CN113757436A - 电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够可靠地防止因失步引起的阀开度的控制精度的降低的电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置。当检测到电动阀(9)的当前的开度与存储于电动阀控制装置(11)的开度不同的失步时，向外部(作为系统控制装置的空调ECU(16))输出初始化请求信号。

Description

电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置
本申请为下述申请的分案申请：
原申请的申请日：2018年11月22日
原申请的申请号：201880074131.0
原申请的发明名称：电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置
技术领域
本发明涉及一种控制电动阀的阀开度的电动阀控制装置及具备该电动阀控制装置的电动阀装置。
背景技术
以往，在空调机、冷藏/冷冻陈列橱等所使用的制冷循环系统中，为了使制冷能力稳定、使过热度恒定而高效率地运转等目的，进行循环制冷剂的流量调整，但为了高精度地进行此时的调整，广泛地使用通过步进电机使阀芯动作的作为电动式膨胀阀、流量控制阀的电动阀。另外，也有使用步进电机开闭制冷剂的流路而使制冷剂流动或截断的截止阀、切换制冷剂的流动方向的三通阀(流路切换阀)等的电动阀。(例如，参照专利文献1)。
但是，在使用了上述步进电机的电动阀等中，一般使用不反馈绝对开度(实际开度)的开环控制来进行开度的控制，另外，阀内的阀芯在电源供给停止时，不返回到初始位置，而在电源切断时的位置停止。因此，在下次接通电源时存在不能正确掌握阀芯停止的位置(绝对开度)的问题。
因此，在使用了上述步进电机的电动阀等的控制中，通常在接通电源时等执行初始化(也称为原点位置确定、基点位置确定、或初期化等)，在进行阀芯的位置确定后开始开度的控制(例如，参照专利文献2)。在此，初始化是指，以超过从全开位置到全闭位置或从全闭位置到全开位置的整个行程的脉冲数，详细而言，例如以使步进电机的转子与被称为止动件的止转件可靠地碰撞而停止旋转的脉冲数，使步进电机向闭阀方向或开阀方向充分旋转的处理，由此确定电动阀的0脉冲或最大脉冲的初始位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-356278号公报
专利文献2：日本专利第4032993号公报
发明要解决的技术问题
但是，尽管上述的电动阀的步进电机通常与输入脉冲同步旋转，但由于过载、急剧的速度变化等各种原因，有时会有与输入脉冲不同步的情况(将该现象称为失步或同步偏差)。如上所述，在由不反馈绝对开度(实际的开度)的开环控制来驱动的以往的电动阀中，若发生上述失步，则维持失步的状态，直到下次初始化实施(例如，下次接通电源时)，因此，在此期间的阀开度的控制精度可能降低。
另外，以往，在作为系统的控制装置的主ECU侧，需要判断进行初始化，但该判断很困难，存在着实施超出必要的初始化而电动阀的寿命缩短，或者未实施必要的初始化而无法正常控制阀开度的可能性。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够可靠地防止因失步导致的阀开度的控制精度的降低的电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置。
解决技术问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明的电动阀控制装置控制电动阀的阀开度，该电动阀控制装置的特征在于，当检测到所述电动阀的当前的阀开度与存储于该电动阀控制装置的阀开度不同的失步时，向外部输出初始化请求信号。
在优选的方式中，具有非易失性的存储部，将表示所述初始化请求信号已向外部输出的旗标存储于所述存储部，当初始化实施之后将所述旗标从所述存储部清除。
在其他优选的方式中，在启动时存储有初始化请求旗标的情况下，将所述初始化请求信号向外部输出。
在其他优选的方式中，在启动时未存储初始化请求旗标的情况下，不将所述初始化请求信号向外部输出。
在另一优选的方式中，具有：收发信号部，该收发信号部与外部进行信号的收发；运算部，该运算部根据由所述收发信号部从外部接收到的信号计算所述电动阀的阀开度的控制信号；电机驱动部，该电机驱动部根据来自所述运算部的所述电动阀的阀开度的控制信号使所述电动阀的电机动作；以及失步检测部，该失步检测部检测所述电动阀的失步。
在其他优选的方式中，所述电机驱动部具有所述失步检测部。
在其他优选的方式中，所述运算部具有所述失步检测部，所述失步检测部根据由附设于所述电动阀的电机的旋转角度检测部检测出的旋转角度以及存储于该电动阀控制装置的旋转角度，检测所述电动阀的失步。
在另一优选的方式中，在用于控制所述电动阀的阀开度的通信中，使用LIN通信、CAN通信或FlexRay通信。
另外，本发明的电动阀装置，其特征在于，所述电动阀控制装置与所述电动阀组装为一体。
发明效果
根据本发明，当检测到失步时，向外部输出初始化请求信号，因此在每次检测到失步时实施初始化，因此，能够可靠地防止因失步导致的阀开度的控制精度的降低。
另外，将表示初始化请求信号已输出到外部的旗标存储于非易失性的存储部，在初始化实施之后将该旗标从非易失性的存储部清除，因此，输出初始化请求信号，在将该旗标存储于非易失性的存储部之后到实际执行初始化之前或者在初始化的中途电源被切断的情况下，初始化未结束的情况被存储于非易失性的存储部，因此，若在下次启动时(例如，电源接通时、从休眠模式恢复时等)非易失性的存储部的旗标未被清除，则能够向外部输出初始化请求信号，由此能够可靠地执行初始化，由此也能够可靠地防止由失步引起的阀开度的控制精度的降低。另外，在启动时旗标被清除的情况下，不向外部输出初始化请求信号，因此不会因实施不必要的初始化而缩短电动阀的寿命。
附图说明
图1是本发明的电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置的第一实施方式的系统框图。
图2是表示图1所示的电动阀控制装置对失步检测的处理流程的流程图。
图3是表示图1所示的电动阀控制装置对初始化的处理流程的流程图。
图4是本发明的电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置的第二实施方式的系统框图。
图5是表示图4所示的电动阀控制装置对失步检测的处理流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
[电动阀控制装置及具备该电动阀控制装置的电动阀装置的结构]
图1是本发明的电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置的第一实施方式的系统框图。另外，在以下的说明中，以将本发明的电动阀控制装置应用于汽车空调所使用的制冷循环系统的膨胀阀的情况为例进行说明。
图示的实施方式的电动阀装置12中，电动阀9和电动阀控制装置11通过引线等连接，不是处于分离的位置而是被组装为一体，电动阀9由膨胀阀5和步进电机8构成，膨胀阀5具有控制流体(制冷剂)的流量的阀芯(未图示)，步进电机8驱动膨胀阀5的阀芯，通过步进电机8的旋转来调整膨胀阀5(电动阀9)的阀开度。另外，代替膨胀阀5，也可以是使制冷剂的流路开闭从而使制冷剂流动或切断的截止阀、切换制冷剂的流动方向的三通阀(流路切换阀)、或作为膨胀阀的用途以外的流量调整阀等。
虽然省略了图示，但例如在汽车空调所使用的制冷循环系统中，压缩机、冷凝器、上述电动阀9(的膨胀阀5)以及蒸发器经由配管依次连接，通过调整电动阀9(的膨胀阀5)的阀开度等，控制在该配管流动的制冷剂的流量。
电动阀控制装置11与车辆的电池电源(+Vb、GND)连接，并且与作为在车辆内的通信中使用的车载LAN的例如LIN总线(或CAN总线、FlexRay总线)14连接。电动阀控制装置11作为从节点而动作，通过从连接到相同的LIN总线14的系统的控制装置即主节点的空调ECU16发送的LIN通信信号(在CAN总线的情况下为CAN通信信号，在FlexRay总线的情况下为FlexRay通信信号)接收步进电机8的脉冲数、初始化动作指示的信号等命令，控制电动阀9(膨胀阀5)的开度(阀开度)。
另外，作为空调ECU16与电动阀控制装置11之间的通信方式，有上述那样的向串行接口的输入输出(LIN通信、CAN通信或FlexRay通信等：“以下，称为LIN通信等”)、基于数字信号的向I/O端口的输入输出(ON-OFF信号等)、基于无线(Wi-Fi(注册商标)、蓝牙(注册商标)等)等的输入输出等，可以采用任意的方式，并不限定于上述的LIN通信等。在图1中，应用了在汽车空调等通常使用的车载LAN即LIN通信，因此，通过LIN通信进行用于电动阀控制装置11的控制的、后述的初始化请求信号、初始化指示信号等的收发等。这样，通过使用已有的车载LAN即LIN通信等，无需安装新的收发信号线。
电动阀控制装置11主要是将调节器11a、作为运算部的微型计算机11b、作为收发信号部的LIN收发器11c、作为电机驱动部的步进电机驱动器11d、以及作为存储部的EEPROM11e搭载在例如未图示的基板上而构成，调节器11a从电池电源+Vb(例如+12Vdc)产生在电动阀控制装置11的内部电路使用的电源+Vc(例如+5Vdc)；微型计算机11b具有存储基于从空调ECU16通过LIN总线14发送的LIN通信信号来控制步进电机8的旋转的程序等的ROM、进行储存于ROM的程序的执行、运算处理的CPU、暂时存储初始化动作的状况、通信数据等的程序的执行所需的数据的RAM、进行与周边电路的输入输出的I/O电路、测量中断处理等的时间的计时器、以及将模拟信号转换为数字值的A/D转换器等；LIN收发器11c连接在LIN总线14与微型计算机11b之间，将LIN总线的电压电平变换为电动阀控制装置11内部的电路电压电平，从而能够与微型计算机11b进行LIN通信；步进电机驱动器11d基于来自微型计算机11b的控制信号控制电动阀9的步进电机8的旋转；EEPROM11e是非易失性的存储器，与微型计算机11b连接，对微型计算机11b的RAM数据中的即使电源被切断或向休眠模式转移也需要保持的数据(例如，后述的初始化请求旗标等)进行存储。另外，也可以使用将调节器11a、LIN收发器11c、步进电机驱动器11d、EEPROM11e、微型计算机11b的两个以上构成一体的IC，在这种情况下，能够进一步实现装置的小型化。
另外，电动阀控制装置11的具体结构并不限定于上述结构，只要能够实施本发明(即，能够实施电动阀9的阀开度控制及初始化控制等)，则可以是任意的结构。
在电动阀控制装置11接通电池电源的情况下等，由于需要决定例如0脉冲作为电动阀9的初始位置，因此，空调ECU16将执行使步进电机8例如向闭阀方向旋转最大脉冲数以上的初始化动作的命令(初始化指示信号)经由LIN总线14通过LIN通信信号向电动阀控制装置11发送。在此，最大脉冲数是在从阀芯的下限位置(阀芯能够向下方向移动的极限位置)移动到上限位置(阀芯能够向上方向移动的极限位置)的期间施加于步进电机8的脉冲数，或者是在从阀芯的上限位置移动到下限位置的期间施加于步进电机8的脉冲数，例如，阀芯的下限位置是全闭位置，上限位置是全开位置。另外，阀芯的当前位置是指以阀芯的下限位置作为0脉冲，为使阀芯在全闭位置到全开位置之间移动而向开阀或闭阀方向施加(增减)的脉冲数。当然，也可以对将阀芯的上限位置作为0脉冲而对施加的脉冲数进行计数。
接收到上述LIN通信信号的电动阀控制装置11由于在电池电源接通时等不知道步进电机8的当前位置(脉冲数)，因此进行使步进电机8向闭阀方向旋转脉冲数(例如700脉冲以上)的初始化(电动阀9的初始化动作)(0脉冲的初始位置确定)，该脉冲数是在电动阀9能够控制的最大脉冲数(例如500脉冲)加上使转子可靠地与止动件(止转件)碰撞所需要的足够的脉冲数而得到的脉冲数。另外，也可以代替使步进电机8向闭阀方向旋转的初始化，而进行使步进电机8向开阀方向旋转的初始化。
在通常时，上述电动阀控制装置11的微型计算机11b根据经由作为信号的收发线路的LIN总线14从空调ECU16发送的控制信号来控制电动阀9(膨胀阀5)的阀开度，并且检测当前的阀开度与微型计算机11b在RAM内管理的阀开度成为不同状态的失步(也称为失速检测)。微型计算机11b在每次检测上述失步时执行初始化，预先准备有用于执行初始化的初始化请求旗标，并将该初始化请求旗标的状态存储于EEPROM11e(后文详述)。
在本例中，步进电机驱动器11d具备检测上述失步的功能(失步检测部)。步进电机驱动器11d的检测功能是指，例如在控制步进电机8的旋转角度时，步进电机驱动器11d监控施加电压和变动幅度，若施加电流值等超过规定的阈值则判断为失步的功能。
另外，微型计算机11b在从空调ECU16接收到电源切断信号或休眠模式转移信号的情况下，使例如处于动作中的电动阀9(膨胀阀5)的动作停止，切断该电动阀控制装置11的电源或向休眠模式转移。
在此，休眠模式是指虽然接通电源，但通过限制或停止一部分微型计算机11b的功能来省电的模式。此时，向不保持暂时存储阀开度信息的RAM的存储的状态转移。例如，在不进行数据收发的期间向休眠模式转移，当检测到数据发送时从休眠模式恢复，由此能够实现省电化。
在经由空调ECU16再次接通电源或从休眠模式恢复时，微型计算机11b再次开始电动阀9的控制(阀开度控制)。
[电动阀控制装置的电动阀的失步检测以及初始化]
接下来，参照图2和图3对上述的电动阀控制装置11(的微型计算机11b)对失步检测以及初始化的处理流程进行说明。该处理例如每隔一定时间执行。
如图2所示，微型计算机11b每隔一定时间确认通过上述的步进电机驱动器11d的检测功能输出的失步时的信号(即，是否失步)(步骤S21)。
微型计算机11b在检测到失步的信号时(步骤S21：是)，经由LIN总线14向空调ECU16发送初始化请求信号(步骤S22)。另外，微型计算机11b设置预先准备的初始化请求旗标(设置为1)并存储于EEPROM11e(步骤S23)。
如图3所示，当进行初始化时，微型计算机11b每隔一定时间确认是否有来自接收到上述的初始化请求信号的空调ECU16(经由LIN总线14)的初始化指示信号(步骤S31)。
在有初始化指示信号的情况下(步骤S31：是)，微型计算机11b实施初始化(例如，使步进电机8向闭阀方向旋转最大脉冲数以上(例如700脉冲以上)的处理)(步骤S32)。
接着，微型计算机11b判断存储于EEPROM11e的初始化请求旗标是否为1(步骤S33)。
若存储于EEPROM11e的初始化请求旗标为1(步骤S33：是)(即，在检测到失步的信号的情况中已进行初始化的情况)，则微型计算机11b清除初始化请求旗标(设为0)并存储于EEPROM11e(步骤S34)。另外，在该控制中，在设置初始化请求旗标的EEPROM11e的存储区域中，将设置有初始化请求旗标的状态识别为1，将已清除初始化请求旗标的状态识别为0。
另一方面，如果存储于EEPROM11e的初始化请求旗标不为1(步骤S33：否)(例如，在通常使用时的电源接通时或从休眠模式恢复时等，已根据来自空调ECU16的初始化指示进行初始化的情况)，则跳过步骤S34，结束处理。
该失步检测以及初始化结束后，电动阀9成为通常工作的状态，按照空调ECU16的指示，开始电动阀9的阀开度控制。
另外，在上述的控制中，在EEPROM11e的存储区域中，将存储有初始化请求旗标的状态设为1，将已清除初始化请求旗标的状态设为0，但只要能够识别是否存储有初始化请求旗标，则具体分配的信号当然可以是任意的。例如，可以将存储有初始化请求旗标的状态设为0，将被清除的状态设为1，也可以是其他的数字。另外，也可以将表示存储有初始化请求旗标的状态的旗标和表示未存储初始化请求旗标的状态(即旗标被清除的状态)的旗标作为其他结构来设置。
[电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置的作用效果]
这样，在本实施方式的电动阀控制装置11中，当检测到失步时，向外部(作为系统的控制装置的空调ECU16)输出初始化请求信号，因此，每当检测到失步时实施初始化，因此，能够可靠地防止因失步导致的阀开度的控制精度的降低。
另外，由于将表示向外部输出了初始化请求信号的初始化请求旗标存储于EEPROM(非易失性的存储部)11e，并在实施了初始化之后从EEPROM11e清除该初始化请求旗标，因此输出初始化请求信号，在将初始化请求旗标存储于EEPROM11e(设置为1)之后且在实际执行初始化之前或者在初始化的中途，在例如由于引线的短路或切断等而电源突然被切断的情况下，由于初始化未结束的状态被存储于EEPROM11e，因此在下次启动时(例如，电源接通时或从休眠模式恢复时等)，EEPROM11e的初始化请求旗标被设置为1，因此，能够从微型计算机11b对外部输出初始化请求信号，由此能够可靠地执行初始化，由此也能够可靠地防止因失步引起的阀开度的控制精度的降低。
另外，在启动时初始化请求旗标未被设置的情况下，由于不对外部输出初始化请求信号，因此不会因实施不必要的初始化而缩短电动阀9的寿命。
(第二实施方式)
图4是本发明的电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置的第二实施方式的系统框图。第二实施方式的电动阀控制装置以及具备该电动阀控制装置的电动阀装置的结构与上述第一实施方式的电动阀控制装置11以及具备该电动阀控制装置11的电动阀装置12的结构大致相同，与上述第一实施方式的不同点仅为用于检测失步的结构以及处理。因此，对与上述第一实施方式相同的结构标注相同的符号并省略其详细说明，以下，对所述不同点进行说明。
即，如图4所示，在本实施方式中，在电动阀9的步进电机8附设有作为旋转角度检测部的旋转角度传感器20，该旋转角度传感器20由磁性传感器构成，电动阀控制装置11的微型计算机11b使用由该旋转角度传感器20检测出的旋转角度来检测上述电动阀9的失步。
图5是表示图4所示的电动阀控制装置11(的微型计算机11b)对失步检测的处理流程的流程图。
如图5所示，微型计算机11b通过旋转角度传感器20取得电动阀9(膨胀阀5)的阀开度的实测值(步骤S51)。
接着，微型计算机11b求出根据从空调ECU16发送的控制信号而计算出并存储在其RAM内的电动阀9(膨胀阀5)的阀开度(理论值)与在步骤S51中取得的实测值的差(步骤S52)，并判断该差是否在预先设定的阈值以上(步骤S53)。
若上述差在阈值以上(步骤S53：是)，则微型计算机11b判断为失步，经由LIN总线14向空调ECU16发送初始化请求信号(步骤S54)。另外，微型计算机11b设置预先准备的初始化请求旗标(设置为1)并存储于EEPROM11e(步骤S55)。
另一方面，若上述差小于阈值(步骤S53：否)，则微型计算机11b判断为未失步，跳过步骤S54、S55，结束处理。
另外，这种情况下的初始化能够以与上述第一实施方式相同的流程来实施。
这样，在本第二实施方式的电动阀控制装置11中，当检测到失步时，也将初始化请求信号向外部(作为系统控制装置的空调ECU16)输出，因此，除了能够得到与上述第一实施方式相同的作用效果之外，通过使用旋转角度传感器20还能够提高失步的检测精度。
另外，在上述实施方式中，例示了将电动阀控制装置11和电动阀装置12应用于汽车空调所使用的制冷循环系统的膨胀阀5(电动阀9)的情况，但不限于膨胀阀5，只要是具备流体的流入口和流出口、控制从该流出口流出的流体的流量的阀芯、以及驱动该阀芯的电机的电动阀，当然也能够应用本发明的电动阀控制装置11和电动阀装置12。另外，当然也可以应用于例如开闭制冷剂的流路而使制冷剂流动或切断的电机式截止阀或切换制冷剂的流动方向的三通阀、四通阀等流路切换阀等。
在上述的各实施方式中，关于初始化，记载了使步进电机8向闭阀方向或开阀方向旋转超过从全开位置到全闭位置或从全闭位置到全开位置的整个行程的脉冲数的处理(初始化)，但当然不限于此。例如，作为在初始化时向闭阀方向或开阀方向旋转的脉冲数，也可以使用在当检测到失步时由旋转角度传感器20检测出的脉冲数加上使转子可靠地与止动件碰撞所需要的充分的规定脉冲数(例如200脉冲)而得到的脉冲数，或者使用在当检测到失步时微型计算机11b在RAM内管理的脉冲数加上上述规定脉冲数而得到的脉冲数。
符号说明
5 膨胀阀
8 步进电机
9 电动阀
11 电动阀控制装置
11a 调节器
11b 微型计算机(运算部)
11c LIN收发器(收发信号部)
11d 步进电机驱动器(电机驱动部)
11e EEPROM(非易失性的存储部)
12 电动阀装置
14 LIN总线
16 空调ECU
20 旋转角度传感器(旋转角度检测部)

Claims (7)

1.一种电动阀控制装置，其特征在于，具有：
收发信号部，该收发信号部与外部进行信号的收发；
运算部，该运算部根据由所述收发信号部从外部接收到的信号计算出电动阀的阀开度的控制信号；
电机驱动部，该电机驱动部根据来自所述运算部的所述电动阀的阀开度的控制信号使所述电动阀的电机动作；
存储部；以及
失步检测部，该失步检测部检测所述电动阀的失步，当所述失步检测部检测到失步时，向外部输出初始化请求信号，
将表示所述初始化请求信号已向外部输出的旗标存储于存储部，当初始化实施之后将所述旗标从所述存储部清除。
2.根据权利要求1所述的电动阀控制装置，其特征在于，
在启动时存储有初始化请求旗标的情况下，将所述初始化请求信号向外部输出。
3.根据权利要求1或2所述的电动阀控制装置，其特征在于，
在启动时未存储初始化请求旗标的情况下，不将所述初始化请求信号向外部输出。
4.根据权利要求1所述的电动阀控制装置，其特征在于，
所述电机驱动部具有所述失步检测部。
5.根据权利要求1所述的电动阀控制装置，其特征在于，
所述运算部具有所述失步检测部，
所述失步检测部根据由附设于所述电动阀的电机的旋转角度检测部检测出的旋转角度以及存储于该电动阀控制装置的旋转角度，检测所述电动阀的失步。
6.根据权利要求1所述的电动阀控制装置，其特征在于，
在用于控制所述电动阀的阀开度的通信中，使用LIN通信、CAN通信或FlexRay通信。
7.一种电动阀装置，其特征在于，
权利要求1所述的电动阀控制装置与所述电动阀组装为一体。
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