JP4719881B2

JP4719881B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP4719881B2
Application number: JP2006053518A
Authority: JP
Inventors: 喜之兼本
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2007231816A

Description

本発明は、例えば空気等の流体を圧縮し、圧縮流体をタンクに貯留する圧縮機に関する。

一般に、圧縮機として、電動モータによって駆動して空気を圧縮する圧縮部と、該圧縮部によって生成された圧縮空気を貯留するタンクとを備えた空気圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２５４２５２号公報

そして、従来技術による空気圧縮機は、例えばタンク内の圧力が低いときには電動モータの回転速度が予め決められた所定速度（例えば３０００ｒｐｍ等）となるように電動モータに供給する電流を制御している。このとき、タンク内の圧力が上昇するに従って圧縮部の負荷が増加するから、タンク内の圧力上昇に伴って電動モータに供給する電流も増加する。このため、タンク内の圧力が上昇して電動モータに供給する電流が最大値まで到達すると、電動モータは最大電流によって所定速度よりも低速回転で駆動していた。

ところで、圧縮機を用いる作業現場等では、例えば釘打ち機等の空圧機器を圧縮機の空気圧によって作動させるだけでなく、電動鋸、電動ドリル、照明器具等からなる各種の電気機器を使用して作業を行うことが多い。そして、これらの電気機器は、圧縮機と一緒に作業現場の電源に接続されるため、例えば多数の電気機器が同時に使用されるときには、電源電圧が一時的に低下することがある。

このとき、電動モータを最大電流で駆動した場合には、電源電圧の低下によって電動モータの回転速度が一時的に低下する。この結果、電動モータの回転速度の急激な変化によって電動モータや圧縮部等から不快音が生じると共に、この不快音によって使用者は圧縮機が故障したものと勘違いするという問題がある。

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、電源電圧が低下したときでも、電動モータの回転速度の変動を抑制することができる圧縮機を提供することにある。

上述した課題を解決するために本発明は、電動モータと、該電動モータによって駆動し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速度を検出する回転速度検出器と、前記タンク内の圧力を検出する圧力検出器と、前記回転速度検出器による回転速度検出値と圧力検出器による圧力検出値とに基づいて前記電動モータに供給する電流を制御する制御部とを備えてなる圧縮機に適用される。

そして、請求項１の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が予め決められた圧力判定値より低いか否かを判定する圧力判定手段と、該圧力判定手段によって圧力検出値が圧力判定値よりも低いと判定したときには、予め決められた初期速度を回転速度目標値として出力する初期速度出力手段と、前記圧力判定手段によって圧力検出値が圧力判定値よりも高いと判定したときには、前記電動モータに供給する電流が最大電流よりも小さい制限電流となるように、前記初期速度よりも低速な制限速度を回転速度目標値として出力する制限速度出力手段と、前記初期速度出力手段または制限速度出力手段から回転速度目標値が入力されたときに、前記回転速度検出器による回転速度検出値が該回転速度目標値に近付くように前記電動モータに供給する電流を制御する回転速度制御手段とによって構成したことにある。

また、請求項２の発明では、前記圧力判定手段は、前記電動モータを初期速度で駆動したときに、前記電動モータに供給する電流が前記制限電流を超える圧力を圧力判定値に設定している。

請求項１の発明によれば、例えば起動時等のようにタンク内の圧力が低いときには、制御部の初期速度出力手段は、回転速度制御手段に向けて例えば最大速度等のように予め決められた初期速度を回転速度目標値として出力する。これにより、回転速度制御手段は、回転速度検出器による回転速度検出値が初期速度に近付くように電動モータに供給する電流を増加または減少させ、電動モータの回転速度をフィードバック制御する。このとき、タンク内が低圧な状態となっているから、電動モータに供給する電流は、比較的小さい値となり、最大電流に到達することはない。

一方、タンク内の圧力が上昇して検出圧力値が圧力判定値よりも高いときには、制御部の制限速度出力手段は、回転速度制御手段に向けて初期速度よりも低速な制限速度を回転速度目標値として出力する。これにより、回転速度制御手段は、回転速度検出器による回転速度検出値が制限速度に近付くように電動モータに供給する電流を増加または減少させ、電動モータの回転速度をフィードバック制御する。このとき、制限速度は、電動モータに供給する電流が最大電流よりも小さい制限電流となる値に設定されている。このため、電動モータに供給する電流は、最大電流よりも小さい値になる。

また、例えば複数の電気機器を使用することによって電源電圧が低下したときには、この電圧低下に応じて電動モータの回転速度が低下する。しかし、本発明では、タンク内の圧力に拘わらず、初期速度出力手段および制限速度出力手段によって、電動モータに供給する電流は、最大電流よりも小さい値に制限されている。このため、電圧降下に伴う回転速度の低下を補うために、回転速度制御手段が電動モータに供給する電流を増加させるときでも、この電流を制限電流を超えて最大電流まで増加させることができる。この結果、電圧低下が生じても、電動モータの回転速度の変動（低下）を抑制することができるから、電動モータ等の不快音を抑えることができると共に、使用者による故障の誤認をなくすことができる。

請求項２の発明によれば、圧力判定手段は、前記電動モータを初期速度で駆動したときに、電動モータに供給する電流が制限電流を超える圧力を圧力判定値に設定している。このため、電源電圧が定格電圧に近いときには、タンク内の圧力が圧力判定値を超えるか否かに拘わらず、電動モータには制限電流以下の電流を供給することができる。従って、電源電圧が定格電圧に近いときには、常に電動モータを最大電流よりも小さい電流で駆動することができ、電動モータに供給する電流に対してマージンを確保することができる。これにより、電源電圧が定格電圧よりも低下したときには、電動モータに供給する電流を増加させることができ、電動モータの回転速度の変動を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態による圧縮機として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。

図中、１は例えば作業現場等に設置された商用電源等からなる交流の電源で、この電源１の電圧（電源電圧）Ｖは、通常の負荷状態において、例えば１００Ｖ程度の定格電圧Ｖ0に保持されている。そして、電源１には、後述の空気圧縮機２、他の電気機器１９，２０等が接続される。

２はタンク一体型の空気圧縮機で、該空気圧縮機２は、後述の電動モータ３、圧縮部４、エアタンク５等によって構成されている。

３は電源１から供給される電圧によって作動する電動モータで、該電動モータ３は、例えばインバータ制御式のＤＣＢＬ（ＤＣＢｒｕｓｈｌｅｓｓ）モータ等によって構成されている。そして、電動モータ３は、後述の電源制御装置６を経由して電源１に接続される。これにより、電動モータ３は、電源制御装置６によって回転速度等が制御され、圧縮部４の駆動軸等を回転駆動する。

４は電動モータ３によって駆動する圧縮部で、該圧縮部４は、例えばシリンダ内でピストンが往復動作する往復動型、または２つのスクロールが相対回転するスクロール型の圧縮機構によって構成されている。そして、圧縮部４は、電動モータ３によってその駆動軸が回転駆動し、外部の空気を吸込んで圧縮し、圧縮空気を吐出する。

５は圧縮部４から吐出される圧縮空気を貯留するエアタンクで、該エアタンク５は、空気圧縮機２の下部側に例えば２個配置されている。また、エアタンク５の上側には、電動モータ３と圧縮部４とが配置されている。そして、エアタンク５には例えば釘打ち機等の空圧機器Ａが接続され、該空圧機器Ａは、エアタンク５内の圧縮空気を用いて作動する。

６は例えば空気圧縮機２に搭載された電源制御装置を示し、この電源制御装置６は、電源コード７を介して電源１に接続されている。そして、電源制御装置６は、図２に示す如く、後述の整流器８、駆動回路１０、電流センサ１３、制御回路１４等によって構成されている。

８は例えば複数個のダイオード等によりブリッジ回路として形成された整流器で、該整流器８は、電源コード７、電源スイッチ９等を介して電源１に接続され、電源１の単相交流電圧を整流するものである。そして、この整流された電圧は、複数のコンデンサからなる平滑回路（図示せず）等によって平滑化され、駆動回路１０に直流電圧として出力される。

１０は電動モータ３を駆動する駆動回路で、該駆動回路１０は、制御回路１４によって開，閉される例えば６個のパワートランジスタ等からなり、整流器８の出力側に平滑回路を介して接続されている。そして、駆動回路１０は、整流器８等から直流電圧が入力されるときに、この直流電圧を制御回路１４の制御信号に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ制御）し、周波数可変の擬似的な交流電圧を電動モータ３に出力する。

１１は電動モータ３の出力軸の回転を検出する回転速度検出器としての回転センサで、該回転センサ１１は、例えばホール素子等からなり、電動モータ３の出力軸と一緒に回転するマグネットの磁束を検出する構成となっている。そして、回転センサ１１は、電動モータ３の回転に同期した検出信号を制御回路１４に出力する。これにより、制御回路１４は、回転センサ１１からの検出信号を計測することによって、電動モータ３の回転速度Ｎを検出している。

１２はエアタンク５に付設された圧力検出器としての圧力センサで、該圧力センサ１２は、エアタンク５内に貯留された圧縮空気の圧力Ｐを検出し、その圧力値に応じた検出信号を制御回路１４に出力する。

１３は整流器８の入力側に設けられた電流センサで、該電流センサ１３は、電源１から整流器８に通電されるときに、その電流を電動モータ３に供給する駆動電流Ｉとして検出し、制御回路１４に検出信号を出力する。

１４は例えば電動モータ３の運転状態をインバータ制御する制御部としての制御回路で、該制御回路１４は、例えばＣＰＵ等を備えた演算処理回路として構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶回路を有している。また、制御回路１４の入力側には、各センサ１１，１２，１３、後述の操作スイッチ１８等が接続され、制御回路１４の出力側には駆動回路１０が接続されている。

そして、制御回路１４は、回転速度の目標値Ｎ0を演算して出力する回転速度指令部１５と、回転速度指令部１５による目標値Ｎ0に基づいて電動モータ３の回転速度Ｎをフィードバック制御する回転速度制御部１６とを備えている。

ここで、回転速度指令部１５には、圧力センサ１２が接続されている。これにより、回転速度指令部１５は、圧力センサ１２からの検出信号を用いてエアタンク５内の圧力Ｐ（圧力検出値）を検出する。そして、回転速度指令部１５は、後述するように、この圧力Ｐおよび制限速度マップ１７に基づいて回転速度の目標値Ｎ0を演算し、回転速度制御部１６に向けて出力する。このとき、回転速度指令部１５は、電動モータ３の駆動電流Ｉが最大電流Ｉmaxよりも小さい値となるように、目標値Ｎ0を演算する。これにより、回転速度指令部１５は、電動モータ３に供給する電流に常にマージンを確保し、電源電圧Ｖが低下したときでも、電動モータ３の駆動電流Ｉを増加可能にしている。

一方、回転速度制御部１６には、回転センサ１１が接続されると共に、回転速度指令部１５の出力側が接続されている。そして、回転速度制御部１６は、回転センサ１１からの検出信号を用いて回転速度Ｎ（回転速度検出値）を検出すると共に、回転速度指令部１５から出力される回転速度の目標値Ｎ0と検出した回転速度Ｎとを比較する。これにより、回転速度制御部１６は、回転速度Ｎが目標値Ｎ0に近付くように、駆動回路１０のパワートランジスタを開，閉し、電動モータ３に向けてＰＷＭ制御した駆動信号を供給する。この結果、回転速度制御部１６は、駆動信号の周波数を変化させて、電動モータ３の駆動電流Ｉを増加または減少させ、目標値Ｎ0と検出した回転速度Ｎとの偏差を減少させるものである。

また、制御回路１４には、エアタンク５内の圧力Ｐを適切な範囲に保持するための上限値Ｐmaxと下限値Ｐminとが予め記憶されており、例えば上限値Ｐmaxは３．０ＭＰａ程度の圧力に設定されると共に、下限値Ｐminは２．６ＭＰａ程度の圧力に設定されている。

そして、制御回路１４は、エアタンク５内の圧力Ｐに応じて圧縮機を運転、停止する制御（圧力開閉制御）を行うことにより、この圧力Ｐを上限値Ｐmaxと下限値Ｐminとの間の圧力値に保持する。即ち、圧力開閉制御では、例えば圧力Ｐが上限値Ｐmaxに達したときに圧縮機２の運転を停止し、圧力Ｐが下限値Ｐminまで低下したときに圧縮機２を再起動する構成となっている。

さらに、制御回路１４には、電流センサ１３からの検出信号を用いて電動モータ３の駆動電流Ｉを検出する。そして、制御回路１４は、この駆動電流Ｉが過度に大きくなったときには、電動モータ３を停止し、電動モータ３等を保護している。

１７は制御回路１４に格納された制限速度マップで、該制限速度マップ１７は、図３に示すように、エアタンク５内の圧力Ｐに対応した制限速度Ｎa（Ｐ）が記憶されている。ここで、制限速度Ｎa（Ｐ）は、圧力Ｐを維持した状態で最大電流Ｉmaxよりも例えば５〜１０％程度小さい制限電流Ｉaを電動モータ３に供給し、このときの電動モータ３の回転速度を計測することによって得たものである。そして、回転速度指令部１５は、制限速度マップ１７を用いて圧力Ｐから制限速度Ｎa（Ｐ）を算出する。

１８は空気圧縮機２の使用者等が操作する操作スイッチで、該操作スイッチ１８は、図２に示すように、圧縮機２の運転、停止等を行うものである。

１９，２０は作業現場等で空気圧縮機２と共に用いられる他の電気機器で、これらの電気機器１９，２０は、図１に示すように、例えば電動鋸、電動ドリル等の電動工具や、照明器具、暖房器具等によって構成されている。

次に、図１ないし図４を参照しつつ、電源制御装置６を用いた空気圧縮機２の制御処理について説明する。なお、図１ないし図４に示す制御処理のプログラムおよび圧力判定値Ｐ0、制限速度マップ１７等は、制御回路１４内に予め記憶されているものとする。

まず、空気圧縮機２を起動すると、電源１から電源制御装置６を介して電動モータ３に通電が行われる。そして、電動モータ３が作動することにより、圧縮部４が外部の空気を吸込んでエアタンク５内に圧縮空気を吐出する。これにより、作業現場等では、例えば釘打ち機等の空圧機器Ａを圧縮機２に接続し、エアタンク５から供給される空気圧によって空圧機器Ａを作動させることができる。

また、制御回路１４は、操作スイッチ１８等によって圧縮機２の停止操作が行われるまで、図４中のステップ１〜１３に示す制御処理を繰返す。このとき、この制御処理では、まずステップ１において、エアタンク５内の圧力Ｐが上昇中であることを示す昇圧フラグＦpをＯＮ（Ｆp＝１）に設定する。そして、ステップ２では、圧力センサ１２を用いてエアタンク５内の圧力Ｐを圧力検出値として読込む。

次に、ステップ３では、エアタンク５内の圧力Ｐが例えば２．０ＭＰａ程度に設定された圧力判定値Ｐ0よりも低い（圧力判定値Ｐ0未満）か否かを判定する。このとき、圧力判定値Ｐ0は、例えば３０００ｒｐｍ程度の初期速度Ｎsで電動モータ３を駆動したときに、電動モータ３に供給する駆動電流Ｉが制限電流Ｉaを超えるときの圧力の値に設定されている。

即ち、エアタンク５内の圧力Ｐが上昇するに従って、圧縮部４の負荷が増加する。このため、圧力Ｐの上昇に伴って、電動モータ３の駆動電流Ｉも増加する。そこで、本実施の形態による圧力判定値Ｐ0は、電動モータ３の駆動電流Ｉが最大電流Ｉmaxよりも例えば５〜１０％程度小さい制限電流Ｉa（Ｉa＜Ｉmax）となる圧力の値に設定している。

そして、ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、エアタンク５内の圧力Ｐは圧力判定値Ｐ0未満であり、エアタンク５内には圧縮空気が不足している。このため、ステップ４に移って、回転速度指令部１５は、例えば３０００ｒｐｍのように予め決められた一定の初期速度Ｎsを目標値Ｎ0に設定し、この目標値Ｎ0を回転速度制御部１６に向けて出力する。これにより、ステップ８に移って、回転速度制御部１６は、後述する回転速度フィードバック処理を行う。具体的には、回転速度制御部１６は、目標値Ｎ0と回転速度Ｎとの偏差が減少するように、電動モータ３に供給する駆動信号の周波数を変化させて、電動モータ３に供給する電流を増加または減少させる。この結果、回転速度制御部１６は、初期速度Ｎsに近付くように、電動モータ３の回転速度Ｎをフィードバック制御する。

一方、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、エアタンク５内の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0以上となり、このままの回転速度Ｎを維持して圧縮機２を駆動すると、電動モータ３の駆動電流Ｉが制限電流Ｉaを超えてしまう。

このため、以後のステップ５〜８では、駆動電流Ｉが制限電流Ｉaを超えないように回転速度の目標値Ｎ0を初期速度Ｎsよりも低下させている。また、ステップ９〜１１では、圧力Ｐに応じて圧縮機２の駆動、停止を制御する圧力開閉処理を行っている。

ステップ５では、例えば圧力Ｐが２．６ＭＰａ程度の下限値Ｐminよりも高いか否かを判定する。そして、ステップ５で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐが下限値Ｐmin以下に低下し、エアタンク５内の圧縮空気が残り少なくなっている。このため、ステップ６で、エアタンク５内の圧力Ｐが上昇中であることを示す昇圧フラグＦpをＯＮ（Ｆp＝１）に設定し、ステップ７に移行する。

そして、ステップ７では、回転速度指令部１５は、図３に示す制限速度マップ１７を用いて、圧力センサ１２による圧力Ｐから制限速度Ｎa（Ｐ）を演算する。このとき、制限速度Ｎa（Ｐ）は、検出した圧力Ｐで電動モータ３を駆動したときに、電動モータ３の駆動電流Ｉが最大電流Ｉmax（例えばＩmax＝１０Ａ）よりも例えば５％小さい制限電流Ｉa（例えばＩa＝９．５Ａ）となるような回転速度に設定されている。そして、回転速度指令部１５は、算出した制限速度Ｎa（Ｐ）を回転速度の目標値Ｎ0として回転速度制御部１６に向けて出力する。

このため、ステップ８に移行すると、回転速度制御部１６は、目標値Ｎ0と回転速度Ｎとの偏差が減少するように、電動モータ３に供給する駆動信号の周波数（パルス幅）を変化させて、電動モータ３に供給する電流を増加または減少させる。この結果、回転速度制御部１６は、制限速度Ｎa（Ｐ）に近付くように、電動モータ３の回転速度Ｎをフィードバック制御する。

このとき、制限速度Ｎa（Ｐ）で電動モータ３が駆動したときには、例えば最大電流Ｉmaxよりも５％小さい制限電流Ｉaが電動モータ３に供給される。このため、電動モータ３の駆動電流Ｉは、最大電流Ｉmaxよりも小さい値になる。

一方、ステップ５で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ９では、例えば圧力Ｐが３．０ＭＰａ程度の上限値Ｐmaxに達しているか否かを判定する。

そして、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定したときには、エアタンク５内の空気圧が十分に高くなっている。このため、ステップ１０で、エアタンク５内の圧力Ｐが上昇中であることを示す昇圧フラグＦpをＯＦＦ（Ｆp＝０）に設定し、ステップ１１で圧縮機２の運転を停止させる。

また、ステップ９で「ＮＯ」と判定したときには、エアタンク５内の圧力Ｐは下限値Ｐminと上限値Ｐmaxとの間の値になっている。このため、ステップ１２に移行して、昇圧フラグＦpを用いて圧力Ｐが上昇中か否かを判定する。そして、ステップ１２で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐが上昇途中であるから、ステップ７およびステップ８に移って、電動モータ３を制限速度Ｎa（Ｐ）で駆動する。一方、ステップ１２で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐが下降途中であるから、ステップ１１に移って、圧縮機２の運転を停止させる。

そして、ステップ８またはステップ１１の終了後には、ステップ１３に移って、操作スイッチ１８の停止操作等により圧縮機の運転を終了するか否かを判定する。そして、ステップ１３で「ＹＥＳ」と判定したとには、ステップ１４で終了する。また、ステップ１３で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１〜１２を繰返し実行する。

このように、本実施の形態では、圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも高い状態で圧縮機２を駆動するときには、電動モータ３の駆動電流Ｉが制限電流Ｉaとなるように、回転速度の目標値Ｎ0として制限速度Ｎa（Ｐ）を出力する構成としている。

次に、図２および図５を参照しつつ、回転速度フィードバック処理について説明する。

まず、ステップ２１において、制御回路１４の回転速度制御部１６は、回転センサ１１からの検出信号を用いて電動モータ３の回転速度Ｎを回転速度検出値として検出する。

次に、ステップ２２では、検出した回転速度Ｎが回転速度指令部１５から出力された目標値Ｎ0よりも低いか否かを判定する。そして、ステップ２２で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ３の回転速度Ｎが目標値Ｎ0よりも低下している。このため、ステップ２３に移って、回転速度制御部１６は、駆動回路１０を用いて電動モータ３に供給する駆動信号の周波数（パルス幅）を変化させて、電動モータ３の駆動電流Ｉを増加させた後、ステップ２７でリターンする。

一方、ステップ２２で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ２４で、回転速度Ｎが目標値Ｎ0よりも高いか否かを判定する。そして、ステップ２４で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ３の回転速度Ｎが目標値Ｎ0よりも上昇している。このため、ステップ２５に移って、回転速度制御部１６は、駆動回路１０を用いて電動モータ３に供給する駆動信号の周波数（パルス幅）を変化させて、電動モータ３の駆動電流Ｉを減少させた後、ステップ２７でリターンする。

また、ステップ２４で「ＮＯ」と判定したときには、電動モータ３の回転速度Ｎが目標値Ｎ0とほぼ一致している。このため、ステップ２６に移って、回転速度制御部１６は、電動モータ３に供給する駆動信号の周波数を現在の値に保持し、電動モータ３の駆動電流Ｉを維持する。その後、ステップ２７でリターンする。

次に、図６および図７を参照しつつ、上記制御による空気圧縮機２の運転状態と、他の電気機器１９，２０の使用状態との関係を具体的に説明する。

まず、他の電気機器１９，２０を使用せず、本実施の形態による空気圧縮機２を単独で運転した場合について検討する。

この場合には、図６中に実線で示すように、電源電圧Ｖは、例えば定格電圧である１００Ｖ程度に常時保持される。そして、エアタンク５内の圧力Ｐが低圧な状態で空気圧縮機２の運転を開始すると、制御回路１４の回転速度指令部１５は、エアタンク５内の圧力Ｐに基づいて回転速度の目標値Ｎ0を３０００ｒｐｍ程度の初期速度Ｎsに設定し、回転速度制御部１６に向けて出力する。

これにより、回転速度制御部１６は、回転センサ１１を用いて検出した回転速度Ｎが目標値Ｎ0に近付くように、電動モータ３の駆動電流Ｉを増加、減少させて、電動モータ３のフィードバック制御を行う。この結果、図６中に実線で示す特性線のように、電動モータ３の回転速度Ｎはほぼ初期速度Ｎsと一致する。このとき、圧縮部４は、電動モータ３によって駆動し、外部の空気を圧縮して圧縮空気をエアタンク５に向けて吐出する。これにより、エアタンク５内の圧力Ｐは徐々に上昇する。

ここで、エアタンク５内の圧力Ｐが上昇すると、圧縮部４の負荷が増加する。このため、電動モータ３を一定の初期速度Ｎsで駆動したときでも、図６中に実線で示す特性線のように、電動モータ３に供給する駆動電流Ｉは、圧力Ｐの上昇に伴って徐々に増加し、圧縮空気の吐出量Ｑは徐々に減少する。

そして、空気圧縮機２の駆動を継続すると、エアタンク５内の圧力Ｐは圧力判定値Ｐ0を超える。この状態で、電動モータ３を初期速度Ｎsで駆動し続けたときには、電動モータ３の駆動電流Ｉは、最大電流Ｉmaxの９５％に設定された制限電流Ｉaを超えてしまう。

このとき、回転速度指令部１５は、制限速度マップ１７を用いて圧力Ｐから初期速度Ｎsよりも低速の制限速度Ｎa（Ｐ）を算出する。そして、回転速度指令部１５は、回転速度の目標値Ｎ0を制限速度Ｎa（Ｐ）に設定し、回転速度制御部１６に向けて出力する。

これにより、回転速度制御部１６は、回転センサ１１を用いて検出した回転速度Ｎが目標値Ｎ0に近付くように、電動モータ３の駆動電流Ｉを増加、減少させて、電動モータ３のフィードバック制御を行う。この結果、電動モータ３は制限速度Ｎa（Ｐ）で駆動し、圧縮部４は、外部の空気を圧縮して圧縮空気をエアタンク５に向けて吐出する。

このとき、制限速度Ｎa（Ｐ）は、電動モータ３の駆動電流Ｉが制限電流Ｉaとなるような回転速度に設定されている。また、制限電流Ｉaは、最大電流Ｉmaxよりも例えば５％小さい値に設定されている。このため、電動モータ３の駆動電流Ｉは、最大電流Ｉmaxよりも小さい値になる。

そして、エアタンク５内の圧力Ｐが上限値Ｐmaxを超えると、制御回路１４は、圧縮機２の駆動を停止する。一方、空圧機器Ａの使用等によって圧力Ｐが下限値Ｐminよりも低下すると、制御回路１４は、圧縮機２を再起動する。これにより、制御回路１４は、エアタンク５内の圧力Ｐを下限値Ｐminと上限値Ｐmaxとの間の値に保持する。

次に、従来技術と同様の比較例による空気圧縮機を単独で運転した場合について検討する。

この場合、エアタンク５内の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも低いときには、比較例でも、本実施の形態と同様に、電動モータ３を３０００ｒｐｍ程度の一定の初期速度Ｎsで駆動する。このため、図６中に点線で示すように、電動モータ３の回転速度Ｎ′は、ほぼ初期速度Ｎsと一致する。このとき、エアタンク５内の圧力Ｐは徐々に上昇する。このため、図６中に点線で示すように、圧力Ｐの上昇に伴って、電動モータ３の駆動電流Ｉ′は増加し、圧縮空気の吐出量Ｑ′は減少する。

一方、比較例では、エアタンク５内に圧力Ｐに拘わらず、回転速度の目標値Ｎ0を常に初期速度Ｎsに維持する。このため、電動モータ３の駆動電流Ｉ′は、制限電流Ｉaを超えて増加し、例えば圧力Ｐが２．３ＭＰａとなったときに、最大電流Ｉmaxに到達する。この結果、圧力Ｐが２．３ＭＰａ以上では、電動モータ３は制限速度Ｎa（Ｐ）よりも高速で回転するものの、電動モータ３の駆動電流Ｉ′は最大電流Ｉmaxに保持される。そして、圧力Ｐが上限値Ｐmaxに到達すると、電動モータ３（圧縮機２）を停止し、圧力開閉制御を行う。

以上のように、他の電気機器１９等を使用しない状態では、本実施の形態と比較例とは、回転速度Ｎ，Ｎ′、駆動電流Ｉ，Ｉ′、圧縮空気の吐出量Ｑ，Ｑ′はエアタンク５内の圧力Ｐに対してほぼ同様に変化する。

次に、本実施の形態による空気圧縮機２を運転している途中で他の電気機器１９，２０を一緒に使用した場合について検討する。

この場合、図７に示すように、空気圧縮機２と電気機器１９，２０を一緒に使用すると、電源電圧Ｖが一時的に低下する。これにより、電動モータ３の回転速度Ｎも低下する傾向がある。

ここで、エアタンク５内の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも低いときには、回転速度指令部１５は、初期速度Ｎsを目標値Ｎ0として出力する。このとき、電動モータ３の駆動電流Ｉは、最大電流Ｉmaxよりも十分に小さい値になっている。このため、電気機器１９等による電圧降下に伴って電動モータ３の回転速度Ｎが低下すると、回転速度制御部１６は、電動モータ３に供給する駆動信号の周波数（パルス幅）を変化させて、図７中に実線で示すように、駆動電流Ｉを一時的に増加させる。この結果、電動モータ３の回転速度Ｎは、初期速度Ｎs付近に維持される。

また、エアタンク５内の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0以上となったときには、回転速度指令部１５は、制限速度Ｎa（Ｐ）を目標値Ｎ0として出力する。このとき、電動モータ３の駆動電流Ｉは、最大電流Ｉmaxよりも小さい制限電流Ｉaと同じ値になっている。このため、圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0以上であっても、本実施の形態では、電動モータ３の駆動電流Ｉを制限電流Ｉaから最大電流Ｉmaxまで増加させることができる。従って、圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0以上で、電気機器１９等による電圧降下に伴って電動モータ３の回転速度Ｎが低下しても、回転速度制御部１６は、圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも低いときと同様に、電動モータ３の駆動電流Ｉを一時的に増加させる。この結果、電動モータ３の回転速度Ｎは制限速度Ｎa（Ｐ）付近に維持される。

次に、従来技術と同様の比較例による空気圧縮機を運転している途中で他の電気機器１９，２０と一緒に使用した場合について検討する。

まず、エアタンク５内の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも低いときには、電動モータ３は初期速度Ｎsで駆動する。このとき、電動モータ３の駆動電流Ｉ′は、最大電流Ｉmaxよりも十分に小さい値になっている。このため、電気機器１９等による電圧降下に伴って電動モータ３の回転速度Ｎが低下すると、比較例でも、本実施の形態と同様に、電動モータ３に供給する駆動信号の周波数（パルス幅）を変化させて、駆動電流Ｉ′を一時的に増加させる。この結果、電動モータ３の回転速度Ｎ′は、本実施の形態と同様に、初期速度Ｎs付近に維持される。

一方、エアタンク５内の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0以上となったときでも、比較例では、回転速度の目標値Ｎ0を常に初期速度Ｎsに維持する。このため、例えば圧力Ｐが２．３ＭＰａ以上となったときには、図７中に点線で示すように、電動モータ３の駆動電流Ｉ′は、最大電流Ｉmaxと同じ値になる。

このように、電動モータ３が最大電流Ｉmaxで駆動している状態では、他の電気機器１９等によって電圧降下が生じても、電動モータ３の駆動電流Ｉ′を増加させることができない。このため、比較例では、本実施の形態と異なり、他の電気機器１９等によって一時的な電圧降下が生じると、電動モータ３の回転速度Ｎ′が低下する。この結果、比較例では、電源電圧Ｖの降下によって、電動モータ３の回転速度Ｎ′に変動が生じ易く、電動モータ３、圧縮部４等から不快音が生じて、使用者に故障であるとの誤認を生じさせる。

以上のように、比較例では、圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも高いときには、電源電圧Ｖの降下によって、電動モータ３の回転速度Ｎ′に変動が生じ易い。これに対し、本実施の形態では、圧力Ｐに拘わらず、電動モータ３の回転速度Ｎの変動を抑制することができるから、電動モータ３、圧縮部４等からの不快音を減少させることができ、使用者による故障の誤認をなくすことができる。

かくして、本実施の形態によれば、制御回路１４の回転速度指令部１５は、エアタンク５の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも低いときには、初期速度Ｎsを目標値Ｎ0として回転速度制御部１６に出力し、エアタンク５の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも高いときには、圧力Ｐに基づいて演算した制限速度Ｎa（Ｐ）を目標値Ｎ0として回転速度制御部１６に出力する構成とした。

このため、エアタンク５の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも低いときには、圧縮部４の負荷が小さいから、電動モータ３の駆動電流Ｉは、比較的小さい値となり、最大電流Ｉmaxに到達することはない。一方、エアタンク５の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも高いとき（圧力判定値Ｐ0以上のとき）には、電動モータ３は、初期速度Ｎsよりも低速な制限速度Ｎa（Ｐ）で駆動する。このとき、制限速度Ｎa（Ｐ）は、電動モータ３の駆動電流Ｉが最大電流Ｉmaxよりも小さい制限電流Ｉaとなる値に設定されている。このため、圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0よりも高いときであっても、電動モータ３の駆動電流Ｉは、最大電流Ｉmaxよりも小さい値になる。

この結果、本実施の形態では、エアタンク５内の圧力Ｐに拘わらず、電動モータ３の駆動電流Ｉは、最大電流Ｉmaxよりも小さい値に制限されている。このため、他の電気機器１９等を使用したことによって一時的に電源電圧Ｖが低下して電動モータ３の回転速度Ｎが低下するときでも、制御回路１４の回転速度制御部１６は、電動モータ３の駆動電流Ｉを最大電流Ｉmaxまで増加させることができる。この結果、電圧低下が生じても、電動モータ３の回転速度Ｎの変動（低下）を抑制することができるから、電動モータ３等の不快音を抑えることができると共に、使用者による故障の誤認をなくすことができる。

また、本実施の形態では、圧力判定値Ｐ0は、電動モータ３を初期速度Ｎsで駆動したときに、電動モータ３の駆動電流Ｉが制限電流Ｉaを超えるときの圧力の値に設定している。このため、電源電圧Ｖが定格電圧Ｖ0に近いときには、エアタンク５内の圧力Ｐが圧力判定値Ｐ0を超えるか否かに拘わらず、電動モータ３には制限電流Ｉa以下の駆動電流Ｉを供給することができる。従って、電源電圧Ｖが定格電圧Ｖ0に近いときには、常に電動モータ３を最大電流Ｉmaxよりも小さい電流で駆動することができ、電動モータ３の駆動電流Ｉに対してマージンを確保することができる。これにより、電源電圧Ｖが定格電圧Ｖ0よりも低下したときには、電動モータ３の駆動電流Ｉを増加させることができ、電動モータ３の回転速度Ｎの変動を抑制することができる。

なお、実施の形態では、図２中の回転速度制御部１６および図４中のステップ８が回転速度制御手段の具体例を示している。また、図４中のステップ３が圧力判定手段の具体例を示し、ステップ４が初期速度出力手段の具体例を示し、ステップ７が制限速度出力手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、回転速度指令部１５は、図３に示す制限速度マップ１７を用いて、圧力Ｐから制限速度Ｎa（Ｐ）を演算する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば数式を用いて圧力Ｐから制限速度Ｎa（Ｐ）を演算する構成としてもよい。この場合、例えば圧力Ｐに比例して制限速度Ｎa（Ｐ）を減少させるものである。

また、実施の形態では、圧力判定値Ｐ0、初期速度Ｎs、制限速度Ｎa（Ｐ）、制限電流Ｉa、最大電流Ｉmax等として具体的な数値を例示した。しかし、本発明は、実施の形態で例示した数値に限定されるものではなく、個々の数値を自由に設定できるのは勿論である。

さらに、実施の形態では、圧縮機として空気圧縮機２を例に挙げて説明したが、窒素等の他の気体を圧縮する圧縮機、または冷媒等の流体を圧縮する圧縮機に適用してもよい。

本発明の実施の形態による空気圧縮機を示す外観図である。図１中の空気圧縮機、電源及び電源制御装置の接続状態を示す回路構成図である。図２中の回転速度指令部で使用する制限速度マップを示す説明図である。図１中の空気圧縮機の制御処理を示す流れ図である。図４中の回転速度フィードバック処理を示す流れ図である。他の電気機器を使用しない場合の回転速度、圧縮空気の吐出量、駆動電流、電源電圧とエアタンク内の圧力との関係を示す特性線図である。他の電気機器を使用する場合の回転速度、圧縮空気の吐出量、駆動電流、電源電圧とエアタンク内の圧力との関係を示す特性線図である。

符号の説明

１電源
２空気圧縮機
３電動モータ
４圧縮部
５エアタンク（タンク）
１１回転センサ（回転速度検出器）
１２圧力センサ（圧力検出器）
１４制御回路（制御部）
１５回転速度指令部
１６回転速度制御部（回転速度制御手段）
１９，２０電気機器
Ａ空圧機器
Ｎ回転速度
Ｎs 初期速度
Ｎa（Ｐ）制限速度
Ｉ駆動電流
Ｉa 制限電流
Ｉmax 最大電流
Ｖ電源電圧
Ｖ0 定格電圧
Ｐ圧力
Ｐ0 圧力判定値

Claims

電動モータと、
該電動モータによって駆動し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速度を検出する回転速度検出器と、
前記タンク内の圧力を検出する圧力検出器と、
前記回転速度検出器による回転速度検出値と圧力検出器による圧力検出値とに基づいて前記電動モータに供給する電流を制御する制御部とを備えてなる圧縮機において、
前記制御部は、
前記圧力検出器による圧力検出値が予め決められた圧力判定値より低いか否かを判定する圧力判定手段と、
該圧力判定手段によって圧力検出値が圧力判定値よりも低いと判定したときには、予め決められた初期速度を回転速度目標値として出力する初期速度出力手段と、
前記圧力判定手段によって圧力検出値が圧力判定値よりも高いと判定したときには、前記電動モータに供給する電流が最大電流よりも小さい制限電流となるように、前記初期速度よりも低速な制限速度を回転速度目標値として出力する制限速度出力手段と、
前記初期速度出力手段または制限速度出力手段から回転速度目標値が入力されたときに、前記回転速度検出器による回転速度検出値が該回転速度目標値に近付くように前記電動モータに供給する電流を制御する回転速度制御手段とによって構成したことを特徴とする圧縮機。
前記圧力判定手段は、前記電動モータを初期速度で駆動したときに、前記電動モータに供給する電流が前記制限電流を超える圧力を圧力判定値に設定してなる請求項１に記載の圧縮機。