Бесщеточный электродвигатель и стеклоочиститель

Бесщеточный электродвигатель и стеклоочиститель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к бесщеточному электродвигателю, имеющему ротор, оснащенный постоянными магнитами, и статор, снабженный обмоткой, и к электродвигателю для стеклоочистителя.

Уровень техники

Традиционные примеры электродвигателей, в которых частота вращения ротора может переключаться, раскрыты в патентных документах 1, 2 и 3. Электродвигатель, описанный в патентных документах 1 и 2, имеет корпус, расположенный в корпусе магнит, расположенный внутри корпуса с возможностью вращения сердечник с намотанной вокруг него обмоткой, вращающийся вместе с сердечником вал, закрепленный на валу коллектор, а также щетку, работающую при высоких скоростях, и щетку, работающую при низких скоростях, каждая из которых контактирует с коллектором. Когда водитель приводит в действие переключатель для выбора низкоскоростного режима очистки, ток протекает через щетку, работающую при низких скоростях, чтобы побудить вал вращаться с низкой частотой вращения. С другой стороны, когда водитель приводит в действие переключатель для выбора высокоскоростного режима очистки, ток протекает через щетку, работающую при высоких скоростях, чтобы побудить вал вращаться с высокой частотой вращения.

С другой стороны, электродвигатель, описанный в патентном документе 3, имеет статор кольцевой формы, прикрепленный к внутренней поверхности сборного корпуса и имеющий несколько намотанных вокруг него обмоток, а также ротор, установленный с возможностью вращения внутри статора и имеющий вращающийся вал, и прикрепленный к вращающемуся валу магнит. В электродвигателе, описанном в данном патентном документе 3, отличающиеся друг от друга по фазе намагничивающие токи поступают на несколько обмоток для создания вращающегося магнитного поля, тем самым побуждая ротор вращаться. При этом электродвигатель, описываемый в патентном документе 3, не имеет щеток, описанных в патентных документах 1 и 2.

Документы известного уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: выложенная заявка на патент Японии №2007202391.

Патентный документ 2: выложенная заявка на патент Японии №2007143278.

Патентный документ 3: выложенная заявка на патент Японии №201093977.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения

Каждый из электродвигателей, описанных в патентных документах 1-3, оснащен переключающим элементом, который управляет временем подачи тока на обмотку независимо от того, бесщеточный это электродвигатель или нет. И частота вращения ротора регулируется посредством изменения продолжительности включения переключающего элемента. Таким образом, конструкция электродвигателя делается такой, чтобы ротор мог вращаться с высокой частотой вращения, а управление осуществляется таким образом, что когда ротор вращается с низкой частотой вращения, продолжительность включения уменьшена по сравнению с продолжительностью включения, когда ротор вращается с высокой частотой вращения. Вследствие этого конструкция электродвигателя рассчитывается исходя из случая, когда ротор вращается с высокой частотой вращения, что приводит к увеличению размеров конструкции.

Задача настоящего изобретения - предложить бесщеточный электродвигатель и стеклоочиститель, конструкция которых может быть максимально уменьшена в размерах.

Средства для решения задачи изобретения

Предлагаемый в изобретении бесщеточный электродвигатель содержит статор, имеющий обмотку, на которую подается ток, ротор, вращаемый вращающимся магнитным полем, создаваемым обмоткой, соединенный с исполнительным органом, и переключающий элемент, установленный на пути подачи тока к обмотке, причем бесщеточный электродвигатель имеет блок управления частотой вращения, регулирующий частоту вращения ротора по меньшей мере в двух режимах управления, отличающихся друг от друга частотой вращения ротора, и если из режимов управления выбран первый режим, то блок управления частотой вращения подает ток в обмотку в заданный момент времени подачи питания и регулирует продолжительность включения, означающую нахождение переключающего элемента во включенном состоянии, для регулирования частоты вращения ротора, а если из режимов управления выбран второй режим, то блок управления частотой вращения подает ток в обмотку в более ранний момент времени подачи питания, чем момент времени подачи питания в первом режиме управления, таким образом выполняя регулирование по ослаблению поля путем ослабления вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой, по сравнению с вращающимся магнитным полем в первом режиме управления для регулирования частотой вращения ротора.

Предлагаемый в настоящем изобретении бесщеточный электродвигатель может дополнительно содержать механизм уменьшения частоты вращения, устанавливаемый на пути передачи мощности привода от ротора к исполнительному органу, причем механизм уменьшения частоты вращения имеет конструкцию, позволяющую уменьшать частоту вращения на выходе относительно частоты вращения на входе.

Предлагаемый в настоящем изобретении бесщеточный электродвигатель может дополнительно содержать блок управления направлением вращения, который обеспечивает вращение ротора вперед и назад посредством переключения направления тока, подаваемого на обмотку.

В предлагаемом в настоящем изобретении бесщеточном электродвигателе может иметься плата управления с блоком управления частотой вращения, и механизм уменьшения частоты вращения и плата управления могут размещаться в общем корпусе.

Стеклоочиститель содержит рычаг стеклоочистителя, являющийся исполнительным органом для очистки ветрового стекла автомобиля, причем рычаг стеклоочистителя соединяется с ротором бесщеточного электродвигателя согласно любому из вышеназванных изобретений.

В предлагаемом в настоящем изобретении стеклоочистителе могут использоваться магнит датчика и датчик частоты вращения, причем магнит датчика вращается вместе с ротором, а датчик частоты вращения выдает сигнал в соответствии со сменой магнитных полюсов магнита датчика при вращении ротора, и, осуществляя управление ослаблением поля, блок управления частотой вращения регулирует частоту вращения ротора на основе сигнала от датчика частоты вращения и вводит опережение по фазе момента времени подачи питания на обмотку якоря на электрический угол 30°.

Осуществление изобретения

Согласно настоящему изобретению (п. 1 формулы изобретения) категория бесщеточного электродвигателя определяется на основании частоты вращения ротора в первом режиме управления, а частота вращения ротора во втором режиме управления может быть получена путем ослабления поля. Вследствие этого бесщеточный электродвигатель может быть максимально уменьшен в размерах.

Согласно настоящему изобретению (п. 2 формулы изобретения) механизм уменьшения частоты вращения может уменьшать частоту вращения ротора и увеличивать крутящий момент на выходе по сравнению с крутящим моментом на входе.

Согласно настоящему изобретению (п. 3 формулы изобретения) ротор может вращаться в обратном направлении посредством переключения направления подачи тока на обмотку якоря.

Согласно настоящему изобретению (п. 4 формулы изобретения), вследствие того что механизм уменьшения частоты вращения и плата управления располагаются в общем корпусе, бесщеточный электродвигатель может быть уменьшен в размерах, и можно улучшить возможности по его размещению на целевом объекте.

Согласно настоящему изобретению (п. 5 формулы изобретения) ветровое стекло автомобиля может очищаться посредством передачи мощности привода ротора бесщеточного электродвигателя рычагу стеклоочистителя с целью приведения его в действие.

Согласно настоящему изобретению (п. 6 формулы изобретения) при осуществлении управления ослаблением поля частота вращения ротора может регулироваться посредством определения частоты вращения по сигналу датчика частоты вращения и опережения по фазе момента времени подачи питания на обмотку якоря на электрический угол 30°.

Краткое описание чертежей

На чертежах показано:

на фиг. 1 - схематичный вид примера осуществления изобретения, в котором предлагаемый в настоящем изобретении бесщеточный электродвигатель используется в стеклоочистителе автомобиля,

на фиг. 2 - внешний вид предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя,

на фиг. 3 - вид снизу предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя со снятой защитной крышкой,

на фиг. 4 - блок-схема системы управления предлагаемым в настоящем изобретении бесщеточным электродвигателем,

на фиг. 5 - диаграмма зависимости между частотой вращения и крутящим моментом бесщеточного электродвигателя,

на фиг. 6 - диаграмма зависимости между частотой вращения и углом опережения в бесщеточном электродвигателе,

на фиг. 7 - диаграмма зависимости между кпд и углом опережения в бесщеточном электродвигателе,

на фиг. 8 - схематичный вид другого примера осуществления изобретения, в котором предлагаемый в настоящем изобретении бесщеточный электродвигатель используется в стеклоочистителе автомобиля,

на фиг. 9 - внешний вид предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя,

на фиг. 10 - вид снизу предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя со снятой защитной крышкой,

на фиг. 11 - блок-схема системы управления предлагаемым в настоящем изобретении бесщеточным электродвигателем,

на фиг. 12 - диаграмма, иллюстрирующая пример характеристик предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя,

на фиг. 13 - схематичный вид еще одного примера осуществления изобретения, в котором предлагаемый в настоящем изобретении бесщеточный электродвигатель используется в стеклоочистителе автомобиля,

на фиг. 14 - внешний вид предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя,

на фиг. 15 - вид снизу предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя со снятой защитной крышкой,

на фиг. 16 - блок-схема системы управления предлагаемым в настоящем изобретении бесщеточным электродвигателем,

на фиг. 17A-17C - диаграммы, показывающие примеры первого и второго режимов управления, которые реализуются предлагаемым в настоящем изобретении бесщеточным электродвигателем,

на фиг. 18 - диаграмма, иллюстрирующая характеристики предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя,

на фиг. 19 - диаграмма, показывающая зависимость характеристик предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя от электрического угла,

на фиг. 20 - диаграмма, иллюстрирующая один из примеров режимов управления, осуществляемого в предлагаемом в настоящем изобретении бесщеточном электродвигателе на основе рабочего угла,

на фиг. 21 - диаграмма, иллюстрирующая один из примеров режимов управления, осуществляемого в предлагаемом в настоящем изобретении бесщеточном электродвигателе на основе времени,

на фиг. 22 - диаграмма, иллюстрирующая один из примеров режимов управления, осуществляемого на основе времени в предлагаемом в настоящем изобретении бесщеточном электродвигателе,

на фиг. 23A и 23B - таблицы, показывающие примеры первого и второго режимов управления, осуществляемых в предлагаемом в настоящем изобретении бесщеточном электродвигателе,

на фиг. 24А и 24B - виды в разрезе конструкций ротора для предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя,

на фиг. 25 - схематичный вид одного из примеров отношения между ротором и статором в предлагаемом в настоящем изобретении бесщеточном электродвигателе,

на фиг. 26 - схематичный вид другого примера отношения между ротором и статором в предлагаемом в настоящем изобретении бесщеточном электродвигателе, и

на фиг. 27 - диаграмма, показывающая характеристики предлагаемого в настоящем изобретении бесщеточного электродвигателя.

Лучший вариант осуществления изобретения

Ниже более подробно описывается один из вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Показанный на фиг. 1 автомобиль 10 имеет ветровое стекло 11. Кроме того, упомянутый автомобиль 10 имеет стеклоочиститель 12 для очистки ветрового стекла 11. Упомянутый стеклоочиститель 12 имеет рычаг 14 стеклоочистителя, который совершает возвратно-поступательное движение на поворотной оси 13, и рычаг 16 стеклоочистителя, который совершает возвратно-поступательное движение на поворотной оси 15. Щетка 17 стеклоочистителя устанавливается на свободном конце рычага 14 стеклоочистителя, а щетка 18 - на свободном конце рычага 16 стеклоочистителя. Стеклоочиститель 12, кроме того, имеет бесщеточный электродвигатель 19, служащий в качестве источника мощности привода для приведения в действие рычагов 14 и 16 стеклоочистителя. В данном варианте осуществления изобретения мощность привода бесщеточного электродвигателя 19 передается рычагам 14 и 16 стеклоочистителя посредством механизма 20 кинематической передачи, состоящего из рычагов и соединительных тяг.

Бесщеточный электродвигатель 19 имеет конструкцию, показанную на фиг. 2, 3 и 4. В данном варианте осуществления изобретения в качестве бесщеточного электродвигателя 19 используется трехфазный четырехполюсный бесщеточный электродвигатель 19. Бесщеточный электродвигатель 19 имеет статор 21 и ротор 22. Бесщеточный электродвигатель 19 дополнительно имеет цилиндрический корпус 23 с закрытым концом, и статор 21 крепится к внутренней окружности корпуса 23. Как показано на фиг. 4, статор 21 имеет трехфазные, а именно U-, V- и W-фазные обмотки 21а, 21b, и 21с. Ротор 22 монтируется внутри статора 21 и имеет вращающийся вал 22а и четырехполюсные постоянные магниты 22b, установленные на вращающемся валу 22а. Внутри корпуса 23 установлено несколько непоказанных на чертеже подшипников, и вращающийся вал 22а опирается на эти подшипники.

Кроме того, бесщеточный электродвигатель 19 имеет полую раму 24, и полая рама 24 и корпус 23 соединяются друг с другом с помощью непоказанного на чертеже соединительного элемента. Практически половина вращающегося вала 22а в продольном направлении находится внутри корпуса 23, а остающаяся часть вращающегося вала 22а располагается внутри рамы 24. На внешней окружности упомянутой части вращающегося вала 22а, расположенной внутри рамы 24, выполнена червячная шестерня 22с. Внутри рамы 24 имеется червячное колесо 25. На наружной окружности этого червячного колеса 25 выполнена зубчатка 25а, и зубчатка 25а и червячная шестерня 22с находятся в зацеплении друг с другом. Кроме того, на остающейся части вращающегося вала 22а, находящейся внутри рамы 24, устанавливается магнит 38 датчика. Упомянутый магнит 38 датчика вращается вместе с вращающимся валом 22а. Магнит 38 датчика намагничен таким образом, что его N и S полюса чередуются в окружном направлении вращающегося вала 22а.

Кроме того, червячное колесо 25 выполнено с возможностью вращения вместе с выходным валом 26. Червячная шестерня 22с и зубчатка 25а в данном варианте осуществления изобретения совместно образуют механизм 27 уменьшения частоты вращения. Данный механизм 27 уменьшения частоты вращения является средством уменьшения частоты вращения выходного вала 26 (частоты вращения на выходе) относительно частоты вращения ротора 22 (частоты вращения на входе) при передаче мощности привода ротора 22 выходному валу 26. Кроме того, верхняя в плоскости фиг. 2 часть рамы 24 имеет непоказанное на чертеже отверстие для вала. Червячное колесо 25 крепится к одному концу выходного вала 26, а другой конец выходного вала 26 выходит наружу через выполненное в раме 24 отверстие для вала и соединяется с механизмом 20 кинематической передачи, как это показано на фиг. 1.

На противоположной отверстию для вала стороне рамы 24 имеется проем 24а. Данный проем 24а необходим для установки червячного колеса 25 и т.п. внутрь рамы 24. Кроме того, к раме 24 крепится защитная крышка 28, закрывающая проем 24а. На фиг. 2 показан один из примеров, в котором на защитной крышке установлена плата 29 управления.

Как видно из фиг. 4, на упомянутой плате 29 управления размещается приводное устройство 33 для управления бесщеточным электродвигателем 19. Упомянутое приводное устройство 33 содержит инверторную схему 30 управления подачей питания на каждую из обмоток 21а, 21b и 21с. Упомянутая инверторная схема 30 соединяется с непоказанным на чертеже терминалом. Рама 24 имеет непоказанный на чертеже разъем, и посредством вставки в разъем непоказанной на чертеже приемной колодки электрического провода, соединенного с внешним источником питания 31, внешний источник питания 31 и инверторная схема 30 соединяются друг с другом. Упомянутым внешним источником питания 31 является аккумуляторная батарея, конденсатор или т.п., устанавливаемые на автомобиле 10.

Кроме того, инверторная схема 30 имеет переключающий элемент 30а для соединения обмоток 21а, 21b и 21с с источником 31 внешнего питания. Данный переключающий элемент 30а представляет собой, к примеру, полупроводниковое устройство типа полевого транзистора. Более конкретно, переключающий элемент 30а включает в себя три плюсовых переключающих элемента, соответствующих фазам U, V и W и соединенных с положительным полюсом внешнего источника питания 31, и три минусовых переключающих элемента, соответствующих фазам U, V и W и соединенных с отрицательным полюсом внешнего источника питания 31. Когда переключающий элемент 30а замкнут (включен), ток от внешнего источника питания поступает на обмотки 21а, 21b и 21с. Напротив, когда переключающий элемент 30а разомкнут (выключен), ток от внешнего источника питания не поступает на обмотки 21а, 21b и 21с. Кроме того, схема 32 управления (контроллер), имеющая функцию управления переключением между включенным и выключенным состояниями переключающего элемента 30а, соединяется с инверторной схемой 30.

Данная схема 32 управления представляет собой широкоизвестный микрокомпьютер, включающий в себя центральный процессор, оперативную память, постоянную память и т.п. Приводное устройство 33 дополнительно имеет схему 34 выработки широтно-модулированного (шим) сигнала, и сигнал со схемы 34 выработки широтно-модулированного сигнала подается на вход схемы 32 управления. Данная схема 32 управления выдает управляющий сигнал для управления тремя минусовыми переключающими элементами, и упомянутый широтно-модулированный сигнал накладывается на этот управляющий сигнал. То есть упомянутые три минусовых переключающих элемента управляются широтно-модулированными импульсами, так что они периодически включаются в каждом периоде времени подачи питания. И путем управления отношением, при котором упомянутые три минусовых переключающих элемента по отдельности включены, т.е. путем управления продолжительностью включения может осуществляться управление током, подаваемым на каждую обмотку 21а, 21b и 21с. То есть период времени подачи питания, в течение которого электрическая энергия подается на обмотки 21а, 21b и 21с, может быть увеличен или уменьшен в пределах от 0% до 100% относительно полного периода времени подачи питания. Более того, схема 32 управления сохраняет в памяти данные, программу и т.д. для управления, осуществляемого во время запуска бесщеточного электродвигателя 19. Время запуска бесщеточного электродвигателя 19 является исходным временем начала вращения бесщеточного электродвигателя 19 из состояния покоя.

При этом к свободному концу каждой обмотки 21а, 21b и 21с подсоединен блок 35 обнаружения индуцированного напряжения. Упомянутый блок 35 обнаружения индуцированного напряжения представляет собой датчик, который обнаруживает индуцированное напряжение, возникающее в каждой обмотке 21а, 21b и 21с в связи с вращением ротора 22, и сигнал обнаружения с блока 35 обнаружения индуцированного напряжения поступает на вход схемы 32 управления. Упомянутая схема 32 управления определяет положение вращения ротора 22 (фазу в направлении вращения) на основе сигнала обнаружения, поступающего с блока 35 обнаружения индуцированного напряжения.

При этом бесщеточный электродвигатель 19 в данном варианте выполнения осуществляет управление переключением между включенным и выключенным состояниями переключающего элемента 30а для изменения на обратное направления подачи питания на обмотки 21а, 21b и 21с, обеспечивая возможность вращения ротора 22 вперед и назад.

Кроме того, внутри рамы 24 устанавливается датчик 36 выходного вала, определяющий по меньшей мере либо частоту вращения, либо абсолютное положение выходного вала 26. Абсолютное положение означает угол поворота выходного вала 26 относительно опорного положения. Упомянутое опорное положение может быть любым положением в диапазоне 360°. Сигнал обнаружения от этого датчика 36 выходного вала поступает на вход схемы 32 управления. Кроме того, на плате управления устанавливается ИС 39 с датчиком Холла. Упомянутая ИС 39 с датчиком Холла крепится таким образом, чтобы бесконтактно взаимодействовать с магнитом 38 датчика. При чередовании магнитных полюсов магнита 38 датчика в результате вращения ротора 22 ИС 39 с датчиком Холла осуществляет операцию переключения, вырабатывая переключающий сигнал (сигнал включения/выключения). Схема управления 32 может определять частоту вращения (скорость вращения) ротора 22 на основе переключающего сигнала, поступающего от ИС 39 с датчиком Холла. Кроме того, в салоне автомобиля 10 устанавливается переключатель 37 стеклоочистителя, и рабочий сигнал от переключателя 37 стеклоочистителя поступает на вход схемы 32 управления.

В стеклоочистителе 12 переключатель 37 приводится в действие водителем с учетом условий, таких как интенсивность выпадения дождя, снега и т.д., тем самым обеспечивая переключение скорости перемещения рычагов 14 и 16 стеклоочистителя при очистке ветрового стекла. Если интенсивность выпадения дождя или снега мала, водитель может с помощью переключателя 37 стеклоочистителя выбрать низкоскоростной режим очистки, чтобы побудить рычаги 14 и 16 стеклоочистителя работать с заданной медленной скоростью. Напротив, если интенсивность выпадения дождя или снега велика, водитель может с помощью переключателя 37 стеклоочистителя выбрать высокоскоростной режим очистки, чтобы побудить рычаги 14 и 16 стеклоочистителя работать с более высокой скоростью, чем скорость в низкоскоростном режиме. Водитель определяет интенсивность выпадения дождя или снега по своему собственному разумению, и здесь нет критерия определения, велика или мала интенсивность осадков. И типовые шаблоны, данные, арифметические выражения и т.п., относящиеся к низкоскоростному или высокоскоростному режиму работы, заранее сохраняются в схеме 32 управления для управления переключающим элементом 30a.

Ниже описывается управление бесщеточным электродвигателем 19 данного варианта осуществления изобретения. Если с помощью переключателя 37 стеклоочистителя выбирается низкоскоростной режим очистки, то сигнал обнаружения от блока 35 обнаружения индуцированного напряжения поступает на вход схемы 32 управления. На основе сигнала обнаружения с блока 35 обнаружения индуцированного напряжения схема управления 32 определяет положение вращения (угол в направлении вращения) ротора 22 и осуществляет управление подачей питания исходя из положения вращения ротора 22. То есть плюсовые переключающие элементы последовательно включаются на электрический угол 120°, и минусовые переключающие элементы с фазой, отличающейся от фазы плюсовых переключающих элементов, последовательно включаются на электрический угол 120°, тем самым переключая подачу питания на обмотки 21а, 21b и 21с соответствующих фаз для коммутации фазного тока.

При повторении вышеописанного управления статором 21 формируется вращающееся магнитное поле для вращения ротора 22. Более того, бесщеточному электродвигателю 19 свойственно увеличение частоты вращения с увеличением силы тока. Кроме того, бесщеточному электродвигателю 19 свойственно уменьшение крутящего момента по мере увеличения частоты вращения. Если выбран низкоскоростной режим очистки, управление продолжительностью включения осуществляется без регулирования частоты вращения путем ослабления поля, вследствие чего текущая частота вращения ротора 22 поддерживается вблизи требуемой частоты вращения. Более того, если выбран низкоскоростной режим очистки, то используется заданное фиксированное значение времени подачи питания на каждую обмотку 21а, 21b и 21с.

С другой стороны, если выбран высокоскоростной режим очистки, регулирование частоты вращения путем ослабления поля осуществляется без изменения тока, поступающего в обмотки 21а, 21b и 21с. Термин "регулирование частоты вращения путем ослабления поля" означает регулирования частоты вращения путем максимального ослабления магнитного поля, создаваемого посредством подачи тока в обмотки 21а, 21b и 21с. Как особо описывается ниже, регулирование частоты вращения путем ослабления поля - это регулирование опережения по фазе момента времени подачи питания на обмотки 21а, 21b и 21с на 30° (опережающая фаза) по сравнению с фазой низкоскоростного режима. То есть, если выбран высокоскоростной режим очистки, то вращающееся магнитное поле, формируемое обмотками 21а, 21b и 21с, слабее, чем вращающееся магнитное поле, формируемое обмотками 21а, 21b и 21с в низкоскоростном режиме очистки. Когда осуществляется упомянутое регулирование частоты вращения путем ослабления поля противоэлектродвижущая сила в обмотках 21а, 21b и 21с снижается, а частота вращения ротора 22 повышается. В угле опережения зависимость между обмотками якоря и постоянными магнитами в направлении вращения ротора 22 представлена электрическим углом.

На фиг. 5 показана диаграмма характеристик бесщеточного электродвигателя 19. На фиг. 5 по вертикальной оси откладывается частота вращения бесщеточного электродвигателя 19, а по горизонтальной оси - его крутящий момент. Кроме того, пунктирной линией на фиг. 5 показан пример низкоскоростной характеристики, соответствующей низкоскоростному режиму очистки, а жирной линией - пример высокоскоростной характеристики, соответствующей высокоскоростному режиму очистки.

В бесщеточным электродвигателе 19 данного варианта осуществления изобретения для определения его категории имеется установочная характеристика, обозначенная, например, жирной линией, позволяющая получить частоту вращения и крутящий момент, соответствующие низкоскоростной характеристике на фиг. 5. Вследствие этого, если с помощью переключателя 37 стеклоочистителя выбран низкоскоростной режим очистки, то требуемые частота вращения и крутящий момент могут быть получены в пределах области значений, равных или лежащих ниже установочной характеристики.

Напротив, если с помощью переключателя 37 стеклоочистителя выбран высокоскоростной режим очистки, и частота вращения и крутящий момент располагаются в области значений выше установочной характеристики, схема 32 управления осуществляет регулирование частоты вращения путем ослабления поля, тем самым позволяя получить частоту вращения и крутящий момент, располагающиеся выше установочной характеристики. При этом характеристика бесщеточного электродвигателя 19 казалось бы становится эквивалентной характеристике, обозначенной на фиг. 5 штрихпунктирной линией. То есть в бесщеточном электродвигателе 19 конструктивная категория определяется на основании низкоскоростного режима очистки, и бесщеточный электродвигатель 19 может быть максимально уменьшен в размерах. А крутящий момент может быть увеличен путем увеличения частоты вращения бесщеточного электродвигателя 19 без изменения силы тока, что означает, что моментный коэффициент относительно увеличился. Другими словами, бесщеточный электродвигатель 19 может создавать максимально высокий крутящий момент при меньшем потреблении энергии, тем самым повышая кпд электродвигателя.

На фиг. 6 показана диаграмма отношения между углом опережения в виде момента времени подачи питания и частотой вращения бесщеточного электродвигателя 19. На фиг. 6 по горизонтальной оси откладывается ток, а по вертикальной оси - частота вращения. Как показано на фиг. 6, частота вращения в случае угла опережения 30° выше, чем частота вращения при угле опережения 0°. Угол опережения 0° является фиксированным значением момента времени подачи питания, описанным в низкоскоростном режиме работы. Более того, на фиг. 7 показана диаграмма отношения между углом опережения в виде момента времени подачи питания и кпд бесщеточного электродвигателя 19. На фиг. 7 по горизонтальной оси откладывается ток, а по вертикальной оси - кпд. Как видно из фиг. 7, кпд при угле опережения 30° выше, чем кпд при угле опережения 0°.

При этом в общем, в автомобильных стеклоочистителях низкоскоростной режим очистки используется чаще, чем высокоскоростной режим. По этой причине, если в стеклоочистителе 12 используется бесщеточный электродвигатель 19 данного варианта выполнения, эффект снижения потребления энергии велик, если выбран низкоскоростной режим очистки.

При этом в бесщеточном электродвигателе 19 данного варианта выполнения, если осуществляется регулирование частоты вращения путем ослабления поля, положение вращения ротора 22 может быть определено на основе сигнала обнаружения, поступающего от блока 35 обнаружения индуцированного напряжения.

Кроме того, помимо сигнала обнаружения, поступающего от блока 35 обнаружения индуцированного напряжения, положение вращения ротора 22 может быть определено исходя из сигнала обнаружения, поступающего от датчика 36 выходного вала, и передаточного числа механизма 27 уменьшения частоты вращения. Как только что было сказано, в бесщеточном электродвигателе 19 данного варианта выполнения положение вращения ротора 22 может быть определено с помощью блока 35 обнаружения индуцированного напряжения и датчика 36 выходного вала, если он имеется.

При этом в бесщеточном электродвигателе 19 данного варианта выполнения частота вращения и крутящий момент, соответствующие высокоскоростной характеристике, могут быть получены посредством осуществления регулирования ослабления поля, и бесщеточный электродвигатель 19 оснащен механизмом 27 уменьшения частоты вращения. Вследствие этого в бесщеточном электродвигателе 19 передаточное число механизма 27 уменьшения частоты вращения может быть установлено таким, что может быть обеспечена характеристика, т.е. частота вращения и крутящий момент, подходящие для условий эксплуатации рычагов 14 и 16 стеклоочистителя 12. Упомянутое передаточное отношение механизма 27 уменьшения частоты вращения является значением, получаемым путем деления частоты вращения выходного вала 26 на частоту вращения ротора 22, и частота вращения выходного вала 26 уменьшается при увеличении передаточного отношения механизма 27 уменьшения частоты вращения, а крутящий момент выходного вала 26 увеличивается по сравнению с крутящим моментом ротора 22.

При этом в бесщеточном электродвигателе 19 данного варианта выполнения регулировка угла опережения во время вращения вперед и назад бесщеточного электродвигателя 19 может быть оптимизирована на основе определения положения вращения ротора 22. При этом в виду того, что бесщеточный электродвигатель 19 данного варианта выполнения не имеет щеток, коллектора и т.д., отсутствует момент трения из-за скольжения щеток по коллектору, что предотвращает уменьшение кпд электродвигателя и повышение температуры щетки и исключает ограничение мощности электродвигателя. Кроме того, в бесщеточном электродвигателе 19 данного варианта выполнения отсутствуют шумы и рабочие звуки, возникающие при работе щеток, и обеспечивается тишина.

При этом в бесщеточном электродвигателе 19 данного варианта выполнения как плата 29 управления, так и механизм 27 уменьшения частоты вращения размещаются внутри полости, ограниченной рамой 24 и защитной крышкой 28, т.е., с механической и электрической точек зрения, внутри несущей конструкции. Вследствие этого весь бесщеточный электродвигатель 19 может быть выполнен компактным, и могут быть улучшены возможности по его размещению в автомобиле.

При этом в бесщеточном электродвигателе 19 данного варианта выполнения, если выбран высокоскоростной режим очистки для осуществления регулирования частоты вращения путем ослабления поля, то схема 32 управления осуществляет управление определением частоты вращения ротора 22 на основе сигнала включения/выключения от ИС 39 с датчиком Холла. Кроме того, частота вращения ротора 22 может регулироваться посредством опережения момента времени подачи питания на обмотки 21а, 21b и 21с на электрический угол 30°.

В частности, в стеклоочистителе 12 время с момента, когда рычаги 14 и 16 начнут работу с их исходных позиций, до момента, когда они, пройдя через позиции реверсирования, снова вернутся на свои исходные позиции, желательно поддерживать постоянным. С другой стороны, существует возможность того, что из-за некоторых условий, таких как сопротивление ветру, возникающее при движении автомобиля, и сопротивление перемещению щеток 17 и 18 стеклоочистителя, реальная скорость рычагов 14 и 16 стеклоочистителя при очистке изменится, что приведет к изменению требуемого времени. Таким образом, одновременно с осуществлением регулирования частоты вращения путем ослабления поля может осуществляться управление продолжительностью включения. Как будет особо описано ниже, схема 32 управления непосредственно определяет реальную скорость перемещения рычагов 14 и 16 стеклоочистителя при очистке на основе сигнала от ИС 39 с датчиком Холла. И, осуществляя обратную связь, схема 32 управления регулирует продолжительность включения таким образом, что реальная скорость рычагов 14 и 16 стеклоочистителя при очистке поддерживается близкой к целевой скорости очистки. Таким образом, посредством регулирования продолжительности включения в период времени с момента, когда осуществлялась предшествующая регулировка времени подачи питания, до момента осуществления следующей регулировки момента времени подачи питания скорость перемещения рычагов 14 и 16 стеклоочистителя при очистке может точно регулироваться.

Далее описывается отношение между рассмотренной в данном варианте выполнения конструкцией и конструкцией, предлагаемой в настоящем изобретении. Приводное устройство 33, содержащее схему 32 управления, соответствует блоку управления частотой вращения и блоку управления направлением вращения в настоящем изобретении, рама 24 и защитная крышка 28 соответствуют корпусу в настоящем изобретении, ветровое стекло 11 соответствует ветровому стеклу в настоящем изобретении, рычаги 14 и 16 соответствуют исполнительному органу в настоящем изобретении, переключающий элемент 30а соответствует переключателю в настоящем изобретении, а ИС 39 с датчиком Холла соответствует датчику частоты вращения в настоящем изобретении. Более того, низкоскоростной режим очистки соответствует первому режиму управления в настоящем изобретении, а высокоскоростной режим очистки соответствует второму режиму управления в настоящем изобретении.

Само собой разумеется, что настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления и может быть различным образом модифицировано, не отклоняясь от существа изобретения. Например, переключатель стеклоочистителя не ограничивается переключателем, приводимым в действие водителем, и может быть переключателем обнаружения, имеющим функцию обнаружения интенсивности выпадения дождя, снега и т.д. С описанной выше конструкцией блок управления частотой вращения автоматически запускает стеклоочиститель исходя из интенсивности выпадения дождя, снега и т.д., и осуществляет управление автоматическим переключением между низкоскоростным и высокоскоростным режимами очистки. В таком случае блок управления частотой вращения заранее сохраняет в памяти данные, такие как интенсивность выпадения дождя, снега и т.д., которые служат основой для переключения между низкоскоростным и высокоскоростным режимами очистки. Кроме того, по желанию может меняться количество обмоток якоря и количество постоянных магнитов.

Кроме то