JP2001271759A - 空気圧縮機およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動モータの回転数の増加に応じて入力電流
を制御することにより、電動モータの消費電力を低減さ
せると共に電動モータの始動トルクを増加させる。 【解決手段】 外部から取り入れた空気を圧縮する圧縮
機本体（図示せず）に電動モータ１２を接続し、電動モ
ータ１２によって圧縮機本体を駆動する。電動モータ１
２はリラクタンスモータによって構成すると共に、電動
モータ１２には給電部２３及びインバータ制御部３１に
よって構成された給電制御装置を接続する。そして、イ
ンバータ制御部３１には電動モータ１２の回転数を検出
する回転位置検出器１９を接続する。これにより、イン
バータ制御部３１は、電動モータ１２の起動時には電動
モータ１２を三相通電制御によって駆動し、起動時のモ
ータ角速度に応じて入力電流を制限することができる。
また、電動モータ１２の回転数が設定回転数に達した後
は、電動モータ１２を二相通電制御によって駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、空気を圧
縮するのに好適に用いられる空気圧縮機に関し、特に、
電動モータによって圧縮機本体を駆動する空気圧縮機お
よびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気圧縮機は、例えば特開平10−
246185号公報などに、駆動源としての電動モータと、こ
の電動モータによって駆動され、外部から吸込んだ空気
を圧縮しながら、圧縮空気を各貯留タンクヘ吐出する圧
縮機本体とによって構成されたものが報告されている。
この種の従来技術による空気圧縮機は、電動モータによ
って圧縮機本体のクランク軸を回転駆動し、このクラン
ク軸の回転に応じてシリンダ内でピストンを往復駆動さ
せることにより、吸込室側から吸込んだ空気を圧縮室内
で圧縮するものである。そして、圧縮機本体の圧縮室内
で圧縮された圧縮空気は、吐出室側から配管などを介し
てタンクへ吐出され、このタンク内に貯留される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の空気圧縮機は、圧縮機本体を駆動する電動モー
タとして、コンデンサモータやインダクションモータな
どが使用されている。しかし、電動モータにコンデンサ
モータを使用した場合には、圧縮機本体の負荷の軽重に
関わらず、一定の回転数で電動モータを回転駆動させる
ため、電動モータの動力を有効に使用できない領域が多
く存在すると共に、電動モータの消費電力が多くなるな
どの不具合がある。また、電動モータの起動トルクが不
足するため、空気圧縮機の起動時に電動モータに加わる
負荷を軽減するために、圧縮機本体にアンローダなどの
負荷軽減装置を設けなければならないなどの問題もあ
る。

【０００４】また、入力電流を制限できる機能を有した
インバータモータを駆動源とする空気圧縮機も知られて
いるが、このような空気圧縮機においても、モータの発
生トルクは、起動時に負荷の最大トルクを超えなければ
ならない。また、圧縮機の回転が上昇すると、モータや圧
縮機の持つ慣性系によってトルクの最大値は徐々に低下
して行く。そこで、従来の制御では、起動時から規定の
回転数または角速度に達するまで、モータへの印加電圧
を大きくしてモータの電流を増加させることにより、負
荷の最大トルクを超える発生トルクを得ている。さら
に、起動時と運転時のモータへの印加電圧の通電形態を
変化させることで、起動時は大きなトルクを発生させ、
運転時には運転可能なトルクを発生させるような形態も
とられている。

【０００５】このように、モータの発生トルクを上昇さ
せるためには、インバータなどによって、モータへ供給
する電流の通電幅を大きくしたりピーク電圧を高くする
などして、モータへの供給電流を大きくしなければなら
ない。したがって、インバータ回路のスイッチング素子
などの電流容量を大きくしたり、あるいは、電源の容量
を大きくしなければならない。また、空気圧縮機のトル
ク変動値を小さくしするために回転数を高くする方法も
あるが、回転数を上昇させることによって、軸受けなど
の寿命を低下させてしまうなどの不具合もある。さら
に、現在のインバータモータの構成では、モータの効率
面から見て、運転時の回転数の範囲をあまり大きく変化
させることは好ましいことではなく、さらに、空気圧縮
機の仕様内容を大幅に変更しなければならないなどの不
具合もある。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、電動モータの回転数の増加
に応じて入力電流を制御することにより、電動モータの
消費電力を低減させると共に、電動モータの起動トルク
を増加させることができる空気圧縮機を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の空気圧縮機は、三相のステータコイル及
びこのステータコイルによって回転されるロータからな
る電動モータと、この電動モータのロータが回転するこ
とによって駆動され、外部から吸入した空気を圧縮する
圧縮機本体と、電動モータの回転角速度を検出する回転
検出手段と、回転検出手段による検出信号に基づいて電
動モータに対する給電電流を制御するモータ制御手段と
を備え、回転検出手段に検出された回転角速度の上昇に
応じて、モータ制御手段が、電動モータへの給電電流を
段階的に低減させて行くことを特徴とする。

【０００８】すなわち、本発明の空気圧縮機によれば、
電動モータが始動時の仮想ゼロ回転から運転可能な回転
数までの状態では、回転上昇による慣性によって減少す
る最大負荷トルクで制動されない回転トルクを発生する
ように、電動モータの入力電流を制御して行く。すなわ
ち、電動モータが、最大負荷トルクで制動されない回転
トルクを発生できるように、回転角速度に対応して、電
動モータの入力電流を段階的に減らして行く。このよう
にして、電動モータの始動時に、運転継続に必要な電流
であり、且つ最小限の電流を供給することによって、電
動モータが始動時に必要とする入力電流を極力抑制し
て、空気圧縮機を所望の負荷トルクで定格回転数まで上
昇させる。これによって、モータ制御手段から流れる電
流を必要最小限に抑えることができるので、モータ制御
手段の回路部品、例えばスイッチング素子などの容量や
電源の容量を小さくすることができる。

【０００９】具体的な電流値の低減は、電動モータの始
動時の回転角速度に応じて、モータ制御手段から電動モ
ータへ供給される電流値を多段に分けて制御するように
する。例えば、回転数が０〜１００rpmのときは入力電
流を２０Ａに制限する。次に、回転数が１００〜４００
rpmのときは入力電流を１８Ａに制限し、さらに、回転
数が４００〜８００rpmのときは入力電流を１５Ａに制
限する。そして、回転数が８００rpmになったら始動状
態を完了し、それ以降の回転数では運転モードの通電形
態に切換える。

【００１０】さらに、本発明の空気圧縮機は、上記の発
明において、モータ制御手段は、三相のステータコイル
の全ての相に順次給電を行う三相通電制御手段と、三相
のステータコイルのうち、二相のステータコイルに対し
て選択的に給電を行う二相通電制御手段と、回転検出手
段からの検出信号に基づいて、三相通電制御手段と二相
通電制御手段との何れか一方を選択し、選択された通電
制御手段によって電動モータヘの給電電流を制御する給
電制御切換手段とを備えている。そして、給電制御切換
手段が、所定の回転角速度に達するまでの始動期間にお
いては三相通電制御手段を選択し、電動モータが連続運
転可能な回転数に到達し、所望の回転数で回転駆動する
運転期間においては二相通電制御手段を選択することを
特徴とする。

【００１１】このように構成したことにより、三相通電
制御手段によって変動の少ない大きな回転トルクを発生
させることができると共に、二相通電制御手段によって
消費電力を低減して電動モータを回転させることができ
る。また、通電制御手段は、電動モータに必要となる回
転トルクに応じて、三相通電制御手段と二相通電制御手
段とのうち、何れか一方を選択することができる。この
ため、通電制御切換手段は、回転検出手段による検出信
号によって、起動時のように大きな回転トルクを必要と
するときに三相通電制御手段を選択し、ある程度の回転
トルクが得られた後には、消費電力の少ない二相通電制
御手段を選択することができる。

【００１２】また、本発明の空気圧縮機は、上記の発明
において、三相通電制御手段が、所定の角速度に達する
までの始動期間において電動モータへの供給電流を段階
的に低減させることを特徴とする。これにより、三相通
電制御手段は、電動モータへ供給される電流を、回転角
速度の上昇に応じて、予め決めた複数の設定電流値のそ
れぞれに段階的に低減して行く。したがって、三相通電
制御手段によって電動モータを駆動しているときに、外
部電源からの入力電流値が過剰に大きくなることを防止
することができる。

【００１３】さらに、本発明の空気圧縮機は、上記の発
明において、二相通電制御手段が、電動モータに供給さ
れる電流を、予め定めた設定電流値以下に抑える電流値
制限手段と、電動モータの回転数を予め決められた最大
回転数以下に抑える回転数制限手段とを備えていること
を特徴とする。すなわち、このように構成したことによ
り、電流値制限手段は電動モータに供給されるの電流
を、予め決められた設定電流値以下に抑えるので、二相
通電制御手段によって電動モータを駆動しているとき
に、外部電源からの入力電流値が過剰に大きくなること
を防止することができる。また、回転数制限手段が、電
動モータの回転数を予め決められた最大回転数以下に抑
えるから、電動モータを必要以上に高い回転数で回転駆
動することによって圧縮機本体などが損傷するのを防止
することができ、もって、耐久性や信頼性を向上させる
ことができる。

【００１４】また、本発明の空気圧縮機は、上記の発明
において、モータ制御手段は半導体スイッチング回路で
あり、この半導体スイッチング回路は、回転検出手段に
よる検出信号に基づいて自己のスイッチング周波数を制
御するスイッチング周波数制御手段を備え、スイッチン
グ周波数制御手段が、回転角速度の上昇に応じてスイッ
チング周波数を低減することにより、半導体スイッチン
グ回路が電動モータへの給電電流を段階的に低減させて
行くことを特徴とする。

【００１５】具体的な制御手段としては、電動モータの
始動時の回転角速度に応じて、スイッチング回路のスイ
ッチング周波数を制御することにより、スイッチング回
路から電動モータへ供給される電流値を多段に分けて制
御するようにする。すなわち、回転数が０〜１００rpm
のときは、スイッチング周波数を例えば５ｋHzにして入
力電流を２０Ａに制限する。また、回転数が１００〜４
００rpmのときは、スイッチング周波数を例えば４ｋHz
にして入力電流を１８Ａに制限する。さらに、回転数が
４００〜８００rpmのときは、スイッチング周波数を例
えば３ｋHzにして入力電流を１５Ａに制限する。

【００１６】さらに、本発明の制御方法は、電動モータ
の回転トルクによって回転駆動され、圧縮空気を生成す
る空気圧縮機において、電動モータの回転開始から連続
運転可能な回転数までの始動期間において、電動モータ
が、空気圧縮機による負荷トルクによって制動されない
回転トルクを発生するように、回転角速度の上昇に応じ
て、自己への給電電流を段階的に低減させて行くことを
特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態による空気圧縮機を、２段式空気圧縮機を例に
あげて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に
よるタンク一体型の２段式空気圧縮機を示す平面囲であ
り、図２は、本発明の実施の形態による空気圧縮機を示
す平面図であり、また、図３は、図２において保護カバ
ーを取外した状態の空気圧縮機を示す平面図である。さ
らに、図４は、保護カバーを取外した状態の空気圧縮機
を示す図３の右側面図であり、図５は、空気圧縮機の給
電制御装置等を示す図４の矢視Ｖ−Ｖ方向からみた断面
図である。また、図６は、本発明の実施の形態による給
電制御装置を示す電気回路図であり、図７は、図６にお
けるトランジスタスイッチング回路及びステータコイル
などの細部を示す電気回路図である。

【００１８】以下、図１〜図７を通して、本発明の実施
の形態における空気圧縮機の構成を説明する。１，１は
左右に離間して互いに並行に延びた一対の貯留タンク
（以下、タンク1という）で、一対のタンク1は、金属チ
ューブ等を用いた略円筒状の密閉容器として形成され、
後述する下側フレーム５、上側フレーム６によって連結
されている。そして、各タンク1の長さ方向の両端側に
は、その下側位置に脚体２，２…が取付けられ、上側位
置には運搬用の把手３，３が取付けられている。また、
各タンク1上には、後述する圧縮機本体７、電動モータ
１２などを上側から覆う保護カバー４が図１に示す如く
設けられ、この保護カバー４は必要に応じて取外し出来
るようになっている。尚、図３〜図５では、保護カバー
４を取外した状態を示している。

【００１９】５，５は、各タンク1の下側に位置して各
タンク1を左右方向で連結した下側フレームであり、こ
の下側フレーム５は、図４および図５に示す如く、高い
剛性をもった金属金具などからなり、例えば、各タンク
1の長さ方向（前後方向）の両端側で各タンク１に溶接
などの手段で固着されている。また、６，６は、各タン
ク1の上側に位置して各タンク1を左右方向で連結した上
側フレームであり、この上側フレーム６は、下側フレー
ム５とほぼ同様に高い剛性をもった金属材などからな
り、例えば、各タンク1の長さ方向（前後方向）に離間
して、各タンク1に溶接などの手段で固着されている。
そして、上側フレーム６，６は、圧縮機本体７を電動モ
ータ１２と共に下側から支承する構成となっている。

【００２０】７は、各タンク1間に位置して上側フレー
ム６上に取付けられた圧縮機本体であり、この圧縮機本
体７は、略円筒状のクランクケース８と、このクランク
ケース８の径方向に突出して設けられたシリンダ９Ａと
シリンダヘッド９Ｂからなる第１段の圧縮機構９と、第
１段の圧縮機構９の反対側に位置して、クランクケース
８に設けられたシリンダ１０Ａとシリンダヘッド１０Ｂ
とからなる第２段の圧縮機構１０とによって大略構成さ
れている。そして、第１段の圧縮機構９と第２段の圧縮
機構１０とは、図３に示す如く左右方向へと横向きに突
出して設けられ、シリンダ９Ａ，１０Ａ内にはピストン
（図示せず）が摺動可能に挿嵌されている。また、シリ
ンダヘッド９Ｂ，１０Ｂには吸込弁、吐出弁（いずれも
図示せず）などが内蔵され、これら２つの圧縮機構９，
１０間は連通管１１を介して接続されている。このよう
に、本実施の形態による圧縮機本体７は、所謂、水平対
向型の２段式空気圧縮機として構成されている。

【００２１】１２は、各タンク１間に位置してクランク
ケース８の後部側に設けられた電動モータであり、この
電動モータ１２は、例えば、インバータ制御式のシンク
ロナイズドシュラーゲ形リラクタンスモータからなり、
図３に示すようにクランクケース８と同軸に配設された
モータケース１３と、このモータケース１３内に配設さ
れた、例えば、３相のステータコイルＵ，Ｖ，Ｗからな
るステータ１４と、このステータ１４の内局側に設けら
れた鉄系材料などからなるロータ１５と、このロータ１
５の内局側に嵌合され、ロータ１５と共に回転する回転
軸１６とから構成されている。

【００２２】ここで、回転軸１６は、圧縮機本体７と電
動モータ１２のモータケース１３とを軸方向に貫通して
設けられると共に、その前側は、クランクケース８内に
クランク軸となって配設され、後側が電動モータ１２の
ロータ１５に挿嵌されている。そして、回転軸１６の両
端側は、圧縮機本体７、モータケース１３から外側へ突
出している。また、モータケース１３の下側部位は、ク
ランクケース８の下側部位と共に、各タンク１，１間に
部分的に入り込み、空気圧縮機の全高を可及的に低くし
ている。そして、電動モータ１２は、後述する給電制御
装置２０を介して外部の電源に接続されている。これに
より、電動モータ１２は、その回転駆動が給電制御装置
２０によってインバータ制御されるものである。

【００２３】１７は、圧縮機本体７の前側に位置して回
転軸１６の前端側に設けられた第１の冷却ファンとして
の吸気ファン、１８は、電動モータ１２の後側に位置し
て回転軸１６の後端側に設けられた第２の冷却ファンと
しての排気ファンをそれぞれ示している。そして、吸気
ファン１７と排気ファン１８は、圧縮機本体７の前側か
ら電動モータ１２の後側に向けて冷却風を流通させると
共に、後述する給電制御装置２０の前側から後側に向け
て冷却風を流通させるものである。

【００２４】１９は、電動モータ１２の回転位置を検出
するため、モータケース１３の後端側に設けられた回転
検出手段としての回転位置検出器であり、この回転位置
検出器１９は、例えば、回転軸１６に取付けられたマグ
ネットと、このマグネットによる磁束を検出するホール
素子など（いずれも図示せず）によって構成されてい
る。そして、回転位置検出器１９は、配線を介して給電
制御装置２０のインバータ制御部３１に接続され、この
インバータ制御部３１に向けて回転軸１６の回転位置に
応じた回転検出信号を出力するものである。

【００２５】２０は、電動モータ１２への給電をインバ
ータ制御するモータ制御手段としての給電制御装置であ
り、この給電制御装置２０は、図５および図６に示すよ
うに、後述する回路用ケーシング２１、給電部２３、イ
ンバータ制御部３１によって構成されている。そして、
給電制御装置２０は、圧縮機本体７、電動モータ１２の
下側に位置して各タンク１，１間に配設されている。ま
た、２１は略箱型状の回路用ケーシングであり、この回
路用ケーシング２１は、例えば、薄い金属板をプレス加
工することにより形成され タンク１，１間に位置して
前後方向に延びる箱部２１Ａと、この箱部２１Ａの前後
方向中央に位置して下側部２３Ａの上側に設けられ、箱
部２１Ａとの間に後述する平滑回路２６などを収容する
収容空間を画成する蓋部２１Ｂとから構成されている。
そして、箱部２１Ａの前後方向両端側は、ボルト２２等
によって下側フレーム５に固定されている。

【００２６】２３は電動モータ１２に駆動電力を供給す
るための給電部であり、この給電部２３は各タンク1の
長さ方向中間部に位置して回路用ケーシング２１の箱部
２１Ａに取り付けられている。そして、給電部２３は、
電源ケーブル２４などを介して外部の商用電源などに接
続され、例えば、１００Ｖの単相交流電圧を整流するタ
イオードによるブリッジ回路からなる整流器２５と、こ
の整流器２５に接続され整流された電圧を平滑化して直
流電圧を出力する複数のコンデンサ２６Ａからなる平滑
回路２６と、平滑回路２６と電動モータ１２との間に設
けられたインバータ制御部３１からの制御信号に応じて
スイッチング制御することによって平滑回路２６による
直流電圧をパルス変調し、周波数可変の擬似的な交流電
圧として電動モータ１２に出力する、例えば、６個のパ
ワートランジスタ２７Ａからなるトランジスタスイッチ
ング回路２７とによって概略構成されている。

【００２７】また、電源ケーブル２４と整流器２５との
間にはコイル等からなるリアクトル２８が接続され、こ
のリアクトル２８は、箱部２１Ａの前端側に取り付けら
れている。そして、リアクトル２８は、単相交流電圧を
直流電圧に変換するときに、外部の商用電源側に向けて
高調波成分を多く含んだ電流が流れるのを防止し、力率
を改善するものである。また、トランジスタスイッチン
グ回路２７は、放熱板２９に取り付けられると共に、電
動モータ１２の下側に位置して排気ファン１８の近傍に
配設されている。

【００２８】３０は給電部２３の電源ケーブル２４と整
流器２５との間に設けられた電流検出器であり、この電
流検出器３０は、インバータ制御部３１に接続され、外
部の商用電源から電動モータ１２に供給される電流値に
応じた電流検出信号を出力するものである。また、３１
は回路用ケーシング２１の後端面側に設けられ電動モー
タ１２をインバータ制御するインバータ制御部であり、
このインバータ制御部３１は、マイクロコンピュータ等
によって構成され、その入力側が回転検出器１９、電流
検出器３０等に接続され、出力側は給電部２３のトラン
ジスタスイッチング回路２７等に接続されている。さら
に、インバータ制御部３１は、図６に示すようにメモリ
等の記憶装置３１Ａを備え、この記憶装置３１Ａには、
後述する図８、図９に処理の流れを示すようなプログラ
ムが格納されている。

【００２９】そして、インバータ制御部３１は、回転位
置検出器１９からの検出信号に基づき、三相通電制御と
二相通電制御を切換えると共に、トランジスタスイッチ
ング回路２７の各パワートランジスタ２７Ａをスイッチ
ング制御することによって、電動モータ１２のステータ
１４に供給する電流、電圧の周波数を変化させ、電動モ
ータ１２の回転数などを制御している。

【００３０】図８は、本発明の第１の実施の形態におけ
る、インバータ制御部による電動モータの駆動制御処理
についての流れ図である。したがって、図８を参照し
て、第１の実施の形態の、インバータ制御部３１による
電動モータ１２の駆動制御処理について説明する。先
ず、空気圧縮機を作動させると、ステップＳ１で、イン
バータ制御部３１の記憶装置３１Ａに格納されたプログ
ラムが作動し、電源ケーブル２４が外部の電源に接続さ
れて、主電源がＯＮされたか否かが判別される。そし
て、主電源がＯＮと判定されたときには（ステップＳ
１、ＹＥＳ）、ステップＳ２で、給電部２３の入力電流
が上限値Ｉ0（例えば２０Ａ）を制限条件として、三相
通電制御処理を開始する。

【００３１】このとき、インバータ制御部３１は、回転
位置検出器１９からの回転検出信号によつて、電動モー
タ１２のロータ１５の回転位置を認識しており、複数配
列したホール素子などによって角速度（rad/sec）も認
識できるようになっている。そして、インバータ制御部
３１は、このロータ１５の回転位置に応じて、ステータ
コイルＵからステータコイル位相をずらしてＶ、Ｗへの
通電、ステータコイルＶからステータコイル位相をずら
してＷ、Ｕへの通電、ステータコイルＷからステータコ
イル位相をずらしてＵ、Ｖへの通電を順次繰り返し、ロ
ータ１５の回転速度を徐々に上昇させて行く。

【００３２】次に、ステップＳ３では、電流検出器３０
からの電流検出信号によって電動モータ１２に供給され
る電流値Ｉが、ステータコイルＵ，Ｖ，Ｗ、パワートラ
ンジスタ２７Ａ等の耐電圧値に応じて設定された第１の
設定電流値Ｉ0以下であるか否か、例えば、２０Ａ程度
の設定電流以下であるか否かが判別される。すなわち、
供給される電流値Ｉと第１の設定電流値Ｉ0との関係
が、Ｉ≦Ｉ0であるか否かが判定される。

【００３３】そして、ステップＳ３で、Ｉ≦Ｉ0が「Ｎ
Ｏ」と判定されたときには、電動モータ１２に供給され
る電流値Ｉが第１の設定電流値ＩOを超えているから、
ステップＳ４において、電流値Ｉが第１の設定電流値Ｉ
O以下となるようにステ一タコイルＵ，Ｖ，Ｗに供給す
る電流を制限する。すなわち、インバータ制御部３１に
よって、トランジスタスイッチング回路２７のスイッチ
ング通電幅を制御し、電動モータ１２への供給電流を制
限して行く。

【００３４】一方、ステップＳ３で、Ｉ≦Ｉ0が「ＹＥ
Ｓ」と判定されたときには、電流値Ｉは第１の設定電流
値Ｉ0以下となっているから、前述のステップＳ４で電
流値Ｉを第１の設定電流値ＩO以下に制限した場合と併
せて、ステップＳ５に移る。すなわちステップＳ４にお
いて、ロータ１５の回転数Ｎが、圧縮機本体７の負荷ト
ルクの変動が小さくなり、慣性によって駆動可能な第１
の設定回転数ＮO以上になっているか否か、例えば、１
００rpm程度の第１の設定回転数ＮOを上回っているか否
かが判別される。すなわち、ロータ１５の回転数Ｎと第
１の設定回転数Ｎ0との関係が、Ｎ≧Ｎ0であるか否かが
判定される。尚、このときの回転数Ｎは、ホール素子な
どによって検出された角速度（rad/sec）に基づいて演
算された回転数である。

【００３５】そして、ステップＳ５で、Ｎ≧Ｎ0が「Ｎ
Ｏ」と判定されたときには、電動モータ１２は第１の設
定回転数ＮOに達していないから、未だに始動時である
と判断し、前述のステップＳ３〜Ｓ５までを繰返す。一
方、ステップＳ５で、Ｎ≧Ｎ0が「ＹＥＳ」と判定され
たときは、ロータ１５の回転数Ｎが第１の設定回転数Ｎ
O（例えば、１００rpm）まで達しているので、通電形態
はそのままとして、ステップＳ６以降の処理に移り、電
流値Ｉを第２の設定電流値I1以下に制限してロータ１５
の回転数Ｎを上昇させて行く。

【００３６】ステップＳ６において、電動モータ１２に
供給される電流値Ｉが、第２の設定電流値Ｉ1以下であ
るか否か、例えば、１８Ａ程度の設定電流以下であるか
否かが判別される。すなわち、供給される電流値Ｉと第
２の設定電流値Ｉ1との関係が、Ｉ≦Ｉ1であるか否かが
判定される。そして、ステップＳ６で、Ｉ≦Ｉ1が「Ｎ
Ｏ」と判定されたときには、電動モータ１２に供給され
る電流値Ｉが第２の設定電流値Ｉ1を超えているから、
ステップＳ７において、電流値Ｉが第２の設定電流値Ｉ
1以下となるように、トランジスタスイッチング回路２
７のスイッチング通電幅を制御してステ一タコイルＵ，
Ｖ，Ｗに供給する電流を制限する。

【００３７】一方、ステップＳ６で、Ｉ≦Ｉ1が「ＹＥ
Ｓ」と判定されたときには、電流値Ｉは第２の設定電流
値Ｉ1以下となっているから、前述のステップＳ７で電
流値Ｉを第２の設定電流値Ｉ1以下に制限した場合と併
せて、ステップＳ８に移り、ロータ１５の回転数Ｎが、
圧縮機本体７の負荷トルクの変動が小さくなり、慣性に
よって駆動可能な第２の設定回転数Ｎ1以上になってい
るか否か、例えば、４００rpm程度の第２の設定回転数
Ｎ1に達しているか否かが判別される。すなわち、ロー
タ１５の回転数Ｎと第２の設定回転数Ｎ1との関係が、
Ｎ≧Ｎ1であるか否かが判定される。

【００３８】そして、ステップＳ８で、Ｎ≧Ｎ1が「Ｎ
Ｏ」と判定されたときには、電動モータ１２は第２の設
定回転数Ｎ1に達していないから、未だに始動時である
と判断し、前述のステップＳ２〜Ｓ８までを繰返す。一
方、ステップＳ８で、Ｎ≧Ｎ1が「ＹＥＳ」と判定され
たときは、ロータ１５の回転数Ｎが第２の設定回転数Ｎ
1まで達しているので、通電形態はそのままとして、ス
テップＳ９以降の処理に移り、電流値Ｉを第３の設定電
流値Ｉ2以下に制限してロータ１５の回転数Ｎを上昇さ
せて行く。

【００３９】ステップＳ９において、電動モータ１２に
供給される電流値Ｉが、第３の設定電流値Ｉ2以下であ
るか否か、例えば１５Ａ程度の設定電流以下であるか否
かが判別される。すなわち、供給される電流値Ｉと第３
の設定電流値Ｉ2との関係が、Ｉ≦Ｉ2であるか否かが判
別される。そして、ステップＳ９で、Ｉ≦Ｉ2が「Ｎ
Ｏ」と判定されたときには、電動モータ１２に供給され
る電流値Ｉが第３の設定電流値Ｉ2を超えているから、
ステップＳ１０において、電流値Ｉが第３の設定電流値
Ｉ2以下となるように、トランジスタスイッチング回路
２７のスイッチング通電幅を制御してステ一タコイル
Ｕ，Ｖ，Ｗに供給する電流を制限する。

【００４０】一方、ステップＳ９で、Ｉ≦Ｉ2が「ＹＥ
Ｓ」と判定されたときには、電流値Ｉは第３の設定電流
値Ｉ2以下となっているから、前述のステップＳ１０で
電流値Ｉを第３の設定電流値Ｉ2以下に制限した場合と
併せて、ステップＳ１１に移り、ロータ１５の回転数Ｎ
が、圧縮機本体７の負荷トルクの変動が小さくなり、慣
性によって駆動可能な第３の設定回転数Ｎ2以上になっ
ているか否か、例えば、８００rpm程度の第３の設定回
転数Ｎ2を上回っているか否かを判別する。すなわち、
ロータ１５の回転数Ｎと第３の設定回転数Ｎ2との関係
が、Ｎ≧Ｎ2であるか否かが判定される。

【００４１】そして、ステップＳ１１で、Ｎ≧Ｎ2が
「ＮＯ」と判定されたときには、電動モータ１２は第３
の設定回転数Ｎ2に達していないから、未だに始動時で
あると判断し、前述のステップＳ２〜Ｓ１１までを繰返
す。一方、ステップＳ１１でＮ≧Ｎ2が「ＹＥＳ」と判
定されたときには、電動モータ１２は第３の設定回転数
Ｎ2に達しているから、圧縮機本体７は電動モータ１２
の回転トルクに多少ばらつきが生じてもその慣性によっ
て停止すること無く駆動することができるから、ステッ
プＳ１２において二相通電制御処理を開始する。すなわ
ち、前述のステップＳ１〜Ｓ１１までの始動時の処理か
ら運転時の処理に移行する。

【００４２】このとき、インバータ制御部３１は、回転
位置検出器１９からの回転検出信号によつて電動モータ
１２のロータ１５の回転位置を認識する。そして、イン
バーア制御部３１は、このロータ１５の回転位置に応じ
てステータコイルＵからステータコイルＶへの通電、ス
テータコイルＶからステータコイルＷへの通電、ステー
タコイルＷからステータコイルＵへの通電を順次繰返
す、いわゆる二相通電制御処理により、ロータ１５の回
転速度を徐々に上昇させていく。

【００４３】ステップＳ１２で、二相通電制御による運
転時の処理が開始されると、次に、ステップＳ１３に移
り、電流検出器３０からの電流検出信号によって電動モ
ータ１２に供給される電流値Ｉが、ステータコイルＵ，
Ｖ，Ｗ、パワートランジスタ２７Ａ等の耐電圧値に応じ
て設定された第４の設定電流値Ｉ3以下であるか否か、
例えば１５Ａ程度の設定電流以下であるか否かが判別さ
れる。すなわち、供給される電流値Ｉと第４の設定電流
値Ｉ3との関係が、Ｉ≦Ｉ3であるか否かが判定される。

【００４４】そして、ステップＳ１３で、Ｉ≦Ｉ3が
「ＮＯ」と判定されたときには、電動モータ１２に供給
される電流値Ｉが第４の設定電流値Ｉ3を超えているか
ら、ステップＳ１４に移って、電流値Ｉが第4の設定電
流値Ｉ3以下となるように、インバータ制御部３１によ
ってトランジスタスイッチング回路２７のスイッチング
通電幅を制御し、ステータコイルＵ，Ｖ，Ｗに供給する
電流を制限する。

【００４５】一方、ステップＳ１３で、Ｉ≦Ｉ3が「Ｙ
ＥＳ」と判定されたときには、電流値Ｉは第４の設定電
流値Ｉ3以下となっているから、前述のステップＳ１４
で電流値Ｉを第４の設定電流値Ｉ3以下に制限した場合
と併せて、ステップＳ１５に移って、ロータ１５の回転
数Ｎが、圧縮機本体７の耐久性等を考慮して予め設定さ
れた最大回転数Ｎ3以下であるか否か、例えば、2200〜2
300rpm程度の最大回転数以下であるか否かが判別され
る。すなわち、現在の回転数Ｎと最大回転数Ｎ3との関
係が、Ｎ≦Ｎ3であるか否かが判定される。

【００４６】そして、ステップＳ１５でＮ≦Ｎ3が「Ｎ
Ｏ」と判定されたときには、電動モータ１２の回転数Ｎ
が最大回転数Ｎ3を超えているから、ステップＳ１６に
移って、電流値Ｉを第４の設定電流値Ｉ3よりさらに下
げて、回転数Ｎを最大回転数Ｎ3以下に抑えると共に、
前述のステップＳ１２〜Ｓ１５までの処理を繰返す。一
方、ステップ１５でＮ≦Ｎ3が「ＹＥＳ」と判定された
ときには、ステップＳ１７に移って、主電源がＯＦＦか
否かを判別する。そして、ステップＳ１７で「ＮＯ」と
判定されたときには、空気圧縮機は通常の駆動状態とな
っているので、前述のステップＳ１２〜ステップＳ１６
までの処理を繰り返し、空気圧縮機が必要とする所望の
回転数で運転を継続する。尚、ステップＳ１７で「ＹＥ
Ｓ」と判定されたときには、主電源はＯＦＦであるので
電動モータ１２は騒動を停止する。

【００４７】図９は、本発明の第２の実施の形態におけ
る、インバータ制御部による電動モータの駆動制御処理
についての流れ図である。図９に示す第２の実施の形態
が、図８に示す第１の実施の形態と異なるところは、電
動モータ１２に供給する電流値Ｉを制限するときに、ト
ランジスタスイッチング回路２７のスイッチング周波数
を制御しているところである。すなわち、第２の実施の
形態では、インバータ制御部３１によって、トランジス
タスイッチング回路２７のスイッチング周波数を制御し
て、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に
より電動モータ１２への供給電流を制限しいることを特
徴としている。

【００４８】したがって、図９における流れ図のステッ
プは図８と全く変わらず、電流値Ｉを制限するステップ
においてスイッチング周波数を制御する手順が付加され
ているので、そのステップのところのみについてステッ
プ符号を変えてある。また、以下の説明においては、各
ステップで、第１の実施の形態と重複する部分は全て説
明を省略することにする。すなわち、図９において、ス
テップＳ３で、電動モータ１２に供給される電流値Ｉ
が、第１の設定電流値Ｉ0を超えている場合は、したが
って、Ｉ≦Ｉ0が「ＮＯ」と判定された場合は、ステッ
プＳ４’において、電流値Ｉが第１の設定電流値ＩO以
下となるように、トランジスタスイッチング回路２７の
スイッチング周波数をＦ0（Hz）に制御して、所定のＰ
ＷＭ制御幅にしてステ一タコイルＵ，Ｖ，Ｗに供給する
電流を制限する。例えば、スイッチング周波数Ｆ0を５
ｋHzにして、第１の設定電流値ＩOを２０Ａ以下に制限
する。

【００４９】同様にして、ステップＳ６で、電動モータ
１２に供給される電流値Ｉが、第２の設定電流値Ｉ1を
超えている（すなわち、Ｉ≦Ｉ1が「ＮＯ」）の場合
は、ステップＳ７’において、電流値Ｉが第２の設定電
流値Ｉ1以下となるように、スイッチング周波数をＦ1
（Hz）に制御して、所定のＰＷＭ制御幅によってステ一
タコイルＵ，Ｖ，Ｗに供給する電流を制限する。例え
ば、スイッチング周波数Ｆ1を４ｋHzにして、第２の設
定電流値Ｉ1を１８Ａ以下に制限する。

【００５０】さらに、ステップＳ９で、電動モータ１２
に供給される電流値Ｉが、第３の設定電流値Ｉ2を超え
ている（すなわち、Ｉ≦Ｉ2が「ＮＯ」）の場合は、ス
テップＳ１０’において、電流値Ｉが第３の設定電流値
Ｉ2以下となるように、スイッチング周波数をＦ2（Hz）
に制御して、所定のＰＷＭ制御幅によってステ一タコイ
ルＵ，Ｖ，Ｗに供給する電流を制限する。例えば、スイ
ッチング周波数Ｆ2を３ｋHzにして、第３の設定電流値
Ｉ2を１５Ａ以下に制限する。尚、このとき、各供給電
流値は、Ｉ0＞Ｉ1＞Ｉ2であるので、当然、スイッチン
グ周波数もＦ0＞Ｆ1＞Ｆ2となるように制御して、ＰＷ
Ｍ制御幅を絞って行く必要がある。

【００５１】また、運転時における二相通電制御処理に
おいても、ステップＳ１３で、電動モータ１２に供給さ
れる電流値Ｉが、第４の設定電流値Ｉ3を超えている
（すなわち、Ｉ≦Ｉ3が「ＮＯ」）の場合は、ステップ
Ｓ１４’において、電流値Ｉが第４の設定電流値Ｉ3以
下となるように、スイッチング周波数をＦ3（Hz）に制
御して、所定のＰＷＭ制御幅で、ステ一タコイルＵ，
Ｖ，Ｗの内の何れか２相に供給する電流を制限する。同
様に、ステップＳ１５でＮ≦Ｎ3が「ＮＯ」と判定され
たときには、電動モータ１２の回転数Ｎが最大回転数Ｎ
3を超えているから、ステップＳ１６’に移って、電流
値Ｉを第４の設定電流値Ｉ3以下となるように、スイッ
チング周波数をＦ3（Hz）に制御して、所定のＰＷＭ制
御幅で、ステ一タコイルＵ，Ｖ，Ｗの内の何れか２相に
供給する電流を制限する。

【００５２】本実施の形態による空気圧縮機は、前述の
図１〜図７の如き構成を有するものであり、以下、その
作動について説明する．まず、電動モータ１２に給電し
て回転軸１６を回転駆動させると、電動モータ１２は三
相通電制御によって駆動し、第１段の圧縮機構９と第２
段の圧縮機構１０が作動する。このとき、連接棒を介し
て連結されたピストンが、シリンダ９Ａ、１０Ａ内で往
復動し、第１段の圧縮機構９から連通管１１を経由して
第２段の圧縮機構１０側に圧縮空気が供給される。そし
て、第２段の圧縮機構１０は、第１段の圧縮機構９によ
る圧縮空気をさらに加圧すると共に、この圧縮空気を各
タンク1に向けて吐出する。これにより、タンク1内には
圧縮空気が貯留される。

【００５３】図１０は、空気圧縮機が停止状態から起動
したときの圧縮機本体の駆動に必要となる負荷トルク
と、電動モータが発生する回転トルクの関係を示す図で
ある。この図は横軸に回転角、縦軸に軸トルクをとって
いる。また、図中の特性曲線ａは圧縮機本体７の駆動に
必要となる負荷トルク、特性曲線ｂは三相通電制御によ
る電動モータ１２の始動時の回転トルク、特性曲線ｃは
二相通電制御による電動モータ１２の始動時の回転トル
クを示している。

【００５４】すなわち、ロータ１５が1回転する間で
は、図中に一点鎖線で示す特性曲線ａのように、第１段
の圧縮機構９のピストンが上死点位置に向かう最中と、
第２段の圧縮機構１０のピストンが上死点位置に向かう
最中において、圧縮機本体７の負荷トルクが大きくなっ
ている。しかし、三相通電制御による電動モータ１２の
始動時の回転トルクｃは、負荷トルクｂの最大値より上
回っているので起動はスムーズに行なわれる。一方、電
動モータ１２を二相通電制御によって起動したときに
は、その回転トルクは特性曲線bのように大きく変動す
る。このため、回転トルクｂが最小となった状態で、圧
縮機本体７の負荷トルクａが最大となったときには、電
動モータ１２の回転トルクが不足し、空気圧縮機が停止
してしまう。

【００５５】すなわち、本発明の実施の形態では、起動
時においては電動モータ１２は三相通電制御によって駆
動しているから、その回転トルクは、図中に実線で示す
特性曲線ｃのようになっており、常時、負荷トルクａよ
りも大きくなっている。このため、空気圧縮機は停止す
ることなく、円滑に起動することができる。

【００５６】図１１は、電動モータの回転数が上昇中に
おける、慣性による圧縮機の最大トルクの変化と電動モ
ータの回転トルクの変化を示す図である。この図は横軸
に回転角、縦軸に軸トルクをとっている。また、図中の
特性曲線ｅは、図８におけるステップＳ５のときの圧縮
機本体７のトルク、特性曲線ｆは、ステップＳ５のとき
の電動モータ１２のトルクを示している。さらに、特性
曲線ｇは、ステップＳ８のときの圧縮機本体７のトル
ク、特性曲線ｈは、ステップＳ８のときの電動モータ１
２のトルクを示している。

【００５７】すなわち、図１１において、電動モータ１
２の回転数がＮ0（例えば１００rpm）を上回ったとき
（図８のステップＳ５）、圧縮機本体７のトルクは特性
曲線ｅのように変化するが、この回転数Ｎ0のときの電
動モータ１２のトルクは特性曲線ｆのようになってお
り、圧縮機本体７の特性曲線ｅのトルクピーク値より上
回っているので、電動モータ１２は安定して回転数を上
昇させる。さらに、電動モータ１２の回転数がＮ1（例
えば４００rpm）を上回ったとき（図８のステップＳ
８）、圧縮機本体７のトルクは特性曲線ｇのように変化
するが、この回転数Ｎ1のときの電動モータ１２のトル
クは特性曲線ｈのようになっており、圧縮機本体７の特
性曲線ｇのトルクピーク値より上回っているので、電動
モータ１２は安定して回転数を上昇させる。

【００５８】次に、電動モータ１２の回転数Ｎが設定回
転数Ｎ2（例えば800rpm）よりも上昇すると、インバー
タ制御部３１は、電動モータ１２の制御方法を三相通電
制御から二相通電制御に切換えて、電動モータ１２をほ
ぼ最大回転数Ｎ3（例えば2200rpm）まで上昇させる。

【００５９】図１２は、電動モータがほぼ最大回転数で
駆動したときの、圧縮機本体の負荷トルクと電動モータ
の回転トルクを示す図である。この図は横軸に回転角、
縦軸に軸トルクをとっている。また、図中の特性曲線ｉ
は二相通電制御運転時の圧縮機本体７の負荷トルク、特
性曲線ｊは二相通電制御運転時の電動モータの回転トル
クを示している。同図に示すように、電動モータ１２が
ほぼ最大回転数Ｎ3（例えば2200rpm）で駆動していると
き、圧縮機本体７の負荷トルクｉは、電動モータ１２の
負荷トルクｊを上下するように変動するものの、ロータ
１５の慣性力が作用するため、その変動幅は小さくなっ
ている。また、圧縮機本体７のピストン等による慣性力
も作用している。

【００６０】このため、圧縮機本体７の負荷トルクｉが
電動モータ１２の回転トルクよりも大きくなったときで
も、空気圧縮機は停止することなく駆動を持続すること
ができる。また、三相通電制御では、３個のステータコ
イルＵ，Ｖ，Ｗのうち、２個のステータコイルが並列接
続状態となるため、１個のステータコイルによる抵抗値
をＲとすると、ステータ１４全体での合成抵抗は1.5Ｒと
なる。これに対し、二相通電制御では、２個のステータコ
イルが直列接続となるため合成抵抗は２Ｒとなる。この
ように、二相通電制御は三相通電制御に比べて合成抵抗
が大きくなるため、ステータコイル∪,∨に流れる電流
は低下する。このため、二相通電制御により電動モータ
１２を駆動することによって、電動モータ１２の消費電
力を低減することができる。

【００６１】かくして、本実施の形態によれば、回転検出
器１９からの検出信号により、三相通電制御と二相通電
制御とのいずれか一方を選択するから、三相通電制御に
よって変動の少ない大きなトルクを発生することができ
ると共に、二相通電制御によって消費電力を低減して電
動モータ１２を回転させることかできる。 また、電動モータ１２の回転数Ｎが低い起動時に三相通
電制御を選択し、電動モータ１２の起動後に、回転数Ｎ
が設定回転数Ｎ2に達したとき、例えば、８００rpmに達
したときには二相通電制御を選択する。したがって、大
きな回転トルクが必要な電動モータ１２の起動時に三相
通電制御を選択し、電動モータ１２等にはある程度の回
転トルクが発生した後には、消費電力の少ない二相通電
制御を選択することができる。

【００６２】また、三相通電制御において、ステータコ
イルＵ，Ｖ，Ｗに供給する電流Ｉ0，Ｉ1，Ｉ2を制限す
ることによって、電動モータ１２に供拾する電流値Ｉ
を、例えば２０Ａ、１８Ａ、１５Ａ程度の各設定電流値
Ｉ0，11，Ｉ2以下に押えるから、三相通電制御によって
電動モータ１２を駆動する起動時に、外部電源からの入
力される電流値Ｉが過剰に大きくなったり、過剰電流の
継続時間が長くなったりするのを防止することができ
る。これにより、ステータコイル１４やトランジスタ回
路２７等の耐久性や信頼性を向上させることができる。

【００６３】さらに、二相通電制御において、ステータ
コイルＵ，Ｖ，Ｗに供給する電流を制限することによっ
て、電動モータ１２に供給する電流値を、例えば、１５
Ａ程度の設定電流値Ｉ3以下に抑えると共に、電動モー
タ１２の回転数Ｎを、2200〜2300rpm程度の最大回転数Ｎ
3以下に抑える構成としたので、外部電源から入力される
電流値Ｉが過剰に大きくなるのを防止することかでき
る。これによって、ステータ１４やトランジスタスイッ
チング回路２７等の耐久性や信頼性を向上させることが
できる。また、電動モータ１２の回転数Ｎで回転駆動す
ることによって、圧縮機本体７等が損傷するのを防止
し、耐久性や信頼性を向上させることができる。

【００６４】さらに、２相通電制御において圧縮機本体
７が軽負荷状態となったときには、ステータコイルＵ，
Ｖ，Ｗ等で消費される電流が低下するから、電動モータ
１２をほぼ最大回転数Ｎ3で回転駆動することができ
る。一方、二相通電制御において、圧縮機本体７が重負
荷状態になったときには、ステータコイルＵ，Ｖ，Ｗ等
で消費される電流が上昇するから、電動モータ１２を第
４の設定電流Ｉ3で回転駆動することができる。このた
め、圧縮機本体７の負荷状態に応じて電動モータ１２を
ほぼ最大回転数Ｎ3で回転駆動することができる。

【００６５】一方、二相通電制御において圧縮機本体７
が重負荷状態となったときには、ステータコイルＵ，
Ｖ，Ｗ等で消費される電流が上昇するから、電動モータ
１２を設定電流値Ｉ3で回転駆動することができる。この
ため、圧縮機本体７の負荷状態に応じて電動モータ１２
の駆動を切換えることができるから、出力は変わらない
状態で最大トルクが大きくなった形態でも、インバータ
回路の給電部２３とスイッチング素子２７Ａ(トランジ
スタスイッチング回路２７)を極端に大電流容量に変更
しなくても済むようになる。

【００６６】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、上記の実施の形態では、圧縮機本
体として、水平対向型の２段式空気圧縮機からなる圧縮
機本体を例にあげて説明したが、本発明はこれに限ら
ず、一段または三段以上の空気圧縮機を本体としてもよ
く、また、シリンダの配置形態もＶ型などの他の形態と
してもよいことは勿論である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
空気圧縮機によれば、電動モータの起動時には、起動負
荷トルクによって制動されないように、電動モータに大
きな給電電流を流して最大回転トルク発生させる。そし
て、電動モータの回転角速度が上昇すると必要な回転ト
ルクが減少するので、それに伴って、給電電流を段階的
に低減させて行く。これによって、電動モータが安定な
回転数となるまでの始動期間に流れる電流を、必要最小
限に抑制することができる。したがって、電動モータへ
電流を供給する回路部品の容量や電源の容量を低減させ
ることができる。

【００６８】また、請求項２に記載の空気圧縮機によれ
ば、回転検出手段が電動モータの回転角速度を常時検出
し、モータ制御手段が、回転角速度の上昇に応じて電動
モータへの給電電流を段階的に低減させて行く。すなわ
ち、電動モータの始動時には、モータ制御手段が最大電
流を流して大きな回転トルクを発生させる。そして、運
転可能な回転数に達するまでは、回転上昇による慣性に
よって負荷トルクが減少するので、モータ制御手段が電
動モータへの供給電流を段階的に減少させ、回転トルク
を低減させて行く。このようにして、電動モータの始動
期間に流れる供給電流を制御しながら、空気圧縮機を所
望の負荷トルクで定格回転数まで上昇させる。したがっ
て、このような制御方法によれば、電動モータへ供給さ
れる電流を必要最小限に抑えることができ、モータ制御
手段の回路部品、例えばスイッチング素子などの容量や
電源の容量を極力小さくすることができる。

【００６９】また、請求項３に記載の空気圧縮機によれ
ば、モータ制御手段が、三相のステータコイルの全ての
相に順次給電を行う三相通電制御手段と、三相のステー
タコイルのうち、二相のステータコイルに対して選択的
に給電を行う二相通電制御手段とを備えている。そし
て、電動モータの始動期間においては三相通電制御手段
を選択し、電動モータが連続運転可能な回転数に到達し
た後は二相通電制御手段を選択する。これによって、起
動時のように大きな回転トルクを必要とするときには三
相通電制御手段を選択して、変動の少ない大きな回転ト
ルクを発生させることができる。また、安定した回転領
域に達した後は、二相通電制御手段を選択して、消費電
力を低減して電動モータを安定的に回転させることがで
きる。

【００７０】また、請求項４に記載の空気圧縮機によれ
ば、三相通電制御手段が、始動期間において、電動モー
タへの供給電流を段階的に低減するように制御してい
る。これにより、三相通電制御手段は、電動モータへ供
給される電流を、回転角速度の上昇に応じて、予め決め
た複数の設定電流値のそれぞれに段階的に低減して行
く。したがって、三相通電制御手段によって電動モータ
を駆動しているときに、外部電源からの入力電流値が過
剰に大きくなることを防止することができる。

【００７１】また、請求項５に記載の空気圧縮機によれ
ば、二相通電制御手段は、電動モータに供給される電流
を、予め決められた設定電流値以下に抑えるので、二相
通電制御手段によって電動モータを運転領域で駆動して
いるときに、外部電源からの入力電流値が過剰に大きく
なることを防止することができる。また、二相通電制御
手段は、電動モータの回転数を予め決められた最大回転
数以下に抑えるので、電動モータを必要以上に高い回転
数で回転駆動することによって圧縮機本体などが損傷す
るのを防止することができる。よって、空気圧縮機の耐
久性や信頼性を向上させることが可能となる。

【００７２】また、請求項６に記載の空気圧縮機によれ
ば、モータ制御手段は、半導体スイッチング素子などに
よって構成されたインバータ回路である。そして、この
インバータ回路は、回転検出手段による検出信号に基づ
いてスイッチング周波数を制御し、回転角速度の上昇に
応じて電動モータへの給電電流を段階的に低減させて行
く。このように構成された空気圧縮機によれば、インバ
ータ回路と回転位置検出器とマイコンの入出力信号とに
よって、電動モータの始動時の微細な駆動制御が可能と
なる。これによって、始動時のモータの回転角速度に応
じてインバータ回路の入出力電流やスイッチング素子の
キャリア周波数を制限することができる。よって、始動
時間を従来と同じと考えた場合に、始動時に実際に必要
なモータの出力トルクを得るための入出力電流をより小
さくすることができるので、スイッチング素子の一周期
分の電流値をより低減することができる。このため、イ
ンバータ回路における各部品の電流容量を必要最小限に
小さくすることができ、且つ電源容量も小さくすること
ができる。よって、一層のコストダウンを図った空気圧
縮機を提供することができると共に、空気圧縮機のラン
ニングコストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態によるタンク一体型の２
段式空気圧縮機を示す平面囲である。

【図２】 本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す
平面図である。

【図３】 図２において保護カバーを取外した状態の空
気圧縮機を示す平面図である。

【図４】 保護カバーを取外した状態の空気圧縮機を示
す図３の右側面図である。

【図５】 空気圧縮機の給電制御盤置等を示す図４の矢
視Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態による給電制御装置を示
す電気回路図である。

【図７】 図６におけるトランジスタスイッチング回路
及びステータコイルなどの細部を示す電気回路図であ
る。

【図８】 本発明の第１の実施の形態における、インバ
ータ制御部による電動モータの駆動制御処理について示
す流れ図である。

【図９】 本発明の第２の実施の形態における、インバ
ータ制御部による電動モータの駆動制御処理について示
す流れ図である。

【図１０】 空気圧縮機が停止状態から起動したときの
圧縮機本体の駆動に必要となる負荷トルクと、電動モー
タが発生する回転トルクの関係を示す図である。

【図１１】 電動モータの回転数が上昇中における、慣
性による圧縮機の最大トルクの変化と電動モータの回転
トルクの変化を示す図である。

【図１２】 電動モータがほぼ最大回転数で駆動してい
るときの、圧縮機本体の負荷トルクと電動モータの回転
トルクを示す図である。

【符号の説明】

１ 貯留タンク ７ 圧縮機本体 １２ 電動モータ １４ ステータ １５ ロータ １６ 回転軸 １９ 回転位置検出器 ２０ 給電制御装置 ２３ 給電部 ２７ トランジスタスイッチング回路 ２７Ａ パワートランジスタ（スイッチング素子） ３０ 電流検出器 ３１ インバータ制御部 ３１Ａ 記憶装置 Ｕ，Ｖ，Ｗ ステータコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田切 明治 神奈川県綾瀬市小園1116番地 トキコ株式 会社相模工場内 (72)発明者 兼本 喜之 神奈川県綾瀬市小園1116番地 トキコ株式 会社相模工場内 Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AB06 AC02 CF04 3H045 AA03 AA13 AA26 BA03 BA32 CA09 CA21 DA04 DA07 DA50 EA17 EA20 EA42 5H550 AA09 BB02 BB03 BB08 CC06 DD09 EE03 EE10 GG05 HA07 HB07 HB16 JJ03 JJ11 JJ17 LL10 LL22 LL35 MM02 MM05 5H576 AA10 BB06 BB10 CC05 DD09 EE11 EE19 FF01 FF02 GG02 GG04 HA02 HB01 JJ03 JJ17 JJ28 LL10 LL22 LL41 MM05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三相のステータコイル及び該ステータコ
   イルによって回転されるロータからなる電動モータと、 この電動モータによって駆動され、外部から吸入した空
   気を圧縮する圧縮機本体と、 前記電動モータの回転角速度を検出する回転検出手段
   と、 前記回転検出手段による検出信号に基づいて前記電動モ
   ータに対する給電電流を制御するモータ制御手段とを備
   え、 前記モータ制御手段は、前記回転検出手段に検出された
   回転角速度の上昇に応じて、前記電動モータへの給電電
   流を段階的に低減させることを特徴とする空気圧縮機。
2. 【請求項２】 前記モータ制御手段は、 前記三相のステータコイルの全ての相に順次給電を行う
   三相通電制御手段と、 前記三相のステータコイルのうち、二相のステータコイ
   ルに対して選択的に給電を行う二相通電制御手段と、 前記回転検出手段からの検出信号に基づいて、前記三相
   通電制御手段と前記二相通電制御手段との何れか一方を
   選択し、選択された通電制御手段によって前記電動モー
   タヘの給電電流を制御する給電制御切換手段とを備え、 前記給電制御切換手段は、 所定の回転角速度に達するまでの始動期間においては前
   記三相通電制御手段を選択し、 前記電動モータが連続運転可能な回転数に到達し、所望
   の回転数で回転駆動する運転期間においては前記二相通
   電制御手段を選択することを特徴とする請求項１に記載
   の空気圧縮機。
3. 【請求項３】 前記三相通電制御手段が、所定の回転角
   速度に達するまでの始動期間において、前記電動モータ
   への供給電流を段階的に低減させることを特徴とする請
   求項２に記載の空気圧縮機。
4. 【請求項４】 前記二相通電制御手段は、前記電動モー
   タに供給される電流を予め定めた設定電流値以下に抑え
   る電流値制限手段と、該電動モータの回転数を予め決め
   られた最大回転数以下に抑える回転数制限手段とを備え
   ていることを特徴とする請求項２または３に記載の空気
   圧縮機。
5. 【請求項５】 前記モータ制御手段は半導体スイッチン
   グ回路であり、 前記半導体スイッチング回路は、前記回転検出手段によ
   る検出信号に基づいて自己のスイッチング周波数を制御
   するスイッチング周波数制御手段を備え、 前記スイッチング周波数制御手段が、回転角速度の上昇
   に応じてスイッチング周波数を低減することにより、前
   記半導体スイッチング回路は、前記電動モータへの給電
   電流を段階的に低減させて行くことを特徴とする請求項
   １ないし４の何れかに記載の空気圧縮機。
6. 【請求項６】 電動モータの回転トルクによって回転駆
   動され、圧縮空気を生成する空気圧縮機の制御方法であ
   って、 前記電動モータの回転開始から連続運転可能な回転数ま
   での始動期間において、前記電動モータが、空気圧縮機
   による負荷トルクによって制動されない回転トルクを発
   生するように、回転角速度の上昇に応じて、自己への給
   電電流を段階的に低減させて行くことを特徴とする空気
   圧縮機の制御方法。