JP4009949B2 - Air compressor and control method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気釘打機等の空気工具に用いられる圧縮空気を生成する空気圧縮機及びその制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に空気工具に用いられる空気圧縮機は、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動させることにより、吸気弁から吸い込んだ空気を圧縮するように構成されている。そして圧縮機本体で形成された圧縮空気は排気弁からパイプを通して空気タンクに吐出され、このタンク内に貯留される。空気動工具はこのタンクに貯留された圧縮空気を用いて釘打等の作業を行うものである。
【0003】
このような空気圧縮機は建築現場に持ち運び野外で用いられたり、人家の密集している場所で使用されることが多いため、いろいろな観点から改良が求められている。本発明者等が現場で使用されている状況を調査した結果、ユーザから求められている要求、技術課題は次のような項目に整理することができる。
【0004】
(1)低騒音化
空気圧縮機はモータの回転をシリンダ内のピストンの往復動に変換する機構を有するためにモータの回転時にはかなりの騒音が発生するのを避けられない。またこの空気圧縮機からの圧縮空気を利用する釘打機なども作動時に作動音を出すため空気圧縮機自体の騒音と相まって建築現場の周囲にかなりの騒音を発生することとなる。特に人家の密集しているところで早朝や夕方以降に使用するときにはできるだけこの騒音を低減して欲しいという要求が大きい。
【0005】
(2)高パワー高効率化
空気圧縮機が用いられる現場は、必ずしも十分な電力環境にあるとは限らず、むしろ長いコードを用いて別の場所から電源電圧を供給するために十分な大きさの電圧が確保できなかったり、多数の空気工具を同時に使用するために圧縮空気が大量に消費されるような環境で使用されることがある。
【0006】
このため、空気圧縮機から高パワーの出力を発生できなくなることがあり、出力が不足した状態で例えば釘打機を使用するといわゆる釘浮き現象が生じ、十分に釘を加工材に打ち込むことができなくなるという問題を生ずる。
【0007】
また空気圧縮機は通常、空気タンクに26〜30kg/cmの空気を貯留しているが、この空気は工具を使用していない期間にも少しずつリークすることを避けられず、使い方によっては効率の低下を招くという問題もある。
【0008】
(3)小型化可搬性の向上
空気動工具用の空気圧縮機はまれに据置型として用いられるものもあるが、殆どは可搬型であり建築現場に持ち込んで使用される。従ってできるだけ小型で可搬性に優れていることも要求される。従って圧縮空気生成部及びこれを駆動する駆動部の構成を複雑にして可搬性を損なうことは極力避けなければならない。
【0009】
(4)長寿命化
冷蔵庫や空調機等に用いられるコンプレッサに比べ空気動工具に用いられる空気圧縮機は寿命が短いという問題がある。これは過酷な環境で用いられるため、一面においては止むを得ないところでもあるが、できるだけ負荷の変動を抑制したり、無駄な圧縮空気の生成を抑えることにより更に寿命の長期化を図ることが望まれている。
【0010】
(5)温度上昇の抑制
シリンダ内のピストンの往復動及びピストンを駆動するモータに流れる電流により空気圧縮機はかなり高温になるのを避け難い。しかしながら圧縮機が高温になると損失が大きくなり高効率化を阻害する原因にもなる。従って空気圧縮機の温度上昇を可及的に抑制することも強く要望されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたようないくつかの技術課題の中で本発明は特に上記(1)の低騒音化及び(2)の高パワー高効率化の問題を改善しようとするものである。
【0012】
具体的には、本発明の目的は空気使用量が多い時はパワフルで使い勝手が良く、空気使用量が少ない時は音の静かな空気圧縮機を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し、上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、該駆動部を制御するための制御回路部と、上記タンク部の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサを有し、上記制御回路部は、上記圧力センサからの検出信号に基づいて前記モータの回転数を予め定められた複数段階のレベルの回転数で駆動制御する空気圧縮機において、上記制御回路部は、タンク部の圧力Pの値と、所定時間ΔTにおけるタンク圧力Pの圧力変化率ΔP/ΔTの値の両方の値と、上記複数段階のレベルの回転数との関係を表すテーブル情報を格納するメモリを有し、前記圧力P及び圧力変化率ΔP/ΔTの値から該メモリを検索して複数段階のレベルの回転数の中から一つを選択し、選択された回転数でモータを駆動するようにしたことを特徴とする空気圧縮機。
【0015】
本発明の他の特徴は、前記モータの回転数を0、N、2N、3N、…nN(nは任意の数)のように多段階に設定し、制御回路部によりその一つを選択してモータを制御するようにしたことにある。このように、多段階に制御することにより、従来のオン・オフ制御に比べて圧縮空気の生成の効率を向上することができる。
本発明の他の特徴は以下の説明により一層明瞭に理解される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明にかかる空気圧縮機は図1の概念図に示すように圧縮空気を貯留するタンク部10、圧縮空気を生成する圧縮空気生成部20、該圧縮空気生成部20を駆動するための駆動部30及び該駆動部30を制御するための制御回路部40より構成されている。
【0017】
(1)タンク部10
タンク部10は図2に示すように高圧圧縮空気を貯留するための空気タンク10Aを有し、圧縮部20Aの吐出口に連結されたパイプ21を通して例えば20〜30kg/cmの高圧圧縮空気が供給される。
【0018】
上記空気タンク10Aには通常複数個の圧縮空気取出口18、19が設けられており、本実施例では低圧の圧縮空気を取り出すための取出口18と、高圧の圧縮空気を取り出すための取出口19が取り付けられている例が示されている。勿論本発明がこれに限定されるものではない。
【0019】
低圧用圧縮空気取出口18は減圧弁12を介して低圧用カプラ14に接続されている。減圧弁12はその入口側の圧縮空気の圧力に拘らず出口側の圧縮空気の最高圧力が定められており、本実施例ではその最高圧力が7〜10kg/cmの範囲の所定値に選定されている。従って減圧弁12の出口側からは空気タンク10Aの圧力に拘らず上記の最高圧力以下の圧力の圧縮空気が得られる。
【0020】
減圧弁12の出力側の圧縮空気は低圧用カプラ14を介して図1に示した低圧用の空気工具51に供給される。
【0021】
一方高圧用圧縮空気取出口19は減圧弁13を介して高圧用カプラ15に接続されている。減圧弁13はその入口側の圧縮空気の圧力に拘らず出口側の圧縮空気の最高圧力が定められており、本実施例ではその最高圧力が10〜30kg/cmの範囲の所定値に選定されている。従って減圧弁13の出口側からはこの最高圧力以下の圧力の圧縮空気が得られる。減圧弁13の出力側の圧縮空気は高圧用カプラ15を介して図1に示した高圧用の空気工具52に供給される。
【0022】
減圧弁12及び13には低圧用圧力計16及び高圧用圧力計17がそれぞれ取り付けられており、減圧弁12及び13の出口側の圧縮空気の圧力をモニタできるように構成されている。また低圧用カプラ14と高圧用カプラ15は寸法が異なり互換性がないので低圧用カプラ14には高圧用の空気工具52を接続することができず、また高圧用カプラ15には低圧用の空気工具51は接続することができないように構成されている。このような構成は既に本願発明と同一の出願人により特開平4−296505に出願されている。
【0023】
上記空気タンク10Aの一部には圧力センサ11が取り付けられており、タンク10A内の圧縮空気の圧力が検出される。この検出信号は制御部40に供給され、後述のモータの制御に用いられる。また空気タンク10Aの一部には安全弁10Bが取り付けられており、空気タンク10A内の圧力が異常に高くなったときにその空気の一部を外部に逃がして安全を確保している。
【0024】
(2)圧縮空気生成部20
圧縮空気生成部20はシリンダ内にピストンを往復運動させ、シリンダの吸気弁からシリンダ内に引き込まれた空気を圧縮することにより圧縮空気を生成するもので、このように圧縮機自体は既に公知である。例えば本願発明と同一の出願人により出願されている特開平11−280653にはモータの回転を、ロータ軸の先端に設けたピニオン及びこれとかみ合うギアを介して出力軸に伝達し、出力軸の運動によりピストンを往復動される機構が開示されている。
【0025】
ピストンがシリンダ内を往復動するとシリンダヘッドに設けられた吸気弁より引き込まれた空気が圧縮され、所定の圧力に達するとシリンダヘッドに設けられた排気弁から圧縮空気が得られる。この圧縮空気は図2のパイプ21を通して前述の空気タンク10Aに供給される。
【0026】
(3)駆動部30
駆動部30は上述のピストンを往復運動させるための駆動力を発生させるもので図3に示すようにモータ33とモータ駆動回路32及び電源回路31より構成されている。電源回路31は100Vの交流電源310の電圧を整流するための整流回路313及び整流された電圧を平滑し、昇圧した後定電圧にするための平滑・昇圧・定電圧回路314を含んでいる。
【0027】
また必要に応じて電源310の両端の電圧を検出するための電圧検出器311及び電源310に流れる電流を検出するための電流検出器312を設け、各検出器311及び312の出力信号が後述の制御部40に供給される。これらの検出器311、312は例えば、電源310のブレーカ(図示せず)が切れない範囲で極めて短時間の間、モータ33を超高速回転するような場合の制御に用いられるが、本実施例の制御には直接関係しないため詳細な説明は省略する。また定電圧回路314により一定の電圧を得るためにも制御部40が関与するが定電圧回路の構成自体は公知であるのでここでは詳しく述べない。
【0028】
モータ駆動回路32は直流電圧からU相、V相、W相の3相のパルス電圧を発生するためのスイッチング用トランジスタ321〜326を含んでいる。各トランジスタ321〜326のオン・オフは制御部40によって制御される。各トランジスタ321〜326に供給されるパルス信号の周波数を制御することによって、モータの回転数を制御している。
【0029】
一例として、モータ33の回転数Nは、0rpm,1200rpm,2400rpm,3600rpmのように、基準値Nの任意の数n倍に多段階に設定され、この中から選択された回転数で駆動するように制御される。
【0030】
各スイッチング用トランジスタ321〜326には並列にダイオードが接続されているが、これはモータ33のステータ33Aに発生する逆起電力によりトランジスタ321〜326が破壊するのを防止するためのものである。
【0031】
次にモータ33はステータ33Aとロータ33Bを含む。ステータ33AにはU相、V相、W相の巻線331、332、333が形成されており、これら巻線331〜333に流れる電流によって回転磁界が形成される。
【0032】
ロータ33Bは本実施例では永久磁石から構成され、ステータ33Aの巻線331〜333に流れる電流により形成される回転磁界により回転する。このロータ33Bの回転力が前述の圧力空気生成部20(図1)のピストンを動作させる駆動力になる。
【0033】
モータ33にはステータ33Aの巻線の温度を検出するための温度検出回路334が設けられ、その検出信号が制御部40に供給される。また必要に応じてロータ33Bの回転数を検出する回転数検出回路335が設けられ、その検出信号が制御部40に供給される。
【0034】
(4)制御回路部40
制御回路部40は図1に示すように中央処理ユニット(以下CPUと略す)41、ランダムアクセスメモリ(以下RAMと略す)42、及びリードオンリメモリ(以下ROMと略す)43を含む。
【0035】
前述の圧力センサ11の検出信号及び温度検出回路334の検出信号はインターフェース回路(以下I/F回路と略す)44、45を介してCPU41に供給される。またCPUからの指令信号はI/F回路45を介して駆動部30のモータ駆動回路32に供給されスイッチング用トランジスタ321〜326(図3)の制御が行われる。
【0036】
ROM43には図4に示すようなモータの制御プログラムが格納されており、RAM42はそのプログラムの実行に必要なデータや演算結果を一時格納するために用いられる。
【0037】
(5)制御用のプログラム
図4は本発明の制御回路部40のROM43に格納されているプログラムのフローチャートを示す。
図4のステップ100においては初期設定が行われ、モータ33の回転数がN2(2400rpm)に設定される。次にステップ101においては後述のステップ109により回転数の変更があった場合に、その変更された回転数を制御回路部40のRAMに格納されているテーブルより検索して取り出し、設定値が変更される。本実施例においてはモータ33の回転数Nを4段階、即ちN0、N1、N2、N3に制御する例を示しており、それぞれ、N=0rpm、N1=1200rpm、N2=2400rpm、N3=3600rpmの各速度で制御することができる。勿論本発明はこのような例に限定されるものではなく、回転数Nを多段階に制御することも可能であり、またN0、N1、N2、N3の値も任意に設定することができる。
【0038】
ステップ102においては圧力センサ11(図2)により空気タンク10A内の圧縮空気の圧力P(t)が検出される。この圧力P(t)は制御回路部40内において適宜A/D変換され、RAM42の中の領域に格納される。
【0039】
次にステップ103においてタンク10A内の圧力Pが30kg/cmを超えたか否かの判定が行われ、もし越えた場合はステップ104に進みモータ33の回転を停止するように制御される。すなわち、本実施例では空気タンク10Aの圧力を26〜30kg/cmの範囲に保持されるように制御するために、30kg/cmを超えた場合にはモータ33の回転を停止し、圧縮空気生成部20の動作を停止する。
【0040】
空気タンク10A内の圧力Pが30kg/cmを超えていない場合はステップ105に進み、P(t)を測定した時点から5秒を経過したか(ΔT=5秒)否かの判定が行われる。これは単に空気タンク10A内の圧力を検出するだけでなく、圧力変化率ΔP/ΔTを検出するためである。もしΔT=5秒を経過したときには再びタンク10A内の圧力P(t+ΔT)を検出し、その値を制御回路部40のRAM42に格納する。
【0041】
ステップ107においては制御回路部40で圧力変化率ΔP/ΔTの算出が行われる。即ち本実施例ではΔT=5秒としてある時点tにおけるタンク内圧力P(t)とΔT後におけるタンク内の圧力P(t+ΔT)との差ΔP=P(t+ΔT)−P(t)を求め、次にΔP/ΔTの算出が行われる。通常、タンク10Aの圧力変化は緩やかであるので本実施例ではΔT=5秒としたが、圧力センサ11の取付場所や感度に応じてΔTの値は適宜選定される。
【0042】
次にステップ108では回転数遷移テーブルの選定が行われる。制御回路部40のRAM42には予め図5、図6、図7、図8に示すような4種類の回転数遷移判定テーブルが格納されている。モータ33の現在の回転数Nが初期値のN2(=2400rpm)のときは図5のテーブルが選択される。また現在の回転数NがN3(=3600rpm)のときは図6のテーブルが選択される。同様にして回転数NがN1のときは図7のテーブルが、NがN0のときは図8のテーブルが選択される。これらのテーブルは何れも縦軸にタンク内の圧力P、横軸にタンク内圧力の圧力変化率ΔP/ΔTをとってあり、それらの値からモータ33の回転数を決定するために用いられる。
【0043】
図5を例にとって説明すると、まずタンク内の圧力Pが30kg/cmを超えた場合はΔP/ΔTの値にかかわらず回転数をN0にする。つまりモータを停止する。これはタンク内の圧力を常に26kg/cmから30kg/cmの範囲に保持するように制御しているのであるから当然である。
【0044】
圧力変化率ΔP/ΔTが負であるということは、タンク10Aに供給される圧縮空気よりも消費される圧縮空気の方が多いことを意味するからモータ33の現在の回転数N2(=2400rpm)をこれよりも高い回転数N3(=3600rpm)に切換える制御が行われる。特に、空気動工具51、52(図1)がフル稼働しているような場合は圧縮空気の消費量が多くタンク10A内の圧力が急速に低下するおそれがあるので、この例ではΔP/ΔTが−1kg/cm以上のときはタンク内の圧力Pが30kg/cmにあれば直ちに回転数をN3に切換える。但し圧力変化率ΔP/ΔTが0〜−1kg/cmと比較的小さい場合は、タンク10Aの圧力Pが26kg/cm以上あれば引き続きN2の回転数でモータ33を運転し、タンク10Aの圧力Pが26kg/cmより下がったときにN3に切換える。またΔP/ΔTが0〜+1kg/cmの範囲にあるとき、即ち圧縮空気の消費よりも供給の方が若干多いときにはタンク10A内の圧力Pが20kg/cm以上あれば引き続きN2で運転し、これより低下したときにN3に切換える。
【0045】
ΔP/ΔTの値が+0.1〜+0.15kg/cmの範囲にあるときは、タンク10A内の圧縮空気の量が増加しつつあることを示しているからタンク内圧力Pが10kg/cm以上あればN2で回転し続け、10kg/cmより低下したらN3に切換える。ΔP/ΔTが+0.15〜+0.3kg/cmと大きくなると、急速にタンク内圧力Pの増加が予測されるのでタンク内の圧力が10kg/cm以上あればモータの回転数を現在のN2からN1に低下させるように制御する。
【0046】
以上の説明は現在運転中のモータ33の回転数をN2として、これからN0、N3、N1に遷移する場合であるが、現在の回転数がN3、N1、N0の場合には図6、図7、図8のように異なったパターンにより遷移するように制御される。
【0047】
図4に戻り、ステップ109においてはP(t+ΔT)、ΔP/ΔTから、選択された判定テーブルを検索し、モータ33の回転数を決定する。そしてこの回転数がステップ101においてRAM42に記憶され、モータ33の制御のために用いられる。
(6)動作
次に本発明装置の動作について説明する。
図9は回転数の遷移がない場合のタンク内圧力Pの変化カーブを示す。これは、例えば空気工具が全く使用されない状態であり、曲線aはモータ33を3600rpmで回転したとき、bは2400rpm、cは1200rpmで回転したときの変化を示す。回転数の設定値が2400rpmとすると、最初モータのスイッチを入れ、曲線bに従ってタンク内の圧力が上昇し、3分程度経過すると30kg/cmに達してモータの運転が停止する。そのまま放置しておくと圧力タンク内の圧縮空気はエア漏れのために少しずつリークして減少し、26kg/cmまで低下すると再びモータの運転が開始される。曲線a及びcの場合も同様に30kg/cmでモータがオフ、26kg/cmでオンとなるようなオン・オフ制御動作をする。
【0048】
図10〜13は本発明により回転数が多段階に制御される場合の回転数の遷移を説明するための図である。図10はモータの回転数Nが3600rpmで運転されていた状態から他の回転数に遷移する場合を示し、同様に図11、12、13はそれぞれ回転数Nが2400rpm、1200rpm、0rpmから他の回転数に遷移する場合を示す。
【0049】
図11を例にとって説明すると、時間Tの5秒間に、タンク内の圧力Pが曲線aのように変化した場合、即ち30kg/cmに達したときはN2(2400rpm)をN0(0rpm)に切換える。一方、曲線bのように徐々にタンク内圧力が上昇し、空気の消費量が極めて少ない場合はN2からN1(1200rpm)に切換えられるので圧力Pの上昇の度合いは小さくなる。
【0050】
また曲線cのように5秒間におけるタンク内圧力の変化が極めて小さく、空気の消費量が少ない場合はN2のままの回転数が維持されるので圧力Pの変化はきわめて小さい状態が維持される。
【0051】
更に曲線dのように5秒間における空気消費量が多く、タンク内の圧力Pが急激に低下した場合にはN2からN3(3600rpm)に切換えられるので圧力Pの低下の度合いは以前よりも緩和される。他の図10、12、13については詳しく述べないが、上記と同様に5秒間における空気消費量、即ち圧力変化率に応じて回転数の遷移が行われるので、空気消費量の時々刻々の変動が大きい場合でもタンク内圧力の急激な上昇及び低下を抑制することができる。
【0052】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように本発明にかかる空気圧縮機は、圧力タンクの圧縮空気の圧力の大きさと、その圧縮空気の変化率との両方から多段階に設定されたモータの回転数を決定し、その回転数によりモータを制御するように構成したので、単にタンク内圧力を所定の範囲に維持するだけでなく空気圧縮機の負荷に応じて消費空気量を予測しながらモータの運転を制御できる。このためタンク内圧力が極端に低下することがなく使い勝手が良い空気圧縮機を提供できる。また負荷の状態に応じて効率よく圧縮空気を生成できるために、モータを回転数の小さい状態で運転できる時間が長くなり、従来に比べ音の静かな空気圧縮機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる空気圧縮機の一実施例を示す概念図。
【図2】本発明にかかる空気圧縮機の一実施例を示す上面図。
【図3】本発明圧縮機におけるモータ駆動回路の一実施例を示す回路図。
【図4】本発明圧縮機の制御に用いられるプログラムの一実施例を示すフローチャート。
【図5】本発明圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。
【図6】本発明圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。
【図7】本発明圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。
【図8】本発明圧縮機の制御に用いられる回転数遷移判定テーブルの説明図。
【図9】従来の圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【図10】本発明圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【図11】本発明圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【図12】本発明圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【図13】本発明圧縮機の動作を説明するための圧力変化曲線図。
【符号の説明】
10:タンク部、10A:圧力タンク、10B:安全弁、11:圧力センサ、12、13:減圧弁、14、15:カプラ、16、17:圧力計、18、19:取出口、20:圧縮空気生成部、21:パイプ、30:駆動部、31:電源回路、32:モータ制御回路、33:モータ、33A:ステータ、33B:ロータ、311:電圧検出器、312:電流検出器、334:温度検出回路、335:回転数検出回路、40:制御回路部、41:CPU、42:RAM、43:ROM、44、45:I/F回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air compressor that generates compressed air used in an air tool such as an air nailer and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
In general, an air compressor used for a pneumatic tool rotates a crankshaft of a compressor main body by a motor, and reciprocates a piston in a cylinder according to the rotation of the crankshaft, thereby sucking air sucked from an intake valve. It is configured to compress. The compressed air formed in the compressor body is discharged from the exhaust valve through the pipe to the air tank and stored in this tank. The pneumatic tool performs operations such as nailing using compressed air stored in the tank.
[0003]
Since such an air compressor is often carried in a building site and used outdoors or in a crowded place, improvement is required from various viewpoints. As a result of investigating the situation in which the present inventors are used in the field, the requirements and technical issues required by the user can be organized into the following items.
[0004]
(1) Noise reduction Since the air compressor has a mechanism for converting the rotation of the motor into the reciprocating motion of the piston in the cylinder, it is inevitable that considerable noise is generated during the rotation of the motor. In addition, a nailing machine using compressed air from the air compressor generates an operating noise during operation, and therefore, a considerable noise is generated around the construction site in combination with the noise of the air compressor itself. In particular, there is a strong demand for reducing this noise as much as possible when used in an early morning or after the evening in a crowded place.
[0005]
(2) The site where the high-power and high-efficiency air compressor is used is not necessarily in a sufficient power environment, but rather large enough to supply a power supply voltage from another location using a long cord. May be used in an environment where a large amount of compressed air is consumed due to simultaneous use of a large number of pneumatic tools.
[0006]
For this reason, it may not be possible to generate a high power output from the air compressor. If the nail driver is used in a state where the output is insufficient, for example, a so-called nail floating phenomenon occurs, and the nail can be sufficiently driven into the workpiece. The problem of disappearing.
[0007]
Air compressors usually store 26-30 kg / cm 2 of air in an air tank, but this air cannot be avoided little by little even when the tool is not used. There is also a problem that the efficiency is lowered.
[0008]
(3) Miniaturization and improvement in portability Some air compressors for pneumatic tools are rarely used as stationary types, but most are portable and are used by bringing them to the construction site. Therefore, it is required to be as small as possible and excellent in portability. Therefore, it must be avoided as much as possible to complicate the configuration of the compressed air generating section and the driving section for driving the compressed air generating section and impair portability.
[0009]
(4) Longer life The air compressor used for an air moving tool has a problem that its life is shorter than a compressor used for a refrigerator or an air conditioner. Since this is used in harsh environments, it may be unavoidable on one side, but it is possible to further extend the life by suppressing fluctuations in load as much as possible and suppressing the generation of useless compressed air. It is desired.
[0010]
(5) Suppression of temperature rise It is difficult to avoid the air compressor from becoming very hot due to the reciprocating motion of the piston in the cylinder and the current flowing through the motor that drives the piston. However, when the compressor is heated to a high temperature, the loss is increased, which can hinder high efficiency. Therefore, there is a strong demand to suppress the temperature rise of the air compressor as much as possible.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Among several technical problems as described above, the present invention particularly aims to improve the above-mentioned problems of (1) low noise and (2) high power efficiency.
[0012]
Specifically, an object of the present invention is to provide an air compressor that is powerful and easy to use when the amount of air used is large and quiet when the amount of air used is small.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a tank unit for storing compressed air used in a pneumatic tool, a compressed air generating unit for generating compressed air and supplying the compressed air to the tank unit, and generating the compressed air. A drive unit having a motor for driving the unit, a control circuit unit for controlling the drive unit, and a pressure sensor for detecting the pressure of the compressed air in the tank unit, In the air compressor that controls the number of rotations of the motor at a predetermined number of rotations based on a detection signal from the pressure sensor, the control circuit unit is configured to control the value of the pressure P in the tank unit. And memory for storing table information representing the relationship between the value of the pressure change rate ΔP / ΔT of the tank pressure P at the predetermined time ΔT and the rotational speeds of the plurality of levels. And pressure change [Delta] P / [Delta] T value after searching the memory for selecting one of a rotational number of levels of a plurality of stages, an air compressor, characterized in that so as to drive the motor at a rotational speed that is selected.
[0015]
Another feature of the present invention is that the number of rotations of the motor is set in multiple stages such as 0, N, 2N, 3N,... NN (n is an arbitrary number), and one of them is selected by the control circuit unit. This is because the motor is controlled. Thus, by controlling in multiple stages, it is possible to improve the efficiency of generating compressed air compared to conventional on / off control.
Other features of the invention will be more clearly understood from the following description.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
As shown in the conceptual diagram of FIG. 1, an air compressor according to the present invention includes a tank unit 10 that stores compressed air, a compressed air generation unit 20 that generates compressed air, and a drive unit that drives the compressed air generation unit 20. 30 and a control circuit unit 40 for controlling the driving unit 30.
[0017]
(1) Tank unit 10
As shown in FIG. 2, the tank unit 10 has an air tank 10A for storing high-pressure compressed air, and high-pressure compressed air of, for example, 20 to 30 kg / cm 2 is passed through a pipe 21 connected to the discharge port of the compression unit 20A. Supplied.
[0018]
The air tank 10A is usually provided with a plurality of compressed air outlets 18 and 19, and in this embodiment, an outlet 18 for taking out low-pressure compressed air and an outlet for taking out high-pressure compressed air. An example in which 19 is attached is shown. Of course, the present invention is not limited to this.
[0019]
The low-pressure compressed air outlet 18 is connected to the low-pressure coupler 14 via the pressure reducing valve 12. Regardless of the pressure of the compressed air on the inlet side of the pressure reducing valve 12, the maximum pressure of the compressed air on the outlet side is determined. In this embodiment, the maximum pressure is selected to a predetermined value in the range of 7 to 10 kg / cm 2. Has been. Therefore, compressed air having a pressure equal to or lower than the maximum pressure can be obtained from the outlet side of the pressure reducing valve 12 regardless of the pressure of the air tank 10A.
[0020]
The compressed air on the output side of the pressure reducing valve 12 is supplied to the low pressure air tool 51 shown in FIG.
[0021]
On the other hand, the high-pressure compressed air outlet 19 is connected to the high-pressure coupler 15 via the pressure reducing valve 13. Regardless of the pressure of the compressed air on the inlet side, the pressure reducing valve 13 has a maximum pressure of the compressed air on the outlet side. In this embodiment, the maximum pressure is selected to be a predetermined value in the range of 10 to 30 kg / cm 2. Has been. Accordingly, compressed air having a pressure equal to or lower than the maximum pressure is obtained from the outlet side of the pressure reducing valve 13. The compressed air on the output side of the pressure reducing valve 13 is supplied to the high-pressure air tool 52 shown in FIG.
[0022]
A low pressure pressure gauge 16 and a high pressure gauge 17 are attached to the pressure reducing valves 12 and 13, respectively, so that the pressure of the compressed air on the outlet side of the pressure reducing valves 12 and 13 can be monitored. Further, since the low pressure coupler 14 and the high pressure coupler 15 have different dimensions and are not compatible, the high pressure air tool 52 cannot be connected to the low pressure coupler 14, and the low pressure air is not connected to the high pressure coupler 15. The tool 51 is configured so that it cannot be connected. Such a configuration has already been filed in JP-A-4-296505 by the same applicant as the present invention.
[0023]
A pressure sensor 11 is attached to a part of the air tank 10A, and the pressure of the compressed air in the tank 10A is detected. This detection signal is supplied to the control unit 40 and used for controlling a motor described later. Further, a safety valve 10B is attached to a part of the air tank 10A, and when the pressure in the air tank 10A becomes abnormally high, a part of the air is released to the outside to ensure safety.
[0024]
(2) Compressed air generation unit 20
The compressed air generator 20 generates compressed air by reciprocating the piston in the cylinder and compressing the air drawn into the cylinder from the intake valve of the cylinder. Thus, the compressor itself is already known. is there. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-280653 filed by the same applicant as the present invention, the rotation of the motor is transmitted to the output shaft through a pinion provided at the tip of the rotor shaft and a gear meshing therewith. A mechanism for reciprocating a piston by movement is disclosed.
[0025]
When the piston reciprocates in the cylinder, the air drawn from the intake valve provided in the cylinder head is compressed. When the piston reaches a predetermined pressure, compressed air is obtained from the exhaust valve provided in the cylinder head. This compressed air is supplied to the aforementioned air tank 10A through the pipe 21 of FIG.
[0026]
(3) Drive unit 30
The driving unit 30 generates a driving force for reciprocating the above-described piston, and includes a motor 33, a motor driving circuit 32, and a power circuit 31 as shown in FIG. The power supply circuit 31 includes a rectifier circuit 313 for rectifying the voltage of the AC power supply 310 of 100 V and a smoothing / boosting / constant voltage circuit 314 for smoothing and boosting the rectified voltage to obtain a constant voltage.
[0027]
Further, if necessary, a voltage detector 311 for detecting the voltage at both ends of the power supply 310 and a current detector 312 for detecting the current flowing through the power supply 310 are provided, and output signals of the detectors 311 and 312 are described later. It is supplied to the control unit 40. These detectors 311 and 312 are used, for example, for control in the case where the motor 33 is rotated at an extremely high speed for a very short time within a range in which a breaker (not shown) of the power source 310 is not cut off. Detailed control is omitted because it is not directly related to the control. The control unit 40 is also involved in obtaining a constant voltage by the constant voltage circuit 314, but the configuration of the constant voltage circuit itself is known and will not be described in detail here.
[0028]
The motor drive circuit 32 includes switching transistors 321 to 326 for generating a U-phase, V-phase, and W-phase pulse voltage from a DC voltage. On / off of each of the transistors 321 to 326 is controlled by the control unit 40. The number of rotations of the motor is controlled by controlling the frequency of the pulse signal supplied to each of the transistors 321 to 326.
[0029]
As an example, the rotational speed N of the motor 33 is set in multiple stages to an arbitrary number n times the reference value N, such as 0 rpm, 1200 rpm, 2400 rpm, and 3600 rpm, and is driven at a rotational speed selected from these. To be controlled.
[0030]
A diode is connected in parallel to each of the switching transistors 321 to 326 in order to prevent the transistors 321 to 326 from being destroyed by a counter electromotive force generated in the stator 33A of the motor 33.
[0031]
Next, the motor 33 includes a stator 33A and a rotor 33B. U-phase, V-phase, and W-phase windings 331, 332, and 333 are formed on the stator 33A, and a rotating magnetic field is formed by current flowing through the windings 331 to 333.
[0032]
In this embodiment, the rotor 33B is composed of a permanent magnet, and is rotated by a rotating magnetic field formed by a current flowing through the windings 331 to 333 of the stator 33A. The rotational force of the rotor 33B becomes a driving force for operating the piston of the aforementioned pressure air generating unit 20 (FIG. 1).
[0033]
The motor 33 is provided with a temperature detection circuit 334 for detecting the temperature of the winding of the stator 33 </ b> A, and the detection signal is supplied to the control unit 40. Further, a rotation speed detection circuit 335 for detecting the rotation speed of the rotor 33B is provided as necessary, and the detection signal is supplied to the control unit 40.
[0034]
(4) Control circuit unit 40
As shown in FIG. 1, the control circuit section 40 includes a central processing unit (hereinafter abbreviated as CPU) 41, a random access memory (hereinafter abbreviated as RAM) 42, and a read only memory (hereinafter abbreviated as ROM) 43.
[0035]
The detection signal of the pressure sensor 11 and the detection signal of the temperature detection circuit 334 are supplied to the CPU 41 via interface circuits (hereinafter abbreviated as I / F circuits) 44 and 45. A command signal from the CPU is supplied to the motor drive circuit 32 of the drive unit 30 via the I / F circuit 45 to control the switching transistors 321 to 326 (FIG. 3).
[0036]
The ROM 43 stores a motor control program as shown in FIG. 4, and the RAM 42 is used to temporarily store data and calculation results necessary for executing the program.
[0037]
(5) Control Program FIG. 4 shows a flowchart of a program stored in the ROM 43 of the control circuit unit 40 of the present invention.
In step 100 of FIG. 4, initial setting is performed, and the rotation speed of the motor 33 is set to N2 (2400 rpm). Next, in step 101, when the rotation speed is changed in step 109 described later, the changed rotation speed is retrieved from the table stored in the RAM of the control circuit unit 40, and the setting value is changed. Is done. In the present embodiment, an example is shown in which the rotational speed N of the motor 33 is controlled in four stages, that is, N0, N1, N2, and N3, and N = 0 rpm, N1 = 1200 rpm, N2 = 2400 rpm, and N3 = 3600 rpm, respectively. It can be controlled at each speed. Of course, the present invention is not limited to such an example, and the rotational speed N can be controlled in multiple stages, and the values of N0, N1, N2, and N3 can be arbitrarily set.
[0038]
In step 102, the pressure P (t) of the compressed air in the air tank 10A is detected by the pressure sensor 11 (FIG. 2). The pressure P (t) is appropriately A / D converted in the control circuit unit 40 and stored in an area in the RAM 42.
[0039]
Next, in step 103, it is determined whether or not the pressure P in the tank 10A has exceeded 30 kg / cm 2. If so, the routine proceeds to step 104 where control is performed to stop the rotation of the motor 33. That is, in order to control so as to maintain the pressure of the air tank 10A in the range of 26~30kg / cm 2 in the present embodiment, by stopping the rotation of the motor 33 when it exceeds 30kg / cm 2, compression The operation of the air generation unit 20 is stopped.
[0040]
If the pressure P in the air tank 10A does not exceed 30 kg / cm 2 , the routine proceeds to step 105, where it is determined whether or not 5 seconds have elapsed from when P (t) was measured (ΔT = 5 seconds). Is called. This is not only to detect the pressure in the air tank 10A but also to detect the pressure change rate ΔP / ΔT. If ΔT = 5 seconds has elapsed, the pressure P (t + ΔT) in the tank 10A is detected again, and the value is stored in the RAM 42 of the control circuit unit 40.
[0041]
In step 107, the control circuit unit 40 calculates the pressure change rate ΔP / ΔT. That is, in this embodiment, ΔT = 5 seconds, a difference ΔP = P (t + ΔT) −P (t) between the pressure P (t) in the tank at a certain time t and the pressure P (t + ΔT) in the tank after ΔT is obtained. Next, ΔP / ΔT is calculated. Usually, since the pressure change in the tank 10A is gradual, ΔT = 5 seconds in this embodiment, but the value of ΔT is appropriately selected according to the mounting location and sensitivity of the pressure sensor 11.
[0042]
Next, at step 108, a rotation speed transition table is selected. The RAM 42 of the control circuit unit 40 stores in advance four types of rotation speed transition determination tables as shown in FIGS. 5, 6, 7, and 8. When the current rotation speed N of the motor 33 is the initial value N2 (= 2400 rpm), the table of FIG. 5 is selected. When the current rotation speed N is N3 (= 3600 rpm), the table of FIG. 6 is selected. Similarly, the table of FIG. 7 is selected when the rotational speed N is N1, and the table of FIG. 8 is selected when N is N0. In each of these tables, the vertical axis represents the pressure P in the tank, and the horizontal axis represents the pressure change rate ΔP / ΔT of the tank pressure, and is used to determine the rotation speed of the motor 33 from these values.
[0043]
Referring to FIG. 5 as an example, first, when the pressure P in the tank exceeds 30 kg / cm 2 , the rotational speed is set to N0 regardless of the value of ΔP / ΔT. That is, the motor is stopped. This is natural because the pressure in the tank is always controlled to be kept in the range of 26 kg / cm 2 to 30 kg / cm 2 .
[0044]
The fact that the pressure change rate ΔP / ΔT is negative means that more compressed air is consumed than the compressed air supplied to the tank 10A. Therefore, the current rotational speed N2 of the motor 33 (= 2400 rpm). Is controlled to switch to a higher rotational speed N3 (= 3600 rpm). In particular, when the pneumatic tools 51 and 52 (FIG. 1) are in full operation, the amount of compressed air consumed is large and the pressure in the tank 10A may decrease rapidly. In this example, ΔP / ΔT When -1 kg / cm 2 or more, if the pressure P in the tank is 30 kg / cm 2 , the rotational speed is immediately switched to N3. However, when the pressure change rate ΔP / ΔT is relatively small, 0 to −1 kg / cm 2 , if the pressure P of the tank 10A is 26 kg / cm 2 or more, the motor 33 is continuously operated at the rotational speed of N2, and the tank 10A Switch to N3 when pressure P falls below 26 kg / cm 2 . Further, when ΔP / ΔT is in the range of 0 to +1 kg / cm 2 , that is, when the supply is slightly higher than the consumption of compressed air, if the pressure P in the tank 10A is 20 kg / cm 2 or more, the operation is continued at N2. When it falls below this, it switches to N3.
[0045]
When the value of ΔP / ΔT is in the range of +0.1 to +0.15 kg / cm 2 , it indicates that the amount of compressed air in the tank 10A is increasing, so the tank pressure P is 10 kg / cm. If it is 2 or more, it continues to rotate at N2, and when it falls below 10 kg / cm 2, it switches to N3. When [Delta] P / [Delta] T becomes large as + 0.15~ + 0.3kg / cm 2, rapidly because increased tank pressure P is expected of the motor if the pressure in the tank 10 kg / cm 2 or more rotational speed to the current Control is performed so as to decrease from N2 to N1.
[0046]
The above description is a case where the rotational speed of the motor 33 currently in operation is N2, and the transition is made to N0, N3, and N1 from now on. However, when the current rotational speed is N3, N1, and N0, FIG. As shown in FIG. 8, the transition is controlled so as to change according to different patterns.
[0047]
Returning to FIG. 4, in step 109, the selected determination table is searched from P (t + ΔT) and ΔP / ΔT to determine the rotation speed of the motor 33. This rotational speed is stored in the RAM 42 in step 101 and used for controlling the motor 33.
(6) Operation Next, the operation of the apparatus of the present invention will be described.
FIG. 9 shows a change curve of the pressure P in the tank when there is no transition of the rotational speed. This is a state in which, for example, a pneumatic tool is not used at all, and a curve a shows changes when the motor 33 is rotated at 3600 rpm, b is 2400 rpm, and c is 1200 rpm. When the set value of the rotational speed is 2400 rpm, the motor is first switched on, the pressure in the tank rises according to the curve b, reaches 30 kg / cm 2 after about 3 minutes, and the motor operation stops. If left as it is, the compressed air in the pressure tank gradually decreases due to air leakage and decreases. When the pressure decreases to 26 kg / cm 2, the motor starts operating again. Motor Likewise 30kg / cm 2 in the case of the curve a and c are turned off, the on-off control operation such that on at 26 kg / cm 2.
[0048]
10 to 13 are diagrams for explaining the transition of the rotational speed when the rotational speed is controlled in multiple stages according to the present invention. FIG. 10 shows a case where the rotational speed N of the motor is changed from a state where it is operated at 3600 rpm to another rotational speed. Similarly, FIGS. 11, 12 and 13 show that the rotational speed N is changed from 2400 rpm, 1200 rpm and 0 rpm to other speeds, respectively. The case where it changes to rotation speed is shown.
[0049]
Referring to FIG. 11 as an example, when the pressure P in the tank changes as shown by curve a in 5 seconds of time T, that is, when it reaches 30 kg / cm 2 , N2 (2400 rpm) is changed to N0 (0 rpm). Switch. On the other hand, when the pressure in the tank gradually increases as shown by the curve b and the amount of air consumption is extremely small, the pressure P is reduced because the pressure is switched from N2 to N1 (1200 rpm).
[0050]
Further, as shown by the curve c, the change in the pressure in the tank for 5 seconds is extremely small, and when the amount of air consumption is small, the rotation speed at N2 is maintained, so that the change in the pressure P is kept very small.
[0051]
Furthermore, as shown by curve d, when the amount of air consumed in 5 seconds is large and the pressure P in the tank suddenly drops, it is switched from N2 to N3 (3600 rpm), so the degree of decrease in pressure P is reduced more than before. The The other FIGS. 10, 12, and 13 will not be described in detail. However, since the rotation speed is changed according to the air consumption for 5 seconds, that is, the pressure change rate, in the same manner as described above, the air consumption varies with time. Even when the pressure is large, it is possible to suppress a rapid increase and decrease in the pressure in the tank.
[0052]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the air compressor according to the present invention determines the number of rotations of the motor set in multiple stages from both the magnitude of the pressure of the compressed air in the pressure tank and the rate of change of the compressed air. Since the motor is controlled according to the number of rotations, the motor operation is controlled not only by maintaining the tank pressure within a predetermined range but also by predicting the air consumption according to the load of the air compressor. it can. Therefore, it is possible to provide an air compressor that is easy to use without extremely reducing the pressure in the tank. In addition, since compressed air can be efficiently generated according to the state of the load, the time during which the motor can be operated at a low rotational speed is increased, and it is possible to provide an air compressor that is quieter than conventional ones. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an air compressor according to the present invention.
FIG. 2 is a top view showing an embodiment of an air compressor according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an embodiment of a motor drive circuit in the compressor of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of a program used for controlling the compressor of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a rotation speed transition determination table used for controlling the compressor of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a rotation speed transition determination table used for controlling the compressor of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a rotation speed transition determination table used for controlling the compressor of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a rotation speed transition determination table used for controlling the compressor of the present invention.
FIG. 9 is a pressure change curve diagram for explaining the operation of a conventional compressor.
FIG. 10 is a pressure change curve diagram for explaining the operation of the compressor of the present invention.
FIG. 11 is a pressure change curve diagram for explaining the operation of the compressor of the present invention.
FIG. 12 is a pressure change curve diagram for explaining the operation of the compressor of the present invention.
FIG. 13 is a pressure change curve diagram for explaining the operation of the compressor of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: tank part, 10A: pressure tank, 10B: safety valve, 11: pressure sensor, 12, 13: pressure reducing valve, 14, 15: coupler, 16, 17: pressure gauge, 18, 19: outlet, 20: compressed air Generation unit, 21: pipe, 30: drive unit, 31: power supply circuit, 32: motor control circuit, 33: motor, 33A: stator, 33B: rotor, 311: voltage detector, 312: current detector, 334: temperature Detection circuit, 335: Rotation speed detection circuit, 40: Control circuit unit, 41: CPU, 42: RAM, 43: ROM, 44, 45: I / F circuit

Claims (3)

空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し、上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、該駆動部を制御するための制御回路部と、上記タンク部の圧縮空気の圧力を検出するための圧力センサを有し、上記制御回路部は、上記圧力センサからの検出信号に基づいて前記モータの回転数を予め定められた複数段階のレベルの回転数で駆動制御する空気圧縮機において、上記制御回路部は、タンク部の圧力Pの値と、所定時間ΔTにおけるタンク圧力Pの圧力変化率ΔP/ΔTの値の両方の値と、上記複数段階のレベルの回転数との関係を表すテーブル情報を格納するメモリを有し、前記圧力P及び圧力変化率ΔP/ΔTの値から該メモリを検索して複数段階のレベルの回転数の中から一つを選択し、選択された回転数でモータを駆動するようにしたことを特徴とする空気圧縮機。 A tank section for storing compressed air used in a pneumatic tool; a compressed air generating section for generating and supplying compressed air to the tank section; and a driving section having a motor for driving the compressed air generating section. A control circuit unit for controlling the drive unit, and a pressure sensor for detecting the pressure of the compressed air in the tank unit, the control circuit unit based on a detection signal from the pressure sensor In the air compressor for driving and controlling the rotation speed of the motor at a plurality of predetermined levels of rotation speed, the control circuit section includes a value of the tank section pressure P and a change in the tank pressure P during a predetermined time ΔT. A memory for storing table information representing the relationship between both values of the rate ΔP / ΔT and the number of rotations at the plurality of levels, and the memory from the values of the pressure P and the pressure change rate ΔP / ΔT Search for An air compressor characterized in that one is selected from a plurality of stages of rotation speeds, and the motor is driven at the selected rotation speeds. 請求項1において前記モータの回転数は0、N、2N、3N、…nN(nは任意の数)のように多段階に設定され、制御回路部によりその一つが選択されてモータを制御することを特徴とする空気圧縮機。In claim 1, the number of rotations of the motor is set in multiple stages such as 0, N, 2N, 3N,. An air compressor characterized by that. 空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し、上記タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、該圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、該駆動部を制御するための制御回路部とを有する空気圧縮機を制御する方法において、タンク部の圧縮空気の圧力Pの値と、所定時間ΔTにおける圧力変化率ΔP/ΔTの値と、予め複数段階のレベルに定められたモータ回転数のレベルとの関係を予めメモリに格納するステップと、上記タンク部の圧縮空気の圧力Pを検出するステップと、該圧力Pの所定時間ΔTにおける圧力変化率ΔP/ΔTを算出するステップと、上記タンク部の圧力Pと上記圧力変化率ΔP/ΔTの両方の値から前記メモリを検索してモータの回転数のレベルを選択するステップと、選択されたレベルの回転数で前記モータを駆動するステップとを備えたことを特徴とする空気圧縮機の制御方法。 A tank section for storing compressed air used in a pneumatic tool; a compressed air generating section for generating and supplying compressed air to the tank section; and a driving section having a motor for driving the compressed air generating section. In the method of controlling an air compressor having a control circuit unit for controlling the drive unit, the value of the pressure P of the compressed air in the tank unit and the value of the pressure change rate ΔP / ΔT at a predetermined time ΔT, A step of previously storing in a memory the relationship between the motor rotational speed levels determined in advance in a plurality of levels, a step of detecting the pressure P of the compressed air in the tank section, and a pressure at a predetermined time ΔT of the pressure P Calculating a change rate ΔP / ΔT, searching the memory from both the pressure P of the tank section and the pressure change rate ΔP / ΔT, and selecting a motor rotation speed level; And a step of driving the motor at a selected number of revolutions.
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