控制装置、电动压缩机、脉动电压的检测方法及程序与流程

1.本发明涉及一种控制装置、电动压缩机、脉动电压的检测方法及程序。本技术主张基于2019年10月24日在日本技术的日本专利申请2019-193693号的优先权，并将其内容援用于此。


背景技术：

2.在搭载于车辆上的汽车空调的构成要件之一中有电动压缩机。在驱动电动压缩机的驱动电路中，有时产生脉动电压。若脉动电压变大，则产生共振，并流过过大的电流。
3.专利文献1中公开了如下技术：检测车辆用交流发电机的脉动电压，若脉动电压的最大值与最小值之差超过规定值，则判断交流发电机发生故障。以往技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利公开2004-135393号公报


技术实现要素：

发明要解决的技术课题
5.为了从由脉动电压的共振引起的过大电流中保护电动压缩机，需要能够检测脉动电压的振动状态。
6.本发明提供一种能够解决上述课题的控制装置、电动压缩机、脉动电压的检测方法及程序。用于解决技术课题的手段
7.本发明的控制装置具备：获取部，以不等间隔对由电池驱动的电动压缩机的输入电压的电压值进行采样；及波形运算部，根据以不等间隔采样的所述电压值，运算所述输入电压的脉动分量的波形。
8.本发明的电动压缩机具备上述控制装置。
9.在本发明的脉动电压的检测方法中，以不等间隔对由电池驱动的电动压缩机的输入电压的电压值进行采样；及根据以不等间隔采样的所述电压值，运算所述输入电压的脉动分量的波形。
10.本发明的程序用于使计算机作为如下机构发挥作用：以不等间隔对由电池驱动的电动压缩机的输入电压的电压值进行采样的机构；及根据以不等间隔采样的所述电压值运算所述输入电压的脉动分量的波形的机构。发明效果
11.根据上述控制装置、电动压缩机、脉动电压的检测方法及程序，能够可靠地检测脉动电压的异常。
附图说明
12.图1是表示一实施方式中的电动压缩机的一例的图。图2是对一实施方式中的脉动电压的检测处理进行说明的图。图3是对一实施方式中的共振保护控制的一例进行说明的图。图4是表示一实施方式中的控制的一例的流程图。图5是表示一实施方式中的控制装置的硬件结构的一例的图。
具体实施方式
13.＜实施方式＞以下，参考图1～图5，对一实施方式所涉及的电动压缩机进行说明。(结构)图1中示出车辆空调机30所具备的电动压缩机20的概略结构的一例。图示的电池1、车辆空调机30、车辆设备40和驱动它们的电路搭载于车辆上。电感器5a、5b表示包括电池1、车辆空调机30及车辆设备40的电路的电感器分量。电池1是搭载于车辆(车辆空调机30的外部)上的电源单元。电池1向车辆空调机30和车辆设备40供给高压直流电。车辆设备40具备电容器2、逆变器3、连接于逆变器3上的负载4。在车辆设备40中，逆变器3将从电池1供给的高电压的直流电转换成三相交流电，并将其供给到负载4。若将逆变器3的载波频率设为f1，则有时在电路中产生以车辆设备40为产生源的频率f1的脉动电压(后述)。
14.车辆空调机30具备电动压缩机20。电动压缩机20是一体地组装有逆变器7的逆变器一体型电动压缩机。电动压缩机20具备包括电容器6及逆变器7的电源电路8、马达9、控制装置10、电压计11及压缩部12。电动压缩机20通过由逆变器7将从电池1供给的高电压的直流电转换成三相交流电并将其施加到马达9而被驱动。逆变器7和马达9通过电力线连接。逆变器7将从电池1供给的直流电转换成三相交流电，并将其供给到马达9。逆变器7通过控制装置10而被控制。控制装置10具备微型计算机，根据从未图示的ecu(electri c control unit：电子控制部件)等获取的控制信号，经由逆变器7将马达9控制为所期望的动作。例如，控制装置10控制马达9的转速。马达9根据来自逆变器7的指示进行旋转驱动，由此压缩部12压缩制冷剂，向车辆空调机30所具备的制冷剂回路(未图示)供给制冷剂。逆变器7及电压计11与控制装置10通过信号线连接。电压计11测量输入到逆变器7的直流电压，并将所测量的电压值输出到控制装置10。将电压计11测量的电压称为输入电压。在电压计11测量的输入电压中，有时包括脉动分量。将从电压计11测量的电压值减去源自电池1的直流电压值的值称为脉动电压。若将逆变器7的载波频率设为f0，则有时在电路中产生以电动压缩机20为产生源的频率f0的脉动电压。若频率为f0或f1的脉动电压变大，则在由电容器2、6及电感器5a、5b形成的共振电路中产生共振，在图1的电路中流过过大的电流。因此，控制装置10监视电压计11所测量的电压值的变动，若脉动电压的值w成为规定阈值α以上，则判定脉动电压的异常，使马达9停止或减速，进行抑制脉动电压的值w的共振保护控制。由此，抑制以电动压缩机20为产生源的脉动电压。
15.控制装置10具备获取部101、波形运算部102、判定部103及控制部104。获取部101以不等间隔对电压计11所测量的电压值进行采样。
波形运算部102根据获取部101以不等间隔采样的电压值运算波形。波形运算部102运算出的波形是输入电压的脉动分量，即脉动电压。在脉动电压中，除了以电动压缩机20(逆变器7)为产生源的脉动电压以外，还可以包括以车辆设备40(逆变器3)为产生源的脉动电压。
16.判定部103根据波形运算部102运算出的波形来运算规定微小时间内的电压值的最大值与最小值之差。将该值称为脉动电压的值w。判定部103比较脉动电压的值w与规定的阈值α。在脉动电压的值w为阈值α以上的情况下，判定部103确定进行从共振中保护电路的共振保护控制。共振保护控制是指使马达9的转速降低以将脉动电压的值w抑制为小于阈值的控制。
17.控制部104向逆变器7指示马达9的转速。若判定部103确定进行共振保护控制，则控制部104使马达9停止。或者，控制部104使马达9的转速降低到规定的转速x(rpm)。若使马达9停止或使转速降低，则能够减小以电动压缩机20为产生源的脉动电压的值w。
18.(脉动电压的检测处理)图2是对一实施方式中的脉动电压的检测处理进行说明的图。图2的纵轴是输入电压，横轴是时间。图2中绘制出的菱形点是获取部101以不等间隔采样的输入电压的电压值。点p1～p11是在某一单位时间tp(时间宽度t1)连续采样的电压值，点q1～q11是在另一单位时间tq(时间宽度t1)连续采样的电压值。波形运算部102根据在时间宽度t1期间连续采样的电压值运算脉动电压的波形。以点p1～p11为例，波形运算部102通过假设某一正弦波(例如，y＝a b
×
sin(c))并调整所假设的正弦波公式的参数a～c以使与点p1～p11分别对应的时刻的所假设的正弦波的值近似于点p1～p11的电压值而进行拟合。若能够运算近似正弦波，则波形运算部102将该正弦波设为时间tp上的脉动电压的波形。波形c1是波形运算部102根据点p1～p11运算出的脉动电压的波形。同样地，波形c2是波形运算部102根据点q1～q11运算出的在时间tq上的脉动电压的波形。wp是波形c1所示的脉动电压的值wp，wq是波形c2所示的脉动电压的值wq。
19.在此，假设为以一定间隔t0对电压计11所测量的电压值进行采样。然后，其值如点r1～r11所示全部为0。在这种情况下，从所测量的电压值来看，脉动电压的振幅似乎始终为0。然而，实际上，有可能产生有如波形c1或波形c2那样的脉动电压。如果产生有波形c2所示的脉动电压，则在该脉动电压的值w超过阈值α的情况下，在图1的电路中产生共振。若如此以等间隔对输入电压进行采样，则例如在输入电压的采样间隔与正弦波的周期一致的情况下，有可能无法观测脉动电压的振动状态。从而，在本实施方式中，获取部101以不等间隔对输入电压进行采样，波形运算部102根据这些值运算波形。于是，即使产生何种频率的脉动电压，也很难发生错过该振动的情况。
20.以不等间隔对时间宽度t1内的电压值进行采样的时刻可以预先设定，也可以每经过时间宽度t1时由获取部101随机设定。单位时间的长度t1或该期间的采样数被确定为可以获得波形运算中所需数量的样品且不会产生异常脉动电压的检测延迟。例如，可以认为通过每隔单位时间随机改变采样间隔，能够进一步降低因脉动电压的周期与采样周期重叠而引起的脉动电压的检测遗漏的风险。
21.若经过单位时间tp，则波形运算部102运算单位时间tp上的脉动电压的波形c1。判定部103比较波形c1的脉动电压的值wp和阈值α，若脉动电压的值wp为阈值α以上，则判定为
执行共振保护控制。同样地，若波形运算部102对单位时间tq运算波形c2，则判定部103比较脉动电压的值wq和阈值α。若脉动电压的值wq为阈值以上，则判定部103判定为执行共振保护控制。如此，控制装置10每隔单位时间tp以不等间隔对输入电压进行采样，运算该期间的脉动电压的波形，并监视脉动电压的动作。在脉动电压的值w中发现异常的情况下，控制装置10在继续监视脉动电压的同时，进行共振保护控制。接着，参考图3，对共振保护控制进行说明。
22.图3是对一实施方式中的共振保护控制的一例进行说明的图。图3上图的纵轴表示以电动压缩机20为产生源的脉动电压的值w，横轴表示时间。图3下图的纵轴表示马达9的转速，横轴表示时间。图3上图及图3下图的横轴的相同位置表示相同时间。
23.参考图3上图，在时刻t0上的脉动电压的值w为0。参考图3下图，时刻t0的马达9的转速为y(rpm)。y(rpm)是车辆的ecu根据用户设定的供暖制冷设定温度确定的要求转速。
24.在时刻t1，脉动电压的值w成为阈值α以上。判定部103根据值w成为阈值以上的情况来指示控制部104执行共振保护控制。于是，控制部104向逆变器7指示转速0(零)。将使马达9停止时的马达9的转速的变化示于曲线l1中，将脉动电压的值w的变化示于曲线a1中。若停止马达9，则如曲线a1所示，脉动电压的值w也降低。由此，能够防止共振的产生。
25.控制部104可以使马达9的转速降低来代替使马达9停止。将使马达9的转速降低时的转速的变化示于曲线l2中，将脉动电压的值w的变化示于曲线a2中。控制部104将小于y的值x(rpm)设定为目标转速，并向逆变器7指示转速x。或者，控制部104也可以将从要求转速y(rpm)到转速x(rpm)之间阶段性地设定的转速依次设定为目标转速，并每隔规定时间向逆变器7指示，使马达9的转速阶段性地降低至转速x。若在时刻t1指示降低转速，则马达9的转速逐渐降低，在时刻t1-1降低至x(rpm)。由此，能够防止共振的产生。在共振保护控制中，通过不停止马达9而以转速x运行，即使微弱，也能够继续由车辆空调机30进行空调，能够抑制用户的舒适性的降低。
26.脉动电压的异常有时因过渡性现象而产生。因此，与马达9的停止、降低马达9的转速无关，若从脉动电压的值w降低为小于阈值α起经过规定时间，则控制部104可以判断为有可能消除了使脉动电压产生异常的过渡性要因，并进行使马达9的转速再次朝向车辆空调机30所要求的要求转速y上升的控制。由此，能够使车辆空调机30的运行状态接近于与负载对应的运行状态，因此能够恢复用户的舒适性。在即使使马达9的转速上升也不会产生脉动电压的异常的情况下，控制部104维持马达9的转速y(rpm)。在脉动电压的异常再次产生的情况下，控制部104停止马达9或降低马达9的转速，从脉动电压的值w降低为小于阈值α起经过规定时间，则重复进行使马达9的转速朝向要求转速y上升的控制，直到不产生脉动电压的异常、或者使马达9的转速上升的次数达到规定的上限次数为止。在即使使其上升多少次也产生脉动电压的异常的情况下，控制部104使马达9保持停止。由此，在能够防止由脉动电压引起的共振的同时，尽可能进行基于车辆空调机30的空调，并且抑制用户的舒适性的降低。控制部104可以不是使马达9的转速一次上升至y(rpm)，而是使转速朝向要求转速y阶段性地上升。在该情况下，控制部104即使无法使马达9的转速上升至y，也可以使其上升至不产生脉动电压的异常的最大转速，并持续保持运行。
27.如图3所示，在脉动电压的产生源是电动压缩机20的情况下，控制部104通过使马
达9的转速降低，能够使脉动电压的值w降低。然而，在脉动电压的产生源是车辆设备40的情况下，通过控制装置10的控制无法消除脉动电压的异常。例如，即使使马达9的转速降低，若值w为阈值α以上，则脉动电压的产生源有可能是车辆设备40。在脉动电压的产生源是车辆设备40的情况下，控制装置10可以在使马达9停止的状态下待机，直到脉动电压的值w小于阈值α为止。控制装置10可以将记载有产生了以车辆设备40为产生源的脉动电压的异常的记录表记录于未图示的存储部。例如，通过向车辆设备40的制造商提供该记录表，能够要求抑制异常脉动电压的产生。
28.接着，对本实施方式的脉动电压的检测处理及共振保护控制的流程进行说明。图4是表示一实施方式中的控制的一例的流程图。在电动压缩机20中，马达9以与车辆空调机30的空调负载对应的要求转速y进行驱动。获取部101以不等间隔对电压计11所测量的最新电压值进行采样(步骤s10)。获取部101将所采样的电压值输出到波形运算部102。波形运算部102运算规定单位时间(时间宽度t1)内的脉动电压的波形(步骤s11)。例如，波形运算部102对获取部101在单位时间内以不等间隔获取的多个电压值进行正弦波拟合，从而运算脉动电压的波形。波形运算部102对运算出的波形算出脉动电压的值w(例如，图2的wp、wq)。波形运算部102将脉动电压的值w输出到判定部103。判定部103比较脉动电压的值w与阈值α(步骤s12)。在值w小于阈值α的情况下(步骤s12；否)，判定部103判断为由脉动电压引起共振的可能性低，并重复从步骤s10开始的处理。
29.在脉动电压的值w为阈值α以上的情况下(步骤s12；是)，则判定部103判断为有可能产生由脉动电压引起的共振，并向控制部104指示开始共振保护控制。控制部104使马达9停止，或者使马达9的转速降低至规定转速x(rpm)(步骤s13)。在使马达9停止等之后，也重复从步骤s10开始的处理。在进行了共振保护控制的情况下，例如，在从脉动电压的值w降低为小于阈值α起经过规定时间之后，可以再次使马达9的转速上升。即使进行共振保护控制，若脉动电压的值w保持阈值α以上，则可以认为以车辆设备40为产生源的脉动电压异常。在这种情况下，可以将脉动电压异常的产生记录于记录表中，或者向车辆设备40侧通知警报。
30.根据本实施方式，以不等间隔对电动压缩机20的输入电压的值进行采样，根据该采样结果运算脉动电压的波形。由此，在产生了何种频率的脉动电压的情况下，也能够无遗漏地检测该振动，并掌握脉动电压的振动状态。通过无遗漏地检测脉动电压的值w成为阈值α以上并执行共振保护控制，能够防止共振并防止电动压缩机20等的破损。
31.图5是表示一实施方式中的控制装置的硬件结构的一例的图。计算机900具备cpu901、主存储装置902、辅助存储装置903、输入/输出接口904、通信接口905。上述控制装置10安装于计算机900。而且，上述各功能以程序的形式存储于辅助存储装置903。cpu901从辅助存储装置903读取程序并将其扩展到主存储装置902，并按照该程序执行上述处理。cpu901按照程序在主存储装置902中确保存储区域。cpu901按照程序在辅助存储装置903中确保存储处理中的数据的存储区域。
32.将用于实现控制装置10的全部或部分功能的程序可以记录于计算机可读取的记录介质中，通过使计算机读取并执行记录于该记录介质中的程序而进行基于各功能部的处理。在此，所谓的“计算机系统”是指包括os、配套设备等硬件。若为利用www系统的情况，则“计算机系统”也包括网页提供环境(或显示环境)。并且，“计算机可读取的记录介质”是指cd、dvd、usb等便携式介质、内置于计算机系统中的硬盘等存储装置。在该程序通过通信线路分配于计算机900的情况下，接受分配的计算机900可以将该程序扩展到主存储装置902，并执行上述处理。上述程序可以用于实现前述功能的一部分，还可以通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合能够实现前述功能。
33.如上所述，对本发明所涉及的几种实施方式进行了说明，但是这些所有实施方式是作为例子而提示的，无特意限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种省略、替换及变更。这些实施方式及其变形包括在发明的范围或主旨中，同样也包括在与权利要求范围中记载的发明及其等同的范围内。
34.＜附记＞各实施方式中记载的控制装置10、电动压缩机20、脉动电压的检测方法及程序例如如下掌握。
35.(1)第1方式所涉及的控制装置10具备：获取部101，以不等间隔对由电池1驱动的电动压缩机20的输入电压的电压值进行采样；及波形运算部102，根据以不等间隔采样的所述电压值，运算所述输入电压的脉动分量的波形。
36.根据控制装置10，能够与脉动电压的频率无关地检测脉动电压的振动状况。由此，能够无遗漏地检测脉动电压的异常，并避免由脉动电压的异常引起的共振的产生。
37.(2)第2方式所涉及的控制装置10在(1)的控制装置10中，所述获取部101在以不等间隔分割规定单位时间(tp、tq)的方式确定的多个时刻(点p1～p11、点q1～q11)进行所述采样，所述波形运算部102每隔所述单位时间运算所述波形。将得到波形运算中所需数量的电压值的样品的时间确定为单位时间，并确定为能够在该单位时间内以不等间隔对电压值进行采样，由此能够实现无遗漏的脉动电压的检测。
38.(3)第3方式所涉及的控制装置10在(1)的控制装置10中，所述获取部101每隔规定单位时间(tp、tq)确定以不等间隔分割该单位时间的多个时刻，并每隔该时刻(点p1～p11、点q1～q11)进行所述采样，所述波形运算部102每隔所述单位时间运算所述波形。通过以各种方式改变采样间隔，能够降低因脉动电压的周期和采样周期重叠而引起的脉动电压的检测遗漏的风险。
39.(4)第4方式所涉及的控制装置10在(1)～(3)的控制装置10中，还具备：判定部103，判定所述波形所示的脉动电压的值w是否为规定阈值α以上；及控制部104，在所述脉动电压的值w为所述阈值α以上的情况下，使所述电动压缩机20的马达9的转速降低。在检测出异常脉动电压的情况下，通过使马达9的转速降低(包括停止)，能够避免共振的产生。
40.(5)第5方式所涉及的电动压缩机20具备(1)～(4)的控制装置10。
41.(6)第6方式所涉及的脉动电压的检测方法，其进行如下处理：以不等间隔对由电池1驱动的电动压缩机20的输入电压的电压值进行采样；及根据以不等间隔采样的所述电压值，运算所述输入电压的脉动分量的波形。
42.(7)第7方式所涉及的程序用于使计算机作为如下机构发挥作用：以不等间隔对由电池驱动的电动压缩机的输入电压的电压值进行采样的机构；及根据以不等间隔采样的所
述电压值运算所述输入电压的脉动分量的波形的机构。产业上的可利用性
43.根据上述控制装置、电动压缩机、脉动电压的检测方法及程序，能够可靠地检测脉动电压的异常。符号说明
44.1-电池，2-电容器，3-逆变器，4-负载，5a、5b-电感器，6-电容器，7-逆变器，8-电源电路，9-马达，10-控制装置，101-获取部，102-波形运算部，103-判定部，104-控制部，11-电压计，12-压缩部，13-存储装置，20-电动压缩机，30-车辆空调机，40-车辆设备，900-计算机，901-cpu，902-主存储装置，903-辅助存储装置，904-输入/输出接口，905-通信接口。