JP6510941B2 - ブラシモータ - Google Patents

Description

本発明は、車両のウィンドシールドを払拭するワイパー装置に用いられるブラシモータに関する。

従来、車両のワイパー装置の動力源としてブラシモータが用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。例えばフロントシールド上の積雪等により、ワイパー装置のワイパアームに加わる外力による負荷が過大になる場合がある。この場合、ワイパー装置に内蔵されたブラシモータに、過電流の一種である拘束電流が流れる。ブラシモータに過電流が流れる状態が継続すると、ブラシモータが過熱するおそれがある。このため、ワイパー装置に用いられるブラシモータには、サーキットブレーカや、正の温度特性を有するサーミスタの一種であるＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)素子等の電流検出素子が内蔵されている。

また、近年、ワイパー装置に用いられるブラシモータの多極化が進められている。ブラシモータを多極化すると、ブラシモータの回転が滑らかになり、回転に伴う振動等が低減するため、ワイパー装置の騒音を低減させることができる。しかも、ブラシモータの極数が増えると、低回転で高トルクを発生させることができるので、ブラシモータの小型軽量化を図ることもできる。

特開２００７−１４３２７８号公報 特開２００９−２６２７２６号公報

しかしながら、従来のブラシモータに内蔵されたサーキットブレーカやＰＴＣ素子等の電流検出素子は、ブラシモータの駆動に必要とされる電流容量を確保する必要上、一定の大きさを有し、比較的大きな設置スペースを必要とする。このため、従来の電流検出素子は、ブラシモータを多極化して小型化する際の障害になり得る。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、過電流による過熱を防止しつつ、多極化および小型軽量化を図ることができるブラシモータを提供することを目的とする。

本発明のブラシモータは、車両のワイパー装置に用いられ、一方向の回転力を発生させる磁極が４極以上の多極のブラシモータであって、均圧線を有する回転電機子と、前記整流子と接触する第１のブラシ及び第２のブラシと、前記第１のブラシまたは前記第２のブラシに接続される第１の回路と、一端が前記第１の回路に接続され、前記車両に設けられた操作スイッチに連動して、前記第１の回路を介して前記第１のブラシと前記第２のブラシとの間に前記電源の電圧を供給する第２の回路及び第３の回路と、前記第２の回路及び前記第３の回路における電圧信号を検出し、検出した前記電圧信号に基づいて、前記第１のブラシと前記第２のブラシとの間に印加する電圧パルスのデューティを選択するデューティ制御部と、前記デューティ制御部から供給される選択されたデューティに応じて、当該デューティのパルス列であるＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部と、前記第１のブラシ及び前記第２のブラシの何れかと電源及びグランドの何れかとの間に接続されており、前記ＰＷＭ信号によりオンオフし、前記第１のブラシと前記第２のブラシとの間に前記電源の電圧を前記電圧パルスとして印加する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタを流れる電流の電流値を検出する電流検出素子とを備え、前記デューティ制御部が、前記電流検出素子で検出した前記電流値が予め設定した設定電流値を超えている場合、前記ブラシモータの過熱を抑制するように、前記ＰＷＭ信号のデューティを制御することを特徴とする。
本発明のブラシモータは、前記第２の回路または前記第３の回路のいずれか一方のみに設けられたダイオードをさらに有することを特徴とする。

本発明のブラシモータは、前記デューティ制御部が、前記駆動トランジスタをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号の前記デューティを変化させることにより、前記回転電機子の回転速度を変化させることを特徴とする。

本発明のブラシモータは、前記電流検出素子で検出した前記電流値が予め設定した設定電流値を超えているか否かの判定を行う過電流検出部をさらに備え、前記デューティ制御部が、前記電流検出素子の検出した前記電流値が予め設定した前記設定電流値を超えた場合、計時を開始し、前記設定電流値が流れることによるブラシモータの温度の上昇に対応して設定された設定時間を、前記設定電流値を超えた前記電流値が流れる計時時間が超えたことを検出すると、前記ＰＷＭ信号の前記デューティを前記ブラシモータを停止させるデューティとすることを特徴とする。

本発明のブラシモータは、前記デューティ制御部が、複数の異なる前記設定電流値とそれぞれの前記設定電流値に対応する前記設定時間との関係を示す設定電流値テーブルを有し、前記電流検出素子で検出した前記電流値が前記設定電流値テーブルにおける前記設定電流値を超えた場合、前記電流値が当該設定電流値を超えてからの前記計時時間が、前記設定電流値に対応した前記設定時間を超えた場合、前記ＰＷＭ信号の前記デューティを前記ブラシモータを停止させるデューティとすることを特徴とする。

本発明のブラシモータは、前記デューティ制御部が、前記ブラシモータを停止してからの時間を計時し、計時した時間が前記設定電流値毎に予め前記ブラシモータの温度の低下に対応して設定された復帰設定時間を超えたか否かを判定し、前記計時した時間が前記復帰設定時間を超えた場合、前記ＰＷＭ信号の前記デューティを所定のデューティとして前記ブラシモータを復帰させることを特徴とする。

本発明のブラシモータは、前記デューティ制御部が、前記ブラシモータの負荷トルクの仕様毎に前記設定電流値が設定されていることを特徴とする。

本発明のブラシモータは、前記デューティ制御部が、前記ブラシモータの負荷トルクの所望の仕様に応じて、ウィンドシールドの払拭におけるワイパーの低速作動時および高速作動時のそれぞれにおける前記ＰＷＭ信号の前記デューティの設定値を変更することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、低速用から高速用へのブラシの切り替えによらずに回転速度を変化させることができ、かつ、多極化および小型軽量化を図るブラシモータを提供することができる。

本発明の第１の実施形態によるブラシモータの外観図である。部構造の一例を示す図であり、ブラシ周辺の詳細図である。 本発明の第１の実施形態によるブラシモータの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態によるブラシモータの動作例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の動作例における過熱防止処理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の動作例における過熱防止処理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の動作例における過熱防止処理を説明するための図である。 デューティ制御部１２０１の内部の記憶部に記憶された設定電流値とこの設定電流値に対応する設定時間との関係を示す設定電流値テーブルの構成例を示す図である。 制御基板１２０におけるデューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々を、マイクロコンピュータを用いて構成した他の一例を示す図である。 制御基板１２０におけるデューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々を、マイクロコンピュータを用いて構成した他の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態によるブラシモータに備えられた制御基板の配置例を示す図であり、（Ａ）は、第１配置例を示し、（Ｂ）は、第２配置例を示し、（Ｃ）は、第３配置例を示し、（Ｄ）は、第４配置例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の変形例によるブラシモータ１００Ｂに備えられた制御基板１２０の配置を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例によるブラシモータ１００Ｂに備えられた制御基板１２０の配置の詳細図である。 デューティ制御部１２０１の内部の記憶部に記憶されている設定電流値テーブルの構成例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の外観図である。
ブラシモータ１００は、一方向の回転力を発生させる（一方向に回転する）磁極が４極以上の多極のモータである。第１の実施形態において、ブラシモータ１００は、例えば、車両のフロントワイパー装置の動力となる回転力を発生させるための多極、例えば磁極が４極の直流モータであるものとする。しかしながら、ブラシモータ１００は、多極の直流モータであれば任意であり、その用途も車両のフロントワイパー装置に限らず、任意の装置の動力を発生させるために使用可能である。

図１において、ブラシモータ１００は、モータ部Ｍと減速機構部Ｇとから構成されている。モータ部Ｍには、一方向の回転力を発生させるモータ本体部１１０が内蔵されている。モータ部Ｍのハウジング部ＭＨには、モータ本体部１１０として、ハウジング部ＭＨに固定された界磁部（図示なし）と、整流子を備えた回転電機子（図示なし）と、上記整流子と接触するように配置されたブラシ（図示なし）とが収容されている。第１の実施形態では、モータ本体部１１０の回転電機子は、いわゆる均圧線を有しており、これにより、回転電機子の整流子と接触するブラシの数が削減されている。回転電機子に均圧線を備えたことによりブラシを削減し、削減したブラシが配置されていた（ブラシが配置され得る）空き領域には、モータ本体部１１０の回転電機子の回転を制御するための制御基板１２０（図２参照）が配置される。その詳細については後述する。

減速機構部Ｇは、モータ本体部１１０の回転電機子の回転数を所望の回転数に減速するためのものである。減速機構部Ｇのハウジング部ＧＨには、モータ本体部１１０の回転軸（回転電機子のシャフト）と結合されたウォームギアや、このウォームギアと連結されたウォームホイールギア等が収容されている。減速機構部Ｇにより減速された回転は、減速機構部Ｇから延出した出力軸Ｑから取り出される。なお、図１では示されていないが、出力軸Ｑには、モータ本体部１１０が発生させた一方向の回転を、ワイパー（ワイパーブレードと示す場合もある）がウインドシールドを払拭するための往復運動に対応した正方向（例えば、時計回り方向）と逆方向（例えば、反時計回り方向）の二方向の回転に変換するためのリンク機構等が取り付けられる。

本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の内部構造において（後述する図１０）、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨの内部に組み込まれた円環状のブラシホルダ１１０Ｈには、その穴の内方に位置するモータ本体部１１０の回転電機子の整流子と接触するブラシとして、二つのブラシ１１１Ａ，１１１Ｂが配置されている。これら二つのブラシ１１１Ａ，１１１Ｂは、４極の場合には機械角にして９０度だけ異なる位置に配置されている。この機械角はブラシモータ１００の極数に応じて任意に設定される。

図２は、本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の構成例を示すブロック図であり、モータ本体部１１０の回転電機子の回転制御に関与する要素を示している。
ブラシモータ１００は、モータ本体部１１０の回転電機子の回転を制御するための要素として、制御基板１２０、電流検出素子１３０、ダイオード１４１、ダイオード１４３、リレープレート１５０を備えている。

制御基板１２０は、図１０（後述）に示すブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｂとの間に印加される電圧を発生させるための要素であり、モータ本体部１１０の回転電機子の回転を制御するための主要な要素である。制御基板１２０は、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨの内部に、後述するＰＷＭ制御を行うことにより省かれた高速用ブラシ、及び均圧線を回転電機子に備えたことにより省かれたブラシが設けられていた領域に位置するように配置される。その詳細については後述する。

また、制御基板１２０は、ブラシモータ１００を駆動する電流の過電流に起因した過熱を防止するための制御を実施する。具体的には、制御基板１２０は、電流検出素子１３０によって検出された電流値が過電流を示す設定電流値を超え、予め設定された設定時間を超えた場合、ブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｂとの間に印加される電圧を供給するＰＷＭ信号（後述）のデューティを０とする。これにより、制御基板１２０は、モータ本体部１１０の回転電機子に流れる電流の電流値を０とし、ブラシモータ１００の過電流に起因する過熱を防止する。上記設定電流値は、ブラシモータ１００に接続される負荷（図示なし）の許容電流の上限である限界負荷電流、または、ブラシモータ１００（モータ本体部１１０）の拘束電流である。ただし、この例に限定されず、上記所定電流値は任意に設定し得る。例えば、ブラシモータに過電流となる電流値の電流をブラシモータに対して継続的に供給して、ブラシモータの仕様における最大温度を超える時間を測定し、この時間に余裕を持たせた時間を上記設定時間として設定する。

電流検出素子１３０は、ブラシモータ１００のモータ本体部１１０を流れる電流の電流値（すなわち後述する駆動トランジスタ１２０４に流れる電流の電流値）を検出するための要素であり、具体的にはモータ本体部１１０の回転電機子に流れる電流を検出する。図１０の例では、モータ本体部１１０と、低速作動電圧信号ＶＬの配線とダイオード１４３のカソードとの接続点との間の電流経路上に配置されている。ただし、この例に限定されず、電流検出素子１３０は、モータ本体部１１０の回転電機子に供給される電流の経路上に設けられていればよい。電流検出素子１３０は、例えば、抵抗体の電圧降下を利用した電流センサ、ホール効果を利用した電流センサ等、任意の電流センサであり得る。電流検出素子１３０の検出信号は過電流検出部１２０５（後述）に入力される。

ダイオード１４１は、モータ本体部１１０の回転を停止させる際に発生するエネルギーを消費させることにより、モータ本体部１１０を保護するための要素である。低速作動電圧信号ＶＬの配線，ダイオード１４３は、フロントワイパー装置の操作スイッチに連動して供給される低速作動電圧信号ＶＬと高速作動電圧信号ＶＨとを合成してモータ本体部１１０の電源を供給するための要素である。ここで、高速作動電圧信号ＶＨは、フロントワイパー装置のワイパーを高速作動させることを示す電圧信号である。低速作動電圧信号ＶＬは、フロントワイパー装置のワイパーを低速作動させることを示す電圧信号である。高速作動電圧信号ＶＨと低速作動電圧信号ＶＬとの各々は、フロントワイパー装置における操作スイッチの外部回路から、操作スイッチの状態に対応して、後述する制御基板１０２のデューティ制御部１２０１に対して供給される。

リレープレート１５０は、フロントワイパー装置のワイパーブレードの往復運動の始点と終点のタイミングを得るための要素である。リレープレート１５０は、減速機構部Ｇのハウジング部ＧＨの内部に備えられ、モータ本体部１１０の作動に連動して回転する。ここで、ブレーキ接点Ｂは、フロントワイパー装置を制動するためのタイミングを発生させる接点である。また、スタート接点Ｓは、フロントワイパー装置を作動させるためのタイミングを発生させる接点である。ブレーキ接点Ｂおよびスタート接点Ｓは、モータ本体部１１０の回転角に応じてグランドＥと電気的に接続される。従って、各接点がグランド電位になるタイミングから、フロントワイパー装置の制動のタイミングと作動のタイミングを把握することができる。なお、リレープレート１５０は、公知の技術を利用して実現することができる要素である。

制御基板１２０を詳細に説明する。制御基板１２０は、デューティ制御部１２０１、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号生成部１２０２、駆動部１２０３、駆動トランジスタ（ＦＥＴ）１２０４、過電流検出部１２０５を備えている。このうち、デューティ制御部１２０１、ＰＷＭ信号生成部１２０２、駆動部１２０３、過電流検出部１２０５は、駆動トランジスタ１２０４をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部（符号なし）を構成する。ここで、制御基板１２０において、デューティ制御部１２０１、ＰＷＭ信号生成部１２０２及び過電流検出部１２０５の各々を、マイクロコンピュータ１２０８を用いて、プログラムでブラシモータ１００を駆動するＰＷＭ信号の生成の要素として構成する。
上記ＰＷＭ信号生成部１２０２は、駆動トランジスタ１２０４をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号のデューティ（デューティ比、パルス周期におけるＨレベルの比率）を変化させることにより、モータ本体部１１０の回転電機子の回転速度を変化させ、これによりフロントワイパー装置の作動速度を変化させる。

本実施形態においては、フロントワイパー装置のワイパーの作動速度が高速作動び低速作動の２段階の場合について説明する。
上記ＰＷＭ制御部を構成するデューティ制御部１２０１は、高速作動電圧信号ＶＨが入力された場合、駆動トランジスタ１２０４のゲートに供給されるＰＷＭ信号のデューティを高速作動のデューティとする制御信号を、ＰＷＭ信号生成部１２０２に対して出力する。一方、デューティ制御部１２０１は、低速作動電圧信号ＶＬが入力された場合、駆動トランジスタ１２０４のゲートに供給されるＰＷＭ信号のデューティを低速作動のデューティとする制御信号を、ＰＷＭ信号生成部１２０２に対して出力する。

ＰＷＭ制御部を構成するＰＷＭ信号生成部１２０２は、高速作動のデューティとする制御信号が供給されると、予め設定されている高速作動のデューティのパルスのパルス列であるＰＷＭ信号を生成して、駆動部１２０３に対して出力する。また、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、低速作動のデューティとする制御信号が供給されると、予め設定されている低速作動のデューティのＰＷＭ信号を生成して、駆動部１２０３に対して出力する。
ＰＷＭ制御部を構成する駆動部１２０３は、ＰＷＭ信号生成部１２０２から供給されるＰＷＭ信号におけるパルスの電力増幅を行い、駆動トランジスタ１２０４に対して出力する。第１の実施形態では、上記ＰＷＭ信号におけるパルスのハイレベルの区間において、駆動トランジスタ１２０４がオン状態に駆動され、上記ＰＷＭ信号におけるパルスのローレベルの区間において、駆動トランジスタ１２０４がオフ状態に駆動される。

上記ＰＷＭ信号のデューティは、モータ本体部１１０の特性要件に応じて設定される。第１の実施形態では、説明の便宜上、モータ本体部１１０を高速で作動させる場合、上記ＰＷＭ信号のデューティは１００パーセントに設定され、モータ本体部１１０を低速で作動させる場合、上記ＰＷＭ信号のデューティは７０パーセントに設定されるものとするが、この例に限定されず、上記ＰＷＭ信号のデューティは任意に設定し得る。すなわち、本実施形態においては、高速作動及び低速作動のいずれかの作動速度とするための電流を、モータ本体部１１０に対して印加するようにデューティを、それぞれのモータ本体部１１０の特性に対応して予め設定しておく。

駆動トランジスタ１２０４は、モータ本体部１１０の回転電機子の整流子に対し、ブラシを介して印加される電圧を発生させ、上記回転電機子の巻線を通電するための要素である。第１の実施形態では、駆動トランジスタ１２０４は、ｎチャネル型パワーＦＥＴ(Field Effective Transistor)である。また、駆動トランジスタ１２０４として、ｎチャネル型パワーＦＥＴではなく、バイポーラトランジスタを用いても良い。駆動トランジスタ１２０４は、モータ本体部１１０に備えられたブラシ１１１ＡとグランドＥとの間に接続されている。具体的には、駆動トランジスタ１２０４のソースは、車体等のグランドＥに接続され、そのドレインは、電流検出素子１３０を通じてモータ本体部１１０のブラシ１１１Ａに接続されている。駆動トランジスタ１２０４は、ゲートに対して、駆動部１２０３を通じてＰＷＭ信号生成部１２０２からＰＷＭ信号が印加される。駆動トランジスタ１２０４には、いわゆるボディダイオード１２０４ａが備えられている。

なお、駆動トランジスタ１２０４は、モータ本体部１１０のもう一つのブラシ１１１Ｂと、低速作動電圧信号ＶＬの配線及びダイオード１４３のカソードの接続点との間に直列に接続されていてもよい。また、駆動トランジスタ１２０４は、ドレインがダイオード１４１のアノードに接続されている。ダイオード１４１は、カソードがモータ本体部１１０のブラシ１１１Ｂに接続されている。また、モータ本体部１１０は、ブラシ１１１Ｂが低速作動電圧信号ＶＬの配線及びダイオード１４３のカソード（の接続点）に接続されている。低速作動電圧信号ＶＬの配線には、アノードに対して低速作動電圧信号ＶＬが供給される。ダイオード１４３には、アノードに高速作動電圧信号ＶＨが供給される。また、本実施形態においては、ワイパーの往復動作をリンク機構により行うため、ブラシモータ１００が一方向のみの回転力を発生させる（一方向にのみ回転する）仕様となり、回転数の制御のために一つの駆動トランジスタ１２０４を備えればよく、ブラシモータ１００を回転駆動させる駆動トランジスタの個数を最小限に抑えている。

制御基板１２０を構成する過電流検出部１２０５は、電流検出素子１３０が検出した電流値に基づいて、モータ本体部１１０に流れる電流の電流値が過電流の電流値であるか否かを検出するための要素である。ここで、過電流とは、モータ本体部１１０の限界負荷電流（モータ本体部１１０の負荷として最大負荷が加わったときに回転電機子に流れる電流）を超える電流、または、モータ本体部１１０の拘束電流（モータ本体部１１０の回転を拘束したときに回転電機子に流れる電流）以上の電流値の電流である。ただし、この例に限定されず、過電流の定義は任意になし得る。過電流検出部１２０５は、電流検出素子１３０によって検出された電流の電流値が過電流を示す設定電流値を超えた場合、モータ本体部１１０に流れる過電流を検出し、または、上記過電流の発生の有無を判定する。

デューティ制御部１２０１は、過電流検出部１２０５によって過電流が検出された時点から、上記所定電流値に対応して設定された所定時間が経過した場合、ブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｂとの間に印加される電圧を制御するＰＷＭ信号のデューティを０とする。換言すれば、デューティ制御部１２０１は、電流検出素子１３０によって検出された電流が上記所定電流値を超え、且つ、上記所定時間が経過した場合、ブラシモータ１００が仕様の最大温度を超える前に、ブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｂとの間に印加される電圧を制御するＰＷＭ信号のデューティを０とし、ブラシモータ１００の作動を停止させ、過電流によるブラシモータ１００の加熱を抑制する。このとき、デューティは０でなくとも、ブラシモータ１００の作動が停止するデューティであっても良い。

ここで、デューティ制御部１２０１は、モータ本体部１１０に過電流が流れた状態が継続する時間（以下、過電流通電時間と称す。）を計測するための通電時間計測カウンタ１２０１ａを備える。デューティ制御部１２０１は、通電時間計測カウンタ１２０１ａのカウンタ値によって計時される過電流通電時間が上記設定時間を超えた場合、ブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｂとの間に印加される電圧を制御するＰＷＭ信号のデューティを０とし、ブラシモータ１００の作動を停止させる。

次に、本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の動作を説明する。
ブラシモータ１００の動作は、次の二つの処理による動作に大別される。
・ブラシモータ１００の回転をＰＷＭ制御するためのデューティ制御処理
・ブラシモータ１００の過電流に起因した過熱を防止するための過熱防止処理
上記の各処理は、デューティ制御部１２０１、ＰＷＭ信号生成部１２０２、過電流検出部１２０５の各々の構成要素により実施される。上記の各処理は、デューティ制御部１２０１、ＰＷＭ信号生成部１２０２、過電流検出部１２０５を構成するマイクロコンピュータ１２０８により実施される。例えば、上記所定電流値および上記所定時間は、デューティ制御部１２０１の機能を実現するための処理手順が記述されたプログラム上で規定されている。

（１）デューティ制御処理
図３は、本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の動作例を説明するためのフローチャートであり、デューティ制御部１２０１およびＰＷＭ信号生成部１２０２および過電流検出部１２０５を構成するマイクロコンピュータ２０８によるデューティ制御処理の一例を説明するための図である。
車両の使用者がフロントワイパー装置の操作スイッチを、停止状態から高速作動あるいは低速作動のいずれかの作動モードに設定すると、作動モードに対応する電圧信号（高速作動電圧信号または低速作動電圧信号）が操作スイッチに接続された外部回路からデューティ制御部１２０１に入力される。

そして、デューティ制御部１２０１は、供給された電圧信号が高速作動電圧信号ＶＨであるか否かの判定を行う（ステップＳ１）。
このとき、デューティ制御部１２０１は、供給された電圧信号が高速作動電圧信号ＶＨである場合、処理をステップＳ２へ進める。一方、デューティ制御部１２０１は、供給された電圧信号が高速作動電圧信号ＶＨで無い場合、すなわち供給された電圧信号が低速作動電圧信号ＶＬである場合、処理をステップＳ３へ進める。

デューティ制御部１２０１は、供給された電圧信号が高速作動電圧信号ＶＨである場合、ＰＷＭ信号のパルスのデューティを高速動作のデューティとする制御信号を、ＰＷＭ信号生成部１２０２に対して出力する。
これにより、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、予め設定されている、例えばパルスのデューティが１００パーセントの高速作動に対応したＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、生成したデューティが１００パーセントのＰＷＭ信号を駆動部１２０３に対して出力する（ステップＳ２）。

一方、デューティ制御部１２０１は、供給された電圧信号が低速作動電圧信号ＶＬである場合、ＰＷＭ信号のパルスのデューティを低速動作のデューティとする制御信号を、ＰＷＭ信号生成部１２０２に対して出力する。
これにより、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、予め設定されている、例えばパルスのデューティが６０パーセントの低速作動に対応したＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、生成したデューティが７０パーセントのＰＷＭ信号を駆動部１２０３に対して出力する（ステップＳ３）。

駆動トランジスタ１２０４は、駆動部１２０３を介して入力されるＰＷＭ信号のパルスによりオンオフ制御される。これにより、駆動トランジスタ１２０４は、ＰＷＭ信号におけるパルスのデューティに対応した電流をモータ本体部１１０に対して供給して印加する（ステップＳ４）。
これにより、デューティ制御部１２０１の制御の下において、ブラシモータであるモータ本体部１１０は、ＰＷＭ信号のパルスのデューティに対応して、高速作動あるいは低速作動に対応した回転数で一方向に回転し、リンク機構を介してフロントまたはリヤワイパー装置のワイパーによるフロントまたはリヤのウィンドシールドに対する払拭が実施される。

上述したように、第１の実施形態によれば、ＰＷＭ制御によるブラシモータの作動速度の制御（ブラシモータの回転速度の制御）を行うので、従来のように高速用と低速用の各々のブラシを設け、作動速度によりこれら高速用及び低速用の各々のブラシの切り替えを行う必要がない。このため、作動速度に応じた複数のブラシの個数を備える必要がなくなる。このため、第１の実施形態によれば、例えば、高速用のブラシを省くことが可能となり、高速用のブラシを備えることによる騒音の増加、整流子の寿命低下、効率低下等の不都合を解消することができる。

また、上述した第１の実施形態によれば、ブラシモータにおける磁極を４極以上に多極化しても、ＰＷＭ制御によるブラシモータの作動速度の制御を行うことにより、高速用のブラシを備える必要がない。このため、第１の実施形態によれば、ブラシの組み付け精度に関する制約を回避することができ、多極化および小型軽量化を促進することができる。特に、ワイパー装置に用いるブラシモータの場合、法規により、低速作動／高速作動の切り替え機能や、低速と高速との速度差等について規定されているため、モータ回転数のばらつきが大きくなると、法規を満たすことができなくなる場合が想定される。しかしながら、上述した第１の実施形態によれば、ＰＷＭ制御によりブラシモータの回転速度を調整するので、デューティを調整することにより、法規に合わせてワイパーの作動速度を柔軟に設定することができる。

また、第１の実施形態によれば、ブラシモータの電源電圧が高電圧化（例えば、１２Ｖから４２Ｖ、４８Ｖ等への高電圧化）されたとしても、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ信号のデューティを調整することにより、ブラシモータに印加される実質的な電源電圧を従来の電圧（例えば、１２Ｖ）に維持することができる。このため、第１の実施形態によれば、任意の電源電圧に柔軟に対応することができ、電源電圧が高電圧化されても、従来のフロントまたはリヤワイパー装置のブラシモータとして継続して使用することが可能になる。従って、モータの高電圧化のための対策が不要になる。

また、第１の実施形態によれば、車両側の設計変更を要することなく、フロントまたはリヤワイパー装置に必要とされる所望の特性要件を有するブラシモータを実現することができる。
また、第１の実施形態によれば、モータ停止時（駆動モータ１２０４がオフ状態）においては、ダイオード１４１とモータ本体部１１０とにより閉回路が形成されるため、電磁ブレーキ作用に基づくオートストップ機能を実現することができる。

また、第１の実施形態によれば、外力によってワイパーが強制的に動かされる状況において、例えば、外力がモータの回転方向に対応した外力である場合、モータ本体部１１０に接続されたダイオード１４１により閉回路効果（電磁ブレーキ効果）が得られ、モータ逆回転方向に対応した外力である場合には、駆動トランジスタ１２０４のボディダイオード１２０４ａにより閉回路効果が得られる。

また、第１の実施形態によれば、一方向の回転力を発生させるブラシモータにおいて、一つの駆動トランジスタ１２０４を備えればよく、駆動トランジスタの個数を最小限に抑えることができる。これにより、装置コストの低減を図ることができる。
また、第１の実施形態によれば、一般的な仕様を想定する範囲において、回転センサ（センサーマグネット、ホールＩＣ等）やリレーをブラシモータに搭載する必要がない。従って、更なる低コスト化を図ることができる。

（２）過熱防止処理
図４から図６の各々は、本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００の動作例における過熱防止処理を説明するための図である。ここで、図４は過熱防止処理の全体フローチャートであり、図５は図４の過熱防止処理における加熱保護処理の詳細フローチャートであり、図６は図４の加熱防止処理における復帰処理の詳細フローチャートである。
過熱防止処理は、上述した図３のフローチャートのデューティ制御処理（ステップＳ２１〜Ｓ２３）と並行して実施される。

図７は、デューティ制御部１２０１の内部の記憶部に記憶された過熱保護処理毎の設定電流値とこの設定電流値に対応する設定時間との関係を示す設定電流値テーブルの構成例を示す図である。図７において、設定電流値は過熱保護ｎ処理の複数の異なる限界負荷電流（時間経過とともに過熱に至る電流）及び拘束電流（ブラシモータの回転が行えない過負荷における電流、すなわち最大電流）の各々の電流値である。復帰設定時間は、ブラシモータ１００が停止させてから、ブラシモータ１００を再作動させるまでの時間である。すなわち、復帰設定時間は、ブラシモータ１００の温度を低下させるために必要となる時間である。フェイルフラグは、過熱保護処理毎に設けられており、設定電流値を超える電流値の電流がこの設定電流値に対応する設定時間を超えて流れ、停止された際に立てられるフラグである。フェイルフラグの欄が１の場合フラグが立っているとし、フラグの欄が０の場合フラグが立っていないとする。また、設定電流値は、電流値の範囲を示す設定でも良い。

例えば、設定電流値をＶＴとし、限界負荷電流を後述する過熱保護１処理に対して１０（Ａ）≦ＶＴ＜１２（Ａ）、過熱保護２処理に対して１２（Ａ）≦ＶＴ＜１４（Ａ）、過熱保護３処理に対して１４（Ａ）≦ＶＴ＜１６（Ａ）とし、過熱保護４処理に対して拘束電流を１６（Ａ）＜ＶＴとして設定電流値テーブルに予め書き込まれて記憶されている。また、過熱保護１処理、過熱保護２処理、過熱保護３処理及び過熱保護４処理それぞれの設定時間を、２０（秒）、１０（秒）、５（秒）、２（秒）としている。過熱保護１処理、過熱保護２処理、過熱保護３処理及び過熱保護４処理それぞれの復帰設定時間を、１０（秒）、１０（秒）、２０（秒）、２０（秒）としている。
以下、図４から図７の各々を用いて、本実施形態における過熱防止処理を説明する。

車両の使用者がワイパー装置の操作スイッチを操作してワイパー装置を作動させると、過電流検出部１２０５は、電流検出素子１３０の検出する電流値をモニタする。また、デューティ制御部１２０１は、過熱防止処理を起動させるための制御周期割込みが発生する度に、図４のフローチャートの処理を実行する。

デューティ制御部１２０１は、設定電流値テーブルにおける各設定電流値のフェイルフラグの欄を参照し、フラグが立っている（１となっている）フェイルフラグの欄の有無を確認する（ステップＳ１１）。このとき、デューティ制御部１２０１は、フェイルフラグが立っている設定電流値がない場合、処理をステップＳ１２へ進める。この場合、ブラシモータは作動している。一方、デューティ制御部１２０１は、フェイルフラグが立っている設定電流値がある場合、処理をステップＳ１３へ進める。この場合ブラシモータは作動していない（停止している）。

デューティ制御部１２０１は、フェイルフラグが立っていない場合、図３のフローチャートにおけるＰＷＭ信号生成部１２０２にデューティのＰＷＭ信号（デューティ出力）を生成させる。そして、デューティ制御部１２０１は、駆動トランジスタ（ＦＥＴ）１２０４をオンオフ制御させ、ブラシモータ１００を作動させ、処理をステップＳ１４へ進める（ステップＳ１２）。

一方、デューティ制御部１２０１は、フェイルフラグが立っている場合、ブラシモータを再作動させるための復帰処理を行う（ステップＳ１３）。このとき、デューティ制御部１２０１は、復帰の条件（後述）を満たしている場合、図３のフローチャートに従う動作により、ブラシモータを再作動させる。また、デューティ制御部１２０１は、復帰の条件を満たしていない場合、この制御周期割込みにおける周期の処理を終了する。

デューティ制御部１２０１は、ブラシモータ１００が作動状態の場合、過熱保護１処理（ステップＳ１４）、過熱保護２処理（ステップＳ１５）、過熱保護３処理（ステップＳ１６）、過熱保護４処理（ステップＳ１７）の処理を順次行う。デューティ制御部１２０１は、過熱保護４処理が終了すると、この制御周期割込みにおける周期の処理を終了する。
ここで、例えば、過熱保護１処理、過熱保護２処理及び過熱保護３処理の各々は、モータ本体部１１０に流れる電流の電流値がそれぞれの処理に対応した設定電流値としての限界負荷電流値を超えた場合の過電流に起因する過熱を防止するための処理である。また、第４過熱保護処理は、モータ本体部１１０に流れる電流の電流値が設定電流値としての拘束電流値を超えた場合の過電流に起因する過熱を防止するための処理である。過熱保護１処理、過熱保護２処理、過熱保護３処理、過熱保護４処理の順番に、設定電流値の示す電流値が徐々に高くなっている。限界負荷電流値は、必要に応じて４個以上設定しても良く、それぞれに対応した過熱保護ｎ処理を設ける。

次に、図５を参照して過熱保護ｎ処理について説明する。本実施形態において、過熱保護ｎ処理は、過熱保護１処理、過熱保護２処理、過熱保護３処理及び過熱保護４処理の各々に対応しており、ｎが１≦ｎ≦４である。すなわち、過熱保護１処理、過熱保護２処理、過熱保護３処理及び過熱保護４処理の各々は、設定電流値及び設定時間が異なるが処理自体は同様である。図７の設定電流値テーブルの設定電流値の各々は、過熱保護１処理、過熱保護２処理、過熱保護３処理及び過熱保護４処理それぞれで用いる設定電流値である。

過電流検出部１２０５は、過熱保護ｎ処理に対応する設定時間ｎを、デューティ制御部１２０１の設定電流値テーブルから読み出す。そして、過電流検出部１２０５は、電流検出素子１３０が測定した電流であるモータ電流の電流値が設定電流値テーブルから読み出した設定電流値ｎを超えているか否かの判定を行う（ステップＳ２１）。このとき、過電流検出部１２０５は、電流検出素子１３０が測定した電流の電流値が予め設定された設定電流値を超えている場合、電流検出素子１３０が測定した電流の電流値が予め設定された設定電流値を超えていることを示す通知をデューティ制御部１２０１に対して通知する。そして、過電流検出部１２０５は、処理をステップＳ２２へ進める。一方、過電流検出部１２０５は、電流検出素子１３０が測定した電流の電流値が予め設定された設定電流値を超えていない場合、電流検出素子１３０が測定した電流の電流値が予め設定された設定電流値を超えていないことを示す通知を、デューティ制御部１２０１に対して通知する。そして、過電流検出部１２０５は、処理をステップＳ２３へ進める。

デューティ制御部１２０１は、電流検出素子１３０が測定した電流の電流値が予め設定された設定電流値を超えている場合、通電時間計測カウンタ１２０１ａ＿ｎのカウントアップ（経過時間の計時）を開始する（ステップＳ２２）。そして、デューティ制御部１２０１は、処理をステップＳ２４へ進める。
この通電時間計測カウンタ１２０１ａ＿ｎは、過熱保護ｎ処理毎にデューティ制御部１２０１内部に設けられた時間を計時する通電時間計測カウンタ１２０１ａであり、過熱保護ｎ処理に対応するカウンタである。

デューティ制御部１２０１は、電流検出素子１３０が測定した電流の電流値が予め設定された設定電流値を超えていない場合、通電時間計測カウンタ１２０１ａ＿ｎのカウントアップを停止し、計時した経過時間を０とするカウンタ値のクリア処理を行う（ステップＳ２３）。そして、デューティ制御部１２０１は、処理を図４のフローチャートの処理に戻す。

デューティ制御部１２０１は、過熱保護ｎ処理に対応する設定時間ｎを、設定電流値テーブルから読み出す。そして、デューティ制御部１２０１は、通電時間計測カウンタ１２０１ａ＿ｎが計時したカウンタｎ値（時間）が、設定電流値テーブルから読み出した設定時間ｎを超えているか否かの判定を行う（ステップＳ２４）。このとき、デューティ制御部１２０１は、通電時間計測カウンタ１２０１ａ＿ｎが計時したカウンタｎ値が設定時間ｎを超えている場合、処理をステップＳ２５へ進める。一方、デューティ制御部１２０１は、通電時間計測カウンタ１２０１ａ＿ｎが計時したカウンタｎ値が設定時間ｎを超えていない場合、処理を図４のフローチャートの処理に戻す。

デューティ制御部１２０１は、通電時間計測カウンタ１２０１ａ＿ｎが計時したカウンタｎ値が設定時間ｎを超えている場合、ＰＷＭ信号生成部１２０２に対し、ＰＷＭ信号のパルスのデューティを０とする制御信号を出力する（ステップＳ２５）。これにより、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、ＰＷＭ信号のパルスのデューティ（ＤＵＴＹ）を０とする。すなわち、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、ＰＷＭ信号の出力を停止する。このため、駆動トランジスタ１２０４（ＦＥＴ）が常にオフ状態となることで、ブラシモータ１００に流れるモータ電流が０となり、ブラシモータ１００は作動を停止する。そして、デューティ制御部１２０１は、処理をステップＳ２６に進める。

デューティ制御部１２０１は、設定電流値テーブルにおける過熱保護ｎ処理に対応するフェイルフラグを立てる（ステップＳ２６）。そして、デューティ制御部１２０１は、処理を図４のフローチャートの処理に戻す。

また、上記設定時間について補足説明する。上述の過熱保護ｎ処理の各々において、デューティ制御部１２０１は、予め設定された限界負荷電流の設定電流値の設定電流範囲に応じ、過電流が検出されてから駆動トランジスタ１２０４をオフ状態に制御するまでの上記設定時間を設定する。すなわち、所定時間は、過電流の大きさに応じて、過熱保護ｎ処理毎に設定される。

例えば、限界負荷電流の設定電流値の設定電流範囲として、過熱保護１処理において１０〜１２Ａ（アンペア）の設定電流範囲、過熱保護２処理において１２〜１４Ａの設定電流範囲、過熱保護３処理において１４〜２０Ａの設定電流範囲、過熱保護４処理において２０Ａ以上の設定電流範囲が予め設定される。デューティ制御部１２０１は、電流検出素子１３０により検出された電流が過熱保護１処理における設定電流範囲にある場合、過電流検出部１２０５により過電流が検出されてから駆動トランジスタ１２０４をオフ状態に制御するまでの上記所定時間を例えば２０秒に設定する。この場合、過電流が発生してから、２０秒後に駆動トランジスタ１２０４がオフ状態に制御され、過電流が遮断される。

また、電流検出素子１３０により検出された過電流が過熱保護２処理における設定電流範囲にある場合、デューティ制御部１２０１は、過電流が検出されてから駆動トランジスタ１２０４をオフ状態に制御する（ＰＷＭ信号のデューティを０とする）までの上記所定時間を例えば１０秒に設定する。この場合、過電流が発生してから、１０秒後に駆動トランジスタ１２０４がオフ状態に制御される。このように、過電流検出部１２０５により検出される過電流の電流値が大きい程、過電流が発生してから過熱が発生するまでの時間が短くなるため、駆動トランジスタ１２０４をオフ状態に制御するまでの上記所定時間を短い時間に設定する。これにより、デューティ制御部１２０１は、ブラシモータ１００において過熱が発生する前に、モータ本体部１１０に対する過電流を遮断することができる。

次に、図６を参照して復帰処理について説明する。以下の説明における復帰時間カウンタは、デューティ制御部１２０１内において過熱保護ｎ処理毎に設けられている。
デューティ制御部１２０１は、フェイルフラグが立っているとした過熱保護ｎ処理に対応する復帰設定時間を、設定電流値テーブルから読み出す。
デューティ制御部１２０１は、復帰時間カウンタの計時した時間が、設定電流値テーブルから読み出した復帰設定時間を超えたか否かの判定を行う（ステップＳ３１）。このとき、デューティ制御部１２０１は、復帰時間カウンタの計時した時間が復帰設定時間を超えている場合、処理をステップＳ３２へ進める。一方、デューティ制御部１２０１は、復帰時間カウンタの計時した時間が復帰設定時間を超えていない場合、処理をステップＳ３３へ進める。

デューティ制御部１２０１は、復帰時間カウンタの計時した時間（カウント値）が復帰設定時間を超えている場合、復帰時間カウンタのカウンタ値を０とし、復帰時間カウンタをクリアする処理を行う（ステップＳ３２）。そして、デューティ制御部１２０１は、処理をステップＳ３３に進める。

デューティ制御部１２０１は、復帰時間カウンタの計時した時間が復帰設定時間を超えていない場合、復帰時間カウンタのカウント値のカウントアップを行う（ステップＳ３３）。そして、デューティ制御部１２０１は、処理を図４のフローチャートの処理に戻す。

デューティ制御部１２０１は、設定電流値テーブルにおける全てのフェイルフラグをクリアする（フェイルフラグの欄を０とする）処理を行う（ステップＳ３４）。そして、デューティ制御部１２０１は、処理をステップＳ３３に進める。

デューティ制御部１２０１は、ＰＷＭ信号生成部１２０２に対し、図３のフローチャートに対応したＰＷＭ信号のパルスのデューティとする制御信号を出力する（ステップＳ３５）。これにより、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、ＰＷＭ信号のパルスのデューティ（ＤＵＴＹ）を、高速作動あるいは低速作動に対応するデューティとしてＰＷＭ信号を生成する。すなわち、ＰＷＭ信号生成部１２０２は、高速作動あるいは低速作動に対応するデューティのＰＷＭ信号を、駆動部１２０３に対して出力する。このため、駆動トランジスタ１２０４（ＦＥＴ）がＰＷＭ信号によりオンオフ制御されることで、ブラシモータ１００に対し、高速作動あるいは低速作動に対応するモータ電流が流れ、ブラシモータ１００は作動を再開する。そして、デューティ制御部１２０１は、処理を図４のフローチャートの処理に戻す。

図８は、制御基板１２０におけるデューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々を、マイクロコンピュータを用いて構成した他の一例を示す図である。
図８の構成は、図３に示す回路と同様の機能を有し、同様の構成については同一の符号を付している。図８の構成においては、スノークラッチを有していない。また、モータ本体部１１０の出力軸のセンシングはマイクロコンピュータにより行っている。リレープレート１５０Ａにおいて、スタート接点Ｓは、フロントまたはリヤワイパー装置を作動させるためのタイミングを発生させる接点である。

図９は、制御基板１２０におけるデューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々を、マイクロコンピュータを用いて構成した他の一例を示す図である。
図９の構成は、図３に示す回路と同様の機能を有し、同様の構成については同一の符号を付している。図９の構成においては、スノークラッチを有している。また、モータ本体部１１０の出力軸のセンシングはマイクロコンピュータにより行っている。リレープレート１５０Ｂにおいて、スタート接点Ｓは、フロントまたはリヤワイパー装置を作動させるためのタイミングを発生させる接点である。

図２のブラシモータ１００、図８のブラシモータ１００Ａ及び図９のブラシモータ１００Ｂの各々は、モータ本体部１１０のモータ回転軸のセンシングをマイクロコンピュータで行うか否か、スノークラッチの有無などの違いはあるが、これらの従来の構成を変更することなく、本実施形態の構成をいずれの従来の構成に対しても用いることができる。

次に、図１０を参照して、制御基板１２０の配置について詳細に説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態によるブラシモータ１００に備えられた制御基板１２０の配置例を示す図である。なお、細部の配線等は省略されている。

ここで、図１０（Ａ）は、ブラシモータ１００Ａの磁極の極数を４極とした場合のブラシ１１１Ａ，１１１Ｂの第１配置例（機械角９０°）を示す。ブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｂは、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨに組み込まれた円環状のブラシホルダ１１０Ｈ上に、機械角にして９０°だけ相互に異なる位置に配置されている。

この図１０（Ａ）の第１配置例では、ブラシホルダ１１０Ｈ上には、回転電機子（図示なし）を挟んでブラシ１１１Ａおよびブラシ１１１Ｂのそれぞれに対向する位置にブラシが配置されない領域が存在する。すなわち、図１０（Ａ）の例では、すでに述べたように、ＰＷＭ制御により高速作動のための高速用のブラシが必要なくなったため、ブラシ１１１Ｂを基準にして、時計回り方向に概ね０°〜２７０°の領域にはブラシが存在していない。このブラシが存在していないブラシホルダ１１０Ｈ上の領域に、制御基板１２０（デューティ制御部１２０１、ＰＷＭ信号生成部１２０２、駆動部１２０３）と、電流検出素子１３０とが配置されている。また、デューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々がディスクリート回路ではなく、マイクロコンピュータで構成されている場合、制御基板上にはマイクロコンピュータのチップと、駆動部１２０３とが配置されている。
ここで、制御基板１２０と電流検出素子１３０とが配置される領域には、上述したように、ブラシが存在しないため、これら制御基板１２０および電流検出素子１３０は、ブラシと干渉することなく、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨの内部に収容される。

図１０（Ｂ）は、ブラシモータ１００の磁極の極数を６極とした場合のブラシ１１１Ａ，１１１Ｃの第２配置例（機械角１８０°）を示す。ブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｃは、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨの一部をなす円環状のブラシホルダ１１０Ｈ上に、機械角にして１８０°だけ相互に異なる位置に配置されている。

ここで、図１０（Ｂ）の例では、ブラシホルダ１１０Ｈ上には、ブラシ１１１Ａおよびブラシ１１１Ｃのそれぞれに対し、機械角にして６０°および１２０°だけ異なる位置にはブラシが配置されない領域が存在する。すなわち、図１０（Ｂ）の例では、すでに述べたように、ＰＷＭ制御により高速作動のための高速用のブラシが必要なくなったため、ブラシ１１１Ａを基準にして、時計回り方向に概ね０°〜１８０°の第１領域と、ブラシ１１１Ａを基準にして、反時計回り方向に概ね０°〜１８０°の第２領域にはブラシが存在していない。第１領域には電流検出素子１３０が配置され、第２領域には、制御基板１２０が配置される。また、デューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々がディスクリート回路ではなく、マイクロコンピュータで構成されている場合、制御基板上にはマイクロコンピュータのチップと、駆動部１２０３とが配置されている。
ここで、図１０（Ａ）と同様に、制御基板１２０と電流検出素子１３０とが配置される領域にはブラシが存在しないので、これら制御基板１２０および電流検出素子１３０は、ブラシと干渉することなく、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨの内部に収容される。

図１０（Ｃ）は、ブラシモータ１００の磁極の極数を６極とした場合のブラシ１１１Ａ，１１１Ｄ，１１１Ｅ，１１１Ｆの第３配置例（機械角、各１８０°）を示す。機械角にして１８０°だけ相互に異なるブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｅとがそれぞれ正、負極に対応し、同じく、機械角にして１８０°だけ相互に異なるブラシ１１１Ｄとブラシ１１１Ｆとがもう一対の正、負極に対応している。ブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｄは、機械角にして６０°だけ異なる位置に配置され、同じくブラシ１１１Ｅとブラシ１１１Ｆも機械角にして６０°だけ異なる位置に配置されている。

図１０（Ｃ）の例では、ブラシ１１１Ｄを基準にして、時計回り方向に概ね０°〜１２０°の第３領域と、ブラシ１１１Ａを基準にして、反時計回り方向に概ね０°〜１２０°の第４領域にはブラシが存在しない。第３領域には電流検出素子１３０が配置され、第４領域には制御基板１２０が配置される。すなわち、図１０（Ｃ）の例では、すでに述べたように、ＰＷＭ制御により高速作動のためのブラシが必要なくなったため、上述したように、ブラシ１１１Ａを基準にして、時計回り方向に概ね０°〜１２０°の第３領域と、ブラシ１１１Ａを基準にして、反時計回り方向に概ね０°〜１２０°の第４領域にはブラシが存在していない。第３領域には電流検出素子１３０が配置され、第４領域には、制御基板１２０が配置される。また、デューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々がディスクリート回路ではなく、マイクロコンピュータで構成されている場合、制御基板上にはマイクロコンピュータのチップと、駆動部１２０３とが配置されている。
ここで、図１０（Ａ）と同様に、制御基板１２０と電流検出素子１３０とが配置される領域にはブラシが存在しないので、これら制御基板１２０および電流検出素子１３０は、ブラシと干渉することなく、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨの内部に収容される。

図１０（Ｄ）は、ブラシモータ１００の磁極の極数を６極とした場合のブラシ１１１Ａ，１１１Ｄの第４配置例（機械角６０°）を示す。機械角にして６０°だけ相互に異なるブラシ１１１Ａとブラシ１１１Ｄとがそれぞれ正、負極に対応している。また、図１０（Ｄ）の例では、すでに述べたように、ＰＷＭ制御により高速作動のためのブラシが必要なくなったため、ブラシ１１１Ｄを基準にして、時計回り方向に概ね０°〜３００°の第５領域にはブラシが存在しない。第５領域には、電流検出素子１３０および制御基板１２０が配置される。また、デューティ制御部１２０１及びＰＷＭ信号生成部１２０２の各々がディスクリート回路ではなく、マイクロコンピュータで構成されている場合、制御基板上にはマイクロコンピュータのチップと、駆動部１２０３とが配置されている。
ここで、図１０（Ａ）と同様に、制御基板１２０と電流検出素子１３０とが配置される領域にはブラシが存在しないので、これら制御基板１２０および電流検出素子１３０は、ブラシと干渉することなく、モータ部Ｍのハウジング部ＭＨの内部に収容される。

上述した第１の実施形態によれば、上述した過電流防止処理により、過熱の原因となるモータ本体部１１０に流れる過電流を、複数の設定電流値毎に抑制することができる。従って、熱保護素子を用いることなく、過電流の電流値に対応して、モータ本体部１１０の過熱を防止することが可能になる。これにより、一般に、熱保護素子に比較して、小型である電流検出素子を用いることができるため、本実施形態によれば、熱保護素子と同様に過熱から装置を保護することができることに加え、装置を小型化することができる。

また、第１実施形態によれば、デューティ制御部１２０１および過電流検出部１２０５をマイクロコンピュータ２０８で実現し、各機能をマイクロコンピュータ２０８のプログラムで規定したので、プログラム上の上記所定電流値および上記所定時間を設定し直すことにより、回路構成を変更することなく、モータ本体部１１０の仕様が変更された場合であっても、その仕様に合わせて過熱防止対策を容易に施すことができる。

また、第１実施形態によれば、過熱防止対策のための熱保護素子を備える必要がないので、熱保護素子をブラシモータ１００に取り付けるための煩雑な作業が不要となり、熱保護素子のチューニング工数を削減することができる。
上述した また、第１実施形態によれば、過熱防止対策のための熱保護素子の特性のバラツキを考慮する必要がなくなるので、熱保護素子の特性のバラツキを吸収するためのマージンを設けた過剰な設計を行う必要がなくなる。

また、第１実施形態によれば、フロントワイパー装置およびリアワイパー装置の動力源としてブラシモータ１００を用いた場合、制御基板１２０をフロントワイパー装置側のブラシモータとリアワイパー装置側のブラシモータとで共用することにより、ワイパー装置全体のコストを低減させることができる。

また、上述した第１実施形態によれば、モータ本体部１１０の回転電機子に均圧線を用いたことによりブラシの数が削減され、それにより生じたブラシホルダ１１０Ｈ上の空き領域に熱保護素子１２３および制御基板１２０を配置したので、ブラシモータ１００を大型化することなく、制御基板１２０等をモータ部Ｍのハウジング部ＭＨの内部に収容することができる。従って、第１実施形態によれば、多極化を図りつつ、装置を小型化することができる。また、ＰＷＭ制御によりモータ本体部１１０の回転速度を制御するので、ブラシの切り替えによらずに回転速度を変化させることができる。

また、第１実施形態によれば、一方向の回転力を発生させるブラシモータにおいて、一つの駆動トランジスタ１２０４を備えればよく、駆動トランジスタの個数を最小限に抑えることができる。これにより、装置コストの低減を図ることができる。
また、第１実施形態によれば、一般的な仕様を想定する範囲において、回転センサ（センサーマグ、ホールＩＣ等）やリレーをブラシモータに搭載する必要がない。従って、更なる低コスト化を図ることができる。

また、第１実施形態によれば、ＰＷＭ制御によるブラシモータの速度制御を行うので、速度に応じた複数のブラシの個数を備える必要がない。このため、例えば、高速用のブラシを備えることによる騒音の増加、整流子の寿命低下、効率低下等の不都合を解消することができる。

また、４極以上に多極化しても、ブラシの組み付け精度に関する制約を回避することができ、多極化および小型軽量化を促進することができる。特に、ワイパモータの場合、法規により、低速作動／高速作動の切り替え機能や、低速と高速との速度差等について規定されているため、モータ回転数のばらつきが大きくなると、法規を満たすことができなくなる場合が想定されるが、上述した第１実施形態によれば、ＰＷＭ制御によりモータの回転速度を調整するので、法規に合わせて作動速度を柔軟に設定することができる。

次に、図１１および図１２を参照して、第１の実施形態の変形例を説明する。
図１１は、本発明の第１の実施形態の変形例によるブラシモータ１００Ｂに備えられた制御基板１２０の配置を示す側面図である。また、図１２は、本発明の第１の実施形態の変形例によるブラシモータ１００Ｂに備えられた制御基板１２０の配置の詳細図である。制御基板１２０の配置位置を除けば、第１の実施形態の変形例のブラシモータ１００Ｂは、それぞれ、上述した第１の実施形態のブラシモータ１００と同様に構成される。

また、第１実施形態によれば、モータの電源電圧が高電圧化（例えば、４２Ｖ、４８Ｖ等）されたとしても、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭ信号のデューティを調整することにより、モータに供給される実質的な電源電圧を従来の電圧（例えば、１２Ｖ）に維持することができる。このため、任意の電源電圧に柔軟に対応することができ、電源電圧が高電圧化されても、従来のワイパモータを継続して使用することが可能になる。従って、モータの高電圧化のための対策が不要になる。
また、第１実施形態によれば、車両側の設計変更を要することなく、ワイパー装置に必要とされる所望の特性要件を有するブラシモータを実現することができる。

図１１に示すように、本変形例では、制御基板１２０は、ブラシモータ１００Ｂの減速機構部Ｇのハウジング部ＧＨの内部に配置される。具体的には、図１２に示すように、制御基板１２０は、ブラシモータ１００Ｂのハウジング部ＧＨを構成するボトムカバー（鉄製または樹脂製のカバー）の内面であって、ブラシモータ１００Ｂの減速機構部Ｇのウォームホイールギア等の作動に干渉しない部位に配置される。すなわち、制御基板１２０は、回転電機子の回転軸が延出されて係合している減速機構部Ｇにおけるウォームホイールギア等に接触しないように、ウォームホイールギア等を覆うハウジング部ＧＨのボトムカバーの内壁面に対し、当該内壁面と基板の面とが対向して取り付けられている。

本変形例によっても、ブラシモータの磁極の多極化を図りつつ、ブラシモータを小型化することができる。また、上述の第１の実施形態と同様にＰＷＭ制御によりモータ本体部１１０の回転速度を制御するので、ブラシの切り替えによらずに回転速度を変化させることができる。加えて、本変形例によれば、ブラシの配置とは無関係に制御基板１２０を配置することができるため、ブラシの配置位置による制約を受けることがない。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、すでに説明した第１の実施形態による図２のブラシモータ１００または図８のブラシモータ１００Ａの各々と同様の構成をし、かつフロントワイパー装置のワイパーの高速作動及び低速作動の作動速度の制御をＰＷＭ信号のパルスのデューティの調整（ＰＷＭ制御）により行っている。また、第２の実施形態においても、制御基板１２０の配置に関しても、図１０から図１２に示す第１の実施形態のブラシモータ１００に備えられた制御基板１２０の配置例と同様である。
以下、第２の実施形態における第１の実施形態によるブラシモータ１００と異なる動作について説明する。

ここで、第２の実施形態において、デューティ制御部１２０１は、第１実施形態と同様の機能に加えて、モータ本体部１１０に要求される所望の特性要件（例えば、トルク帯仕様）に応じて低速作動時および高速作動時のそれぞれにおける上記ＰＷＭ信号のデューティの設定値を変更する機能（以下、デューティ変更機能と称す。）を有している。すなわち、ブラシモータの製品仕様ごとに要求されるモータ本体部１１０の特性要件（例えば、印加電圧、印加電流、回転速度、発生トルク等）は異なるのが通例である。この場合、要求される特性要件ごとに異なる多種多様な仕様のモータ本体部１１０を準備すればよいが、この場合、製品ごとにモータ本体部１１０を設計し直す必要があり、コストが上昇する一因になる。

そこで、第２の実施形態においては、デューティ制御部１２０１は、ブラシモータの製品として要求されるモータ本体部１１０の所望の特性要件に合わせて、低速作動時および高速作動時のそれぞれにおいて駆動トランジスタ１２０４のゲートに印加されるＰＷＭ信号のデューティの設定値を変更する。これにより、低速作動時のモータ本体部１１０の回転速度と、高速作動時のモータ本体部１１０の回転速度が、それぞれ、必要とされるモータ本体部１１０の所望の特性要件を満たすように設定される。

図１３は、デューティ制御部１２０１の内部の記憶部に記憶されている設定電流値テーブルの構成例を示す図である。図１３において、トルク仕様の種類の一例として、３５Ｎ・ｍ、３０Ｎ・ｍ、２５Ｎ・ｍの３つの異なるトルクを示しているが、これに限らずトルク仕様はブラシモータの所望の特性要件に対応して任意に設定される。また、トルク仕様の各々に対応して、ワイパー装置のワイパーの高速作動時のデューティ、低速作動時のデューティ、拘束電流（ロック電流）の電流値が示されている。
図１３において、トルク仕様帯が３５（Ｎ・ｍ）において、低速作動時のデューティが７０．５％であり、高速作動時のデューティが９８．０％であり、拘束電流の電流値が３２（Ａ）に設定されている。また、トルク仕様が３０（Ｎ・ｍ）において、低速作動時のデューティが６９．５％であり、高速作動時のデューティが９７．５％であり、拘束電流の電流値が２８（Ａ）に設定されている。トルク仕様が２５（Ｎ・ｍ）において、低速作動時のデューティが７２．０％であり、高速作動時のデューティが１００．０％であり、拘束電流の電流値が１７（Ａ）に設定されている。

図１３に示すように、モータ本体部１１０の所望の特性要件に応じて、ワイパ−装置の低速作動時および拘束作動時のそれぞれにおいて必要とされるモータ本体部１１０の回転速度が得られるように、駆動トランジスタ１２０４のゲートに供給されるＰＷＭ信号のデューティの設定値が変更される。このようなＰＷＭ信号のデューティの設定値の変更は、例えば、ブラシモータ２００の製造段階で、図１３の設定電流値テーブルにおいて、必要とされるモータ本体部１１０の特性要件であるトルク仕様に対応する、ワイパーの高速作動時のデューティ、低速作動時のデューティ、拘束電流の電流値の各々を選択し、この選択したデータに用いてブラシモータ１００を制御するように、デューティ制御部１２０１の動作を設定する（マイクロコンピュータであれば、ブログラムを記述する）。

例えば、ベースとなるモータ本体部１１０のトルクに関する特性要件が３５Ｎ・ｍであるものとした場合、モータ本体部１１０は、最大で３５Ｎ・ｍの負荷トルクに対応することができる。しかしながら、トルク仕様帯が３０Ｎ／ｍ及び２５Ｎ・ｍの各々の負荷トルクを必要とする用途では、最大で３５Ｎ・ｍの負荷トルクに対応させることは過剰なスペックとなる。ここで、最大で３５Ｎ・ｍの負荷トルクを発生させるため、拘束電流の電流値として３２．０（Ａ）が設定されている。

このため、第２の実施形態においては、トルク仕様帯が３０Ｎ・ｍ及び２５Ｎ・ｍの各々に対しても、３５Ｎ・ｍのトルク仕様と異なるトルク仕様に対応した拘束電流の電流値をそれぞれ設定している。これにより、対応するトルク仕様に応じた拘束電流の電流値によりブラシモータを停止させ、それぞれのブラシモータのトルク仕様に対応した制御が行われる。
例えば、３０Ｎ・ｍの負荷トルクを必要とする場合、最大で３０Ｎ・ｍの負荷トルクを発生させるため、拘束電流の電流値として２８．０（Ａ）が設定されている。
また、２５Ｎ・ｍの負荷トルクを必要とする場合、最大で２５Ｎ・ｍの負荷トルクを発生させるため、拘束電流の電流値として１７．０（Ａ）が設定されている。

上述したように、例えば、３５Ｎ・ｍ、３０Ｎ・ｍ及び２５Ｎ・ｍの各々を同様の構成のブラシモータで実現する際、２５Ｎ・ｍのトルク仕様で用いる場合、拘束電流の電流値が１７．０（Ａ）とされる。このため、第２の実施形態においては、３５Ｎ・ｍのトルク仕様のブラシモータをそのまま２５Ｎ・ｍのトルク仕様で用い、拘束電流の電流値が３２．０（Ａ）まで流れて拘束されたと検出されたとして停止させる場合に比較し、モータ本体部１１０に対して無駄な電流を流す必要がなくなる。

第２の実施形態において、デューティ制御部１２０１は、設定されているトルク仕様に対応する高速作動及び低速作動時のデューティを読み出し、読み出した高速作動及び低速作動時のデューティにより図３に示すフローチャートの制御を行う。例えば、ブラシモータのトルク仕様が３０Ｎ・ｍで設定されている場合、デューティ制御部１２０１は、設定電流値テーブルからトルク仕様の３０Ｎ・ｍに対応する、高速作動時のデューティとして９７．５パーセントと、低速作動時のデューティとして６９．５パーセントとを読み出し、ワイパー装置のワイパーの低速作動及び高速作動の各々の動作におけるＰＷＭ信号のデューティとして用いる。

上記図１３の設定電流値テーブルを用いた具体的な動作として、過電流検出部１２０５は、デューティ制御部１２０１の設定電流値テーブルから、設定されているトルク仕様に対応する拘束電流の電流値を読み出す。そして、過電流検出部１２０５は、読み出した拘束電流の電流値と、電流検出素子１３０から読み込んだモータ電流とを比較する。このとき、過電流検出部１２０５は、モータ電流が拘束電流の電流値を超えている場合、デューティ制御部１２０１に対して、モータ電流が拘束電流を超えていることを通知する。
デューティ制御部１２０１は、過電流検出部１２０５からモータ電流が拘束電流を超えていることを示す通知を入力することにより、ＰＷＭ信号生成部１２０２に対して、ＰＷＭ信号のデューティを０とする制御信号を出力する。これにより、ＰＷＭ信号生成部１２０２がＰＷＭ信号の出力を停止し、駆動トランジスタ１２０４が常時オフ状態となる。そして、モータ本体部１１０に対して電流が供給されなくなり、ブラシモータ１００が作動を停止する。

これにより、第２の実施形態によれば、モータ本体部１１０自体の仕様を変更することなく、ブラシモータの製品として要求される多種多様な所望の特性要件を満足することが可能になる。すなわち、第２の実施形態は、図１３の設定電流値テーブルに対象となる複数のブラシモータの制御条件を予め記載しておき、製品として要求される特性要件に対応する制御条件を選択する構成であるため、ブラシモータ１００の構成を共通化することができ、多種多様な特性要件の複数のモータを準備する必要がなくなり、ブラシモータのコストを削減することが可能になる。

また、第２の実施形態によれば、前述した第１の実施形態における過熱防止処理で用いられる電流検出素子１３０の検出結果を活用することにより、モータの仕様として要求される定格負荷時の回転数、拘束トルク／電流などの各種の特性要件を満足する製品を、一つの仕様のモータ本体部１１０を用いて実現することができる。

また、上記に説明した図３から図６におけるマイクロコンピュータ１２０８の動作を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、実行処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１００，１００Ａ，１００Ｂ…ブラシモータ、１１０…モータ本体部、１１０Ｈ…ブラシホルダ、１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ，１１１Ｅ，１１１Ｆ…ブラシ、１２０…制御基板、１３０…電流検出素子、１４１，１４３…ダイオード、１５０…リレープレート、１２０１，１２０１Ａ…デューティ制御部、１２０１ａ…通電時間計測カウンタ、１２０２，１２０２Ａ…ＰＷＭ信号生成部、１２０３…駆動部、１２０４…駆動トランジスタ、１２０４ａ…ボディダイオード、１２０５…過電流検出部、１２０８…マイクロコンピュータ、Ｂ…ブレーキ接点、Ｇ…減速機構部、ＧＨ…ハウジング部、Ｍ…モータ部、ＭＨ…ハウジング部、Ｓ…スタート接点。

Claims (8)

1. 車両のワイパー装置に用いられ、一方向の回転力を発生させる磁極が４極以上の多極のブラシモータであって、
   均圧線を有する回転電機子と、
   前記回転電機子に備えられた整流子と、
   前記整流子と接触する第１のブラシ及び第２のブラシと、
   前記第１のブラシまたは前記第２のブラシに接続される第１の回路と、
   一端が前記第１の回路に接続され、前記車両に設けられた操作スイッチに連動して、前記第１の回路を介して前記第１のブラシと前記第２のブラシとの間に前記電源の電圧を供給する第２の回路及び第３の回路と、
   前記第２の回路及び前記第３の回路における電圧信号を検出し、検出した前記電圧信号に基づいて、前記第１のブラシと前記第２のブラシとの間に印加する電圧パルスのデューティを選択するデューティ制御部と、
   前記デューティ制御部から供給される選択されたデューティに応じて、当該デューティのパルス列であるＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号生成部と、
   前記第１のブラシ及び前記第２のブラシの何れかと電源及びグランドの何れかとの間に接続されており、前記ＰＷＭ信号によりオンオフし、前記第１のブラシと前記第２のブラシとの間に前記電源の電圧を前記電圧パルスとして印加する駆動トランジスタと、
   前記駆動トランジスタを流れる電流の電流値を検出する電流検出素子と
   を備え、
   前記デューティ制御部が、前記電流検出素子で検出した前記電流値が予め設定した設定電流値を超えている場合、前記ブラシモータの過熱を抑制するように、前記ＰＷＭ信号のデューティを制御する
   ことを特徴とするブラシモータ。
2. 請求項１に記載のブラシモータにおいて、
   前記第２の回路または前記第３の回路のいずれか一方のみに設けられたダイオードをさらに有することを特徴とするブラシモータ。
3. 前記デューティ制御部が、
   前記駆動トランジスタをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号の前記デューティを変化させることにより、前記回転電機子の回転速度を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシモータ。
4. 前記電流検出素子で検出した前記電流値が予め設定した設定電流値を超えているか否かの判定を行う過電流検出部をさらに備え、
   前記デューティ制御部が、
   前記電流検出素子の検出した前記電流値が予め設定した前記設定電流値を超えた場合、計時を開始し、前記設定電流値が流れることによるブラシモータの温度の上昇に対応して設定された設定時間を、前記設定電流値を超えた前記電流値が流れる計時時間が超えたことを検出すると、前記ＰＷＭ信号の前記デューティを前記ブラシモータを停止させるデューティとする
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のブラシモータ。
5. 前記デューティ制御部が、
   複数の異なる前記設定電流値とそれぞれの前記設定電流値に対応する前記設定時間との関係を示す設定電流値テーブルを有し、
   前記電流検出素子で検出した前記電流値が前記設定電流値テーブルにおける前記設定電流値を超えた場合、前記電流値が当該設定電流値を超えてからの前記計時時間が、前記設定電流値に対応した前記設定時間を超えた場合、前記ＰＷＭ信号の前記デューティを前記ブラシモータを停止させるデューティとする
   ことを特徴とする請求項４に記載のブラシモータ。
6. 前記デューティ制御部が、
   前記ブラシモータを停止してからの時間を計時し、計時した時間が前記設定電流値毎に予め前記ブラシモータの温度の低下に対応して設定された復帰設定時間を超えたか否かを判定し、前記計時した時間が前記復帰設定時間を超えた場合、前記ＰＷＭ信号の前記デューティを所定のデューティとして前記ブラシモータを復帰させる
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のブラシモータ。
7. 前記デューティ制御部が、
   前記ブラシモータの負荷トルクの仕様毎に前記設定電流値が設定されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のブラシモータ。
8. 前記デューティ制御部が、
   前記ブラシモータの負荷トルクの所望の仕様に応じて、ウィンドシールドの払拭におけるワイパーの低速作動時および高速作動時のそれぞれにおける前記ＰＷＭ信号の前記デューティの設定値を変更することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のブラシモータ。

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