モータ制御装置及びモータ制御方法
【課題】モータパルスに基づいてモータの回転速度や回転方向を制御するモータにおいて、パルスの分解能を上げモータ速度や反転位置の制御精度を向上させる。
【解決手段】ワイパ駆動制御装置は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂと接続されたＣＰＵ２２を有する。ＣＰＵ２２には、ホールＩＣからブレードの絶対位置信号、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからＡ相パルス信号Ｓｐ１,Ｂ相パルス信号Ｓｐ２が入力される。ＣＰＵ２２には、パルス信号Ｓｐ１に基づいてモータ回転数を算出するモータ回転数検出部４１と、モータ回転数の高低を判定する回転数判定部４３、モータ回転数に応じて制御に使用する信号を選択する信号選択部４４を有する。信号選択部４４は、高回転領域ではパルス信号のうち一方のみがモータ回転数検出部４１に入力されるように規制し、モータ回転数検出部４１は、一方のパルス信号のみを用いてモータ回転数を算出する。
【解決手段】ワイパ駆動制御装置は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂと接続されたＣＰＵ２２を有する。ＣＰＵ２２には、ホールＩＣからブレードの絶対位置信号、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからＡ相パルス信号Ｓｐ１,Ｂ相パルス信号Ｓｐ２が入力される。ＣＰＵ２２には、パルス信号Ｓｐ１に基づいてモータ回転数を算出するモータ回転数検出部４１と、モータ回転数の高低を判定する回転数判定部４３、モータ回転数に応じて制御に使用する信号を選択する信号選択部４４を有する。信号選択部４４は、高回転領域ではパルス信号のうち一方のみがモータ回転数検出部４１に入力されるように規制し、モータ回転数検出部４１は、一方のパルス信号のみを用いてモータ回転数を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ回転軸の回転角度に対応して出力されるパルスに基づいてモータの回転速度や回転方向を制御するモータの制御技術に関し、特に、ワイパモータのような決められた角度範囲で正逆作動を行うモータの制御装置・制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両に設けられるワイパ装置では、ワイパアームを揺動駆動するための駆動源として、正逆作動を行う特許文献１のようなモータ（ワイパモータ）を使用したシステムが知られている。このようなモータには、モータ回転軸の回転を検出する回転センサが設けられており、回転センサからは回転軸の回転速度に応じた周期のパルス信号が出力される。回転センサは、回転方向を識別するため、９０°位相がずれた位置に２個設けられており、両センサからは２つのパルス信号（Ａ相、Ｂ相）が出力される。
【０００３】
一方、正逆転モータの制御装置は、Ａ相のパルス信号に基づいてモータ回転軸の回転数（回転速度）を認識すると共に、Ａ相の切り替わりエッジでのＢ相のレベルによって、モータの回転方向を認識している。例えば、Ａ相の信号が立ち上がるときＢ相がＨＩの場合は正転、ＬＯの場合は逆転、のような形で回転方向を識別する。また、モータ制御装置側では、Ａ相のパルス信号のカウント値（積算値）に基づいて出力軸の回転角度、つまり、ワイパアームの絶対位置を認識する。そして、これらの認識情報に基づいて、ワイパアームを上反転位置と下反転位置との間で揺動させるように、ワイパモータの正逆転動作を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６０９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、正逆作動するモータを用いたシステムでは、回転センサからのパルス信号（Ａ相,Ｂ相）を用途に応じて適宜使い分けてモータの駆動制御を行っている。ところが、近年、このようなシステムでは、モータの反転精度の向上が求められており、モータの回転角度検出においても高い分解能が求められて来ている。例えば、高級車向けのワイパ装置では、ワイパアームが所定の位置で正確かつスムーズに反転するような仕様が求められており、それに対応して、制御系におけるパルス分解能を更に細かくする必要性が生じている。
【０００６】
しかしながら、パルス分解能を上げると、制御装置（マイコン）の処理能力や回転検出精度の点で問題が生じるおそれがあり、その対策が求められていた。すなわち、従来のシステムでは、パルス周期の算出には、パルスによるマイコンへの外部割込みを使用しており、パルス分解能を上げると高速回転域にてパルス周期が非常に短くなり、マイコンの処理が間に合わなくなる可能性があるという問題があった。また、分解能向上に伴いパルス間隔が狭くなると、構造的なバラツキの影響を受け易くなり、回転検出精度が低下するおそれがあるという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、モータ回転軸の回転角度に対応して出力されるパルスに基づいてモータの回転速度や回転方向を制御するモータにおいて、制御装置の処理速度を上げることなくパルスの分解能を上げ、モータ速度や反転位置の制御精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のモータ制御装置は、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御装置であって、前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出するモータ回転数検出部と、前記モータ回転数検出部にて算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定する回転数判定部と、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみが前記モータ回転数検出部に入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記パルス信号の入力を規制する信号選択部と、を有し、前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数以上で回転している場合、前記パルス信号のうちの一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、モータ高速回転域では、２つのパルス信号のうちの１つを使用し、モータの回転数を算出する。これにより、高速回転域におけるパルスの入力頻度が低くなり、モータ制御装置の負担が軽減される。
【００１０】
前記モータ制御装置において、前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記モータ回転数検出部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記両パルス信号の入力を許容し、前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数未満で回転している場合、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出するようにしても良い。これにより、モータ制御装置への負担が少ない低回転領域における回転速度の検出精度が向上する。
【００１１】
また、当該モータ制御装置に、前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータを反転駆動させる反転タイミング判定部をさらに設け、前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記反転タイミング判定部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記反転タイミング判定部に対する前記両パルス信号の入力し、前記反転タイミング判定部は、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出するようにしても良い。これにより、パルス信号のうちの１つのみを用いて反転タイミングを検出する場合に比して、反転位置の分解能を上げることが可能となる。
【００１２】
本発明のモータモータ制御方法は、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御方法であって、前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出すると共に、算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定し、前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、モータ高速回転域では、２つのパルス信号のうちの１つを使用し、モータの回転数を算出する。これにより、高速回転域におけるパルスの入力頻度が低くなり、モータ制御装置の負担が軽減される。
【００１４】
前記モータ制御方法において、前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出するようにしても良い。これにより、モータ制御装置への負担が少ない低回転領域における回転速度の検出精度が向上する。
【００１５】
また、前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータ本体を反転駆動させると共に、前記モータ回転軸が所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出するようにしても良い。これにより、パルス信号のうちの１つのみを用いて反転タイミングを検出する場合に比して、反転位置の分解能を上げることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のモータ制御装置によれば、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、各回転センサから出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御装置にて、パルス信号に基づいてモータ回転数を算出するモータ回転数検出部と、算出したモータ回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定する回転数判定部と、モータが所定回転数以上で回転していると判定されたとき、２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみがモータ回転数検出部に入力されるようにパルス信号の入力を規制する信号選択部と、を設け、モータ回転数検出部では、モータが所定の回転数以上で回転している場合は、パルス信号のうちの一方のみを用いてモータの回転数を算出するようにしたので、モータ高速回転域におけるモータ回転数検出部へのパルス入力頻度を抑えることができ、モータ制御装置の負担を軽減することが可能となる。
【００１７】
本発明のモータ制御方法によれば、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、各回転センサから出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御方法にて、パルス信号に基づいてモータ回転数を算出すると共に、算出したモータ回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定し、モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたときは、２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみを用いてモータの回転数を算出するようにしたので、モータ高速回転域におけるモータ回転数検出部へのパルス入力頻度を抑えることができ、モータ制御装置の負担を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のモータ制御処理が実施されるモータを備えたモータユニットの構成を示す説明図である。
【図２】多極着磁マグネットとホールＩＣの構成を示す断面図である。
【図３】図２のホールＩＣが出力するパルス信号を示す線図である。
【図４】モータの制御系の構成を示す説明図である。
【図５】ＣＰＵにおける信号選択処理系の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施例である制御処理のフローチャートである。
【図７】ホールＩＣの出力パルス信号の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のモータ制御処理が実施されるモータを備えたモータユニット（ワイパモータ）の構成を示す説明図である。図１のモータユニット１は、例えば、自動車用ワイパ装置など車両用電装部品の駆動源として使用される。モータユニット１は、図示しないリンク機構等を介して、ワイパアームやワイパブレード（以下、ブレードと略記する）と接続され、ブレードが上下反転位置に達すると、正逆回転が切り替えられる。
【００２０】
モータユニット１は、モータ本体２と、ギアボックス３とから構成される。モータ本体２の回転軸（モータ回転軸）４の回転は、ギアボックス３内にて減速され、出力軸５に出力される。回転軸４は、有底筒状のヨーク６に回動自在に支持される。回転軸４には、コイルが巻装されたアーマチュアコア７と、コンミテータ８が取り付けられている。ヨーク６の内面には、複数の永久磁石９が固定されている。コンミテータ８には、給電用のブラシ１０が摺接している。モータ本体２の速度（回転数）は、ブラシ１０に対する供給電流量によって制御される。
【００２１】
ヨーク６の開口側端縁部には、ギアボックス３のケースフレーム１１が取り付けられている。回転軸４の先端部は、ヨーク６から突出してケースフレーム１１内に収納される。回転軸４の先端部には、ウォーム１２が形成されている。ウォーム１２には、ケースフレーム１１に回動自在に支持されたウォーム歯車１３が噛合している。ウォーム歯車１３には、その同軸上に小径の第１ギア１４が一体的に設けられている。第１ギア１４には、大径の第２ギア１５が噛合している。第２ギア１５には、ケースフレーム１１に回動自在に支持される出力軸５が一体に取り付けられている。なお、図示されないが、回転軸４には、前記ウォーム１２に隣接して、そのねじ方向とは逆向きのもう１つのウォームが形成されている。当該ウォームは、ウォーム歯車１３、第１ギア１４と同様の減速部材により、第２ギア１５に動力伝達される。
【００２２】
モータ本体２の駆動力は、ウォーム１２、ウォーム歯車１３、第１ギア１４、第２ギア１５を経て減速された状態で出力軸５に出力される。出力軸５には、ワイパ装置のクランクアーム（図示せず）が取り付けられている。モータ本体２が作動すると、出力軸５を介してクランクアームが駆動され、クランクアームと接続されたリンク機構を介してワイパアームが作動する。
【００２３】
回転軸４には、多極着磁マグネット１６（以下、マグネット１６と略記する）が取り付けられている。これに対し、ケースフレーム１１内には、マグネット１６の外周部と対向するように、回転センサとして、ホールＩＣ１７が設けられている。図２は、マグネット１６とホールＩＣ１７の構成を示す断面図であり、図３は、図２のホールＩＣ１７が出力するパルス信号を示す線図である。図２に示すようにマグネット１６は環状（リング状）に形成され、その外周には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように１０極の磁極が着磁されている。一方、ホールＩＣ１７は、回転軸４の中心に対して９０度の角度差を持った位置に２個設けられている（１７ａ,１７ｂ）。回転軸４が１回転すると、各ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからは１０周期分のパルス信号が出力され、２個のホールＩＣ１７ａ,１７ｂからは、位相が９０°ずれたパルス信号Ｓｐ１（Ａ相）,Ｓｐ２（Ｂ相）が出力される。
【００２４】
パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２の位相は互いに９０°ずれており、パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２のずれ方向は、回転軸４の回転方向に応じて反転する。従って、パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２の出現タイミングを検出することにより、回転軸４の回転方向が判別でき、これによりワイパ動作の往路／復路の判別を行うことができる。また、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂの何れか一方のパルス出力の周期から、回転軸４の回転速度も検出できる。回転軸４の回転数とブレードの速度との間には、減速比及びリンク動作比に基づく相関関係が存在しており、回転軸４の回転数からブレードの速度も算出できる。
【００２５】
第２ギア１５の底面には、絶対位置検出用のマグネット１８が取り付けられている。ケースフレーム１１には、プリント基板１９が取り付けられている。プリント基板１９の上には、マグネット１８と対向するようにホールＩＣ２０が配置されている。マグネット１８は、第２ギア１５の底面上に１個設けられており、ブレードが下反転位置に来たときホールＩＣ２０と対向する。第２ギア１５は、前述のようにクランクアームが取り付けられ、ブレードを往復動させるため１８０度回転する。第２ギア１５が回転しブレードが下反転位置に来ると、ホールＩＣ２０とマグネット１８が対向してパルス信号が出力される。
【００２６】
ホールＩＣ１７,２０からのパルス出力は、ワイパ駆動制御装置（モータ制御装置）２１に送られる。図４は、本発明におけるモータ制御系の構成を示す説明図である。ワイパ駆動制御装置２１のＣＰＵ（制御部）２２は、イグニッションスイッチ３１を介してバッテリ３２と接続されており、ワイパスイッチ３３によってワイパ装置の動作形態（ＯＦＦ,ＩＮＴ,ＬＯ,ＨＩ）を切り替えられるようになっている。
【００２７】
ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ２０,１７ａ,１７ｂと接続されており、ホールＩＣ２０からのパルス出力をブレードの絶対位置信号、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからのパルス信号をブレードの相対位置信号として用いてブレードの位置を認識する。また、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａからのパルス信号Ｓｐ１をＡ相、ホールＩＣ１７ｂからのパルス信号Ｓｐ２をＢ相として使用する。ＣＰＵ２２は、絶対位置信号が得られた後のパルス数をカウントすることにより、ブレードの現在位置を認識し、ここでは、ホールＩＣ２０からの下反転位置を示す絶対位置信号と、ホールＩＣ１７ａからのＡ相パルスの出力数の組み合わせによって、ブレードの現在位置を検出する。
【００２８】
また、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａのパルス信号Ｓｐ１（Ａ相）から、モータ本体２の速度（回転数）を検出する。モータ本体２は、検出された速度に基づいて、フィードバック制御される。モータ本体２にはＰＷＭ制御が実行され、ＣＰＵ２２は、制御条件や検出速度に応じて、印加電圧を適宜ＯＮ／ＯＦＦさせて、ＯＮ時間の比率を適宜変更する。すなわち、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂのモータパルスに基づいてモータ速度を算出すると共に、その値に応じてＰＷＭ制御のＯＮ期間の時比率(Duty)を設定する。これにより、モータ本体２に対する印加電圧が実効的に変化し、モータ本体２の速度が所望の値に制御される。なお、ＣＰＵ２２では、モータパルスの周期(Hz)をそのまま速度として処理するが、パルス周期から求めた回転数(rpm)によって制御を行っても良い。
【００２９】
ＣＰＵ２２はさらに、パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づいて、モータの回転方向を認識する。すなわち、Ａ相の切り替わりエッジでのＢ相のレベルによって、モータの回転方向を検出する。ここでは、Ａ相の信号が立ち上がるときＢ相がＨＩの場合は正転（往路払拭）、ＬＯの場合は逆転（復路払拭）と判定している。このようにしてワイパ駆動制御装置２１はブレードの現在位置と速度、移動方向を認識し、これらのデータは、ワイパ駆動制御装置２１内のＲＡＭ２３に適宜格納される。ＣＰＵ２２は、ワイパ駆動制御装置２１内のＲＯＭ２４に格納された各種基準値やマップ等を参照しつつ、これらのデータに基づいてモータ本体２を制御する。
【００３０】
モータ本体２は、検出されたモータ速度に基づいて、フィードバック制御される。モータ本体２ではＰＷＭ制御が実行されており、ＣＰＵ２２は、制御条件や検出速度に応じて、印加電圧を適宜ＯＮ／ＯＦＦさせて、ＯＮ時間の比率を適宜変更する。すなわち、ＣＰＵ２２は、パルス信号Ｓｐ１に基づいてモータ速度を算出すると共に、ＲＯＭ２４のマップ等を参照しつつ、その値に応じてＰＷＭ制御のＯＮ期間の時比率(Duty)を設定する。これにより、モータ本体２に対する印加電圧が実効的に変化し、モータ本体２の速度が所望の値に制御される。なお、ＣＰＵ２２では、モータパルスの周期(Hz)をそのまま速度として処理するが、パルス周期から求めた回転数(rpm)によって制御を行っても良い。
【００３１】
ここで、従来のシステムでは、前述のように、パルス分解能を上げると、制御装置の処理能力や回転検出精度の点で問題が生じるおそれがある。特に、高速回転域ではパルス周期が非常に短くなり、制御装置の処理が間に合わなくなる可能性がある。ワイパ装置の場合、ブレードは上下反転位置からスタートし、徐々に速度を上げて上下反転位置の中間地点付近で最も速度が高くなる。その後、ブレードは徐々に速度を落とし、上下反転位置にて停止し、反転動作を行う。すなわち、ワイパ装置では、モータ本体２の速度が遅い領域と速い領域が存在し、中間地点付近ではパルス周期が短くなる一方、反転位置近傍ではパルス周期が長くなる。
【００３２】
そこで、本発明による制御処理では、従来、モータ速度（ブレード位置）に関係なく、速度検知や回転方向検知に固定的に使用されていたＡ相,Ｂ相のパルス信号を、モータ速度に応じて取捨選択し、制御装置の処理負担を軽減すると共に、反転位置精度の向上を図っている。図５は、ＣＰＵ２２における信号選択処理系の構成を示すブロック図である。図５に示すように、ＣＰＵ２２には、モータ速度やブレード位置等に基づいてモータ２をフィードバック制御するモータ駆動指令部４０に加えて、Ａ相のパルス信号Ｓｐ１に基づいてモータ回転数を算出するモータ回転数検出部４１と、Ａ相とＢ相のパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づいてモータの回転方向を検知するモータ回転方向検出部４２が設けられている。また、ＣＰＵ２２には、モータ回転数の高低を判定する回転数判定部４３と、モータ回転数に応じて制御に使用する信号を選択する信号選択部４４、反転位置を検出しモータを反転させる反転位置判定部（反転タイミング判定部）４５が設けられている。
【００３３】
このような装置構成と処理系を備えたモータユニット１では、次のようにしてモータ本体２が駆動制御される。図６は、そのフローチャートである。まず、イグニッションスイッチ３１がオンされると、ワイパ駆動制御装置２１内のＣＰＵ２２等に電源が供給される。このときＣＰＵ２２は、ブレードが下反転位置にある場合、ホールＩＣ２０からの絶対位置信号により、ブレードの位置を認識する。そして、この状態からワイパスイッチ３３がオンされると、ＣＰＵ２２は、ブレードを上反転位置に向けて移動させるように、選択された作動モードにてモータ本体２を作動させる。
【００３４】
モータ本体２が作動すると、ステップＳ１にて、ＣＰＵ２２は、モータ本体２の回転数（回転速度）を検出する。この回転数検出は、モータ回転数検出部４１によって行われ、ホールＩＣ１７ａからのＡ相のパルス信号Ｓｐ１を用いて回転軸４の回転数を算出する。また、モータ回転方向検出部４２は、Ａ相,Ｂ相のパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づき、モータ本体２の回転方向を検出する。ＣＰＵ２２は、認識した回転速度から、ＲＯＭ２４に格納された目標速度マップを参照して、モータ本体２の速度制御を行う。この速度制御においては、例えば、ブレードが下反転位置から中間位置に向けて移動するときは徐々にその移動速度を増加させ、中間位置から上反転位置に向けて移動するときには徐々にその移動速度を低下させるようにモータ本体２を制御する。
【００３５】
ステップＳ１にてモータ回転数を検出した後、ステップＳ２に進み、回転数判定部４３によって、回転数が高速回転状態か否かが判断される。回転数の判定は、現在の回転数と、ＲＯＭ２４に格納された閾値とを比較することによって行われ、現在の回転数が所定の閾値を超えると「高速」と判定される。Ｓ２にて「高速」と判定された場合は、ステップＳ３に進み、信号選択部４４によってＢ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みを禁止する。ＣＰＵ２２には、モータ作動中は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂから常にパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２が入力されており、従来のシステムでは、これらに基づいて、常に回転数と回転方向が検出されている。しかしながら、ワイパ装置では、モータが高速となった時点、つまり払拭領域の中間位置では、その回転方向は既知であり、かつ、不変である。従って、高速域では回転方向の検出は不要であり、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２も不要となる。そこで、本発明の処理では、Ｓ２にて「高速」と判断された場合には、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みを禁止し、Ａ相パルス信号Ｓｐ１のみによる回転数検出を実行する。これにより、高速域でのパルス入力間隔が広がりＣＰＵ２２の処理負担が軽減される。
【００３６】
Ｓ３にてＢ相の割り込みを規制した後、ステップＳ４に進み、Ａ相パルス信号Ｓｐ１の割り込みの有無が判断される。つまり、次のＡ相パルス信号Ｓｐ１が入ってきたかどうかが判定され、割り込みがない場合（次のＡ相入力がない場合）は、現時点のＡ相パルス信号Ｓｐ１の周期からモータ回転数を算出する（ステップＳ５）。その後、ＣＰＵ２２（反転位置判定部４５）は、ステップＳ６にて、絶対位置信号が得られた後のＡ相パルス信号Ｓｐ１のカウント数から、ブレードが反転位置に達したか否かを判定し、反転位置に達している場合はステップＳ７にて反転出力を行い、ルーチンを抜ける。これに対し、ステップＳ６にて、ブレードが反転位置に達していないと判定された場合は、モータ本体２のフィードバック制御を継続して（ステップＳ８）ルーチンを抜ける。また、ステップＳ４にて、Ａ相パルス信号Ｓｐ１の割り込みがあったと判断された場合は、ステップＳ９に進み、ひとつ前のＡ相パルス信号Ｓｐ１から当該Ａ相割り込みパルスまでの時間をパルス周期とする。その上で、ステップＳ１０にて、パルス信号Ｓｐ１分の角度を加算してブレード移動角度を算出し、ステップＳ５以下の処理を行う。
【００３７】
一方、Ｓ２にて「高速ではない」と判定された場合はステップＳ１１に進み、Ｂ相の割り込みを許可する。そして、ステップＳ１２に進み、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みの有無が判断される。つまり、次のＢ相パルス信号Ｓｐ２が入ってきたかどうかが判定され、割り込みがない場合（次のＢ相入力がない場合）は、ステップＳ４に進み、Ａ相パルス信号Ｓｐ１の割り込みの有無が判断され、Ｓ５以下の処理が行われる。これに対し、ステップＳ１２にてＢ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みがあったと判断された場合は、ステップＳ１３に進み、ひとつ前のＢ相パルス信号Ｓｐ２から当該Ｂ相割り込みパルスまでの時間をパルス周期とする。ここで設定した周期は、ステップＳ４にてＡ相パルスの割り込みがない場合には、ステップＳ５にてそのままモータ回転数の算出に使用される。つまり、高速領域ではない場合（低速領域）では、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２もモータ回転数の検出に使用される。これにより、低速領域にてパルス間隔が広くなった場合でも、モータ回転数の検出頻度が高まり、回転数の検出精度が向上する。
【００３８】
また、ステップＳ１３にてパルス周期を設定した後は、ステップＳ１４に進み、「Ｂ相反転設定」の有無が判断される。ここで、ＣＰＵ２２は、前述のように、ホールＩＣ２０からの絶対位置信号とＡ相パルス信号Ｓｐ１の組み合わせによって、ブレードの現在位置を検出している。すなわち、上下反転位置におけるモータ逆転動作は、Ａ相パルスの積算数が所定値に達しブレードが反転位置に達したことを認識して実施される。従って、モータ反転出力は、Ａ相パルス信号Ｓｐ１をトリガとして行われ、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２はこれに関与しない。これに対し、「Ｂ相反転設定」とは、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２も反転位置の判定に使用することを認める制御設定である。ステップＳ１４では、この設定が行われているとき、反転位置に対してＡ相パルス信号Ｓｐ１が１エッジ前であるかどうかが判断される。この場合、反転位置に対して１エッジ前とは、図７に示すように、反転位置直前にＢ相パルス信号Ｓｐ２が入力された状態を示している（図７：Ｐ点）
【００３９】
ステップＳ１４にて、Ｂ相反転設定が為されており、反転位置１エッジ前の場合は、ステップＳ１５に進み、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２相当分の角度を加算してブレード移動角度を算出する。つまり、次のＡ相パルス信号Ｓｐ１が入力される以前に、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２を用いてブレード移動角度を算出し、ステップＳ４以下の処理を行う。従って、Ａ相パルス信号Ｓｐ１のみによってブレード移動角度を算出する場合に比して、反転位置の分解能を向上することができ、より正確な位置にてブレードを反転させることが可能となる。
【００４０】
図６の処理を行いブレードが上反転位置にまで達すると、ＣＰＵ２２は、ステップＳ６にてブレードが上反転位置に達したことを認識し、その認識に基づき、モータ本体２の作動方向を反転させ、ブレードを上反転位置から下反転位置に向けて移動させる。そして、この復路行程においても、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからのパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づき、モータ本体２の速度制御を行う。ブレードが下反転位置に達すると、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ２０からの絶対位置信号により、ブレードが下反転位置に達したことを認識する。そして、ＣＰＵ２２は、モータ本体２の作動方向を再度反転させ、ブレードを下反転位置から上反転位置に向けて移動させるようにモータ本体２を駆動する。以下、同様の行程を繰り返すことにより、モータ本体２によってブレードが所定の角度範囲で揺動する。
【００４１】
このように、本発明による制御処理では、高速回転域（ワイパ払拭行程の中間領域）では、割り込み処理の際に、２相のうちの１相（本発明ではＡ相）を使用し、モータ本体２の回転数を算出する。これにより、パルスの入力頻度が低くなり、ＣＰＵ２２の負担が軽減される。また、所定の回転数よりも小さい回転数領域（低回転領域）では、割り込み処理の際に、Ａ相・Ｂ相の両方を用いて回転数を算出する。これにより、Ａ相のみを用いて回転数検出を行う場合に比して、回転速度の検出精度が向上する。さらに、反転出力を行う際に、Ｂ相のエッジも反転位置検出に設定可能とする。これにより、Ａ相のみを用いて反転位置検出を行う場合に比して、反転位置の分解能を上げることが可能となる。
【００４２】
従って、本発明によれば、ＣＰＵ２２の処理性能を上げることなく、速度制御と反転位置の分解能を上げることができ、コストの増大を招くことなく、モータ制御精度を向上させることが可能となる。このため、本発明をワイパモータに適用すれば、ブレードの速度制御や反転位置の精度を高めることが可能となり、スムーズなブレード動作や、正確な反転動作を実現でき、ワイパ装置の性能向上が図られ、高級車仕様にも対応可能となる。
【００４３】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、１個のモータユニット１を駆動源とし、リンク機構によって運転席側と助手席側のワイパアームを連動させる平行払拭型のワイパ装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明の適用対象はこれには限定されず、運転席側と助手席側それぞれにモータユニットを配した対向払拭型のワイパ装置などにも適用可能である。
【００４４】
また、本実施例では、ホールＩＣ１７ａからのＡ相パルス信号を用いてモータ速度やブレード値を検出しているが、Ｂ相パルス信号を用いてこれらを検出しても良い。さらに、本実施例では、ホールＩＣ２０による絶対値信号とホールＩＣ１７ａ,１７ｂからのパルス信号を用いてブレード位置の検出を行っているが、磁界の変化を電気抵抗の変化として検出する非接触式の磁気センサを用いてブレード位置検出を行っても良い。この場合、磁気センサからは回転軸の回転に比例する角度検出信号が出力され、その信号値に基づいて回転軸の回転角度検出、すなわち、ブレード位置検出を行うことができる。加えて、本実施例においては、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂを回転センサとして用いているが、回転センサの構成はこれに限られず、マグネットの回転速度に応じたパルス信号を出力することができるものであれば、例えば磁気抵抗素子センサ等、他の磁気センサを用いても良い。
【００４５】
一方、前述の実施例では、本発明をワイパモータの制御に適用した例を示したが、本発明はワイパモータ以外にも適用可能である。例えば、ワイパモータ以外の車載モータや、機械駆動用のモータなど、モータ回転軸の回転角度に対応して出力されるパルスに基づいてモータの回転速度や回転方向を制御するモータについて広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ モータユニット
２ モータ本体
３ ギアボックス
４ 回転軸
５ 出力軸
６ ヨーク
７ アーマチュアコア
８ コンミテータ
９ 永久磁石
１０ ブラシ
１１ ケースフレーム
１２ ウォーム
１３ ウォーム歯車
１４ 第１ギア
１５ 第２ギア
１６ 多極着磁マグネット
１７ ホールＩＣ
１７ａ,１７ｂ ホールＩＣ
１８ マグネット
１９ プリント基板
２０ ホールＩＣ
２１ ワイパ駆動制御装置（モータ制御装置）
２２ ＣＰＵ
２３ ＲＡＭ
２４ ＲＯＭ
３１ イグニッションスイッチ
３２ バッテリ
３３ ワイパスイッチ
４０ モータ駆動指令部
４１ モータ回転数検出部
４２ モータ回転方向検出部
４３ 回転数判定部
４４ 信号選択部
４５ 反転位置判定部（反転タイミング判定部）
Ｓｐ１ Ａ相パルス信号
Ｓｐ２ Ｂ相パルス信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ回転軸の回転角度に対応して出力されるパルスに基づいてモータの回転速度や回転方向を制御するモータの制御技術に関し、特に、ワイパモータのような決められた角度範囲で正逆作動を行うモータの制御装置・制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両に設けられるワイパ装置では、ワイパアームを揺動駆動するための駆動源として、正逆作動を行う特許文献１のようなモータ（ワイパモータ）を使用したシステムが知られている。このようなモータには、モータ回転軸の回転を検出する回転センサが設けられており、回転センサからは回転軸の回転速度に応じた周期のパルス信号が出力される。回転センサは、回転方向を識別するため、９０°位相がずれた位置に２個設けられており、両センサからは２つのパルス信号（Ａ相、Ｂ相）が出力される。
【０００３】
一方、正逆転モータの制御装置は、Ａ相のパルス信号に基づいてモータ回転軸の回転数（回転速度）を認識すると共に、Ａ相の切り替わりエッジでのＢ相のレベルによって、モータの回転方向を認識している。例えば、Ａ相の信号が立ち上がるときＢ相がＨＩの場合は正転、ＬＯの場合は逆転、のような形で回転方向を識別する。また、モータ制御装置側では、Ａ相のパルス信号のカウント値（積算値）に基づいて出力軸の回転角度、つまり、ワイパアームの絶対位置を認識する。そして、これらの認識情報に基づいて、ワイパアームを上反転位置と下反転位置との間で揺動させるように、ワイパモータの正逆転動作を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６０９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、正逆作動するモータを用いたシステムでは、回転センサからのパルス信号（Ａ相,Ｂ相）を用途に応じて適宜使い分けてモータの駆動制御を行っている。ところが、近年、このようなシステムでは、モータの反転精度の向上が求められており、モータの回転角度検出においても高い分解能が求められて来ている。例えば、高級車向けのワイパ装置では、ワイパアームが所定の位置で正確かつスムーズに反転するような仕様が求められており、それに対応して、制御系におけるパルス分解能を更に細かくする必要性が生じている。
【０００６】
しかしながら、パルス分解能を上げると、制御装置（マイコン）の処理能力や回転検出精度の点で問題が生じるおそれがあり、その対策が求められていた。すなわち、従来のシステムでは、パルス周期の算出には、パルスによるマイコンへの外部割込みを使用しており、パルス分解能を上げると高速回転域にてパルス周期が非常に短くなり、マイコンの処理が間に合わなくなる可能性があるという問題があった。また、分解能向上に伴いパルス間隔が狭くなると、構造的なバラツキの影響を受け易くなり、回転検出精度が低下するおそれがあるという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、モータ回転軸の回転角度に対応して出力されるパルスに基づいてモータの回転速度や回転方向を制御するモータにおいて、制御装置の処理速度を上げることなくパルスの分解能を上げ、モータ速度や反転位置の制御精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のモータ制御装置は、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御装置であって、前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出するモータ回転数検出部と、前記モータ回転数検出部にて算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定する回転数判定部と、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみが前記モータ回転数検出部に入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記パルス信号の入力を規制する信号選択部と、を有し、前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数以上で回転している場合、前記パルス信号のうちの一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、モータ高速回転域では、２つのパルス信号のうちの１つを使用し、モータの回転数を算出する。これにより、高速回転域におけるパルスの入力頻度が低くなり、モータ制御装置の負担が軽減される。
【００１０】
前記モータ制御装置において、前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記モータ回転数検出部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記両パルス信号の入力を許容し、前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数未満で回転している場合、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出するようにしても良い。これにより、モータ制御装置への負担が少ない低回転領域における回転速度の検出精度が向上する。
【００１１】
また、当該モータ制御装置に、前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータを反転駆動させる反転タイミング判定部をさらに設け、前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記反転タイミング判定部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記反転タイミング判定部に対する前記両パルス信号の入力し、前記反転タイミング判定部は、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出するようにしても良い。これにより、パルス信号のうちの１つのみを用いて反転タイミングを検出する場合に比して、反転位置の分解能を上げることが可能となる。
【００１２】
本発明のモータモータ制御方法は、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御方法であって、前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出すると共に、算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定し、前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、モータ高速回転域では、２つのパルス信号のうちの１つを使用し、モータの回転数を算出する。これにより、高速回転域におけるパルスの入力頻度が低くなり、モータ制御装置の負担が軽減される。
【００１４】
前記モータ制御方法において、前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出するようにしても良い。これにより、モータ制御装置への負担が少ない低回転領域における回転速度の検出精度が向上する。
【００１５】
また、前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータ本体を反転駆動させると共に、前記モータ回転軸が所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出するようにしても良い。これにより、パルス信号のうちの１つのみを用いて反転タイミングを検出する場合に比して、反転位置の分解能を上げることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のモータ制御装置によれば、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、各回転センサから出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御装置にて、パルス信号に基づいてモータ回転数を算出するモータ回転数検出部と、算出したモータ回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定する回転数判定部と、モータが所定回転数以上で回転していると判定されたとき、２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみがモータ回転数検出部に入力されるようにパルス信号の入力を規制する信号選択部と、を設け、モータ回転数検出部では、モータが所定の回転数以上で回転している場合は、パルス信号のうちの一方のみを用いてモータの回転数を算出するようにしたので、モータ高速回転域におけるモータ回転数検出部へのパルス入力頻度を抑えることができ、モータ制御装置の負担を軽減することが可能となる。
【００１７】
本発明のモータ制御方法によれば、２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、各回転センサから出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御方法にて、パルス信号に基づいてモータ回転数を算出すると共に、算出したモータ回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定し、モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたときは、２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみを用いてモータの回転数を算出するようにしたので、モータ高速回転域におけるモータ回転数検出部へのパルス入力頻度を抑えることができ、モータ制御装置の負担を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のモータ制御処理が実施されるモータを備えたモータユニットの構成を示す説明図である。
【図２】多極着磁マグネットとホールＩＣの構成を示す断面図である。
【図３】図２のホールＩＣが出力するパルス信号を示す線図である。
【図４】モータの制御系の構成を示す説明図である。
【図５】ＣＰＵにおける信号選択処理系の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施例である制御処理のフローチャートである。
【図７】ホールＩＣの出力パルス信号の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のモータ制御処理が実施されるモータを備えたモータユニット（ワイパモータ）の構成を示す説明図である。図１のモータユニット１は、例えば、自動車用ワイパ装置など車両用電装部品の駆動源として使用される。モータユニット１は、図示しないリンク機構等を介して、ワイパアームやワイパブレード（以下、ブレードと略記する）と接続され、ブレードが上下反転位置に達すると、正逆回転が切り替えられる。
【００２０】
モータユニット１は、モータ本体２と、ギアボックス３とから構成される。モータ本体２の回転軸（モータ回転軸）４の回転は、ギアボックス３内にて減速され、出力軸５に出力される。回転軸４は、有底筒状のヨーク６に回動自在に支持される。回転軸４には、コイルが巻装されたアーマチュアコア７と、コンミテータ８が取り付けられている。ヨーク６の内面には、複数の永久磁石９が固定されている。コンミテータ８には、給電用のブラシ１０が摺接している。モータ本体２の速度（回転数）は、ブラシ１０に対する供給電流量によって制御される。
【００２１】
ヨーク６の開口側端縁部には、ギアボックス３のケースフレーム１１が取り付けられている。回転軸４の先端部は、ヨーク６から突出してケースフレーム１１内に収納される。回転軸４の先端部には、ウォーム１２が形成されている。ウォーム１２には、ケースフレーム１１に回動自在に支持されたウォーム歯車１３が噛合している。ウォーム歯車１３には、その同軸上に小径の第１ギア１４が一体的に設けられている。第１ギア１４には、大径の第２ギア１５が噛合している。第２ギア１５には、ケースフレーム１１に回動自在に支持される出力軸５が一体に取り付けられている。なお、図示されないが、回転軸４には、前記ウォーム１２に隣接して、そのねじ方向とは逆向きのもう１つのウォームが形成されている。当該ウォームは、ウォーム歯車１３、第１ギア１４と同様の減速部材により、第２ギア１５に動力伝達される。
【００２２】
モータ本体２の駆動力は、ウォーム１２、ウォーム歯車１３、第１ギア１４、第２ギア１５を経て減速された状態で出力軸５に出力される。出力軸５には、ワイパ装置のクランクアーム（図示せず）が取り付けられている。モータ本体２が作動すると、出力軸５を介してクランクアームが駆動され、クランクアームと接続されたリンク機構を介してワイパアームが作動する。
【００２３】
回転軸４には、多極着磁マグネット１６（以下、マグネット１６と略記する）が取り付けられている。これに対し、ケースフレーム１１内には、マグネット１６の外周部と対向するように、回転センサとして、ホールＩＣ１７が設けられている。図２は、マグネット１６とホールＩＣ１７の構成を示す断面図であり、図３は、図２のホールＩＣ１７が出力するパルス信号を示す線図である。図２に示すようにマグネット１６は環状（リング状）に形成され、その外周には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶように１０極の磁極が着磁されている。一方、ホールＩＣ１７は、回転軸４の中心に対して９０度の角度差を持った位置に２個設けられている（１７ａ,１７ｂ）。回転軸４が１回転すると、各ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからは１０周期分のパルス信号が出力され、２個のホールＩＣ１７ａ,１７ｂからは、位相が９０°ずれたパルス信号Ｓｐ１（Ａ相）,Ｓｐ２（Ｂ相）が出力される。
【００２４】
パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２の位相は互いに９０°ずれており、パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２のずれ方向は、回転軸４の回転方向に応じて反転する。従って、パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２の出現タイミングを検出することにより、回転軸４の回転方向が判別でき、これによりワイパ動作の往路／復路の判別を行うことができる。また、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂの何れか一方のパルス出力の周期から、回転軸４の回転速度も検出できる。回転軸４の回転数とブレードの速度との間には、減速比及びリンク動作比に基づく相関関係が存在しており、回転軸４の回転数からブレードの速度も算出できる。
【００２５】
第２ギア１５の底面には、絶対位置検出用のマグネット１８が取り付けられている。ケースフレーム１１には、プリント基板１９が取り付けられている。プリント基板１９の上には、マグネット１８と対向するようにホールＩＣ２０が配置されている。マグネット１８は、第２ギア１５の底面上に１個設けられており、ブレードが下反転位置に来たときホールＩＣ２０と対向する。第２ギア１５は、前述のようにクランクアームが取り付けられ、ブレードを往復動させるため１８０度回転する。第２ギア１５が回転しブレードが下反転位置に来ると、ホールＩＣ２０とマグネット１８が対向してパルス信号が出力される。
【００２６】
ホールＩＣ１７,２０からのパルス出力は、ワイパ駆動制御装置（モータ制御装置）２１に送られる。図４は、本発明におけるモータ制御系の構成を示す説明図である。ワイパ駆動制御装置２１のＣＰＵ（制御部）２２は、イグニッションスイッチ３１を介してバッテリ３２と接続されており、ワイパスイッチ３３によってワイパ装置の動作形態（ＯＦＦ,ＩＮＴ,ＬＯ,ＨＩ）を切り替えられるようになっている。
【００２７】
ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ２０,１７ａ,１７ｂと接続されており、ホールＩＣ２０からのパルス出力をブレードの絶対位置信号、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからのパルス信号をブレードの相対位置信号として用いてブレードの位置を認識する。また、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａからのパルス信号Ｓｐ１をＡ相、ホールＩＣ１７ｂからのパルス信号Ｓｐ２をＢ相として使用する。ＣＰＵ２２は、絶対位置信号が得られた後のパルス数をカウントすることにより、ブレードの現在位置を認識し、ここでは、ホールＩＣ２０からの下反転位置を示す絶対位置信号と、ホールＩＣ１７ａからのＡ相パルスの出力数の組み合わせによって、ブレードの現在位置を検出する。
【００２８】
また、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａのパルス信号Ｓｐ１（Ａ相）から、モータ本体２の速度（回転数）を検出する。モータ本体２は、検出された速度に基づいて、フィードバック制御される。モータ本体２にはＰＷＭ制御が実行され、ＣＰＵ２２は、制御条件や検出速度に応じて、印加電圧を適宜ＯＮ／ＯＦＦさせて、ＯＮ時間の比率を適宜変更する。すなわち、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂのモータパルスに基づいてモータ速度を算出すると共に、その値に応じてＰＷＭ制御のＯＮ期間の時比率(Duty)を設定する。これにより、モータ本体２に対する印加電圧が実効的に変化し、モータ本体２の速度が所望の値に制御される。なお、ＣＰＵ２２では、モータパルスの周期(Hz)をそのまま速度として処理するが、パルス周期から求めた回転数(rpm)によって制御を行っても良い。
【００２９】
ＣＰＵ２２はさらに、パルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づいて、モータの回転方向を認識する。すなわち、Ａ相の切り替わりエッジでのＢ相のレベルによって、モータの回転方向を検出する。ここでは、Ａ相の信号が立ち上がるときＢ相がＨＩの場合は正転（往路払拭）、ＬＯの場合は逆転（復路払拭）と判定している。このようにしてワイパ駆動制御装置２１はブレードの現在位置と速度、移動方向を認識し、これらのデータは、ワイパ駆動制御装置２１内のＲＡＭ２３に適宜格納される。ＣＰＵ２２は、ワイパ駆動制御装置２１内のＲＯＭ２４に格納された各種基準値やマップ等を参照しつつ、これらのデータに基づいてモータ本体２を制御する。
【００３０】
モータ本体２は、検出されたモータ速度に基づいて、フィードバック制御される。モータ本体２ではＰＷＭ制御が実行されており、ＣＰＵ２２は、制御条件や検出速度に応じて、印加電圧を適宜ＯＮ／ＯＦＦさせて、ＯＮ時間の比率を適宜変更する。すなわち、ＣＰＵ２２は、パルス信号Ｓｐ１に基づいてモータ速度を算出すると共に、ＲＯＭ２４のマップ等を参照しつつ、その値に応じてＰＷＭ制御のＯＮ期間の時比率(Duty)を設定する。これにより、モータ本体２に対する印加電圧が実効的に変化し、モータ本体２の速度が所望の値に制御される。なお、ＣＰＵ２２では、モータパルスの周期(Hz)をそのまま速度として処理するが、パルス周期から求めた回転数(rpm)によって制御を行っても良い。
【００３１】
ここで、従来のシステムでは、前述のように、パルス分解能を上げると、制御装置の処理能力や回転検出精度の点で問題が生じるおそれがある。特に、高速回転域ではパルス周期が非常に短くなり、制御装置の処理が間に合わなくなる可能性がある。ワイパ装置の場合、ブレードは上下反転位置からスタートし、徐々に速度を上げて上下反転位置の中間地点付近で最も速度が高くなる。その後、ブレードは徐々に速度を落とし、上下反転位置にて停止し、反転動作を行う。すなわち、ワイパ装置では、モータ本体２の速度が遅い領域と速い領域が存在し、中間地点付近ではパルス周期が短くなる一方、反転位置近傍ではパルス周期が長くなる。
【００３２】
そこで、本発明による制御処理では、従来、モータ速度（ブレード位置）に関係なく、速度検知や回転方向検知に固定的に使用されていたＡ相,Ｂ相のパルス信号を、モータ速度に応じて取捨選択し、制御装置の処理負担を軽減すると共に、反転位置精度の向上を図っている。図５は、ＣＰＵ２２における信号選択処理系の構成を示すブロック図である。図５に示すように、ＣＰＵ２２には、モータ速度やブレード位置等に基づいてモータ２をフィードバック制御するモータ駆動指令部４０に加えて、Ａ相のパルス信号Ｓｐ１に基づいてモータ回転数を算出するモータ回転数検出部４１と、Ａ相とＢ相のパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づいてモータの回転方向を検知するモータ回転方向検出部４２が設けられている。また、ＣＰＵ２２には、モータ回転数の高低を判定する回転数判定部４３と、モータ回転数に応じて制御に使用する信号を選択する信号選択部４４、反転位置を検出しモータを反転させる反転位置判定部（反転タイミング判定部）４５が設けられている。
【００３３】
このような装置構成と処理系を備えたモータユニット１では、次のようにしてモータ本体２が駆動制御される。図６は、そのフローチャートである。まず、イグニッションスイッチ３１がオンされると、ワイパ駆動制御装置２１内のＣＰＵ２２等に電源が供給される。このときＣＰＵ２２は、ブレードが下反転位置にある場合、ホールＩＣ２０からの絶対位置信号により、ブレードの位置を認識する。そして、この状態からワイパスイッチ３３がオンされると、ＣＰＵ２２は、ブレードを上反転位置に向けて移動させるように、選択された作動モードにてモータ本体２を作動させる。
【００３４】
モータ本体２が作動すると、ステップＳ１にて、ＣＰＵ２２は、モータ本体２の回転数（回転速度）を検出する。この回転数検出は、モータ回転数検出部４１によって行われ、ホールＩＣ１７ａからのＡ相のパルス信号Ｓｐ１を用いて回転軸４の回転数を算出する。また、モータ回転方向検出部４２は、Ａ相,Ｂ相のパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づき、モータ本体２の回転方向を検出する。ＣＰＵ２２は、認識した回転速度から、ＲＯＭ２４に格納された目標速度マップを参照して、モータ本体２の速度制御を行う。この速度制御においては、例えば、ブレードが下反転位置から中間位置に向けて移動するときは徐々にその移動速度を増加させ、中間位置から上反転位置に向けて移動するときには徐々にその移動速度を低下させるようにモータ本体２を制御する。
【００３５】
ステップＳ１にてモータ回転数を検出した後、ステップＳ２に進み、回転数判定部４３によって、回転数が高速回転状態か否かが判断される。回転数の判定は、現在の回転数と、ＲＯＭ２４に格納された閾値とを比較することによって行われ、現在の回転数が所定の閾値を超えると「高速」と判定される。Ｓ２にて「高速」と判定された場合は、ステップＳ３に進み、信号選択部４４によってＢ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みを禁止する。ＣＰＵ２２には、モータ作動中は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂから常にパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２が入力されており、従来のシステムでは、これらに基づいて、常に回転数と回転方向が検出されている。しかしながら、ワイパ装置では、モータが高速となった時点、つまり払拭領域の中間位置では、その回転方向は既知であり、かつ、不変である。従って、高速域では回転方向の検出は不要であり、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２も不要となる。そこで、本発明の処理では、Ｓ２にて「高速」と判断された場合には、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みを禁止し、Ａ相パルス信号Ｓｐ１のみによる回転数検出を実行する。これにより、高速域でのパルス入力間隔が広がりＣＰＵ２２の処理負担が軽減される。
【００３６】
Ｓ３にてＢ相の割り込みを規制した後、ステップＳ４に進み、Ａ相パルス信号Ｓｐ１の割り込みの有無が判断される。つまり、次のＡ相パルス信号Ｓｐ１が入ってきたかどうかが判定され、割り込みがない場合（次のＡ相入力がない場合）は、現時点のＡ相パルス信号Ｓｐ１の周期からモータ回転数を算出する（ステップＳ５）。その後、ＣＰＵ２２（反転位置判定部４５）は、ステップＳ６にて、絶対位置信号が得られた後のＡ相パルス信号Ｓｐ１のカウント数から、ブレードが反転位置に達したか否かを判定し、反転位置に達している場合はステップＳ７にて反転出力を行い、ルーチンを抜ける。これに対し、ステップＳ６にて、ブレードが反転位置に達していないと判定された場合は、モータ本体２のフィードバック制御を継続して（ステップＳ８）ルーチンを抜ける。また、ステップＳ４にて、Ａ相パルス信号Ｓｐ１の割り込みがあったと判断された場合は、ステップＳ９に進み、ひとつ前のＡ相パルス信号Ｓｐ１から当該Ａ相割り込みパルスまでの時間をパルス周期とする。その上で、ステップＳ１０にて、パルス信号Ｓｐ１分の角度を加算してブレード移動角度を算出し、ステップＳ５以下の処理を行う。
【００３７】
一方、Ｓ２にて「高速ではない」と判定された場合はステップＳ１１に進み、Ｂ相の割り込みを許可する。そして、ステップＳ１２に進み、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みの有無が判断される。つまり、次のＢ相パルス信号Ｓｐ２が入ってきたかどうかが判定され、割り込みがない場合（次のＢ相入力がない場合）は、ステップＳ４に進み、Ａ相パルス信号Ｓｐ１の割り込みの有無が判断され、Ｓ５以下の処理が行われる。これに対し、ステップＳ１２にてＢ相パルス信号Ｓｐ２の割り込みがあったと判断された場合は、ステップＳ１３に進み、ひとつ前のＢ相パルス信号Ｓｐ２から当該Ｂ相割り込みパルスまでの時間をパルス周期とする。ここで設定した周期は、ステップＳ４にてＡ相パルスの割り込みがない場合には、ステップＳ５にてそのままモータ回転数の算出に使用される。つまり、高速領域ではない場合（低速領域）では、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２もモータ回転数の検出に使用される。これにより、低速領域にてパルス間隔が広くなった場合でも、モータ回転数の検出頻度が高まり、回転数の検出精度が向上する。
【００３８】
また、ステップＳ１３にてパルス周期を設定した後は、ステップＳ１４に進み、「Ｂ相反転設定」の有無が判断される。ここで、ＣＰＵ２２は、前述のように、ホールＩＣ２０からの絶対位置信号とＡ相パルス信号Ｓｐ１の組み合わせによって、ブレードの現在位置を検出している。すなわち、上下反転位置におけるモータ逆転動作は、Ａ相パルスの積算数が所定値に達しブレードが反転位置に達したことを認識して実施される。従って、モータ反転出力は、Ａ相パルス信号Ｓｐ１をトリガとして行われ、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２はこれに関与しない。これに対し、「Ｂ相反転設定」とは、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２も反転位置の判定に使用することを認める制御設定である。ステップＳ１４では、この設定が行われているとき、反転位置に対してＡ相パルス信号Ｓｐ１が１エッジ前であるかどうかが判断される。この場合、反転位置に対して１エッジ前とは、図７に示すように、反転位置直前にＢ相パルス信号Ｓｐ２が入力された状態を示している（図７：Ｐ点）
【００３９】
ステップＳ１４にて、Ｂ相反転設定が為されており、反転位置１エッジ前の場合は、ステップＳ１５に進み、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２相当分の角度を加算してブレード移動角度を算出する。つまり、次のＡ相パルス信号Ｓｐ１が入力される以前に、Ｂ相パルス信号Ｓｐ２を用いてブレード移動角度を算出し、ステップＳ４以下の処理を行う。従って、Ａ相パルス信号Ｓｐ１のみによってブレード移動角度を算出する場合に比して、反転位置の分解能を向上することができ、より正確な位置にてブレードを反転させることが可能となる。
【００４０】
図６の処理を行いブレードが上反転位置にまで達すると、ＣＰＵ２２は、ステップＳ６にてブレードが上反転位置に達したことを認識し、その認識に基づき、モータ本体２の作動方向を反転させ、ブレードを上反転位置から下反転位置に向けて移動させる。そして、この復路行程においても、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂからのパルス信号Ｓｐ１,Ｓｐ２に基づき、モータ本体２の速度制御を行う。ブレードが下反転位置に達すると、ＣＰＵ２２は、ホールＩＣ２０からの絶対位置信号により、ブレードが下反転位置に達したことを認識する。そして、ＣＰＵ２２は、モータ本体２の作動方向を再度反転させ、ブレードを下反転位置から上反転位置に向けて移動させるようにモータ本体２を駆動する。以下、同様の行程を繰り返すことにより、モータ本体２によってブレードが所定の角度範囲で揺動する。
【００４１】
このように、本発明による制御処理では、高速回転域（ワイパ払拭行程の中間領域）では、割り込み処理の際に、２相のうちの１相（本発明ではＡ相）を使用し、モータ本体２の回転数を算出する。これにより、パルスの入力頻度が低くなり、ＣＰＵ２２の負担が軽減される。また、所定の回転数よりも小さい回転数領域（低回転領域）では、割り込み処理の際に、Ａ相・Ｂ相の両方を用いて回転数を算出する。これにより、Ａ相のみを用いて回転数検出を行う場合に比して、回転速度の検出精度が向上する。さらに、反転出力を行う際に、Ｂ相のエッジも反転位置検出に設定可能とする。これにより、Ａ相のみを用いて反転位置検出を行う場合に比して、反転位置の分解能を上げることが可能となる。
【００４２】
従って、本発明によれば、ＣＰＵ２２の処理性能を上げることなく、速度制御と反転位置の分解能を上げることができ、コストの増大を招くことなく、モータ制御精度を向上させることが可能となる。このため、本発明をワイパモータに適用すれば、ブレードの速度制御や反転位置の精度を高めることが可能となり、スムーズなブレード動作や、正確な反転動作を実現でき、ワイパ装置の性能向上が図られ、高級車仕様にも対応可能となる。
【００４３】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、１個のモータユニット１を駆動源とし、リンク機構によって運転席側と助手席側のワイパアームを連動させる平行払拭型のワイパ装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明の適用対象はこれには限定されず、運転席側と助手席側それぞれにモータユニットを配した対向払拭型のワイパ装置などにも適用可能である。
【００４４】
また、本実施例では、ホールＩＣ１７ａからのＡ相パルス信号を用いてモータ速度やブレード値を検出しているが、Ｂ相パルス信号を用いてこれらを検出しても良い。さらに、本実施例では、ホールＩＣ２０による絶対値信号とホールＩＣ１７ａ,１７ｂからのパルス信号を用いてブレード位置の検出を行っているが、磁界の変化を電気抵抗の変化として検出する非接触式の磁気センサを用いてブレード位置検出を行っても良い。この場合、磁気センサからは回転軸の回転に比例する角度検出信号が出力され、その信号値に基づいて回転軸の回転角度検出、すなわち、ブレード位置検出を行うことができる。加えて、本実施例においては、ホールＩＣ１７ａ,１７ｂを回転センサとして用いているが、回転センサの構成はこれに限られず、マグネットの回転速度に応じたパルス信号を出力することができるものであれば、例えば磁気抵抗素子センサ等、他の磁気センサを用いても良い。
【００４５】
一方、前述の実施例では、本発明をワイパモータの制御に適用した例を示したが、本発明はワイパモータ以外にも適用可能である。例えば、ワイパモータ以外の車載モータや、機械駆動用のモータなど、モータ回転軸の回転角度に対応して出力されるパルスに基づいてモータの回転速度や回転方向を制御するモータについて広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１ モータユニット
２ モータ本体
３ ギアボックス
４ 回転軸
５ 出力軸
６ ヨーク
７ アーマチュアコア
８ コンミテータ
９ 永久磁石
１０ ブラシ
１１ ケースフレーム
１２ ウォーム
１３ ウォーム歯車
１４ 第１ギア
１５ 第２ギア
１６ 多極着磁マグネット
１７ ホールＩＣ
１７ａ,１７ｂ ホールＩＣ
１８ マグネット
１９ プリント基板
２０ ホールＩＣ
２１ ワイパ駆動制御装置（モータ制御装置）
２２ ＣＰＵ
２３ ＲＡＭ
２４ ＲＯＭ
３１ イグニッションスイッチ
３２ バッテリ
３３ ワイパスイッチ
４０ モータ駆動指令部
４１ モータ回転数検出部
４２ モータ回転方向検出部
４３ 回転数判定部
４４ 信号選択部
４５ 反転位置判定部（反転タイミング判定部）
Ｓｐ１ Ａ相パルス信号
Ｓｐ２ Ｂ相パルス信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御装置であって、
前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出するモータ回転数検出部と、
前記モータ回転数検出部にて算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定する回転数判定部と、
前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみが前記モータ回転数検出部に入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記パルス信号の入力を規制する信号選択部と、を有し、
前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数以上で回転している場合、前記パルス信号のうちの一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のモータ制御装置であって、前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記モータ回転数検出部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記両パルス信号の入力を許容し、
前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数未満で回転している場合、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のモータ制御装置であって、当該モータ制御装置は、
前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータを反転駆動させる反転タイミング判定部をさらに有し、
前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記反転タイミング判定部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記反転タイミング判定部に対する前記両パルス信号の入力し、
前記反転タイミング判定部は、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御方法であって、
前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出すると共に、算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定し、
前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項５】
請求項４記載のモータ制御方法であって、前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載のモータ制御方法であって、
前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータ本体を反転駆動させると共に、
前記モータ回転軸が所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項１】
２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御装置であって、
前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出するモータ回転数検出部と、
前記モータ回転数検出部にて算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定する回転数判定部と、
前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみが前記モータ回転数検出部に入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記パルス信号の入力を規制する信号選択部と、を有し、
前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数以上で回転している場合、前記パルス信号のうちの一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のモータ制御装置であって、前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記モータ回転数検出部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記モータ回転数検出部に対する前記両パルス信号の入力を許容し、
前記モータ回転数検出部は、前記モータが所定の回転数未満で回転している場合、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のモータ制御装置であって、当該モータ制御装置は、
前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータを反転駆動させる反転タイミング判定部をさらに有し、
前記信号選択部は、前記回転数判定部にて前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記反転タイミング判定部に前記２つの回転センサのパルス信号の両方が入力されるように、前記反転タイミング判定部に対する前記両パルス信号の入力し、
前記反転タイミング判定部は、前記２つのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
２つの回転センサを用いてモータ回転軸の回転を検出し、前記回転センサからそれぞれ出力されるパルス信号に基づいて当該モータの動作制御を行うモータ制御方法であって、
前記パルス信号に基づいて前記モータの回転数を算出すると共に、算出した前記モータの回転数と所定の閾値とを比較してモータ回転数の高低を判定し、
前記モータが所定の回転数以上で回転していると判定されたとき、前記２つの回転センサのパルス信号のうち一方のみを用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項５】
請求項４記載のモータ制御方法であって、前記モータが所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記モータの回転数を算出することを特徴とするモータ制御方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載のモータ制御方法であって、
前記パルス信号に基づいて前記モータ回転軸を反転させる反転タイミングを検出し、前記モータ本体を反転駆動させると共に、
前記モータ回転軸が所定の回転数未満で回転していると判定されたときは、前記２つの回転センサのパルス信号の両方を用いて前記反転タイミングを検出することを特徴とするモータ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４９４９７（Ｐ２０１２−２４９４９７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２１７５５（Ｐ２０１１−１２１７５５）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００１４４０２７）株式会社ミツバ (2,083)
【Ｆターム（参考）】
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