JP2011112040A - Reciprocating compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば空気、冷媒等の流体を圧縮する往復動圧縮機に関する。 The present invention relates to a reciprocating compressor that compresses a fluid such as air or a refrigerant.
一般に、空気等を圧縮する往復動圧縮機として、電動モータによって往復動機構からなる圧縮部を駆動し、該圧縮部から吐出された圧縮流体をタンクに貯留するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような従来技術による往復動圧縮機では、例えば電動モータの回転数を検出すると共に、この検出した回転数が目標回転数と一致するように電動モータに供給する電力を制御している。これにより、電動モータは一定速度で回転駆動する構成となっている。 In general, as a reciprocating compressor that compresses air or the like, a compressor that drives a compression unit including a reciprocating mechanism by an electric motor and stores compressed fluid discharged from the compression unit in a tank is known (for example, Patent Document 1). In such a conventional reciprocating compressor, for example, the rotational speed of the electric motor is detected, and the electric power supplied to the electric motor is controlled so that the detected rotational speed matches the target rotational speed. Thereby, the electric motor is configured to rotate at a constant speed.
ところで、圧縮部の負荷は、吸込行程で小さくなるのに対し、圧縮行程で大きくなる。このため、電動モータに作用する負荷も、圧縮部の負荷に応じて変化し、圧縮部の吸込行程、圧縮行程に応じて変化する。 By the way, the load on the compression section decreases in the suction stroke, but increases in the compression stroke. For this reason, the load which acts on an electric motor also changes according to the load of a compression part, and changes according to the suction stroke of a compression part, and a compression process.
一方、可搬型の往復動圧縮機では、小型化、軽量化を求める要請がある。これに伴って、電動モータを小型化した場合には、電動モータの慣性が小さくなる。この場合、電動モータの回転数を一定に保持するためのエネルギーは、電動モータによる回転トルク（モータトルク）として供給しなければならず、モータ電流を動的に変化させて負荷の変化に追従させる必要がある。 On the other hand, portable reciprocating compressors are required to be smaller and lighter. Along with this, when the electric motor is downsized, the inertia of the electric motor is reduced. In this case, the energy for keeping the rotation speed of the electric motor constant must be supplied as rotation torque (motor torque) by the electric motor, and the motor current is dynamically changed to follow the change in the load. There is a need.
しかし、圧縮部の負荷は、タンクの圧力が高くなるに従って、大きくなる。即ち、タンクの圧力が高いと、その圧力に打ち勝って圧縮流体をタンクに押し込めるための力が必要になるから、タンクの圧力が高圧になればなるほど、圧縮行程での圧縮部の負荷は大きくなり、電動モータの起動不全や回転が不安定になる脱調が発生する傾向があるという問題がある。 However, the load on the compression section increases as the tank pressure increases. That is, if the tank pressure is high, a force is required to overcome the pressure and push the compressed fluid into the tank. Therefore, the higher the tank pressure, the greater the load on the compression section in the compression stroke. There is a problem that the electric motor tends to fail to start up or out of rotation.
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、慣性の小さい電動モータを用いても安定して駆動することができる往復動圧縮機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a reciprocating compressor that can be stably driven even by using an electric motor with low inertia.
上述した課題を解決するために、本発明は、電動モータと、該電動モータの駆動軸に連結されたピストンが往復動することによって流体を圧縮する圧縮部と、該圧縮部から吐出される圧縮流体を貯留するタンクと、前記電動モータの回転数を検出する回転数検出器と、前記タンク内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器による圧力検出値に基づいて前記電動モータの目標回転数を演算し、前記電動モータが該目標回転数で回転するように前記電動モータに供給する電力を制御する制御部とを備えてなる往復動圧縮機に適用される。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an electric motor, a compression unit that compresses fluid by reciprocating a piston connected to a drive shaft of the electric motor, and a compression discharged from the compression unit. A tank for storing fluid, a rotational speed detector for detecting the rotational speed of the electric motor, a pressure detector for detecting the pressure in the tank, and the electric motor based on a pressure detection value by the pressure detector. The present invention is applied to a reciprocating compressor including a controller that calculates a target rotational speed and controls electric power supplied to the electric motor so that the electric motor rotates at the target rotational speed.
そして、請求項１に係る発明が採用する構成の特徴は、前記制御部は、前記圧力検出器による圧力検出値に基づいて前記圧縮部の負荷が最大の状態で必要な回転トルクを演算する回転トルク演算手段と、該回転トルク演算手段による回転トルク演算値を発生させるための電力を演算する回転トルク発生電力演算手段と、前記電動モータが１回転する間で前記圧縮部の負荷が大きいときには、前記回転トルク発生電力演算手段による電力演算値に基づいて前記電動モータに対する供給電力を所定電力よりも一時的に増加させる供給電力増加手段とによって構成したことにある。
A feature of the configuration adopted by the invention according to
本発明によれば、慣性の小さい電動モータを用いて圧縮部を駆動した場合でも電動モータを安定して回転させることができる。 According to the present invention, the electric motor can be stably rotated even when the compression unit is driven using an electric motor having a small inertia.
以下、本発明の実施の形態による往復動圧縮機として、可搬型の空気圧縮機を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, as a reciprocating compressor according to an embodiment of the present invention, a portable air compressor will be described as an example and described in detail with reference to the accompanying drawings.
図において、１は実施の形態に適用される２段式の水平対向往復動型の空気圧縮機を示している。そして、空気圧縮機１は、後述のケーシング２、電動モータ３、圧縮部４、タンク１８、モータ駆動制御装置２２等により大略構成されている。
In the figure,
２は空気圧縮機１の外形をなすケーシングで、該ケーシング２は、図１に示す如く、後述の電動モータ３、圧縮部４、タンク１８、モータ駆動制御装置２２等を収容するものである。また、ケーシング２は、下側のベース部材２Ａと上側のカバー部材（図示せず）とを対面して取付けることにより箱型状の容器として形成されている。また、ケーシング２の後側には運搬時に掴む把手２Ｂが設けられている。
３は図１中の右側に配設された電動モータで、該電動モータ３は、後述する圧縮部４のクランクケース５に取付けられている。この電動モータ３は、例えばブラシレスの直流３相モータ（ＤＣモータ）によって構成され、モータ駆動制御装置２２から給電されることにより回転し、圧縮部４を駆動する。また、電動モータ３は、クランクケース５と同一軸線上で対向する円筒状のモータケース３Ａと、該モータケース３Ａの中心部を左，右方向に延びた駆動軸としての回転軸３Ｂと、モータケース３Ａ内に固定されたステータ３Ｃと、該ステータ３Ｃの内周側に位置して回転軸３Ｂに固着されたロータ３Ｄとにより大略構成されている。
ここで、電動モータ３の回転軸３Ｂは、一端側が圧縮部４のクランクケース５内に突出してクランク軸を構成している。一方、回転軸３Ｂの他端側は、モータケース３Ａの右側に突出し、その突出端には電動モータ３、圧縮部４に冷却風を供給する冷却ファン３Ｅが取付けられている。また、電動モータ３には、回転軸３Ｂの回転位置を検出するために、後述する回転センサ２０が取り付けられている。
Here, the rotating
４は圧縮空気を吐出する圧縮部を示している。この圧縮部４は、後述のクランクケース５に低圧側圧縮機構６と高圧側圧縮機構１２とを水平方向で対向する位置に取付けることにより２段階で空気を圧縮する水平対向式の往復動機構によって構成されている。
５は左，右方向に延びる回転軸３Ｂの軸線を中心とする略円筒状に形成されたクランクケースを示している。このクランクケース５には、回転軸３Ｂの軸線を挟んで径方向の反対側、即ち、軸線を挟んで水平方向で対向する後位置と前位置にシリンダ取付部５Ａとシリンダ取付部５Ｂとが設けられている。また、クランクケース５の一端側は、蓋体５Ｃによって閉塞され、他端側には電動モータ３が取付けられている。そして、クランクケース５は、ベース部材２Ａの底部に取付けられている。
６はクランクケース５の後側に設けられた低圧側圧縮機構で、該低圧側圧縮機構６は、外気を吸込んで高圧側圧縮機構１２に圧縮空気を供給する。そして、低圧側圧縮機構６は、水平方向の後側に延びた状態でクランクケース５のシリンダ取付部５Ａに取付けられた筒状のシリンダ７と、該シリンダ７の先端（後端）に設けられた弁座部材８と、該弁座部材８の後端側に設けられたシリンダヘッド９と、シリンダ７内に往復動可能に挿嵌され弁座部材８との間に圧縮室Ｓ1を画成するピストン１０と、該ピストン１０を電動モータ３の回転軸３Ｂに連結する連接棒１１と、弁座部材８に設けられた吸込弁、吐出弁（いずれも図示せず）とにより大略構成されている。
１２はクランクケース５の前側に設けられた高圧側圧縮機構で、該高圧側圧縮機構１２は、低圧側圧縮機構６から吐出された圧縮空気を再度圧縮し、高圧な圧縮空気として後述のタンク１８に供給するものである。そして、高圧側圧縮機構１２は、水平方向の前側に延びた状態でクランクケース５のシリンダ取付部５Ｂに取付けられた筒状のシリンダ１３と、該シリンダ１３の先端（前端）に設けられた弁座部材１４と、該弁座部材１４の前端側に設けられたシリンダヘッド１５と、シリンダ１３内に往復動可能に挿嵌され弁座部材１４との間に圧縮室Ｓ2を画成するピストン１６と、該ピストン１６を電動モータ３の回転軸３Ｂに連結する連接棒１７と、弁座部材１４に設けられた吸込弁、吐出弁（いずれも図示せず）とにより大略構成されている。
ここで、低圧側圧縮機構６および高圧側圧縮機構１２は、いずれもシリンダ７，１３内でピストン１０，１６が往復動することによって、吸込行程と圧縮行程を交互に繰り返す。これにより、低圧側圧縮機構６および高圧側圧縮機構１２は、圧縮室Ｓ1，Ｓ2内の空気を圧縮し、圧縮空気を吐出する。このとき、高圧側圧縮機構１２は、低圧側圧縮機構６の吐出口に接続され、低圧側圧縮機構６から吐出された圧縮空気を再度圧縮する。
Here, the low pressure
また、低圧側圧縮機構６および高圧側圧縮機構１２は、互いに水平方向で対向しているため、低圧側圧縮機構６が吸込行程となるときには、高圧側圧縮機構１２は圧縮行程となる。同様に、低圧側圧縮機構６が圧縮行程となるときには、高圧側圧縮機構１２は吸込行程となる。
Moreover, since the low pressure
１８はケーシング２内の前側に収容されたタンクを示している。このタンク１８は、圧縮部４から吐出される圧縮空気を貯留するもので、例えば金属材料から略円筒状の密閉容器として形成されている。また、タンク１８は、図１に示すように、左，右方向に延びるように横置きに配置され、ベース部材２Ａの底部に取付けられている。また、タンク１８には、圧縮部４の吐出配管１９が接続されている。
２０は回転軸３Ｂの回転位置θ（θ＝０°〜３６０°）を検出するために電動モータ３に取り付けられた回転センサで、該回転センサ２０は、例えば回転軸３Ｂに取付けられたマグネットと該マグネットによる磁束を検出するホール素子等（いずれも図示せず）によって構成されている。そして、回転センサ２０は、図３に示すように、後述のモータ駆動制御装置２２に接続され、モータ駆動制御装置２２に向けて回転軸３Ｂの回転位置θに応じた回転位置信号Ｓθを出力する。
また、回転センサ２０の回転位置信号Ｓθを用いて、単位時間当たりの回転位置θの変化を検出することができる。このため、回転センサ２０は、電動モータ３の回転数Ｎ（回転速度）を検出する回転数検出器としても機能している。
Further, a change in the rotational position θ per unit time can be detected using the rotational position signal Sθ of the
２１はタンク１８に接続された圧力検出器としての圧力センサで、該圧力センサ２１は、タンク１８内の圧縮空気の圧力を検出し、圧力検出値Ｐに応じた電圧、電流等からなる圧力信号Ｓpを出力する。このとき、後述の制御部３０では、制御を安定化させるために、タンク１８内の圧力を例えば数秒間で平均化した圧力平均を用いるから、圧力検出値Ｐもこの圧力平均値に対応している。
Reference numeral 21 denotes a pressure sensor as a pressure detector connected to the
２２は電動モータ３に接続されたモータ駆動制御装置で、該モータ駆動制御装置２２は、後述する給電部２３、インバータ２８、モータドライバ２９、制御部３０等によって構成されている。このモータ駆動制御装置２２は、例えばタンク１８と電動モータ３との間に配設されている。
２３はインバータ２８に駆動用の直流電圧を供給する給電部で、該給電部２３は、電源ケーブル等を介して外部の商用電源等に接続され例えば１００Ｖの単相交流電圧を整流するダイオードによるブリッジ回路からなる整流回路２４と、該整流回路２４に接続され整流された直流電圧を昇圧する昇圧回路２５とによって構成されている。そして、整流回路２４と昇圧回路２５との間には、平滑化用のコンデンサ２６が設けられている。
また、昇圧回路２５は、例えばスイッチング素子２５Ａ、リアクトル（コイル）２５Ｂ、ダイオード２５Ｃ、コンデンサ２５Ｄ等からなる昇圧チョッパ回路によって構成されている。この昇圧回路２５は、その入力端子が整流回路２４に接続され、出力端子がインバータ２８に接続されている。
Further, the
このとき、リアクトル２５Ｂは、一端側が整流回路２４側の入力端子に接続されると共に、他端側がダイオード２５Ｃのアノードに接続されている。一方、ダイオード２５Ｃのカソードはインバータ２８に接続されている。このダイオード２５Ｃのアノードとグランドとの間には、スイッチング素子２５Ａが接続されている。このスイッチング素子２５Ａのグランド側の端子と整流回路２４のグランド側の端子との間には、電流Ｉ0を検出するための抵抗２５Ｅが接続されている。ダイオード２５Ｃのカソードとグランドとの間には、コンデンサ２５Ｄが接続されている。
At this time, the reactor 25B has one end connected to the input terminal on the
また、スイッチング素子２５Ａには力率改善回路２７が接続されている。この力率改善回路２７は、スイッチング素子２５Ａのオン／オフの切換動作を制御し、給電部２３からインバータ２８に供給する電圧Ｖと電流Ｉの位相を合わせて、これらを互いに比例させている。また、スイッチング素子２５Ａは、例えば周期的にオンとオフの切換動作を繰り返す。このため、昇圧回路２５は、スイッチング素子２５Ａの切換え周期に応じて昇圧した直流の電圧Ｖ、電流Ｉを出力する。
A power
２８は電動モータ３に接続されたインバータで、該インバータ２８は、例えばトランジスタ、サイリスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる複数のスイッチング素子（図示せず）を用いて構成されている。ここで、インバータ２８は、スイッチング素子のオン／オフを制御することによって、例えば直流の電圧Ｖ、電流Ｉから３相交流電力を生成する。そして、インバータ２８は、この３相交流電力を電動モータ３のステータ３Ｃに供給し、電動モータ３を駆動する。
２９はインバータ２８を用いて電動モータ３に供給するモータ電力Ｐm（供給電力）を制御するモータドライバで、該モータドライバ２９は、後述の制御部３０から出力される電圧指令信号Ｓvに応じてＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号に応じてインバータ２８のスイッチング素子のオン／オフの切換動作を制御する。これにより、モータドライバ２９は、電圧指令信号Ｓvに応じて電動モータ３のモータ電圧Ｖmを変化させる。このとき、モータドライバ２９は、電圧指令信号Ｓvが増加したときにはモータ電力Ｐmを増加させ、電圧指令信号Ｓvが減少したときにはモータ電力Ｐmを減少させる。
A
また、モータドライバ２９は、回転センサ２０からの検出信号に基づいてインバータ２８のスイッチング素子をオン／オフし、ステータ３Ｃの３相のコイルに対して電流を順次供給する。即ち、モータドライバ２９は、回転センサ２０による回転位置信号Ｓθに基づいてロータ３Ｄの回転位置θを監視し、この回転位置θに応じてステータ３Ｃの３相のコイルに供給する電流、電圧を決定する。
Further, the
３０はインバータ２８およびモータドライバ２９を通じて電動モータ３に供給するモータ電力Ｐmを制御する制御部で、該制御部３０は、目標回転数演算部３０Ａ、電源電力演算部３０Ｂ、必要トルク最大電力演算部３０Ｃ、吸込行程電力演算部３０Ｄおよびマルチプレクサ３０Ｅを備えている。この制御部３０は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されると共に、ＲＯＭ等の記憶部（図示せず）に予め格納された後述のプログラムが実行されることによって、前記各演算部３０Ａ〜３０Ｄおよびマルチプレクサ３０Ｅとして機能する。また、制御部３０には、例えば数Ｖ程度の駆動電圧を供給するための電源回路３１が接続されると共に、この電源回路３１は整流回路２４と同様な整流回路３２を通じて外部の商用電源等に接続されている。
A
ここで、目標回転数演算部３０Ａは、圧力センサ２１による圧力検出値Ｐに基づいて電動モータ３の目標回転数Ｎ0を演算する。具体的には、目標回転数演算部３０Ａは、図６に示すように、圧力検出値Ｐが圧力下限値Ｐminよりも低圧となるときには最大の目標回転数Ｎmaxを出力し、圧力検出値Ｐが圧力上限値Ｐmaxよりも高圧となるときには最小の目標回転数Ｎminを出力する。
Here, the target rotation
また、圧力検出値Ｐが圧力下限値Ｐminと圧力上限値Ｐmaxとの間の値となるときには、目標回転数演算部３０Ａは、目標回転数Ｎ0として、目標回転数Ｎmaxと目標回転数Ｎminとの間の値を出力する。このとき、目標回転数Ｎ0は、圧力検出値Ｐに比例して減少する。
When the detected pressure value P is a value between the pressure lower limit value Pmin and the pressure upper limit value Pmax, the target rotational
電源電力演算部３０Ｂは、例えば給電部２３に接続され、リアクトル２５Ｂに入力される電圧Ｖ0（例えば１００Ｖ）と抵抗２５Ｅに流れる電流Ｉ0（例えば１５Ａ）を用いて、外部の商用電源から電動モータ３に供給可能な電源電力Ｐ0（例えば１．５ｋＷ）を演算する。この場合、昇圧回路２５は力率改善回路２７によって力率を改善して動作しているから、電圧Ｖ0と電流Ｉ0の積によって電源電力Ｐ0を求めることができる。この電源電力Ｐ0は、商用電源によって予め決められた所定電力に相当する。
The power source
必要トルク最大電力演算部３０Ｃは、回転トルク演算手段および回転トルク発生電力演算手段を構成している。この必要トルク最大電力演算部３０Ｃは、圧力センサ２１による圧力検出値Ｐに基づいて圧縮行程で圧縮部４に生じる最大負荷（最大トルク）を演算し、この最大トルクを発生させるために必要な最大電力Ｐ1を演算する。
The required torque maximum power calculation unit 30C constitutes rotation torque calculation means and rotation torque generation power calculation means. The required torque maximum power calculation unit 30C calculates the maximum load (maximum torque) generated in the
これらの演算を説明すると次のようになる。前提として、圧力検出値Ｐはタンク１８内の平均圧力に応じた値となっている。このため、圧縮部４に生じる最大負荷ＰＭは、圧力検出値Ｐよりも所定の圧力差ΔＰ（圧力変動分）だけ高くなる（ＰＭ＝Ｐ＋ΔＰ）。このとき、この圧力差ΔＰは、タンク１８内の圧力（圧力検出値Ｐ）、タンク１８の容積および圧縮部４の容積（各圧縮室Ｓ1，Ｓ2の容積）と一定の対応関係がある。従って、タンク１８の容積、圧縮部４の容積等を予め調べておくことによって、圧力検出値Ｐ（例えばＰ＝３．０ＭＰa）に基づいて最大負荷ＰＭ（例えばＰＭ＝３．２ＭＰa）を求めることができる。
These operations are described as follows. As a premise, the pressure detection value P is a value corresponding to the average pressure in the
そして、高圧側圧縮機構１２のピストン１６が上死点位置となったときに高圧側の圧縮室Ｓ2内の圧力は最高圧となるから、この上死点位置で圧縮部４の最大負荷ＰＭが生じる。一方、低圧側圧縮機構６のピストン１０が上死点位置となったときには、低圧側の圧縮室Ｓ1内の圧力は最高圧となるものの、高圧側の圧縮室Ｓ2内の圧力は最低圧となるから、圧縮部４の負荷（負荷トルク）は最大負荷ＰＭよりも小さくなる。このため、必要トルク最大電力演算部３０Ｃは、圧力検出値Ｐに基づいて、２つの圧縮機構６，１２のうち高圧側圧縮機構１２の圧縮行程で圧縮部４に生じる最大負荷ＰＭを演算する。この最大負荷ＰＭは、圧縮部４の駆動を継続するのに必要な回転トルクに対応している。
When the
このとき、電動モータ３が発生するトルク（モータトルク）はモータ電流Ｉmに比例する。このため、必要トルク最大電力演算部３０Ｃは、回転トルク演算値として、最大負荷ＰＭを乗り越えるために必要な電動モータ３の最大トルクを演算し、この最大トルクを発生させるときに必要なモータ電流Ｉmを演算する。そして、このモータ電流Ｉmと電動モータ３の内部抵抗Ｒとの積によってトルク発生電圧Ｖ1（Ｖ1＝Ｉ×Ｒ）を求める。
At this time, the torque (motor torque) generated by the
一方、必要トルク最大電力演算部３０Ｃは、回転センサ２０による回転位置信号Ｓθに基づいて電動モータ３の回転数Ｎを演算する。ここで、電動モータ３に生じる誘起電圧Ｖ2（逆起電圧）は、電動モータ３の角速度（回転数Ｎ）に比例する。このため、回転センサ２０によって検出した回転数Ｎに基づいて、誘起電圧Ｖ2を求める。
On the other hand, the required torque maximum
次に、トルク発生電圧Ｖ1と誘起電圧Ｖ2とを加算して、モータ電圧Ｖmを求める（Ｖm＝Ｖ1＋Ｖ2）。このモータ電圧Ｖmとモータ電流Ｉmとの積によって、高圧側圧縮機構１２のピストン１６が上死点位置となったときに、電動モータ３に供給する最大電力Ｐ1を演算する（Ｐ1＝Ｖm×Ｉm）。この最大電力Ｐ1が、最大トルクを発生させるための電力演算値に相当する。
Next, the motor voltage Vm is obtained by adding the torque generation voltage V1 and the induced voltage V2 (Vm = V1 + V2). The maximum power P1 supplied to the
吸込行程電力演算部３０Ｄは、目標回転数演算部３０Ａによる目標回転数Ｎ0、電源電力演算部３０Ｂによる電源電力Ｐ0および必要トルク最大電力演算部３０Ｃによる最大電力Ｐ1に基づいて、吸込行程で電動モータ３に供給する吸込行程電力Ｐ2を出力する。
The suction stroke
これらの演算を説明すると次のようになる。まず、吸込行程電力演算部３０Ｄは、目標回転数Ｎ0で１回転するときの時間を周期Ｔ0として算出し、この周期Ｔ0と電源電力Ｐ0との積によって電動モータ３が１回転する間に電動モータ３に供給する電源電力量Ｗ0を演算する。
These operations are described as follows. First, the suction stroke
また、ピストン１６が上死点を乗り越えるときには圧縮部４の負荷は大きく、それ以外のときには圧縮部４の負荷は小さい。このとき、圧縮部４の負荷が大きい高負荷時間Ｔ1は、圧縮部４の構造等によって電動モータ３が１回転する間（周期Ｔ0）のうち予め決められた所定の割合（例えばＴ1＝Ｔ0／４）となっている。これに加え、最大電力Ｐ1に基づいて、ピストン１６が上死点を乗り越えるときに必要なモータ電力Ｐmの時間変化を求めることができる。即ち、圧縮部４の負荷の時間変化は、図８中の特性線に示すように、予め把握することができるから、この負荷の時間変化に基づいて、必要なモータ電力Ｐmの時間変化を求めることができる。
Further, when the
この結果、高負荷時間Ｔ1でのモータ電力Ｐmの時間変化を積分することによって、ピストン１６が上死点を乗り越えるときに必要な高負荷時電力量Ｗ1を求めることができる。このため、吸込行程電力演算部３０Ｄは、電源電力量Ｗ0から高負荷時電力量Ｗ1を減算して低負荷時電力量Ｗ2（Ｗ2＝Ｗ0−Ｗ1）を算出する。そして、周期Ｔ0から高負荷時間Ｔ1を減算した低負荷時間Ｔ2（Ｔ2＝Ｔ0−Ｔ1）で低負荷時電力量Ｗ2を平均化することによって、例えば吸込行程のように圧縮部４の負荷が小さいときに電動モータ３に供給する吸込行程電力Ｐ2を演算する。
As a result, by integrating the time change of the motor power Pm at the high load time T1, the high load power amount W1 required when the
マルチプレクサ３０Ｅは、供給電力増加手段を構成すると共に、吸込行程電力演算部３０Ｄと一緒に供給電力減少手段を構成している。このマルチプレクサ３０Ｅは、目標回転数演算部３０Ａによる目標回転数Ｎ0、必要トルク最大電力演算部３０Ｃによる最大電力Ｐ1、吸込行程電力演算部３０Ｄによる吸込行程電力Ｐ2および回転センサ２０からの回転位置θ（回転位置信号Ｓθ）に基づいて、モータドライバ２９に向けて電圧指令信号Ｓvを出力する。
The
具体的には、マルチプレクサ３０Ｅは、後述する周期測定モードを予め実行しておくことによって、圧縮部４の負荷が最大になる回転位置として、ピストン１６が上死点位置となる回転位置θ1を予め記憶している。このため、マルチプレクサ３０Ｅは、回転センサ２０からの回転位置信号Ｓθによって圧縮部４の各圧縮機構６，１２が吸込行程、圧縮行程のいずれの状態であるかを把握することができる。このとき、例えば高圧側圧縮機構１２が吸込行程にあり低圧側圧縮機構６が圧縮行程にあるときには、圧縮部４の負荷が小さく、高圧側圧縮機構１２が圧縮行程にあり低圧側圧縮機構６が吸込行程にあるときには、圧縮部４の負荷が大きくなる。
Specifically, the
このため、マルチプレクサ３０Ｅは、回転位置θを用いて、圧縮部４の負荷が大きいか否かを把握し、圧縮部４の負荷に応じて電圧指令信号Ｓvを変化させる。例えば高圧側圧縮機構１２が吸込行程にあるときのように、圧縮部４の負荷が小さい低負荷時には、マルチプレクサ３０Ｅは、吸込行程電力Ｐ2および目標回転数Ｎ0に基づいてモータ電圧Ｖmを演算し、このモータ電圧Ｖmに応じた電圧指令信号Ｓvを出力する。
For this reason, the
一方、例えば高圧側圧縮機構１２のピストン１６が上死点付近にあるときのように、圧縮部４の負荷が大きい高負荷時には、マルチプレクサ３０Ｅは、最大電力Ｐ1に基づいて電動モータ３のモータトルクを発生させるために必要なモータ電力Ｐmを算出する。具体的には、マルチプレクサ３０Ｅは、ピストン１６が上死点に近付く手前からピストン１６が上死点に到達するまでの間は、圧縮部４の負荷の増加割合を予測すると共に、この増加割合に応じて吸込行程電力Ｐ2から最大電力Ｐ1まで増加する電力を算出する。また、マルチプレクサ３０Ｅは、ピストン１６の上死点を超えた直後で圧縮部４の負荷が十分に低下しない範囲では、このときの負荷の予測値に応じて吸込行程電力Ｐ2よりも大きな電力を算出する。
On the other hand, for example, when the load of the
そして、圧縮部４の負荷が大きい高負荷時には、マルチプレクサ３０Ｅは、この算出したモータ電力Ｐmおよび目標回転数Ｎ0に基づいてモータ電圧Ｖmを演算し、このモータ電圧Ｖmに応じた電圧指令信号Ｓvを出力する。
When the load of the
以上のように、マルチプレクサ３０Ｅは、圧縮部４の負荷が小さい低負荷時には、電源電力Ｐ0よりも小さい吸込行程電力Ｐ2を電動モータ３に供給する。この低負荷時に電動モータ３を回転させるためのトルクは、図７に示すように、電源電力Ｐ0によって発生するトルクよりも減少する。このため、電動モータ３に吸込行程電力Ｐ2を供給しても、電動モータ３の回転を維持することができる。
As described above, the
一方、タンク１８の圧力が所定の圧力よりも上昇した状態では、高負荷時に電動モータ３を回転させるためのトルクは、図７に示すように、電源電力Ｐ0によって発生するトルクよりも増加する。これに対し、マルチプレクサ３０Ｅは、圧縮部４の負荷が大きい高負荷時には、電源電力Ｐ0よりも一時的に大きなモータ電力Ｐmを電動モータ３に供給する。特に、ピストン１６が上死点位置となって圧縮部４の負荷が最大となるきには、最大電力Ｐ1を電動モータ３に供給する。これにより、電動モータ３は、モータトルクを増加させるから、ピストン１６は確実に上死点位置を乗り越えることができ、電動モータ３の脱調を防止することができる。
On the other hand, in a state where the pressure in the
なお、モータ電圧Ｖmに応じてモータ電流Ｉmも変化する。このため、マルチプレクサ３０Ｅは、モータ電流Ｉmの平均値が所定の定格電流値（例えば１５Ａ）を超えない範囲で、モータ電圧Ｖm（電圧指令信号Ｓv）を設定している。
The motor current Im also changes according to the motor voltage Vm. Therefore, the
次に、制御部３０による電動モータ３の駆動制御について、図２ないし図５を参照しつつ詳細に説明する。
Next, drive control of the
まず、制御部３０が駆動すると、制御部３０のＣＰＵはＲＯＭ等の記憶部から図４に示すメインプログラムを読込む。そして、ＣＰＵは、以下の処理を行う。
First, when the
まず、ステップ１では各種の変数等をリセットする初期化処理を行う。このとき、後述する割込み処理プログラムで使用するモードは起動モードに設定される。そして、ステップ２では、割込み処理プログラムによる割込みを許可状態にする。
First, in
次に、ステップ３では、空気圧縮機１に設けられた操作スイッチ（図示せず）がオン状態か否かを判定する。そして、ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ４に移行して電動モータ３を駆動するモータ駆動処理を行う。
Next, in
このモータ駆動処理では、制御部３０は例えばタンク１８の圧力に応じて電動モータ３の駆動、停止を制御する圧力開閉制御を行う。具体的には、圧力センサ２１による圧力検出値Ｐが圧力上限値Ｐmaxよりも上昇したときに電動モータ３を停止し、圧力検出値Ｐが圧力下限値Ｐminよりも低下したときに電動モータ３の駆動を再開する。これにより、制御部３０は、圧力下限値Ｐminと圧力上限値Ｐmaxとの間の範囲内にタンク１８内の圧力を保持する。
In the motor driving process, the
一方、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ５に移行して電動モータ３を停止するモータ停止処理を行う。ステップ４，５が終了すると、空気圧縮機１に対する電力供給が停止されるまで、ステップ３以降の処理を繰り返す。
On the other hand, when it is determined as “NO” in
次に、制御部３０による割込み処理について、図５を参照しつつ説明する。この割込み処理は、予め決められたサンプリング周期（例えば２００ｍｓ）毎に実行されるものである。
Next, interrupt processing by the
まず、ステップ１１では、現在のモードが起動モード、周期測定モード、制御モードのいずれであるかを判定する。そして、ステップ１１で起動モードであると判定したときには、ステップ１２に移って所謂ブーストラップ駆動を行うために、例えばインバータ２８に付加されたコンデンサを充電する等の起動処理を行う。
First, in
次に、ステップ１３では、起動処理が完了したか否かを判定する。そして、ステップ１３で「ＮＯ」と判定したときには、起動処理を続行するために、起動モードを保持した状態でリターンする。一方、ステップ１３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１４に移って起動モードから周期測定モードに変更してリターンする。
Next, in
また、ステップ１１で周期測定モードであると判定したときには、ステップ１５に移って圧縮部４の周期を測定する処理を行う。具体的には、高圧側圧縮機構１２のピストン１６が上死点となる回転位置θ1を検出するために、例えばモータ電流Ｉmを予め決められた一定の値に保持しつつ電動モータ３に対して所定の電力を供給する。この状態で、回転センサ２０による回転位置信号Ｓθを用いて、電動モータ３が１回転する間に回転速度（回転数Ｎ）が下がる位置（最低となる位置）を検出する。
If it is determined in
なお、ステップ１２の周期測定の処理では、モータ電流Ｉmを一定値に保持する代わりに、モータ電圧Ｖmを一定値に保持してもよい。この場合、上死点位置に対応した回転位置θ1として、モータ電流Ｉmが増加した位置（最大となる位置）を検出するものである。
In the cycle measurement process of
次に、ステップ１６では、上死点位置（回転位置θ1）の検出が完了したか否かを判定する。そして、ステップ１６で「ＮＯ」と判定したときには、周期測定を続行するために、周期モードを保持した状態でリターンする。一方、ステップ１６で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１７に移ってステップ１５で検出した回転位置θ1を上死点に対応する位置として記憶する。その後、ステップ１８に移って周期測定モードから制御モードに変更してリターンする。
Next, in
また、ステップ１１で制御モードであると判定したときには、ステップ１９に移って回転センサ２０による回転位置信号Ｓθを用いて、圧縮部４の負荷が増大して電動モータ３のトルクが不足し易い状態か否か、即ち現在の回転位置θが上死点に対応した回転位置θ1の近傍か否かを判定する。ここで、上死点の手前で高圧側圧縮機構１２内の圧力（負荷）が上昇するのに対し、上死点を超えると負荷は一気に小さくなる。このため、例えば回転センサ２０が電動モータ３の１回転を１２ステップに分割して検出する場合には、現在の回転位置θが上死点の手前の３ステップから後側の１ステップの範囲内（（θ1−９０°）＜θ＜（θ1＋３０°））か否かによって、圧縮部４の負荷が増大している状態か否かを判定する。
When it is determined in
そして、ステップ１９で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ２０に移って、圧力検出値Ｐに基づいて必要トルク最大電力演算部３０Ｃによる最大電力Ｐ1を演算する。また、マルチプレクサ３０Ｅは、この最大電力Ｐ1に基づいて現在の回転位置θで回転トルクの発生に必要なモータ電力Ｐmを演算する。ステップ２１では、この演算したモータ電力Ｐmと目標回転数Ｎ0とに基づいて、電圧指令信号Ｓvを演算し、モータドライバ２９に向けて出力する。ステップ２１が終了すると、リターンする。
If “YES” is determined in the
一方、ステップ１９で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ２２に移って、吸込行程電力演算部３０Ｄは、吸込行程電力Ｐ2を演算する。その後、ステップ２３では、マルチプレクサ３０Ｅは、この吸込行程電力Ｐ2と目標回転数Ｎ0とに基づいて電圧指令信号Ｓvを演算し、モータドライバ２９に向けて出力する。ステップ２３が終了すると、リターンする。
On the other hand, when “NO” is determined in
本実施の形態による空気圧縮装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、図２ないし図９を参照しつつ、その動作について説明する。
The
まず、電源ケーブルを商用電源に接続した状態で操作スイッチ（図示せず）をオンにすると、制御部３０は起動モードを実行して電動モータ３を起動した後、周期測定モードを実行して圧縮部４の最大負荷ＰＭが生じる位置としてピストン１６の上死点に対応した回転位置θ1を検出する。その後、制御部３０は、制御モードに移行して電動モータ３をタンク１８内の圧力に応じて回転駆動する。
First, when an operation switch (not shown) is turned on with the power cable connected to a commercial power source, the
そして、制御部３０は、圧力センサ２１による圧力検出値Ｐが圧力上限値Ｐmaxよりも上昇したときに電動モータ３を停止し、圧力検出値Ｐが圧力下限値Ｐminよりも低下したときに電動モータ３の駆動を再開する。これにより、制御部３０は、圧力下限値Ｐminと圧力上限値Ｐmaxとの間の範囲内にタンク１８内の圧力を保持する。
Then, the
また、制御部３０の目標回転数演算部３０Ａは、図６に示すように、圧力センサ２１による圧力検出値Ｐに基づいて電動モータ３の目標回転数Ｎ0を演算する。そして、制御部３０は、電動モータ３の回転数Ｎが目標回転数Ｎ0となるように、モータ電流Ｉmおよびモータ電圧Ｖmを制御する。
Further, the target rotation
ここで、ピストン１０，１６を往復動させて空気を圧縮する圧縮部４では、電動モータ３が１回転する間に、圧縮部４の負荷は大きく変動する。例えば図８に示すように、圧縮部４の吸込行程では負荷が小さくなるのに対し、圧縮行程では負荷が大きくなる。特に、高圧側圧縮機構１２のピストン１６が上死点に達して圧縮室Ｓ2が最縮小する回転位置θ1では、圧縮部４の負荷は最大値（最大負荷ＰＭ）となる。
Here, in the
なお、低圧側圧縮機構６による負荷は高圧側圧縮機構１２による負荷に比べて小さい。このため、図８では、この低圧側圧縮機構６による負荷変動は無視している。
The load by the low pressure
電動モータ３の慣性が大きい場合には、電動モータ３の１回転の間で圧縮部４の負荷が変動しても、その慣性力によって安定した回転を継続することができる。これに対し、例えば小型の電動モータ３を用いた場合には、電動モータ３の慣性が小さいから、圧縮部４の負荷の変動に伴って、電動モータ３の回転数（回転速度）にばらつきが生じる。
When the inertia of the
例えば図８中に破線で示す第１の比較例は、モータ電圧Ｖmを一定値とした場合を示している。この場合、圧縮部４の負荷が増加するのに伴って、電動モータ３の回転速度が低下する。これにより、モータ電流Ｉmが増加して、電動モータ３が発生するモータトルクが増加するから、ピストン１６は上死点位置を乗り越えることができる。しかし、この場合には、電動モータ３の１回転する間に回転速度に変動が生じてしまう。
For example, a first comparative example indicated by a broken line in FIG. 8 shows a case where the motor voltage Vm is a constant value. In this case, the rotational speed of the
また、図８中に一点鎖線で示す第２の比較例は、例えば回転センサ２０によって検出した回転数Ｎと目標回転数Ｎ0との差分が小さくなるように、モータ電圧Ｖm、モータ電流ＩmをＰＩＤ制御した場合を示している。この場合、圧縮部４の負荷が増加するのに伴って、モータ電圧Ｖmおよびモータ電流Ｉmはいずれも増加し、ピストン１６の上死点位置で最大値となる。これにより、電動モータ３の回転速度は圧縮部４の負荷に拘らず一定となる。
Further, in the second comparative example indicated by the one-dot chain line in FIG. 8, for example, the motor voltage Vm and the motor current Im are set to PID so that the difference between the rotation speed N detected by the
しかし、第２の比較例の場合、電動モータ３に供給するモータ電力Ｐmは、圧縮部４の負荷の変動に拘らず、電動モータ３が１回転する間でほぼ全体に亘って電源電力Ｐ0よりも小さい値となっている。このため、さらに小型な電動モータ３を用いる場合には、モータトルクを増加させるために、電動モータ３の回転数を低下させる必要があり、圧縮部４から吐出される圧縮空気の吐出量が減少するという問題がある。
However, in the case of the second comparative example, the motor power Pm supplied to the
これに対し、本実施の形態では、電動モータ３の１回転の間でピストン１６が上死点を乗り越えるのに必要な回転トルクを演算すると共に、この回転トルクを発生させるための最大電力Ｐ1を演算する。そして、ピストン１６が上死点に近付くに従って、モータ電力Ｐmを電源電力Ｐ0よりも増加させて、徐々に最大電力Ｐ1に近付ける。これにより、ピストン１６は確実に上死点位置を乗り越えることができる。
In contrast, in the present embodiment, the rotational torque necessary for the
一方、ピストン１６が上死点を超えた後は、圧縮部４の負荷が大きく低下し、大きなモータトルクは不要になる。このため、モータ電力Ｐmを電源電力Ｐ0よりも低下させる。これにより、電動モータ３の回転速度（回転数Ｎ）は、第２の比較例に比べて、全体として僅かに低下するものの、ほぼ同程度の値に設定することができる。
On the other hand, after the
また、モータ電力Ｐmは、ピストン１６が上死点の近傍に位置する短時間の間だけ増加するものの、その平均値は、電源電力Ｐ0よりも低下する。このとき、モータ電力Ｐmが電源電力Ｐ0よりも増加する割合（電力アップ率）は、図９の特性線に示すように、圧縮機４の負荷（タンク１８の圧力）に応じて変化する。即ち、圧縮部４の負荷が大きいときには、電源電力Ｐ0に対するモータ電力Ｐmの増加割合が大きく、圧縮部４の負荷が小さいときには、電源電力Ｐ0に対するモータ電力Ｐmの増加割合が小さくなる。
Further, although the motor power Pm increases only for a short time when the
また、往復動型の圧縮部４では、電動モータ３が１回転する間で圧縮部４の負荷が大きくなるのは、ピストン１６が上死点付近に位置したときだけである。このため、モータ電力Ｐmは、電源電力Ｐ0よりも増加する時間よりも、電源電力Ｐ0よりも減少している時間の方が長くなる。従って、電動モータ３に供給する電力量を低下させることができ、エネルギー消費量を低減することができる。
In the
かくして、本実施の形態によれば、制御部３０は、必要トルク最大電力演算部３０Ｃを用いて、圧力センサ２１による圧力検出値Ｐに基づいて圧縮部４の負荷が最大の状態で必要な回転トルクを演算すると共に、この回転トルク演算値を発生させるための最大電力Ｐ1を演算する。そして、マルチプレクサ３０Ｅは、電動モータ３が１回転する間で圧縮部４の負荷が大きいときには、最大電力Ｐ1に基づいて電動モータ３に供給するモータ電力Ｐmを予め決められた電源電力Ｐ0よりも一時的に増加させる。一方、マルチプレクサ３０Ｅは、電動モータ３が１回転する間で圧縮部４の負荷が小さいときには、最大電力Ｐ1に基づいて電動モータ３に供給するモータ電力Ｐmを電源電力Ｐ0よりも減少した吸込行程電力Ｐ2に設定する。
Thus, according to the present embodiment, the
これにより、電動モータ３が１回転する間に圧縮部４の負荷が大きく変動する場合でも、圧縮部４の負荷が大きくなるときに、モータ電力Ｐmを増加させて圧縮部４の最大負荷ＰＭに応じた最大電力Ｐ1に近付けることができる。これにより、ピストン１６は確実に上死点位置を乗り越えることができる。
As a result, even when the load on the
この結果、慣性の小さい小型の電動モータ３を用いた場合でも、圧縮部４の負荷が大きい高圧側圧縮機構１２の圧縮行程で電動モータ３の脱調が生じることがなく、安定して電動モータ３を回転駆動させることができる。また、小型の電動モータ３を用いた場合でも、電動モータ３の回転速度のばらつきを低下させつつ、できるだけ高い回転数で電動モータ３を駆動することができる。このため、圧縮空気の吐出量を確保しつつ、電動モータ３の回転を安定化することができると共に、空気圧縮機１を小型化して可搬性を高めることができる。
As a result, even when the small
また、圧縮部４が吸込行程を行うときには、負荷が小さくなるから、電動モータ３に必要な回転トルクも小さくなる。ここで、特許文献１に記載された圧縮機では、回転数に基づいて電動モータに供給する電力を制御しているから、電動モータによって無駄な回転トルクを発生させていることなり、電動モータに必要以上のエネルギーを供給していた。
Further, when the
これに対し、本実施の形態では、制御部３０は、電動モータ３が１回転する間で圧縮部４の負荷が小さいときには、モータ電力Ｐmを吸込行程電力Ｐ2に設定する。このとき、モータ電力Ｐmは、電源電力Ｐ0よりも増加する時間に比べて、電源電力Ｐ0よりも減少している時間の方が長くなるから、モータ電力Ｐmの平均値は電源電力Ｐ0よりも小さくなる。また、電動モータ３は無駄なトルクを発生することがないから、エネルギー効率を高めることができる。この結果、例えば第１，第２の比較例に比べて、電動モータ３に供給する電力量を低下させることができ、エネルギー消費量を低減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
また、制御部３０は、周期測定モードによって圧縮部４の負荷が最大となるときの回転位置θ1を最大負荷位置として測定する。このため、制御部３０は、電動モータ３の回転位置θが回転位置θ1の近傍か否かに応じて、モータ電力Ｐmを電源電力Ｐ0よりも増加させるか、減少させるかを判断することができ、圧縮部４の負荷を直接的に測定する必要がなくなる。
Further, the
さらに、圧縮部４は、低圧段から高圧段に向けて圧縮空気の圧力を順次上昇させるために互いに直列に接続された２個の圧縮機構６，１２を備える構成とした。このため、制御部３０は、これらの圧縮機構６，１２のうち最高圧段となる高圧側圧縮機構１２の負荷が最大となる位置の近傍で、モータ電力を電源電力Ｐ0よりも増加させ、それ以外の位置でモータ電力を電源電力Ｐ0よりも減少させる。これにより、圧縮部４が複数個の圧縮機構６，１２を備える場合でも、電動モータ３を安定して駆動することができる。
Further, the
なお、前記実施の形態では、図５中のステップ１５〜１７が周期測定手段の具体例を示している。 In the above embodiment, steps 15 to 17 in FIG. 5 show a specific example of the period measuring means.
また、前記実施の形態では、電圧指令信号Ｓvを用いてモータ電圧Ｖmを増加させることによって、電動モータ３が発生するトルクを制御する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばｄ軸をトルク軸とし、ｑ軸を励磁電流軸としたｄ−ｑ制御を行う場合には、電流値が同じでも電流位相角βを現在値よりも大きくすると、トルク軸の電流値が増えるので、発生トルクも増加する。このため、電流位相角βを増加または減少させることによって、電動モータ３が発生するトルクを制御してもよく、モータ電圧Ｖmと電流位相角βの両方を制御する構成としてもよい。
In the above embodiment, the torque generated by the
また、前記実施の形態では、圧縮部４は低圧側圧縮機構６と高圧側圧縮機構１２とが互いに水平方向で対向する水平対向式往復動型の空気圧縮機１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２つの圧縮機構がＶ形に傾斜して配置された圧縮部でもよい。
In the above embodiment, the
また、圧縮部４は２個の圧縮機構６，１２を直列に接続する構成としたが、複数の圧縮機構がそれぞれ並列にタンクに接続される構成としてもよい。この場合、電動モータが１回転する間で各圧縮機構のピストンが上死点付近に位置する２箇所でモータ電力を増加し、他の位置ではモータ電力を減少させる構成としてもよい。さらに、圧縮部４は２個の圧縮機構６，１２を備える構成としたが、３個以上の圧縮機構を備えた圧縮部でもよく、単一の圧縮機構からなる圧縮部でもよい。
Moreover, although the
また、前記実施の形態では、商用電源による電圧Ｖ0および電流Ｉ0を測定し、これらの電圧Ｖ0および電流Ｉ0に基づいて所定電力としての電源電力Ｐ0を求める構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、所定電力は、空気圧縮機１の仕様等によって予め決められた一定の電力値であってもよい。
In the embodiment, the voltage V0 and the current I0 from the commercial power source are measured, and the power source power P0 as the predetermined power is obtained based on the voltage V0 and the current I0. However, the present invention is not limited to this, and the predetermined power may be a constant power value determined in advance according to the specifications of the
さらに、前記実施の形態では、往復動圧縮機として空気圧縮装置１を例に挙げて説明したが、例えば窒素等の他の気体を圧縮する気体圧縮機に適用してもよく、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
Furthermore, in the said embodiment, although the
以上の実施の形態で述べたように、請求項１の発明によれば、制御部は、電動モータが１回転する間で圧縮部の負荷が大きいときには、回転トルク発生電力演算手段による電力演算値に基づいて電動モータに対する供給電力を所定電力よりも一時的に増加させる供給電力増加手段を備える構成とした。このため、電動モータが１回転する間に圧縮部の負荷が大きく変動する場合でも、圧縮部の負荷が大きくなるときに電動モータに対する供給電力を一時的に増加させて、ピストンを確実に上死点位置を乗り越えさせることができる。
As described in the above embodiment, according to the invention of
この結果、慣性の小さい小型の電動モータを用いた場合でも、圧縮部の負荷が大きい圧縮行程で電動モータの脱調が生じることがなく、安定して電動モータを回転駆動させることができる。また、小型の電動モータを用いた場合でも、電動モータの回転速度のばらつきを低下させつつ、できるだけ高い回転数で電動モータを駆動することができる。このため、圧縮空気の吐出量を確保しつつ、電動モータの回転を安定化することができると共に、圧縮機を小型化して可搬性を高めることができる。 As a result, even when a small electric motor with low inertia is used, the electric motor does not step out in the compression stroke where the load on the compression unit is large, and the electric motor can be driven to rotate stably. Even when a small electric motor is used, it is possible to drive the electric motor at as high a rotational speed as possible while reducing variations in the rotational speed of the electric motor. For this reason, while ensuring the discharge amount of compressed air, while being able to stabilize rotation of an electric motor, a compressor can be reduced in size and portability can be improved.
請求項２の発明によれば、制御部は、電動モータが１回転する間で圧縮部の負荷が小さいときには、回転トルク発生電力演算手段による電力演算値に基づいて電動モータに対する供給電力を所定電力よりも減少させる供給電力減少手段を備える構成とした。これにより、電動モータに対する供給電力は、所定電力よりも増加する時間に比べて、所定電力よりも減少している時間の方が長くすることができるから、供給電力の平均値を所定電力よりも小さくすることができる。また、電動モータは無駄なトルクを発生することがないから、エネルギー効率を高めることができる。この結果、電動モータに供給する電力量を低下させることができ、エネルギー消費量を低減することができる。
According to the invention of
請求項３の発明によれば、制御部は、圧縮部の負荷が最大となるときの回転位置を最大負荷位置として測定する周期測定手段を備える構成とした。このため、制御部の供給電力増加手段は、電動モータの回転位置が最大負荷位置の近傍か否かに応じて、電動モータに対する供給電力を所定電力よりも増加させる時点を判断することができ、圧縮部の負荷を直接的に測定する必要がなくなる。
According to the invention of
請求項４の発明によれば、制御部は、圧縮部の負荷が最大となるときの回転位置を最大負荷位置として測定する周期測定手段を備える構成とした。このため、制御部の供給電力増加手段は、電動モータの回転位置が最大負荷位置の近傍か否かに応じて、電動モータに対する供給電力を所定電力よりも増加させる時点を判断することができる。また、制御部の供給電力減少手段は、電動モータの回転位置が最大負荷位置の近傍か否かに応じて、電動モータに対する供給電力を所定電力よりも減少させるかを判断することができる。このため、圧縮部の負荷を直接的に測定する必要がなくなる。
According to the invention of
請求項５の発明によれば、圧縮部は、低圧段から高圧段に向けて圧縮空気の圧力を順次上昇させるために互いに直列に接続された複数個の圧縮機構を備える構成とした。このため、制御部の供給電力増加手段は、例えばこれら複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が最大となる位置の近傍で、電動モータに対する供給電力を所定電力よりも一時的に増加させることができる。これにより、圧縮部が複数個の圧縮機構を備える場合でも、電動モータを安定して駆動することができる。
According to the invention of
請求項６の発明によれば、圧縮部は、低圧段から高圧段に向けて圧縮空気の圧力を順次上昇させるために互いに直列に接続された複数個の圧縮機構を備える構成とした。このため、制御部の供給電力増加手段は、例えばこれら複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が最大となる位置の近傍で、電動モータに対する供給電力を所定電力よりも一時的に増加させることができる。また、制御部の供給電力減少手段は、例えばこれら複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が最大となる位置の近傍以外で電動モータに対する供給電力を所定電力よりも減少させることができる。これにより、圧縮部が複数個の圧縮機構を備える場合でも、電動モータを安定して駆動することができる。
According to the invention of
１ 空気圧縮機（往復動圧縮機）
３ 電動モータ
３Ｂ 回転軸（駆動軸）
４ 圧縮部
６ 低圧側圧縮機構（圧縮機構）
７，１３ シリンダ
１０，１６ ピストン
１２ 高圧側圧縮機構（圧縮機構）
１８ タンク
２０ 回転センサ（回転数検出器）
２１ 圧力センサ（圧力検出器）
３０ 制御部
３０Ａ 目標回転数演算部
３０Ｂ 電源電力演算部
３０Ｃ 必要トルク最大電力演算部
３０Ｄ 吸込行程電力演算部
３０Ｅ マルチプレクサ
1 Air compressor (reciprocating compressor)
3
4
7,13
18
21 Pressure sensor (pressure detector)
30
Claims (6)
該電動モータの駆動軸に連結されたピストンが往復動することによって流体を圧縮する圧縮部と、
該圧縮部から吐出される圧縮流体を貯留するタンクと、
前記電動モータの回転数を検出する回転数検出器と、
前記タンク内の圧力を検出する圧力検出器と、
該圧力検出器による圧力検出値に基づいて前記電動モータの目標回転数を演算し、前記電動モータが該目標回転数で回転するように前記電動モータに供給する電力を制御する制御部とを備えてなる往復動圧縮機であって、
前記制御部は、
前記圧力検出器による圧力検出値に基づいて前記圧縮部の負荷が最大の状態で必要な回転トルクを演算する回転トルク演算手段と、
該回転トルク演算手段による回転トルク演算値を発生させるための電力を演算する回転トルク発生電力演算手段と、
前記電動モータが１回転する間で前記圧縮部の負荷が大きいときには、前記回転トルク発生電力演算手段による電力演算値に基づいて前記電動モータに対する供給電力を所定電力よりも一時的に増加させる供給電力増加手段とによって構成したことを特徴とする往復動圧縮機。 An electric motor;
A compression section that compresses fluid by reciprocating a piston coupled to a drive shaft of the electric motor;
A tank for storing a compressed fluid discharged from the compression unit;
A rotational speed detector for detecting the rotational speed of the electric motor;
A pressure detector for detecting the pressure in the tank;
A control unit that calculates a target rotational speed of the electric motor based on a pressure detection value by the pressure detector and controls electric power supplied to the electric motor so that the electric motor rotates at the target rotational speed. A reciprocating compressor comprising:
The controller is
Rotational torque calculation means for calculating a required rotational torque in a state where the load of the compression unit is maximum based on a pressure detection value by the pressure detector;
Rotation torque generation power calculation means for calculating power for generating a rotation torque calculation value by the rotation torque calculation means;
When the load of the compression unit is large during one rotation of the electric motor, the supply power that temporarily increases the supply power to the electric motor based on the power calculation value by the rotation torque generation power calculation means than the predetermined power A reciprocating compressor characterized by comprising an increasing means.
前記供給電力増加手段は、前記電動モータが１回転する間で前記電動モータの回転位置が前記最大負荷位置を含む所定の範囲内にあるときに、前記電動モータに対する供給電力を前記所定電力よりも一時的に増加させる請求項１に記載の往復動圧縮機。 The controller is configured to determine a rotation position at which the rotation speed detection value by the rotation speed detector is the lowest during the rotation of the electric motor when the predetermined electric power is supplied to the electric motor. Has a period measuring means to measure as the maximum load position where
The supply power increasing means supplies power supplied to the electric motor from the predetermined power when the rotation position of the electric motor is within a predetermined range including the maximum load position during one rotation of the electric motor. The reciprocating compressor according to claim 1, wherein the reciprocating compressor is temporarily increased.
前記供給電力増加手段は、前記電動モータが１回転する間で前記電動モータの回転位置が前記最大負荷位置を含む所定の範囲内にあるときに、前記電動モータに対する供給電力を前記所定電力よりも一時的に増加させ、
前記供給電力減少手段は、前記電動モータが１回転する間で前記電動モータの回転位置が前記最大負荷位置を含む所定の範囲以外にあるときに、前記電動モータに対する供給電力を前記所定電力よりも減少させる構成としてなる請求項２に記載の往復動圧縮機。 The controller is configured to determine a rotation position at which the rotation speed detection value by the rotation speed detector is the lowest during the rotation of the electric motor when the predetermined electric power is supplied to the electric motor. Has a period measuring means to measure as the maximum load position where
The supply power increasing means supplies power supplied to the electric motor from the predetermined power when the rotation position of the electric motor is within a predetermined range including the maximum load position during one rotation of the electric motor. Increase temporarily,
The supply power reducing means reduces the supply power to the electric motor from the predetermined power when the rotation position of the electric motor is outside a predetermined range including the maximum load position during one rotation of the electric motor. The reciprocating compressor according to claim 2, wherein the reciprocating compressor is configured to be reduced.
前記回転トルク演算手段は、前記複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が最大の状態で必要な回転トルクを演算し、
前記供給電力増加手段は、前記電動モータが１回転する間で前記複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が大きいときに、前記電動モータに対する供給電力を前記所定電力よりも一時的に増加させる構成としてなる請求項１または３に記載の往復動圧縮機。 The compression unit includes a plurality of compression mechanisms connected in series with each other to sequentially increase the pressure of the compressed fluid from the low pressure stage toward the high pressure stage,
The rotational torque calculating means calculates a required rotational torque in a state where the load of the compression mechanism at the highest pressure stage among the plurality of compression mechanisms is maximum,
The supply power increasing means temporarily supplies power to the electric motor from the predetermined power when the load of the compression mechanism at the highest pressure stage among the plurality of compression mechanisms is large during one rotation of the electric motor. The reciprocating compressor according to claim 1 or 3, wherein the reciprocating compressor is configured to be increased in number.
前記回転トルク演算手段は、前記複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が最大の状態で必要な回転トルクを演算し、
前記供給電力増加手段は、前記電動モータが１回転する間で前記複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が大きいときに、前記電動モータに対する供給電力を前記所定電力よりも一時的に増加させ、
前記供給電力減少手段は、前記電動モータが１回転する間で前記複数個の圧縮機構のうち最高圧段の圧縮機構の負荷が小さいときに、前記電動モータに対する供給電力を前記所定電力よりも減少させる構成としてなる請求項２または４に記載の往復動圧縮機。 The compression unit includes a plurality of compression mechanisms connected in series with each other to sequentially increase the pressure of the compressed fluid from the low pressure stage toward the high pressure stage,
The rotational torque calculating means calculates a required rotational torque in a state where the load of the compression mechanism at the highest pressure stage among the plurality of compression mechanisms is maximum,
The supply power increasing means temporarily supplies power to the electric motor from the predetermined power when the load of the compression mechanism at the highest pressure stage among the plurality of compression mechanisms is large during one rotation of the electric motor. Increase
The supply power reduction means reduces the supply power to the electric motor below the predetermined power when the load of the compression mechanism at the highest pressure stage among the plurality of compression mechanisms is small during one rotation of the electric motor. The reciprocating compressor according to claim 2 or 4, wherein the reciprocating compressor is configured to allow the reciprocating compressor.
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