JP3599832B2

JP3599832B2 - 可搬型コンプレッサ装置

Info

Publication number: JP3599832B2
Application number: JP14871995A
Authority: JP
Inventors: 幸雄根本; 忠範間藤
Original assignee: 兼松日産農林株式会社; 株式会社甲府明電舎
Priority date: 1995-06-15
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-12-08
Also published as: JPH08338369A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空気等の気体を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動するモータと、圧縮機構から出力される圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンクとを有する可搬型のコンプレッサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気等の気体を圧縮する圧縮機構と、この圧縮機構を駆動するモータと、圧縮機構から出力される圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンクとを有する可搬型のコンプレッサ装置は、例えば、木造家屋建築用空気圧式釘打機の動力源となる圧縮空気の供給源として用いられている。木造家屋の建築現場における空気圧式釘打機の動力源として用いられるコンプレッサ装置は、持ち運びのできるもの、すなわち可搬型のものでなければならず、軽量小型であるのが望ましい。一方、釘の時間当たりの打込み数を増大させて釘打機の作業能率を高めるため、コンプレッサ装置から時間当たりの圧縮空気の吐出量を増大することが求められ、これにより、モータ出力の大きいことが求められている。
【０００３】
かかる可搬型のコンプレッサ装置の代表例を図１に示す。図１において、コンプレッサ装置１は、圧縮機構２と、圧縮機構２を駆動するモータ３と、圧縮機構２から出力される圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンク５とを有する。圧縮機構２は、ピストン６及びシリンダ７を備えた往復圧縮機構で成り、ピストン６及びシリンダ７の上部には吸込弁９及び吐出弁１０が設けられ、吸込弁９からシリンダ７に吸入された空気は、ピストン６の上動によって圧縮され、吐出弁１０を押上げる圧力にまで圧縮されると、吐出弁１０から圧縮空気が出力され、この圧縮空気はパイプ１１を通して蓄圧タンク５に貯蔵される。タンク５の圧縮空気は、圧力調整器１３等を通してホース１４から、上記の空気圧式釘打機等に供給される。ピストン６には連接棒１５が取付けられ、この連接棒１５は、クランク手段を介して、モータ３のシャフト１７に連結されており、シャフト１７の回転によってピストン６がシリンダ７内を往復動する。モータ３は、内側の回転子１８と回転子１８の外側の固定子１９とから成り、シャフト１７は回転子１８に固定されて回転子１８の回転によって回転する。圧縮機構２において高い圧縮力を得るためには、モータ３の回転力と回転子１８の慣性力とでは十分でなく、クランク手段に慣性おもりを形成したクランク軸兼慣性おもり２１を、シャフト１７に連結している。これにより、モータの回転力と回転子１８の慣性力に、慣性おもり２１の慣性力が加わって、圧縮機構２では必要とする高い圧縮力を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
木造家屋建築用釘打機のためのコンプレッサ装置は運搬できることが必須であり、その一方で、コンプレッサ装置から時間当たりの圧縮空気の吐出量を増大するため、出力の大きいモータが求められている。しかし、上記したように、出力の増大のために、モータには慣性おもりが設けられており、この慣性おもりによる重量の増大は、コンプレッサ装置全体の重量の増加となり、持ち運びに適するものとはいえない。また、従来のコンプレッサ装置に使用されるモータは、単相１００Ｖの、コンデンサ始動式誘導モータ（始動後コンデンサを切り離すもの）またはコンデンサ運転式誘導モータ（始動後もコンデンサを接続したもの）が用いられている。これらの誘導モータは、周波数と極数によってモータの回転数が定まり、最高圧力付近ではモータに対する負荷率が１００％近くにまで達するものの、圧力の低い段階ではモータ出力を十分に活用できない。誘導モータの回転数の制御のためには周波数を可変できるインバータを使用することが考えられるが、かかるインバータは高価であり、またインバータの設置のための重量が加わり、可搬性を損なうことにもなる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、軽量で且つ小型に形成でき、持ち運びの容易な可搬型のコンプレッサ装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、モータを、最高圧力のときだけでなく、低圧力時においても、モータの負荷率を高くできるコンプレッサ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明によれば、空気等の気体を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を、圧縮気体を出力するように駆動するモータと、圧縮機構から出力される圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンクとを有する可搬型のコンプレッサ装置であって、モータは、内側の固定子と、その固定子の外側の回転子とを有し、該回転子が圧縮機構の駆動の際の慣性おもりとして機能するように形成されていることを特徴とするコンプレッサ装置が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、上記のコンプレッサ装置であって、モータがブラシレス直流モータで成り、蓄圧タンク内の圧力を検知してその圧力値を示す信号を出力するセンサを有し、該センサからの信号を受けて蓄圧タンクの圧力値に従ってモータの回転数を制御する制御手段が設けられていることを特徴とするコンプレッサ装置が提供される。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、モータが、内側の固定子と、その固定子の外側の回転子とから構成され、回転子が圧縮機構の駆動の際の慣性おもりとして機能するように形成されているので、従来のコンプレッサ装置に使用される慣性おもりを軽減または不要にでき、これによって、コンプレッサ装置の重量を軽減できる。一般に、回転体の慣性力は、質量（Ｇ）×直径の二乗（Ｄ^２）に比例することが知られている。本発明において、モータの回転子を外側に配置したことで、直径（Ｄ）を大きくすることができ、これによって、従来の慣性おもりの役割が、大きく回転子に任せられることになる。また、回転子には、回転子フレームに複数の磁石部材が取付けられるので、その慣性力を大きくして、従来必要であった慣性おもりを不要にすることもできる。
【０００９】
また、モータをブラシレス直流モータとし、蓄圧タンクの圧力を検知するセンサを設け、蓄圧タンクの圧力値に従ってモータの回転数を制御することにより、モータを圧縮空気圧の圧力にふさわしい回転数にすることができる。従って、インバータ等の高価で重量の増大する手段を必要とすることなく、モータの負荷率を最高圧力にも、低圧力時にも、高く維持することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図２には、本発明の可搬型のコンプレッサ装置２３が示されている。本発明の可搬型のコンプレッサ装置２３は、空気等の気体を圧縮する圧縮機構２５と、この圧縮機構２５を駆動するモータ２６と、圧縮機構２５から出力される圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンク２７とを有する。
【００１１】
圧縮機構２５は、ピストン２９とシリンダ３０とから成る往復圧縮機構で構成されている。この圧縮機構２５では、空気の取り入れの点において、図１の圧縮機構２の構成とやや違っている。すなわち、空気は、ピストン２９が下方に移動するとき、ピストン２９の下方のクランク室３２から、ピストン２９及びその上面に設けられた吸込弁３３を通してシリンダ３０に供給される。クランク室３２には空気の取り入れのためにフィルタ３４が取付けられ、フィルタ３４のある空気取り入れ部３６以外のクランク室３２は閉じている。これにより、取り入れる空気は、全てフィルタ３４を通るので、清浄な吸入空気を取り入れることができる。
【００１２】
シリンダ３０に送られた空気は、ピストン２９の上方移動によって圧縮され、シリンダ内の空気が、シリンダ３０の上面に設けられた吐出弁３７を押上げる圧力にまで圧縮されると、吐出弁３７から圧縮空気が出力され、この圧縮空気はパイプ３８を通して蓄圧タンク２７に貯蔵される。なお、タンク２７の圧縮空気はホース４０から空気圧式釘打機等に供給される。ピストン２９には、連接棒（いわゆるコンロッド）４１が取付けられ、この連接棒４１の下端はクランク軸４２に軸受４３を介して連結されている。従って、クランク軸４２の回転によって、ピストン２９はシリンダ３０内を往復動し、フィルタ３４から取り入れた空気を圧縮して、圧縮機構２５から圧縮空気を出力する。なお、蓄圧タンク２７には、圧力調整スイッチ４４が設けられ、蓄圧タンク２７が過大圧力になるのを防止している。
【００１３】
モータ２６は、中心を貫通するシャフト４５と、シャフト４５の外周側にあって、モータの固定枠を成すブラケット４６に固定された固定子４８と、この固定子４８の外側に配置された回転子４９とから構成される。シャフト４５は、固定子４８を支持するブラケット４６に、２つの軸受５０、５２を介して回転自在に支持され、該シャフト４５の右端は、クランク軸４２に固定されている。固定子４８には、複数の磁界を発生してそれらの磁界を固定子の外周面に沿って移動させる（すなわち回転）させるように、電機子巻線が巻回されている。
【００１４】
回転子４９は、固定子４８の外周面を包囲する、円形の端板と環状部とで成るカップ型円筒容器形状のフレーム５３と、フレーム５３の環状部に、固定子４８に対面して取付けられた複数の磁石５４とから構成されている。従って、固定子４８の電機子巻線からの回転磁界によって、回転子４９が回転する。回転子４９のフレーム５３はシャフト４５の左端に固定されており、回転子４９の回転によってシャフトが回転する。なお、モータ２６はブラシレス直流モータであり、図３に示す制御装置によって駆動が制御される。また、この制御装置は、コンプレッサ装置２３の圧縮機構２５とモータ２６とを包囲し支持するハウジング５６に取付けられた回路基板５７に設けられている。更に、ハウジング５６には冷却ファン５８が取付けられている。
【００１５】
上記のように、本発明のコンプレッサ装置２３では、モータ２６が内側の固定子４８と外側の回転子４９とから構成されている。特に、回転子４９は、円筒容器形状のフレーム５３と、このフレーム５３の環状部に固定子４８に対面して取付けられた複数の磁石５４とから構成され、その回転子４９が圧縮機構２５のピストン２９の連接棒４１に連結されたモータのシャフト４５に連結されているので、回転子４９は、圧縮機構２５の駆動の際の慣性おもりとして機能する。従って、回転子４９の回転によって、モータには大きな慣性力が加わり、モータ２６の回転力と回転子４９の慣性力とで、圧縮機構２５に対して大きな圧縮力を与えることができる。すなわち、前述の如く、回転体の慣性力は、質量（Ｇ）×直径の二乗（Ｄ^２）に比例するため、回転子４９の直径を大きくすることで、慣性力を十分に大きくすることができ、大きな圧縮比を得ることができる。すなわち、従来のコンプレッサ装置にあった慣性おもりの役割を、回転子４９に任せることができ、従来必要であった慣性おもりを軽減または不要にできる。実際、本発明に係るコンプレッサ装置２３においては、従来のコンプレッサ装置（すなわち図１のコンプレッサ装置１）に使用される慣性おもり（図１の慣性おもり２１）が設けられていない。このように従来のコンプレッサ装置の重量の増大の要因であった慣性おもりを軽減若しくは不要にすることによって、コンプレッサ装置の重量の軽減が可能になり、更に、圧縮機構で高い圧縮力を得ることができるため、モータを小型にでき、コンプレッサ装置２３の全体の軽量化と小型化とを可能にする。特に、回転子のトルク（回転力）は、〔磁場直径の二乗〕×〔磁場の幅〕によって定まるので、磁場直径すなわちＤ^２を大きくすることで、十分なトルクが得られ、磁場の幅すなわち回転子及び固定子の幅を小さくすることが可能になり、これによってモータを更に小型にできる。
【００１６】
ところで、空気圧式釘打機にコンプレッサ装置を用いると、蓄圧タンクの空気圧は釘打機の動作によって変動する。この空気圧の変動にともなってモータの負荷も変動するが、モータ出力は負荷の変動にかかわらずその出力を全部活用できるのが望ましい。従来のコンプレッサ装置においては、単相１００ボルトの誘導モータが使用されており、この誘導モータでは周波数と極数によってモータの回転数が定められてしまい、最高圧力付近ではモータに対する負荷率が１００％近くにまで達するものの、圧力の低い段階ではモータ出力を十分に活用していない。そこで、本発明においては、モータ２６を、いわゆるサイリスタモータとして知られているブラシレス直流モータで構成して、モータの回転数の制御を行うのを可能にしている。
【００１７】
上記のブラシレス直流モータで成るモータ２６の制御のために、例えば、図２の回路基板５７に設けられた図３の制御装置６０を使用することができる。制御装置６０は、商用交流電力６１を直流に変換するコンバータ６２と、変換した直流を、ブラシレス直流モータ２６の固定子（４８）の各電機子巻線６４に供給する、スイッチング電流に変換するトランジスタブリッジ６５とを備えている。トランジスタブリッジ６５の各トランジスタ６６のベースには、トランジスタの導通時間を制御する幅のパルス信号が入力される。
【００１８】
各電機子電流は、トランジスタブリッジ６５とモータ２６の電機子とを接続する電流供給線６８に設けられた電流センサ６９によって検出されて、電流フィードバック信号Ｉｂを得る。モータ２６内には、モータ内センサ７０が設けられ、回転子４９の磁極の位置信号と回転子４９の回転数すなわち速度とを出力している。トランジスタブリッジ６５には、トランジスタブリッジ６５から出力する電機子への電流を制御するため、電流制御部７２が接続され、電流制御部７２からは、各トランジスタ６６のベースへパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス信号が供給される。モータ内センサ７０からの位置信号は、位置信号合成部７３によって位置信号Ｖｐｂとして形成されて電流制御部７２に入力される。また、モータ内センサ７０からの速度信号は、速度信号合成部７４によって速度フィードバック信号Ｖｖｂとして形成され、この信号Ｖｖｂが、速度制御部７６に入力され、速度制御部７６からの信号は、電流制御部７２に入力されている。電流制御部７２は、位置信号Ｖｐｂと速度制御部７６からの速度信号とによって、トランジスタブリッジ６５の各トランジスタ６６の導通時間と周期を制御するように、パルス幅が調整され且つ繰り返し周波数が調整されたパルスを出力する。速度制御部７６は、モータ２６の速度を定めるように、電流制御部７２を制御する。
【００１９】
本発明においては、モータ２６の速度すなわち回転数が、蓄圧タンク２７内の圧力に従って調整される。このため、蓄圧タンク２７内の圧力を検知してその圧力値を示す信号を出力する圧力センサ７７が設けられる。圧力センサ７７は半導体圧力センサを用いることができる。圧力センサ７７は、図２に示すように、蓄圧タンク２７の出力部となるホース４０への連結部７８に配置できる。図３の制御装置６０において、圧力センサ７７の出力は蓄圧タンク２７の圧力を示す。なお、本発明において、モータ２６の回転数すなわち速度を蓄圧タンク内の圧力によって調整するので、圧力センサ７７の出力は、速度指令信号Ｖｓとして示されている。この速度指令信号Ｖｓは、速度フィードバック信号Ｖｖｂが入力された速度制御部７６に入力され、速度制御部７６において、圧力センサ７７から得られた蓄圧タンクの圧力値に従って調整された速度信号が電流制御部７２に入力される。これによって、電流制御部７２は、蓄圧タンクの圧力に従ってトランジスタブリッジ６５を制御し、この制御によってブラシレス直流モータ２６は、蓄圧タンクの圧力に適した速度すなわち回転数に制御される。すなわち、高圧力時にでも低圧力時にでも、その圧力に適するように、モータの回転数を調整して、モータの負荷率を高圧力時にも、低圧力時にも、高く維持することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のコンプレッサ装置に使用される慣性おもりを軽減または不要にでき、これによって、コンプレッサ装置の重量を軽減できる。従って、可搬型のコンプレッサ装置が、軽量で且つ小型に形成でき、持ち運びが極めて容易になる。また、モータを圧縮空気圧の圧力にふさわしい回転数にすることができ、モータの負荷率を高圧力時にも、低圧力時にも、高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の可搬型のコンプレッサ装置の一部断面にした正面図である。
【図２】本発明に係る可搬型のコンプレッサ装置の断面正面図である。
【図３】本発明に係るコンプレッサ装置の制御装置のブロック回路図である。
【符号の説明】
１従来の可搬型コンプレッサ装置
２圧縮機構
３モータ
５蓄圧タンク
６ピストン
７シリンダ
９吸込弁
１０吐出弁
１５連接棒
１７シャフト
２１慣性おもり
２３本発明の可搬型コンプレッサ装置
２５圧縮機構
２６モータ（ブラシレス直流モータ）
２７蓄圧タンク
２９ピストン
３０シリンダ
３３吸込弁
３４フィルタ
３７吐出弁
３８パイプ
４０ホース
４１連接棒
４２クランク軸
４５シャフト
４６ブラケット
４８固定子
４９回転子
５３回転子のフレーム
５４回転子の磁石
５６ハウジング
５７回路基板
６０モータの制御装置
６２コンバータ
６４電機子巻線
６５トランジスタブリッジ
７０モータ内センサ
７２電流制御部
７６速度制御部
７７圧力センサ

Claims

空気等の気体を圧縮する圧縮機構と、該圧縮機構を、圧縮気体を出力するように駆動するモータと、前記圧縮機構から出力される圧縮気体を貯蔵する蓄圧タンクとを有する可搬型のコンプレッサ装置において、
前記モータは、内側の固定子と、その固定子の外側の回転子とを有し、該回転子が前記圧縮機構の駆動の際の慣性おもりとして機能するように形成されていることを特徴とするコンプレッサ装置。
請求項１に記載のコンプレッサ装置において、前記圧縮機構はピストン・シリンダを用いた往復圧縮機構であり、前記固定子の中心にはモータのシャフトが回転自在に貫通しており、該シャフトの一端に前記回転子が連結されており、該シャフトの他端は、前記圧縮機構のピストン連接棒にクランク手段を介して連結されていることを特徴とするコンプレッサ装置。
請求項１に記載のコンプレッサ装置において、前記モータはブラシレス直流モータであり、前記蓄圧タンク内の圧力を検知してその圧力値を示す信号を出力するセンサを有し、該センサからの信号を受けて蓄圧タンクの圧力値に従って前記モータの回転数を制御する制御手段が設けられていることを特徴とするコンプレッサ装置。