DE102004007882A1

DE102004007882A1 - Luftkompressor und Verfahren zu seinem Steuern

Info

Publication number: DE102004007882A1
Application number: DE102004007882A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Hitachinaka Iimura; Hiroaki Hitachinaka Orikasa; Mitsuhiro Hitachinaka Sunaoshi; Toshiaki Hitachinaka Uchida; Kazuhiro Hitachinaka Segawa
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: US20090288849A1; US8328524B2; CN1534194A; US7704052B2; CN100334349C; DE102004007882B4; ITTO20040092A1; US20040191073A1

Abstract

Ein Luftkompressor schließt ein: einen Behälterabschnitt zum Aufbewahren von in einem Pneumatikwerkzeug verwendbarer Druckluft; einen Druckluftgenerierabschnitt zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt; einen Antriebsabschnitt einschließlich eines Motors zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts; einen Steuerschaltungsabschnitt zum Steuern des Antriebsabschnitts und einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks der im Behälterabschnitt aufbewahrten Druckluft. Der Steuerschaltungsabschnitt schließt eine Einheit zum mehrstufigen Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors ein, basierend auf einem von dem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignal.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftkompressor zum Generieren von in einem Pneumatikwerkzeug, wie zum Beispiel einer pneumatischen Nagelmaschine, verwendender Druckluft und ein Verfahren zum Steuern des Luftkompressors.

Allgemein ist ein für Pneumatikwerkzeug verwendeter Luftkompressor derart aufgebaut, dass eine Kurbelwelle eines Kompressorhauptteils von einem Motor angetrieben wird, um zu Drehen zum Hinundherbewegen eines Kolbens in einem Zylinder in Übereinstimmung mit der Drehung der Kurbelwelle, um hierdurch von einem Einlassventil angesaugte Luft zu komprimieren. Die im Kompressorhauptteil generierte Druckluft wird von einem Auslassventil zu einem Luftbehälter über ein Rohr entleert, bzw. ausgeräumt und in dem Behälter aufbewahrt. Das Pneumatikwerkzeug richtet seine Arbeit, wie zum Beispiel Nageln, unter Verwendung der in dem Behälter aufbewahrten Druckluft.

Der Luftkompressor wird häufig zu einer Baustelle getragen und im Freien verwendet oder wird häufig an dicht besiedelten Orten verwendetet. Aus diesem Grund muss der Luftkompressor aus verschiedenen Gesichtspunkten verbessert werden. Gemäß den Untersuchungen der vorliegenden Erfinder in Bezug darauf, wie der Luftkompressor tatsächlich an dem Arbeitsplatz verwendet wird, können die Benutzerwünsche und die technischen Probleme in folgenden Unterpunkten gesammelt werden.

(1) Geräuschreduzierung

Weil der Luftkompressor einen Mechanismus zum Umsetzen der Drehung des Motors in die Hinundherbewegung des Kolbens im Zylinder hat, ist es unvermeidbar, dass spürbares Geräusch produziert wird, wenn der Motor dreht. Zudem wird, weil das Pneumatikwerkzeug, wie zum Beispiel eine Nagelmaschine, unter Verwendung von durch den Luftkompressor generierter Druckluft Betriebsgeräusch produziert, wenn das Pneumatikwerkzeug arbeitet, das Betriebsgeräusch kombiniert mit dem Eigengeräusch des Luftkompressors, so dass überall Lärm auf der Baustelle produziert wird. Insbesondere, wenn der Luftkompressor in den frühen Morgenstunden oder nach den Abendstunden an dicht besiedelten Orten verwendet wird, gibt es einen starken Bedarf, dass das Geräusch so niedrig wie möglich sein sollte.

(2) Verbesserung in Leistung und Effizienz

Der Ort, an dem der Luftkompressor verwendet wird, ist nicht immer in einer ausreichend mit elektrischer Energie versorgten Umgebung. Der Luftkompressor kann eher verwendet werden in einer solchen Umgebung, dass es unmöglich ist, eine ausreichend hohe Spannung beizubehalten, weil eine lange Schnur zu verwenden ist zum Bereitstellen einer Energieversorgungsspannung von einem anderen Ort oder in einer solchen Umgebung, dass im großen Umfang Druckluft verbraucht werden muss, weil eine große Zahl pneumatischer Werkzeuge gleichzeitig zu benutzen sind.

Aus diesem Grund kann es unmöglich sein, eine Hochleistungsausgangsgröße von dem Luftkompressor zu produzieren. Wenn beispielsweise eine Nagelmaschine unter der Bedingung verwendet wird, dass die Ausgangsgröße nicht ausreicht, wird das Nageln nicht tief genug ausgeführt und es ergibt sich ein Problem, dass es unmöglich ist, ein Werkstück zufriedenstellend zu nageln.

Allgemein wird 26 kg/cm² bis 30 kg/cm² an Luft in dem Luftbehälter des Luftkompressors aufbewahrt. Es ist unvermeidlich, dass die Luft nach und nach entweicht, wenn kein Werkzeug verwendet wird. Es gibt ein anderes Problem, das das Absenken der Effizienz verursacht werden kann in Übereinstimmung damit, wie der Luftkompressor zu verwenden ist.

(3) Verbesserung der Größenreduzierung und Tragbarkeit

Es ist selten, dass der Luftkompressor für Pneumatikwerkzeug als ein stationärer Kompressor verwendet wird. In den meisten Fällen ist der Luftkompressor von tragbarer Art, so dass der Luftkompressor verwendet wird, nachdem er auf eine Baustelle getragen worden ist. Demnach muss der Luftkompressor von so kleiner Größe wie möglich sein und so exzellent tragbar wie möglich. Entsprechend muss ein Verkomplizieren des Aufbaus des Druckluftgenerierabschnitts und des Antriebsabschnitts zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnittes weitmöglichst vermieden werden, um die Tragbarkeit nicht zu stören.

(4) Verlängerung der Lebensdauer

Es gibt ein Problem, dass die Lebensdauer des Luftkompressors, der für Pneumatikwerkzeuge verwendet wird, kürzer als die Lebensdauer eines für Kühlgeräte, Klimaanlagen etc. verwendeten Kompressors. Obwohl es in einem Aspekt unvermeidbar ist, dass der Luftkompressor eine kurze Lebensdauer hat, weil der Luftkompressor in rauer Umgebung verwendet wird, ist das Unterdrücken der Laständerung zum äußersten oder das Unterdrücken des Generierens von verschwendeter Druckluft zum äußersten erforderlich zum Erzielen der Verlängerung der Lebensdauer.

(5) Unterdrückung des Temperaturanstiegs

Es ist unvermeidbar, dass die Temperatur des Luftkompressors spürbar hoch wird aufgrund der Hinundherbewegung des Kolbens im Zylinder und des im Motor fließenden elektrischen Stroms zum Antreiben des Kolbens. Die hohe Temperatur des Luftkompressors verursacht jedoch ein Ansteigen an Verlusten und eine Störung der Effizienz. Demnach ist die Unterdrückung des Ansteigens der Temperatur des Luftkompressor bis zum äußersten ein dringendes Erfordernis.

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen Luftkompressor bereitzustellen und ein Steuerverfahren davon zum Lösen der oben beschriebenen Probleme, insbesondere (1), (2) und (5).

Zum Erreichen des vorangegangenen Ziels stellt die Erfindung einen Luftkompressor bereit einschließlich eines Behälterabschnittes zum Aufbewahren komprimierter Luft, die in einem Pneumatikwerkzeug verwendet wird, einen Druckluftgenerierabschnitt zum Generieren komprimierter Luft und Zuführen der komprimierten Luft zum Behälterabschnitt, einen Antriebsabschnitt mit einem Motor zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnittes und einen Steuerschaltungsabschnitt zum Steuern des Antriebsabschnitts, wobei: der Luftkompressor ferner einen Drucksensor einschließt zum Erfassen des Drucks der in dem Behälterabschnitt aufbewahrten Druckluft; und der Steuerschaltungsabschnitt eine Einheit einschließt zum mehrstufigen Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis eines von dem Drucksensor abgegebenen Erfassungssignals.

Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig auf diese Weise in Übereinstimmung mit dem Behälterdruck gesteuert wird, kann der Lastzustand derart vorhergesagt werden, dass Druckluft effizient generiert werden kann. Leistungsknappheit kann vermieden werden, selbst in dem Fall, in dem eine große Menge von Luft verwendet wird. Die Drehgeschwindigkeit kann reduziert werden zum Erzielen eines geräuscharmen Betriebs, wenn eine kleine Menge von Luft verwendet wird.

In der Erfindung kann der Steuerschaltungsabschnitt den Innendruck P des Behälterabschnitts auf der Basis eines von dem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignals berechnen, die Rate ΔP/ΔT der Druckänderung ΔP zu einer vorbestimmten Zeit ΔT berechnen und die Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis von zumindest einem aus der Gruppe von dem Druck P und der Rate ΔP/ΔT der Druckänderung entscheiden.

In diesem Aufbau kann die zu verwendende Luftmenge feiner vorhergesagt werden, so dass der Leistungsverbesserungs- und Geräuschreduzier-Effekt stärker verbessert werden können.

In der Erfindung kann der Steuerschaltungsabschnitt ferner einen Speicher einschließen zum Speichern von Zusammenhängen zwischen dem Druck P des Behälterabschnitts und der Rate ΔP/ΔT der Drückänderung und der Drehgeschwindigkeit des Motors angebender Information, so dass die Drehgeschwindigkeit des Motors mit Hilfe des Durchsuchens des Speichers entschieden wird.

In diesem Aufbau kann die Drehgeschwindigkeit leichter gesteuert werden.

Erfindungsgemäß kann die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Motors mehrstufig eingestellt werden, um eine Vielzahl von Werten zu haben, wie zum Beispiel 0, N, 2N, 3N, ..., und nN (wobei n eine beliebige Zahl ist), so das einer der Werte durch den Steuerschaltungsabschnitt ausgewählt wird, um hierdurch den Motor zu steuern. Wenn die Drehzahl auf diese Weise mehrstufig gesteuert wird, kann die Effizienz des Generierens von Druckluft verbessert werden, verglichen mit der Ein-/Aus-Steuerung des Standes der Technik.

Die Erfindung kann einen Luftkompressor bereitstellen, einschließlich eines Behälterabschnittes zum Aufbewahren von in einem pneumatischen Werkzeug verwendbarer bzw. zu verwendender Druckluft, eines Druckluftgenerierabschnittes zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt, eines Antriebsabschnitts mit einem Motor zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnittes und eines Steuerschaltungsabschnitts zum Steuern des Antriebsabschnitts, wobei: der Luftkompressor außerdem einen Temperatursensor einschließt zum Erfassen der Temperatur des Motors des Antriebsabschnitts, und die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig gesteuert wird, basierend auf einem von dem Temperatursensor ausgegebenen Erfassungssignal.

Der Luftkompressor gemäß der Erfindung kann ferner einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks von Druckluft im Behälterabschnitt einschließen, wobei die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig basierend auf von dem Temperatursensor und dem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignalen gesteuert wird.

Der Druckkompressor gemäß der Erfindung kann ferner eine Spannungserfassungsschaltung einschließen zum Erfassen einer Energieversorgungsspannung des Antriebsabschnitts und eine Stromerfassungsschaltung zum Erfassen eines Laststroms des Antriebsabschnitts, wobei die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig gesteuert wird, basierend auf dem von dem Temperatursensor ausgegebenen Erfassungssignal und einem von mindestens einem aus der Gruppe von Spannungserfassungsschaltung und Stromerfassungsschaltung ausgegebenen Erfassungssignal.

In dem Luftkompressor gemäß der Erfindung kann die Drehgeschwindigkeit des Motors in mindestens drei Stufen einer hohen Geschwindigkeit, einer mittleren Geschwindigkeit und einer niedrigen Geschwindigkeit gesteuert werden. Die Erfindung kann einen Luftkompressor einschließlich eines Behälterabschnitts zum Aufbewahren von in einem pneumatischen Werkzeug verwendbarer Druckluft bereitstellen, eines Druckluftgenerierabschnittes zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zum Behälterabschnitt, eines Antriebabschnitts mit einem Motor zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts und eines Steuerschaltungsabschnitts zum Steuern des Antriebsabschnitts, wobei: der Luftkompressor ferner einen Drucksensor einschließt zum Erfassen des Drucks der in dem Behälterabschnitt aufbewahrten Druckluft; und die Rate ΔP1/ΔT1 der Äderung ΔP1 des Innendrucks des Behälterabschnitts zu einer relativ kurzen Zeit ΔT1 und die Rate ΔP2/ΔT2 der Änderung ΔP2 des Innendrucks im Behälterabschnitts zu einer Zeit ΔT2, die länger ist als die Zeit ΔT1, berechnet werden, basierend auf den Erfassungssignalen, die von dem Drucksensor ausgegeben werden, so dass die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig gesteuert wird auf der Basis von mindestens einer der beiden Druckänderungsraten.

Der Luftkompressor gemäß der Erfindung kann ferner einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Motors einschließen, wobei die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig gesteuert wird, basierend auf den beiden Druckänderungsraten und einem Erfassungssignal, das von dem Temperatursensor ausgegeben wird.

Der Luftkompressor gemäß der Erfindung kann ferner einen Spannungssensor einschließen zum Erfassen einer Energieversorgungsspannung des Antriebsabschnitts und einen Stromsensor zum Erfassen eines Laststroms des Antriebsabschnitts, wobei die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig gesteuert wird, basierend auf den beiden Druckänderungsraten und mindestens einem aus der Gruppe der Erfassungssignale, die von dem Spannungssensor und dem Stromsensor ausgegeben werden.

Andere Merkmale der Erfindung werden klarer aus der folgenden Beschreibung verstanden werden.

Die vorliegende Erfindung kann leichter beschrieben werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen zeigt:
1 ein Konzeptdiagramm erster bis dritter Ausgestaltungsformen von Luftkompressoren gemäß der Erfindung;
2 eine Draufsicht der ersten Ausgestaltungsform des Luftkompressors gemäß der Erfindung;
3 ein Schaltungsdiagramm erster bis dritter Ausgestaltungsformen der Motorantriebsschaltungen in den Luftkompressoren gemäß der Erfindung;
4 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausgestaltungsform eines Programms, das zur Steuerung des Luftkompressors gemäß der Erfindung verwendet wird;
5 eine Graphik zum Erläutern einer Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabelle, die verwendet wird zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung;
6 eine Graphik zum Erläutern einer Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabelle, die verwendet wird zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung;
7 eine Graphik zum Erläutern einer Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabelle, die verwendet wird zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung;
8 eine Graphik zum Erläutern einer Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabelle, die verwendet wird zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung;
9 eine Graphik einer Druckänderungskurve zum Erläutern des Betriebs eines Luftkompressors gemäß dem Stand der Technik;
10 eine Graphik einer Druckänderungskurve zum Erläutern des Betriebs eines Luftkompressors gemäß der Erfindung;
11 eine Graphik einer Druckänderungskurve zum Erläutern des Betriebs eines Luftkompressors gemäß der Erfindung;
12 eine Graphik einer Druckänderungskurve zum Erläutern des Betriebs eines Luftkompressors gemäß der Erfindung;
13 eine Graphik einer Druckänderungskurve zum Erläutern des Betriebs eines Luftkompressors gemäß der Erfindung;
14 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausgestaltungsform eines Programms, das zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung verwendet wird;
15 ein Ablaufdiagramm eines anderen Beispiels der zweiten Ausgestaltungsform des Programms, das verwendet wird zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung;
16 ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausgestaltungsform eines Programms, das verwendet wird zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung; und
17 eine Graphik einer Druckänderungskurve zum Erläutern des Betriebs des Luftkompressors gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
– Die erste bevorzugte Ausführungsform –
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend detailliert beschrieben.
1 ist eine Konzeptansicht eines Luftkompressors gemäß der Erfindung. Wie in 1 gezeigt, schließt der Luftkompressor einen Behälterabschnitt 10 ein zum Aufbewahren von Druckluft, einen Druckluftgenerierabschnitt 20 zum Generieren von Druckluft, einen Antriebsabschnitt 30 zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts 20 und einen Steuerschaltungsabschnitt zum Steuern des Antriebsabschnitts 30.
(1) Behälterabschnitt 10
Wie in 2 gezeigt, schließt der Behälterabschnitt 10 einen Luftbehälter 10A zum Aufbewahren von hochkomprimierter Druckluft ein. Beispielsweise werden dem Luftbehälter 10A durch ein Rohr 21, das mit einer Auslassöffnung eines Kompressorabschnittes 20A verbunden wird, hochkomprimierte Luft von 20 kg/cm² bis 30 kg/cm² zugeführt.
Der Luftbehälter 10 ist allgemein mit einer Vielzahl von Druckluftauslassanschlüssen 18 und 19 versehen. In dieser Ausgestaltungsform ist ein Beispiel gezeigt, in welchem ein Auslassanschluss 18 zum Entnehmen von Niederdruck-Druckluft und ein Auslassanschluss 19 zum Entnehmen von Hochdruck-Druckluft an dem Luftbehälter 10A angebracht sind. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist.
Der Niederdruck-Druckluftausgangsabschnitt 18 ist mit einem Niederdruckkoppler 14 durch ein Druckreduzierventil 12 verbunden. Der maximale Druck der Druckluft auf der Auslassseite des Druckreduzierventils 12 wird unabhängig vom Druck der Druckluft auf der Einlassseite des Druckreduzierventils 12 bestimmt. In dieser Ausgestaltungsform ist der maximale Druck festgelegt auf einen vorbestimmten Wert in einem Bereich von 7 kg/cm² bis 10 kg/cm². Demgemäß kann Druckluft mit einem Druck von nicht mehr als dem maximalen Druck von der Auslassseite des Druckreduzierventils 12 erhalten werden, unabhängig von dem Druck im Luftbehälter 10A.
Druckluft auf der Auslassseite des Druckreduzierventils 12 wird einem pneumatischen Niederdruckwerkzeug 51, das in 1 gezeigt ist, über einen Niederdruckkoppler 14 zugeführt.
Andererseits ist der Hochdruck-Druckluftauslassanschluss 19 an einen Hochdruckkoppler 15 durch ein Druckreduzierventil 13 verbunden. Der maximale Druck der Druckluft auf der Auslassseite des Druckreduzierventils 13 wird unabhängig vom Druck der Druckluft an der Einlassseite des Druckreduzierventils 13 bestimmt. In dieser Ausgestaltungsform wird der maximale Druck festgelegt auf einen vorbestimmten Wert in einem Bereich von 10 kg/cm² bis 30 kg/cm². Entsprechend kann Druckluft mit einem Druck von nicht mehr als dem maximalen Druck von der Auslassseite des Druckreduzierventils 13 erhalten werden. Druckluft auf der Auslassseite des Druckreduzierventils 13 wird einem in 1 gezeigten pneumatischen Hochdruckwerkzeug 52 durch einen Hochdruckkoppler 15 zugeführt.
Eine Niederdruckanzeige 16 und eine Hochdruckanzeige 17 sind ausgebildet, um an den Druckreduzierventilen 12 und 13 jeweils derart angebracht zu werden, dass der Druck der Druckluft auf der Auslassseite jedes der Druckreduzierventile 12 und 13 beobachtet werden kann. Der Niederdruckkoppler 14 und der Hochdruckkoppler 15 sind derart ausgebildet, dass sie nicht kompatibel miteinander sind aufgrund unterschiedlicher Größe, so dass das pneumatische Hochdruckwerkzeug 52 nicht mit dem Niederdruckkoppler 14 verbunden werden kann während das pneumatische Niederdruckwerkzeug 51 nicht mit dem Hochdruckkoppler verbunden werden kann. Eine solche Konfiguration ist bereits in JP-A-4-296505 vorgeschlagen worden, die von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung angemeldet worden ist.
Ein Drucksensor 11 ist an einem Abschnitt des Luftbehälters 10A derart angebracht, dass der Druck der Druckluft im Behälter 10A durch den Drucksensor 11 erfasst werden kann. Ein Erfassungssignal, das vom Drucksensor 11 ausgegeben wird, wird dem Steuerschaltungsabschnitt 40 zugeführt und zum Steuern eines Motors verwendet, welcher später beschrieben werden wird. Ein Sicherheitsventil 10B ist an einem Abschnitt des Luftbehälters 10A derart angebracht, dass ein Teil der Luft aus dem Luftbehälter 10A durch das Sicherheitsventil 10B entweicht zum Garantieren der Sicherheit, wenn der Druck im Luftbehälter 10A außergewöhnlich hoch ist.
(2) Druckluftgenerierabschnitt 20
Der Druckluftgenerierabschnitt 20 bewegt einen Kolben in einem Zylinder hin und her zum komprimieren von in den Zylinder über ein Einlassventil des Zylinders angesaugter Luft, um hierdurch Druckluft zu generieren. Der Kompressor ist per sé bekannt. Beispielsweise hat JP-A-11-280653 , die von der Anmelderin der vorliegenden Erfindung angemeldet worden ist, einen Mechanismus zum Übertragen der Drehung eines Motors zu einer Ausgangswelle über ein an einem vorderen Ende einer Drehwelle angebrachtes Ritzel und ein mit dem Ritzel in Eingriff stehendes Zahnrad zum Bewegen der Ausgangswelle, um hierdurch einen Kolben hin und her zu bewegen, offenbart.
Wenn der Kolben in den Zylinder eine Hinunherbewegung ausführt, wird durch das in einem Zylinderkopf vorgesehene Einlassventil angesaugte Luft komprimiert. Wenn der Druck der komprimierten Luft einen vorbestimmten Wert erreicht, wird von einem im Zylinderkopf bereitgestellten Auslassventil Druckluft erhalten. Die Druckluft wird einem Luftbehälter 10A durch das Rohr 21 zugeführt, das in 2 gezeigt ist.
(3) Antriebsabschnitt 30
Der Antriebsabschnitt 30 generiert Antriebskraft für die Hinunherbewegung des Kolbens. Wie in 3 gezeigt, schließt der Antriebsabschnitt 30 einen Motor 33 ein, eine Motorantriebs- bzw. Treiberschaltung 32 und eine Energieversorgungsschaltung 31. Die Energieversorgungsschaltung 31 hat eine Gleichrichterschaltung 313 zum Gleichrichten der Spannung von einer 100 V Wechselspannungsquelle 310 und eine Glättungs-/Anhebungs-/Konstanzspannungs-Schaltung 314 zum Glätten, Anheben und Regeln der gleichgerichteten Spannung in eine Konstantspannung.
Die Energieversorgungsschaltung 31 ist auch mit einem Spannungsdetektor 311 versehen zum Erfassen der Spannung zwischen entgegengesetzten Enden der Wechselspannungsquelle 310 und einen Stromdetektor 312 zum erfassen des in der Wechselspannungsquelle 310 fließenden Stroms, falls erforderlich. Von den Detektoren 311 und 312 abgegebene Signale werden dem Steuerschaltungsabschnitt 40 zugeführt, welcher später beschrieben wird. Obwohl die Detektoren 311 und 312 zum Steuern des Motors 33 verwendet werden zum Drehen bei einer hohen Geschwindigkeit, beispielsweise, in solch einer sehr kurzen Zeit, dass ein Schaltungsunterbrecher (nicht dargestellte Motorschutzschaltung, Sicherung o.ä.) der Wechselspannungsquelle 310 nicht ansprechen wird, wird die detaillierte Beschreibung der Detektoren 311 und 312 weggelassen, weil die Detektoren 311 und 312 nicht direkt in Verbindung stehen mit dem Steuern in dieser Ausgestaltungsform. Obwohl der Steuerschaltungsabschnitt 40 auch mit der Konstantspannungsschaltung 314 zum Erhalten einer Konstantspannung zu tun hat, wird die detaillierte Beschreibung der Konstantspannungsschaltung 314 weggelassen, weil die Konfiguration der Konstantspannungsschaltung 314 per sé allgemein bekannt ist.
Die Motorantriebsschaltung 32 hat Schalttransistoren 321 bis 326 zum Generieren einer Dreiphasenimpulsspannung einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase aus einer Gleichspannung. Die Transistoren 321 bis 326 werden gesteuert, um durch den Steuerschaltungsabschnitt 40 ein-/aus-geschaltet zu werden. Die Frequenz eines jeden der Transistoren 321 bis 326 zugeführten Impulssignals wird gesteuert, um hierdurch die Drehgeschwindigkeit des Motors zu steuern.
Als ein Beispiel wird die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 mehrstufig festgelegt, um ganzzahlige vielfache nR eines Referenzwertes R, wie zum Beispiel 0 U/min, 1200 U/min, 2400 U/min und 3600 U/min zu sein. Der Motor 33 wird gesteuert, um bei einer Drehgeschwindigkeit angetrieben zu werden, die aus diesen Werten ausgewählt wird.
Dioden sind jeweils mit den Schalttransistoren 321 bis 326 parallel geschaltet. Die Dioden sind vorgesehen zum Verhindern der Zerstörung der Transistoren 321 bis 326 durch in einem Stator 33A des Motors 33 generierte gegenelektromotorische Kräfte.
Der Motor 33 hat einen Stator 33A und einen Rotor 33B. U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen 331, 332 und 333 sind in dem Stator 33A ausgebildet. Ein drehendes Magnetfeld wird, basierend auf in diesen Spulen 331 bis 333 fließenden elektrischen Strömen, gebildet.
In dieser Ausgestaltungsform ist der Rotor 33B aus einem Permanentmagneten erstellt. Der Rotor 33B wird durch das drehende Magnetfeld gedreht, das basierend auf durch diese Spulen 331 bis 333 des Stators 33A fließende elektrische Ströme gebildet wird. Die Drehkraft des Rotors 33B dient als Antriebskraft zum Betreiben des Kolbens des Druckluftgenerierabschnittes 20 (1).
Der Motor 33 ist mit einer Temperaturerfassungsschaltung 334 versehen zum Erfassen der Spulentemperatur des Stators 33a. Ein von der Temperaturerfassungsschaltung 334 ausgegebenes Erfassungssignal wird dem Steuerschaltungsabschnitt 40 zugeführt. Der Motor 33 ist auch mit eine Drehgeschwindigkeits- bzw. Drehzahlerfassungsschaltung 335 versehen zum Erfassen der Drehzahl des Rotors 33B, falls erforderlich. Ein von der Drehzahlerfassungsschaltung 335 ausgegebenes Erfassungssignal wird dem Steuerschaltungsabschnitt 40 zugeführt.
Wie in 1 gezeigt, schließt der Steuerschaltungsabschnitt 40 eine Zentralverarbeitungseinheit (auf die nachstehend bezug genommen wird als CPU vom englischsprachigen Ausdruck Central Processing Unit) 41 ein, einen Speicher wahlfreien Zugriffs (der nachstehend als RAM bezeichnet wird vom englischsprachigen Ausdruck Random Access Memory) 42, und einen Nur-Lesespeicher (auf den nachstehend bezug genommen wird als ROM vom englischsprachigen Ausdruck Read Only Memory) 43.
Ein von dem Drucksensor 11 ausgegebenes Erfassungssignal und ein von der Temperaturerfassungsschaltung 334 ausgegebenes Erfassungssignal werden der CPU 41 über Schnittstellenschaltungen (die nachstehend abgekürzt sind als I/F-Schaltungen vom englischsprachigen Ausdruck Interface) 44 und 45 jeweils zugeführt. Ein von der CPU 41 ausgegebenes Befehlssignal wird der Motorantriebsschaltung 32 des Antriebsabschnittes 30 durch die I/F-Schaltung 45 zugeführt, um hierdurch die Schalttransistoren 321 bis 326 zu steuern (3).
Ein Motorsteuerprogramm, wie in 4 gezeigt, wird im ROM 43 gespeichert. Das RAM 42 wird verwendet zum temporären Speichern von Daten und Rechenergebnissen, die erforderlich sind für das Ausführen des Programms.
(5) Steuerprogramm
4 ist ein Ablaufdiagramm des in dem ROM 43 des Steuerschaltungsabschnittes 40 in der Erfindung gespeicherten Programms.
In Schritt 100 in 4 wird eine Initialisierung vorgenommen, so dass die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 festgelegt wird auf N2 (2400 U/min). Im nächsten Schritt 101, wenn im Schritt 109 ein Ändern der Drehgeschwindigkeit angefordert wird, wie später beschrieben wird, wird die geänderte Drehgeschwindigkeit von der in dem RAM 42 des Steuerschaltungsabschnittes 40 gespeicherten Tabelle geholt und der eingestellte Wert wird geändert. Diese Ausgestaltungsform zeigt ein Beispiel, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 in vier Stufen gesteuert wird, das heißt, N0, N1, N2 und N3. Die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 kann gesteuert werden, um irgendeinen Wert von N0 = 0 U/min, N1 = 1200 U/min, N2 = 2400 U/min und N3 = 3600 U/min zu haben. Es ist eine Selbstverständlichkeit, dass die Erfindung nicht auf das spezifische Beispiel beschränkt ist. Die Drehgeschwindigkeit N kann mehrstufig gesteuert werden. Die Werte von N0, N1, N2 und N3 können optional eingestellt werden.
In Schritt 102 wird der Druck (8t) der Druckluft im Luftbehälter 10A durch den Drucksensor 11 (2 erfasst). Der Druck P(t) wird in dem Steuerschaltungsabschnitt 40 in geeigneter Weise A/D-umgesetzt und in einem Bereich im RAM 42 gespeichert.
Im nächsten Schritt 103 wird eine Beurteilung getroffen, ob der Druck P im Behälter 10A höher ist als 30 kg/cm² oder nicht. Wenn der Druck P im Behälter 10A höher ist als 30 kg/cm², geht die momentane Position des Programms zu Schritt 104, in welchem der Motor 33 gesteuert wird, um seine Drehung anzuhalten. Das heißt, weil diese Ausgestaltungsform derart entworfen ist, dass der Druck im Luftbehälter 10A gesteuert wird, um in einem Bereich von 26 kg/cm² bis 30 kg/cm² zu sein, wird die Drehung des Motors 33 gestoppt zum Unterbrechen des Betriebs des Druckluftgenerierabschnittes 20, wenn der Druck im Behälter 10A höher wird als 30 kg/cm².
Wenn der Druck P im Luftbehälter 10A nicht höher ist als 30 kg/cm², geht die momentane Position des Programms zu Schritt 105, in welchem beurteilt wird, ob eine Zeit von 5 Sekunden (ΔT = 5 s) vergangen ist vom Zeitpunkt der Messung von P(t) oder nicht. Dies ist nicht nur zum Zwecke des Erfassens des Drucks im Luftbehälter 10A, sondern auch zum Zwecke des Erfassens der Rate ΔP/ΔT der Druckänderung. Wenn die Zeit ΔT = 5 s verstrichen ist, wird der Druck P(t+ΔT) in dem Behälter 10A wieder erfasst und der Erfassungswert wird im RAM 42 des Steuerschaltungsabschnittes 40 gespeichert.
Im Schritt 107 wird die Rate ΔP/ΔT der Druckluftänderung in dem Steuerschaltungsabschnitt 40 berechnet. Das heißt, weil dies Ausgestaltungsform den Fall zeigt, in dem die Zeit ΔT festgelegt ist auf 5 s, wird die Differenz ΔP = P(t+ΔT) – P(t) zwischen dem Behälterdruck P(t) zu einem Zeitpunkt t und dem Behälterdruck P(t+ΔT) nach dem Verstreichen von ΔT berechnet und dann wird die Rate ΔP/ΔT berechnet. Obwohl diese Ausgestaltungsform den Fall zeigt, in welchem die Zeit ΔT festgelegt ist auf 5 s, weil der Druck im Behälter 10A sich im allgemeinen langsam ändert, kann der Wert von ΔT geeignet ausgewählt werden in Übereinstimmung mit dem Installationsort und der Empfindlichkeit des Drucksensors 11.
Im nächsten Schritt 108 wird eine Drehgeschwindigkeitübergangs-Beurteilungstabelle ausgewählt. Vier Arten von Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabellen, wie in 5, 6, 7 und 8 gezeigt, sind in dem RAM 42 des Steuerschaltungsabschnittes 40 im Voraus gespeichert worden. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 der Anfangswert N2 (= 2400 U/min) ist, wird die in 5 gezeigte Tabelle ausgewählt. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 N3 (= 3600 U/min) ist, wird die in 6 gezeigte Tabelle ausgewählt. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 N1 ist, wird die in 7 gezeigte Tabelle ausgewählt. In ähnlicher Weise wird, wenn die momentane Drehgeschwindigkeit des Motors 33 N0 ist, die in 8 gezeigte Tabelle ausgewählt. In jeder der Tabellen wird der Behälterdruck P in der vertikalen Achse genommen und die Druckänderungsrate ΔP/ΔT des Behälterdrucks wird in der horizontalen Achse genommen, so dass jede Tabelle verwendet wird zum Entscheiden der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Motors 33 auf der Basis der Werte von P und ΔP/ΔT.
Es wird in beispielhafter Weise auf 5 Bezug genommen, wobei, wenn der Behälterdruck P höher ist als 30 kg/cm², die Drehgeschwindigkeit eingestellt wird auf N0, unabhängig vom Wert von ΔP/ΔT. Das heißt, der Motor wird angehalten. Dies ist natürlich, weil der Behälterdruck gesteuert wird, um immer in einem Bereich von 26 kg/cm² bis 30 kg/cm² gehalten zu werden.
Weil die Tatsache, dass die Druckänderungsrate ΔP/ΔT einen Minuswert hat, die Tatsache bedeutet, dass die Menge von abgegebener Druckluft größer ist als die Menge von dem Behälter 10A zugeführter Druckluft, wird eine Steuerung derart vorgenommen, dass die momentane Drehzahl N2 (= 2400 U/min) des Motors 33 umgeschaltet wird auf einen höheren Wert N3 (= 3600 U/min). Insbesondere in dem Fall, in dem die Pneumatikwerkzeuge 51 und 52 (1) in vollem Umfang betrieben werden, besteht die Möglichkeit, dass der Druck im Behälter 10A rapide abfallen kann, weil eine große Menge von Druckluft ausgegeben wird. In diesem Fall wird daher, wenn ΔP/ΔT nicht größer ist als –1 kg/cm²/s, die Drehgeschwindigkeit unmittelbar umgeschaltet auf N3, wenn der Behälterdruck P 30 kg/cm² ist. Wenn jedoch die Druckänderungsrate ΔP/ΔT relativ gering ist, um in einem Bereich von –1 kg/cm²/sec bis 0 kg/cm²/s zu sein, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehzahl von N3 betrieben, während der Druck P im Behälter 10A nicht weniger wird als 26 kg/cm², und die Drehzahl des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Druck P im Behälter 10A reduziert wird, um niedriger zu werden als 26 kg/cm². Andererseits, wenn ΔP/ΔT in einem Bereich von 0 kg/cm²/s bis +0,1 kg/cm²/s liegt, das heißt, wenn die Menge zugeführter Druckluft geringfügig größer ist als die Menge von abgegebener Druckluft, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehgeschwindigkeit von 2 betrieben, während der Druck P im Behälter nicht niedriger wird als 20 kg/cm² und die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Druck P im Behälter 10A reduziert wird, um niedriger zu sein als 20 kg/cm².
Wenn der Wert von ΔP/ΔT in einem Bereich von +0,1 kg/cm²/s bis +0,15 kg/cm²/s liegt, das heißt, wenn die Druckluftmenge im Behälter 10A zunimmt, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehgeschwindigkeit von N2 betrieben, während der Behälterdruck P nicht niedriger wird als 10 kg/cm² und die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Behälterdruck P reduziert wird, um niedriger zu sein als 10 kg/cm². Wenn ΔP/ΔT zunimmt, um in einem Bereich zu sein von +0,15 kg/cm²/s bis 0,3 kg/cm²/s, wird die Drehzahl des Motors 33 gesteuert, um reduziert zu werden von dem Momentanwert N2 auf N1, wenn der Behälterdruck nicht niedriger wird als 10 kg/cm², weil rasches Ansteigen im Behälterdruck P vorhersehbar ist.
Obwohl die Beschreibung für den Fall vorgenommen worden ist, in dem die Drehzahl, bei der der Motor 33 momentan betrieben wird, N2 ist und zu ändern ist zu N0, N3 oder N1, wird die Steuerung derart ausgeführt, dass die Drehzahl basierend auf einem unterschiedlichen Muster vorgenommen werden kann, wie in 6, 7 oder 8, wenn die momentane Drehzahl N3, N1 oder N0 ist.
Wir kehren zurück zu 4, wobei in Schritt 109 die ausgewählte Beurteilungstabelle durchsucht wird zum Entscheiden der Drehgeschwindigkeit des Motors 33, basierend auf P(t+T) und ΔP/ΔT. Die entschiedene Drehgeschwindigkeit wird im RAM 42 im Schritt 101 gespeichert, um zum Steuern des Motors 33 verwendet zu werden.
(6) Betrieb
Der Betrieb der Einrichtung gemäß der Erfindung wird nachstehend beschrieben.
9 zeigt eine Änderungskurve im Behälterdruck P in dem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit nicht geändert wird. Beispielsweise zeigt dies einen Zustand, in welchem es kein benutztes Pneumatikwerkzeug gibt. In 9 drückt die Kurve a eine Änderung des Behälterdrucks P in dem Fall aus, in dem der Motor 33 bei 3600 U/min gedreht wird, die Kurve b drückt eine Änderung im Behälterdruck P aus in dem Fall, in dem der Motor 33 bei 2400 U/min gedreht wird und die Kurve c drückt die Änderung im Behälterdruck P aus in dem Fall, in dem der Motor 33 bei 1200 U/min gedreht wird. Sei nun angenommen, dass der eingestellte Wert der Drehgeschwindigkeit 2400 U/min ist. Wenn der Motor eingeschaltet wird, nimmt der Behälterdruck zuerst entsprechend der Kurve b zu. Wenn eine Zeit von etwa 3 Minuten verstrichen ist, erreicht der Behälterdruck P 30 kg/cm² und der Betrieb des Motors stoppt. Wenn der Motorzustand beibehalten worden ist, wird die Menge von Druckluft im Behälter durch Leck-Luft kontinuierlich in geringem Umfang reduziert. Wenn der Behälterdruck P aufgrund von Leck-Luft auf 26 kg/cm² reduziert wird, wird der Betrieb des Motors neu gestartet. In dem Fall der Kurven a oder c, wird der selbe Ein-/Aus-Steuerbetrieb ausgeführt, so dass der Motor ausgeschaltet wird bei einem Behälterdruck P von 30 kg/cm² und eingeschaltet wird bei einem Behälterdruck P von 26 kg/cm².
10 bis 13 sind Graphiken zum Erläutern des Drehgeschwindigkeitsübergangs in dem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit N mehrstufig gemäß der Erfindung gesteuert wird. 10 zeigt den Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit N des bei 3600 U/min betriebenen Motors geändert wird zu einer anderen Drehgeschwindigkeit hin. In ähnlicher Weise zeigt jede der 11, 12 und 13 den Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit N geändert wird von 2400 U/min, 1200 U/min oder 0 U/min zu einer anderen Drehgeschwindigkeit.
Es wird beispielhaft Bezug genommen auf 11, wobei, wenn der Behälterdruck P sich gemäß der Kurve a in einer Zeit T von 5 Sekunden ändert, das heißt, wenn der Behälterdruck P 30 kg/cm² erreicht, die Drehgeschwindigkeit N2 (2400 U/min) umgeschaltet wird auf N0 (0 U/min). Andererseits, wenn der Behälterdruck langsam zunimmt gemäß der Kurve b, so dass eine sehr geringe Luftmenge ausgegeben wird, wird die Drehgeschwindigkeit N2 umgeschaltet auf N1 (1200 U/min), so dass die Erhöhungsrate im Druck P niedrig ist.
Wenn die Behälterdruckänderung in der Zeit T von 5 s sehr niedrig ist, wie in der Kurve c gezeigt, so dass eine geringe Menge an Druckluft ausgegeben wird, wird die Drehzahl bei N2 derart gehalten, dass der Druck P in einem sehr langsam sich ändernden Zustand gehalten wird.
Wenn eine große Luftmenge in der Zeit T von 5 s ausgegeben wird, wie in der Kurve d gezeigt, so dass der Behälterdruck P rasch reduziert wird, wird die Drehgeschwindigkeit N2 umgeschaltet auf N3 (3600 U/min), so dass die Reduktionsrate des Drucks P stark entspannt wird. Obwohl die detaillierte Beschreibung der anderen, in 10, 12 und 13 gezeigten Fälle weggelassen wird, wird die Drehgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Menge ausgegebener Luft in der Zeit T von 5 s, das heißt, in Übereinstimmung mit der Druckänderungsrate, auf dieselbe Weise geändert, wie in dem Fall der 11. Demgemäß kann, selbst in dem Fall, in dem die Menge abgegebener Luft sich jeden Moment stark ändert, eine rasche Zunahme bzw. Abnahme im Behälterdruck unterdrückt werden.
Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, ist der Luftkompressor gemäß der Erfindung derart aufgebaut, dass der Motor basierend auf der Drehgeschwindigkeit gesteuert wird, die mehrstufig festgelegt wird auf der Basis von sowohl dem Druck der Druckluft im Luftbehälter, als auch der Änderungsrate der Druckluft. Auf diese Weise kann der Betrieb des Motors gesteuert werden, während die Menge abgegebener Luft in Übereinstimmung mit der Last des Luftkompressors vorhergesehen wird und auch der Behälterdruck wird in einem vorbestimmten Bereich gehalten. Entsprechend kann ein leicht zu handhabender Luftkompressor bereitgestellt werden, weil ein extremes Reduzieren des Behälterdrucks verhindert wird. Zusätzlich wird die Zeit, zu der der Motor in einem Zustand niedriger Drehzahl betrieben werden kann, verlängert, weil Druckluft effizient generiert werden kann in Übereinstimmung mit dem Lastzustand. Demgemäß kann der Luftkompressor mit, verglichen mit dem Stand der Technik, niedrigem Geräusch bereitgestellt werden.
– Die zweite bevorzugte Ausgestaltungsform –
Eine zweite bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung wird nachstehend detailliert beschrieben. In dieser zweiten Ausgestaltungsform werden Elemente, die gleich sind wie Elemente in der ersten Ausgestaltungsform, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die Erläuterung für die gemeinsamen Elemente wird weggelassen.
Der Luftkompressor gemäß der zweiten Ausgestaltungsform ist weitgehend derselbe, wie der in der in 1 bis 3 gezeigten ersten Ausgestaltungsform, aber unterscheidet sich im Aufbau des im ROM 43 gespeicherten Steuerprogramms des Steuerschaltungsabschnittes 40. Nachstehend wir die Konfiguration des Steuerprogramms gemäß der zweiten Ausgestaltungsform und ein Betrieb der auf dem Steuerprogramm basierenden Einrichtung beschrieben.
(5') Steuerprogramm
14 ist ein Ablaufdiagramm und zeigt eine zweite Ausgestaltungsform des im ROM 43 des Steuerschaltungsabschnittes 40 der Erfindung gespeicherten Programms.
In Schritt 1101 in 14 wird eine Initialisierung derart ausgeführt, so dass die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 festgelegt ist auf N2 (2400 U/min). Im nächsten Schritt 1104 werden die zum Steuern des Luftkompressors gemäß der Erfindung verwendeten Drehgeschwindigkeitsdaten gespeichert. Diese Ausgestaltungsform zeig ein Beispiel, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 in vier Stufen gesteuert wird, das heißt, N0, N1, N2 und N3. Die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 kann gesteuert werden um einen Wert von N0 = 0 U/min, N1 = 1200 U/min, N2 = 2400 U/min und N3 = 3600 U/min zu haben. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf das spezifische Beispiel beschränkt ist. Die Drehgeschwindigkeit N kann mehrstufig gesteuert werden. Die Werte von N0, N1, N2 und N3 können optional eingestellt werden.
Im Schritt 1105 wird der Druck P(T) der Druckluft im Luftbehälter 10A durch den Drucksensor 11 (2 erfasst). Der Druck P(t) wird in geeigneter Weise analog/digital umgesetzt bzw. A/D-umgesetzt in dem Steuerschaltungsabschnitt 40 und in einem Bereich im RAM 42 gespeichert.
Im nächsten Schritt 1106 wird eine Beurteilung getroffen, ob der Druck P im Behälter 10A höher ist als 30 kg/cm² oder nicht. Wenn der Druck P im Behälter 10A höher ist als 30 kg/cm², geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1107, in welchem der Motor 33 gesteuert wird, um seine Drehung zu stoppen. Das heißt, weil diese Ausgestaltungsform derart entworfen ist, dass der Druck im Luftbehälter 10A gesteuert wird, um in einem Bereich von 26 kg/cm² bis 30 kg/cm² zu bleiben, wird die Drehung des Motors 33 gestoppt zum Unterbrechen des Betriebs des Druckluftgenerierabschnittes 20, wenn der Druck im Luftbehälter 10A höher wird als 30 kg/cm².
Wenn der Druck P im Luftbehälter 10A nicht höher ist als 30 kg/cm², geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1112, in welchem beurteilt wird, ob die Zeit von 5 s (ΔT = 5 s) vergangen ist vom Zeitpunkt der Messung von P(T) oder nicht. Dies dient nicht nur zum Zwecke des Erfassens des Drucks im Luftbehälter 10A, sondern auch zum Zwecke des Erfassens der Rate ΔP/ΔT der Druckänderung. Wenn die Zeit ΔT = 5 s verstrichen ist, wird der Druck P (T+ΔT) in dem Behälter 10A wieder erfasst und der erfasste Wert wird im RAM 42 des Steuerschaltungsabschnittes 40 gespeichert.
Im Schritt 1113 wird die Rate ΔP/ΔT der Druckänderung in dem Steuerschaltungsabschnitt 40 berechnet. Das heißt, weil in dieser Ausgestaltungsform der Fall gezeigt ist, in dem die Zeit ΔT festgelegt ist auf 5 s, wird die Differenz ΔP = P(T+ΔT) – P(T) zwischen dem Behälterdruck P(T) zu einem Zeitpunkt T und dem Behälterdruck P(T+ΔT) nach dem Verstreichen von ΔT berechnet und dann wird die Rate ΔP/ΔT berechnet. Obwohl diese Ausgestaltungsform den Fall zeigt, in welchem die Zeit ΔT festgelegt ist auf 5 s, weil der Druck im Behälter 10A sich im allgemeinen langsam ändert, kann der Wert von ΔT geeignet ausgewählt werden in Übereinstimmung mit dem Installationsort und der Empfindlichkeit des Drucksensors 11.
Im nächsten Schritt 1114 wird eine Drehgeschwindigkeitübergangs-Beurteilungstabelle ausgewählt. Vier Arten von Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabellen, wie in 5, 6, 7 und 8 gezeigt, sind in dem RAM 42 des Steuerschaltungsabschnittes 40 im Voraus gespeichert. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 der Anfangswert N2 (= 2400 U/min) ist, wird die in 5 gezeigte Tabelle ausgewählt. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 N3 (= 3600 U/min) ist, wird die in 6 gezeigte Tabelle ausgewählt. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 N1 ist, wird die in 7 gezeigte Tabelle ausgewählt. In ähnlicher Weise wird, wenn die momentane Drehgeschwindigkeit des Motors 33 N0 ist, die in 8 gezeigte Tabelle ausgewählt. In jeder der Tabellen wird der Behälterdruck P in der vertikalen Achse genommen und die Druckänderungsrate ΔP/ΔT des Behälterdrucks wird in der horizontalen Achse genommen, so dass jede Tabelle verwendet wird zum Entscheiden der Drehgeschwindigkeit des Motors 33 auf der Basis der Werte von P und ΔP/ΔT.
Es wird in beispielhafter Weise auf 5 bezug genommen, wobei, wenn der Behälterdruck P höher ist als 30 kg/cm², die Drehgeschwindigkeit festgelegt wird auf N0, unabhängig vom Wert von ΔP/ΔT. Das heißt, der Motor wird angehalten. Dies ist natürlich, weil der Behälterdruck gesteuert wird, um immer in einem Bereich von 26 kg/cm² bis 30 kg/cm² zu sein.
Weil die Tatsache, dass die Druckänderungsrate ΔP/ΔT einen Minuswert hat, die Tatsache bedeutet, dass die Menge von abgegebener Druckluft größer ist als die Menge von dem Behälter 10A zugeführter Druckluft, wird eine Steuerung derart vorgenommen, dass die momentane Drehzahl N2 (= 2400 U/min) des Motors 33 umgeschaltet wird auf einen höheren Wert N3 (= 3600 U/min). Insbesondere in dem Fall, in dem die Pneumatikwerkzeuge 51 und 52 (1) in vollem Umfang betrieben werden, besteht die Möglichkeit, dass der Druck im Behälter 10A rapide abfallen kann, weil eine große Menge von Druckluft ausgegeben wird. In diesem Fall wird daher, wenn ΔP/ΔT nicht größer ist als –1 kg/cm²/s, die Drehgeschwindigkeit unmittelbar umgeschaltet auf N3, wenn der Behälterdruck P 30 kg/cm² ist. Wenn jedoch die Druckänderungsrate ΔP/DT relativ gering ist, um in einem Bereich von –1 kg/cm²/sec bis 0 kg/cm²/s zu sein, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehzahl von N3 betrieben, während der Druck P im Behälter 10A nicht weniger wird als 26 kg/cm², und die Drehzahl des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Druck P im Behälter 10A reduziert wird, um niedriger zu werden als 26 kg/cm². Andererseits, wenn ΔP/ΔT in einem Bereich von 0 kg/cm²/s bis +0,1 kg/cm²/s liegt, das heißt, wenn die Menge zugeführter Druckluft geringfügig größer ist als die Menge von abgegebener Druckluft, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehgeschwindigkeit von 2 betrieben, während der Druck P im Behälter nicht niedriger wird als 20 kg/cm² und die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Druck P im Behälter 10A reduziert wird, um niedriger zu sein als 20 kg/cm².
Wenn der Wert von ΔP/ΔT in einem Bereich von +0,1 kg/cm²/s bis +0,15 kg/cm²/s liegt, das heißt, wenn die Druckluftmenge im Behälter 10A zunimmt, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehgeschwindigkeit von N2 betrieben, während der Behälterdruck P nicht niedriger wird als 10 kg/cm² und die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Behälterdruck P reduziert wird, um niedriger zu sein als 10 kg/cm². Wenn ΔP/ΔT zunimmt, um in einem Bereich zu sein von +0,15 kg/cm²/s bis 0,3 kg/cm²/s, wird die Drehzahl des Motors 33 gesteuert, um reduziert zu werden von dem Momentanwert N2 auf N1, wenn der Behälterdruck nicht niedriger wird als 10 kg/cm², weil rasches Ansteigen im Behälterdruck P vorhersehbar ist.
Obwohl die Beschreibung vorgenommen worden ist, für den Fall, in dem die Drehzahl, bei der der Motor 33 momentan betrieben wird, N2 ist und zu ändern ist zu N0, N3 oder N1, wird die Steuerung derart ausgeführt, dass die Drehzahl basierend auf einem unterschiedlichen Muster vorgenommen werden kann, wie in 6, 7 oder 8, wenn die momentane Drehzahl N3, N1 oder N0 ist.
Wieder bezugnehmend auf 14, wird in Schritt 1115 die ausgewählte Beurteilungstabelle durchsucht zum Entscheiden der Drehgeschwindigkeit des Motors 33, basierend auf P(T+ΔT) und ΔP/ΔT.
Im Schritt 1116 wird eine Beurteilung getroffen, ob die im Schritt 1115 Drehgeschwindigkeit N ausgewählt ist als N3 (= 3600 U/min) oder nicht. Wenn das Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1121, in welchem die Temperatur t des Motors 33 gemessen wird. Das heißt, selbst in dem Fall, in dem die Beurteilung von der Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabelle ist, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 einen hohen Geschwindigkeitswert N3 benötigt, kann basierend auf der Temperatur des Motors 33 eine Entscheidung getroffen werden, ob N3 letztendlich ausgewählt werden muss oder nicht. Obwohl die Temperatur der Motorspulen 331 bis 333 allgemein als Motortemperatur t gemessen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Im nächsten Schritt 1122 wird eine Beurteilung getroffen, ob die gemessene Temperatur t höher ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. Obwohl diese Ausgestaltungsform den Fall zeigt, in welchem der vorbestimmte Wert auf 120°C festgelegt ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Wenn die Beurteilung im Schritt 1122 zu einem NEIN führt, wird die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 auf einen höheren Wert N3 (300 U/min) festgelegt (in Schritt 1123), weil die Temperatur des Motors 33 nicht höher als 120°C ist, so dass eine Entscheidung getroffen wird, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors ohne irgendwelche Hemmnisse erhöht werden kann. Andererseits, wenn die Beurteilung im Schritt 1122 zu einem JA führt, wird die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 auf einen mittleren Wert N2 (2400 U/min) festgelegt (in Schritt 1124), weil eine Entscheidung getroffen worden ist, dass die Effizienz des Luftkompressors reduziert werden wird wegen exzessiver Zunahme der Temperatur des Motors 33, falls die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 erhöht wird.
Auf diese Weise kann ein Überhitzen des Motors 33 verhindert werden, weil die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 nicht nur basierend auf der Änderung des Behälterdrucks, sondern auch basierend auf der erfassten Motortemperatur gesteuert wird, insbesondere der erfassten Motorspulentemperatur.
Ein anderes Beispiel des Programms zum Steuern des Luftkompressors gemäß der zweiten Ausgestaltungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Zuerst wird im Schritt 1101 eine Initialisierung derart durchgeführt, dass die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 auf dieselbe Weise wie in 4 festgelegt wird auf N2 (= 2400 U/min). In dieser Ausgestaltungsform werden ein kurzer Zyklus ΔT1 von 0,05 s und ein langer Zyklus ΔT2 von 5 s als zwei Arten von Abtastzyklen ΔT verwendet, in welchen ein durch den Drucksensor 11 des Luftbehälters 10A erfasste Signal genommen werden kann in dem Steuerschaltungsabschnitt 40. Das heißt, die Änderung im Behälterdruck auf der Basis des Unterschiedes zwischen P(i–1) und P(i) wird in Intervallen von 0,05 s erfasst, während die Änderung im Behälterdruck auf der Basis des Unterschiedes zwischen P(i=0) und P(i=100) in Intervallen von 5 s erfasst wird unter der Annahme von i = 0, 1, 2, 3, ..., 100. Obwohl diese Ausgestaltungsform den Fall zeigt, in welchem der kurze Zyklus auf 0,05 s festgelegt ist, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diesen numerischen Wert beschränkt sein muss, weil der kurze Zyklus festgelegt werden kann zum Erfassen von Welligkeit des Behälterdrucks, die generiert wird, wenn eine Nagelmaschine (oder ähnliches) eine große Luftmenge in einem Betriebszyklus verwendet und weil der kurze Zyklus abhängt von einem verwendeten pneumatischen Werkzeug. In ähnlicher Weise braucht der lange Zyklus nicht auf 5 s beschränkt zu werden, weil der lange Zyklus festgelegt ist für das Erfassen der Behälterdruckänderung bedingt durch die Verwendung eines Pneumatikwerkzeugs.
Dann geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1104, in welchem Daten der Drehgeschwindigkeit, die gemäß der Erfindung zum Steuern des Luftkompressors verwendet werden, gespeichert werden. In dieser Ausgestaltungsform werden die Werte von N0, N1, N2 und N3 in einem geeigneten Bereich des RAM 42 gespeichert, weil diese Ausgestaltungsform entworfen ist, so dass die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 in vier Stufen gesteuert wird von N0 (= 0 U/min), N1 (= 1200 U/min), N2 (= 2400 U/min) und N3 (= 3600 U/min). Obwohl es leicht ist, die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 mehrstufig einzustellen, wird vorgezogen, dass die Anzahl an Stufen mindestens drei ist.
Dann geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1105, in welchem der Druck P(i) der Druckluft im Luftbehälter 10A gemessen und gespeichert wird. Im Schritt 1106 wird eine Beurteilung getroffen, ob der gemessene Druck P(i) höher ist als 30 kg/cm² oder nicht. Wenn das Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1107, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 auf N0 (0 U/min) festgelegt wird. Das heißt, weil diese Ausgestaltungsform derart entworfen ist, dass der Druck im Luftbehälter 10A gesteuert wird, um in einem Bereich von 20 kg/cm² bis 30 kg/cm² gehalten zu werden, wird die Drehung des Motors 33 gestoppt wenn der Druck im Behälter 10A höher wird als 30 kg/cm².
Wenn die Beurteilung des Schrittes 1106 zu einem NEIN führt, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1108, in welchem (i+1) ersetzt wird für (i). Dann wird im Schritt 1109 der Behälterdruck P(i) gemessen und der Wert von P(i) wird gemeinsam mit P(i–1) gespeichert. Ferner berechnet im Schritt 1110 die CPU 41 die Rate ΔP1/ΔT1 (= {P(i) – P(i–1)}/0,05) der Druckänderung ΔP1 des kurzen Zyklus ΔT1.
Ferner wird im Schritt 1111 eine Beurteilung getroffen, ob die Druckänderungsrate ΔP1/ΔT1 im kurzen Zyklus kleiner ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. Diese Beurteilung ist äquivalent einer Beurteilung, ob oder nicht ein mit dem Luftdruckbehälter 10A verbundenes pneumatisches Werkzeug in einem Zustand betrieben wird, wie einem kontinuierlichen Nagelzustand, in welchem eine große Luftmenge in kurzer Zeit abzugeben ist. In dieser Ausgestaltungsform wird der vorbestimmte wert festgelegt auf –1. Wenn kontinuierliches Nageln ausgeführt wird, pulsiert der Behälterdruck mit einer intensiven Welligkeit der Druckänderung. Wenn die Abnahme von ΔP1 in ΔT1 größer als (–1) ist (d.h. ΔP1/ΔT1 < –1), geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1125, weil auf der Basis der Amplitude der Welligkeit eine Entscheidung getroffen worden ist, dass das pneumatische Werkzeug in einem solchen Zustand verwendet wird, wie einem kontinuierlichen Nagelzustand.
Im Schritt 1125 wird die Spannung E der Wechselspannungsquelle 310 in der Energieversorgungsschaltung 41 (3) durch den Detektor 311 erfasst. Ferner wird im Schritt 1126 eine Beurteilung getroffen, ob der Wert von E niedriger als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. In dieser Ausgestaltungsform ist der vorbestimmte Wert festgelegt auf 90 V. Das heißt, wenn eine große Luftmenge von dem pneumatischen Werkzeug verwendet wird, wird vorgezogen, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 unmittelbar angehoben wird zum Anheben der generierten Druckluftmenge. Wenn beispielsweise ein anderes pneumatisches Werkzeug mit dem Behälter 10A verwendet wird, besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Last an der Wechselspannungsquelle 310 so hoch werden kann, das ein Schaltungsunterbrecher (nicht dargestellt) für die Energieversorgungsschaltung 31 (3) anspricht. Um diesen Nachteil zu vermeiden wird eine Beurteilung im Schritt 1126 vorgenommen, ob der Wert der Energieversorgungsspannung E niedriger ist als ein vorbestimmter Wert (90 V) oder nicht. Wenn die Beurteilung in Schritt 1126 zu einem JA führt, das heißt, wenn die Energieversorgungsspannung, die gewöhnlich gleich 100 V ist, reduziert wird auf einen Wert, der nicht höher ist als 90V, wird die Drehzahl N des Motors 33 bei N2 (2400 U/min) beibehalten, weil eine Entscheidung getroffen worden ist, dass die Last der Wechselspannungsquelle 310 bedingt durch die Benutzung des anderen pneumatischen Werkzeugs spürbar hoch ist.
Wenn die Spannung an der Wechselspannungsquelle 310 nicht niedriger ist als 90 V geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1127, in welchem ein Strom I, der in der Energieversorgungsschaltung 31 fließt, von dem Stromdetektor 312 erfasst wird. Dann wird in Schritt 1128 eine Beurteilung getroffen, ob der gemessene Strom I größer ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. In dieser Ausgestaltungsform ist der vorbestimmte Wert festgelegt auf 30A. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms noch zu Schritt 1132, weil eine Entscheidung getroffen worden ist, dass die Möglichkeit besteht, dass der Schaltungsunterbrecher der Wechselspannungsquelle 310 ansprechen kann, wenn die Drehzahl N des Motors 33 von dem momentanen Drehgeschwindigkeitswert angehoben wird. Im Schritt 1132 wird die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 beibehalten bei N2 (= 2400 /min).
Wenn das Beurteilungsergebnis in Schritt 1128 NEIN ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1139, in welchem die Spulentemperatur t des Stators 331 im Motor 33 gemessen wird. Ferner wird in Schritt 1130 beurteilt, ob die Spulentemperatur t höher ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. In dieser Ausgestaltungsform ist der vorbestimmte Wert festgelegt auf 120° C. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 weiter erhöht wird unter der Bedingung, dass die Motorspulengeschwindigkeit t nicht niedriger ist als 120° C, besteht die Möglichkeit, dass exzessives Anheben der Motorspulentemperatur t zu einem Hemmnis beim Betrieb des Motors führen kann und es besteht die Möglichkeit, dass exzessives Anheben der Temperatur zu einer spürbaren Reduzierung der Effizienz des Druckluftgenerierens des Druckluftgenerierabschnitts 20 führen kann. Demnach geht die momentane Position des Programms, wenn die Beurteilung im Schritt 1130 zu einem JA führt, noch zu Schritt 1132, in welchem die Drehzahl N des Motors 33 bei N2 (= 2400 U/min) gehalten wird.
Wenn die Beurteilung in Schritt 1130 zu einem NEIN führt, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1131, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 festgelegt wird bei N3 (= 3600 U/min).
Im nächsten Schritt 1133 wird i zurückgesetzt auf Null. Im Schritt 1134 wird eine Beurteilung getroffen, ob der Druck P(i) im Behälter 10A höher ist als 30 kg/cm² oder nicht. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1107 zurück, in welchem die Drehzahl des Motors 33 gestoppt wird. Wenn die Beurteilung im Schritt 1134 zu einem NEIN führt, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1135, in welchem eine Arithmetikoperation zum Einsetzen von i+1 für i ausgeführt wird. Dann wird in Schritt 1136 eine Beurteilung vorgenommen, ob i 100 erreicht oder nicht, das heißt, ob die Zeit von 5 s abgelaufen ist oder nicht. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, wird i ersetzt durch i=0 (Schritt 1102) und die momentane Position des Programms kehrt zurück zu Schritt 1104. Die Schritte 1134 bis 1136 sind vorgesehen zum Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors 33, um diese für 5 s konstant zu halten, um ein Erfassen eines Gefühls von Unbehagen zu vermeiden, das auftreten kann, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 in Intervallen von 0,05 s geändert wird.
Andererseits, wenn die Beurteilung im Schritt 1111 zu einem NEIN führt, das heißt, wenn die Behälterdruckänderungsrate in dem kurzen Zyklus (0,05 s) nicht kleiner ist als der vorbestimmte wert, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1112, in welchem eine Beurteilung vorgenommen wird in bezug darauf, ob die Zeit ΔT2 (= 5 s) abgelaufen ist oder nicht. Wenn dieses Beurteilungsergebnis NEIN ist, geht die momentane Position des Programms zurück zu Schritt 1106. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 11113, in welchem die Druckänderungsrate ΔP2/ΔT2 (= {P(i=100) – P(i=0)}/5) in dem langen Zyklus (5 s) berechnet wird.
Im nächsten Schritt 1114 wird eine Drehgeschwindigkeitübergangs-Beurteilungstabelle ausgewählt. Die Beschreibung der Schritte 1114 bis 1116 wird weggelassen, weil die Schritte 1114 bis 1116 äquivalent jenen in der in 14 gezeigten Ausgestaltungsform sind. Wenn die daraufhin ausgewählte Drehgeschwindigkeit N gleich N3 ist (= 3600 U/min) (in Schritt 1116), werden als nächstes die Schritte 1117 bis 1122 ausgeführt zum Beurteilen, ob die Energieversorgungsspannung E niedriger ist als 90 V oder nicht, ob der Laststrom I größer ist als 30 A oder nicht, und ob die Motorspulentemperatur t höher ist als 120°C oder nicht. Die detaillierte Beschreibung der Schritte 1117 bis 1122 wird weggelassen, weil die Schritte 1117 bis 1122 funktional äquivalent den Schritten 1125 bis 1130 sind. Kurz gesagt, zeigen die Schritte 1117 bis 1122 ein Ablaufdiagramm zum Verhindern des Betriebs des Schaltungsunterbrechers (nicht dargestellter Motorschutzschalter, Sicherung o.ä.) der Wechselspannungsquelle und das Verhindern des Überhitzens des Motors 33.
Wenn die Beurteilungen in den Schritten 1117 bis 1122 zu einer Entscheidung führen, dass der Betrieb des Schaltungsunterbrechers und die Überhitzung des Motors verhindert werden können, selbst in dem Fall, in dem die Drehzahl N des Motors 33 umgeschaltet wird auf den höchsten Wert von 3600 U/min, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1123, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 festgelegt wird auf N3 (= 3600 U/min). Andererseits, wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 1124, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 bei N2 beibehalten wird. Das heißt, in der Erfindung wird eine Steuerung vorgenommen, derart, dass die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 auf N3 erhöht wird, wenn sowohl die Druckänderungsrate in dem kurzen Zyklus (0,05 s) als auch die Druckänderungsrate in dem langen Zyklus (5 s) so hoch sind, dass ein hoher Luftverbrauch vorhergesehen wird, aber die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 wird bei N2 beibehalten, wenn die Belastung des Motors 33 so spürbar hoch ist, dass die Möglichkeit besteht, dass ein Unterbrecher ansprechen kann oder die Motorspulentemperatur exzessiv zunehmen kann.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, wird in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Luftkompressor zum mehrstufigen Steuern der Drehgeschwindigkeit eines Motors auf der Basis des Drucks in einem Behälter derart vorgesehen, dass der Motor nicht bei einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird, sondern einer mittleren Geschwindigkeit, wenn die Temperatur des Motors nicht niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. Demgemäß kann ein durch Überhitzen des Motors verursachtes Absenken der Effizienz verhindert werden.
Der Luftkompressor hat Erfassungsschaltungen zum Erfassen einer Energieversorgungsspannung und eines Laststroms einer Energieversorgungsschaltung für den Motor. Der Luftkompressor ist derart konfiguriert, dass der Motor nicht bei einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird, wenn die Energieversorgungsspannung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist oder der Laststrom größer als ein vorbestimmter Wert ist. Demgemäß können sowohl ein exzessives Anheben der Motorspulentemperatur als auch der Betrieb eines Schaltungsunterbrechers der Wechselspannungsquelle verhindert werden.
– Die dritte bevorzugte Ausgestaltungsform –
Eine dritte bevorzugte Ausgestaltungsform der Erfindung wird nachstehend detailliert beschrieben.
In dieser dritten Ausgestaltungsform wird auf Elemente, die gleich sind wie Elemente in der ersten Ausgestaltungsform, mit denselben Bezug genommen und die Erläuterung für die gemeinsamen Elemente wird weggelassen.
Der Luftkompressor gemäß der dritten Ausgestaltungsform ist weitgehend derselbe, wie der in der in 1 bis 3 gezeigten ersten Ausgestaltungsform, aber unterscheidet sich im Aufbau des im ROM 43 gespeicherten Steuerprogramms des Steuerschaltungsabschnittes 40. Nachstehend wir die Konfiguration des Steuerprogramms gemäß der zweiten Ausgestaltungsform und ein Betrieb der auf dem Steuerprogramm basierenden Einrichtung beschrieben.
(5'') Steuerprogramm
16 ist ein Ablaufdiagramm zum Zeigen einer Ausgestaltungsform des im ROM 43 des Steuerschaltungsabschnittes 40 der Erfindung gespeicherten Programms.
Zuerst wird in Schritt 2101 eine Initialisierung ausgeführt, so dass die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 festgelegt ist auf N2 (= 2400 U/min). Ein kurzer Zyklus ΔT1 von 0,05 s und ein langer Zyklus von ΔT2 von 5 s werden verwendet als zwei Arten von Abtastzyklen ΔT, in welchen ein von dem Drucksensor 11 des Luftbehälters 10A erfasstes Signal in den Steuerschaltungsabschnitt 40 genommen werden kann. Das heißt, eine Änderung im Behälterdruck auf der Basis der Differenz zwischen P(i–1) und P(i) wird in Intervallen von 0,05 s erfasst, während eine Änderung im Behälterdruck auf der Basis der Differenz zwischen P(i=0) und P(i=100) erfasst wird in Intervallen von 5 s unter der Annahme von i = 0, 1, 2, 3, ..., 100. Obwohl diese Ausgestaltungsform den Fall zeigt, in welchem der kurze Zyklus festgelegt ist auf 0,05 s, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese numerischen Werte beschränkt werden muss, weil der kurze Zyklus zum Erfassen von Welligkeiten des Behälterdrucks festgelegt wird, die generiert werden, wenn eine eine große Luftmenge in einem Zyklus verarbeitende Nagelmaschine (oder ähnliches) arbeitet und weil der kurze Zyklus von einem verwendeten pneumatischen Werkzeug abhängt. In ähnlicher Weise braucht der lange Zyklus nicht beschränkt zu sein auf 5 s, weil der lange Zyklus festgelegt wird zum Erfassen von Behälterdruckänderung bedingt durch die Verwendung eines pneumatischen Werkzeugs.
Dann geht die momentane Position des Programms zu Schritt 104, in welchem Daten der Drehgeschwindigkeit, die zum erfindungsgemäßen Steuern des Luftkompressors verwendet werden, gespeichert werden. In dieser Ausgestaltungsform werden Werte von N0, N1, N2 und N3 in einem geeigneten Bereich des RAM 42 gespeichert, weil diese Ausgestaltungsform entworfen ist, so dass die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 in vier Stufen von N0 (0 U/min), N1 (= 1200 U/min), N2 (= 2400 U/min) und N3 (= 3600 U/min) gesteuert wird. Obwohl es leicht ist, die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 mehrstufig festzulegen, wird vorgezogen, dass die Anzahl von Stufen mindestens drei ist.
Dann geht die momentane Position des Programms zu Schritt 105, in welchem der Druck P(i) komprimierter Luft im Behälter 10A gemessen und gespeichert wird. Im Schritt 2106 wird eine Beurteilung getroffen, ob der gemessene Druck P(i) höher ist als 30 kg/cm² oder nicht. Wenn das Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2107, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 festgelegt wird bei N0 (= 0 U/min). Das heißt, weil diese Ausgestaltungsform derart entworfen ist, dass der Druck im Behälter 10A gesteuert wird, um beibehalten zu werden in einem Bereich von 20 kg/cm², wird die Drehung des Motors 33 gestoppt, wenn der Behälterdruck höher wird als 30 kg/cm².
Wenn die Beurteilung im Schritt 2106 zu einem NEIN führt, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2108, in welchem (i+1) ersetzt wird für (i). Dann wird im Schritt 2109 der Behälterdruck P(i) gemessen und der Wert von P(i) wird gemeinsam mit P(i–1) gespeichert. Ferner berechnet die CPU 41 im Schritt 2110 die Rate ΔP1/ΔT1 (= {P(i) – P(i–1)}/0,05) der Druckänderung ΔP1 zu dem kurzen Zyklus ΔT1.
Ferner wird im Schritt 2111 eine Beurteilung getroffen, ob die Druckänderungsrate ΔP1/ΔT1 im kurzen Zyklus kleiner ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. Diese Beurteilung ist äquivalent zu einer Beurteilung, ob oder nicht ein mit dem Luftbehälter 10A verbundenes pneumatisches Werkzeug in einem Zustand, wie zum Beispiel einem kontinuierlichen Nagelzustand betrieben wird, in welchem eine große Luftmenge in einer kurzen Zeit verbraucht werden muss. In dieser Ausgestaltungsform wird der vorbestimmte Wert festgelegt auf –1. Wenn kontinuierliches Nageln ausgeführt wird, pulsiert der Behälterdruck zum Intensivieren der Welligkeiten der Druckänderungen. Wenn die Abnahme von ΔP1 in ΔT1 größer als (–1) ist (d.h. ΔP1/ΔT1 < –1), geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2125, weil eine Entscheidung getroffen worden ist auf der Basis der Amplitude der Welligkeit, dass das pneumatische Werkzeug in einem Zustand verwendet wird, wie zum Beispiel einem kontinuierlichen Nagelzustand. Im Schritt 2125 wird die Spannung E der Wechselspannungsquelle 310 in der Energieversorgungsschaltung 31 (3) durch den Detektor 311 erfasst. Ferner wird im Schritt 2126 eine Beurteilung vorgenommen, ob der Wert von E niedriger ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. In dieser Ausgestaltungsform ist der vorbestimmte Wert festgelegt auf 90 V. Das heißt, wenn eine große Luftmenge von dem pneumatischen Werkzeug verwendet wird, ist vorzuziehen, dass die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 unmittelbar angehoben wird zum Erhöhen der generierten Druckluftmenge. Wenn beispielsweise ein anderes pneumatisches Werkzeug mit dem Behälter 10A verwendet wird, gibt es jedoch die Möglichkeit, dass die Last an der Wechselspannungsquelle 310 so hoch werden kann, dass ein Schaltungsunterbrecher (nicht dargestellter Motorschutzschalter, Sicherung, oder ähnlich) für die Energieversorgungsschaltung 31 (3) arbeitet. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird die Beurteilung in Schritt 2126 vorgenommen, ob der Wert von der Energieversorgungsspannung E niedriger ist als ein vorbestimmter Wert (90 v) oder nicht. Wenn die Beurteilung in Schritt 2126 zu einem JA führt, das heißt, wenn die Energieversorgungsspannung, die gewöhnlich 100 V ist, reduziert wird auf einen Wert, der nicht höher ist als 90 V, wird die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 beibehalten bei N2 (= 2400 U/min), weil eine Entscheidung getroffen worden ist, dass die Last an der Wechselspannungsquelle 310 bedingt durch die Verwendung des anderen pneumatischen Werkzeugs spürbar hoch ist.
Wenn die Spannung der Wechselspannungsquelle 310 nicht niedriger ist als 90 V, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2127, in welchem ein in der Energieversorgungsschaltung 31 fließender Laststrom I von dem Stromdetektor 312 erfasst wird. Dann wird in Schritt 2128 eine Beurteilung getroffen, ob der gemessene Strom I größer ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. In dieser Ausgestaltungsform ist der vorbestimmte Wert festgelegt auf 30 A. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms noch zu Schritt 2132, weil eine Entscheidung getroffen worden ist, dass die Möglichkeit besteht, dass die Spulentemperatur des Motors 33 exzessiv ansteigen kann oder der Schaltungsunterbrecher der Wechselspannungsquelle 310 ansprechen kann, wenn die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 von dem momentanen Drehgeschwindigkeitswert an erhöht wird. In Schritt 2132 wird die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 bei N2 = 2400 U/min beibehalten.
Wenn die Beurteilung in Schritt 2128 zu einem NEIN führt, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2129, in welchem die Spulentemperatur t des Stators 331 im Motor 33 gemessen wird. Ferner wird in Schritt 2130 eine Beurteilung getroffen, ob die Spulentemperatur t höher ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. In dieser Ausgestaltungsform wird der vorbestimmte Wert festgelegt bei 120°C. Obwohl diese Ausgestaltungsform den Fall zeigt, bei welchem die Spulentemperatur t des Motors 33 gemessen wird, kann ebenso die Temperatur einer anderen Stelle gemessen werden. Wenn die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 stärker ansteigt unter der Bedingung, dass die Motorspulentemperatur t nicht niedriger ist als 120°C, besteht die Möglichkeit, dass ein exzessives Ansteigen der Motorspulentemperatur t resultieren kann in einem Hindernis für den Betrieb des Motors und es besteht die Möglichkeit, dass das exzessive Ansteigen der Temperatur eine spürbare Reduzierung der Druckluftgeneriereffizienz des Druckluftgenerierabschnittes 20 verursachen kann. Daher geht die momentane Position des Programms, wenn die Beurteilung im Schritt 2130 in JA resultiert, noch zu Schritt 2132, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 bei N2 = 2400 U/min beibehalten wird.
Wenn die Beurteilung im Schritt 2130 zu einem NEIN führt, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2131, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 auf N3 = 3600 U/min festgelegt wird.
Im nächsten Schritt 2133 wird i auf Null zurückgesetzt. Im Schritt 2134 wird eine Beurteilung getroffen, ob der Druck P(i) im Behälter 10A höher ist als 30 kg/cm² oder nicht. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2104, in welchem die Drehung des Motors 33 angehalten wird. Wenn die Beurteilung in Schritt 2134 zu NEIN führt, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2135, in welchem eine arithmetische Operation zum Einsetzen von i+1 für i ausgeführt wird. Dann wird in Schritt 2136 eine Beurteilung getroffen, ob i 100 erreicht oder nicht, das heißt, ob die Zeit von 5 s verstrichen ist oder nicht. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, wird i ersetzt durch i = 0 (Schritt 102) und die momentane Position des Programms geht zurück zu Schritt 2104. Die Schritte 2134 bis zu 2136 sind vorgesehen zum Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors 33 vorgesehen, um sie für 5 s konstant zu halten zum Verhindern des Aufkommens eines Gefühls von Unbehagen, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 in Intervallen von 0,05 s geändert würde.
Andererseits, wenn das Beurteilungsergebnis im Schritt 2111 NEIN ist, das heißt, wenn die Behälterdruckänderungsrate in dem kurzen Zyklus (0,05 s) nicht kleiner ist als der vorbestimmte Wert, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2112, in welchem eine Beurteilung getroffen wird, ob die Zeit ΔT2 (= 5 s) abgelaufen ist oder nicht. Wenn dieses Beurteilungsergebnis NEIN ist, geht die momentane Position des Programms zurück zu Schritt 2106. Wenn dieses Beurteilungsergebnis JA ist, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2113, in welchem die Druckänderungsrate ΔP2/ΔT2 (= {P(i=100) – P(i=0)}/5) in dem langen Zyklus (5s) berechnet wird.
Im nächsten Schritt 2114 wird eine Drehgeschwindigkeitübergangs-Beurteilungstabelle ausgewählt. Vier Arten von Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabellen, wie in 5, 6, 7 und 8 gezeigt, sind in dem RAM 42 des Steuerschaltungsabschnittes 40 im Voraus gespeichert. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 der Anfangswert N2 (= 2400 U/min) ist, wird die in 5 gezeigte Tabelle ausgewählt. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 N3 = 3600 U/min ist, wird die in 6 gezeigte Tabelle ausgewählt. Wenn die momentane Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 N1 ist, wird die in 7 gezeigte Tabelle ausgewählt. In ähnlicher Weise wird, wenn die momentane Drehgeschwindigkeit des Motors 33 N0 ist, die in 8 gezeigte Tabelle ausgewählt. In jeder der Tabellen wird der Behälterdruck P in der vertikalen Achse genommen und die Druckänderungsrate ΔP/ΔT des Behälterdrucks wird in der horizontalen Achse genommen, so dass jede Tabelle verwendet wird zum Entscheiden der Drehgeschwindigkeit des Motors 33 auf der Basis der Werte von P und ΔP/ΔT.
Es wird in beispielhafter Weise auf 5 bezug genommen, wobei, wenn der Behälterdruck P höher ist als 30 kg/cm², die Drehgeschwindigkeit festgelegt wird auf N0, unabhängig vom Wert von ΔP/ΔT. Das heißt, der Motor wird angehalten. Dies ist natürlich, weil der Behälterdruck gesteuert wird, um immer in einem Bereich von 26 kg/cm² bis 30 kg/cm² zu sein.
Weil die Tatsache, dass die Druckänderungsrate ΔP/ΔT einen Minuswert hat, die Tatsache bedeutet, dass die Menge von abgegebener Druckluft größer ist als die Menge von dem Behälter 10A zugeführter Druckluft, wird eine Steuerung derart vorgenommen, dass die momentane Drehzahl N2 = 2400 U/min des Motors 33 umgeschaltet wird auf einen höheren Wert N3 = 3600 U/min. Insbesondere in dem Fall, in dem die Pneumatikwerkzeuge 51 und 52 (1) in vollem Umfang betrieben werden, besteht die Möglichkeit, dass der Druck im Behälter 10A rapide abfallen kann, weil eine große Menge von Druckluft ausgegeben wird. In diesem Fall wird daher, wenn ΔP/ΔT nicht größer ist als –1 kg/cm²/s, die Drehgeschwindigkeit unmittelbar umgeschaltet auf N3, wenn der Behälterdruck P 30 kg/cm² ist. Wenn jedoch die Druckänderungsrate ΔP/DT relativ gering ist, um in einem Bereich von –1 kg/cm²/sec bis 0 kg/cm²/s zu sein, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehzahl von N3 betrieben, während der Druck P im Behälter 10A nicht weniger wird als 26 kg/cm², und die Drehzahl des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Druck P im Behälter 10A reduziert wird, um niedriger zu werden als 26 kg/cm². Andererseits, wenn ΔP/ΔT in einem Bereich von 0 kg/cm²/s bis +0,1 kg/cm²/s liegt, das heißt, wenn die Menge zugeführter Druckluft geringfügig größer ist als die Menge von abgegebener Druckluft, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehgeschwindigkeit von 2 betrieben, während der Druck P im Behälter nicht niedriger wird als 20 kg/cm² und die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Druck P im Behälter 10A reduziert wird, um niedriger zu sein als 20 kg/cm².
Wenn der Wert von ΔP/ΔT in einem Bereich von +0,1 kg/cm²/s bis +0,15 kg/cm²/s liegt, das heißt, wenn die Druckluftmenge im Behälter 10A zunimmt, wird der Motor 33 kontinuierlich bei der Drehgeschwindigkeit von N2 betrieben, während der Behälterdruck P nicht niedriger wird als 10 kg/cm² und die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 wird umgeschaltet auf N3, wenn der Behälterdruck P reduziert wird, um niedriger zu sein als 10 kg/cm². Wenn ΔP/ΔT zunimmt, um in einem Bereich zu sein von +0,15 kg/cm²/s bis 0,3 kg/cm²/s, wird die Drehzahl des Motors 33 gesteuert, um reduziert zu werden von dem Momentanwert N2 auf N1, wenn der Behälterdruck nicht niedriger wird als 10 kg/cm², weil rasches Ansteigen im Behälterdruck P vorhersehbar ist.
Obwohl die Beschreibung vorgenommen worden ist, für den Fall, in dem die Drehzahl, bei der der Motor 33 momentan betrieben wird, N2 ist und zu ändern ist zu N0, N3 oder N1, wird die Steuerung derart ausgeführt, dass die Drehzahl basierend auf einem unterschiedlichen Muster vorgenommen werden kann, wie in 6, 7 oder 8, wenn die momentane Drehzahl N3, N1 oder N0 ist.
Im folgenden Schritt wird die Tabelle durchsucht, um die folgende Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 auf der Grundlage des Behälterdrucks P(i = 100) nach Ablauf von 5 s und der Druckänderungsrate ΔP2/ΔT2 in der Zeit von 5 s zu entscheiden. Wenn die als Folge ausgewählte Drehgeschwindigkeit N N3 = 3600 U/min ist (Schritt 2116), wird die Drehgeschwindigkeit nicht unmittelbar umgeschaltet zu N3, sondern die nächsten Schritte 2117 bis 2122 werden ausgeführt zum Beurteilen, ob die Energieversorgungsspannung E niedriger ist als 90 V oder nicht, ob der Laststrom I größer ist als 30 A oder nicht und ob die Motorspulentemperatur t höher als 120°C ist oder nicht. Die detaillierte Beschreibung der Schritte 2117 bis 2122 wird weggelassen, weil die Schritte 2117 bis 2122 funktional äquivalent zu den Schritte 2125 bis 2130 sind. Kurz, die Schritte 2117 bis 2122 zeigen ein Ablaufdiagramm zum Verhindern des Ansprechens des Schaltungsunterbrechers (nicht dargestellt) der Wechselspannungsquelle und zum Verhindern des Überhitzens des Motors 33.
Wenn das Beurteilen in den Schritten 2117 bis 2122 eine Entscheidung trifft, dass der Betrieb des Schaltungsunterbrechers und das Überhitzen des Motors 33 verhindert werden können, selbst in dem Fall, in welchen die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 umgeschaltet wird auf den höchsten Wert von 3600 U/min, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2123, in welchem die Motorgeschwindigkeit N festgelegt wird auf N3 = 3600 U/min. Andererseits, wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, geht die momentane Position des Programms zu Schritt 2124, in welchem die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 bei N2 beibehalten wird. Das heißt, in der Erfindung wird eine Steuerung derart vorgenommen, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors 33 auf N3 erhöht wird, wenn sowohl die Druckänderungsrate im kurzen Zyklus (0,05 s) als auch die Druckänderungsrate im langen Zyklus (5 s) so hoch sind, dass ein hoher Luftverbrauch vorhergesehen wird, aber die Drehgeschwindigkeit N des Motors 33 wird bei N2 beibehalten, wenn die Last des Motors 33 so spürbar hoch ist, dass die Möglichkeit besteht, dass der Schaltungsunterbrecher ansprechen könnte oder die Motorspulentemperatur exzessiv zunehmen könnte.
(6'') Betrieb
Der Betrieb des Luftkompressors gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
In der in 17 gezeigten Graphik ist die Zeit aufgenommen als horizontale Achse und der Druck der Druckluft in dem Behälter ist aufgenommen als vertikale Achse. Die Kurven a und b zeigen den Fall, in welchem eine Welligkeit des Behälterdrucks nicht erfasst wird, das heißt, den Fall, in welchem ein Steuern vorgenommen wird, basierend auf der Druckänderungsrate des langen Zyklus (5 s), aber kein Steuern vorgenommen wird, basierend auf der Druckänderungsrate im kurzen Zyklus (0,05 s). Die Kurven a' und b' zeigen den Fall, in welchem Welligkeit des Behälterdrucks erfasst wird, das heißt, den Fall, in welchen ein Steuern, basierend auf den beiden Druckänderungsraten vorgenommen wird.
Die Kurve a zeigt den Behälterdruck P von 29 kg/cm² vor dem Zeitpunkt T=0. Das heißt, die Kurve a zeigt einen Zustand, in welchem der Motor 33, vor der Zeit T=0 unter der Bedingung anhält, dass es keinen Druckluftverbrauch gibt. Wenn beispielsweise ein kontinuierliches Nageln bedingt durch eine Nagelmaschine zur Zeit T=0 beginnt, wird der Behälterdruck rasch reduziert während er pulsiert, weil eine große Luftmenge ausgegeben wird. Zur Zeit T=5 (s) wird die Druckänderungsrate ΔP2/ΔT2 im Zyklus von 5 s berechnet. Weil die Rate ΔP2/ΔT2 –0,7 ist, wird eine mittlere Drehzahl N2 = 2400 U/min aus der Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabelle ausgewählt. Demgemäß wird der Motor bei einer Drehgeschwindigkeit von N0 in einer Periode von T=0 (s) bis T=5 (s) betrieben und bei einer Drehgeschwindigkeit von N2 nach T=5 (s).
Die Kurve a' zeigt den Fall, in welchem Welligkeit (ΔP1/ΔT1) erfasst wird. Vor der Zeit T=0 ist der Behälterdruck P 29 kg/cm² und der Motor 33 stoppt. Wenn kontinuierliches Nageln zur Zeit T=0 startet, wird der Behälterdruck zuerst während des Pulsierens in derselben Weise reduziert, wie in dem Fall der Kurve a. Die Druckänderungsrate (ΔP1/ΔT1) der Welligkeit wird jedoch berechnet nach Durchlaufen von ΔT1=0,05 s. Weil die Rate von ΔP1/ΔT1 –5 (< –1) ist, wird die Welligkeit als groß beurteilt. Weil die Energieversorgungsspannung E nicht niedriger ist als 90 V, der Laststrom I nicht größer ist als 30 A und die Motorspulentemperatur t nicht höher ist als 120° C, schaltet die Drehgeschwindigkeit unmittelbar auf einen hohen Wert N3 = 3600 U/min. Entsprechend wird der Motor 33 bei einer hohen Geschwindigkeit von N3 = 3600 U/min gedreht, nach dem Durchlaufen von ΔT1=0,05 s. Folglich wird das Reduzieren des Behälterdrucks unterdrückt, wie in der Kurve a' gezeigt, so dass der Behälterdruck bei 29 kg/cm² gehalten wird.
Andererseits zeigt die Kurve b den Behälterdruck P von nicht mehr als 26 kg/cm² vor der Zeit T=0. Das heißt, die Kurve b zeigt einen Zustand, in welchem der Motor 33 mit einer mittleren Geschwindigkeit von N2 = 2400 U/min gedreht wird zum Erhöhen des Behälterdrucks P langsam vor der Zeit T=0 unter der Bedingung, dass es keinen Druckluftverbrauch gibt. In diesem Zustand wird der Behälterdruck P, wenn kontinuierliches Nageln zum Zeitpunkt T=0 startet, reduziert während des Pulsierens. Nach dem Ablauf von 5 s wird die Druckänderungsrate ΔP2/ΔT2 berechnet. Weil die Rate ΔP2/ΔT2 –0,9 ist, wird N3 = 3600 U/min aus der Drehgeschwindigkeitsübergangsbeurteilungstabelle ausgewählt. Demgemäß wird der Motor 33 bei einer mittleren Geschwindigkeit von N2 = 2400 U/min gedreht vor T=5 (s) und die Drehgeschwindigkeit wird umgeschaltet auf eine hohe Drehgeschwindigkeit von N3 = 3600 U/min nach T=5 (s). Der Behälterdruck wird jedoch spürbar reduziert in der Dauer von 5 s.
Andererseits zeigt die Kurve b' auch den Behälterdruck P von nicht mehr als 26 kg/cm² vor der Zeit T=0. Das heißt, die Kurve b' zeigt einen Zustand, in welchem der Motor 33 bei der mittleren Geschwindigkeit von N2 = 2400 U/min vor der Zeit T=0 in dem Zustand gedreht wird, dass es keinen Druckluftverbrauch gibt. Kontinuierliches Nageln beginnt bei T=0. In diesem Fall wird Welligkeit (ΔP1/ΔT1) erfasst. Entsprechend wird die Druckänderungsrate ΔP1/ΔT1 nach dem Ablauf von ΔT1 = 0,05 s berechnet. Weil die Rate ΔP1/ΔT1 –4 (< –1) ist, wird die Welligkeit als groß beurteilt. Weil die Energieversorgungsspannung E nicht niedriger ist als 90 V, der Laststrom I nicht größer ist als 30 A und die Motorspulentemperatur t nicht höher als 120°C, wird die Drehgeschwindigkeit des Motors unmittelbar nach dem Ablauf von ΔT1 = 0,05 s umgeschaltet auf einen hohen Wert N3 = 3600 U/min. Entsprechend wird ein Reduzieren des Behälterdrucks unterdrückt verglichen mit der Kurve b', so dass der Behälterdruckpegel nach kontinuierlichem Nageln im wesentlichen gleich dem Behälterdruckpegel bei T=0 beibehalten werden kann.
Wie aus der obigen Beschreibung offenbar wird, ist der Luftkompressor gemäß der Erfindung derart konfiguriert, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig festgelegt wird und dass die Druckänderungsrate im kurzen Zyklus, beispielsweise von etwa 0,05 s und die Druckänderungsrate im langen Zyklus, beispielsweise um etwa 5 s berechnet wird, basierend auf den Erfassungssignalen, die von dem Drucksensor des Luftbehälters ausgegeben werden, so dass die Drehgeschwindigkeit des Motors, basierend auf den beiden Druckänderungsraten gesteuert wird. Entsprechend kann der Motor, wenn nur Luft bedingt durch Leck-Luft entweicht, weil der Luftkompressor sich in einem Wartezustand befindet, oder wenn eine geringe Luftmenge ausgegeben wird, weil eine kleine pneumatische Klammermaschine, ein Tacker oder ähnliches verwendet wird, zur Geräuschreduzierung mit einer niedrigen Geschwindigkeit gedreht werden.
Andererseits, wenn eine große Luftmenge in einer kurzen Zeit ausgegeben wird, weil kontinuierliches Nageln durch eine große Nagelmaschine vorgenommen wird, kann die Drehgeschwindigkeit des Motors unmittelbar umgeschaltet werden auf einen hohen Wert zum Unterdrücken des Reduzierens des Behälterdrucks. Entsprechend kann selbst in dem Fall, in dem Nägel für Beton oder Nägel für Holz mit großem Durchmesser kontinuierlich eingeschlagen werden müssen, die Häufigkeit des "nicht tief genugen Nagelns" reduziert werden. Selbst in dem Fall, in welchem das "Nageln nicht tief genug_ durchgeführt wird", kann die Zeit des "nicht tief genugen Nagelns" extrem verkürzt werden.
Zusätzlich wird der Motor, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors zu einem hohen Wert umgeschaltet wird, weil große Welligkeit des Behälterdrucks erfasst wird, derart gesteuert werden, dass die Drehgeschwindigkeit des Motors für zumindest eine vorbestimmte Zeit (zum Beispiel 5 s) beibehalten wird. Demgemäß kann ein häufiges Ändern der Drehgeschwindigkeit des Motors in kurzer Zeit verhindert werden, so dass das Gefühl des Unbehagens reduziert werden kann.

Claims

Luftkompressor, umfassend: einen Behälterabschnitt zum Aufbewahren von in einem Pneumatikwerkzeug verwendbarer Druckluft; einen Druckluftgenerierabschnitt zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zum Behälterabschnitt; einen Antriebsabschnitt einschließlich eines Motors zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts; einen Steuerschaltungsabschnitt zum Steuern des Antriebsabschnitts; und einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks der im Behälterabschnitt aufbewahrten Druckluft; wobei der Steuerschaltungsabschnitt eine Einheit einschließt zum mehrstufigen Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors basierend auf einem von dem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignal.
Luftkompressor gemäß Anspruch 1, wobei die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig eingestellt wird, um eine Vielzahl von Werte zu haben, wie zum Beispiel 0, N, 2N, 3N, ..., und nN mit n als beliebiger Zahl; und einer der Werte ausgewählt wird durch den Steuerschaltungsabschnitt, um hierdurch den Motor zu steuern.
Luftkompressor, umfassend: einen Behälterabschnitt zum Aufbewahren von in einem Pneumatikwerkzeug verwendbarer Druckluft; einen Druckluftgenerierabschnitt zum generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt; einen Antriebsabschnitt einschließlich eines Motors zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts; und einen Steuerschaltungsabschnitt zum Steuern des Antriebsabschnitts; wobei der Steuerschaltungsabschnitt eine Einheit zum Berechnen des Innendrucks des Behälterabschnitts einschließt, basierend auf einem von einem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignal, Berechnen der Rate ΔP/ΔT der Druckluftänderung ΔP zu einer vorbestimmten Zeit ΔT1 und Entscheiden der Drehgeschwindigkeit des Motors basierend auf mindestens einem aus der Gruppe von dem Druck P und der Rate ΔP/ΔT der Druckänderung.
Luftkompressor nach Anspruch 3, wobei der Steuerschaltungsabschnitt ferner einen Speicher einschließt zum Speichern von den Zusammenhang zwischen dem Druck P des Behälterabschnitts, der Rate ΔP/ΔT der Druckänderung und der Drehgeschwindigkeit N des Motors angebender Information; und wobei die Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmt wird durch eine Vorrichtung zum Durchsuchen des Speichers.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors einschließlich eines Behälterabschnittes zum Aufbewahren von in einem Pneumatikwerkzeug verwendbarer Druckluft, eines Druckluftgenerierabschnitts zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt, eines Antriebsabschnitts mit einem Motor zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts und eines Steuerschaltungsabschnitts zum Steuern des Antriebsabschnitts; wobei das Verfahren umfasst: Erfassen des Drucks P der in dem Behälterabschnitt aufbewahrten Druckluft; Berechnen der Rate ΔP/ΔT der Änderung ΔP des Drucks P zu einer vorbestimmten Zeit ΔT; und Entscheiden der Drehgeschwindigkeit des Motors des Antriebsabschnitts basierend auf mindestens einem aus der Gruppe von Druck P des Behälterabschnitts und Rate ΔP/ΔT der Druckänderung.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors gemäß Anspruch 5, außerdem umfassend: Suchen nach der Drehgeschwindigkeit des Motors durch Bezugnehmen auf eine in einem Speicher des Steuerschaltungsabschnitts gespeicherten Tabelle basierend auf dem Druck P des Behälterabschnitts und der Rate ΔP/ΔT der Druckänderung.
Luftkompressor, umfassend: einen Behälterabschnitt zum Aufbewahren von in einem Pneumatikwerkzeug verwendbarer Druckluft; einen Druckluftgenerierabschnitt zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt; einen Antriebsabschnitt einschließlich eines Motors zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts; einen Steuerschaltungsabschnitt zum Steuern des Antriebsabschnitts; und einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Motors des Antriebsabschnitts; wobei der Steuerschaltungsabschnitt die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig steuert, basierend auf einem von dem Temperatursensor ausgegebenen Erfassungssignal.
Luftkompressor nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks der Druckluft in dem Behälterabschnitt; wobei der Steuerschaltungsabschnitt die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig steuert, basierend auf von dem Temperatursensor und dem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignalen.
Luftkompressor nach Anspruch 7, außerdem umfassend: eine Spannungsdetektorschaltung zum Erfassen einer Energieversorgungsspannung des Antriebsabschnitts; und eine Stromdetektorschaltung zum Erfassen eines Laststroms des Antriebsabschnitts; wobei der Steuerschaltungsabschnitt die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig steuert, basierend auf dem von dem Temperatursensor ausgegebenen Erfassungssignal und einem von mindestens einem aus der Gruppe der Spannungserfassungsschaltung und der Stromerfassungsschaltung ausgegebenen Erfassungssignals.
Luftkompressor nach Anspruch 7, wobei der Steuerschaltungsabschnitt die Drehgeschwindigkeit des Motors in mindestens drei Stufen einer hohen Geschwindigkeit, einer mittleren Geschwindigkeit und einer niedrigen Geschwindigkeit steuert.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors einschließlich eines Behälterabschnitts zum Aufbewahren von in einem Pneumatikwerkzeug zu verwendender Druckluft, eines Druckluftgenerierabschnitts zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt, eines Antriebsabschnitts mit einem Motor zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts, und eines Steuerschaltungsabschnitts zum Steuern des Antriebsabschnitts, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen der Temperatur des Motors des Antriebsabschnitts durch einen Temperatursensor; und Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors in mindestens drei Stufen einer hohen Geschwindigkeit, einer mittleren Geschwindigkeit und einer niedrigen Geschwindigkeit, basierend auf einem von dem Temperatursensor ausgegebenen Erfassungssignal.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors nach Anspruch 11, ferner umfassend: Erfassen des Drucks der Druckluft in dem Behälterabschnitt durch einen Drucksensor; und Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors in mindestens drei Stufen einer hohen Geschwindigkeit, einer mittleren Geschwindigkeit und einer niedrigen Geschwindigkeit, basierend auf von dem Temperatursensor und dem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignalen.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors nach Anspruch 11, ferner umfassend: Erfassen einer Energieversorgungsspannung des Antriebsabschnitts und eines Laststroms des Antriebsabschnitts; und Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors in mindestens drei Stufen einer hohen Geschwindigkeit, einer mittleren Geschwindigkeit und einer niedrigen Geschwindigkeit, basierend auf der erfassten Spannung und dem Strom und einem von dem Temperatursensor ausgegebenen Erfassungssignal.
Luftkompressor, umfassend: einen Behälterabschnitt zum Aufbewahren von in einem pneumatischen Werkzeug verwendeter Luft; einen Druckluftgenerierabschnitt zum Generieren von Druckluft und zum Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt; einen Antriebsabschnitt einschließlich eines Motors zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts; eines Steuerschaltungsabschnitt zum Steuern des Antriebsabschnitts; und einen Drucksensor zum Erfassen des Drucks der in dem Behälterabschnitt aufbewahrten Druckluft; wobei der Steuerschaltungsabschnitt die Rate ΔP1/ΔT1 der Änderung ΔP1 im Innendruck des Behälterabschnitts zu einer relativ kurzen Zeit ΔT1 und die Rate ΔP2/ΔT2 der Änderung ΔP2 im Innendruck des Behälterabschnitts zu einer Zeit ΔP2, die länger ist als die Zeit ΔT1, basierend auf von dem Drucksensor ausgegebenen Erfassungssignalen berechnet und die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig steuert, basierend auf mindestens einer der beiden Druckänderungsraten.
Luftkompressor nach Anspruch 14, ferner umfassend: einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Motors; wobei der Steuerschaltungsabschnitt die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig steuert, basierend auf den beiden Druckänderungsraten und einem von dem Temperatursensor ausgegebenen Erfassungssignal.
Luftkompressor nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen Spannungssensor zum Erfassen einer Energieversorgungsspannung des Antriebsabschnitts; und einen Stromsensor zum Erfassen eines Laststroms des Antriebsabschnitts; wobei der Steuerschaltungsabschnitts die Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig steuert, basierend auf den beiden Druckänderungsraten und mindestens einem aus der Gruppe der von dem Spannungssensor und dem Stromsensor ausgegebenen Erfassungssignalen.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors einschließlich eines Behälterabschnittes zum Aufbewahren von in einem Pneumatikwerkzeug verwendbarer Druckluft, eines Druckluftgenerierabschnitts zum Generieren von Druckluft und Zuführen der Druckluft zu dem Behälterabschnitt, eines Antriebsabschnitts mit einem Motor zum Antreiben des Druckluftgenerierabschnitts und eines Steuerschaltungsabschnitts zum Steuern des Antriebsabschnitts; wobei das Verfahren umfasst: Erfassen des Drucks P der in dem Behälterabschnitt aufbewahrten Druckluft; Berechnen der Rate ΔP1/ΔT1 der Druckänderung ΔP1 zu einer relativ kurzen Zeit ΔT1, basierend auf dem erfassten Druck P; Berechnen der Rate ΔP2/ΔT2 der Druckänderung ΔP2 zu einer Zeit ΔT2, die länger ist als die Zeit ΔT1, basierend auf dem erfassten Druck P; und Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig, basierend auf den beiden Druckänderungsraten.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors nach Anspruch 7, ferner umfassend: Erfassen der Temperatur T des Motors; und Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig, basierend auf den beiden Druckänderungsraten und einem erfassten Signal der Temperatur T.
Verfahren zum Steuern eines Luftkompressors nach Anspruch 17, ferner umfassend: Erfassen einer Energieversorgungsspannung E des Antriebsabschnitts und eines Laststroms I des Antriebsabschnittes; und Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors mehrstufig, basierend auf den beiden Druckänderungsraten und mindestens einem aus der Gruppe der erfassten Energieversorgungsspannungen E und des erfassten Laststroms I.