马达控制装置、马达控制方法及马达单元

文档序号:1804542 发布日期:2021-11-05 浏览:8次 >En<

阅读说明:本技术 马达控制装置、马达控制方法及马达单元 (Motor control device, motor control method, and motor unit ) 是由 大堀竜 塩田直树 早田圣基 八田贵史 川崎敦史 于 2020-03-26 设计创作,主要内容包括:一种马达控制装置,控制包括转子及三相的电枢线圈的无刷马达,所述马达控制装置包括:检测转子的旋转位置的位置检测部;在第一或第二控制模式下,以与转子的旋转位置对应的通电时序向逆变器(52)输出第一或第二驱动信号的控制部(54);以及当输入第一或第二驱动信号时,向三相的电枢线圈输出第一或第二通电信号的逆变器(52),关于三相中的任意两个相,在所述第二控制模式中,施加电压的占空相同时的占空的值比所述第一控制模式大。(A motor control device that controls a brushless motor including a rotor and three-phase armature coils, the motor control device comprising: a position detecting unit for detecting a rotational position of the rotor; a control unit (54) that outputs a first or second drive signal to the inverter (52) at an energization timing corresponding to the rotational position of the rotor in the first or second control mode; and an inverter (52) that outputs a first or second energizing signal to the armature coils of the three phases when the first or second driving signal is input, wherein, with respect to any two of the three phases, in the second control mode, a value of a duty in which the applied voltages occupy the same phase is larger than in the first control mode.)

马达控制装置、马达控制方法及马达单元

技术领域

本发明涉及一种马达控制装置、马达控制方法及马达单元。

背景技术

一直以来,在搭载于车辆的雨刷装置(wiper device)中,作为用于使雨刷臂(wiper arm)摆动的驱动源使用了雨刷马达(无刷马达(brushless motor))。雨刷装置通过驱动雨刷马达,而使雨刷臂在前挡玻璃(front glass)上的规定范围内进行摆动动作,从而擦拭附着于前挡玻璃的尘埃或雨滴等。

一般而言,雨刷装置包括:通过以低速驱动雨刷马达来使雨刷刮片(wiper blade)以低速进行动作的低速(Lo)工作模式、以及通过以高速驱动雨刷马达来使雨刷刮片以高速进行动作的高速(Hi)工作模式(例如,参照专利文献1、专利文献2)。

在专利文献1所记载的雨刷装置中,向无刷马达通电的驱动控制在低速工作模式下设为矩形波驱动,在高速工作模式下设为进角/广角通电驱动。

此外,进角/广角通电驱动是指,使通电角大于低速工作模式下的矩形波驱动,以提前的时序向无刷马达通电的驱动。

另外,在专利文献2所记载的雨刷装置中,向无刷马达通电的驱动控制在低速工作模式下设为正弦波驱动控制,在高速工作模式下设为进角/广角通电驱动。

由此,在专利文献2所记载的雨刷装置的控制中,与专利文献1所记载的雨刷装置的控制相比,能够使低速工作模式下的无刷马达的工作音降低(静音化)(参照专利文献2的段落[0037]、[0048]及[0056])。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特开2014-195389号公报

专利文献2:国际公开第2017/159214号

发明内容

发明所要解决的问题

然而,在雨刷装置等车辆用电装装置中,考虑到消耗电流的降低或马达输出的提高等,理想的是灵活地进行马达控制。

本发明是考虑到所述情况而完成,可在考虑到消耗电流的降低及马达输出的提高中的至少任一者的同时,进行灵活的马达控制。主要目的在于提供一种马达控制装置、马达控制方法及马达单元。

解决问题的技术手段

为了解决所述课题,本发明的一方式提供一种马达控制装置,其对包括转子及U相、V相、W相的三相的电枢线圈的无刷马达进行控制,所述马达控制装置包括:位置检测部,检测所述转子的旋转位置;控制部,能够选择第一控制模式及第二控制模式,且在所述第一控制模式下,以与所述转子的旋转位置对应的通电时序向逆变器输出第一驱动信号,在所述第二控制模式下,以与所述转子的旋转位置对应的通电时序向所述逆变器输出第二驱动信号;以及所述逆变器,在所述第一控制模式下,输出第一通电信号作为对所述三相的电枢线圈的施加电压,在所述第二控制模式下,输出第二通电信号作为对所述三相的电枢线圈的施加电压,且关于所述三相中的任意两个相,在所述第二控制模式中,施加电压的占空相同时的占空的值比所述第一控制模式大。

发明的效果

根据本发明,可在考虑到消耗电流的降低及马达输出的提高中的至少任一者的同时,进行灵活的马达控制。

另外,根据本发明的另一实施方式,在高速工作模式(第二控制模式)下,通过输入第二通电信号,而对无刷马达进行正弦波驱动,因此能够抑制高速工作模式下的无刷马达的工作音。

附图说明

图1是表示示出车辆10的前挡玻璃11的概略结构的一例的图,所述车辆10的前挡玻璃11搭载了包括本实施方式的马达控制装置的雨刷装置12。

图2是表示本实施方式的马达单元19的外观的一例的图。

图3是本实施方式的马达单元19的卸下了下盖(under cover)的状态的底面图。

图4是表示本实施方式的雨刷装置12的控制系统的概略结构的一例的图。

图5是表示本实施方式的控制部54的概略结构的一例的图。

图6是表示由本实施方式的第一驱动控制部641执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图7A是表示由本实施方式的第二驱动控制部642执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图7B是表示由本实施方式的第二驱动控制部642执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图7C是表示由本实施方式的第二驱动控制部642执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图7D是表示由本实施方式的第二驱动控制部642执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图8A是用于对通过在第二通电信号中设置重叠(overlap)通电区间而马达的输出特性提高的原理进行说明的图。

图8B是用于对通过在第二通电信号中设置重叠通电区间而马达的输出特性提高的原理进行说明的图。

图9是表示本实施方式的三次谐波通电驱动及广角梯形波通电驱动中的无刷马达30的马达特性的图。

图10是表示低输出模式或高输出模式所使用的驱动控制中的无刷马达30的工作音的特性的图。

图11是表示低输出模式或高输出模式所使用的驱动控制中的无刷马达30的工作音的特性的图。

图12是表示由本实施方式的第二驱动控制部642执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图13是表示本实施方式的软件(software)的变化的时序图。

图14是对本实施方式的控制部54的处理流程进行说明的图。

图15是对本实施方式的控制部54的处理流程的变形例进行说明的图。

图16是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

图17是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

图18是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

图19是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

图20是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

图21A是表示由本实施方式的第一驱动控制部641执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图21B是表示由本实施方式的第二驱动控制部642执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图21C是表示由本实施方式的第二驱动控制部642执行的U、V、W各相的通电时序的时序图。

图22是表示在第二通电信号中将通电角设为电角110°的情况下消耗电流与电角的关系的图。

图23是表示在第二通电信号中将通电角设为电角155°的情况下马达的转速与电角的关系的图。

具体实施方式

以下,通过发明的实施方式来说明本发明的方式,但以下的实施方式并不限定权利要求的发明。另外,实施方式中说明的特征的组合并非全部是发明的解决手段所必须的。此外,附图中,有时对相同或类似的部分标注相同符号并省略重复说明。

本实施方式的马达控制装置控制使雨刷臂进行摆动动作的无刷马达。而且,马达控制装置在无刷马达的输出低的低输出模式(第一控制模式)下,利用使高次谐波叠加于正弦波的正弦波(第一通电信号)对无刷马达进行通电,在输出比低输出模式高的高输出模式(第二控制模式)下,利用使第一通电信号为广角梯形波的正弦波(第二通电信号)对无刷马达进行通电。以下,使用图来对本实施方式的马达控制装置进行说明。

图1是表示示出车辆10的前挡玻璃11的概略结构的一例的图,所述车辆10的前挡玻璃11搭载了包括本实施方式的马达控制装置的雨刷装置12。

如图1所示,车辆10包括前挡玻璃11及雨刷装置12。

雨刷装置12擦拭前挡玻璃11。

雨刷装置12包括:雨刷臂14、16;雨刷刮片17、18;马达单元19以及动力传递机构20。

雨刷臂14以枢轴13为中心摆动。雨刷臂16以枢轴15为中心摆动。

雨刷刮片17安装在雨刷臂14的自由端。雨刷刮片18安装在雨刷臂16的自由端。

马达单元19驱动雨刷臂14、16。在本实施方式中,马达单元19的动力经由包括杆(lever)、连杆(link)等的动力传递机构20,分别传递到雨刷臂14、16。

图2是表示本实施方式的马达单元19的外观的一例的图。图3是图2所示的马达单元19的卸下了下盖28的状态的底面图。

如图2所示,马达单元19的外观主要包括壳体23及框架24。

壳体23具有有底圆筒形状。框架24具有中空的形状。框架24与壳体23由未图示的紧固构件固定。

如图3所示,马达单元19包括无刷马达30、转子轴22a、开口部24a、蜗轮(wormwheel)25、输出轴26、减速机构27、下盖28、控制基板29、传感器磁石38及马达控制装置33。

无刷马达30基于马达控制装置33的控制指示来使雨刷臂14、16进行摆动动作。

例如,无刷马达30是三相四极型的无刷马达。

无刷马达30包括定子(stator)21及转子(rotor)22。

定子21固定在壳体23的内周。定子21包括三相的电枢线圈21u、21v、21w。定子21卷绕有所述电枢线圈21u、21v、21w。例如,三相的电枢线圈21u、21v、21w通过在一端的中性点连接的三角接线连接。但是,不限于三角接线,也可为Y接线。另外,无刷马达30是各电枢线圈21u、21v、21w作为正极及负极的两者发挥功能的马达。

例如,转子22设置在定子21的内侧。转子22包括转子轴22a及安装于转子轴22a的四极的永久磁石22b。在壳体23内设置有多个轴承(未图示),转子轴22a由多个轴承支撑为能够旋转。

此外,如图3所示,转子22是配置在定子21的内侧的内转子型结构,但也可为转子22配置在定子21的外侧的外转子型结构。

转子轴22a的长度方向的大致一半配置在壳体23的内部,剩余的大致一半配置在框架24内。

在转子轴22a中的配置在框架24内的部分的外周,形成有减速机构27。减速机构27包括蜗杆(worm)22c及齿轮(gear)25a。

蜗杆22c设置在配置于框架24内的转子轴22a的外周。齿轮25a形成在设置于框架24内的蜗轮25的外周。齿轮25a与蜗杆22c咬合。

蜗轮25构成为与输出轴26一体旋转。减速机构27在将转子22的动力向输出轴26传递时,使输出轴26的转速(输出转速)比转子22的转速(输入转速)低。另外,在图2中,在框架24的上部设置有未图示的轴孔。输出轴26的与固定有蜗轮25的端部相反一侧的端部经由框架24的轴孔露出到外部。如图1所示,在输出轴26的露出到框架24的外部的部分连结有动力传递机构20。

开口部24a设置在框架24的与轴孔相反一侧的部分。开口部24a是为了在框架24的内部安装蜗轮25等而形成。下盖28以堵塞开口部24a的方式设置。下盖28具有托盘形状。

控制基板29设置在由下盖28与框架24包围的空间中。如图2所示,例如,控制基板29安装于下盖28。在所述控制基板29上设置有控制无刷马达30的马达控制装置33。

传感器磁石38设置在转子轴22a中的配置于框架24内的部位。传感器磁石38与转子轴22a一体旋转。传感器磁石38被磁化为N极与S极沿着转子轴22a的圆周方向交替排列。

以下,使用附图对本实施方式的马达控制装置33进行说明。

图4是表示本实施方式的雨刷装置12的控制系统的概略结构的一例的图。雨刷装置12包括雨刷开关37、旋转角检测部39、车速传感器40及马达控制装置33。

雨刷开关37设置在车辆10的车室内。

雨刷开关37是使雨刷臂14、16进行摆动动作的开关。

雨刷开关37能够切换为使雨刷臂14、16以低速(例如,预先设定的速度)进行动作的低速工作模式、使雨刷臂14、16以比低速工作模式更高的速度进行动作的高速工作模式、以及使雨刷臂14、16的摆动动作停止的停止模式的各模式。

雨刷开关37通过由驾驶员操作,而将表示所述操作的操作信号输出到马达控制装置33。例如,驾驶员可基于降雨量、降雪量等条件,通过操作雨刷开关37来切换雨刷臂14、16的擦拭速度。驾驶员在降雨量、降雪量少时,可通过操作雨刷开关37来选择使雨刷臂14、16以预定的低速进行动作的低速工作模式。在所述情况下,雨刷开关37基于驾驶员进行的选择低速工作模式的操作,将表示低速工作模式的低速工作模式信号作为操作信号输出到马达控制装置33。

另一方面,驾驶员在降雨量、降雪量多时,可操作雨刷开关37,选择使雨刷臂14、16以比所述低速更高的速度进行动作的高速工作模式。在所述情况下,雨刷开关37基于驾驶员进行的选择高速工作模式的操作,将表示高速工作模式的高速工作模式信号作为操作信号输出到马达控制装置33。

另外,在由驾驶员对雨刷开关37进行了使雨刷臂14、16的摆动动作停止的操作的情况下,雨刷开关37将表示停止模式的停止模式信号作为操作信号输出到马达控制装置33。

车速传感器40设置于车辆10。车速传感器40测量车辆10的行驶速度(以下称为“车速”)V。车速传感器40将测量出的车辆10的车速V输出到马达控制装置33。

旋转角检测部39检测与转子22的旋转相对应的信号。例如,旋转角检测部39包括三个霍尔集成电路(integrated circuit,IC),设置在以转子轴22a为中心,磁方向相互成120度的位置。这三个霍尔IC在转子22旋转时,分别对马达控制装置33输出相位相互错开120度的脉冲信号。即,旋转角检测部39随着转子22的旋转,产生基于传感器磁石38的磁极变化的脉冲信号,并输出到马达控制装置33。

马达控制装置33包括逆变器52及控制部54。

逆变器52包括三相桥式连接的六个开关元件52a~52f以及在各开关元件52a~52f各自的集电极-发射极间反向并联连接的二极管53a~53f。各开关元件52a~52f例如是场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)或绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor,IGBT)。桥式连接的六个开关元件52a~52f的各栅极与控制部54连接。

开关元件52a~52f的漏极或源极(集电极或发射极)与三角接线的电枢线圈21u、21v、21w连接。

更具体而言,作为开关元件52a的源极与开关元件52d的漏极的连接点的中性点55a连接到电枢线圈21w与电枢线圈21u的连接点21a。作为开关元件52b的源极与开关元件52e的漏极的连接点的中性点55b连接到电枢线圈21w与电枢线圈21v的连接点21b。作为开关元件52c的源极与开关元件52f的漏极的连接点的中性点55c连接到电枢线圈21v与电枢线圈21u的连接点21c。

由此,六个开关元件52a~52f基于从控制部54输出的驱动信号(栅极信号)进行开关动作,将施加到逆变器52的直流电源51的电源电压以三相(U相、V相、W相)的交流电压的形式,作为通电信号供给到电枢线圈21u、21v、21w。

控制部54基于从旋转角度检测单元39供给的脉冲信号来决定转子22的旋转位置。另外,控制部54基于脉冲信号来检测转子22的转速。然后,控制部54在无刷马达30的输出低的低输出模式下,对无刷马达30进行正弦波驱动。

即,控制部54向逆变器52输出第一驱动信号,由此利用在正弦波上叠加了高次谐波的正弦波(第一通电信号)对电枢线圈21u、21v、21w通电,对转子22进行旋转驱动。此处,在本实施方式中,第一驱动信号对应于第一通信信号。即,控制部54输出第一驱动信号作为控制逆变器52的指示信号。然后,逆变器52基于所述指示信号,利用第一通电信号对三相各相进行正弦波驱动(关于详细情况,将使用图6后述)。

另一方面,控制部54在输出比低输出模式高的高输出模式下,向逆变器52输出第二驱动信号,由此利用将第一通电信号形成为广角梯形波的正弦波(第二通电信号)对电枢线圈21u、21v、21w通电,对转子22进行旋转驱动。此处,在本实施方式中,第二驱动信号对应于第二通电信号。即,控制部54输出第二驱动信号作为控制逆变器52的指示信号。然后,逆变器52基于所述指示信号,利用第二通电信号对三相各相进行正弦波驱动(关于详细情况,将使用图7后述)。

以下,使用图5对本实施方式的控制部54进行说明。

图5是表示本实施方式的控制部54的概略结构的一例的图。

控制部54包括位置检测部61、负荷判定部62、模式判定部63及驱动控制部64。

位置检测部61基于从旋转角检测部39供给的脉冲信号来检测转子22的旋转位置。位置检测部61将检测出的转子22的旋转位置输出到驱动控制部64。

负荷判定部62判定车速传感器40测量出的车速V是否超过了预先设定的规定值Vth。负荷判定部62在车速传感器40测量出的车速V超过硅定值Vth的情况下,判定为无刷马达30的负荷为高负荷。负荷判定部62在判定为无刷马达30的负荷为高负荷的情况下,将表示其判定结果的高负荷信号输出到模式判定部63。其原因在于,在车辆10的车速V上升时,向车辆10的前挡玻璃11的风量增大,从而妨碍对前挡玻璃11上进行擦拭的雨刷刮片17、18的活动。在所述情况下,无刷马达30需要以高输出使雨刷臂14、16进行摆动动作。因此,控制部54在车速V超过规定值Vth的情况下,通过从低输出模式转移到高输出模式,从而使无刷马达30产生大的转矩,并且通过以位置检测部61检测出的转子22的旋转位置为基准,以规定的电角进行进角控制,从而使无刷马达30的转速上升。

另外,负荷判定部62判定基于从旋转角检测部39供给的脉冲信号而检测的转子22的转速或无刷马达30的电流值的预定值、或者根据这两者计算出的规定值是否超过了预先设定的规定值。负荷判定部62在基于从旋转角检测部39供给的脉冲信号而检测的转子22的转速或无刷马达30的电流值的规定值、或者根据这两者计算出的规定值超过预先设定的规定值的情况下,判定为无刷马达30的负荷为高负荷。负荷判定部62在判定为无刷马达30的负荷为高负荷的情况下,将表示其判定结果的高负荷信号输出到模式判定部63。其原因在于,发生雨量的变化等状况变化,对车辆10的前挡玻璃11(擦拭面)上的雨刷刮片17、18的活动的阻力增加,从而妨碍雨刷刮片17、18的活动。在所述情况下,无刷马达30需要以高输出使雨刷臂14、16进行摆动动作。因此,控制部54在转子22的转速或无刷马达30的电流值的规定值、或者根据这两者计算出的规定值超过预先设定的规定值的情况下,通过从低输出模式转移到高输出模式,从而使无刷马达30产生大的转矩,并且通过以位置检测部61检测出的转子22的旋转位置为基准,以规定的电角进行进角控制,从而使无刷马达30的转速上升。

模式判定部63判定无刷马达30是以低输出模式驱动、以高输出模式驱动、还是停止无刷马达30的驱动。

在从雨刷开关37获取了低速工作模式信号的情况下,模式判定部63判定为以低输出模式驱动无刷马达30,并将表示低输出模式的低输出模式信号输出到驱动控制部64。

在从雨刷开关37获取了高速工作模式信号的情况下,模式判定部63判定为以高输出模式驱动无刷马达30,并将表示高输出模式的高输出模式信号输出到驱动控制部64。另外,在从负荷判定部62获取了高负荷信号的情况下,模式判定部63判定为以高输出模式驱动无刷马达30,并将表示高输出模式的高输出模式信号输出到驱动控制部64。

在从雨刷开关37获取了停止模式信号的情况下,模式判定部63判定使无刷马达30的驱动停止,并将表示无刷马达30的驱动停止的停止信号输出到驱动控制部64。

驱动控制部64包括第一驱动控制部641及第二驱动控制部642。

驱动控制部64在从模式判定部63获取了低输出模式信号的情况下,由第一驱动控制部641执行无刷马达30的三次谐波通电驱动。

图6是表示本实施方式的第一驱动控制部641对U、V、W各相的通电时序的时序图。

图6的横轴所示的0°~360°的角度是表示第一通电信号的一周期内的通电期间的电角。另外,纵轴所示的FET_DUTY[%]表示向各相施加的施加电压的占空。

此处,如图6所示,第一通电信号表示在正弦波上叠加了三次谐波的三相的各相的施加电压。

即,逆变器52在第一控制模式下,以与所述转子的旋转位置对应的通电时序,输出表示在正弦波上叠加了三次谐波的三相的各相的通电时序的第一通电信号,对无刷马达的三相的各相进行正弦波驱动。

在以下的说明中,有时将通过第一通电信号向无刷马达30通电的驱动控制称为三次谐波通电驱动。

这样,第一驱动控制部641以与由位置检测部61检测出的转子22的旋转位置对应的通电时序向逆变器52输出第一驱动信号,从而使逆变器52产生用于对无刷马达30进行三次谐波通电驱动的第一通电信号。

如图6所示,第一通电信号具有在正弦波上叠加了三次谐波的波形(以下称为三次谐波叠加波)。三次谐波叠加波其波形的波峰的施加电压的占空(峰值电压)成为一定区间约100%(97%~99%),波谷的施加电压的占空成为一定区间约0%(1%~3%)。进而,在第一通电信号中,在仅W相的施加电压的占空约为100%(97%~99%)的通常通电区间与仅U相的施加电压的占空约为100%的通常通电区间之间的区间,U相、V相及W相的施加电压小于峰值电压(97%~99%)此外,虽然省略了图示,但在第一通电信号的一周期内的通电期间中,还存在仅V相的施加电压的占空约为100%(97%~99%)的通常通电区间。

另一方面,驱动控制部64在从模式判定部63获取了高输出模式信号的情况下,由第二驱动控制部642执行无刷马达30的广角梯形波通电驱动。

图7A至图7D是表示本实施方式的第二驱动控制部642对U、V、W各相的通电时序的时序图。

图7A到图7D的横轴所示的0°~360°的角度是表示第二通电信号的一周期内的通电期间的电角。另外,纵轴所示的FET_DUTY[%]表示向各相施加的施加电压的占空。

此处,如图7A至图7D所示,第二通电信号是以与转子22(rotor)的旋转位置对应的通电时序,在三相中仅第一相的施加电压的占空成为100%的通常通电区间与仅第二相的施加电压的占空成为100%的通常通电区间之间,包括第一相及第二相的施加电压的占空均成为100%的占空的重叠通电区间的信号(使用图7A至图7D进行后述)。

例如,在图6所示第一通电信号中,在W相的施加电压的占空约为100%的通常通电区间与图6所示的U相的施加电压的占空约为100%的通常通电区间之间的区间,在图6中,三相中的任一相的施加电压均小于约100%。在第二通电信号中,将所述区间设定为W相与U相两者的相的施加电压均成为100%的占空的重叠通电区间(电压值重复区间)。另外,如图7所示,其他相之间(U相与V相之间、V相与W相之间)也设定为重叠通电区间。由此,能够从第一通电信号生成第二通电信号。另外,还能够从与第一通电信号对应的第一驱动信号生成与第二通电信号对应的第二驱动信号。

此处,参照图7A至图7D,对第二通电信号进行说明。关于所述图7A至图7D,表示在第二通电信号的时间序列上连续的波形中,关注某一区间的情况下的波形。

如图7A所示,第二通电信号在三相中仅U相的施加电压的占空成为100%的通电区间(通常通电区间711)与仅V相的施加电压的占空成为100%的通电区间(通常通电区间712)之间,具有U相及所述V相的施加电压的占空均成为100%的占空的通电区间(重叠通电区间713)。

另外,如图7B所示,第二通电信号在三相中仅V相的施加电压的占空成为100%的通电区间(通常通电区间731)与仅W相的施加电压的占空成为100%的通电区间(通常通电区间732)之间,具有V相及W相的施加电压的占空均成为100%的通电区间(重叠通电区间733)。

另外,如图7C所示,第二通电信号在三相中仅W相的施加电压的占空成为100%的通电区间(通常通电区间751)与仅U相的施加电压的占空成为100%的通电区间(通常通电区间752)之间,具有W相及V相的施加电压的占空均成为100%的通电区间(重叠通电区间753)。

在图7A至图7C中,说明了第二通电信号是在三相中仅第一相的施加电压的占空成为100%的通常通电区间与仅第二相的施加电压的占空成为100%的通常通电区间之间,包括第一相及第二相的施加电压的占空均成为100%的占空的重叠通电区间的信号的方面。换言之,第二通电信号也可以说是在三相中仅第一相施加电压的占空成为0%的通常通电区间与仅第二相的施加电压的占空成为0%的通常通电区间之间,包括第一相及第二相的施加电压的占空均成为0%的占空的重叠通电区间的信号。

具体而言,如图7D所示,第二通电信号在三相中仅U相的施加电压的占空成为0%的通电区间(通常通电区间701)与仅V相的施加电压的占空成为0%的通电区间(通常通电区间702)之间,具有U相及V相的施加电压的占空均成为0%的占空的通电区间(重叠通电区间703)。虽然省略了图示,但第二通电信号在三相中仅V相的施加电压的占空成为0%的通电区间(通常通电区间)与仅W相的施加电压的占空成为0%的通电区间(通常通电区间)之间,具有V相及W相的施加电压的占空均成为0%的占空的通电区间(重叠通电区间)。另外,第二通电信号在三相中仅W相的施加电压的占空成为0%的通电区间(通常通电区间)与仅U相的施加电压的占空成为0%的通电区间(通常通电区间)之间,具有W相及U相的施加电压的占空均成为0%的占空的通电区间(重叠通电区间)。

在以下的说明中,有时将通过第二通电信号向无刷马达30通电的驱动控制称为广角梯形波通电驱动。

这样,第二驱动控制部642以与由位置检测部61检测出的转子22的旋转位置对应的通电时序向逆变器52输出第二驱动信号,由此使逆变器52产生用于对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动的第二通电信号。

另外,在高输出模式下对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动是为了,针对在低输出模式下对无刷马达30进行三次谐波通电驱动,大幅改善马达的输出特性(以下称为目的1)。另外,在高输出模式下对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动是为了,针对在高输出模式下对无刷马达30进行矩形波驱动(专利文献1及专利文献2中的广角通电驱动),能够抑制工作音(以下称为目的2)。

以下,使用图8对为了达成目的1及目的2,而在高输出模式下对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动的理由进行说明。

图8是用于对通过在第二通电信号中设置重叠通电区间而马达的输出特性提高的原理进行说明的图。此外,图8中记载的电阻RW、电阻RU、电阻RV分别表示包括逆变器52的各开关元件52a~52f及三相的电枢线圈21u、21v、21w的电路(称为电阻电路)中的基准电阻。另外,图8中记载的箭头的大小与向各相的施加电流的值的大小成比例。

图8A是图7D的电角180°附近(图7D符号800a)的通电状态下的电路图。在通电角180°附近,以100%的W相施加电压的占空向连接点21a通电,以0%的V相施加电压的占空向连接点21b通电,以50%的U相施加电压的占空向连接点21c通电。

如图8A所示,在高输出模式下的通常通电区间(三相通电)进行驱动时,向三相全部通电,因此电阻电路中的端子间电阻Ra成为电阻RW(电阻值R)、电阻RU与电阻RV的串联电阻(电阻值2R)并联配置的结构,因此,根据以下的式子而成为Ra=2R/3。

Ra=R×2R/(R+2R)=(2/3)R

此外,电阻电路中的端子间电阻Ra是指图4所示的直流电源51的正极端子与负极端子之间的电阻值。

此处,若比较流过电阻RW的电流及流过电阻RU与电阻RV的串联电阻的电流的大小,则流过电阻RW的电流比流过电阻RU与电阻RV的串联电阻的电流大。

图8B是图7A的电角210°附近(图7A符号800b)的通电状态下的电路图。

另一方面,如图8(b)所示,在高输出模式下的重叠通电区间(两相通电)进行驱动时,向两相通电,因此电阻电路中的端子间电阻Rb成为电阻RW(电阻值R)与电阻RU(电阻值R)并联配置的结构,因此,根据以下的式子而成为Rb=R/2。

Rb=R×R/(R+R)=(1/2)R

此外,电阻电路中的端子间电阻Rb是指图4所示的直流电源51的正极端子与负极端子之间的电阻值。

此处,电阻RW与电阻RV中流过电流,但电阻RU中几乎不流过电流。换言之,占空100%的施加电压被施加到连接点21a与连接点21c,且占空0%的施加电压被施加到连接点21b。因此,连接点21a与连接点21c成为同电位,在连接点21a与连接点21c之间不流过电流。另外,连接点21a与连接点21b之间的电位差和连接点21c与连接点21b之间的电位差相等,连接点21a与连接点21b之间流过的电流和连接点21c与连接点21b之间流过的电流相等。其结果,虽然流过电阻RW的电流的大小与流过电阻RV的电流的大小大致相同,但在电阻RU中几乎不流过电流,无刷马达30不受作为电阻RU的电阻值的影响。

这样,通过切换为重叠通电区间,通电的电路从三相变为两相,电阻计算结果从2R/3变为R/2,由此能够使马达内部电阻降低(2R/3-R/2)/(2R/3)=1/4=25%。

即,马达内部电阻降低,由此通过铜损降低的效果,马达的输出特性提高。

图9是表示本实施方式的三次谐波通电驱动及广角梯形波通电驱动中的无刷马达30的马达特性的图。

在图9中,L1表示三次谐波通电驱动的马达特性。另外,H1表示广角梯形波通电驱动的马达特性。另外,H1S表示广角梯形波+“进角>0°”通电驱动的马达特性。此处,广角梯形波+“进角>0°”通电驱动是指以将转子22的旋转位置作为基准而提前了规定电角的通电时序输出第二通电信号,对无刷马达的三相的各相进行正弦波驱动的广角梯形波通电驱动。

另外,由输出特性L表示的区域表示低车速的低速工作模式中所要求的一个擦拭周期内的马达特性。另外,由输出特性H表示的区域表示高速行驶时的高速工作模式所要求的一个擦拭周期内的马达特性。

如图9所示,驱动控制部64通过在低输出模式下进行三次谐波通电驱动,可满足低速工作模式下所要求的一个擦拭周期内的马达特性。

另外,在从低输出模式转移到高输出模式的情况下,驱动控制部64执行广角梯形波通电驱动。即,与低输出模式下的三次谐波通电驱动相比,驱动控制部64通过广角梯形波通电驱动以及广角梯形波+“进角>0°”通电驱动,可使无刷马达30的转速上升,并且防止因转速的上升而引起的转矩的下降,从而产生高转矩。即,可以说达成了所述目的1。另外,驱动控制部64通过进行广角梯形波通电驱动或者/以及广角梯形波+“进角>0°”通电驱动,可满足高速工作模式下所要求的一个擦拭周期内的马达特性。

图10、图11是表示低输出模式或高输出模式所使用的驱动控制中的无刷马达30的工作音的特性的图。

图10表示的是在低(Lo)输出模式或高(Hi)输出模式下,以下述六个驱动控制(第一~第六驱动控制)进行无刷马达30的驱动控制,将与转子22的旋转频率对应的工作音在频带(0~15KHz)下进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)而得的总(OverAll,O.A)值。此处,O.A值是指不关注频率特性,而仅评价声音是嘈杂还是安静时所使用的值。

另外,图11表示的是在低输出模式或高输出模式下,以下述六个驱动控制(第一~第六驱动控制)进行无刷马达30的驱动控制,在转子22的旋转频率为530Hz~590Hz时(Lo输出模式)、或者790Hz~850Hz时(Hi输出模式)测定与转子22的旋转频率对应的工作音即磁音而得的值。

(第一驱动控制)

第一驱动控制是在低输出模式下,以矩形波驱动进行的驱动控制,对应专利文献1的矩形波驱动。

(第二驱动控制)

第二驱动控制是在低输出模式下,以三次谐波驱动(正弦波驱动)进行的驱动控制,对应专利文献2及本实施方式的正弦波驱动。

(第三驱动控制)

第三驱动控制是在高输出模式下,以矩形波通电(广角通电)进行的驱动控制,对应专利文献2的矩形波驱动。

(第四驱动控制)

第四驱动控制是在高输出模式下,以广角梯形波通电驱动(正弦波驱动)进行的驱动控制,对应本实施方式的正弦波驱动。

(第五驱动控制)

第五驱动控制是在高输出模式下,以广角梯形波+“进角10°”的通电驱动(正弦波驱动)进行的驱动控制,对应本实施方式的正弦波驱动。

(第六驱动控制)

第六驱动控制是在高输出模式下,以广角梯形波+“进角30°”的通电驱动(正弦波驱动)进行的驱动控制,对应本实施方式的正弦波驱动。

如图10、图11所示,可知在低输出模式下,与第一驱动控制相比,第二驱动控制中工作音与O.A值、磁音一起得到了抑制。

另外,可知在高输出模式下,与第三驱动控制相比,第四~第六驱动控制中工作音得到了抑制。

即,解决了专利文献2中存在的“在低速工作模式下的无刷马达的工作音与高速工作模式下的无刷马达的工作音之间音压差大,与低速工作模式下的无刷马达的音压相比,高速工作模式下的无刷马达的音压极大”的问题。即,在本实施方式中,在高输出模式下,以广角梯形波通电驱动进行驱动控制,由此在高输出模式下,对于在矩形波通电(广角通电)下进行的驱动控制(专利文献2的矩形波通电(广角通电))可抑制工作音。即,可以说达成了所述目的2。

此外,在从模式判定部63获取了停止信号的情况下,驱动控制部64停止第一驱动控制部641或第二驱动控制部642对无刷马达30的驱动。即,在从模式判定部63获取了停止信号的情况下,驱动控制部64停止无刷马达30的驱动,使雨刷臂14、16的摆动动作停止。

接下来,对在高输出模式下逆变器52生成第二通电信号的方法进行说明。在以下的说明中,将从逆变器52向电枢线圈21u、21v、21w的各相施加的施加电压的占空设为FET_Duty[%],将包含在从控制部54(第二驱动控制部642)对逆变器52输出的指示信号中的、逆变器52施加到各相的施加电压的指令值所指示的占空表述为Software_Duty[%]。

如上所述,马达控制装置33在低输出模式的情况下,如图6所示,设定为在三次谐波叠加波的波峰处FET_Duty约为100%,在波谷处FET_Duty约为0%。

如图7A至图7D所示,在高输出模式下,第二通电信号为广角梯形波。即,第二通电信号为如下波形,即,在使第一通电信号的振幅变化为比FET_Duty的50%大的值的波形中,在FET_Duty为100%以上的通电区间将FET_Duty设为100%,且在FET_Duty为0%以下的通电区间将FET_Duty设为0%。

换言之,马达控制装置33设定为,在高输出模式的情况下,在三次谐波叠加波的波峰中,FET_Duty成为大于100%的值(例如,是超过100%的占空,且是到130%左右为止的范围中的任一占空),在波谷中,FET_Duty成为小于0%的值(例如,是低于0%的占空,且是到-30%左右为止的范围中的任一占空)。实际上,逆变器52能够物理输出的施加电压的最大值是与FET_Duty=100%对应的施加电压,最小值是与FET_Duty=0%对应的施加电压。因此,在FET_Duty被设定为比100%大的值的通电区间中,逆变器52输出与FET_Duty=100%对应的施加电压。另外,在FET_Duty被设定为小于0%的值的通电区间中,逆变器52输出与FET_Duty=0%对应的施加电压。由此,在三次谐波叠加波的波峰及波谷附近,会产生施加电压为一定值的区间,从而可生成广角梯形波。

使用图12及图13对此进行说明。

图12是表示本实施方式的第二驱动控制部642对U、V、W各相的通电时序的时序图。图13是表示本实施方式的软件(software)的变化的时序图。

图12、图13的横轴所示的0°~360°的角度与图7A至图7D同样,是表示第二通电信号的一周期内的通电期间的电角。另外,第一纵轴(图中左侧的纵轴)表示FET_Duty[%]。另外,第二纵轴(图中右侧的纵轴)表示software_Duty[%]。

此处,图12示出了在逆变器52根据控制部54的指令进行控制动作时使用的软件(software)及向U、V、W各相施加施加电压的FET中,使各自识别的标度不同的情况下的实施例。当software_Duty[%]=80%~100%时,成为FET_Duty[%]=100~130%,但表观上的FET_Duty[%](实际要施加到各相的施加电压的占空)如图12中的粗线所记载那样成为100%。

另外,图13示出了将逆变器52根据控制部54的指令进行控制动作时所使用的软件(software)设为能够进行Duty(占空)100%以上的输出的软件的情况下的实施例。当software_Duty[%]=100%~130%时,成为FET_Duty[%]=100%~130%,但表观上的FET_Duty[%](实际要施加到各相的施加电压的占空)如图13中的粗线所记载那样成为100%。

以下,使用图14及图15对本实施方式的控制部54的处理流程进行说明。图14是对本实施方式的控制部54的处理流程进行说明的图。图15是说明本实施方式的图14的变形例的图。

控制部54判定是否由驾驶员将雨刷开关37操作到低速工作侧(步骤S101)。例如,在从雨刷开关37获取了低速工作模式信号的情况下,控制部54判定为雨刷开关37被操作到低速工作侧。在由驾驶员将雨刷开关37操作到低速工作侧的情况下,控制部54对无刷马达30进行三次谐波通电驱动(步骤S102)。

另一方面,在驾驶员未将雨刷开关37操作到低速工作侧的情况下,控制部54判定雨刷开关37是否被操作到高速工作侧(步骤S103)。例如,在从雨刷开关37获取了高速工作模式信号的情况下,控制部54判定为雨刷开关37被操作到高速工作侧。在由驾驶员将雨刷开关37操作到高速工作侧的情况下,控制部54对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动(步骤S104)。

另外,也可将图14所示的本实施方式的控制部54的处理流程设为图15所示的控制部54的处理流程。

控制部54判定是否由驾驶员将雨刷开关37操作到低速工作侧(步骤S201)。例如,在从雨刷开关37获取了低速工作模式信号的情况下,控制部54判定为雨刷开关37被操作到低速工作侧。在由驾驶员将雨刷开关37操作到低速工作侧的情况下,控制部54判定是否需要高输出模式(步骤S202)。在判定为不需要高输出模式的情况下,控制部54对无刷马达30进行三次谐波通电驱动(步骤S203)。

另一方面,在驾驶员未将雨刷开关37操作到低速工作侧的情况下,控制部54判定雨刷开关37是否被操作到高速工作侧(步骤S204)。例如,在从雨刷开关37获取了高速工作模式信号的情况下,控制部54判定为雨刷开关37被操作到高速工作侧。在由驾驶员将雨刷开关37操作到高速工作侧的情况下,控制部54判定是否需要高输出模式(步骤S205)。在判定为需要高输出模式的情况下,控制部54对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动(步骤S206)。

进而,当在步骤S201的处理中判定为雨刷开关37被操作到低速工作侧,且在步骤S202的处理中判定为需要高输出模式的情况下,控制部54对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动。另外,当在步骤S204的处理中判定为雨刷开关37被操作到高速工作侧,且在步骤S205的处理中判定为不需要高输出模式的情况下,控制部54对无刷马达30进行三次谐波通电驱动。

通过设为此种结构,无论雨刷开关37处于低速工作侧还是高速工作侧,均可通过控制部54适当地切换低输出模式及高输出模式。由此,能够应对雨量变化等外部环境的变化或车速变化等引起的前挡玻璃11(擦拭面)上的状况变化。

如上所述,在本实施方式中,马达控制装置33在无刷马达30的输出低的低输出模式下,对无刷马达30进行三次谐波通电驱动,在输出比低输出模式高的高输出模式下,通过广角梯形波通电驱动对无刷马达30进行通电。这样,马达控制装置33通过在使用频度高的低速工作模式下进行三次谐波通电驱动,与专利文献1所记载的矩形波通电控制相比较,效率良好且能够降低工作音(参照图11)。

另外,在需要高特性的高速工作模式下,马达控制装置33通过进行广角梯形波通电驱动,与低速工作模式下的正弦波驱动相比较,可进一步提高马达特性,满足高速工作模式下所要求的马达特性(参照图9)。进而,与专利文献2所记载的矩形波通电控制(广角通电驱动)相比较,效率良好且能够降低工作音(参照图11)。

在所述实施方式中,对包括作为使雨刷臂进行摆动动作的无刷雨刷马达的无刷马达30以及马达控制装置33的马达单元19进行了叙述。也可为包括如下的无刷马达及马达控制装置的马达单元。

(天窗马达单元)

一种天窗马达单元,包括:无刷马达,其是对设置在车顶的车顶板进行开闭驱动的无刷天窗马达;以及马达控制装置,根据车辆停止时(低负荷)及行驶时(高负荷)来应用本实施方式的切换控制。

(动力座椅马达单元)

一种动力座椅马达单元,包括:无刷马达,其是驱动车辆座椅的无刷动力座椅马达;以及马达控制装置,在座椅位置的微调(座椅的位置、角度调整)中进行利用第一通电信号(施加电压)的通电驱动,在座椅位置的大幅变更(防止搭乘于后部座位时、车辆碰撞时的下潜效应)等中进行利用第二通电信号(施加电压)的通电驱动,进行两通电的切换控制。

(风扇马达单元)

一种风扇马达单元,包括:无刷马达,其是作为车辆的散热器(radiator)冷却装置的驱动源而使用的无刷风扇马达;以及马达控制装置,与速度可变对应地,进行利用第一通电信号及第二通电信号的通电驱动,进行两通电的切换控制。

(动力滑动门马达单元)

一种动力滑动门马达单元,包括:无刷马达,其是作为开闭车辆的滑动门的电动马达而使用的无刷动力滑动门马达;以及马达控制装置,进行利用第一通电信号及第二通电信号的通电驱动,进行两通电的切换控制。

此处,使用图16至图20对将所述马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例进行说明。此处,省略与用于进行天窗的控制的结构有关的概略结构图的说明,相当于将图4、图5中的“雨刷开关37”置换为“天窗操作件”。天窗单元包括天窗及开闭天窗的天窗操作件。控制部54从所述天窗操作件获取与对所述天窗操作件进行了操作相对应的操作信号,根据所获取的操作信号来进行天窗的开闭。天窗操作件例如可为指定进行开闭中的哪一个动作的开关,也可为触摸屏等操作面板。

图16是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

例如,当由驾驶员操作天窗操作件时,控制部54从天窗操作件获取操作信号,并判定所获取的操作信号是否为进行向上倾斜(tilt up)操作的操作信号或者进行关闭(close)操作的操作信号(步骤S301)。

在操作信号是进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S301-YES(是)),控制部54通过对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动来执行向上倾斜动作或者关闭动作(步骤S302)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向上倾斜动作。另外,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行关闭动作。此外,向上倾斜动作例如是向上方向倾斜地开天窗的动作,关闭动作是关上天窗的动作。

另一方面,在步骤S301中,在操作信号并非进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S301-NO(否)),控制部54判定操作信号是否为进行向下倾斜(tilt down)操作的操作信号或者进行打开(open)操作的操作信号(步骤S303)。

在操作信号是进行向下倾斜操作的操作信号或者进行打开操作的操作信号的情况下(步骤S303-是),控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来执行向下倾斜动作或者打开动作(步骤S304)。由此,在操作信号指示向下倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行向下倾斜动作。另外,在操作信号指示打开操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行打开动作。向下倾斜操作是通过将向上倾斜的天窗的斜度恢复原样来关上天窗的动作,打开操作是通过使天窗移动到全开位置来开天窗的动作。

另一方面,在步骤S303中,在操作信号并非进行向下倾斜操作的操作信号或者进行打开操作的操作信号的情况下(步骤S303-否),控制部54判定为是进行了预想外的操作输入的故障、紧急停止等中的任一个,停止驱动(步骤S305)。

如上所述,控制部54设为在向上倾斜动作或者关闭动作中进行广角梯形波通电驱动,在为向下倾斜动作或者打开动作的情况下进行三次谐波通电驱动。由此,在车辆的行驶时,与进行向下倾斜动作或打开动作的情况相比,在进行向上倾斜动作或关闭动作的情况下,由于风压,难以进行向下倾斜或关上天窗的动作,但通过进行广角梯形波通电驱动,即使为此种状况,也可顺利地使马达单元19进行动作。

图17是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

当由驾驶员操作天窗操作件时,控制部54从天窗操作件获取操作信号,并判定所获取的操作信号是否为进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号(步骤S311)。

在操作信号是进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S311-是),控制部54通过对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动来执行向上倾斜动作或者关闭动作(步骤S312)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向上倾斜动作。另外,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行关闭动作。

另一方面,在步骤S311中,在操作信号并非进行向上倾斜操作操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S311-否),控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来执行与操作内容相对应的动作(步骤S314)。此处,操作内容仅为“向上倾斜”、“关闭”、“向下倾斜”、“打开”四种,在受理其中的任一操作输入的情况下,在步骤S311中被判定为否的情况下,只要执行“向下倾斜”、“打开”中的任一动作即可。因此,关于在步骤S311中被判定为否的情况下进行的动作,控制部54可通过进行三次谐波通电驱动,来进行向下倾斜动作或者打开动作。

图18是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

当由驾驶员操作天窗操作件时,控制部54从天窗操作件获取操作信号,并判定所获取的操作信号是否为进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号(步骤S321)。

在操作信号是进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S321-是),控制部54检测车速或马达单元19的无刷马达30的负荷,并基于检测结果来判定是否为需要高输出模式的状态(步骤S322)。此判定例如判定车速是否超过了车速基准值,或者无刷马达30的负荷是否超过了负荷基准值。此判定也可仅基于某一个来进行判定。车速基准值或负荷基准值例如也可设为预先存储在控制部54内部或外部的存储装置,以对其进行参照。

控制部54在车速超过车速基准值的情况下,或者在无刷马达30的负荷超过负荷基准值的情况下,判定为需要高输出模式(步骤S322-是),通过对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动来执行向上倾斜动作或者关闭动作(步骤S322)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向上倾斜动作。另外,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行关闭动作。

另一方面,在车速未超过车速基准值的情况下,或者无刷马达30的负荷未超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为不需要高输出模式(步骤S322-否),通过对无刷马达30进行三次谐波通电驱动来执行向上倾斜动作或者关闭动作(步骤S326)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行向上倾斜动作。另外,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行关闭动作。由此,即使在向上倾斜动作或关闭动作中,若为不需要高输出模式的状况,则也可通过三次谐波通电驱动来进行驱动。

另一方面,在步骤S321中,在操作信号并非进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S321-NO(否)),控制部54判定操作信号是否为进行向下倾斜操作的操作信号或者进行打开操作的操作信号(步骤S324)。

在操作信号是进行向下倾斜操作的操作信号或者进行打开操作的操作信号的情况下(步骤S324-是),检测车速或马达单元19的无刷马达30的负荷,并基于检测结果来判定是否为需要高输出模式的状态(步骤S325)。

在车速超过车速基准值的情况下,或者在无刷马达30的负荷超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为需要高输出模式(步骤S325-是),通过对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动来执行向下倾斜动作或者打开动作(步骤S323)。由此,在操作信号指示向下倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向下倾斜动作。另外,在操作信号指示打开操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行打开动作。

另一方面,在车速未超过车速基准值的情况下,或者无刷马达30的负荷未超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为不需要高输出模式(步骤S325-否),控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来执行向下倾斜动作或者打开动作(步骤S326)。由此,在操作信号指示向下倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行向下倾斜动作。另外,在操作信号指示打开操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行打开动作。

另一方面,在步骤S324中,在操作信号并非进行向下倾斜操作的操作信号或者进行打开操作的操作信号的情况下(步骤S324-否),控制部54判定为是进行了预想外的操作输入的故障、紧急停止等中的任一个,停止驱动(步骤S325)。

这样,即使在进行向上倾斜动作或关闭动作的情况下,若不需要高输出模式,则控制部54也可通过三次谐波通电驱动来驱动马达单元19。另外,即使是向下倾斜动作或打开动作,若需要高输出模式,则控制部54也可进行广角梯形波通电驱动。

图19是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

当由驾驶员操作天窗操作件时,控制部54从天窗操作件获取操作信号,并判定所获取的操作信号是否为进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号(步骤S331)。

在操作信号是进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S331-是),控制部54检测车速或马达单元19的无刷马达30的负荷,并基于检测结果来判定是否为需要高输出模式的状态(步骤S332)。此判定例如判定车速是否超过了车速基准值,或者无刷马达30的负荷是否超过了负荷基准值。此判定也可仅基于某一个来进行判定。车速基准值或负荷基准值例如也可设为预先存储在控制部54内部或外部的存储装置中,以对其进行参照。

在车速超过车速基准值的情况下,或者在无刷马达30的负荷超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为需要高输出模式(步骤S332-是),通过对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动来执行向上倾斜动作或者关闭动作(步骤S333)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向上倾斜动作。另外,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行关闭动作。

另一方面,在车速未超过车速基准值的情况下,或者无刷马达30的负荷未超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为不需要高输出模式(步骤S332-否),通过对无刷马达30进行三次谐波通电驱动来执行向上倾斜动作或者关闭动作(步骤S335)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行向上倾斜动作。另外,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行关闭动作。由此,即使在向上倾斜动作或关闭动作中,若为不需要高输出模式的状况,则也可通过三次谐波通电驱动来进行驱动。

另一方面,在步骤S331中,在操作信号并非进行向上倾斜操作的操作信号或者进行关闭操作的操作信号的情况下(步骤S331-否),控制部54检测车速或马达单元19的无刷马达30的负荷,并基于检测结果来判定是否为需要高输出模式的状态(步骤S334)。在车速超过车速基准值的情况下,或者在无刷马达30的负荷超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为需要高输出模式(步骤S334-是),通过对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动来执行向下倾斜动作或者打开动作(步骤S333)。由此,在操作信号指示向下倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向下倾斜动作。另外,在操作信号指示打开操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行打开动作。

另一方面,在车速未超过车速基准值的情况下,或者无刷马达30的负荷未超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为不需要高输出模式(步骤S334-否),控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来执行向下倾斜动作或者打开动作(步骤S326)。由此,在操作信号指示向下倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行向下倾斜动作。另外,在操作信号指示打开操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行打开动作。

根据所述变形例,控制部54当在步骤S331中判定为否的情况下,无需进行图18的步骤S324所示的是否为向下倾斜操作或者打开操作的任一个的判定步骤。

图20是说明将马达单元19应用于天窗单元的情况下控制部54的处理流程的变形例的图。

当由驾驶员操作天窗操作件时,控制部54从天窗操作件获取操作信号,检测车速或马达单元19的无刷马达30的负荷,并基于检测结果来判定是否为需要高输出模式的状态(步骤S341)。此判定例如判定车速是否超过了车速基准值,或者无刷马达30的负荷是否超过了负荷基准值。此判定也可仅基于某一个来进行判定。车速基准值或负荷基准值例如也可设为预先存储在控制部54的内部或外部的存储装置中,以对其进行参照。

在车速超过车速基准值的情况下,或者在无刷马达30的负荷超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为需要高输出模式(步骤S341-是),通过对无刷马达30进行广角梯形波通电驱动来执行与操作信号相对应的动作(步骤S342)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向上倾斜动作,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行关闭动作。另外,在操作信号指示向下倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行向下倾斜动作,在操作信号指示打开操作的情况下,通过对马达单元19进行广角梯形波通电驱动来进行打开动作。

另一方面,在车速未超过车速基准值的情况下,或者无刷马达30的负荷未超过负荷基准值的情况下,控制部54判定为不需要高输出模式(步骤S341-否),通过对无刷马达30进行三次谐波通电驱动来执行与操作信号相对应的动作(步骤S343)。由此,在操作信号指示向上倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行向上倾斜动作,在操作信号指示关闭操作的情况下,通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行关闭动作。另外,在操作信号指示向下倾斜操作的情况下,控制部54通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行向下倾斜动作,在操作信号指示打开操作的情况下,通过对马达单元19进行三次谐波通电驱动来进行打开动作。

根据所述变形例,控制部54可基于是否需要高输出模式的判定结果,而非由驾驶员操作了天窗操作件的操作内容的类别,来决定是进行广角梯形波通电驱动还是进行三次谐波通电驱动。在此基础上,可根据操作内容来控制天窗。

图21A~图21C是表示对马达单元19的动作进行实验的结果的图。

图21A到图21C的横轴所示的0°~360°的角度是表示第二通电信号的一周期内的通电期间的电角。另外,纵轴所示的FET_Duty[%]表示向各相施加的施加电压。

图21A是表示本实施方式的第二驱动控制部642对U、V、W各相的通电时序的时序图。

在图21A中,示出了第二通电信号的波形,且示出了以在正弦波上叠加了三次谐波的三相的各相的施加电压,即FET_Duty[%]成为100%以上的通电区间(以下称为100%通电角)(符号215)成为110°的方式进行广角梯形波通电驱动的情况下的波形。此处,关于U相、V相、W相这三相中的任意两个相(V相及W相、W相及U相、U相及V相中的至少任一个),施加电压的占空相同时的占空值约为90%(符号210)。

此处,如图6所示,在第一通电信号中,关于U相、V相、W相这三相中的任意两个相(V相及W相、W相及U相、U相及V相中的至少任一个),施加电压的占空相同时的占空值约为80%(符号600)。因此,在第二通电信号(第二控制模式)中,施加电压的占空相同时的占空的值比第一通电信号(第一控制模式)大。

图21B是表示本实施方式中的第二驱动控制部642对U、V、W各相的通电时序的时序图。

此处,在图21B中,示出了第二通电信号的波形,且示出了以100%通电角(符号216)成为130°的方式进行广角梯形波通电驱动的情况下的波形。另外,此处,关于U相、V相、W相三相中的任意两个相(V相及W相、W相及U相、U相及V相中的至少任一个),施加电压的占空相同时的占空值约为100%(符号211)。

因此,在图6所示的第一通电信号(第一控制模式)中,关于三相中的任意两个相,施加电压的占空相同时的占空的值约为80%,与此相对,在第二通电信号(第二控制模式)中,关于三相中的任意两个相,施加电压的占空相同时的占空的值约为100%。因此,在第二通电信号(第二控制模式)中,施加电压的占空相同时的占空的值比第一通电信号(第一控制模式)大。

图21C是表示本实施方式的第二驱动控制部642对U、V、W各相的通电时序的时序图。

此处,在图21C中,示出了第二通电信号的波形,且示出了以100%通电角(符号217)成为155°的方式进行广角梯形波通电驱动的情况下的波形。第二通电信号具有重叠通电区间。另外,此处,关于U相、V相、W相的三相中的任意两个相(V相及W相、W相及U相、U相及V相中的至少任一个),施加电压的占空相同时的占空值约为120%(符号212),在重叠通电区间中,两个相的表观上的FET_Duty[%]均成为100%。

在图21C中也为,在图6所示的第一通电信号(第一控制模式)中,关于三相中的任意两个相,施加电压的占空相同时的占空的值约为80%,与此相对,在第二通电信号(第二控制模式)中,关于三相中的任意两个相,施加电压的占空相同时的占空的值约为120%。因此,关于施加电压的占空相同时的占空的值,即使在将通电角扩大至155°的情况下,也为第二通电信号(第二控制模式)比第一通电信号(第一控制模式)大。

另外,关于第二通电信号,在以110°~155°的范围控制100%通电角的情况下,控制部54能够对消耗电流及马达输出以取得作为目标的平衡的方式进行驱动。例如,在消耗电流及马达输出中,在优先控制消耗电流的情况下,只要将100%通电角设为110°至155°的范围中的更接近110°的值即可,在设为110°的情况下,可进一步降低消耗电流。另一方面,在消耗电流及马达输出中,在优先使马达输出提高来进行控制的情况下,只要将100%通电角设为110°至155°的范围中的更接近155°的值即可,在设为155°的情况下,可进一步提高马达输出。

图22是表示第二通电信号中的消耗电流与100%通电角的关系的图。在所述图中,纵轴表示消耗电流,横轴表示100%通电角。此处,如符号220所示,确认到在将100%通电角设为110°的情况下,消耗电流最小。

图23是表示在第二通电信号中将100%通电角设为155°的情况下马达的转速与100%通电角的关系的图。在所述图中,纵轴表示马达的转速,横轴表示100%通电角。此处,如符号230所示,确认到在将100%通电角设为155°的情况下,马达的转速最大,即马达输出最大。

若从110°起增大100%通电角,则随着接近155°,马达的转速上升,在155°时转速最大,若超过155°则转速下降。其原因在于,通过增大100%通电角,相对于第一通电信号而提前的波增加,但若超过155°,则相较于提前的波的影响,延迟的波的影响变大。因而,延迟的波会引起拖曳转矩(要使转子向相反方向旋转的力),因此转速会比峰值降低。

另外,在所述实施方式中,马达控制装置33基于从旋转角检测部39供给的脉冲信号来决定转子22的旋转位置,但并不限定于此。例如,马达控制装置33也可基于对应于转子22的旋转而在各电枢线圈21u、21v、21w中产生的感应电压,来决定转子22的旋转位置。由此,不需要对转子22的旋转位置进行检测的旋转角检测部39,因此可降低无刷马达30的零件数量及制造成本。

另外,在所述实施方式中,雨刷装置12也可包括对输出轴26的转速或绝对位置的至少一者进行检测的输出轴传感器。绝对位置是指输出轴26相对于基准位置的旋转角度。基准位置只要规定在360度范围内的任意位置即可。马达控制装置33也可基于来自所述输出轴传感器的检测信号来决定转子22的旋转位置。

另外,在所述实施方式中,雨刷装置12不限于车辆10的前挡玻璃11,也可为擦拭后玻璃(rear glass)的雨刷装置。另外,雨刷装置12也可为雨刷臂14、16以输出轴26为支点摆动的构造。

另外,在所述实施方式中,雨刷装置12也可为分别由不同的无刷马达驱动两根雨刷臂14、16的结构。另外,本实施方式的无刷马达30可为内嵌永久磁铁(InteriorPermanent Magnet,IPM)结构的马达,也可为表面永久磁铁(Surface Permanent Magnet,SPM)结构的马达。

另外,在所述实施方式中,由雨刷开关37选择的模式不限于低速工作模式及高速工作模式这两种,也可为三种以上。例如,由雨刷开关37选择的模式可为低速工作模式、中速工作模式、高速工作模式这三种。此处,中速工作模式中的转子22的转速比低速擦拭模式中的转子22的转速高,比高速工作模式中的转子22的转速低。例如,在通过雨刷开关37选择了中速工作模式的情况下,马达控制装置33可对无刷马达30进行三次谐波通电驱动,也可进行广角梯形波通电驱动。

另外,不限于高速工作模式、中速工作模式及低速工作模式,也可在判断为施加于无刷马达30的负荷高时,进行广角梯形波通电驱动或者广角梯形波+“进角>0°”通电驱动。即,不论由雨刷开关37选择的模式如何,在进行了向模式判定部63的高负荷信号的获取时,能够进行广角梯形波通电驱动或者广角梯形波+“进角>0°”通电驱动。

另外,对根据雨刷开关37的切换来选择工作模式的情况进行了说明,但工作模式的切换也可基于来自雨滴传感器的检测结果而非基于雨刷开关37来进行切换。例如,雨滴传感器具有在车辆周围检测降雨状况的功能,并安装于车辆。也可基于来自所述雨滴传感器的检测结果,在雨量小于基准值的情况下切换为低速工作模式,在雨量超过基准值的情况下切换为高速工作模式。另外,也可通过设置三个雨量的基准值,切换为低速工作模式、中速工作模式、高速工作模式这三种模式中的任一种。

所述实施方式的控制部54也可由计算机(computer)来实现。在所述情况下,也可将用于实现此功能的程序(program)记录在计算机可读取的记录介质中,通过使计算机系统读取、执行此记录介质中记录的程序来实现。此外,此处所述的“计算机系统”包含操作系统(Operating System,OS)及周边设备等硬件。另外,所谓“计算机可读取的记录介质”,是指软盘(flexible disk)、光磁盘、只读存储器(Read Only Memory,ROM)、只读光盘(Compact Disc-Read Only Memory,CD-ROM)等便携式介质、内置在计算机系统中的硬盘(hard disk)等存储装置。进而,所谓“计算机可读取的记录介质”,也可包含如经由互联网(Internet)等网络(network)或电话线路等通信线路来发送程序时的通信线那样,在短时间内、动态地保持程序的部件,以及如所述情况下成为服务器(server)或客户端(client)的计算机系统内部的易失性存储器那样,将程序保持固定时间的部件。另外,所述程序既可为用于实现前述功能的一部分的程序,也可为能够进一步通过与已记录在计算机系统中的程序的组合来实现前述功能的程序,还可为使用现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array,FPGA)等可编程逻辑器件(programmable logic device)而实现的程序。

另外,在所述实施方式中,负荷判定部62在由车速传感器40测量的车速V超过规定值Vth的情况下、或基于从旋转角检测部39供给的脉冲信号而检测的转子22的转速或规定值超过预先设定的规定值的情况下,判定为无刷马达30的负荷为高负荷,但并不限定于此。例如,当在低输出模式下的动作中由外力产生的电阻值相对于无刷马达30的动作而增加的情况下,转子22的旋转速度(转速)会从预先设定的目标旋转速度(目标转速)下降(偏移)。此时,控制部54为了使转子22的旋转速度(转速)与预先设定的目标旋转速度(目标转速)一致,而使占空值在低输出模式的范围内增加。然后,在控制部54识别到所述占空值超过规定的阈值的情况下,也可从低输出模式转移到高输出模式。

以上,参照附图详述了本发明的实施方式,但具体结构并不限于此实施方式,也包含不脱离本发明主旨的范围内的设计等。

符号的说明

11:前挡玻璃

12:雨刷装置

19:马达单元

21u、21v、21w:三相的电枢线圈

22:转子(rotor)

52:逆变器

54:控制部

61:位置检测部

62:负荷判定部

63:模式判定部

64:驱动控制部

641:第一驱动控制部

642:第二驱动控制部

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