JP5111064B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、インバータの出力電流により回転数が制御されるモータを駆動部とする圧縮機本体の吐出圧力を制御するようにした圧縮機の改善に係り、より詳しくは、インバータの出力電流が過電流になるのを防止し得るようにした圧縮機に関するものである。

インバータの出力電流により回転数が制御されるモータを駆動部とする圧縮機本体の吐出圧力を制御することを可能ならしめるようにした圧縮機が知られている。以下、この従来例に係る圧縮機の概要を、添付図面を参照しながら説明する。図２は、従来例に係る圧縮機の全体構成を示す図である。

図２に示す符号５０は、従来例に係る圧縮機である。この圧縮機５０はインバータ５１を介して電源５２に接続され、回転数制御されるモータ５３を駆動部とする圧縮機本体５４と、制御部５５とを備えている。前記圧縮機本体５４から延びる吐出流路５６には、リザーバタンク５７が介装され、前記圧縮機本体５４と前記リザーバタンク５７との間の吐出流路５６の部分、およびリザーバタンク５７のそれぞれには、圧力検出可能に第１圧力検出器５８、第２圧力検出器５９が設けられている。

前記制御部５５は、第１ＰＩＤ演算回路６１、ローセレクタ６２を有し、前記第１圧力検出器５８は第１ＰＩＤ演算回路６１に接続され、前記第２圧力検出器５９は第２ＰＩＤ演算回路６３を介してローセレクタ６２に接続されると共に、このローセレクタ６２はインバータ５１に接続されている。さらに、前記第１ＰＩＤ演算回路６１には、予め設定値として許容される吐出圧力の最大値Ｐｄ_ＭＡＸ_ＳＥＴが入力されると共に、前記第２ＰＩＤ演算回路６３には、予め設定値として前記リザーバタンク５７におけるタンク内圧力の所望値Ｐ_ＲＴ_ＳＥＴ（＜Ｐｄ_ＭＡＸ_ＳＥＴ）が入力されている。

上記構成になる圧縮機５０において、前記第１圧力検出器５８によって検出された吐出圧力Ｐｄに対応する吐出圧力信号が第１ＰＩＤ演算回路６１に入力される。そして、ここで吐出圧力Ｐｄと吐出圧力の最大値Ｐｄ_ＭＡＸ_ＳＥＴとの間の偏差をなくすようにするモータ回転数ＲＰＭ_ＭＶ１が導出され、この導出されたモータ回転数ＲＰＭ_ＭＶ１に対応するモータ回転数信号が前記ローセレクタ６２に入力される。

一方、前記第２圧力検出器５９によって検出されたタンク内圧力Ｐ_ＲＴに対応するタンク内圧力信号が前記第２ＰＩＤ演算回路６３に入力される。ここで検出値であるタンク内圧力Ｐ_ＲＴと設定値であるタンク内圧力の所望値Ｐ_ＲＴ_ＳＥＴとの間の偏差をなくすようにするモータ回転数ＲＰＭ_ＭＶ２が導出され、このモータ回転数ＲＰＭ_ＭＶ２に対応するモータ回転数信号が外部信号として前記ローセレクタ６２に入力される。

そして、前記ローセレクタ６２により、入力された前記モータ回転数ＲＰＭ_ＭＶ１と、外部信号に対応する前記モータ回転数ＲＰＭ_ＭＶ２とのうちの小さい方に対応するモータ回転数が選択される。そして、選択されたモータ回転数に対応するモータ回転数信号が前記ローセレクタ６２からインバータ５１に入力され、この入力されたモータ回転数信号に基づいてモータ５３の回転数が制御される。

従って、上記従来例に係る圧縮機５０によれば、過負荷になることなく、吐出圧力に応じて最も高速の回転数で稼動されるため、省エネルギーが可能になるという効果が得られる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−９７６４３号公報

上記引用文献１に開示されてなる従来例に係る圧縮機によれば、過負荷になることなく、吐出圧力に応じて最も高速の回転数で稼動されるため、省エネルギーが可能になるという効果があるので、上記引用文献１に開示された従来例に係る圧縮機は極めて有用であると考えられる。ところで、一般に、インバータの出力電流（二次電流）の電流値が、インバータの仕様、またはこのインバータによって回転数が制御されるモータの仕様に基づく許容電流値以上になると、発熱によってモータに異常が生じることになる。従って、インバータの出力電流の電流値が許容電流値以上（過電流）になるのを防止し得ることが望ましい。しかしながら、引用文献１には、上記のような異常に対処し得る構成の圧縮機について何ら開示されていない。

従って、本発明の目的は、斯かる実情に鑑み、圧縮機本体の吐出圧力に応じてモータの回転数を制御するインバータの出力電流が過電流になるのを防止することを可能ならしめる圧縮機を提供することである。

発明者らは、下記の事項を考えて、インバータの出力電流が過電流になるのを防止することを可能ならしめる圧縮機を具現するという目的を達成したものである。即ち、圧縮機の理論消費動力Ｐａｄは、中間冷却器の数がｉであり、空気のポリトロープ指数がｋであり、吸込空気の絶対圧力がＰ_１であり、吐出空気の絶対圧力がＰ_２であり、吐出空気の流量がＱｖであるとすると、下記（１）式で表すことができる。
ここで、上記（１）式の中間冷却器の数ｉおよび空気のポリトロープ指数ｋが定数であり、そして吸込空気の絶対圧力Ｐ_１が大気圧であってほぼ一定であるとし、任意の定数βを用いて上記（１）式を簡略化すると、圧縮機の消費電力Ｐａｄは、下記（２）式のとおりとなる。

即ち、圧縮機の動力は、動力（Ｐａｄ）∝圧力（Ｐ_２）×風量（Ｑｖ）の式で簡略的に表すことができる。また、風量（Ｑｖ）については、同一の圧縮機本体であれば、ほぼその回転数に比例することになる。従って、圧縮機は、フィルターの目詰まり等により吐出圧力（Ｐ_２：吐出空気の絶対圧力）が上昇すると、動力（Ｐａｄ：理論消費動力）が大きくなる。換言すれば、吐出圧力の上昇に起因して上昇する圧力の上昇分を、風量（Ｑｖ）の減少によって抑制するようにすれば、圧縮機の動力の増加を防止することができるから、動力（Ｐａｄ：理論消費動力）が定格動力値（Ｐａｄ_ＭＡＸ）を超えないように、圧縮機を運転することが可能になる。

従って、本発明の請求項１に係る圧縮機が採用した手段の要旨は、インバータの出力電流により回転数が制御されるモータを駆動部とする圧縮機本体と、前記インバータの出力電流の電流値検出可能に設けられた電流検出器と、前記圧縮機本体の吐出側に吐出圧力検出可能に設けられた圧力検出器と、コントローラとを備えてなる圧縮機において、前記コントローラは、第１ＰＩＤ演算回路によって前記電流検出器から入力されるインバータの出力電流と予め入力された定格電流値との間の偏差をなくすようにするモータ回転数を導出すると共に、第２ＰＩＤ演算回路によって前記圧力検出器から入力される吐出圧力信号と予め入力された吐出圧力設定値との間の偏差をなくすようにするモータ回転数を導出し、導出した前記モータ回転数のうちの小さい方に対応するモータ回転数信号を前記第１ＰＩＤ演算回路および前記第２ＰＩＤ演算回路が接続されたローセレクタにより選択して前記インバータに入力し、前記小さい方に対応するモータ回転数信号に基づいて前記モータの回転数を制御する機能を備えてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る圧縮機では、フィルターの目詰まり等により吐出圧力が上昇しても、第１ＰＩＤ演算回路によって電流検出器から入力されるインバータの出力電流と予め入力された定格電流値との間の偏差をなくすようにするモータ回転数を導出すると共に、第２ＰＩＤ演算回路によって圧力検出器から入力される吐出圧力信号と予め入力された吐出圧力設定値との間の偏差をなくすようにするモータ回転数が導出される。そして、導出されたモータ回転数のうちの小さい方に対応するモータ回転数信号が前記第１ＰＩＤ演算回路および前記第２ＰＩＤ演算回路に接続されたローセレクタにより選択され前記インバータに入力され、この小さい方に対応するモータ回転数信号に基づいてモータの回転数が制御される。

従って、本発明の請求項１に係る圧縮機によれば、インバータやこのインバータによって回転数が制御されるモータに予め入力された定格電流値を超える電流が流れるようなことがなく、インバータの出力電流が過電流になることがないから、インバータやモータが発熱によって異常を来たすようなことがない。

以下、本発明の実施の形態に係る圧縮機を、添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係る圧縮機を模式的に示す全体構成説明図である。なお、本発明の実施の形態においては、圧縮機の圧縮機本体が、互いに噛合する一対のスクリュロータがケーシング内に収容されてなるスクリュ圧縮機である場合を例として説明する。

図に示す符号１は、本発明の実施の形態に係る圧縮機であって、この圧縮機１はインバータ５を介して電源６に接続され、回転数が制御されるモータ７を駆動部とする圧縮機本体３と、前記インバータ５の出力電流（二次電流）を制御するコントローラ１０とを備えている。前記圧縮機本体３の空気入口３ａには吸気調整弁２ａが介装されてなる吸気流路２が接続され、また空気出口３ｂには，バルブ４ａが介装されてなる吐出流路４の基端側が接続され、空気出口３ｂから吐出される圧縮空気を供給するために、先端側は図示しない空気供給先側に連通している。前記吐出流路４のバルブ４ａの下流側に、圧縮空気の吐出圧力Ｐｄを検出する圧力検出器９が設けられると共に、前記インバータ５から前記モータ７に出力電流を供給する電力供給線に、前記インバータ５の出力電流（二次電流）を検出する電流検出器８が設けられている。

前記コントローラ１０は、第１ＰＩＤ演算回路１１、第２ＰＩＤ演算回路１２、およびこれら第１，２ＰＩＤ演算回路１１，１２が接続されるローセレクタ１３を具備し、このローセレクタ１３は前記インバータ５に接続されている。さらに、前記第１ＰＩＤ演算回路１１には前記電流検出器８が接続されると共に、前記第２ＰＩＤ演算回路１２には前記圧力検出器９が接続されている。そして、前記第１ＰＩＤ演算回路１１には、予めインバータ５の仕様、またはこのインバータ５によって回転数が制御されるモータ７の仕様に基づく許容電流値である定格電流値Ｃｔ_１００が入力されると共に、前記第２ＰＩＤ演算回路１２には、予め圧縮機本体３の最大許容吐出圧力である吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴが入力されるように構成されている。

前記第１ＰＩＤ演算回路１１に対して予め入力される定格電流値Ｃｔ_１００、および前記第２ＰＩＤ演算回路１２に対して予め入力される吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴは、何れもコントローラ１０に設けられた、図示しない設定値入力手段によって入力されるように構成されている。従って、前記設定値入力手段を操作することにより、前記定格電流値Ｃｔ_１００、および前記吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴの値を、容易に要求される任意の値に変更することができる。なお、前記設定値入力手段は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や種々のキースイッチが併設されたものから構成されている。

上記のとおり、各設定値のそれぞれを設定値入力手段によって任意に設定することができるが、前記定格電流値Ｃｔ_１００は、これ以上になると何らかの異常をきたす「許容値」よりも小さい値として決定される。また、前記吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴは、段落〔００１２〕に記載の定格動力値Ｐａｄ_ＭＡＸに関連して決定される。なお、前記電流検出器８から入力される電流値信号がほぼ定格電流値Ｃｔ_１００の状態で圧縮機１が運転されているということは、この圧縮機１が定格動力値Ｐａｄ_ＭＡＸで運転されていることとほぼ同義であると理解することができる。

上記構成になる圧縮機１において、前記電流検出器８で検出されたインバータ５の出力電流値Ｃｔに対応する電流値信号がコントローラ１０の第１ＰＩＤ演算回路１１に入力される。そして、この第１ＰＩＤ演算回路１１において検出値である出力電流値Ｃｔに対応する電流値信号と、予めインバータ５の仕様、またはこのインバータ５によって回転数が制御されるモータ７の仕様に基づく許容電流値である定格電流値Ｃｔ_１００との間の偏差をなくすようにするモータ回転数Ｒ_ＭＶ１が導出される。より詳しくは、下記のとおりである。

前記電流検出器８から第１ＰＩＤ演算回路１１に入力される出力電流値Ｃｔに対応する電流値信号が定格電流値Ｃｔ_１００よりも小さい場合、つまり圧縮機１が定格動力よりも小動力で運転されている場合には、前記第１ＰＩＤ演算回路１１から導出されるモータ回転数信号は、この第１ＰＩＤ演算回路１１が導出し得る最大のモータ回転数Ｒ_ＭＶ１、すなわち１００％となる。

一方、前記電流検出器８から第１ＰＩＤ演算回路１１に入力される出力電流値Ｃｔに対応する電流値信号が定格電流値Ｃｔ_１００よりも大きい場合、つまり圧縮機１が定格動力よりも大動力で運転されている場合には、前記電流検出器８から入力される出力電流値Ｃｔに対応する電流値信号が定格電流値Ｃｔ_１００になるように、この第１ＰＩＤ演算回路１１から導出されるモータ回転数Ｒ_ＭＶ１が下げられる。

また、前記電流検出器８から第１ＰＩＤ演算回路１１に入力される出力電流値Ｃｔに対応する電流値信号がほぼ定格電流値Ｃｔ_１００と同等である場合、つまり圧縮機１がほぼ定格動力で運転されている場合には、前記第１ＰＩＤ演算回路１１から導出されるモータ回転数Ｒ_ＭＶ１は、現状の値のまま維持され続ける。なお、前記第２ＰＩＤ演算回路１２に対しては、定格圧力値Ｐｄ_１００以下の吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴが負荷側の要求に応じて前記設定値入力手段により設定される。

また、上記構成になる圧縮機１において、前記圧力検出器９で検出された吐出圧力Ｐｄに対応する吐出圧力信号が第２ＰＩＤ演算回路１２に入力される。そして、この第２ＰＩＤ演算回路１２において、前記圧力検出器９から入力された吐出圧力Ｐｄに対応する吐出圧力信号と、予め入力されている吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴとの間の偏差をなくすようにするモータ回転数Ｒ_ＭＶ２が導出される。より詳しくは、下記のとおりである。

前記第１圧力検出器９から第２ＰＩＤ演算回路１２に入力される吐出圧力Ｐｄに対応する吐出圧力信号が吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴよりも小さい場合には、第２ＰＩＤ演算回路１２から導出されるモータ回転数信号は、この第２ＰＩＤ演算回路１２が出力し得る最大のモータ回転数Ｒ_ＭＶ２、すなわち１００％となる。また、前記第１圧力検出器９から第２ＰＩＤ演算回路１２に入力される吐出圧力Ｐｄに対応する吐出圧力信号が吐出圧力設定値Ｐｄ_ＳＥＴと同等である場合には、第２ＰＩＤ演算回路１２から導出されるモータ回転数Ｒ_ＭＶ２は現状の値まま維持され続ける。

上記のようにして、前記第１ＰＩＤ演算回路１１で導出されたモータ回転数Ｒ_ＭＶ１に対応するモータ回転数信号と、前記第２ＰＩＤ演算回路１２で導出されたモータ回転数Ｒ_ＭＶ２に対応するモータ回転数信号とが、前記第１，２ＰＩＤ演算回路１１，１２のそれぞれからローセレクタ（ＬＯＷ_ＳＥＬＥＣＴ）１３に入力される。そして、このローセレクタ１３によりモータ回転数Ｒ_ＭＶ１に対応するモータ回転数信号と、モータ回転数Ｒ_ＭＶ２に対応するモータ回転数信号とのうちの小さい方に対応するモータ回転数信号が選択されると共に、選択された小さい方に対応するモータ回転数信号が、このローセレクタ１３からインバータ５に入力され、この入力された小さい方に対応するモータ回転数信号に基づいて、モータ５の回転数が制御される。

従って、本実施の形態に係る圧縮機１によれば、インバータ５やこのインバータ５によって回転数が制御されるモータ７に予め入力された定格電流値を超える出力電流が流れるようなことがなく、インバータ５の出力電流が過電流になることがないから、インバータ５やモータ７の発熱によって、多大な動力損失やモータの焼き付き等の異常を来たすようなことがない。

なお、上記実施の形態に係る圧縮機は、本発明の１具体例に過ぎず、そして本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在であるから、上記実施の形態に係る圧縮機の構成に限定されるものではない。また、上記実施の形態においては、圧縮機が、互いに噛合する一対のスクリュロータがケーシング内に収容されてなるスクリュ圧縮機である場合を例として説明したが、特にスクリュ圧縮機に限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係り、圧縮機を模式的に示す全体構成説明図である。 従来例に係る圧縮機の全体構成を示す図である。

符号の説明

１…圧縮機
２…吸気流路，２ａ…吸気調整弁
３…圧縮機本体，３ａ…空気入口，３ｂ…空気出口
４…吐出流路，４ａ…バルブ
５…インバータ
６…電源
７…モータ
８…電流検出器
９…圧力検出器
１０…コントローラ
１１…第１ＰＩＤ演算回路
１２…第２ＰＩＤ演算回路
１３…ローセレクタ

Claims (1)

1. インバータの出力電流により回転数が制御されるモータを駆動部とする圧縮機本体と、前記インバータの出力電流の電流値検出可能に設けられた電流検出器と、前記圧縮機本体の吐出側に吐出圧力検出可能に設けられた圧力検出器と、コントローラとを備えてなる圧縮機において、前記コントローラは、第１ＰＩＤ演算回路によって前記電流検出器から入力されるインバータの出力電流と予め入力された定格電流値との間の偏差をなくすようにするモータ回転数を導出すると共に、第２ＰＩＤ演算回路によって前記圧力検出器から入力される吐出圧力信号と予め入力された吐出圧力設定値との間の偏差をなくすようにするモータ回転数を導出し、導出した前記モータ回転数のうちの小さい方に対応するモータ回転数信号を前記第１ＰＩＤ演算回路および前記第２ＰＩＤ演算回路が接続されたローセレクタにより選択して前記インバータに入力し、前記小さい方に対応するモータ回転数信号に基づいて前記モータの回転数を制御する機能を備えてなることを特徴とする圧縮機。