JP5521268B2 - エアコンプレッサおよびモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアコンプレッサおよびモータ制御装置に関し、より詳細には、ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御とを用いてモータ手段の制御を行う制御手段を備えたエアコンプレッサおよびモータ制御装置に関する。

圧縮空気を利用した釘打機等の駆動工具を建築現場で利用する場合には、駆動工具に対して圧縮空気を供給するエアコンプレッサを設置する必要がある。エアコンプレッサは、モータ部を駆動させることによって圧縮空気生成部で圧縮空気を生成し、生成させた空気をタンク部に貯留することによって、所定圧力の圧縮空気を駆動工具に供給する構造となっている。

今日のエアコンプレッサでは、モータ部の駆動量を制御部で制御する構造となっている。一般的な制御部には、コンバータ回路とインバータ回路とが設けられており、コンバータ回路によるＰＡＭ制御とインバータ回路によるＰＷＭ制御とを併用することによって、モータ部の駆動量を調節して、迅速かつ安定した圧縮空気を供給することが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。

具体的に、制御部では、所定電圧値にモータ部の駆動用電圧を設定し（このようにして設定される電圧を、以下ＰＡＭ電圧という）、設定された電圧値までコンバータ回路を用いて一次電圧を昇圧させる。その後、制御部では、インバータ回路を用いたＰＷＭ制御により、モータ部の駆動制御量（出力値：以下、Ｄｕｔｙ値という）を少しずつ上昇させることによってモータ部の駆動量を高め、Ｄｕｔｙ値が１００％に達したことを条件に、モータ部の制御をＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行させる方法を用いている。
特開昭５９−１８１９７３号公報

しかしながら、上述したように一次電圧を昇圧させる場合、ＰＡＭ電圧をどの程度の電圧値に設定することが最適であるかを決定することが容易ではない。例えば、タンク部に蓄えられる圧縮空気の圧力状態等によってモータ部の駆動時に必要とされる起動トルクが大きく変化し、モータ部に対する駆動負荷が変動する傾向がある。このため、タンク部の内部圧力に応じてＰＡＭ電圧値を設定しなくてはならないという問題があった。

一方で、エアコンプレッサは、一般的なコンセント（交流電源）用のプラグを備えており、プラグをコンセントに接続することによって、モータ部を駆動させるための駆動電力の供給を受ける構造となっている。作業現場でエアコンプレッサを使用する場合には、同一コンセントに複数の電動工具を接続させて使用することが多いため、規定の一次電圧値を確保することが困難となるおそれがある。このように一次電圧値が規定の値よりも低くなってしまう場合において、ＰＡＭ電圧を高い値に設定してしまうと、設定された電圧値まで一次電圧を昇圧させることが困難となり、モータ部の性能を十分に発揮できないおそれもあった。

さらに、制御部では、上述したように、インバータ回路によるＰＷＭ制御によってモータ部の駆動量を高め、Ｄｕｔｙ値が１００％に達したことを条件に、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと制御を移行する方法を採用しているが、ＰＡＭ電圧を高い電圧値に設定している場合には、ＰＷＭ制御において所定の電圧値までモータの駆動量を高めることができず、Ｄｕｔｙ値を１００％に上昇させることが困難になるおそれがあった。このような場合には、Ｄｕｔｙ値が１００％に移行しないため、結果としてＰＡＭ制御への移行が困難になってＰＷＭ制御のまま駆動されたり、ＰＡＭ制御へ移行する場合であっても、移行までに多くの時間を必要とするという問題があった。

このため、制御部においてＰＷＭ制御が継続して行われてしまい、インバータ回路によるインバータ効率の低減、発熱量の増大およびインバータ回路のチョッピング処理に伴うノイズの発生などを招いてしまうという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、モータ手段の状況に応じてＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を設定し、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと円滑に移行させることが可能なエアコンプレッサおよびモータ制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るエアコンプレッサは、モータ駆動手段の駆動により生成された圧縮空気の圧力状態を検出する圧力検出手段と、前記モータ駆動手段に供給される一次電圧を検出する電圧検出手段と、ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御とを用いて前記モータ手段の制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された一次電圧と前記圧力検出手段により検出された圧力状態とに基づいて、制御が前記ＰＷＭ制御から前記ＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を決定することを特徴とする。

ここで、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御とは、出力電圧のパルスの高さを変化させることにより、モータ手段の回転数を制御する方法である。一方で、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御とは、出力電圧のパルス幅を変化させることによって、モータ手段の回転数を制御させる方法である。

本発明に係るエアコンプレッサでは、一次電圧と圧力状態とに基づいて、制御がＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を設定するため、エアコンプレッサの状態に適した電圧値を設定することができる。

例えば、圧力値が基準値よりも高い値である場合には、その圧力値に応じて、移行される条件となる電圧値を高い値に変更（設定）することにより、駆動開始時におけるモータ手段の負担を考慮した起動耐力を、モータ手段に対して付与することが可能となる。

また、一次電圧が基準値よりも低い場合、その一次電圧値に応じて移行の条件となる電圧値を低い値に設定することによって、一次電圧低下によりＤｕｔｙ値が１００％になかかなか到達しないという状況を回避することができ、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値を１００％に移行させやすくなる。一方で、一次電圧値が基準値よりも高い場合には、その一次電圧値に応じて移行の条件となる電圧値を高い値に設定することによって、モータ手段の駆動開始時における起動耐力の確保を図ることが可能となる。

なお、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙとは、パルスのＯｎ：Ｏｆｆ比率を示したものであり、本発明では、この比率をパーセンテージで示した値をＤｕｔｙ値とする。例えば、Ｄｕｔｙ値が９０％の場合には、モータ手段の回転数が９０％で駆動制御されることになる。このため、Ｄｕｔｙ値はモータ手段における駆動制御量、換言すると、モータ手段に対する制御手段の出力値を意味することになる。

さらに、上記エアコンプレッサにおいて上記制御手段は、前記モータ手段の駆動開始直後に行われる前記ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇状況に応じて、当該ＰＷＭ制御から前記ＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を変更するものであってもよい。

このように、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇状況に応じて、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を変更することによって、Ｄｕｔｙ値がなかなか上昇し難い状況であっても、積極的な電圧値の低減によりＤｕｔｙ値の上昇を誘導することができ、早期かつ円滑にＰＷＭ制御をＰＡＭ制御へと移行することが可能となる。

また、本発明に係るモータ制御装置は、ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御とを用いてモータ手段の制御を行う制御手段を備え、該制御手段は、前記モータ手段の駆動開始直後に行われる前記ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇状況に応じて、当該ＰＷＭ制御から前記ＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を変更することを特徴とする。

このように、本発明に係るモータ制御装置では、モータ手段の駆動開始直後に行われるＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇状況に応じて、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を変更するため、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇が何らかの制御要因によって所定Ｄｕｔｙ値からなかなか上昇し難くなった場合であっても、電圧値を変更、具体的には電圧値を下げることにより、円滑にＰＡＭ制御へと移行することが可能となる。このため、ＰＡＭ制御に移行することなくＰＷＭ制御が継続して続いてしまうことを防止することができ、ＰＷＭ制御の継続により発生するインバータ効率の低減や、発熱量の増大等に伴う部品不具合の発生、モータ手段における駆動効率低減などを効果的に抑制することが可能となる。

本発明に係るエアコンプレッサおよびモータ制御装置によれば、モータ手段の駆動開始直後に行われるＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇状況に応じて、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を変更するため、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇が何らかの制御要因によって所定Ｄｕｔｙ値からなかなか上昇し難くなった場合であっても、円滑にＰＡＭ制御へと移行することが可能となる。

以下、本発明に係るエアコンプレッサについて、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、エアコンプレッサの概略構成を示したブロック図である。エアコンプレッサ１は、タンク部２と、圧縮空気生成部３と、モータ部（モータ手段）４と、制御回路部（制御手段）５とによって概略構成されている。

タンク部２は、圧縮空気を貯留するための貯留タンク８を有している。貯留タンク８には、圧縮空気生成部３により生成された一定圧力の圧縮空気が蓄えられており、通常３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａ程度の圧力に維持されている。

貯留タンク８には、複数の圧縮空気取出口９が設けられている。本実施の形態においては、高圧の圧縮空気を取り出すための高圧取出口９ａと、常圧の圧縮空気を取り出すための常圧取出口９ｂとが設けられている。各取出口９ａ、９ｂには、それぞれの取出口９ａ、９ｂより得られる圧縮空気を所望の圧力に減圧させるための減圧弁１０ａ、１０ｂが設けられており、高圧取出口９ａでは、減圧弁１０ａによって取り出される圧縮空気の圧力が１．５ＭＰａ〜２．５０ＭＰａ程度に減圧され、常圧取出口９ｂでは、減圧弁１０ｂによって取り出される圧縮空気の圧力が０．７ＭＰａ〜１．５ＭＰａ程度に減圧される。

貯留タンク８内の圧縮空気は、上述したように通常３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａ程度の圧力に維持されるため、高圧取出口９ａから取り出され圧縮空気も常圧取出口９ｂから取り出される圧縮空気も、上述した所望の圧力を減圧弁１０ａ、１０ｂによって維持することが可能となる。また、各取出口９ａ、９ｂには、減圧弁１０ａ、１０ｂにより減圧された圧縮空気を釘打機等の駆動工具に供給するために、エアホース（図示省略）を着脱することが可能となっている。

また、貯留タンク８には貯留タンク８内の圧力を検出するための圧力センサ（圧力検出手段）１２が設けられている。圧力センサ１２は、貯留タンク８内の圧力変化を内部の感圧素子によって電気信号に変換する機能を有しており、検出した電気信号は制御回路部５に伝達される。

圧縮空気生成部３は、シリンダ内に設けられる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って圧縮空気を生成する構造を備えている。圧縮された空気は、連結パイプ１４を介してタンク部２の貯留タンク８へと供給される。

モータ部４は、圧縮空気生成部３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役割を有している。モータ部４には、駆動力を発生させるためのステータ１６とロータ１７とが設けられている。ステータ１６には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃが形成されており、これらの巻線１６ａ〜１６ｃに対して電流を流すことによって回転磁界が形成される。

ロータ１７は、永久磁石によって構成されており、ステータ１６の巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃを流れる電流によって形成される回転磁界により、ロータ１７の回転が行われる。また、モータ部４には、ロータ１７の回転を検出するための回転数検出部１８が設けられている。回転数検出部１８には、ホールＩＣが設けられており、このホールＩＣを用いてロータ１７における磁界の変化を検出することによってロータ１７の回転数を検出する。

制御回路部５は、図２に示すように、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro Processing Unit、制御手段）２０と、コンバータ回路２１と、インバータ回路２２とによって概略構成されている。

コンバータ回路２１は、整流回路２４と昇圧回路２５と平滑回路２６とにより概略構成されており、このコンバータ回路２１によっていわゆるＰＡＭ制御が実行される。ここで、ＰＡＭ制御とは、コンバータ回路２１によって出力電圧のパルスの高さを変化させることにより、モータ部４の回転数を制御する方法である。一方で、インバータ回路２２では、いわゆるＰＷＭ制御が実行される。ＰＷＭ制御とは、出力電圧のパルス幅を変化させてモータ部４の回転数を制御させる方法である。

ＰＡＭ制御は、ＰＷＭ制御に比べて、モータ部４における低回転時の効率低下が少なく、電圧を上げることによって高回転にも対応することが可能であるという特性を有しているため、高出力時および定常運転時に主として用いられる制御方法である。一方で、ＰＷＭ制御は、起動時や電圧低下時などにおいて主として用いられる制御方法である。マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１の運転状態に応じて、コンバータ回路２１によるＰＡＭ制御とインバータ回路２２によるＰＷＭ制御とを好適に切り替えて制御を実行する。

コンバータ回路２１の整流回路２４および平滑回路２６は、エアコンプレッサ１の駆動源となる交流電源２９を整流・平滑することによって直流電圧に変換する役割を有している。昇圧回路２５の内部には、スイッチング素子２５ａが設けられており、マイクロプロセッサ２０の制御命令に応じて直流電圧の振幅制御を行う役割を有している。昇圧回路２５は、マイクロプロセッサ２０のＰＡＭ命令を受けた昇圧コントローラ２７を介して制御されている。

なお、コンバータ回路２１の整流回路２４と昇圧回路２５との間には、電圧検出部（電圧検出手段）２８が設けられている。電圧検出部２８で検出される電圧値は、昇圧回路２５等を経て電圧値が昇圧される前の一次電圧の値であり、この電圧値は交流電源２９の電圧値を示している。従って、電圧検出部２８において電圧値を検出することによって、交流電源２９によりどの程度の一次電圧が供給されているかを判断することができ、エアコンプレッサ１の機能を発揮し得る電圧値として予め規定されている規定電圧値（本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、例えば１００Ｖ）との電圧値差を容易に判断することが可能となる。電圧検出部２８によって検出された駆動電圧値は、マイクロプロセッサ２０に出力される。

インバータ回路２２は、コンバータ回路２１によって変換された直流電圧のパルスを一定周期で正負変換させるとともに、パルス幅を変換させることによって直流電圧を擬似的な正弦波を備える交流電圧に変換する役割を有している。このパルス幅を調整することによって、上述したようにモータ部４の回転数制御を行うことが可能となる。マイクロプロセッサ２０は、インバータ回路２２に対する出力値の調整を行うことによって、モータ部４の駆動量を制御する。

マイクロプロセッサ２０は、コンバータ回路２１およびインバータ回路２２の駆動制御を行うことによって、タンク部２の圧縮空気の圧力を３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａに安定させるための制御手段である。マイクロプロセッサ２０は、演算処理ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、ワークメモリ等の一時記憶領域として利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、後述する制御処理プログラム（例えば、図３および図５に示す処理に関するプログラム）等が記録されるＲＯＭ（Read Only Memory）等の機能が、１チップのＬＳＩにより実現されたものである。

マイクロプロセッサ２０には、回転数検出部１８によって検出されたモータ部４（より詳細にはロータ１７）の回転数情報（駆動回転数の情報）が入力されると共に、電圧検出部２８で検出された一次電圧値（駆動電源の電圧値の情報）が入力される。一方でマイクロプロセッサ２０は、制御情報（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）をコンバータ回路２１およびインバータ回路２２に対して出力することが可能な構成となっている。コンバータ回路２１およびインバータ回路２２では、マイクロプロセッサ２０によって出力された制御情報に基づいて、モータ部４の駆動制御を実行する。

マイクロプロセッサ２０は、昇圧コントローラ２７にＰＡＭ命令を出力することによって、昇圧コントローラ２７を介して昇圧回路２５のスイッチング素子２５ａを制御して、コンバータ回路２１の駆動制御を行う。また、同様に、マイクロプロセッサ２０は、インバータ回路２２に対してＰＷＭ命令を出力することによってインバータ回路２２の制御を行う。

但し、上述したように、ＰＡＭ制御は高出力時および定常運転時に主として用いられる制御方法であり、ＰＷＭ制御は、起動時や電圧低下時などにおいて主として用いられる制御方法である。このため、マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１の起動時に、起動用電圧値を所定の電圧値（この電圧値がＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行する条件となる電圧値に該当するＰＡＭ電圧）まで昇圧させた後に、インバータ回路２２のＤｕｔｙ値を初期値２５％から１００％へと徐々に増加させることによって、エアコンプレッサ１（モータ部４）の駆動状態を立ち上げる制御を行う。

ここで、インバータ回路２２によるＤｕｔｙ値は、予め定められた回転数（例えば３０００回転）にモータ部４の回転が到達することによって１００％に達することになる。但し、モータの駆動状態に応じてＤｕｔｙ値の上昇率が変更される。例えば、回転数のみに基づいてＤｕｔｙ値の上昇制御を行うと、モータ部の駆動電流が所定の電流値（例えば１５Ａ）を超えてしまうおそれがある。このように駆動電流が所定電流値を超えてしまうおそれがある場合には、駆動電流を所定電流値を維持した（少なくとも、所定電流値を超えることがない）状態で、Ｄｕｔｙ値を上昇させてモータ部４の駆動を行う必要がある。一般的に、圧力センサ１２により検出されるタンク部２の圧力が１ＭＰａ以下の場合には、モータ部４の回転数のみに基づいてＤｕｔｙ値の上昇制御が行われ、圧力が１ＭＰａ以上になると、電流値が１５Ａに到達することが多いため、それ以降は、駆動電流を１５Ａに維持した状態でＤｕｔｙ値の上昇制御を行う。

また、モータ部４の起動時に設定するＰＡＭ電圧の値を高い値にすると、ＰＷＭ制御においてＤｕｔｙ値が１００％到達することなく（例えば、Ｄｕｔｙ値が８０％の状態において）、目標の回転数にモータ部４の回転が到達してしまうおそれがある。このような場合には、モータ部４の回転数を目標回転数に維持したままＰＷＭ制御が継続して行われてしまい、ＰＡＭ制御に移行することができなくなってしまう。

さらに、モータ部４の起動時にＰＡＭ電圧の値を所定の値に設定しても、交流電源２９によりエアコンプレッサ１へと供給される一次電圧の値が、所定の一次電圧値（例えば、１００Ｖ）よりも低い場合には、ＰＷＭ制御においてＤｕｔｙ値を十分に上昇させることができず、ＰＡＭ制御に移行することができなくなってしまうおそれがある。

一方で、圧力センサ１２により検出されるタンク部２の圧力が高い場合には、起動時に大きな負荷がモータ部４に加えられるおそれがあるため、ＰＡＭ電圧の値を高い値に設定して、起動時に大きな駆動力（駆動トルク）を確保することが好ましい。

このため、マイクロプロセッサ２０は、起動時に設定するＰＡＭ電圧の値を、電圧検出部２８により検出される一次電圧値および圧力センサ１２により検出される圧力状態に応じて最適に設定し、さらに、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと円滑に処理を移行させるために、モータ部４の駆動開始後に、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の増加量を調整すると共に、ＰＡＭ電圧の値を適宜修正（変更）する制御を行う。

図３は、マイクロプロセッサ２０において、起動時におけるＰＡＭ電圧の決定処理を示したフローチャートであり、図４は、一次電圧の値およびタンク部２の圧力値に応じて決定されるＰＡＭ電圧の関係を示したグラフである。

まず、マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１に設けられた操作部（図示省略）の操作によりエアコンプレッサ１の駆動指示がなされ、モータ部４の駆動命令が発せられているか否かを判断する（ステップＳ．１）。モータ部４の駆動命令が発せられていない場合（ステップＳ．１においてＮｏの場合）に、マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の駆動命令が発せられるまで処理を繰り返し実行する。

モータ部４の駆動命令が発せられた場合（ステップＳ．１においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、電圧検出部２８より一次電圧値を取得する（ステップＳ．２）。そして、マイクロプロセッサ２０は、取得した一次電圧値に基づいて、ＰＡＭ電圧の第１設定値を求める（ステップＳ．３）。

本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、図４に示すように、一次電圧値が１００Ｖであって、圧力センサの値が０〜１．５ＭＰａの場合を基準（図に示す符号Ａの線分参照）として、ＰＡＭ電圧をＤＣ２５０Ｖに規定している。従って、取得した一次電圧値がＡＣ１００Ｖでない場合には、取得した一次電圧値と１００Ｖとの差異に基づいてＰＡＭ電圧の値を修正する。ＰＡＭ電圧の第１設定値とは、このように、基準となるＰＡＭ電圧に対して一次電圧値に基づいて修正が行われた電圧値を意味する。

図４に示すように、ＰＡＭ電圧値は、一次電圧の値に比例した関係（符号Ａ〜Ｄに示す線分参照）を示している。このため、マイクロプロセッサ２０は、取得された一次電圧値と１００Ｖとの差に所定の係数（図４に示す線分Ａ〜Ｄの傾きに該当する係数）を掛け合わせることにより修正値を算出し、算出された修正値をＰＡＭ電圧の基準値であるＤＣ２５０Ｖに加算することによって第１設定値を求める（ステップＳ．３）。

次に、マイクロプロセッサ２０は、圧力センサ１２よりタンク部２内の圧力値を取得する（ステップＳ．４）。そしてマイクロプロセッサ２０は、取得した圧力値に基づいて、ＰＡＭ電圧の第２設定値を求める（ステップＳ．５）。

本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、図４に示すように、圧力値が０〜１．５ＭＰａの通常モードの場合（図４の符号Ａの線分）、圧力値が１．５〜３．０ＭＰａの通常モードの場合（図４の符号Ｂの線分）、圧力値が３．０〜４．０ＭＰａの通常モードの場合（図４の符号Ｃの線分）、圧力値が４．０〜４．３ＭＰａの通常モードの場合（図４の符号Ｄの線分）のいずれかを判断することによって、圧力値に基づいて、ＰＡＭ電圧の第１設定値の修正を行い、修正が行われたＰＡＭ電圧を第２設定値として算出する。

具体的にマイクロプロセッサ２０は、一次電圧値が１００Ｖであって、圧力センサ１２の値が０〜１．５ＭＰａの場合にＰＡＭ電圧がＤＣ２５０Ｖに規定される状態（図４に示す符号Ａの線分）を基準として、圧力値が０〜１．５ＭＰａの場合には、第１設定値として求められたＰＡＭ電圧をそのまま第２設定値とする（図４に示す符号Ａの線分）。また、マイクロプロセッサ２０は、圧力値が１．５〜３．０ＭＰａの場合に、第１設定値として求められたＰＡＭ電圧の値に１０Ｖの電圧値を加算して第２設定値とする（図４に示す符号Ｂの線分）。

さらに、マイクロプロセッサ２０は、圧力値が３．０〜４．０ＭＰａの場合に、第１設定値として求められたＰＡＭ電圧の値に２０Ｖの電圧値を加算して第２設定値とする（図４に示す符号Ｃの線分）。また、マイクロプロセッサ２０は、圧力値が４．０〜４．３ＭＰａの場合に、第１設定値として求められたＰＡＭ電圧の値に３０Ｖの電圧値を加算して第２設定値とする（図４に示す符号Ｄの線分）。

このようにして第２設定値の算出を行った後、マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１の運転モードに伴う第２設定値の補正を行う。本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、通常回転数（例えば、３０００回転）でモータ部４を駆動させる通常モードに加えて、モータ部４の回転量を低く設定する（例えば、１８００回転）ことによって、エアコンプレッサ１の駆動音を低減させる静音モードが設けられている。静音モードの場合に、マイクロプロセッサ２０は、ＰＡＭ電圧を低く設定することにより、モータ部４の駆動量の低減を図っている。

マイクロプロセッサ２０は、運転モードが静音モードであるか否かの判断を行う（ステップＳ．６）。運転モードが静音モードである場合（ステップＳ．６においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、第２設定値から２０Ｖの減算を行った値（図４に示す線分Ｅでは、通常モードであって圧力値が０〜１．５ＭＰａの場合（線分Ａ）における２０Ｖの減算状態を示している）を最終的なＰＡＭ電圧に決定して（ステップＳ．７）処理を終了する。一方で、運転モードが静音モードでない場合には、第２設定値を最終的なＰＡＭ電圧に決定して処理を終了する。

マイクロプロセッサ２０は、このようにして起動時のＰＡＭ電圧を決定した後に、決定したＰＡＭ電圧まで一次電圧を昇圧し、ＰＷＭ制御によりモータ部４の駆動を開始する。

図５は、マイクロプロセッサ２０により、モータ部４の駆動制御がＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行されるまでの処理を示したフローチャートである。

上述したように、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値が１００％になると、モータ部４に対する制御がＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行することになる。従って、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと円滑に制御を移行するためには、最適なタイミングでＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値が１００％に到達することが好ましい。しかしながら、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値の上昇は、モータ部の回転数および駆動電流値を考慮して制御が行われ、さらに、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値が１００％時の電圧値がＰＡＭ電圧となるため、ＰＡＭ電圧の値が高い場合には、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値が１００％に到達し難くなる。

本発明に係るエアコンプレッサ１のマイクロプロセッサ２０では、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値の上昇変化に応じてＰＡＭ電圧の値を変更することによって、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値を円滑かつ高速に上昇させて、ＰＷＭ制御からＰＡＭ制御への円滑な移行を図っている。

まず、マイクロプロセッサ２０は、演算処理ユニットに設けられる計時タスクにより、４０ｍｓｅｃ毎の時間経過を計測し、４０ｍｓｅｃの時間経過が行われた否かを判断する（ステップＳ．１１）。４０ｍｓｅｃの時間が経過されていないと判断した場合（ステップＳ．１１においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２０は、同一の処理（ステップＳ．１１）を繰り返し実行する。

一方で、４０ｍｓｅｃの時間経過が行われたものと判断した場合（ステップＳ．１１においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、今回のＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値（出力値）と前回のＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値（出力値）とを比較し、前回のＤｕｔｙ値（出力値）と今回のＤｕｔｙ値（出力値）との差がＤｕｔｙ値（出力値）において１％以上の値となるか否か、つまり、
前回の出力値（Ｄｕｔｙ値）−今回の出力値（Ｄｕｔｙ値）≧出力値（Ｄｕｔｙ値）において１％
が成立するか否かを判断する（ステップＳ．１２）。

ここで、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値は、目標とするモータ部４の回転数と、回転数検出部１８により検出された現実の回転数との差に基づいて決定される。但し、上述したように、圧力センサ１２によりタンク部２内の圧力値が１ＭＰａを超えたあたりから、モータ部４の駆動電流値が１５Ａを超えて上昇してしまうおそれがあるため、この電圧値を維持するようにしてＤｕｔｙ値（出力値）を決定する。

Ｄｕｔｙ値（出力値）の差が１％以上である場合（ステップＳ．１２においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、ＰＡＭ電圧の値を、ＤＣ３Ｖだけ減算した値に修正し（ステップＳ．１３）、処理をステップＳ．１１に示した時間経過判断処理に移行する。

一方で、Ｄｕｔｙ値（出力値）の差が１％未満である場合（ステップＳ．１２においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２０は、ＰＡＭ電圧の値をＤＣ３Ｖ＋ＤＣαＶだけ減算した値に修正し（ステップＳ．１４）、処理をステップＳ．１１に示した時間経過判断処理に移行する。ここで、減算処理を行うαは、Ｄｕｔｙ値（出力値）の１％から上述したＤｕｔｙ値（出力値）の差を減算した値に基づいて決定される。
つまり
出力差（Ｄｕｔｙ値）の１％−上述した出力値（Ｄｕｔｙ値）の差
＝出力差（Ｄｕｔｙ値）の１％−（前回の出力値（Ｄｕｔｙ値）−今回の出力値（Ｄｕｔｙ値））
によって求められる値に基づいて、修正を行う電圧値αＶを算出する。

なお、実際にマイクロプロセッサ２０において制御を行う場合には、すべての制御量を相対的な数値に換算して制御を行う。例えば、Ｄｕｔｙ値が１００％の場合におけるマイクロプロセッサ２０の制御量は、「１６６７」という相対的な数値で表される。従って、出力値の１％の制御量は、約「１７」という数値に該当する。一方で、ＰＡＭ電圧の値をＤＣ３Ｖだけ低減させる制御量は、「１８」で表すことができるため、上述したＤｕｔｙ値（出力値）の差が，例えば数値「５」として求められる場合には、ＰＡＭ電圧の減算制御量として、
１８（ＰＡＭ電圧の値をＤＣ３Ｖだけ低減させる制御量）
＋（１７（出力値（Ｄｕｔｙ値）の１％の制御量）
―５（上述した出力値（Ｄｕｔｙ値）の差の制御量）
＝３０
つまり、「３０」という相対的な数値により制御量を求めることができる。この「３０」という制御量は、ＰＡＭ電圧の値をＤＣ５Ｖだけ低減させる制御量に該当する。従って、この場合には、マイクロプロセッサ２０は「３０」の制御量に該当するＤＣ５ＶだけＰＡＭ電圧を低減させる。

図６は、図５に示した処理によって変化するＰＡＭ電圧値とＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値との時間変化を示したグラフである。図６に示すように、ＰＡＭ電圧をＤＣ２５０Ｖとし、一次電圧の昇圧処理を行った後に、ＰＷＭ制御においてＤｕｔｙ値を初期値２５％から上昇させる場合、マイクロプロセッサ２０における従来の制御では、破線で示すように、ＰＷＭ制御においてＤｕｔｙ値が１００％になるまで時間Ｔ１を要する。これに対して、Ｄｕｔｙ値の上昇割合に応じてＰＡＭ電圧の値を減算させることによって、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値の上昇を早めることができるので、Ｄｕｔｙ値が１００％に到達するまでの時間がＴ１からＴ２へと短縮され（図６の実線参照）、従来よりも短時間で円滑にＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと移行することが可能となる。

このように、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、交流電源２９の一次電圧の値とタンク部２の圧力値に応じて適切なＰＡＭ電圧の値を算出してＰＡＭ電圧に設定するため、エアコンプレッサ１の状態に適した電圧値を設定することができる。

具体的には、一次電圧が１００Ｖで、圧力値が０ＭＰａの場合におけるＰＡＭ電圧２５０Ｖを基準値として、圧力値が基準となる０ＭＰａよりも高い値である場合には、その圧力値に応じてＰＡＭ電圧の値を１０Ｖ〜３０Ｖだけ高い値に設定することにより、起動時のモータ部４の負担を考慮した起動耐力の確保を図ることが可能となる。また運転モードが静音モードである場合には、モータ部４の回転数が通常モード（平均回転数３０００回転）に比べて低い回転数（平均回転数１８００回転）となるため、ＰＡＭ電圧値を基準電圧値（２５０Ｖ）よりも２０Ｖだけ低い値に設定することによって、モータ部４の回転数が低い場合であってもＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値を１００％に上昇させやすくでき、円滑にＰＷＭ制御からＰＡＭ制御へと制御を移行させることが可能となる。

また、一次電圧が基準となる１００Ｖよりも低い場合（例えば、エアコンプレッサ１が接続される交流電源２９のコンセントに他の電動工具などが接続されて一次電圧値が低減している場合など）には、ＰＡＭ電圧が基準となる２５０Ｖのままでは、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値を１００％まで上昇させることが困難となり、円滑にＰＷＭ制御をＰＡＭ制御へと移行させることが困難となりうる。このため、一次電圧が１００Ｖよりも低い場合には、ＰＡＭ電圧の値を基準である２５０Ｖよりも低い値に設定することにより、ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値を１００％に移行させやすくすることができる。一方で、一次電圧値が１００Ｖよりも高い場合には、ＰＡＭ電圧の値を基準となる２５０Ｖよりも高い値に設定することにより、モータ部４の駆動開始時における起動耐力の確保を図ることが可能となる。

さらに、ＰＷＭ制御が開始された後であっても、マイクロプロセッサ２０がＤｕｔｙ値の上昇状態に応じて、ＰＡＭ電圧の設定を低減させるので、Ｄｕｔｙ値の上昇が低い場合（Ｄｕｔｙ値の１％以下の場合）には、積極的なＰＡＭ電圧の低減によりＤｕｔｙ値の上昇を誘導し、早期かつ円滑にＰＷＭ制御をＰＡＭ制御へと移行することが可能となる。

以上、本発明に係るエアコンプレッサ１について図面を用いて詳細に説明したが、本発明に係るエアコンプレッサは、上述した実施の形態に限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、一次電圧が１００Ｖ、圧力値が０ＭＰａの場合におけるＰＡＭ電圧の値を基準値として２５０Ｖに規定しているが、基準値となるＰＡＭ電圧は２５０Ｖに限定されるものではなく、モータ部４の性能やタンク部２の容量などエアコンプレッサ１の規格に応じて適宜変更することが可能である。

また、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、一次電圧値および圧力値に応じて基準となるＰＡＭ電圧値を修正することによって、最終的なＰＡＭ電圧値を決定したが、一次電圧値および圧力値に応じて修正されるＰＡＭ電圧値は、本実施の形態に示した値に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

さらに、ＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値の上昇状態に応じてＰＡＭ電圧の値を修正する構成としたが、修正を行う電圧値や、その値を判断するＤｕｔｙ値の上昇割合などは、本実施の形態に示した値に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

本実施の形態に係るエアコンプレッサの概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係るエアコンプレッサの制御回路部を示すブロック図である。 本実施の形態に係るマイクロプロセッサにより起動時のＰＡＭ電圧値の決定処理を示したフローチャートである。 図３に示したフローチャートに従って決定されるＰＡＭ電圧値に関する一次電圧および圧力値・運転モードとの関係を示したグラフである。 本実施の形態に係るマイクロプロセッサにおいてＰＷＭ制御におけるＤｕｔｙ値の上昇状態に対応して修正されるＰＡＭ電圧の修正処理を示したフローチャートである。 図５に示したフローチャートに従って変更されるＰＡＭ電圧と、Ｄｕｔｙ値の上昇状態との時間変化を示したグラフである。

符号の説明

１ …エアコンプレッサ
２ …タンク部
３ …圧縮空気生成部
４ …モータ部（モータ手段）
５ …制御回路部（制御手段）
８ …（タンク部の）貯留タンク
９ …圧縮空気取出口
９ａ …（圧縮空気取出口の）高圧取出口
９ｂ …（圧縮空気取出口の）常圧取出口
１０ａ、１０ｂ …減圧弁
１２ …圧力センサ（圧力検出手段）
１４ …連結パイプ
１６ …（モータ部の）ステータ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ …（ステータの）巻線
１７ …ロータ
１８ …（モータ部の）回転数検出部
２０ …マイクロプロセッサ（制御手段）
２１ …コンバータ回路
２２ …インバータ回路
２４ …（コンバータ回路の）整流回路
２５ …（コンバータ回路の）昇圧回路
２５ａ …（昇圧回路の）スイッチング素子
２６ …（コンバータ回路の）平滑回路
２７ …昇圧コントローラ
２８ …電圧検出部（電圧検出手段）
２９ …交流電源

Claims (3)

1. モータ駆動手段の駆動により生成された圧縮空気の圧力状態を検出する圧力検出手段と、
   前記モータ駆動手段に供給される一次電圧を検出する電圧検出手段と、
   ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御とを用いて前記モータ手段の制御を行う制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された一次電圧と前記圧力検出手段により検出された圧力状態とに基づいて、制御が前記ＰＷＭ制御から前記ＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を決定すること
   を特徴とするエアコンプレッサ。
2. 前記制御手段は、前記モータ手段の駆動開始直後に行われる前記ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇速度が規定よりも遅いときに、当該ＰＷＭ制御から前記ＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を下げること
   を特徴とする請求項１に記載のエアコンプレッサ。
3. ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御とを用いてモータ手段の制御を行う制御手段を備え、
   該制御手段は、前記モータ手段の駆動開始直後に行われる前記ＰＷＭ制御のＤｕｔｙ値の上昇速度が規定よりも遅いときに、当該ＰＷＭ制御から前記ＰＡＭ制御へと移行される条件となる電圧値を下げること
   を特徴とするモータ制御装置。

Images