JP3084552B2 - モータコンプレッサアンロード時電力低減装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ駆動形のコ
ンプレッサ（以下「モータコンプレッサ」と称する。）
に係り、特にモータコンプレッサのアンロード時（無負
荷運転時）におけるモータ負荷の低減を図り消費電力を
低減する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】商用電源が使用できる場所で圧縮空気が
必要とされる場面においては、一般にモータコンプレッ
サが用いられるが、かかるモータコンプレッサの一般的
な構成を図３ないし図５に基づいて説明すると、圧縮機
本体１０、圧縮機本体１０に直結されるモータ１１、圧
縮空気の貯蔵及び油の分離・貯蔵をするオイルチャンバ
１２よりなっており、オイルチャンバ１２の先には、逆
止弁３４を介して負荷４０が接続されている。また、オ
イルチャンバ１２には、アンロード時に開くように作動
してオイルチャンバ１２内の圧縮空気を抜くための電磁
弁４１が接続されている。圧縮機本体１０への空気の供
給は吸気管１８により行われ、その空気の量は、以下に
説明する空気吸入量調節機構で調節される。

【０００３】この空気吸入量調節機構は、エアクリーナ
１５からの吸気口１６を開閉して空気吸入量を調節する
吸気閉鎖弁１７、吸気閉鎖弁１７に対向する第１のピス
トンたるピストン２１ａ、吸気閉鎖弁１７とピストン２
１ａを接続しそれぞれを遠ざける方向に付勢力を与える
第１の弾性体たるバネ２２ａ、ピストン２１ａを支える
ダイヤフラム２４、ダイヤフラム２４の反吸気閉鎖弁側
の空間たる室２３ａ、ピストン２１ａに対向する第２の
ピストンたるピストン２１ｂ、ピストン２１ｂに左方へ
の付勢力を与える第２の弾性体たるバネ２２ｂ、ピスト
ン２１ｂが内挿されるシリンダ室２３ｂ、ピストン２１
ｂで二分されるシリンダ室２３ｂのうちピストン２１ａ
側の空間たる室２３ｃ及びその反対側の空間たる室２３
ｄ、エアクリーナ１５と室２３ｄを接続するＢ１配管２
５、室２３ｄと吸気管１８を接続するＢ２配管２６、オ
イルチャンバ１２と室２３ｃを接続するＣ配管２７、オ
イルチャンバ１２と室２３ａを接続するＤ配管２８、Ｄ
配管２８の途中に並列に設けられ圧力が設定値以上にな
ると開く機構を有する圧力調整弁３０及びアンロード時
に作動する電磁弁４２、により構成される。

【０００４】以上に説明した構成を有する従来のモータ
コンプレッサを用いて空気を圧縮する行程を説明する。
なお、左方・右方という用語を用いた場合には、それぞ
れの図面における左側・右側を示すものとする。第１
に、従来のモータコンプレッサの始動前の状態を、図３
に基づいて説明する。モータコンプレッサの始動前にお
いては、シリンダ室２３ｂ内の室２３ｃ内に圧力がかか
っていないため、ピストン２１ｂは、バネ２２ｂの付勢
力により、シリンダ室２３ｂ内の左方に移動した状態に
ある。従って、ピストン２１ｂに対向するピストン２１
ａも左方に移動した状態にあり、バネ２２ａは縮められ
てピストン２１ａとそれに対向する吸気閉鎖弁１７が接
触し、吸気閉鎖弁１７により、吸気口１６が閉鎖されて
いる状態にある。この状態からモータコンプレッサの始
動をする場合には、吸気口１６から空気を吸入すること
ができないため、Ｂ１配管２５及びＢ２配管２６を介し
て徐々に空気を吸入しながら吸気管１８内に空気を供給
し、吸気管１８を介して供給された空気を圧縮機本体１
０で圧縮することにより、オイルチャンバ１２内の圧力
の上昇を図っている。

【０００５】第２に、従来のモータコンプレッサの負荷
運転時の状態を、図４に基づいて説明する。オイルチャ
ンバ１２内の圧力が上昇すると、Ｃ配管２７を介して圧
縮空気がシリンダ室２３ｂ内の室２３ｃに送り込まれ、
室２３ｃ内の圧力が上昇する。すると、ピストン２１ｂ
が、バネ２２ｂの付勢力に抗してシリンダ室２３ｂ内を
右方に移動するため、ピストン２１ｂの作用により左方
に移動した状態にあったピストン２１ａ及びそれに対向
する吸気閉鎖弁１７が、右方に移動可能な状態となる。
吸気閉鎖弁１７が右方に移動して吸気口１６が開放され
ると、吸気口１６から空気が吸入されて吸気管１８内に
大量の空気が供給されるため、圧縮機本体１０で空気が
圧縮されてオイルチャンバ１２内の圧力はさらに上昇
し、負荷４０への圧縮空気の供給が可能な状態となる。
この状態が負荷運転状態である。

【０００６】この負荷運転状態では、負荷４０により消
費される圧縮空気の量に応じて吸気閉鎖弁１７が左右に
移動し、吸気口１６からの空気吸入量の調整を行う。ま
た、オイルチャンバ１２内の圧力が設定値以上になった
場合には、Ｄ配管２８の途中に設けられた圧力調整弁３
０が開き、圧縮空気がＤ配管２８を介してダイヤフラム
２４の反吸気閉鎖弁側の空間たる室２３ａに送り込ま
れ、室２３ａ内の圧力が上昇する。なお、このとき電磁
弁４２は閉じられている。すると、ダイヤフラム２４に
より支えられるピストン２１ａが左方に移動し、吸気閉
鎖弁１７が吸気口１６に近づくため、吸気口１６からの
空気の吸入が減少して圧縮機本体１０の圧力は低下し、
それによりオイルチャンバ１２内の圧力も低下し、設定
圧力以下に保たれる構造になっている。

【０００７】第３に、従来のモータコンプレッサのアン
ロード時（無負荷運転時）の状態を、図５に基づいて説
明する。アンロード時においては、先に説明した負荷運
転状態においてオイルチャンバ１２内の圧力が設定値以
上になった場合と同様の作用によりオイルチャンバ１２
内の圧力を低下させ、さらにオイルチャンバ１２内の空
気を放出することにより、低圧状態に保たれるようにな
っている。即ち、アンロード時においては、負荷４０で
圧縮空気が消費されないため、オイルチャンバ１２内の
圧力が上昇し、Ｄ配管２８の途中に設けられた圧力調整
弁３０が開き、圧縮空気がＤ配管２８を介して室２３ａ
に送り込まれ、室２３ａ内の圧力が上昇する。

【０００８】すると、ダイヤフラム２４により支えられ
るピストン２１ａが左方に移動し、吸気閉鎖弁１７が押
されて吸気口１６を閉じるため、空気の吸入はＢ１配管
２５及びＢ２配管２６を介してのみになるので、オイル
チャンバ１２内の圧力が低下する。オイルチャンバ１２
内の圧力が低下すると、圧力調整弁３０が作動せず閉じ
てしまうが、圧力調整弁３０と並列に設けられアンロー
ド時に作動する電磁弁４２が開いて、オイルチャンバ１
２内の圧縮空気がＤ配管２８を介して室２３ａに送り込
まれるので、オイルチャンバ１２内の圧力低下は維持さ
れる。この状態において、オイルチャンバ１２に接続さ
れ、アンロード時に開くように作動する電磁弁４１を開
くことにより、オイルチャンバ１２内の圧縮空気が大気
中に放出されて、オイルチャンバ１２内の圧力をさらに
低下させている。これがアンロード時の状態である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるアン
ロード時においても、圧縮機本体１０及びそれに直結さ
れるモータ１１は依然として運転を行っており、アンロ
ード時におけるモータ１１の消費電力の低減を図るため
に、前記のようにオイルチャンバ１２内の圧力、即ち圧
縮機本体１０の圧力を低下させているのであり、その圧
力は低いほど効果的である。しかし、この従来の技術で
は、オイルチャンバ１２内の圧力が低くなりすぎるとピ
ストン２１ａを左方に移動させるための室２３ａ内の圧
力も低下するため、吸気閉鎖弁１７を押し切れず吸気口
１６が開いてしまう。すると、吸気口１６からの空気の
供給量が増え、その結果オイルチャンバ１２内の圧力が
上がってしまうことになるため、単純にオイルチャンバ
１２内の圧力を低下させることはできないという問題が
あった。このアンロード時におけるオイルチャンバ１２
内の圧力は約２．４Kgf／cm²であり、負荷運転時と比べ
ると低圧ではあるが、この圧力をさらに低下させること
ができれば、圧縮機本体１０の負担がより軽減されるこ
とになる。従って、省エネルギーの観点からもアンロー
ド時におけるオイルチャンバ１２内の圧力のさらなる低
減を図り、もってモータ１１の消費電力の低減に資する
ことが要請される。

【００１０】そこで、かかるモータコンプレッサにおい
ては、アンロード時において強制的に吸気閉鎖弁１７を
閉じておく手段を別途に設けて、吸気閉鎖弁１７が閉鎖
されている状態を保持した上で、電磁弁４１によりオイ
ルチャンバ１２内の圧縮空気を放出してオイルチャンバ
１２内の圧力を低下させ、圧縮機本体１０及びモータ１
１の負荷の低減を図り、もってモータ１１の消費電力の
低減を図るような構成を得るのが適切である。さらに述
べれば、既存の構成部材を利用しつつ、簡便な方法で上
記構成を得るようにすることが望ましい。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
課題を解決すべくなされたものであり、エアクリーナか
らの吸気口を開閉する吸気閉鎖弁、吸気閉鎖弁に対向す
る第１のピストン、吸気閉鎖弁と第１のピストンを接続
し付勢力を与える第１の弾性体、第１のピストンを支え
るダイヤフラム、第１のピストンに対向する第２のピス
トン、第２のピストンに付勢力を与える第２の弾性体、
第２のピストンが内挿されるシリンダ室、及び、オイル
チャンバとダイヤフラムの反吸気閉鎖弁側の空間たる室
２３ａを接続する配管の途中に設けられる圧力調整弁よ
りなる空気吸入量調節機構を有するモータコンプレッサ
において、オイルチャンバと第２のピストンで二分され
るシリンダ室のうち第１のピストン側の空間たる室２３
ｃを接続する配管を設け、その途中に空気抜き機構３１
を設けたことを特徴とする、モータコンプレッサアンロ
ード時電力低減装置を提供するものである。

【００１２】また、他の手段として、前記空気抜き機構
は、電磁ソレノイドにより作動する三方電磁弁であるこ
とを特徴とする、モータコンプレッサアンロード時電力
低減装置を提供するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るモータコンプ
レッサアンロード時電力低減装置の実施の形態につい
て、図１及び図２に基づいて説明する。ここに、図１
は、本発明に係るモータコンプレッサアンロード時電力
低減装置を備えるモータコンプレッサの始動前及びアン
ロード時の状態を示す概念図であり、図２は、本発明に
係るモータコンプレッサアンロード時電力低減装置を備
えるモータコンプレッサの負荷運転時の状態を示す概念
図である。なお、以下の説明において、従来のモータコ
ンプレッサと同様の部分については、同一の符号を用い
るものとする。

【００１４】まず、本発明に係るモータコンプレッサア
ンロード時電力低減装置の構成について説明を行う。本
発明に係る基本的な構成は、従来のモータコンプレッサ
の構成と同様であり、圧縮機本体１０、圧縮機本体１０
に直結されるモータ１１、圧縮空気の貯蔵及び油の分離
・貯蔵をするオイルチャンバ１２よりなっており、オイ
ルチャンバ１２の先には、逆止弁３４を介して負荷４０
が接続されている。また、オイルチャンバ１２には、ア
ンロード時に開くように作動してオイルチャンバ１２内
の圧縮空気を抜くための電磁弁４１が接続されている。
圧縮機本体１０への空気の供給は吸気管１８により行わ
れ、その空気の量は、以下に説明する空気吸入量調節機
構で調節される。

【００１５】この空気吸入量調節機構は、エアクリーナ
１５からの吸気口１６を開閉して空気吸入量を調節する
吸気閉鎖弁１７、吸気閉鎖弁１７に対向する第１のピス
トンたるピストン２１ａ、吸気閉鎖弁１７とピストン２
１ａを接続しそれぞれを遠ざける方向に付勢力を与える
第１の弾性体たるバネ２２ａ、ピストン２１ａを支える
ダイヤフラム２４、ダイヤフラム２４の反吸気閉鎖弁側
の空間たる室２３ａ、ピストン２１ａに対向する第２の
ピストンたるピストン２１ｂ、ピストン２１ｂに左方へ
の付勢力を与える第２の弾性体たるバネ２２ｂ、ピスト
ン２１ｂが内挿されるシリンダ室２３ｂ、ピストン２１
ｂで二分されるシリンダ室２３ｂのうちピストン２１ａ
側の空間たる室２３ｃ及びその反対側の空間たる室２３
ｄ、エアクリーナ１５と室２３ｄを接続するＢ１配管２
５、室２３ｄと吸気管１８を接続するＢ２配管２６、オ
イルチャンバ１２と室２３ｃを接続するＣ配管２７、オ
イルチャンバ１２と室２３ａを接続するＤ配管２８、Ｄ
配管２８の途中に設けられ圧力が設定値以上になると開
く機構を有する圧力調整弁３０、により構成され、以上
までの構成は、従来のモータコンプレッサ（図３ないし
図５参照）に対してＤ配管２８の途中に設けられる電磁
弁４２を除いたものである。

【００１６】本発明に係るモータコンプレッサアンロー
ド時電力低減装置は、これらの構成を有するモータコン
プレッサにおいて、オイルチャンバ１２と室２３ｃを接
続するＣ配管２７の途中に、空気抜き機構３１を設けた
ことを特徴とするものである。この空気抜き機構３１
は、アンロード時において室２３ｃ内の圧縮空気を抜く
ように構成されるものである。

【００１７】この空気抜き機構３１としては、図１及び
図２に示すように、電磁ソレノイドにより作動する三方
電磁弁を用いることが考えられる。具体的には、オイル
チャンバ１２と室２３ｃを接続するＣ配管２７の途中
に、電磁ソレノイド３３により作動する三方電磁弁３２
を設け、三方電磁弁３２の出口の一方を、先端が外気に
接触するＥ配管２９に接続するように構成する。この三
方電磁弁３２は、負荷運転時においては、オイルチャン
バ１２と室２３ｃとを連通する方向に開いているが、ア
ンロード時において電磁ソレノイド３３がアンロード信
号を受けた場合には、室２３ｃとＥ配管２９とが連通す
る方向に開くように構成される。

【００１８】なお、この空気抜き機構に関しては、アン
ロード時において室２３ｃ内の圧縮空気を抜くように構
成されるものであれば、本実施の形態に示すような電磁
ソレノイドにより作動する三方電磁弁を用いたものに限
定されないことは当然である。

【００１９】次いで、本発明に係るモータコンプレッサ
アンロード時電力低減装置の動作について説明を行う。
第１に、図１に示すモータコンプレッサの始動前の状態
については、従来のモータコンプレッサの始動前の状態
（図３）に準ずるものであり、また、第２に、図２に示
すモータコンプレッサの負荷運転時の状態についても、
従来のモータコンプレッサの負荷運転時の状態（図４）
に準ずるものであるため、ここではその説明を省略す
る。

【００２０】第３に、モータコンプレッサのアンロード
時（無負荷運転時）の状態を、図１に基づいて説明す
る。 （１） 負荷４０で圧縮空気が消費されないアンロード
時の状態になると、アンロード信号が電磁ソレノイド３
３に送られ、その信号を受けた電磁ソレノイド３３は、
それに接続されている三方電磁弁３２が室２３ｃと先端
が外気に接触するＥ配管２９とが連通する方向に開くよ
うに作動する。 （２） すると、室２３ｃ内に残留していた圧縮空気
が、Ｃ配管２７・三方電磁弁３２・Ｅ配管２９を通過し
て外気中に放出されるため、室２３ｃ内の圧力が低下す
る。 （３） 室２３ｃ内の圧力が低下すると、室２３ｃ内の
圧力にバネ２２ｂの付勢力が打ち勝って、ピストン２１
ｂが左方に移動を開始する。するとピストン２１ｂとピ
ストン２１ａが接触し、バネ２２ａが縮められてピスト
ン２１ａと吸気閉鎖弁１７が接触し、吸気閉鎖弁１７が
エアクリーナ１５からの吸気口１６を閉鎖する。即ち、
モータコンプレッサの始動前の状態と同様になる。

【００２１】この状態でアンロード時に開くように作動
する電磁弁４１を開いてオイルチャンバ１２内の圧縮空
気を放出して、オイルチャンバ１２内の圧力をより低下
させても、バネ２２ｂ・ピストン２１ｂ・ピストン２１
ａの作用により吸気閉鎖弁１７はエアクリーナ１５から
の吸気口１６を閉鎖したままの状態である。従って、吸
気閉鎖弁１７が開いて空気を吸入し圧力が上昇するとい
うことはなく、オイルチャンバ１２内の圧力のさらなる
低減が可能となる。具体的には、従来のモータコンプレ
ッサを用いた場合のアンロード時における圧力である約
２．４Kgf／cm² を、約０．８Kgf／cm² に低減すること
ができる。このため、それに応じて圧縮機本体１０及び
モータ１１にかかる負荷が軽減され、アンロード時にお
けるモータ１１の消費電力の低減を図ることができる。
具体的には、約３割から４割程度の消費電力の低減が可
能となる。

【００２２】なお、本発明を用いたモータコンプレッサ
にあっては、アンロード時において室２３ｃ内の圧縮空
気を放出し、バネ２２ｂの付勢力によってピストン２１
ｂ及びピストン２１ａを介して吸気閉鎖弁１７を吸気口
１６に押し付け、アンロード時の状態を保つ構成として
いるため、従来のモータコンプレッサにおいて、アンロ
ード時に作動してオイルチャンバ１２内の圧力低下を維
持するために設けられていた電磁弁４２を設ける必要が
なくなり、より簡便な構造となる。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係るモータコンプレッサアンロ
ード時電力低減装置は、従来のモータコンプレッサに、
シリンダ室２３ｂ内の室２３ｃ内の圧縮空気を放出する
ための空気抜き機構、例えば電磁ソレノイドにより作動
する三方電磁弁を備えることとしたので、以下の効果を
奏するものである。 （１） アンロード時において、第２の弾性体・第２の
ピストン・第１のピストンの作用により、吸気閉鎖弁が
エアクリーナからの吸気口を閉鎖したままの状態を保つ
ことができるため、オイルチャンバ内の圧力、即ち圧縮
機本体の圧力を大幅に低減することができ、圧縮機本体
及びモータの負荷を低減することができるため、モータ
の消費電力を大幅に低減することができる。具体的に
は、従来のモータコンプレッサと比べて約３割から４割
程度の消費電力の低減が可能となり、その効果は甚大で
ある。 （２） 従来のモータコンプレッサに、空気抜き機構を
追加するだけで良いため、比較的簡単に上記（１）の効
果を得ることができる。 （３） 従来のモータコンプレッサにおいて設けられ
る、アンロード時に作動してオイルチャンバ内の圧力低
下を維持する電磁弁を設ける必要がなくなるため、より
簡便な構造となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータコンプレッサアンロード時
電力低減装置を備えるモータコンプレッサの始動前及び
アンロード時の状態を示す概念図である。

【図２】本発明に係るモータコンプレッサアンロード時
電力低減装置を備えるモータコンプレッサの負荷運転時
の状態を示す概念図である。

【図３】従来のモータコンプレッサの始動前の状態を示
す概念図である。

【図４】従来のモータコンプレッサの負荷運転時の状態
を示す概念図である。

【図５】従来のモータコンプレッサのアンロード時の状
態を示す概念図である。

【符号の説明】

１０ 圧縮機本体 １１ モータ １２ オイルチャンバ １５ エアクリーナ １６ 吸気口 １７ 吸気閉鎖弁 １８ 吸気管 ２１ａ ピストン（第１のピストン） ２１ｂ ピストン（第２のピストン） ２２ａ バネ（第１の弾性体） ２２ｂ バネ（第２の弾性体） ２３ａ 室 ２３ｂ シリンダ室 ２３ｃ 室 ２３ｄ 室 ２４ ダイヤフラム ２５ Ｂ１配管 ２６ Ｂ２配管 ２７ Ｃ配管 ２８ Ｄ配管 ２９ Ｅ配管 ３０ 圧力調整弁 ３１ 空気抜き機構 ３２ 三方電磁弁 ３３ 電磁ソレノイド ３４ 逆止弁 ４０ 負荷 ４１ 電磁弁 ４２ 電磁弁

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−118079（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−114996（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−95188（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−69988（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 49/00 361 F04B 41/02 F04B 45/053 F16K 17/04 F16K 31/06 310

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エアクリーナからの吸気口を開閉する吸
   気閉鎖弁、吸気閉鎖弁に対向する第１のピストン、吸気
   閉鎖弁と第１のピストンを接続し付勢力を与える第１の
   弾性体、第１のピストンを支えるダイヤフラム、第１の
   ピストンに対向する第２のピストン、第２のピストンに
   付勢力を与える第２の弾性体、第２のピストンが内挿さ
   れるシリンダ室、及び、オイルチャンバとダイヤフラム
   の反吸気閉鎖弁側の空間たる室（２３ａ）を接続する配
   管の途中に設けられる圧力調整弁よりなる空気吸入量調
   節機構を有するモータコンプレッサにおいて、 オイルチャンバと第２のピストンで二分されるシリンダ
   室のうち第１のピストン側の空間たる室（２３ｃ）を接
   続する配管を設け、その途中に空気抜き機構（３１）を
   設けたことを特徴とする、モータコンプレッサアンロー
   ド時電力低減装置。
2. 【請求項２】 前記空気抜き機構は、 電磁ソレノイドにより作動する三方電磁弁であることを
   特徴とする、請求項１に記載のモータコンプレッサアン
   ロード時電力低減装置。