JP5517715B2

JP5517715B2 - タンク一体式空気圧縮機

Info

Publication number: JP5517715B2
Application number: JP2010092733A
Authority: JP
Inventors: 瑛人大畠; 永敏小林; 隆昌市村; 広宣高安; 達也鈴木; 武勝本
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: JP2011220288A

Description

本発明は、タンク一体式空気圧縮機に関する。

特許文献１に記載のタンク一体式空気圧縮機は電圧低下を検出した場合にモータの負担を軽減するために、モータへの電源供給の停止を自動的に行う。

特開２００３−２５４２５２号公報

例えば、文献1に記載の空気圧縮機では、電源が安定供給されない建築現場や仮設施設や野外などで使用された場合、低電圧状態を検知して圧縮機が停止しユーザの作業を止めたり、モータの回転数が減速して圧縮機の信頼性を低下させる等の問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、タンク一体式圧縮機において低電圧時に運転停止及び復帰圧力を変更することで、低電圧時の圧縮機の高信頼性を実現することを目的とする。

本発明では、空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体により圧縮された気体を貯留する貯留タンクと、回転軸を回転させて前記圧縮機本体を駆動するモータと、前記回転軸の端部に設けられた冷却ファンと、前記モータの駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第１の電圧値以下になった場合に、前記モータが駆動を行う上限の圧力である運転停止圧力を低くすることを特徴とするタンク一体式空気圧縮機を提供する。

また、他の観点における本発明では、空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体により圧縮された気体を貯留する貯留タンクと、回転軸を回転させて前記圧縮機本体を駆動するモータと、前記回転軸の端部に設けられた冷却ファンと、操作部を備え、前記圧縮機本体と前記モータとを覆うカバーと、前記操作部を操作して運転モードを切り替えることにより、前記モータの回転数及び前記モータが駆動する圧力を変更する制御部とを備え、前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第１の電圧値以下になった場合に、前記モータが駆動を行う上限の圧力である運転停止圧力が最も低い運転モードに強制的に変更することを特徴とするタンク一体式空気圧縮機を提供する。

本発明によれば、小型、軽量なタンク一体式空気圧縮機において、タンク一体式圧縮機において低電圧時に運転停止及び復帰圧力を変更することで、低電圧時の圧縮機の高信頼性を実現することができる。

本発明の実施例に係る圧縮機本体の側断面図である。本発明の実施例に係るタンク一体式空気圧縮機斜視図である。本発明の実施例に係るタンク一体式空気圧縮機の操作部である。本発明の実施例に係る低電圧時の通常モード、静音モードの制御フローである。本発明の実施例に係る低電圧時のパワフルモードの制御フローである。

以下、本発明の実施例に係るタンク一体式空気圧縮機及び低電圧検知制御を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、本実施例に係るタンク一体式空気圧縮機において空気を圧縮する圧縮機本体１の構造を、図１を参照しつつ以下に説明する。

１は空気を圧縮する圧縮機本体である。圧縮機本体１は、クランクケース１Ａとクランクケース１Ａに取り付けられたシリンダ１８を備えている。クランクケース１Ａ内にはモータ６のシャフト（回転軸）６Ａが貫通している。

１Ａは圧縮機本体１及びモータ６を覆うクランクケースである。クランクケース１Ａの一端側にはステータ２が直接固定され、ベアリング３が装着されており、ステータ２の取り付け側と反対側には、ベアリング４が装着された軸受箱５が勘合される構造となっている。また、クランクケース１Ａ内を貫通するシャフト６Ａの中央部にはキー１２を有する。また、空気をシール、圧縮するためのピストンリング１３を有した連接棒組１４が、ベアリング１５と偏心したエキセントリック１６を介してバランス１７と共に挿入される。連接棒組１４およびバランス１７は、クランクケース１Ａおよび軸受箱５に装着された２個のベアリング３、４によって両側から支持されている。

６は圧縮機本体１を駆動するモータである。モータ６はステータ２、ベアリング３、シャフト６Ａ、キー７、ロータ８、ワッシャ９を有し、シャフト６Ａの端部には冷却ファン１０が設けられている。シャフト６Ａの一端側にキー７を介してロータ８が装着されている。ロータ８はワッシャ９と冷却ファン１０を取り付けるためのファンシャフト１１によって、軸方向に固定されている。

１０は後述するカバー２６の内部に冷却風を供給し、圧縮機本体１、空気タンク２４、２５などのタンク一体式空気圧縮機の構成要素を冷却するための冷却ファンである。冷却ファン１０はファンシャフト１１によってシャフト６Ａの端部に設けられ、モータ６によって駆動される。

１８は、クランクケースに取り付けられたシリンダである。本実施例ではシリンダ１８を２つ設け、一対のシリンダ１８がクランクケースを挟んで互いに対向するように取り付けた。シリンダ１８は、フランジ１９、空気弁２０、通しボルト２２を備える。シリンダヘッド２１クランクケース１Ａにはシリンダ１８を取り付けるためのフランジ１９が設けられており、シリンダ１９、空気弁２０、シリンダヘッド２１が、通しボルト２２によって前記フランジ１９に固定され、圧縮室２３を形成している。

本実施例における圧縮機本体１の動作について説明する。本実施例における圧縮機本体１は前記ロータ８の駆動によりシャフト６Ａが回転すると、エキセントリック１６によって連接棒組１４およびピストンリング１３が圧縮室２３内を往復運動する。このピストンリング１３が上死点から下死点へ向かう吸い込み工程ではシリンダヘッド２１、空気弁２０を通じて圧縮室２３内へ空気を吸い込み、逆に上死点へ向かう吐き出し工程では吸い込んだ空気を圧縮しつつ、空気弁２０、シリンダヘッド２１を通じて吐き出す構造である。シリンダヘッド２１を通じて吐き出された空気は後述の貯留タンク２４、２５に貯留される。本実施例では、一方のシリンダ１８で圧縮した空気をさらに他方のシリンダ１８で圧縮する２段圧縮を行うことにより効率よく空気を圧縮している。

次に、本実施例に係るタンク一体式空気圧縮機の外観及び操作部について、図２、図３を参照しつつ以下に説明する。

２４、２５は貯留タンクであり、略円筒状で互いに並行に配置され、上述の圧縮機本体１で圧縮された圧縮空気を貯留する。貯留タンク２４、２５の上部には、圧縮機本体１、モータ６を覆うように一体成型された樹脂製のカバー２６が取り付けられている。樹脂製のカバー２６前方には貯留タンク２４、２５に貯留された圧縮空気を用途に合わせて減圧し取り出すための減圧弁２７、２８が備えられている。減圧弁２７、２８は取り出しの圧力範囲を広くするため、約２．０ＭＰａ〜約２．５ＭＰａまでの圧力が取り出せる高圧対応の減圧弁２７と０ＭＰａ〜約１．０ＭＰａまでの圧力が取り出せる低圧対応の減圧弁２８に分類される。また、減圧弁２７、２８の取り出し圧力を確認できるようにするため、各々に高圧対応の圧力計２９と低圧対応の圧力計３０が備えられている。また、圧縮空気の取り出し口として、減圧弁２７、２８各々に高圧対応のカプラ３１と低圧対応のカプラ３２が２個ずつ備えられている。

３３はタンク一体式空気圧縮機の操作部であり、運転スイッチ３４、モード切替スイッチ３５、復帰スイッチ３６を操作することで、圧縮機の運転、停止、異常からの復帰などの制御を行う制御部（図示せず）の動作を変更することができる。運転、停止、モード、異常等の圧縮機の状態はＬＥＤ３７、３８、３９、４０、４１、４２によって判別可能である。ＬＥＤ３７は運転、停止を表示、ＬＥＤ３８、３９、４０はモードを表示、ＬＥＤ４１は温度異常、過電流異常等の異常を表示、ＬＥＤ４２は整備時期を表示する。また、貯留タンク２４、２５内のタンク内圧力は操作部３３に備えられたＬＥＤ４３、４４、４５、４６、４７によって判別可能である。運転モードは圧縮機の運転状態を示すものであり、運転停止圧力と運転復帰圧力、回転数によって分類されている。例えば、通常モードは運転停止圧力が４．２ＭＰａ、運転復帰圧力が３．２ＭＰａ、回転数は最大で約２８００min-1で運転し、パワフルモードは運転停止圧力が４．２ＭＰａ、運転復帰圧力が３．８ＭＰａ、回転数は最大で約３５００min-1で運転し、低速モードは運転停止圧力が４．２ＭＰａ、運転復帰圧力が３．２ＭＰａ、回転数は約最大１５００min-1で運転する。作業者は各用途に合わせモードを選択し圧縮機を運転する。ここでは、３種類の運転モードを選択可能な例について説明するが、運転モードはこれに限らず、２種類であってもよいし、４種類以上あってもよい。また、運転モードを変えることにより、運転停止圧力、運転復帰圧力、回転数を全て変える例について説明したが、いずれか１つまたは２つを変えるだけであってもよい。また、運転停止圧力、運転復帰圧力を変える運転モードと回転数を変える運転モードを別個に設けてもよい。

次に、本実施例に係るタンク一体式空気圧縮機の低電圧時の制御フローついて、図４、図５を参照しつつ以下に説明する。

モータの駆動を制御する制御部は、タンクの圧力を監視しており、タンク内の圧力が上限圧力値（運転停止圧力）に達するまでモータを駆動させて圧縮空気をタンクに充填し、タンク内の圧力が上限圧力値（運転停止圧力）に達すると、モータを一時的に停止させ、タンク内の圧力が下限圧力値（運転復帰圧力）に低下すると、再びモータを起動させてタンクへ圧縮空気を充填する。

例えば、建築現場等では、コンセントの数が限られており、延長コードを使用して釘打機を使用場所での電源を確保している。ところが、コンセントの位置から釘打機の使用場所までの距離が長い場合には、複数の延長コードを直列に接続する場合もある。

ところが、延長コードには、釘打機以外にも他の電動工具（例えば、電動ドリルや電動ノコギリなど）が接続される場合がある。このように、延長コードに複数の電動工具のコードが接続された状態で同時に使用されると、各電動工具及び空気圧縮機（モータ６）へ供給される電圧が低下することがある。

このように、運転中に他の電気製品同時使用などによりモータ６に供給される電圧が低下した場合に、電圧が７５Ｖ以下であると制御が判別すると、どの運転モードを使用していても強制的に運転モードが低電圧モードになる。低電圧モードは運転停止圧力が３．２ＭＰａと運転復帰圧力が２．５ＭＰａに設定されている。即ち、複数あるモードのうち、運転停止圧力、運転復帰圧力、回転数が最も低い運転モードが強制的に選択される。ここでは、運転停止圧力、運転復帰圧力、回転数の全てについて最も低い運転モードが選択される例を説明したが、いずれか１つまたは２つについて最も低くなるようにモードが変更されてもよい。また、所定の電圧値以下になった場合に運転停止圧力、運転復帰圧力、回転数が最も低くなるように運転モードを変更するのではなく、１段階ずつ段階的に運転停止圧力、運転復帰圧力、回転数を低くしていくように運転モードを変更してもよい。

また、電圧が７５Ｖ以下になるとＬＥＤ３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７が全点滅し低電圧異常を作業者に警告する。ここでは、ＬＥＤにより低電圧状態を作業者に報知する例を説明したが、ＬＥＤなどの表示に限らず、アラームにより報知してもよい。

また、更なる電圧降下が起こり、低電圧モード中でも電圧が６５Ｖ以下になると強制的に運転を停止する。これにより、モータ６に供給される電圧が低下し、冷却ファン１０の冷却効率が低下した場合に圧縮機本体１およびモータ６の温度上昇を防止することができる。運転が停止した場合は、アラームなどにより運転の強制停止を報知する。例えば、低電圧状態をＬＥＤにより報知し、強制停止をアラームにより報知するといったように、それぞれ異なる方法で報知を行うことにより、作業者が回転数の低下と強制停止の原因を正しく認識することができ、作業者が故障と勘違いすることを防止することができる。

低電圧モード中に電圧が８０Ｖ以上になると制御が通常電圧であると判別し、モードが低電圧モードから低電圧状態になる前に設定されていた各運転モードに強制的に変更される。また、強制停止状態中に電圧が７０Ｖ以上になると低電圧モードで運転を行ってもよいと判別し、低電圧モードにより運転が復帰する。

なお、低電圧モードの運転停止圧力及び運転復帰圧力は空気圧縮機のモータトルク、慣性モーメントの固有値に依存するため、上述した値に限らず、３．２ＭＰａ及び２．５ＭＰａ以外の値であってもよい。

また、電圧降下が起こった場合に低電圧モードに切り替わる電圧は上述した値に限らず、７５Ｖ以外でもよい。また、低電圧モードが解除される電圧値も８０Ｖ以外であってもよい。

また、電圧降下が起こった場合に強制的に運転を停止する電圧は上述した値に限らず、６５Ｖ以外であってもよい。

また、本実施例における変形例として、電流がある一定の電流値を超えた場合に、運転停止圧力及び運転復帰圧力を通常時の値から変更してもよい。

以上に述べた本実施例によれば、低電圧状態で高圧空気圧縮中に、モータへの供給電圧が低下した場合に空気圧縮機の強制的に運転を停止させる前に、運転停止圧力、運転復帰圧力、回転数を低下させた状態で運転を継続するので、ユーザが作業を中断することがなく圧縮機を使用可能になる。また、運転停止圧力を強制的に３．２ＭＰａまで下げることで、電流が通常電圧時以上に流れる低電圧時に、モータ及びインバータ制御装置へ過電流が流れることを防止することができるため、モータコイル及びインバータ制御装置内の発熱素子の温度上昇を抑えることができ、高信頼性を確保することができる。（高圧の圧縮空気を生成する場合には、モータのトルクが必要なため、それに伴い電流値も上昇する。）
また、低電圧状態で高圧の圧縮空気を生成する場合に、モータやインバータ制御装置にかかる電流を下げる方法としてフライホイール追加する方法があった。フライホイールを追加することで慣性モーメントが増加し、モータの回転をアシストすることができるため、モータに加わる電流値を低減することができる。しかし、フライホイールを追加することで、重量及び取り付けのスペースが必要になる。本実施例によれば、フライホイールを追加する必要がないため、製品の軽量化、製品の小型化が可能になる。

空気圧縮機は、他の電動工具（例えば、電動ドリルや電動ノコギリなど）に比べると比較的長時間の駆動が断続的に行われるケースが多いが、本実施例に拠れば、比較的短時間の駆動が断続的に行われる他の電動工具が使用されているときに、空気圧縮機がモータを停止させる待機状態からモータ駆動による圧縮運転状態に切り替わる等の一時的にモータへの供給電圧が低い状態が発生した場合にも、圧縮負荷の大きい高圧域での圧縮機の運転停止を防ぐことができ、低電圧状態になった場合でも継続的に圧縮空気を生成することができる。これにより、低電圧状態でも圧縮機を運転させることで、圧縮機を使用するユーザの作業を止めることがなく、信頼性の向上を図ることができる。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１圧縮機本体
１Ａクランクケース
６モータ
６Ａシャフト
１０冷却ファン
１８シリンダ
２１シリンダヘッド
２６カバー
２７高圧対応の減圧弁
２８低圧対応の減圧弁
３３操作部
３４運転スイッチ
３５モード切替スイッチ
３６復帰スイッチ

Claims

空気を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体により圧縮された気体を貯留する貯留タンクと、
回転軸を回転させて前記圧縮機本体を駆動するモータと、
前記回転軸の端部に設けられた冷却ファンと、
前記モータの駆動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第１の電圧値以下になった場合に、前記モータが駆動を行う上限の圧力である運転停止圧力を低くすることを特徴とするタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は前記モータに供給される電圧値が前記第1の電圧値以下になった場合に、前記モータが停止時に再び前記モータを起動させる圧力である運転復帰圧力を低くすることを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第1の電圧値よりも低い第2の電圧値以下になった場合に前記モータを強制的に停止させることを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は前記モータに供給される電圧値が前記第1の電圧値以下になった場合に、低電圧を報知する警報を出すことを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記圧縮機本体と前記モータとを覆うカバー上に設けられた操作部のＬＥＤにより低電圧を報知することを特徴とする請求項４に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が前記第２の電圧値以下になった場合に、モータの強制停止を報知する警報を出すことを特徴とする請求項３に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、アラームによりモータの強制停止を報知することを特徴とする請求項６に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記空気圧縮機において、前記モータに供給される電流が所定値以下になった場合に、圧縮機の運転停止圧力を変更することを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記空気圧縮機において、前記モータに供給される電流が所定値以下になった場合に、圧縮機の運転復帰圧力を変更することを特徴とする請求項１に記載のタンク一体式空気圧縮機。
空気を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体により圧縮された気体を貯留する貯留タンクと、
回転軸を回転させて前記圧縮機本体を駆動するモータと、
前記回転軸の端部に設けられた冷却ファンと、
操作部を備え、前記圧縮機本体と前記モータとを覆うカバーと、
前記操作部を操作して運転モードを切り替えることにより、前記モータの回転数及び前記モータが駆動する圧力を変更する制御部とを備え、
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第１の電圧値以下になった場合に、前記モータが駆動を行う上限の圧力である運転停止圧力が最も低い運転モードに強制的に変更することを特徴とするタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第１の電圧値以下になった場合に、前記モータが停止時に再び前記モータを起動させる圧力である運転復帰圧力が最も低い運転モードに強制的に変更することを特徴とする請求項１０に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第１の電圧値以下になった場合に、圧縮機の回転数が最も低い運転モードに強制的に変更することを特徴とする請求項１０に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が第1の電圧値よりも低い第2の電圧値以下になった場合に前記モータを強制的に停止させることを特徴とする請求項１０に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は前記モータに供給される電圧値が前記第1の電圧値以下になった場合に、低電圧を報知する警報を出すことを特徴とする請求項１０に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記圧縮機本体と前記モータとを覆うカバー上に設けられた操作部のＬＥＤにより低電圧を報知することを特徴とする請求項１４に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、前記モータに供給される電圧値が前記第２の電圧値以下になった場合に、モータの強制停止を報知する警報を出すことを特徴とする請求項１３に記載のタンク一体式空気圧縮機。
前記制御部は、アラームによりモータの強制停止を報知することを特徴とする請求項１６に記載のタンク一体式空気圧縮機。