JP2007009856A

JP2007009856A - 圧縮空気製造装置

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Publication number: JP2007009856A
Application number: JP2005194418A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ueda; 修上田; Kazuo Murayama; 和雄村山; Masaru Kawauchi; 勝川内; Minoru Kanai; 実金井; Hideyuki Takamatsu; 秀行高松; Hideki Iwata; 秀樹岩田; Masahiko Kobayashi; 雅彦小林; Takeshi Takachi; 健高地; Hideji Okai; 秀司大貝; Hideaki Kawasaki; 秀明川崎
Original assignee: HONMAGUMI KK; LWJ KK; Honma Corp
Current assignee: HONMAGUMI KK; LWJ KK; Honma Corp
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-01-18
Also published as: CN1892030A; CN100497946C

Abstract

【課題】天候の変動により受ける影響が少なく、効率よく圧縮空気を製造できる圧縮空気製造装置を提供する。
【解決手段】シリンダとピストンとを有する圧縮空気製造部により圧縮空気を作り出す空気圧縮機６と、この空気圧縮機６の直流モータ５と、太陽光線を電気エネルギーに変換する太陽電池２と、太陽電池２の出力により空気圧縮機６を駆動制御する制御手段とを備える。空気圧縮機６が圧縮空気製造部を複数有する多気筒型であり、制御手段は、太陽光線の照度の変化により太陽電池２の出力が所定値以下になると、圧縮空気を作り出す圧縮空気製造部の数を変更するように制御するから、直流モータ５の負荷が軽減され、安定した駆動を継続することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池を用いた圧縮空気製造装置に関する。

太陽電池は太陽の高度変化、天候の変動によって発電電力が激しく変動する特性があるため、安定した電力供給を必要とする交流駆動モーター（誘導モーター）の電力源としては不向きであり、解決策として、太陽電池の発電エネルギーを一旦蓄電池に充電することにより電力を安定化し、交流電動機に供給する方法が一般的であったが、大容量の蓄電池が必要となるので高価となり、寿命による交換などの保守の面で多大な労力と費用が必要となる。

そこで、交流電動機を回転される電力源として、太陽電池を用いる制御装置であって、該太陽電池で発電した直流電力を、交流電力への変換手段であるインバーターを介して該交流電力機へ供給するように構成し、かつ、制御器より交流周波数制御信号を該インバーターに供給する際に、該太陽電池の負荷である該交流電動機はその駆動交流電源の周波数を変更することによって、最大電力となるような交流周波数制御信号を供給することによって、該交流電動機が常に最大効率で回転するように構成した回転制御装置（例えば特許文献１）が提案されており、この回転制御装置では、直流出力の太陽電池に対して、交流電源を必要とする交流駆動モーター（誘導モーター）を適用しているため、直流／交流変換装置（インバーター）を使用している。

そして、経時的に変化する太陽電池の発電電力が、常に最大電力となるような交流周波数制御を行うことにより、交流電動機を常に最大効率で回転させるようにしている。
特開２０００−２７０５９２号公報

前記回転制御装置は、日照量が必要以上ある場合は、蓄電池や商用電源等による電力安定化を行わず、太陽電池出力のみで稼働できるが、日照量不足などの原因により、太陽電池の発電電力が必要最低量に達しない場合は、交流電動機の安定した回転を確保するために、蓄電池や商用電源からの補助電力の供給を行う必要がある。

そこで、本発明は、天候の変動により受ける影響が少なく、効率よく圧縮空気を製造できる圧縮空気製造装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、太陽光線を電気エネルギーに変換する太陽電池と、シリンダとピストンとを有する圧縮空気製造部により圧縮空気を作り出す空気圧縮機と、前記太陽電池の出力により駆動する前記空気圧縮機の駆動モータと、前記空気圧縮機を制御する制御手段とを備えた圧縮空気製造装置において、前記空気圧縮機が前記圧縮空気製造部を複数有する多気筒型であり、前記制御手段は、前記太陽光線の照度の変化により圧縮空気を作り出す前記圧縮空気製造部の数を変更するように制御するものである。

また、請求項２の発明は、前記圧縮空気製造部は無負荷運転用のアンロード弁を有し、前記アンロード弁を開いて前記圧縮空気を作り出す前記圧縮空気製造部の数を変更するものである。

また、請求項３の発明は、前記駆動モータが直流モータであるものである。

また、請求項４の発明は、前記太陽電池の出力の最大点を追尾する最大出力点追尾装置を備えるものである。

また、請求項５の発明は、前記太陽電池の出力が前記直流モータの定格出力を超えたら、該直流モータを定格出力で駆動するものである。

請求項１の構成によれば、太陽光の日射が小さくなり、照度が低下すると、太陽電池の出力電流が低下し、駆動モータを駆動するために必要な電力が得られなくなるので、制御手段は、例えば前記太陽電池の出力が所定値以下になると、前記圧縮空気を作り出す前記圧縮空気製造部の数を減らすように変更することにより、駆動モータの負荷が軽減され、安定した駆動を継続することができる。尚、太陽電池の出力が増加したら、前記圧縮空気を作り出す前記圧縮空気製造部の数を増やして日射を効率よく圧縮空気の製造に用いることができる。

また、請求項２の構成によれば、アンロード弁を開いた圧縮空気製造部は、無負荷運転となり、ピストンの動作などを別個に停止することなく、駆動モータの負荷を軽減することができる。

また、請求項３の構成によれば、太陽電池の出力である直流電力を直流モータに直接的に供給できるため、直流／交流変換が不要となり、変換に伴う損失がなくなる。

また、請求項４の構成によれば、日射により変化する太陽電池の出力に対して、最大電力点を追尾することにより、太陽電池の出力を最大に保つことができる。

また、請求項５の構成によれば、直流モータを定格出力で駆動することにより、定格出力を超えた場合の直流モータの過度の発熱などを防止でき、また、定格出力を超えた分は、充電などに利用できる。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な圧縮空気製造装置を採用することにより、従来にない機能を付加した圧縮空気製造装置が得られ、その圧縮空気製造装置を夫々記述する。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図１１は本発明の実施例１を示す。図１に示すように、本発明の圧縮空気製造装置１は、太陽光線を電気エネルギーに変換する太陽電池２と、この太陽電池２の出力電力（電圧×電流）が常に最大となるように制御する最大出力追尾制御（ＭＰＰＴ:Maximum Power Point Tracker）装置３と、入力電圧一定制御手段４と、駆動モータたる直流モータ５と、この直流モータ５により駆動する空気圧縮機６とを備え、前記入力電圧一定制御手段４は、太陽電池２の出力電力が、空気圧縮機６の直流モータ５の定格出力を超えた場合、直流モータ５への直流電圧を定格出力に対応した一定電圧に保つように制御する。

図２に示すように、前記太陽電池２の出力により前記空気圧縮機６を駆動する制御手段７を備え、この制御手段７は、前記最大出力追尾制御手段３と前記入力電圧一定制御手段４とを備える。

図３に示すように、太陽電池２は、日射強度によって出力が変化し、十分な日射があっても得られる電流、電圧が適当でないと、十分な出力が得られない性質を有するため、前記最大出力追尾制御手段３を用いる。

そして、図２に示すように、前記太陽電池２と直流モータ５との間には、前記太陽電池２からの出力電圧を前記直流モータ５の直流回路部分に供給するための電力制御手段11を設け、また、前記太陽電池２と制御手段７の間には太陽電池２の出力電力を検出する電力検出手段２Ａが設けられており、前記最大出力追尾制御手段３は、前記電力検出手段２Ａにより求めた前記太陽電池２の出力電圧および出力電流に応じて、その出力電力が最大となる制御電圧を演算する演算手段12を備え、太陽電池２の出力電圧が直流モータ５の定格出力に基く基準電圧以下の場合、演算手段12により太陽電池２の出力電圧が最大となるように制御（追尾制御）する。

また、前記入力電圧一定制御手段４は、前記基準電圧と電気制御回路11の出力電圧との誤差電圧を検出する誤差電圧検出手段13を備え、太陽電池２の出力電圧が直流モータ５の定格出力に基く基準電圧を超えた場合、誤差電圧検出手段13から出力された誤差電圧の大きさに応じて直流モータ５を定格出力で駆動するように制御（定電圧制御）し、定格出力を超えた余剰電力は、制御手段７のバッテリチャージや他の蓄電などに用いる。

また、前記制御手段７は、直流モータ５などに異常が発生した場合、直流モータ５を停止するようにも制御するものであり、装置１に過電流が発生したり、直流モータ５に回転異常が発生したりしたら、直流モータ５を停止する。尚、前記制御手段７を駆動する制御用電源バッテリ（図示せず）を備える。また、上述した各制御は、電圧／電流のそれぞれの入力をアナログ／デジタル変換してコンピュータによるソフトウエア処理により行うようにしてもよい。

前記空気圧縮機６は、多気筒である２気筒水平対向型であって、直流モータ５を駆動源として回転速度により空気吐出量が変化する回転軸入力ピストン形であり、図５に示すように、シリンダ21とピストン22とを有する圧縮空気製造部23を複数（２つ）備え、さらに、圧縮空気製造部23は、前記ピストン22のシリンダ21内での往復運動で吸入弁を介してシリンダ21内に空気を吸入する吸入部24と、吐出弁を介してエアタンク25などに圧縮空気を吐き出す吐出部26と、シリンダ21内と外部とを連通し、ピストン22の往復運動を無負荷状態として、圧縮空気製造部23における圧縮空気の製造を停止するアンロード弁27とをそれぞれ備える。

さらに、前記制御手段７はアンロード弁制御手段14を備え、このアンロード弁制御手段14は、日射が小さくなり、太陽電池２の出力電圧が予め設定した直流モータ５の設定出力より低くなったら、アンロード弁駆動部15により一方の圧縮空気製造部23のアンロード弁27を開成し、その一方の圧縮空気製造部23を無負荷状態とし、また、この状態から、日射が大きくなり、太陽電池２の出力電圧が直流モータ５の前記設定出力を超えたら、アンロード弁駆動部15により前記アンロード弁27を閉成して、再び２つの圧縮空気製造部23において圧縮空気を製造するように空気圧縮機６を制御する。前記予め設定した設定電力は、前記定格電力と略同じでもそれ以下でもよい。

尚、制御手段７に、太陽電池２における太陽光線の照度を検出する照度センサ８を設け、この照度センサ８で検出した照度が所定値以下になったら、一方の圧縮空気製造部23のアンロード弁27を開成し、その一方の圧縮空気製造部23を無負荷状態とし、また、この状態から、前記照度が所定値を超えたら、前記アンロード弁27を閉成して再び２つの圧縮空気製造部23において圧縮空気を製造するように制御してもよい。

前記直流モータ５により得られる回転運動は、クランク装置101により、前記ピストン22の往復動作に変換される。前記クランク装置101は、クランク軸102、連接棒（コンロッド）103、およびこれらクランク軸102と連接棒103間に介装される遊星機構104を備えてなり、前記連接棒103が前記圧縮空気製造部23に連結される構造とされている。なお、図７〜図１１においては、機械駆動系統における概略構成のみ示されて、他の周辺構成例えば吸入排気系統の動弁機構等の構成は図示省略されている。

クランク軸102は回転側に連結される部分で、主軸110、クランクアーム111およびクランクピン112が一体的に構成されてなり、主軸110が軸受113を介してクランクケース114に回転可能に軸支されるとともに、この主軸110とクランクピン112の軸心が平行とされている。そして、前記主軸110が前記直流モータ５により回転する。２つの圧縮空気製造部23，23にはそれぞれクランク装置101，101が設けられ、これら２つのクランク装置101，101は、共通する前記主軸110の回転により駆動する。

連接棒103は往復運動側である前記圧縮空気製造部23の前記ピストン22に連結される部分で、具体的にはこのピストン115と一体成形されてなる。連接棒103は図示のごとく全長にわたってほぼ同一太さの細い棒状とされるとともに、ピストン22も薄肉の円板状とされて、従来の一般周知の構造におけるようなスカート部はなく、これら往復運動部の軽量化が図られている。

なお、前記連接棒103とピストン22の一体構造は、後述するように、連接棒103が往復直線運動することから採用され得る構造であるが、もちろん、従来のピストン・ロッドのように、各構成部品の加工誤差や組付け誤差等を吸収する目的等から、連接棒103とピストン22がピストンピン（図示省略）を介して揺動可能に枢支連結されてもよい。

遊星機構104は、前記クランク軸102と連接棒103を連結する部分で、太陽部材としての円環状の固定内歯車120と、この固定内歯車120に噛合する遊星部材としての遊星歯車121とから構成されている。

前記固定内歯車120は上記クランクケース114に固定的に設けられるとともにその円筒内周の太陽歯車120aが上記クランク軸102の主軸110と同心状に配置されている。

前記遊星歯車121は、上記太陽歯車120ａに噛合しつつ、その軸心まわりに転動可能に設けられている。この遊星歯車121の一側面の回転中心には、前記クランク軸102のクランクピン112が軸受122を介して回転可能に枢支連結されるとともに、遊星歯車121の外周部他側面には歯車ピン124が突設され、この歯車ピン124に、前記連接棒103の一端103ａが軸受125を介して回転可能に枢支連結されている。

前記各構成部材の寸法関係は、図９に示すように、まず、上記遊星歯車121の外径（ピッチ円直径）Ｄ₁が上記太陽歯車120ａの内径（ピッチ円直径）Ｄ₂の１／２に設定されている。換言すれば、上記遊星歯車121の外周長さが前記太陽歯車120ａの外周長さの１／２に設定されている。

また、上記クランク軸102のクランクアーム111の長さＬ₁（主軸110の軸心からクランクピン112の軸心までの距離）と、前記遊星歯車121の回転中心Ｏ₂₁（クランクピン112の軸心）から前記連接棒103の連結点Ｏ₃（歯車ピン124の軸心）までの距離Ｌ₂が等しく設定されている。図示の実施例においては、上記連結点Ｏ₃は遊星歯車121のピッチ円上に配置されている。

これにより、遊星歯車121が、２回転して太陽歯車120ａ上を１周転動するとともに、上記連結点Ｏ₃が、この遊星歯車121の転動に伴って、前記クランク軸102の回転中心Ｏ₂（主軸110の軸心）を通る直線上を往復移動するように設定されている。

また、本実施例においては、連接棒103の他端103ｂがピストン22の下面中心位置に固定的に連結されているのに関連して、ピストン22の軸心Ｘ（シリンダ21の円筒内面21ａの軸心に一致）が、前記クランク軸102の回転中心Ｏ₂を通るとともに、遊星歯車121と太陽歯車120ａとの周方向噛合位置も、前記連結点Ｏ₃の移動軌跡がピストン22の軸心Ｘに一致するように設定されている。これより、遊星歯車121の転動に伴って、連接棒103はピストン22と完全に一体となって直線Ｘ上、つまりクランク軸102の回転中心Ｏ₂を通る直線上を揺動する（横に振れる）ことなく往復直線運動することとなる。一方、クランク軸102も、前記遊星歯車121の転動に伴って回転中心Ｏ₂まわりに回転する。

このクランク軸102の回転角度φと前記ピストン22のストロークＳとの関係を示すと図１１の実線に示すようなサインカーブの基本形で表される。（破線はクランクの動きを示す）。

また、クランク装置101を構成する前記各構成部材の質量配分は、往復運動部と回転運動部の動的バランスがとれるように、上記クランク軸102の回転中心Ｏ₂を中心とした動的バランスを考慮して設定されている。この場合、好ましくは、各構成部材に設けられるすべてのカウンタバランサが回転慣性力として働くように設定される。

図示の実施例においては、図１０において、遊星歯車121の回転中心Ｏ₂₁を中心とした両側の質量配分が等しくなるように、また、前記クランク軸102の回転中心Ｏ₂を中心とした両側の質量配分が等しくなるように設定されている。

具体的には、往復運動部（ピストン22、連接棒103、歯車ピン124）の質量をＷ₁、この往復運動部に対する釣合い重り（カウンタバランサ）130の質量をＷ₂、遊星歯車121の回転中心Ｏ₂₁から歯車ピン124および釣合い重り130の取付け位置までのそれぞれの距離をＡ，Ｂとし、また、回転運動部（上記往復運動部、遊星歯車121、釣合い重り130）の質量をＷ₃、この回転運動部に対する釣合い重り131の質量をＷ₄、クランク軸102の回転中心Ｏ₂から遊星歯車121の回転中心Ｏ₂₁および釣合い重り（カウンタバランサ）131の取付け位置までのそれぞれの距離をＣ，Ｄとすると、
Ｗ₁×Ａ＝Ｗ₂×Ｂ・・・・・（１）
Ｗ₃×Ｃ＝Ｗ₄×Ｄ・・・・・（２）
上記（１）式および（２）式の関係が成り立つように設定されている。この場合、クランクアーム111などは、回転中心Ｏ₂に対して予め両側の質量バランスがとられているものとする。

しかして、以上のように構成されたクランク装置101と圧縮空気製造部23とを備えた空気圧縮機６においては、直流モータ５により主軸110を回転すると、遊星機構４が遊星運動してピストン22の連続往復運動に動力変換され、シリンダ21内において圧縮空気が製造される。

この場合、上述したような構成とされていることにより、連接棒103は左右横方向へはほとんど揺動することなく、ピストン22と完全に一体となって、クランク軸102の回転中心Ｏ₂を通る直線Ｘ（ピストン115の軸心）上を往復直線運動することとなり、安定した動的バランスが確保されている。

この連接棒103の直線Ｘ上の往復運動（ピストン115の往復運動方向に対しての傾きθ＝０）により、従来のクランク装置のような偏荷重が全く生じず、ピストン22には、従来のクランク装置におけるスラスト力は全く作用しない。このため、理論上は、従来のクランク装置を採用する機械装置におけるようなピストンスラップは生じず、シリンダ21の円筒内面21ａに作用する力はピストン22との摩擦力のみとなり、振動・騒音・キャビテーション・摩擦損失などの障害が大幅に減少されて、動力伝達効率も従来のものに比較して大幅な向上が望める。

また、遊星歯車121を太陽歯車120ａが取り囲むように配置されて、遊星歯車121の回転慣性力が太陽歯車120ａにより確実に受け止められるため、ギヤ効率が高く、この点からも安定した動的バランスが確保される。また、遊星歯車121の回転慣性力により、遊星歯車121と太陽歯車120ａの密接な噛合状態も得られて、動力伝動効率も高い。

さらに、上述したように、クランク装置101の各構成部材の質量配分が前記クランク軸102の回転中心Ｏ₂を中心とした動的バランスを考慮して設定されているから、特に、図示の実施例においては、各構成部材に設けられる全てのカウンタバランサ130，131等が回転慣性力として働くように設定されているから、低速回転域から高速回転域まで均一で安定した運転が確保される。

また、前記クランク装置101においては、以下に列挙するような種々の設計変更も可能である。

(１)遊星歯車121の回転中心Ｏ₂₁から連接棒103の連結点Ｏ₃までの距離Ｌ₂を適宜調整することにより、クランク軸102の回転角度φに対するピストン22のストロークＳを調整して、図１１のサインカーブを対象となる機械装置の運動特性等に最適な形状に設定することができる。この場合は、連接棒103とピストン22がピストンピン（図示省略）を介して揺動可能に枢支連結されて、連接棒103の運動軌跡も図示の実施例のような直線ではなく、この直線の近傍を通過する惰円等になる。

例えば、距離Ｌ₂を大きくすることにより、サインカーブの山部と谷部が立ち上がり急激な曲線になり（図１１の一点鎖線参照）、逆に、距離Ｌ₁を大きくすることにより、サインカーブの山部と谷部が低くなり穏やかな曲線になる（図示省略）。

(２)上記遊星歯車121と太陽歯車120ａとの周方向係合位置を調整可能として、上記ピストン22のストロークＳが可変とすることもできる。

具体的には、例えば固定内歯車120が、クランクケース114に周方向に調整回転可能に設けられて、太陽歯車120ａの周方向位置が適宜調整可能な構成とすることにより、太陽歯車120ａと遊星歯車121との噛合位置を相対的に調整可能となる。この場合も、上記(１)と同様、連接棒103とピストン22がピストンピン（図示省略）を介して揺動可能に枢支連結される。

(３)図示の実施例においては、最も構造が簡単で、大きな動力伝達と高い伝達効率が得られ、遊星機構104が固定内歯車120と遊星歯車121とから構成されている。しかし、これに限定されることなく、同様の噛合機能を備える他の構造も採用可能である。

図示しないが、例えば、円環状部材の円筒内周面にチェーンが全周にわたって設けられた太陽部材と、上記チェーンに噛合する遊星部材としてのスプロッケトホイールとの組合わせ、あるいは、円環状部材の円筒内周面に歯付きベルトが全周にわたって設けられた太陽部材と、上記歯付きベルト（タイミングベルト）に噛合する遊星部材としてのプーリとの組合わせなどが採用され得る。

(４)さらに、上記(３)のように、太陽部材の円筒内周と遊星部材の円筒外周の係合が噛合とされる他、太陽部材の円筒内周と遊星部材の円筒外周の係合が相互に滑りのない摩擦係合とされてもよく、この構造は特に、軽負荷の動力伝達に有効である。具体的には、例えば、太陽部材と遊星部材の両者がまたはその係合面部がゴム製とされて、ゴム同士の摩擦係合が採用され得る。

そして、本実施例では、空気圧縮機６に直流モータ５を用いるもので、太陽電池２からの出力である直流を直接的に電源として用いるため、直流／交流変換は必要としないため、変換ロスがない。また、経時的に変化する日射量に対して、最大電力点追尾することにより、太陽電池２の発電電力を常に最大にし、直流モータ５の出力を最大にできる。また、太陽電池２の出力と直流モータ５の出力は比例する関係であるため、運転中、太陽光の日射エネルギーが上昇した場合、直流モータ５の出力も大きくなるが、直流モータ５の定格出力を越えた場合、モータ５の発熱が過度に及び危険な状態となる。本実施例は、運転中のこのような状態を回避するため、モータ５への入力電圧に対して定電圧制御を行うことで、太陽光の日射エネルギーが過度に及ぶ場合、直流モータ５の定格出力を一定に保つように制御している。また、本実施例では、圧縮空気を製造する手段として、多気筒型の空気圧縮機６を採用している。この空気圧縮機６の負荷コントロールにより、太陽光の日射エネルギーの変動に対して、広範囲に運転を継続できる。例えば、太陽光の日射エネルギが小さくなった場合、すなわち、モータ５の出力電流が小さくなった場合、空気圧縮機６を運転するために必要な回転力（トルク）が得られず、回転速度の低下から、ひいては運転停止を招くことになるが、一方のアンロード弁27を開き、回転負荷を軽減することにより、回転を継続し、圧縮空気の製造を維持することができる。逆に、運転中に太陽光の日射エネルギが大きくなった場合は、開いたアンロード弁27を閉じて運転をすることができる。さらに、太陽光の日射エネルギが大きく、入力電圧一定制御により余剰エネルギが発生した場合、余剰エネルギー（電力）を他の動力源として利用できる。

このようにして製造した圧縮空気を貯蔵し、緊急時に空気タービンなどの動力源として活用したり、或いは風力発電又は／及び水力発電等と組み合わせたハイブリッド型の動力源として用いることができる。

このように本実施例では、請求項１に対応して、太陽光線を電気エネルギーに変換する太陽電池２と、シリンダ21とピストン22とを有する圧縮空気製造部23により圧縮空気を作り出す空気圧縮機６と、太陽電池２の出力により駆動する空気圧縮機６の駆動モータたる直流モータ５と、空気圧縮機６を駆動制御する制御手段７とを備えた圧縮空気製造装置において、空気圧縮機６が圧縮空気製造部23を複数有する多気筒型であり、制御手段７は、太陽光線の照度の変化により、例えば太陽電池２の出力が所定値以下になると、圧縮空気を作り出す圧縮空気製造部23の数を変更するように制御するから、太陽光の日射が小さくなり、照度が低下すると、太陽電池２の出力電流が低下し、直流モータ５を駆動するために必要な電力が得られなくなるので、制御手段７は、例えば太陽電池２の出力が所定値以下になると、圧縮空気を作り出す圧縮空気製造部23の数を減らすように変更することにより、直流モータ５の負荷が軽減され、安定した駆動を継続することができる。尚、太陽電池２の出力が増加して前記所定値を超えたら、圧縮空気を作り出す圧縮空気製造部23の数を増やして日射を効率よく圧縮空気の製造に用いることができる。

また、このように本実施例では、請求項２に対応して、圧縮空気製造部23は無負荷運転用のアンロード弁27を有し、アンロード弁27を開いて前記圧縮空気を作り出す圧縮空気製造部23の数を変更するから、アンロード弁27を開いた圧縮空気製造部23は、無負荷運転となり、ピストン22の動作などを別個に停止することなく、直流モータ５の負荷を軽減することができる。

また、このように本実施例では、請求項３に対応して、駆動モータが直流モータ５であるから、太陽電池２の出力である直流電力を直流モータ５に直接的に供給できるため、直流／交流変換が不要となり、変換に伴う損失がなくなる。

また、このように本実施例では、請求項４に対応して、太陽電池２の出力の最大点を追尾する最大出力点追尾装置４を備えるから、日射により変化する太陽電池２の出力に対して、最大電力点を追尾することにより、太陽電池２の出力を最大に保つことができる。

また、このように本実施例では、請求項５に対応して、太陽電池２の出力が直流モータ５の定格出力を超えたら、該直流モータ５を定格出力で駆動するから、直流モータ５を定格出力で駆動することにより、定格出力を超えた場合の直流モータ５の過度の発熱などを防止でき、また、定格出力を超えた分は、充電などに利用できる。

また、実施例上の効果として、空気圧縮機６に用いるクランク装置101は、往復運動と回転運動の動力変換部分に適用される装置であって、回転側に連結されるクランク軸102と、往復運動側に連結される連接棒103と、これらクランク軸102および連接棒103間に介装される遊星機構104とを備えてなり、遊星機構104は、クランク軸102の回転中心Ｏ₂₁と同心状かつ回転調節可能に配設された太陽部材たる固定内歯車120と、この固定内歯車120の内周に沿って転動する遊星部材たる遊星歯車121を備え、この遊星歯車121の外径Ｄ₁が固定内歯車120の内径Ｄ₂の１／２に設定され、遊星歯車121の一側面の回転中心Ｏ₂₁に、クランク軸102のクランクピン112が回転可能に枢支連結されるとともに、遊星歯車121の外周部他側面に、連接棒103の一端103ａがピンを介して回転可能に枢支連結され、該連接棒103の一端103ａの往復動の軌跡がクランクピン112の円形回転軌跡を横断するようにされ、上記各構成部分の質量配分は、往復運動部と回転運動部の動的バランスがとれるように設定され、必要に応じて、遊星歯車121と固定内歯車120との周方向係合位置が固定内歯車120の回転調節によって調整可能とされているから、連接棒103は左右横方向へほとんど揺動することなく、ピストン22の往復動方向へピストン22と共にほぼ直線運動して、安定した動的バランスが確保される。

特にクランク軸102のクランクアーム111長さＬ₁と、遊星歯車121の回転中心Ｏ₂₁から連接棒103の連結点までの距離Ｌ₂が等しく設定されて、この連結点が、遊星歯車121の転動に伴って、クランク軸102の回転中心Ｏ₂を通る直線上を移動するように設定されていれば、連接棒103の揺動は全くなくて横に振れないため、ピストン22のスラストが全くなくなる。

しかも、遊星歯車121を固定内歯車120が取り囲むように配置されて、遊星歯車121の回転慣性力が固定内歯車120により確実に受け止められるため、この点からも、安定した動的バランスが確保されるとともに、これら両者間の密接な係合状態も得られて、動力伝動効率の向上も図られる。

また、前記各構成部材の質量配分が、クランク軸102の回転中心を中心とした動的バランスを考慮して設定されているから、低速回転域から高速回転域まで均一で安定した運転が確保される。この場合、特に、各構成部材に設けられる全てのカウンタバランサが、回転慣性力として働くように設定されるのが好ましい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、実施例では、２つの空気圧縮空気製造部を備えた空気圧縮機について説明したが、空気圧縮空気製造部を３つ以上としてもよい。

本発明の実施例１を示す装置の全体ブロック図である。同上、要部のブロック図である。同上、太陽電池における電圧と電流の関係を示すグラフ図である。同上、直流モータの出力と日射強度の関係を示すグラフ図である。同上、空気圧縮機の正面図である。同上、日射強度に対応した空気圧縮機の駆動方法を示す説明図である。同上、クランク装置の基本構造の正面断面図である。同上、クランク装置の基本構造の側面断面図である。同上、クランク装置の基本構造の各構成部品の寸法関係を説明する概略構成図である。同上、同上、クランク装置の基本構造の各構成部品の質量配分を説明する概略構成図である。同上、同上、クランク装置の基本構造におけるクランク軸の回転角度とピストンのストロークとの関係を示す線図である

符号の説明

１圧縮空気製造装置
２太陽電池
３最大出力追尾制御装置
４入力電圧一定制御装置
５直流モータ（駆動モータ）
６空気圧縮機
７制御手段
21 シリンダ
22 ピストン
23 圧縮空気製造部

Claims

太陽光線を電気エネルギーに変換する太陽電池と、シリンダとピストンとを有する圧縮空気製造部により圧縮空気を作り出す空気圧縮機と、前記太陽電池の出力により駆動する前記空気圧縮機の駆動モータと、前記空気圧縮機を制御する制御手段とを備えた圧縮空気製造装置において、前記空気圧縮機が前記圧縮空気製造部を複数有する多気筒型であり、前記制御手段は、前記太陽光線の照度の変化により圧縮空気を作り出す前記圧縮空気製造部の数を変更するように制御することを特徴とする圧縮空気製造装置。
前記圧縮空気製造部は無負荷運転用のアンロード弁を有し、前記アンロード弁を開いて前記圧縮空気を作り出す前記圧縮空気製造部の数を変更することを特徴とする請求項１記載の圧縮空気製造装置。
前記駆動モータが直流モータであることを特徴とする請求項１又は２記載の圧縮空気製造装置。
前記太陽電池の出力の最大点を追尾する最大出力点追尾装置を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮空気製造装置。
前記太陽電池の出力が前記直流モータの定格出力を超えたら、該直流モータを定格出力で駆動することを特徴とする請求項３記載の圧縮空気製造装置。