控制装置、电动压缩机及控制方法

摘要

本发明的一方式为控制装置，其具备：电气检测部，检测有关设置于直流电源与逆变器的开关元件之间的主电容器的电气物理量；及保护控制部，根据所述电气物理量的变化，控制所述逆变器的开关元件，以防止电流流向所述主电容器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制装置、电动压缩机及控制方法。

本申请主张基于2019年3月14日于日本申请的专利申请2019-047681号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

使用了马达的车辆用装置的一例即车辆用电动压缩机由压缩制冷剂的压缩机、使压缩机旋转的马达及控制马达的逆变器构成。在逆变器中搭载有为了使交流电流流过马达的定子绕组而将直流电压转换为交流电压的多个开关元件、检测各部的电流/电压并根据其结果控制开关元件的控制装置及为了抑制因开关元件的动作产生的浪涌电压或使直流电压平滑而设置的主电容器等(专利文献1)。

电动压缩机设置于车辆的狭窄的空间，因此要求小型化。为了实现电动压缩机的小型化，对主电容器也要求小型化。主电容器的静电容量与大小相关，因此若对主电容器进行小型化，则其静电容量必定变小。

电动压缩机通过搭载于车辆的高电压电池接收高电压的供给，并通过逆变器使马达及压缩机旋转而压缩制冷剂(图8)。图8～图11是表示电动压缩机100的结构例的简易电路图。图8所示的电动压缩机100具备压缩机4、使压缩机4旋转的马达3及控制马达3的逆变器200。逆变器200具备6个开关元件201～206及主电容器207。并且，主电容器207经由开闭器(接触器等)6与高电压电池5连接。图8表示马达运行时的某定时下的电流的流动。图9表示逆变器刚停止后的电流的流动的一例(开闭器6为“接通”时)。图10表示逆变器刚停止后的电流的流动的一例(开闭器6为“断开”时)。图11表示逆变器刚停止后的电流的流动的一例。

若在电动压缩机运行中开关元件均处于“断开”状态(逆变器停止状态)，则因压缩机及马达本身的惯性而虽然时间短但马达继续旋转，从而之前在马达中流动的电流或由旋转引起的感应电压通过逆变器返回到高电压电池(图9)。由此，在高电压电池中多少产生电压增加。

另一方面，在电动压缩机与高电压电池之间设置有开闭器，并且车辆侧的系统控制开闭器。在电动压缩机运行中，因来自车辆系统的指令而开闭器打开，从而存在电力向电动压缩机的供给断绝的可能性。若来自高电压电池的供电消失，则成为仅充电到主电容器的电压从逆变器供给至马达。如上所述，主电容器为小容量，因此其两端电压立即下降。当输入电压(即主电容器两端电压)低于阈值时，电动压缩机的控制装置例如使开关元件均处于“断开”状态。如上所述，若开闭器6闭合，则上述电流流入高电压电池5(图9)，若开闭器6打开，则上述电流流入上述主电容器207，从而会产生主电容器两端电压的急剧的电压增加(图10)。若该上升的电压超过开关元件的耐电压，则存在开关元件出现故障的可能性。作为防止这种情况的方法，在非专利文献1等中研究了为了抑制电流流入主电容器而适当控制逆变器的开关元件的方法(图11)。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-55582号公报

非专利文献

非专利文献1：青木涉、中岛雄希、伊东淳一、鸟羽章夫、“逆变器紧急停止时的直流电容器的电压上升抑制法”、2012年度电气关系学会北陆支部联合大会、A-72(2012)

发明内容

发明要解决的技术课题

若要执行为了抑制流入上述主电容器的电流而适当控制逆变器的开关元件的方法，则优选在电动压缩机侧事先识别开闭器处于打开状态。然而，上述开闭器由车辆侧的系统控制。因此，存在开闭器打开这一信息不会传递至电动压缩机的可能性。因此，在以开闭器打开这一信息传递为前提的结构中，有时无法适当地进行用于抑制流入主电容器的电流的控制这一课题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够解决上述课题的控制装置及控制方法。

用于解决技术课题的手段

根据本发明的第1方式，控制装置具备：电气检测部，检测有关设置于直流电源与逆变器的开关元件之间的主电容器的电气物理量；及保护控制部，根据所述电气物理量的变化，控制所述逆变器的开关元件，以防止电流流向所述主电容器。

根据本发明的第2方式，在第1方式所涉及的控制装置中，可以是如下：当所述电气物理量的变化的斜率的绝对值大于规定值时，所述保护控制部控制所述逆变器的开关元件，以防止电流流向所述主电容器。

根据本发明的第3方式，在第1或第2方式所涉及的控制装置中，可以是如下：当所述电气物理量的值满足大小的基准且所述电气物理量的变化的斜率的绝对值大于规定值时，所述保护控制部控制所述逆变器的开关元件，以防止电流流向所述主电容器。

根据本发明的第4方式，第1方式至第3方式中任一个方式所涉及的控制装置还可以具备：马达停止控制部，当控制所述逆变器的开关元件而防止了电流流向所述主电容器的状态经过了规定时间时，断开所述逆变器的所有开关元件。

根据本发明的第5方式，在第1方式至第4方式中任一个方式所涉及的控制装置中，可以是如下：所述逆变器为马达的驱动电路，所述主电容器经由通过外部装置接通或断开的开闭器与所述直流电源连接。

根据本发明的第6方式，电动压缩机具备：压缩机；马达，驱动所述压缩机；逆变器，驱动所述马达；主电容器，设置于直流电源与所述逆变器的开关元件之间；电气检测部，检测有关所述主电容器的电气物理量；及保护控制部，根据所述电气物理量的变化，控制所述逆变器的开关元件，以防止电流流向所述主电容器。

根据本发明的第7方式，控制方法在具备检测有关设置于直流电源与逆变器的开关元件之间的主电容器的电气物理量的电气检测部及控制所述逆变器的开关元件的保护控制部的控制装置中，通过所述保护控制部，根据所述电气物理量的变化，控制所述逆变器的开关元件，以防止电流流向所述主电容器。

发明效果

根据上述中的至少一个方式，即使在开闭器已打开这一信息不会传递的情况下，也能够进行用于抑制流入主电容器的电流的控制。

附图说明

图1是用于说明本发明的一实施方式所涉及的电动压缩机的结构例的简易电路图。

图2是用于说明图1所示的电动压缩机1的动作例的状态过渡图。

图3是表示图2所示的各事件E1～E8的内容的一例的图表。

图4是表示图1所示的主电容器27的两端电压随时间变化的测量结果的一例的图。

图5是用于说明本发明的另一实施方式的动作例的示意图。

图6是表示图2所示的各事件E1～E8的内容的另一例的图表。

图7是表示至少一个实施方式所涉及的计算机的结构的概略框图。

图8是表示电动压缩机的动作例的示意图。

图9是表示电动压缩机的动作例的示意图。

图10是表示电动压缩机的动作例的示意图。

图11是表示电动压缩机的动作例的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各附图中，对彼此相同或对应的结构标注相同的符号，并适当省略说明。

<第1实施方式>

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的电动压缩机1的结构例的简易电路图。图1所示的电动压缩机1具备逆变器2、马达3及压缩机4。压缩机4压缩制冷剂。马达3使压缩机4旋转。逆变器2为马达3的驱动电路，并且控制马达3。

逆变器2具有为了使交流电流流过马达3的定子绕组而将直流电压转换为交流电压的多个开关元件21～26及与各开关元件21～26并联连接的多个续流二极管D1～D6。逆变器2还具备控制装置20、主电容器27、检测各部的电压或电流的电压检测部28及电流检测部29等。在该情况下，主电容器27抑制因开关元件21～26的动作而产生的浪涌电压，或使马达3的驱动电源即直流电源的直流电压平滑。电压检测部28检测主电容器27的两端电压。并且，电流检测部29检测在多个开关元件21～26及各续流二极管D1～D6与主电容器27之间流动的电流。而且，控制装置20根据从车辆侧的系统(外部装置)发出命令的马达3的转速(旋转速度)的指令值和电压检测部28及电流检测部29的各检测结果，控制开关元件21～26。

控制装置20例如构成为具有CPU(中央处理装置)、存储装置及输入输出装置等，并且通过由CPU执行存储于存储装置的程序而进行动作。控制装置20作为由控制装置20所具有的硬件与CPU所执行的程序等软件的组合构成的功能的构成要件，具备保护控制部201、马达停止控制部202及转速控制部203。

保护控制部201根据电压检测部28或电流检测部29检测到的电压或电流的变化(电气物理量的变化)，推定开闭器6是否为“断开”，当推定为“断开”时，控制开关元件21～26，以防止电流流向主电容器27。例如，当电压检测部28或电流检测部29检测到的电压或电流的变化(电气物理量的变化)的斜率的绝对值大于规定值时，保护控制部201推定为开闭器6“断开”，并且控制开关元件21～26，以防止电流流向主电容器27。保护控制部201例如通过使上侧的3个开关元件21～23均成为“断开”(OFF)且使下侧的3个开关元件24～26均成为“接通”(ON)，防止马达3的再生电流等电流流向主电容器27。或者，保护控制部201例如通过使上侧的3个开关元件21～23均成为“接通”且使下侧的3个开关元件24～26均成为“断开”，防止马达3的再生电流等流向主电容器27。

当保护控制部201控制开关元件21～26而防止了电流流向主电容器27的状态经过了一定时间时，马达停止控制部202使所有开关元件21～26成为“断开”。一定时间是指，因惯性而旋转的马达3的转速充分降低后成为电流不向主电容器27流动的状态(或电流几乎不流动的状态)所需的时间。

转速控制部203根据从车辆侧的系统发出命令的马达3的转速的指令值(以下，称为马达转速指令)，控制开关元件21～26，由此控制马达3的转速。

另外，在图1所示的例子中，主电容器27经由开闭器(接触器、电磁接触器、电磁开闭器、继电器等)6与直流电源即高电压电池5连接。并且，在图1所示的结构中，电压检测部28及电流检测部29为检测设置于高电压电池5(直流电源)与逆变器2之间的主电容器27所涉及的电气物理量的电气检测部的一例。

接着，参考图1～图3对图1所示的电动压缩机1的动作例进行说明。图2是用于说明图1所示的电动压缩机1的动作例的状态过渡图。图3是表示图2所示的各事件E1～E8的内容的一例的图表。

如图2所示，本实施方式的电动压缩机1在马达停止状态S1、马达运行状态S2、开闭器状态推定状态S3或主电容器充电防止状态S4这4个状态中的任一个状态下进行动作。初始状态为马达停止状态S1。各状态S1～S4根据图3所示的各事件E1～E8而过渡。

马达停止状态S1为转速控制部203或马达停止控制部202使逆变器2的开关元件21～26均成为“断开”的动作状态。马达运行状态S2为转速控制部203根据马达转速指令而对逆变器2的开关元件21～26进行“接通”/“断开”控制以运行马达3的动作状态。开闭器状态推定状态S3为保护控制部201根据电压检测部28(或电流检测部29)的检测结果而推定开闭器6是“接通”还是“断开”的动作状态。主电容器充电防止状态S4为保护控制部201控制开关元件21～26以防止电流流向主电容器27的动作状态。

当在马达停止状态S1下产生了事件E1时，电动压缩机1维持马达停止状态S1。并且，当在马达停止状态S1下产生了事件E2时，电动压缩机1过渡到马达运行状态S2。当在马达运行状态S2下产生了事件E3时，电动压缩机1维持马达运行状态S2。并且，当在马达运行状态S2下产生了事件E4时，电动压缩机1过渡到马达停止状态S1。并且，当在马达运行状态S2下产生了事件E5时，电动压缩机1过渡到开闭器状态推定状态S3。并且，当在开闭器状态推定状态S3下产生了事件E6时，过渡到主电容器充电防止状态S4。并且，当在主电容器充电防止状态S4下产生了事件E7时，过渡到马达停止状态S1。并且，当在开闭器状态推定状态S3下产生了事件E8时，过渡到马达停止状态S1。

各事件E1～E8的内容如图3所示。事件E1是指，马达转速指令是否为0rps(rotations per second：每秒转速)，或主电容器两端电压小于规定阈值Vx。事件E2是指，马达转速指令不是0rps，且主电容器两端电压为阈值Vx以上。事件E3是指，马达转速指令不是0rps，且主电容器两端电压为阈值Vx以上。事件E4是指，马达转速指令为0rps。事件E5是指，主电容器两端电压小于阈值Vx。事件E6是指，主电容器两端电压的变化的斜率的绝对值大于规定阈值。事件E7是指，经过了一定时间。事件E8是指，主电容器两端电压的变化的斜率的绝对值小于规定阈值。

例如，当在马达停止状态S1下输入不是0rps的马达转速指令，且主电容器两端电压为阈值Vx以上时(产生了事件E2)，转速控制部203根据马达转速指令，对逆变器2的开关元件21～26进行“接通”/“断开”控制，以运行马达3(马达运行状态S2)。若在马达运行状态S2下马达转速指令成为0rps(产生了事件E4)，则转速控制部203“断开”逆变器2的开关元件21～26而停止马达3(马达停止状态S1)。

并且，若在马达运行状态S2下主电容器两端电压变得小于阈值Vx(产生了事件E5)，则保护控制部201根据电压检测部28检测到的主电容器两端电压，推定开闭器6是“接通”还是“断开”(开闭器状态推定状态S3)。在此，参考图4对开闭器6“断开”之后的主电容器27的两端电压随时间变化的例子进行说明。图4是表示图1所示的主电容器27的两端电压随时间变化的测量结果的一例的图。在图4所示的例子中，在时刻t1下开闭器6从“接通”成为“断开”，在时刻t2下主电容器27的两端电压变得小于阈值Vx，在时刻t3下通过保护控制部201控制开关元件21～26，以防止电流流向主电容器27。

在图4所示的例子中，在时刻t2之前，电动压缩机1在马达运行状态s2下进行动作。而且，当在时刻t2下主电容器27的两端电压变得小于阈值Vx时，电动压缩机1从马达运行状态S2向开闭器状态推定状态S3过渡。若向开闭器状态推定状态S3过渡，则保护控制部201计算时刻t2之前的一定期间的主电容器27的两端电压的变化的斜率的绝对值(在该情况下，为每单位时间的电压下降量)。此时，保护控制部201例如多次(在图4的例子中为3次)计算图4所示规定期间的斜率的绝对值。而且，当多次计算出的斜率的绝对值例如均大于规定阈值时(或2次以上大于规定阈值时)，保护控制部201推定为开闭器6“断开”，并视为产生了事件E6而控制开关元件21～26，以防止电流流向主电容器27(主电容器充电防止状态S4)(时刻t3)。时刻t3以后，电流不在主电容器27中流动，因此主电容器27的两端电压为恒定值而不变。而且，在时刻t3下向主电容器充电防止状态S4过渡之后，当经过了一定时间时(事件E7)，马达停止控制部202使所有开关元件21～26成为“断开”(马达停止状态S1)。另外，如图4点划线所示，假设在时刻t2下开关元件21～26均成为“断开”，则主电容器27的两端电压急剧上升。

并且，在图2中，在开闭器状态推定状态S3下，当产生事件E5之前的一定期间的主电容器27的两端电压的变化的斜率的绝对值(在该情况下，为每单位时间的电压下降量)小于规定阈值时(与事件E8对应)，保护控制部201不经由主电容器充电防止状态S4而使动作状态向马达停止状态S1过渡，并通过马达停止控制部202使所有开关元件21～26成为“断开”(马达停止状态S1)。当产生事件E5之前的一定期间的主电容器27的两端电压的变化的斜率的绝对值小于规定阈值时，推定为开闭器6未“断开”而处于高电压电池5的电压下降的状态。当开闭器6“接通”且处于高电压电池5连接的状态时，即便使开关元件21～26均成为“断开”，马达3的再生电流也会流入高电压电池5，因此主电容器27的两端电压不会急剧上升。另一方面，在主电容器充电防止状态S4下，由马达3所产生的再生电力引起的短路电流流向开关元件21～26的一部分，因此对开关元件21～26的一部分施加相对较大的负担。因此，当产生事件E8时，使电动压缩机1的动作状态不经由主电容器充电防止状态S4而向马达停止状态S1过渡。

在第1实施方式中，通过监视主电容器27的两端电压的变化来判断开闭器6的开闭状态。当在电动压缩机1运行中开闭器6打开时，电动压缩机1通过充电到主电容器27的电压继续运行。主电容器27为小容量，如图4所示，两端电压继续迅速减少。另一方面，因车辆的驱动而高电压电池5的电压也会减少，因此有时主电容器27的两端电压减少。但是，由车辆的驱动引起的高电压电池5的电压的减少的速度远慢于开闭器6打开时的主电容器27的两端电压的迅速减少的速度。通过利用该差，在电动压缩机1中，能够判别开闭器6闭合状态下的电压下降与开闭器6打开状态下的电压下降。利用该特性，在第1实施方式中，当主电容器两端电压的变化的斜率的绝对值较大且主电容器两端电压低于阈值Vx时，判断为处于开闭器6打开的状态。

在第1实施方式中，当判断为开闭器6打开时，以在马达3的惯性动作停止为止的短时间内抑制主电容器27的充电的方式控制开关元件21～26。相反，当主电容器两端电压的变化的斜率的绝对值较小且主电容器两端电压低于阈值Vx时，判断为以开闭器6保持闭合的状态高电压电池5的电压下降。

另外，能够事先通过实验来确定主电容器两端电压的变化的斜率的绝对值的阈值。然后，当主电容器两端电压超过了阈值Vx时，能够判断为开闭器6闭合。

根据第1实施方式，无需从车辆侧接收与开闭器6相关的信息而能够推定开闭器6的开闭状态。并且，例如，无需对现有的产品追加组件而能够推定开闭器6的开闭状态。

<第2实施方式>

接着，参考图5及图6对本发明的第2实施方式进行说明。图5是用于说明第2实施方式的动作例的示意图。图6是表示第2实施方式中的图2所示的各事件的内容的例子的图表。

第2实施方式的电动压缩机的结构与图1所示的第1实施方式的电动压缩机1相同。并且，第2实施方式的电动压缩机的状态过渡图与图2所示的第1实施方式的电动压缩机1的状态过渡图相同。但是，关于图2所示的状态过渡图中的各事件E1～E8的内容，一部分在第1实施方式及第2实施方式中不同。

图5示意地示出了当使开闭器6从“接通”转变为“断开”时，电压检测部28所检测的主电容器两端电压及电流检测部29所检测的电流的随时间变化。当在电动压缩机1运行中开闭器6打开时(“断开”时)，主电容器两端电压迅速减少，但在开关元件21～26与主电容器27之间流动的电流反而迅速增加。在主电容器27中流动的电流在开闭器6打开时能够通过设置于开关元件21～26与主电容器27之间的电流检测部29来检测。在第2实施方式中，利用该动作，代替第1实施方式的电压的变化而根据主电容器电流的大小及主电容器电流的变化的斜率的绝对值，推定开闭器6的开闭状态。

如图6所示，在第2实施方式中，与第1实施方式相比，以如下方式变更了图2所示的事件E5、E6及E8的内容。即，第2实施方式的事件E5是指，主电容器与开关元件之间的电流大于阈值Ix。第2实施方式的事件E6是指，主电容器与开关元件之间的电流的变化的斜率的绝对值大于规定阈值。而且，第2实施方式的事件E8是指，主电容器与开关元件之间的电流的变化的斜率的绝对值小于规定阈值。

根据第2实施方式，与第1实施方式同样地，无需从车辆侧接收与开闭器6相关的信息而能够推定开闭器6的开闭状态。并且，无需追加组件而能够推定开闭器6的开闭状态。

另外，在第1实施方式及第2实施方式中，例如，也可以不依赖于电压或电流的大小及规定阈值Vx或Ix之间的比较结果，定期性地监视电压或电流的变化的斜率，当变化的斜率的绝对值超过了规定阈值时，推定为开闭器6处于打开状态。在该情况下，为了避免由噪声等的影响引起的误推定，例如，优选多次(例如3次以上)进行变化的斜率的绝对值与规定阈值之间的比较，当多次获得了规定的比较结果时，推定为开闭器6处于打开状态。

如上所述，本发明的各实施方式中的控制装置20具备检测有关设置于高电压电池5(直流电源)与逆变器2的开关元件21～26之间的主电容器27的电压或电流(电气物理量)的电压检测部28或电流检测部29(电气检测部)及根据电压或电流(电气物理量)的变化而控制逆变器2的开关元件21～26以防止电流流向主电容器27的保护控制部201。根据该结构，即使在开闭器6已打开这一信息不会传递至电动压缩机1的情况下，也能够适当地进行用于抑制流入主电容器27的电流的控制。

另外，当电压或电流(电气物理量)的变化的斜率的绝对值大于规定值时，保护控制部201控制逆变器2的开关元件21～26，以防止电流流向主电容器27。并且，当电压或电流(电气物理量)的值满足大小的基准且电压或电流(电气物理量)的变化的斜率的绝对值大于规定值时，保护控制部201控制逆变器2的开关元件21～26，以防止电流流向主电容器27。并且，当控制逆变器2的开关元件21～26而防止了电流流向主电容器27的状态经过了规定时间时，控制装置20使逆变器2的所有开关元件21～26成为“断开”。并且，逆变器2为马达的驱动电路，并且经由通过外部装置“接通”或“断开”的开闭器6而主电容器27与高电压电池5(直流电源)连接。

以上，参考附图对本发明的实施方式进行了说明，但具体结构并不限于上述实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。

<计算机结构>

图7是表示至少一个实施方式所涉及的计算机的结构的概略框图。

计算机90具备处理器91、主存储器92、存储器93及接口94。

上述控制装置20安装于计算机90。而且，上述各处理部的动作以程序的形式存储于存储器93。处理器91从存储器93读出程序并展开于主存储器92，并且按照该程序执行上述处理。并且，处理器91按照程序，在主存储器92中确保与上述各存储部对应的存储区域。

程序也可以是用于实现使计算机90发挥作用的一部分的程序。例如，程序也可以是通过与已存储于存储器的其他程序的组合或与安装于其他装置的其他程序的组合发挥作用的程序。另外，在另一实施方式中，计算机除了上述结构以外，或代替上述结构，还可以具备PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑器件)等定制LSI(Large ScaleIntegrated Circuit：大规模集成电路)。作为PLD的例子，可举出PAL(Programmable ArrayLogic：可编程阵列逻辑)、GAL(Generic Array Logic：通用阵列逻辑)、CPLD(ComplexProgrammable Logic Device：复杂可编程逻辑器件)及FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)。在该情况下，通过处理器实现的功能的一部分或全部可以由该集成电路实现。

作为存储器93的例子，可举出HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(SolidState Drive：固态驱动器)、磁盘、光磁盘、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory：只读光盘)、DVD-ROM(Digital Vetsatile Disc Read Only Memory：高密度只读光盘)及半导体存储器等。存储器93可以是与计算机90的总线直接连接的内部介质，也可以是经由接口94或通信线路与计算机90连接的外部介质。并且，当该程序通过通信线路传送至计算机90时，接收了传送的计算机90也可以将该程序展开于主存储器92，并执行上述处理。在至少一个实施方式中，存储器93为非暂时性的有形的储存介质。

产业上的可利用性

根据控制装置，即使在开闭器已打开这一信息不会传递的情况下，也能够适当地进行用于抑制流入主电容器的电流的控制。

符号说明

1-电动压缩机，2-逆变器，3-马达，4-压缩机，5-高电压电池，6-开闭器，20-控制装置，21～26-开关元件，27-主电容器，28-电压检测部，29-电流检测部，201-保护控制部，202-马达停止控制部，203-转速控制部。