JP6802674B2

JP6802674B2 - ブラシレスモータおよび制御方法

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Publication number: JP6802674B2
Application number: JP2016170801A
Authority: JP
Inventors: 池田　健; 健池田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2020-12-16
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Description

本発明は、ブラシレスモータおよび制御方法に関する。

ブラシレスモータでは、ホールセンサ等の位置検出部によってロータの位置および回転速度が検出され、ステータに対する通電波形の進角や通電角が制御される。ここで、進角は、位置検出部が検出した位置と通電状態を変化させる位置との電気角で表した差分に対応する。また、通電角は、同一の通電状態を継続する電気角で表した期間である。通電状態を変化させるタイミングは、位置検出部の出力に基づき検出された位置と回転速度に応じて算出される。すなわち、進角や通電角の制御では、過去の検出結果に応じて推定されたタイミングに基づいて進角や通電角が制御される。

しかしながら、負荷変動が大きい場合には、タイミングの推定精度が低下し、十分な駆動トルクが得られないときがある（例えば特許文献１）。これについて、特許文献１に記載されているモータ制御装置では、低速回転時に負荷変動が大きい場合に対して、次の構成によって推定精度の低下による駆動トルクの減少という課題を解決している。すなわち、特許文献１に記載されているモータ制御装置では、回転速度に応じて、位置検出部が検出した位置と通電状態を変化させる位置との差分の大きさを抑制する制御と、通常の進角制御とを切り替えることで、低速回転時の負荷変動による駆動トルクの低下という課題を解決している。

特開２００２−１４２４９６号公報

特許文献１に記載されているモータ制御装置では、ロータの回転速度に応じて、上述した差分の大きさを抑制する制御と、通常の進角制御が切り替えられる。すなわち、所定の回転速度未満の場合は差分の大きさを抑制する制御が選択され、所定の回転速度以上の場合は通常の進角制御が選択される。しかしながら、負荷変動が発生する回転速度の範囲が外部条件によって大きく変化するような場合、判定条件のしきい値となる所定の回転速度を適切に設定することが困難となる。すなわち、判定条件のしきい値を高めに設定したとすると、通常の進角制御が有効になる範囲が限定され、十分な動作特性が得られないことが考えられる。一方、判定条件のしきい値を低めに設定したとすると、負荷が大きい場合等に、十分な推定精度を得られず、例えば、モータ停止と再起動とを繰り返してしまうようなことが考えられる。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、適切に低速用の制御と高速用の制御を切り替えることができるブラシレスモータおよび制御方法を提供することを目的とする。

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低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速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、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフ状態に制御する際に、前記ロータの回転速度が所定の目標値となるように、パルス幅変調を用いてデューティ比を所定の制限値以下で制御するものであって、前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記目標値とするための前記デューティ比が前記制限値未満である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替えるブラシレスモータである。

また、本発明の一態様は、上記ブラシレスモータであって、前記ロータの回転位置を検出する位置検出部を備え、前記低速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングで前記各相の通電状態を直ちに変化させるものであり、前記高速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングから前記回転速度に応じて変化する所定時間分ずらして前記各相の通電状態を変化させるものであって、前記高速通電パターンにおける通電角が前記低速通電パターンにおける通電角より大きい。

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低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速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るブラシレスモータを用いて、前記制御部によって、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフ状態に制御する際に、前記ロータの回転速度が所定の目標値となるように、パルス幅変調を用いてデューティ比を所定の制限値以下で制御し、前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記目標値とするための前記デューティ比が前記制限値未満である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替える制御方法である。

本発明によれば、適切に低速用の制御と高速用の制御を切り替えることができる。

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２に示すブラシレスモータ１ａの動作例を説明するための模式図である。図２に示すブラシレスモータ１ａの動作例を説明するための模式図である。図２に示す制御部１２の動作例を示すフローチャートである。比較例の動作を示すフローチャートである。図１に示すブラシレスモータ１ａの動作例を示す波形図である。比較例の動作を示す波形図である。

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に押さえ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。

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。

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。

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。

ロータ１３は、永久磁石を有し、ステータ１４に対向した状態で回転する。ロータ１３は、ステータ１４の内側に配置されたインナロータ形の構造であってもよいし、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。

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。

インバータ１１は、複数のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２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１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２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１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２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１１ｕ１、１１ｖ１および１１ｗ１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１１ｕ１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１１ｕ２のドレインに接続されている。スイッチング素子１１ｖ１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１１ｖ２のドレインに接続されている。スイッチング素子１１ｗ１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１１ｗ２のドレインに接続されている。スイッチング素子１１ｕ２、１１ｖ２および１１ｗ２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１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２のオンまたはオフ動作は制御部１２によって制御される。

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１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２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低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えて複数のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２のオンまたはオフの状態を制御する。また、制御部１２は、複数のスイッチング素子１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１および１１ｗ２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（モータ速度ともいう）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）を所定の制限値（ＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値ともいう）以下で制御する。ここで所定の制限値以下での制御とは、巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗに流れる電流値に上限を設けるための制御であり、制限値はロータ１３の回転速度や外部電源６００の電圧値、周囲温度等によって変化する。この制限値を設定することで、モータ装置１００ａを含むワイパ装置１０を保護している。なお、デューティ比とは、ＰＷＭ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。

ここで、図３および図４を参照して、低速通電制御用の低速通電パターンの一例および高速通電制御用の高速通電パターンの一例について説明する。図３は低速通電制御用の低速通電パターンを示し、図４は高速通電制御用の高速通電パターンを示す。図３および図４は、横軸に電気角をとり、上から順にホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）、ホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）、スイッチング素子１１ｕ１の通電状態（モータ出力Ｕ相（ＦＥＴ上段））、スイッチング素子１１ｕ２の通電状態（モータ出力Ｕ相（ＦＥＴ下段））、スイッチング素子１１ｖ１の通電状態（モータ出力Ｖ相（ＦＥＴ上段））、スイッチング素子１１ｖ２の通電状態（モータ出力Ｖ相（ＦＥＴ下段））、スイッチング素子１１ｗ１の通電状態（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ上段））、およびスイッチング素子１１ｗ２の通電状態（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ下段））を示す。また、通電状態は、ＯＮ、ＯＦＦまたはＰＷＭによるデューティ比の制御状態のいずれかである。

図３に示す低速通電制御用の低速通電パターンでは、例えば、左端の電気角で６０°の区間は、ホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）が“Ｈ”、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）が“Ｌ”およびホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）が“Ｈ”であり、この場合、スイッチング素子１１ｖ２（モータ出力Ｖ相（ＦＥＴ下段））がオン、スイッチング素子１１ｗ１（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ上段））がＰＷＭ制御で、他のスイッチング素子がオフである。また、例えば、次の電気角で６０°の区間は、ホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）が“Ｈ”、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）が“Ｌ”およびホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）が“Ｌ”であり、この場合、スイッチング素子１１ｕ２（モータ出力Ｕ相（ＦＥＴ下段））がオン、スイッチング素子１１ｗ１（モータ出力Ｗ相（ＦＥＴ上段））がＰＷＭ制御で、他のスイッチング素子がオフである。このように、図３に示す低速通電制御用の低速通電パターンでは、ホールセンサ１５ｕの出力信号（ホールセンサＵ相）、ホールセンサ１５ｖの出力信号（ホールセンサＶ相）またはホールセンサ１５ｗの出力信号（ホールセンサＷ相）のいずれかが変化した場合、制御部１２によって、各相の通電状態は直ちに変化させられる。この場合、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖまたは１５ｗのいずれかにエッジ（立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジ）が発生する毎にモータ出力（すなわちインバータ１１から巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗへの出力）が切り替えられることになる。なお、図３に示す低速通電制御用の低速通電パターンでは、進角が３０°であり、通電角が１２０°である。

一方、図４に示す高速通電制御用の高速通電パターンでは、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖまたは１５ｗのいずれかにエッジが発生する毎にモータ出力を切り替えるのではなく、エッジから、現在のロータ１３の回転速度と、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの補正角度、指示進角および指示通電角に応じたタイミング（時間）で制御部１２がモータ出力を切り替える。ここで、ロータ１３の回転速度はホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの出力変化の周期から算出することができる。また、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの補正角度は、個体差を補正するための学習情報であり、例えば、３個のホールセンサ１５ｕ、１５ｖおよび１５ｗの出力変化の偏差を計測することで算出することができる。高速通電パターンでは、例えば指示進角を２０°、指示通電角を１３０°等とすることができる。進角を２０°とした場合、進角を３０°とする場合と比べて進角を小さくすることで回転速度を増大させることができる。また、通電角を１３０°とした場合、通電角を１２０°とする場合と比べて通電角を大きくすることで駆動トルクを増大させることができる。制御部１２は、高速通電パターンでは、ホールセンサ１５ｕ、１５ｖまたは１５ｗの出力信号が変化したタイミングからロータ１３の回転速度に応じて変化する所定時間分ずらして各相の通電状態を変化させる。また、制御部１２は、高速通電パターンにおける通電角を低速通電パターンにおける通電角より大きくすることができる。

次に、図５を参照して制御部１２による低速通電制御と高速通電制御の切り替え動作について説明する。図５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５に示す処理を繰り返し実行する。なお、制御部１２は、動作開始時は常に低速通電制御を選択する。

制御部１２は、まず、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。上述したように、Ｄｕｔｙ出力値は目標回転速度と最新のモータ速度（ロータ１３の回転速度）に基づいて算出されたデューティ比の指令値であり、ＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値はモータ装置１００ａを含むワイパ装置１０を保護するために設けた制限値である。Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を超えた場合にはＤｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値に制限される。Ｄｕｔｙ出力値が大きいということは実際の回転速度と目標回転速度との偏差が大きいことを意味する。Ｄｕｔｙ出力値が継続的にＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値に設定されているということは、負荷トルクが大きい状態であることを意味する。したがって、ステップＳ１１の判定処理によって、制御部１２は、ロータ１３の負荷トルクが比較的低い所定範囲内の状態であるか否かを判定していることになる。

なお、ＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値は、例えば次のようにして設定することができる。すなわち、制御部１２は、まず外部電源６００の供給電圧に基づいて巻線１４ｕ、１４ｖおよび１４ｗに流れる電流を許容値未満に抑えるための基準とするＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を算出する。次に、制御部１２は、制御部１２を構成する基板温度等の周囲温度を計測し、温度の計測結果に基づいて基準とするＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を補正する。次に、制御部１２は、補正したＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値をモータ加速度に基づいてさらに補正し、最終的なＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を決定する。

Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上の場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）、制御部１２は、高速通電制御切り替えタイマ値を所定値に設定する（ステップＳ１２）。高速通電制御切り替えタイマ値は、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値未満である状態の継続時間を計測するために用いるカウント値である。Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値未満の場合には後述するステップＳ１４の処理で高速通電制御切り替えタイマ値の値を１ずつ減じることでＤｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値未満である状態の継続時間を計測することができる。高速通電制御切り替えタイマ値に設定する所定値は、低速通電制御から高速通電制御に切り替えた後に負荷の大小によらずに安定的にモータ速度を維持できるようにするための時間的なゆとりに相当する値を設定する。この所定値は、例えば実験やシミュレーションによって決定することができる。例えば、ワイパを高速で動作させる場合の往復の周期が１秒程度であるとき、所定値は、片側の移動時間である約０．５秒の半分未満の値に設定することで、動作の安定化と２種類の通電制御を切り替えることによる性能向上効果とを両立させることができる。

一方、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上でない場合（ステップＳ１１でＮｏの場合）、制御部１２は、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しいか否かを判定する（ステップＳ１３）。高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しくない場合（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）、制御部１２は、高速通電制御切り替えタイマ値を１だけ減分する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１２の処理が終了した場合、ステップＳ１４の処理が終了した場合、または、高速通電制御切り替えタイマ値が０に等しい場合（ステップＳ１３でＮｏの場合）、制御部１２は、高速通電制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。高速通電制御中である場合（ステップＳ１５でＹｅｓの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。モータ速度が所定のしきい値未満である場合（ステップＳ１６でＹｅｓの場合）、制御部１２は、高速通電制御から低速通電制御への切り替えを行う（ステップＳ１７）。すなわち、ステップＳ１７において制御部１２は、通電パターンを図３を参照して説明した低速通電制御用の低速通電パターンに切り替えた後、図５に示す処理を終了する。他方、モータ速度が所定のしきい値未満でない場合（ステップＳ１６でＮｏの場合）、制御部１２は、高速通電制御から低速通電制御への切り替えを行わずに図５に示す処理を終了する。

一方、高速通電制御中でない場合（ステップＳ１５でＮｏの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値より大（あるいはしきい値以上）で、かつ、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しいか否かを判定する（ステップＳ１８）。モータ速度が所定のしきい値より大で、かつ、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しい場合（ステップＳ１８でＹｅｓの場合）、制御部１２は、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを行う（ステップＳ１９）。すなわち、ステップＳ１９において制御部１２は、通電パターンを図４を参照して説明した高速通電制御用の高速通電パターンに切り替えた後、図５に示す処理を終了する。他方、モータ速度が所定のしきい値より大でないか、または、高速通電制御切り替えタイマ値が０と等しくない場合（ステップＳ１８でＮｏの場合）、制御部１２は、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを行わずに図５に示す処理を終了する。

図５に示す動作例において制御部１２は低速通電制御と高速通電制御の切り替え処理を次のように実行する。すなわち、制御部１２は、高速通電制御中であり、かつ、モータ速度が所定のしきい値未満である場合に、高速通電制御から低速通電制御への切り替えを実行する。一方、制御部１２は、低速通電制御中であり、かつ、モータ速度が所定のしきい値より大であり、かつ、Ｄｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値より小さい状態が所定時間継続した場合に、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを実行する。この場合、制御部１２は、ロータ１３の回転速度が所定のしきい値未満の場合に通電パターンを低速通電パターンに切り替え、ロータ１３の回転速度がそのしきい値より大きい場合（あるいはしきい値以上の場合）にロータ１３の負荷が所定範囲内である状態が所定時間継続したときに通電パターンを高速通電パターンに切り替えることになる。この構成によれば、例えばモータ印加負荷が大きくモータ速度が遅い場合に、低速通電制御から高速通電制御への切り替えを行わず、低速通電制御を継続させることができる。よって、本実施形態のブラシレスモータ１ａおよび１ｂによれば、適切に低速用の制御と高速用の制御を切り替えることができる。

次に、図７を参照して、図５を参照して説明した通電制御の切り替え動作の実機での検証結果について説明する。なお、比較のため、図６に示すフローで通電制御の切り替え処理を実行した場合（以下、比較例と称する）の実験結果（図８）についても説明する。

図６は、図５に示す動作を一部変更した比較例の動作を示すフローチャートである。比較例において、制御部１２は、動作開始後は図５の場合と同様、一定周期で図６に示す処理を繰り返し実行する。また、比較例においても、制御部１２は、動作開始時は常に低速通電制御を選択する。

図６に示す動作例において、制御部１２は、まず、高速通電制御中か否かを判定する（ステップＳ１０１）。高速通電制御中である場合（ステップＳ１０１でＹｅｓの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値未満か否かを判定する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２およびステップＳ１０４で用いるしきい値は、図５のステップＳ１６およびステップＳ１８で用いるしきい値と同じである。モータ速度が所定のしきい値未満である場合（ステップＳ１０２でＹｅｓの場合）、制御部１２は、図５のステップＳ１７と同様に低速通電制御への切り替えを実行する（ステップＳ１０３）。一方、高速通電制御中でない場合（ステップＳ１０１でＮｏの場合）、制御部１２は、モータ速度が所定のしきい値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０４）。モータ速度が所定のしきい値より大きい場合（ステップＳ１０４でＹｅｓの場合）、制御部１２は、図５のステップＳ１９と同様に高速通電制御への切り替えを実行する（ステップＳ１０５）。

次に、図７および図８を参照して、実機での検証結果について説明する。図７および図８の検証時には、ブラシレスモータ１ａに対して一定の高負荷を印加している。ただし、負荷は、モータが起動できないほどの高負荷ではない。図７は本実施形態の場合（図５に示すフローの場合）であり、図８は比較例の場合（図６に示すフローの場合）である。図７および図８は、制御部１２が有するＲＡＭ内の次のデータの値の時間変化を表す波形図である。図７および図８は、横軸を時間軸として、上段にモータ角度（ロータ１３の角度）と目標速度とモータ速度を表示し、下段にＤｕｔｙ出力値とＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値を表示している。

図８に示すように比較例では鎖線で囲んだ領域でモータの停止と再作動が繰り返されている。これは、次の動作が繰り返されることが原因である。すなわち、（１）モータ印加負荷大によりモータ速度が急激に低下する。（２）モータ出力を切替えたい角度と、実際にモータ出力を切替えするタイミングがずれてしまい、モータ特性が低下してさらにモータ速度が遅くなってしまう（モータ速度からモータ出力切替えタイミングを算出しているため）。（３）モータ速度低下で高速通電制御から低速通電制御に切り替えて、ホールエッジ基準でモータ出力する。（４）ホールエッジ基準でモータ出力することで、モータ特性が戻るので、モータが動き出す。（５）モータが動き出すと、モータ速度有で再び高速通電制御に切替えられる。上記（１）〜（５）の動作を繰り返すことで、不具合動作となる。

これに対し、図７に示すように、本実施形態の低速通電制御と高速通電制御との切り替え動作の場合には、モータ印加負荷が高い状態でもモータを連続で動作させることができている。

以上のように、本発明の実施形態によれば、モータ印加負荷大でモータ低速動作中は、一定時間、高速通電制御に切替えないようにすることで、低速通電制御と高速通電制御とが繰り返されるような不安定な動作を防止することができる。また、モータ印加負荷大の判定を、Ｄｕｔｙ出力値が制限されている状態であるか否か、すなわちＤｕｔｙ出力値がＤｕｔｙＬｉｍｉｔ値以上であるか否かで判定するので、負荷大の判定に要する構成を容易に簡易化することができる。

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。

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
１１ｕ１、１１ｕ２、１１ｖ１、１１ｖ２、１１ｗ１、１１ｗ２スイッチング素子
１２制御部
１３ロータ
１４ステータ
１４ｕ、１４ｖ、１４ｗ巻線
１５ｕ、１５ｖ、１５ｗホールセンサ

Claims

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低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速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、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフ状態に制御する際に、前記ロータの回転速度が所定の目標値となるように、パルス幅変調を用いてデューティ比を所定の制限値以下で制御するものであって、
前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、
前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記目標値とするための前記デューティ比が前記制限値未満である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替える
ブラシレスモータ。
前記ロータの回転位置を検出する位置検出部を備え、
前記低速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングで前記各相の通電状態を直ちに変化させるものであり、
前記高速通電パターンは、前記位置検出部の出力信号が変化したタイミングから前記回転速度に応じて変化する所定時間分ずらして前記各相の通電状態を変化させるものであって、
前記高速通電パターンにおける通電角が前記低速通電パターンにおける通電角より大きい
請求項１に記載のブラシレスモータ。
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低速通電制御用の低速通電パターンまたは高速通電制御用の高速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
を備えるブラシレスモータを用いて、
前記制御部によって、前記複数のスイッチング素子をオンまたはオフ状態に制御する際に、前記ロータの回転速度が所定の目標値となるように、パルス幅変調を用いてデューティ比を所定の制限値以下で制御し、前記ロータの回転速度が所定のしきい値未満の場合に前記通電パターンを前記低速通電パターンに切り替え、前記ロータの回転速度が前記しきい値以上の場合に前記目標値とするための前記デューティ比が前記制限値未満である状態が所定時間継続したときに前記通電パターンを前記高速通電パターンに切り替える
制御方法。