラスを払拭するワイパブレードが取り付けられたワイパアームに連結され、永久磁石で構成されたロータ、発生した回転磁界で前記ロータを回転させるコイル、及び前記ロータの位置を示す磁界を検知して該磁界に応じた信号を出力する磁界検知部を備え、前記ロータの回転により、ウィンドシールドガラスの下反転位置と上反転位置との間でワイパアームを往復動作させるワイパモータと、
   前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速にする指令を出力する低速作動モード及び前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速にする指令を出力する高速作動モードのいずれかの選択位置に切り替え可能なワイパスイッチと、
   ワイパモータの速度を減速する減速機構を構成すると共に、出力軸の前記ワイパアームを往復動作させるクランクアームが接続された端部とは反対側の端部に取り付けられたウォームホイールの底面中心に取り付けられたセンサマグネットと、前記減速機構を収容するハウジング内において、前記減速機構の直下に配置され前記ワイパモータに供給する電圧を制御するマイクロコンピュータが搭載された基板に、前記センサマグネットに対向させて配置された回転角度センサと、を含む回転角度検知部と、
   前記回転角度検知部が出力した信号に基づいて定まる前記出力軸の回転角度から算出した前記ウィンドシールドガラス上での前記ワイパブレードの位置と前記ワイパスイッチの選択位置に対応して出力される指令とに応じて前記ワイパモータの回転速度を決定すると共に、前記磁界検知部が出力した信号に基づいて定められる前記ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を算出し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように該算出した電圧の位相を前記ワイパスイッチの選択位置に対応して出力される指令の速度における前記コイルの電流値及び前記コイルに生じる誘起電圧の各々の位相を一致させるように前記電流値及び前記誘起電圧の各々の変化に基づいて予め決定した電気角に相当する角度で変更して前記コイルに印加する電圧の位相を決定する決定部と、
   前記決定部が決定した位相を有する電圧を前記コイルに印加する駆動回路と、
   を有するワイパ制御装置。
2. 前記決定部は、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速に変更する指令が入力された場合は前記算出したロータの位置に応じて変化する電圧の位相を前記コイルの電流値及び前記コイルに生じる誘起電圧の各々の位相を一致させるように予め決定した所定の電気角に相当する角度で進角させた位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする請求項１に記載のワイパ制御装置。
3. 前記所定の電気角は、６０〜９０度である請求項２に記載のワイパ制御装置。
4. 前記決定部は、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速に変更する指令が入力された場合は、前記ロータの位置に応じて変化する電圧の位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする請求項２または３に記載のワイパ制御装置。
5. 前記ワイパブレードの往復動作の速度が低速及び高速の各々の場合での前記ワイパモータの回転速度を前記ワイパブレードの前記ウィンドシールドガラス上での位置に応じて規定した低速用速度及び高速用速度を記憶した記憶部をさらに備え、
   前記決定部は、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を低速に変更する指令が入力された場合は、前記低速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を前記コイルに印加する電圧の位相とし、前記ワイパスイッチから前記ワイパブレードの往復動作の速度を高速に変更する指令が入力された場合は、前記高速用速度に基づいて前記算出した前記ワイパブレードの位置に応じた前記ワイパモータの回転速度を決定し、該決定した回転速度で前記ワイパモータが回転するように前記算出したロータの位置に応じて変化する位相を所定の電気角に相当する角度で進角させた位相を前記コイルに印加する電圧の位相とする請求項４に記載のワイパ制御装置。