CN111357191A

CN111357191A - 马达控制装置及具备该马达控制装置的电动压缩机、移动体用空调、马达控制方法及马达控制程序

Info

Publication number: CN111357191A
Application number: CN201880069379.8A
Authority: CN
Inventors: 服部诚; 鹰繁贵之; 渡边恭平
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: US20200313582A1; DE112018005917T5; JP2019097244A; JP7044523B2; US11418136B2; CN111357191B; WO2019097965A1

Abstract

本发明提供一种马达控制装置，其具备：控制部，其通过实施能够对马达进行高扭矩、精密控制的第1控制或能够对马达进行效率比第1控制更高的控制的第2控制，并根据要求转速来控制马达的转速；及切换判定部，在马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值的情况下，从第1控制切换到第2控制。切换判定部还在转速实测值为转速阈值以下的情况下且从转速实测值与要求转速一致的时间点起经过了预先规定的时间的情况下，从第1控制切换到第2控制。

Description

马达控制装置及具备该马达控制装置的电动压缩机、移动体用空调、马达控制方法及马达控制程序

技术领域

本发明涉及一种马达控制装置及具备该马达控制装置的电动压缩机、移动体用空调、马达控制方法及马达控制程序。

本申请主张基于2017年11月20日于日本申请的日本申请专利2017-222638号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

作为搭载于车辆上的车载空调的构成要件之一，有电动压缩机。通常，电动压缩机的马达由交流电力驱动，该交流电力通过作为变速装置发挥作用的逆变器调节了电压及频率。因此，若要适当地控制电动压缩机，则需要根据启动时或启动后的运行要求的变化、负载的变动等进行适当的逆变器控制。

专利文献1中记载有一种以磁铁转子的位置推断精度为优先的控制方式和以寂静性为优先的控制方式的两种马达控制方法以及定义了其切换条件的马达的控制装置。

以往技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2003-102193号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

但是，根据车载空调的使用情况，有时由于高扭矩负载状态长时间持续和要求转速急剧变动等主要原因，电动压缩机的马达无意间违反指示而停止。其一例为失步，但由于失步，例如产生尖峰电流，异常电流在电动压缩机的控制电路中流动，从而有可能影响电路上的电子部件。

然而，在上述专利文献1所记载的压缩机中产生了以下问题。即，通过上述中定义的控制方式及其切换方式，在发生引发上述失步的主要原因的情况下，无法预防马达的停止。因此，根据运行情况，马达的停止有可能妨碍电动压缩机的控制电路上的电子部件的正常动作，或者损坏电子部件本身。

因此，本发明的目的在于提供一种能够解决上述课题的马达控制装置、电动压缩机、移动体用空调及电动压缩机的控制方法。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，本发明所涉及的方式采用以下方法。即，一种马达控制装置，其特征在于，具备：控制部，其通过实施能够对马达进行高扭矩、精密控制的第1控制或能够对该马达进行效率比第1控制更高的控制的第2控制，并根据要求转速来控制所述马达的转速；及切换判定部，在所述马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制，所述切换判定部还在所述转速实测值为所述转速阈值以下的情况下且从该转速实测值与所述要求转速一致的时间点起经过了预先规定的时间的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

根据该结构，作为一例，在电动压缩机的马达启动时能够预防切换两种马达控制时的失步。例如，将能够进行高扭矩且高精度的运行，但不擅长高效率/广范围的运行的控制设为第1控制。另一方面，将不擅长高扭矩且高精度的运行但能够进行高效率/广范围的运行的控制设为第2控制。此时，能够相对提前从第1控制切换到第2控制的时刻。即，即使在可能发生成为如上所述的失步的主要原因(高扭矩负载状态的持续或要求转速的急剧的变动等)的事态的情况下，也无需等到马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值便能够转移到能够进行广范围运行的第2控制。并且，有时即使在第1控制中未发生失步，也会在从第1控制切换到第2控制时发生失步，但对此也是在要求转速和实测转速已经在规定时间内保持一致的状态下执行切换，因此能够降低切换时的失步的风险。并且，通过将启动后的第1控制设为更短期间，即使在必须在外部空气温度高时等比较高的压力下压缩制冷剂的情况下，也能够优先进行效率优异的第2控制，因此能够抑制IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的过热。

并且，上述马达控制装置可以设为如下马达控制：一种马达控制装置，其具备：控制部，其通过对马达实施第1控制或第2控制，并根据要求转速来控制所述马达的转速，所述第1控制能够按第一规定时间单位对要求转速或施加于马达的扭矩负载进行追踪，所述第2控制能够按第二规定时间单位对所述要求转速或所述扭矩负载进行追踪，所述第二规定时间单位的时间比第1控制中的第一规定时间单位的时间长，及切换判定部，在所述马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制，所述切换判定部还在所述转速实测值为所述转速阈值以下的情况下且从该转速实测值与所述要求转速一致的时间点起经过了预先规定的时间的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

根据该结构，例如，当能够通过以微秒单位追踪要求转速的变动或施加于马达的扭矩负载来进行高精度的控制的控制为第1控制，能够以毫秒单位进行追踪的控制为第2控制时，能够相对提前从第1控制切换到第2控制的时刻。即，即使在可能发生成为如上所述的失步的主要原因的事态的情况下，也无需等到马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值便切换到对要求转速的变动不敏感的控制，从而能够预防失步等马达停止。

并且，上述马达控制装置中，所述切换判定部在所述要求转速的变动成为预先规定的变动阈值以上的情况下，还可以从所述第1控制切换到所述第2控制。

根据该结构，成为失步的原因的要求转速的变动直接被设为切换的条件，因此能够更可靠地防止失步。

并且，也可以如下：上述马达控制装置还具备获取与所述马达应输出的扭矩相关的参数的扭矩相关参数获取部，所述切换判定部在根据所获取的所述参数推断的所述扭矩超过扭矩阈值的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

根据该结构，成为失步的原因的扭矩负载的提高直接被设为切换的条件，因此能够更可靠地防止失步。

并且，上述马达控制装置中，所述预先规定的时间可以为1秒。

根据该结构，能够比要求转速或施加于马达的恒定的高扭矩负载对马达控制产生影响足够早地进行切换，因此能够更可靠地防止失步。

本发明所涉及的马达控制方法的特征在于，其包括有：通过实施能够对马达进行高扭矩、精密控制的第1控制或能够对该马达进行效率比第1控制更高的控制的第2控制，并根据要求转速来控制所述马达的转速的步骤；及在所述马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制的步骤，在切换到所述第2控制的步骤中，还在所述转速实测值为所述转速阈值以下的情况下且从该转速实测值与所述要求转速一致的时间点起经过了预先规定的时间的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

本发明所涉及的电动压缩机的特征在于，其具备上述马达控制装置。

本发明所涉及的移动体用空调的特征在于，其具备上述电动压缩机。

本发明所涉及的马达控制程序的特征在于，其使计算机执行上述马达控制方法。

发明效果

根据上述的马达控制装置、具备该马达控制装置的电动压缩机、移动体用空调、马达控制方法及马达控制程序，通过防止马达的失步，能够提高马达控制装置及具备该马达控制装置的电动压缩机、移动体用空调的可靠性。

附图说明

图1是作为搭载有空调的移动体的车辆的概略框图，该空调具备具有本发明的第一实施方式所涉及的马达控制装置的电动压缩机。

图2是具有本发明的第一实施方式所涉及的马达控制装置的电动压缩机的概略框图。

图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的马达控制的一例的流程图。

图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的马达控制的一例的流程图。

图5是具有本发明的第三实施方式所涉及的马达控制装置的电动压缩机的概略框图。

图6是表示本发明的第三实施方式所涉及的马达控制的一例的流程图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，参考图1～图6对基于本发明的第一实施方式的电动压缩机的马达控制方法进行说明。

图1是作为搭载有空调1的移动体的车辆100的概略框图，该空调具备具有本发明的第一实施方式所涉及的马达控制装置51的电动压缩机11。

图1中示出搭载于车辆100的ECU(Electric Control Unit，电子控制单元)2和车载用的空调1。如图示，车辆100具备ECU2和空调1。并且，空调1具备电动压缩机11。ECU2进行车辆100的电装设备的控制。空调1为车载空调单元。电动压缩机11为用于车载用空调的电动压缩机。电动压缩机11为逆变器装置41被组装为一体的逆变器一体式电动压缩机。ECU2与空调1利用信号线、通信线及电力线等连接，空调1通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网)通信接收ECU2的控制信号，并进行用户所期望的动作。例如，当用户进行开始空调运行的操作时，ECU2将与该操作相对应的控制信号输出至空调1，空调1根据该控制信号开始运行。并且，当用户设定车内温度时，ECU1生成与该设定温度相对应的控制信号，并控制空调2的运行状态。

图2是具有本发明的第一实施方式所涉及的马达控制装置51的电动压缩机11的概略框图。电动压缩机11为逆变器一体式电动压缩机，并具有逆变器装置41、马达12及压缩部10。

逆变器装置41将从电池等电源(未图示)供给的直流电力转换为三相交流电力，并将其供给至马达12。获得电力的马达12进行旋转，并将旋转力传递至与马达12机械连接的压缩部10。接受到旋转力的压缩部10将制冷剂供给至设置在空调1中的制冷剂电路(未图示)。

逆变器装置41具有马达控制装置51。马达控制装置51具有控制部61和切换判定部71。

控制部61具有实施控制1的第1控制机构611和实施控制2的第2控制机构612。在本实施方式中，第1控制机构611为实施能够进行高扭矩且高精度的运行，但不擅长高效率/广范围的运行的控制(称为控制1)的机构。因此，是适于低速/高扭矩下的马达12的驱动的控制，在需要特别大的起动扭矩的情况下为有效。因此，本实施方式所涉及的马达控制装置51在马达12启动时实施控制1。即，当用户进行开始空调运行的操作时，ECU1将与该操作相对应的控制信号输出至空调1，空调1接收该信号，并使用第1控制机构611通过由控制部61所控制的逆变器控制而开始马达12的驱动。

并且，关于本实施方式中的控制1中的电压等的运算以微秒单位进行，因此能够灵敏地追踪要求转速。因此，能够进行高精度的马达运行。

另一方面，在本实施方式中，第2控制机构612为实施不擅长高扭矩且高精度的运行，但能够进行高效率/广范围的运行的控制(称为控制2)的机构。并且，本实施方式中的控制2的运算以毫秒单位进行，因此具有不会过度灵敏地追踪要求转速，且对急剧的变动的抵抗力强的优点，因此能够进行高效率/广范围的运行。因此，在本实施方式所涉及的马达控制装置51中，马达12启动后首先实施控制1，接着切换到控制2。

接着，对切换判定部71进行详细说明。切换判定部71具有转速实测值运算机构711。

本实施方式中的切换判定部71进行用于从控制1切换到控制2的判定，在符合条件的情况下，将切换的信号传递至控制部61。作为该条件之一，存在转速实测值超过规定阈值的情况，本实施方式中的切换判定部71进行从转速实测值运算机构711获得的转速实测值与规定阈值的比较。作为一例，该规定阈值为2000rpm。此时，无论其他条件如何，均强制进行控制的切换。即，用户开始运行空调之后，当马达12的转速达到规定阈值以上时，切换判定部71指示控制部61切换到控制2，控制部61按照该指示通过控制2驱动电动压缩机。

如上所述，本实施方式所涉及的马达控制装置51通过进行利用两个控制的各自的优点的控制和其切换，不仅可获得所期望的运行效果，并且通过有效的马达驱动，使电动压缩机进行工作。

在此，本实施方式所涉及的切换判定部71即使在转速实测值为上述规定阈值以下的情况下也具有进行切换的条件。具体而言，在从要求转速(与供给至马达12的电力的频率对应的转速)与自上述转速实测值运算机构711获得的转速实测值一致的时间点起经过了预先规定的时间的情况下，也会进行切换。

上述预先规定的时间例如为1秒。

接着，对本实施方式所涉及的电动压缩机的马达控制装置51中的控制切换的流程进行说明。

图4是表示本发明的一实施方式中的电动压缩机的马达控制装置51中的控制切换的一例的流程图。

首先，判定部将从转速实测值运算机构711获得的转速实测值与规定阈值的大小进行比较(步骤S13)，当转速实测值超过规定阈值时(步骤S13；“是”)，强制实施控制2(步骤S14)。另一方面，当未超过时(步骤S13；“否”)，判定部接着判定转速实测值是否与要求转速一致(步骤S15)。当不一致时(步骤S15；“是”)，实施控制1(步骤S16)。当一致时(步骤S15；“是”)，判定部接着将转速实测值和要求转速保持一致的时间与规定时间进行比较(步骤S17)。作为该比较的结果，当该保持一致的时间未超过规定时间时(步骤S17；“否”)，继续实施控制1(步骤S18)。当超过时(步骤S17；“是”)，实施控制2(步骤S19)。

在上述结构的马达控制装置51中，当从控制1切换到控制2时，若在转速实测值与要求转速一致的状态下在规定时间内为一致，则即使未超过由转速确定的阈值，也会执行控制2。由此，例如在电动压缩机的马达12启动时，能够预防切换两种马达控制方法时的失步。在本实施方式中，能够相对提前从能够进行高扭矩且高精度的运行，但不擅长高效率/广范围的运行的控制1切换到不擅长高扭矩且高精度的运行，但能够进行高效率/广范围的运行的控制2的时刻。即，即使在存在如上所述的失步的主要原因(扭矩负载的恒定的提高和要求转速的急剧的变动等)的情况下，也无需等到马达12的转速实测值超过预先规定的转速阈值便能够转移到由于对要求转速的变动不敏感而能够进行广范围运行的控制2。并且，有时即使在实施控制1时未发生失步，也会在从控制1切换到控制2时发生失步，但对此也是在要求转速和实测转速已经在规定时间内保持一致的状态下执行切换，因此能够降低切换时的失步的风险。由此，能够抑制由尖峰电流的产生等引起的对控制电路的不良影响。并且，通过在更短期间内实施启动后的控制1，即使在必须在外部空气温度高时等比较高的压力下压缩制冷剂的情况下，也能够优先进行效率优异的控制2，因此能够抑制IGBT的过热。

因此，本实施方式所涉及的马达控制装置51及具备该马达控制装置的电动压缩机11、移动体用空调1能够获得更高的可靠性。

[第二实施方式]

接着，对第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，利用与第一实施方式相同的构成要件进行不同的处理。以下，参考图4对本实施方式所涉及的电动压缩机的马达控制装置52中的控制切换的流程进行说明。

在本实施方式中，切换判定部72进行的处理与第一实施方式的处理不同。具体而言，作为使用切换判定部72所具有的转速实测值运算机构711的前阶段，追踪要求转速的变动并将每小时的变动幅度与规定阈值进行比较(步骤S21)。作为该结果，当要求转速的变动幅度大于规定阈值时，不使用转速实测值运算机构711而切换到控制2(步骤S21；“是”)。另一方面，当小于规定阈值时(步骤S21；“否”)，使用转速实测值运算机构711进行转速的实测值与规定阈值的比较(步骤S23)。该顺序以后的步骤即步骤S23至步骤S29为止的流程与第一实施方式中的步骤S13至步骤S19为止的流程相同。在本实施方式中，作为一例，到达步骤S24、S26、S28之后，返回到与第一实施方式中的步骤S13对应的步骤S23，但也可以返回到步骤S21。

在上述结构的马达控制装置52中，当从控制1切换到控制2时，不管转速实测值如何，在要求转速急剧变动时，均能够切换到控制2。即，成为失步的原因的要求转速的变动直接被设为切换的条件。

例如，当与第一实施例同样地，控制1为能够进行高扭矩且高精度的运行，但不擅长高效率/广范围的运行的控制，控制2为不擅长高扭矩且高精度的运行，但能够进行高效率/广范围的运行的控制时，若在实施控制1时要求转速急剧变动，则欲对该要求转速极其细致地进行追踪，其结果发生失步的可能性提高。因此，通过检测要求转速的急剧变动，并与该检测结果对应地切换到控制2，从而能够抑制失步的发生。由此，能够预防马达12的失步。由此，能够抑制由尖峰电流的产生等引起的对控制电路的不良影响。

因此，本实施方式所涉及的马达控制装置52及具备该马达控制装置的电动压缩机12、移动体用空调2能够获得更高的可靠性。

[第三实施方式]

接着，参考图6对本发明的第三实施方式进行说明。在第二实施方式中，对与第一实施方式相同的构成要件标注相同的符号，并省略详细的说明。

第三实施方式与第一实施方式相比，切换判定部73的结构不同。在本实施方式中，切换判定部73还具备扭矩相关参数获取部。

扭矩相关参数获取部获取与由马达12发生的扭矩具有相关关系的参数。在本实施方式中，例如获取马达12的电流的值而推断马达12的扭矩的值。

在本实施方式中也与第二实施方式同样地，切换判定部73进行的处理与第一实施方式不同。具体而言，作为使用切换判定部73所具有的转速实测值运算机构711的前阶段，当由上述扭矩相关参数获取部83计算的推断扭矩值超过规定阈值时，切换到控制2。

以下，参考图4对本实施方式所涉及的电动压缩机的马达控制装置53中的控制切换的流程进行说明。

在本实施方式中，切换判定部71进行的处理与第一实施方式及第二实施方式不同。具体而言，作为使用切换判定部71所具有的转速实测值运算机构711的前阶段，对由扭矩相关参数获取部计算的推断扭矩值与规定阈值进行比较(步骤S31)。作为该结果，当推断扭矩值大于规定阈值时，不使用转速实测值运算机构711而切换到控制2(步骤S31；“是”)。另一方面，当小于规定阈值时(步骤S31；“否”)，使用转速实测值运算机构711进行转速的实测值与规定阈值的比较(步骤S33)。该顺序以后的顺序与第一实施方式相同。该顺序以后的步骤即步骤S33至步骤S39为止的流程与第一实施方式中的步骤S13至步骤S19为止的流程相同。在本实施方式中，作为一例，到达步骤S34、S36、S38之后，返回到与第一实施方式中的步骤S13对应的步骤S33，但也可以返回到步骤S31。

在上述结构的马达控制装置53中，当从控制1切换到控制2时，不管转速实测值如何，在推断为由马达12输出高扭矩时，均能够切换到控制2。即，成为失步的原因的扭矩负载的提高直接被设为切换的条件。

例如，当与第一实施例同样地，控制1为能够进行高扭矩且高精度的运行，但不擅长高效率/广范围的运行的控制，控制2为不擅长高扭矩且高精度的运行，但能够进行高效率/广范围的运行的控制时，能够提前切换到能够进行更广范围控制的控制2。通常，控制1为能够输出比控制2更高的扭矩的控制。然而，在外部空气温度异常高的状态下起动车载空调时，有时应输出高扭矩的状态变得恒定。此时，若长时间持续控制1，则有可能发生失步。因此，通过提前切换到控制2，扭矩输出会降低，但能够抑制由尖峰电流的产生等引起的对控制电路的不良影响。

因此，本实施方式所涉及的马达控制装置53及具备该马达控制装置的电动压缩机13、移动体用空调3能够获得更高的可靠性。

在上述任意一个实施方式中，具体的控制方式可以是任意的方式，但作为第一控制(控制1)的一例，可举出无传感器矢量控制，作为第二控制(控制2)的一例，可举出V/f控制。

以电动压缩机11及13构成车辆100的车载空调的一部分的情况为例进行了说明，但本实施方式的马达控制装置51及53、电动压缩机11及13也能够应用于冷冻/冷藏车的空调。并且，应用本实施方式的马达控制装置51及53、电动压缩机11的装置也可以是除了车辆以外，搭载于船、飞机、铁道等各种移动体的空调。

产业上的可利用性

符号说明

2-ECU，1、3-空调，100-车辆，11-电动压缩机，41、43-逆变器装置，10-压缩部，12-马达，51、53-马达控制装置，61-控制部，71、73-切换判定部，611-第1控制机构，612-第2控制机构，711-转速实测值运算机构，83-扭矩相关参数获取部。

Claims

1.一种马达控制装置，其具备：

控制部，其通过实施能够对马达进行高扭矩、精密控制的第1控制或能够对该马达进行效率比第1控制更高的控制的第2控制，并根据要求转速来控制所述马达的转速；及

切换判定部，在所述马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制，

所述切换判定部还在所述转速实测值为所述转速阈值以下的情况下且从该转速实测值与所述要求转速一致的时间点起经过了预先规定的时间的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

2.一种马达控制装置，其具备：

控制部，其通过对马达实施第1控制或第2控制，并根据要求转速来控制所述马达的转速，所述第1控制能够按第一规定时间单位对要求转速或施加于马达的扭矩负载进行追踪，所述第2控制能够按第二规定时间单位对所述要求转速或所述扭矩负载进行追踪，所述第二规定时间单位的时间比第1控制中的第一规定时间单位的时间长，及

3.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其中，

所述切换判定部还在所述要求转速的变动成为预先规定的变动阈值以上的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

4.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其还具备：

扭矩相关参数获取部，获取与所述马达应输出的扭矩相关的参数，

所述切换判定部在根据所获取的所述参数推断的所述扭矩超过扭矩阈值的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的马达控制装置，其中，

所述预先规定的时间为1秒。

6.一种马达控制方法，其包括：

通过实施能够对马达进行高扭矩、精密控制的第1控制或能够对该马达进行效率比第1控制更高的控制的第2控制，并根据要求转速来控制所述马达的转速的步骤；及

在所述马达的转速实测值超过预先规定的转速阈值的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制的步骤，

在切换到所述第2控制的步骤中，还在所述转速实测值为所述转速阈值以下的情况下且从该转速实测值与所述要求转速一致的时间点起经过了预先规定的时间的情况下，从所述第1控制切换到所述第2控制。

7.一种电动压缩机，其具备权利要求1至4中任一项所述的马达控制装置。

8.一种移动体用空调，其具有具备权利要求1至4中任一项所述的马达控制装置的电动压缩机。

9.一种程序，其使计算机执行权利要求6所述的马达控制方法。