JP7183826B2

JP7183826B2 - 空気圧縮機

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Publication number: JP7183826B2
Application number: JP2019014476A
Authority: JP
Inventors: 賢志小堀; 慎一郎佐藤
Original assignee: Koki Holdings Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: JP2020122430A

Description

本発明は、ＡＣ電源及びバッテリにより駆動可能な空気圧縮機において、本体の運搬時に不用意に動作することを防止することにある。

建築現場などでは、圧縮空気の圧力で釘やネジを木材等に打ち込む携帯型の空気工具が使用されている。このような空気工具の動力源となる圧縮空気は多くの場合、作業を行う建築現場に設けられた仮設電源からの電力により駆動する空気圧縮機（コンプレッサ）により供給される。仮設電源は電力会社から供給される商用電源であることが多い。このような空気圧縮機として、例えば特許文献１には、双胴形の空気タンクを備える空気圧縮機が開示されている。

屋外に設置された仮設電源からの電力を使用する場合には、延長コードなどを用いて空気圧縮機に電力を供給する。このような場合には電力線の電圧降下が大きくなって、空気圧縮機本体に供給される時点の電圧が低下する場合がある。電圧が低下すると空気圧縮機の運転性能が低下する。特許文献１では、モータを駆動するためのバッテリを備えた携帯型の空気圧縮機が開示されている。

特開２０１２－１７７３５６号公報

作業現場等で使える空気圧縮機は、複数台の空気工具を接続することが多く、大量の圧縮空気を必要とされるため、その消費電力が１．０ｋｗ以上の高出力モータを使用することが多い。そのような高出力モータをバッテリだけで駆動可能に構成することは、稼働可能時間が短くて作業現場での使用用途を考えると現実的ではない。また、バッテリを大型化したり装着可能なバッテリの数を増やすことも考え得るが、その場合は作業現場までの空気圧縮機の運搬に支障が生ずる。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ＡＣ電源及びバッテリにより駆動可能な空気圧縮機において、本体運搬時の不用意な起動を防止することにある。
本発明の他の目的は、ＡＣ電源のプラグがコンセントに接続されていない状態では、バッテリ駆動を制限するようにした空気圧縮機を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、商用ＡＣ電源とバッテリを併用する空気圧縮機において、複数の動作モードを提供して、使用状況に応じた最適な稼働を可能とし、バッテリへの過負荷防止とバッテリによる作業時間確保を図ることができる空気圧縮機を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。
本発明の一つの特徴によれば、モータと、モータにより駆動される圧縮機構と、圧縮機構により圧縮された空気を貯留するタンクと、モータの回転を制御する制御部と、モータに商用電源を供給する電源コードとバッテリを備えた空気圧縮機であって、制御部は、電源コードのコンセントへの接続状況を検出し、電源コードがコンセントに接続されている時にのみバッテリによる圧縮機構の単独運転を許容し、電源コードがコンセントに接続されていない時にはバッテリによる圧縮機構の単独運転を禁止するように構成した。この構成によりバッテリの単体駆動が可能な環境を制限してバッテリへの過負荷防止を図ることができる。

本発明の他の特徴によれば、電源コードは多芯式であってアース線と複数の電力線を含み、電源コードの先端にコンセントに差し込まれるプラグが設けられ、プラグには、電力線にそれぞれ接続される端子とアース線が接続されるアース端子又はアース接続部が含まる。制御部は、電力線間の電圧とアース線の接地抵抗を監視し、電力線とアース線間の抵抗値を測定することによって、プラグがコンセントに差し込まれているか否かを判定することができる。

本発明のさらに他の特徴によれば、制御部にはマイコンが含まれ、マイコンは商用電源及びバッテリの双方から電力を得ることによって、いずれか一方の電力供給で動作可能とした。また、バッテリの電圧を検出する電池電圧検出部と、バッテリの充電部を設け、商用電源の供給時にバッテリの電圧が所定の閾値以下の場合は、モータの停止時に充電部によるバッテリの充電を行うようにした。空気圧縮機のモータは、間欠運転をさせることがほとんどであるので、モータの停止時という電力消費が少ないときにバッテリを積極的に充電することによって、バッテリを常に満充電に近い状態に保つことが可能になり、バッテリ駆動時の作業時間を確保することが可能となる。

本発明のさらに他の特徴によれば、バッテリからモータへの給電モードとして３つのモードを設けた。（１）駆動時は常にバッテリから給電しアシストするハイパワーモードと、（２）商用電源による運転を優先して外部電源の電圧降下した場合にのみバッテリから給電しアシストするアシストモードと、（３）バッテリからの給電は行わずに充電を優先する充電モードである。これらいずれかのモードは、作業者が入力パネルから設定可能である。アシストモードにおける“電圧降下した場合”には、電圧がゼロになった外部電源喪失の状態も含まれ、外部電源喪失時には商用電力無しでバッテリによるモータの駆動を行う。ここで用いるバッテリは、電動工具等で広く使われている着脱可能ないわゆるパック式のものを用いて、空気圧縮機に複数個装着可能とした。そのため、空気圧縮機には複数個のバッテリ装着部を設けて、さらに、バッテリ毎に給電モードを設定可能とした。

本発明によれば、ＡＣ電源の電圧低下の際に、バッテリを用いて電圧降下分を補償するようにしたので、電源状態に関わらずに安定した空気圧縮運転を行うことができる。また、バッテリ非装着時は従来と同様に使用できる上に、バッテリ装着時においても特別な操作は必要ないので、使いやすい空気圧縮機を実現できる。さらに、モータの停止時にはバッテリを充電することができて、しかもＡＣ電源が遮断された際にも、バッテリの電力によって運転を継続できる。

本発明の実施例に係る空気圧縮機１の側面図である（カバーを取り外した状態）。本実施例の空気圧縮機１のＡ－Ａ部の断面図である。本実施例の空気圧縮機１の電気系統を示すブロック図である。本実施例の空気圧縮機１の商用電源からの配線図である。本実施例の空気圧縮機の制御手順を示すフローチャートである。本発明の第二の実施例に係る空気圧縮機１の側面図である（カバーを取り外した状態）。図６の空気圧縮機１の操作パネル７０を示す上面図である。本発明の第二の実施例に係る空気圧縮機１Ａの動作モードとバッテリ１５０の使用用途の関係を示す表である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１は本発明の実施例に係る空気圧縮機１の側面図であって、合成樹脂製のカバー（図示せず）を取り外した状態を示す図である。空気圧縮機１は、圧縮空気の圧力により、釘やネジを木材等に打ち込む空気工具に圧縮空気を供給する圧縮空気供給源として利用される。空気圧縮機１は、図示しないフレームと、フレームによって連結された互いに平行な２つの空気タンク１０を有する。一対の空気タンク１０は、金属製のパイプからなる接続配管２５を介して互いに連通される。これにより、一対の空気タンク１０の内部圧力は同じに保たれる。それぞれの空気タンク１０の両端部下側には脚部１３が取り付けられ、床や地面に安定して載置できる。尚、空気タンク１０の大きさや数は任意であり、空気タンクを１つとしても良い。空気タンク１０の上側には、外気を吸引して圧縮するための圧縮空気生成部３０が設けられる。圧縮空気生成部３０のほぼ全体は図示しない合成樹脂製のカバーによって覆われるので、通常の使用時には圧縮空気生成部３０が外部から見えないような状態とされる。空気タンク１０の後方側端付近には、上方に延びるハンドル部１４が設けられ、作業者は空気圧縮機１の移動の際にはハンドル部１４を把持しながら行う。

空気圧縮機１は、電気モータ４４（符号は後述の図２参照）により作動する。モータ４４の回転軸は左右方向に延びるように配置され、回転軸４５に対して前後方向に往復移動可能なピストン３３ａ、３３ｂ（符号は後述の図２参照）を有する圧縮空気生成部３０を駆動する。圧縮空気生成部３０によって生成された高圧の空気は、金属パイプによる吐出配管２７を介して空気タンク１０の内部に貯められる。回転軸４５の一端部、即ち右側端部には、冷却ファン４７が取り付けられる。空気タンク１０に貯められた圧縮空気を外部に供給するために、空気タンク１０の前側端部の上方付近に、圧縮空気の取り出し口であるエアソケット２８が設けられる。エアソケット２８から外部に排出される調節された圧縮空気は、図示しないエアホース２９を介して釘打機２０１等の空気工具に供給される。ここではエアソケット２８は１つだけ図示しているが、高圧用のエアソケットと低圧用のエアソケットの２種類を設けるようにしても良い。

電源コード５０は、商用の交流電力を供給する多芯のもので、先端には図示しないコンセントに装着する為のプラグ５２が設けられる。プラグ５２は合成樹脂製の“３Ｐ電源プラグ”と呼ばれるものであって先端に金属端子５３ａ、５３ｂが突出するように設けられる。平行に配置される金属端子５３ａ、５３ｂの近傍であって、金属端子５３ａ、５３ｂの並び方向と直交する方向には、可倒式のアース端子５４が設けられる。接地極たるアース端子５４は、商用ＡＣ電源の三端子コンセントのアース端子口に挿入される。尚、商用ＡＣ電源のコンセントには、アース端子口を有しない二端子のものもある。その場合はアース端子５４を折り曲げてコンセントに差し込み、プラグ５２から分岐するアース線５５の先端に設けられるクリップ５６をアース線に接続する。プラグ５２の形状は任意であって、可倒式３Ｐプラグだけでなく、固定式の３Ｐプラグとして、３Ｐプラグを２Ｐに変換するアース付アダプタを用いるようにしても良い。

バッテリ１５０は、空気圧縮機１に設けられたバッテリ取付部（図では見えない）に装着される。本実施例の空気圧縮機１にはバッテリ取付部が１つ設けられ、１つのバッテリ１５０を取りつけることができる。バッテリ１５０は商用交流電力（メイン電源）を補助することにより出力増大を図るか、出力低下を補うか、又は、一時的にメイン電源を置き換えるために持いられる。バッテリ１５０としては、電動工具で広く用いられている３６Ｖ等の高電圧のバッテリパックを用いると良い。本実施例の空気圧縮機１には１つのバッテリ装着部が設けられるが、２つ以上のバッテリ１５０を装着できるように構成しても良い。尚、空気圧縮機１の動作にはバッテリ１５０の装着は必須では無いので、バッテリ１５０を装着しないままでも空気圧縮機１は従来通り動作する。

図２は図１のＡ－Ａ部の断面図であって、圧縮空気生成部３０の水平断面を示す。圧縮空気生成部３０は、内部に配置される２つのピストン３３ａ、３３ｂをモータ４４により駆動して圧縮空気を生成する。圧縮空気生成部３０には回転方向に１８０度の位相をずらして２つのシリンダ３２ａ、３２ｂが固定され、それぞれのシリンダ３２ａ、３２ｂ内でピストン３３ａ、３３ｂが軸方向に往復動する。本実施例に係る空気圧縮機１は、レシプロ型の空気圧縮機である。ピストン３３ａ、３３ｂを往復動させるために、クランクケース３１には２つのクランク３４ａ、３４ｂが１８０度位相をずらした状態で回転軸（クランク軸）３２に接続される。クランク３４ａ、３４ｂからはそれぞれコンロッド３５ａ、３５ｂによってピストン３３ａ、３３ｂが保持される。そして、モータ４４を駆動することで回転軸４５が回転し、回転軸４５の回転運動が、一対のクランク３４ａ、３４ｂとコンロッド３５ａ，３５ｂからなる運動変換機構により、ピストン３３ａ、３３ｂの往復運動に変換される。シリンダ３２ａ、３２ｂの内部であって、ピストン３３ａ、３３ｂの外側の空間（上室）は、空気を吸入及び圧縮するための圧縮空間となる。

シリンダ３２ａの上室には図示しないフィルタを介して外気が導入される。ピストン３３ａは外気を圧縮し、ピストン３３ｂは、接続配管２５を介してシリンダ３２ａから吐出された空気を導入し、ピストン３３ｂは一次圧縮された外気（空気）をさらに圧縮する（二次圧縮）。即ち、ピストン３３ａは１段目の低圧用のピストンであり、ピストン３３ｂは２段目の高圧用のピストンである。また、シリンダ３２ａは１段目の低圧用の第一圧縮室を画定し、シリンダ３２ｂは２段目の高圧用の第二圧縮室を画定する。このように、本実施の形態に係る空気圧縮機１は、空気を２段階で圧縮するものであり、４．０～４．５[ＭＰａ]程度の圧縮空気を生成する。

モータ４４はブラシレスＤＣモータであり、筒状のステータ（固定子）４４ｂと、ステータ４４ｂの径方向内側に回転自在に設けられたロータ（回転子）４４ａと、ロータ４４ａの回転中心に固定された回転軸４５を有する。モータ４４の一方側（クランクケース３１とは反対側）には、ロータ４４ａの回転位置を検出するホール素子等よりなる位置センサ４４ｃを搭載するための回路基板４６が設けられる。モータ４４は、クランクケース３１に固定される。

回転軸４５は、クランクケース３１側から延在してロータ４４ａを貫通して、冷却ファン４７部まで突出する。回転軸４５はクランクケース３１を貫通し、クランクケース３１に設けた軸受３６ａ、３６ｂにより回転自在に支持される。回転軸４５のクランクケース３１とは反対側の端部には、冷却ファン４７が固定される。冷却ファン４７は回転軸４５と一体に回転することによりモータ４４やシリンダ３２ａ、３２ｂ等を冷却するための冷却風を生成する。

ここで、回転軸４５が回転してピストン３３ａがシリンダ３２ａの上室を圧縮する方向に移動した場合に、他方のピストン３３ｂはシリンダ３２ｂの上室を膨張させる方向に移動する。これとは逆に、ピストン３３ｂがシリンダ３２ｂの上室を圧縮する方向に移動した場合に、ピストン３３ａはシリンダ３２ａの上室を膨張させる方向に移動する。各シリンダ３２ａ、３２ｂのそれぞれには、シリンダヘッド３７ａ、３７ｂが設けられる。シリンダヘッド３７ａ、３７ｂの内側には、バッファ室３８ａ、３８ｂがそれぞれ設けられる。また、各３２ａ、３２ｂの上室と各バッファ室３８ａ、３８ｂとの間には、それぞれ吐出弁３９ａ、３９ｂが設けられる。吐出弁３９ａ、３９ｂはそれぞれ一方向にのみ空気を流し、逆方向への流れを阻止する逆止弁である。そして、ピストン３３ａがシリンダ３２ａの上室を圧縮する方向に移動して、上室内の空気の圧力が所定圧力よりも高くなると、シリンダ３２ａの上室とバッファ室３８ａとの間にある吐出弁３９ａが開かれる。すると、ピストン３３ａによって圧縮された空気は、バッファ室３８ａとシリンダ３２ｂとを連通する金属製の接続配管２５を介して、吸気管４１ｂに連通してシリンダ３２ｂ側の上室に圧送される。

その後、ピストン３３ｂがシリンダ３２ｂの上室を圧縮する方向に移動して、上室内の空気の圧力が所定圧力よりも高くなると、シリンダ３２ｂの上室とバッファ室３８ｂとの間にある吐出弁３９ｂが開かれる。すると、ピストン３３ｂによって圧縮された空気は、吐出配管２７（図１参照）を通って排出され、空気タンク１０に圧送されて貯留される。

図３は空気圧縮機１のブロック回路図である。モータ４４はブラシレスＤＣモータであって、その回転は制御回路６０によって制御される。制御回路６０の内部には、主電源回路と、インバータ回路と、空気圧縮機１の全体の制御を行うマイコンと、充電回路と、マイコンの動作用電源を供給する副電源回路が含まれる。モータ４４にはロータ４４ａの回転位置を検出するための３つのホールＩＣ４４ｃ（図２参照）が設けられ、ホールＩＣ４４ｃの出力は制御回路６０のマイコンに出力される。マイコンはロータ４４ａの回転位置に応じて図示しないＦＥＴ等のスイッチング素子を有するインバータ回路を制御してモータ４４に励磁電流を供給する。

空気圧縮機１の電源はＡＣ電源１００とバッテリ１５０の二電源方式であって、電源コード５０を介して供給される商用ＡＣ電源１００が主電源となる。供給される商用ＡＣ電源１００は、図示しないブリッジダイオードを介して整流され、図示しない平滑回路を経てインバータ回路（図示せず）に出力される。平滑回路とインバータ回路の間には、制御回路６０の動作用の低電圧電源回路が設けられ、５Ｖ又は３．３Ｖのマイコン動作用の電源が生成される。バッテリ１５０は、副電源となるもので、制御回路６０に含まれるインバータ回路（図示せず）に接続される。制御回路６０の主電源回路にはブリッジダイオード等の整流回路が含まれる。商用ＡＣ電源１００の電力はブリッジダイオードによって整流された上でインバータ回路に供給される。インバータ回路はモータ４４の三相励磁電流を生成するための回路であり、６つのＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を含んで構成される。バッテリ１５０の出力は、図示しないリレースイッチ等によってインバータ回路に出力可能である。また、バッテリ１５０の出力を用いない場合は、リレースイッチによってインバータ回路との接続が遮断される。制御回路６０の主電源回路にはバッテリ１５０の充電装置も含まれる。充電装置はモータ４４の停止時に、バッテリ１５０を充電することが可能であり、その充電制御は制御回路６０に含まれるマイコン（図示せず）によって制御される。

マイコンは、作業者によって設定された動作モード（ハイパワーモード、アシストモード、オートモード、充電モードのいずれか）で動作し、モータ４４の駆動を制御することにより圧縮空気生成部３０における空気の圧縮動作を制御する。動作モードは４つ設けられ、ハイパワーモードでは、駆動時は常にバッテリ１５０から給電し、主電源たる商用ＡＣ電源１００に加えて印加することによりモータ４４の出力を増大させる。アシストモードは、商用ＡＣ電源１００による運転を優先し、作業現場の電源事情により電圧降下した場合（例えば８０Ｖ程度に低下）のみバッテリから給電して、モータ４４の出力が低下しないようにアシストする。オートモードは、マイコンが空気消費量を監視して、空気消費量に応じてハイパワーモード、アシストモード、充電モードを自動制御するモードである。充電モードは、バッテリ１５０からモータ４４への給電は行わずに、専らバッテリ１５０の充電動作を優先させるモードである。電源コード５０のプラグ５２が図示しないコンセントに接続されて商用ＡＣ電源１００が供給されると、制御回路６０のブリッジダイオードの出力側に電源が供給されるので、マイコンが起動する。この際、後述する電源スイッチ７１がオンにされると後述する図５のフローチャートの制御が実行され、空気圧縮機１の動作モードが設定される。

モータ４４が回転すると圧縮空気生成部（圧縮機）３０が動作する。圧縮空気生成部３０は、低圧側の第一圧縮室３２ａで圧縮された空気をさらに圧縮する高圧側の第二圧縮室３２ｂの二段構成である。第一圧縮室３２ａにはフィルタ２２を介して吸引された外気が、吸気弁４０ａを介して吸引される。吸気弁４０ａは逆止弁であるので、第一圧縮室３２ａ内においてピストン３３ａが圧縮方向に移動する際には閉鎖され、その代わりに吐出弁３９ａが開放されるので、圧縮された空気が接続配管２５を介して、第二圧縮室３２ｂに送られる。第一圧縮室３２ａのピストン３３ａと第二圧縮室３２ｂのピストン３３ｂの位相は１８０度ずれているため、第一圧縮室３２ａのピストン３３ａが圧縮側に移動する際に、第二圧縮室３２ｂのピストン３３ｂは吸入側に移動する。従って、接続配管２５に第一圧縮室３２ａから空気が流入すると、吸気弁４０ｂが開放されて第二圧縮室３２ｂに空気が流入する。第二圧縮室３２ｂの容積は第一圧縮室３２ａよりも小さく形成されるため、第二圧縮室３２ｂでピストン３３ｂによって空気がさらに圧縮される。第二圧縮室３２ｂで圧縮された空気は吐出弁３９ｂから吐出され、連結配管２６を介して、空気タンク１０に送られる。空気タンク１０には圧力センサ１１が設けられ、制御回路６０のマイコンは圧力センサ１１の出力を得ることによって空気タンク１０内の空気の圧力を検知し、規定の圧力に到達したらモータ４４を停止される。また、釘打機２０１等の空気工具の使用によって空気タンク１０内の空気の圧力が規定の下限値にまで減少したら、モータ４４を起動して圧縮空気生成部３０を再び稼働させて空気タンク１０内の空気の圧力を上昇させる。

空気タンク１０に貯留される高圧空気は、規定の圧力値に調整された上でエアソケット２８から出力される。エアソケット２８にはエアホース２９の一端が接続され、エアホース２９の先端に接続される釘打機２０１等の空気工具を稼働させる。

図４は本実施例の空気圧縮機１の商用電源からの配線図である。商用電源１００は単相２線式１００Ｖであって、非接地側電線１０１と接地側電線１０２の間に交流１００Ｖの電圧（線間電圧Ｖ_ＡＣ）が供給される。接地側電線１０２は、接地線１０４によって大地に接続され、対地電圧Ｖ_１がゼロになる。制御回路６０にはさらにバッテリ１５０からの電圧も供給され商用ＡＣ電源１００からの電力、及び／又は、バッテリ１５０からの電力を用いてモータ４４が駆動される。

配電施設のコンセントには、非接地側電線１０１が接続される非接地極１０１ａ、接地側電線１０２が接続される接地極１０２ａが設けられ、それらは金属端子５３ａ、５３ｂにそれぞれ接続される。また、非接地極１０１ａと接地極１０２ａの対向方向と直交方向に離れた位置には、アース極１０３ａが設けられる。非接地極１０１ａには金属端子５３ａが接続され、接地極１０２ａには金属端子５３ｂが接続され、アース極１０３ａにはアース端子５４が接続される。

電源コード５０によって電力が供給されると、制御回路６０には供給された交流を整流回路（図示せず）へ変換するとともに、図示しない電圧測定回路とマイコンによって線間電圧Ｖ_ＡＣを測定する。つまり、電源コード５０の通常ホット側となる非接地線５１ａと、通常コールド側となる接地線５１ｂの間の線間電圧Ｖ_ＡＣを測定して、マイコンは定格通りの電圧が供給されているか否かを判別する。また、制御回路６０中には抵抗測定回路が設けられ、アース線５１ｃと接地線５１ｂとの間の線間抵抗（接地抵抗Ｒ_１）と、アース線５１ｃと非接地線５１ａの線間抵抗Ｒ_２が図示しないマイコンによって測定される。

図４に示す接続状態でプラグ５２（図１参照）がコンセントに装着されている際には、線間電圧Ｖ_ＡＣは商用電源の電圧（日本では１００Ｖ）が測定され、抵抗Ｒ_１はゼロ近く（例えば、１００Ω以下）となる。一方、プラグ５２（図１参照）がコンセントから取り外されて、プラグ５２の電極が開放状態にあるときには、抵抗Ｒ_１及び抵抗Ｒ_２は無限大になる。尚、プラグ５２（図１参照）がコンセントに装着されているものの、商用ＡＣ電源１００がなんらかの理由で供給できていない、即ち、非接地側電線１０１と接地側電線１０２の間に電気が流れていない場合は、線間電圧Ｖ_ＡＣはゼロとなる。

本実施例の空気圧縮機１は、本体運搬時に運転させないようにするため、商用ＡＣ電源１００のコンセントに、電源コード５０のプラグ５２が装着されている場合にのみバッテリ１５０からの給電によるモータ４４の運転を許容する構成とする。電源コード５０の接続状態は、電源電圧（線間電圧Ｖ_ＡＣ）及び接地抵抗Ｒ_１を監視することで判断できる。ここでは、下記のように状態ａ～状態ｃの３つの場合が判別できる。
状態ａ：電源電圧Ｖ_ＡＣが所定の値（例えば１０Ｖ）以上であれば、ＡＣ電源に
接続されていると判断し、バッテリによる給電を可能とする。
尚、いずれかのＡＣラインと接地線の抵抗値が所定の値以下にならない場合、
非接地警告を表示してもよい。
状態ｂ：線間電圧Ｖ_ＡＣが０且つ、いずれかのＡＣラインと接地線との接地抵抗Ｒ_１
又は線間抵抗Ｒ_２が所定の値（例えば１００Ω）以下の場合、ＡＣ電源に
接続されている（ブレーカが遮断されている）と判断し、バッテリによる
給電を可能とする。
状態ｃ：線間電圧Ｖ_ＡＣが０且つ、各ＡＣラインと接地線の接地抵抗Ｒ_１及び線間抵抗
Ｒ_２が所定の値以上の場合、ＡＣ電源に接続されていないと判断し、バッテリ
による給電を不可とする。

次に、図５のフローチャートを用いて本実施例の空気圧縮機１の制御手順を説明する。図５に示す一連の手順は、制御回路６０にあらかじめ格納されたプログラムをマイコンが実行することによってソフトウェア的に行う。図５の手順はマイコンが起動したら実行される。最初にマイコンは、バッテリ１５０が装着されているか否かを判定する（ステップ８１）。バッテリ１５０が装着されているか否かは、例えば、バッテリ１５０との接続用の正極端子と負極端子の間の電圧を測定することで容易に判別できる。ステップ８１で、バッテリ１５０が装着されていない時は、バッテリ１５０が装着不可の従来から用いられている空気圧縮機と同じような通常運転を行う“通常運転モード”とする（ステップ９０）。“通常運転モード”における空気圧縮機の動作は公知であるので、詳しい説明は省略する。

ステップ８１においてバッテリ１５０が装着されているときは、マイコンは図４に示した線間電圧Ｖ_ＡＣと、抵抗Ｒ_１、抵抗Ｒ_２を測定する（ステップ８２）。次にマイコンは、測定された線間電圧Ｖ_ＡＣが定格電圧の下限値、例えば定格１００Ｖ±１０Ｖの場合は、９０Ｖ以上であるかを判定する（ステップ８３）。線間電圧Ｖ_ＡＣが定格下限値以上ある場合は、バッテリ１５０を用いなくても空気圧縮機１の稼働が可能であるが、本実施例ではバッテリ１５０を出力増大のための、いわゆるパワーアシストに用いることが可能なので、そのようなパワーアシストモードが作業者によって設定されているか否かを判定する（ステップ８４）。

ステップ８４において、パワーアシストモードが選択されているときは、バッテリによる電力増強を行い、ＡＣ電源とバッテリの双方の電力を用いて圧縮空気生成部３０を駆動する（ステップ９２）。また、ステップ８４において、パワーアシストモードが選択されていないときは、従来の空気圧縮機と同様に、ＡＣ電源だけを用いて圧縮空気生成部３０を駆動する（ステップ９１）。その際、モータ４４が停止している時にはバッテリ１５０を充電するように制御する。このように構成すれば専用の外部充電器を用いずに空気圧縮機１を用いてバッテリ１５０を充電することが可能となる。

ステップ８３において、測定された線間電圧Ｖ_ＡＣが定格電圧の下限値９０Ｖ未満であるかを判定したらステップ８５、８６に進む。本実施例では、線間電圧Ｖ_ＡＣが定格電圧の下限値未満の状態には大きく分けて２つの状態があり、一つは電圧が低下している場合、もう一つは電圧自体がゼロの場合である。前者は、作業現場等で仮設の電源から長い延長コードを用いて電源を供給する場合に起こりやすい事象で有る。後者の場合は、ヒューズが飛んでしまったり、発電機からの電圧供給の場合に発電機が止まったような状態である。ステップ８５によって、ＡＣ電圧がゼロでは無い場合はステップ９２に移行し、パワーアシストモードに移行する。尚、作業者によってパワーアシスト無しの通常運転モードが選択されている場合は、警告音を出しながらパワーアシストモードで運転するように構成してもよい。

ステップ８５においてＡＣ電圧がゼロの場合は、電源コード５０が正しく接続されているかどうかを判定する（ステップ８６）。ここで、電源コード５０がコンセントに接続されている場合、即ち、アース端子５４が適正に接続されている状態では、バッテリ１５０による単独運転を許可する（ステップ９３）。電源コード５０がコンセントに接続されていない場合、即ち、アース端子５４が適正に接続されていない状態では、バッテリ１５０による単独運転を禁止する（ステップ９４）。尚、電源コード５０がコンセントに接続されているものの、コンセント側のアース端子５４がきちんと接地されていない場合、例えば３Ｐ式のプラグ５２に、３Ｐから２Ｐへの変換アダプタを介して２端子のコンセントに接続して、変換アダプタのアース線を非接続としたような場合は、ステップ９４に移行してバッテリ１５０による単独運転を阻止する。尚、圧縮空気生成部３０のモータ４４は連続駆動では無くて間欠駆動をする。つまり、モータ４４が回転して空気タンク１０が規定の圧力に到達するとモータ４４の回転が停止する。このモータ４４の停止中には電源に余裕ができるので、その時にバッテリ１５０を充電するように構成すれば、ステップ９２におけるパワーアシストを行う際にも、バッテリ１５０の充電が可能である。

図５において、バッテリ１５０が装着されておらず、商用ＡＣ電源１００も接続されていない場合は、制御回路６０のマイコンが起動しないので図５のフローの手順が実行されない。また、ステップ８１において、最初にバッテリ１５０が装着されているかを判定するが、この判定は商用ＡＣ電源１００によってマイコンが起動している状態であることが前提である。従って、本実施例では、商用ＡＣ電源１００が非接続（電源コード５０のプラグ５２がコンセントに非装着）の場合であって、バッテリ１５０だけ装着されているような場合には、空気圧縮機１の起動を許可しないように構成できる。この結果、車で移動中の場合などの商用ＡＣ電源１００が非接続状態においては、空気圧縮機１を起動してしまう虞を完全に排除できる。

以上、第一の実施例によれば、空気圧縮機にバッテリを装着可能として出力増大を図ると共に、商用ＡＣ電源１００の電圧低下時におけるバッテリによる電圧補償を行うので、不安定な電源環境下においても空気圧縮機を用いた作業を安定して行うことができる。特に、ブレーカが落ちたりして商用ＡＣ電源１００が遮断されたような場合であっても、所定の条件下、即ち電源コード５０がコンセントに装着されておりアース端子が接続されている場合は、バッテリ１５０によって空気圧縮機が単独で運転できるように構成したので、たいへん使いやすい空気圧縮機を実現できた。また、バッテリ１５０のみで駆動するには、バッテリ１５０への負荷が大きくなってしまうので、バッテリ１５０の寿命が短くなることを回避することが出来る。

図６は本発明の第二の実施例に係る空気圧縮機１Ａの右側面図であって、カバーを取り外した状態を示す。基本的な構成は図１及び図２で示した空気圧縮機１と同じであるが、バッテリ１５０Ａ、１５０Ｂが２つ装着できるように構成される点が異なる。バッテリ１５０Ａは、右側の空気タンク１０の右側側面に、上から下方向にスライドさせて装着されるように配置される。しがしながらバッテリ１５０Ａ、１５０Ｂの装着位置や装着方向は任意で有り、図示しない上側のカバーの内側または外側の容易にアクセスできる場所に設ければ良い。バッテリ１５０Ａ、１５０Ｂを取り外すには、それぞれのラッチボタンを押しながらバッテリ１５０Ａ、１５０Ｂを上方に移動させる。バッテリ１５０Ａ、１５０Ｂは双方とも装着するだけで無く、いずれか一方だけを装着するようにしても良い。また、バッテリ１５０Ａ、１５０Ｂを装着しなくても、空気圧縮機１Ａは商用ＡＣ電源１００によって動作する。

図７は空気圧縮機１Ａの操作パネル７０を示す上面図である。操作パネル７０は図示しないカバーの上面等に設けられるものであって、スイッチ等の作業者による入力手段と、作業者に対して情報を表示する出力手段を配置する。操作パネル７０内に左側上部には、電源スイッチ（メインスイッチ）７１が設けられる。電源ケーブル５０のプラグ５２がコンセントに接続されて、ＡＣ電源が供給されている状態、即ち、内部のマイコンが起動している状態においてソフトタッチ式の電源スイッチ７１を押すことによって空気圧縮機１Ａが運転状態になり、マイコンはモータ４４を起動する。電源表示ＬＥＤ７１ａは、電源スイッチ７１がオンの時に所定の色で点灯し、オフの時に消灯する。ここでは、モータ４４が通常運転中には“緑色”に点灯し、回転制限状態でモータ４４が運転中の場合は“黄色”に点灯する。尚、図５のステップ９４のように、何らかの理由によって運転が阻止される場合は“赤色”の点滅とすると良い。

電池状態ランプ７２ａ、７２ｂはバッテリ１５０Ａ、１５０Ｂの装着の有無と、使用状況を表示する。バッテリ１５０Ａ、１５０Ｂが装着されていない場合は、装着される側のランプが消灯する。また、装着されたバッテリは、充電中の時には“緑色の点滅”とし、充電が完了したら“緑色の点灯”とする。バッテリが使用中である場合、例えばアシストモードによってモータ４４への電力供給中は電池状態ランプ７２ａ、７２ｂを“オレンジ色の点滅”とする。このように電池状態ランプ７２ａ、７２ｂを点灯色や点灯形態を変化させることによって作業者はバッテリの状態を一目で理解することができる。尚、電池状態ランプ７２ａ、７２ｂの点灯色や点灯形態はあくまで一例であるので、その他の色や形態で表示しても良いし、液晶表示装置を用いてそれらを文字やイメージにて表現しても良い。

運転モードスイッチ７３はソフトタッチ式のスイッチで構成され、押す回数によって複数の運転モード、即ち、“通常運転モード”、“パワーアシストモード”、“バッテリ充電優先モード”、“バッテリ充電専用モード”を選択する。運転モード切替ランプ７４は、選択された運転モードに対応する色にて点灯する。尚、運転モード切替ランプ７４による表示に変えて、液晶表示装置を用いて運転モードを文字または図形にて表示するようにしても良い。

点検警報表示ランプ７６は、圧縮空気生成部３０のオーバーホール時期が近づくと点灯することによって、作業者に点検を促すために設けられる。圧力表示パネル７５は、数字やアルファベット等を表示し得る７セグメントＬＥＤであって、空気タンク１０の内部の圧力（単位ＭＰａ）を数値にて示す。尚、圧力表示パネル７５を液晶表示パネルとして、空気タンク１０の圧力やバッテリ１５０Ａと１５０Ｂの動作モードをそれぞれ表示しても良い。例えば、下記のように表示できる。
空気タンク内圧力、４．４ＭＰａ
バッテリＡ：パワーアシストモード
バッテリＢ：充電優先モード
第二の実施例ではバッテリ１５０Ａの使用モードとバッテリ１５０Ｂの使用モードを別々に設定できるようにした。このように設定することによって、バッテリＢ側のバッテリ装着部をバッテリの外部充電器の代わりとして使用することが可能となる。尚、圧力表示パネル７５の形態は任意であり、液晶表示パネルを用いる代わりに、他の公知の入出力装置を用いるようにしても良い。

図８は空気圧縮機１の動作モード１６１とバッテリ１５０Ａ、１５０Ｂの設定内容１６２、１６３の組合せの変形例を示す表である。図７の例では運転モードスイッチ７３として、“通常運転モード”、“パワーアシストモード”、“バッテリ充電優先モード”、“バッテリ充電専用モード”を個別に選択するようにした。しかしながら、バッテリを装着しない従来の空気圧縮機を使用する作業者にとっては新たなモード名称はなじみにくい。そこで、本実施例では従来の空気圧縮機と同様に“ハイパワーモード”、“ノーマルモード”を設けたのに加えて“チャージモード”を設けた。“ハイパワーモード”では、２つのバッテリ１５０Ａ、１５０Ｂを常にパワーアシスト用に用いることにより、実質的なモータ４４の出力向上を図る。但し、ハイパワーモードであっても、モータ４４が停止中等の電力が余っているときは、バッテリバッテリ１５０Ａ、１５０Ｂを充電するように構成しても良い。

“ノーマルモード”は、バッテリ１５０Ａからの電力をパワーアシストに用い、バッテリ１５０Ｂ側を充電専用とするようにした。このように構成することによって、バッテリ１５０Ｂ側をバッテリの充電専用として用いることができる。“チャージモード”では、空気圧縮機１Ａを専らバッテリの充電器として用いるためのモードで有り、双方のバッテリ１５０Ａ、１５０Ｂを充電専用として用いる。このように動作モードの設定に合わせて、バッテリの動作モードを自動的に設定できるようにしたので、簡単で使いやすい新規な空気圧縮機１Ａを実現できた。また、着脱可能なバッテリの数を複数とすることによって、ハイパワーモードの際の出力向上を図り、バッテリ単独駆動による空気圧縮機１の稼働時間を延ばすことができた。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、図８の動作モード１６１の種類と各バッテリの動作モード１６２、１６３は、個別に手動で設定できるように構成しても良いし、空気圧縮機の使用状況に合わせてマイコンが自動でバッテリ毎の用途を設定するようにしても良い。

１、１Ａ空気圧縮機１０空気タンク１１圧力センサ
１３脚部１４ハンドル部２２フィルタ２５接続配管
２６連結配管２７吐出配管２８エアソケット
２９エアホース３０圧縮空気生成部３１クランクケース
３２ａ、３２ｂシリンダ３３ａ、３３ｂピストン
３４ａ、３４ｂクランク３５ａ、３５ｂコンロッド
３６ａ、３６ｂ軸受３７ａ、３７ｂシリンダヘッド
３８ａ、３８ｂバッファ室３９ａ、３９ｂ吐出弁
４０ａ、４０ｂ吸気弁４１ｂ吸気管４２ａ吐出管
４４モータ４４ａロータ４４ｂステータ
４４ｃ位置センサ（ホールＩＣ）４５回転軸４６回路基板
４７冷却ファン５０電源コード５１ａ非接地線
５１ｂ接地線５１ｃアース線５２プラグ
５３ａ、５３ｂ金属端子５４アース端子５５アース線
５６クリップ６０制御回路７０操作パネル
７１電源スイッチ７１ａ電源表示ＬＥＤ
７２ａ、７２ｂ電池状態ランプ７３運転モードスイッチ
７４運転モード切替ランプ７５圧力表示パネル
７６点検警報表示ランプ１００商用ＡＣ電源１０１非接地側電線
１０１ａ非接地極１０２接地側電線１０２ａ接地極
１０３アース線１０３ａアース極１０４接地線
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂバッテリ１６１動作モード
１６２、１６３（動作モードの）設定内容２０１釘打機（空気工具）

Claims

モータと、
前記モータにより駆動される圧縮機構と、
前記圧縮機構により圧縮された空気を貯留するタンクと、
前記モータの回転を制御する制御部と、
前記モータに商用電源を供給する電源コードとバッテリを備えた空気圧縮機であって、
前記制御部は、前記電源コードのコンセントへの接続状況を検出して、前記電源コードが前記コンセントに接続されている時にのみ、前記バッテリによる前記圧縮機構の単独運転を許容し、
前記電源コードが前記コンセントに接続されていない時には、前記バッテリによる前記圧縮機構の単独運転を禁止することを特徴とする空気圧縮機。
前記電源コードは多芯式であってアース線と複数の電力線を含み、
前記電源コードの先端に前記コンセントに差し込まれるプラグが設けられ、
前記プラグには、前記電力線にそれぞれ接続される端子と前記アース線が接続されるアース端子又はアース接続部が含まれ、
前記制御部は、前記電力線間の電圧と前記アース線の接地抵抗を監視することによって、前記プラグが前記コンセントに差し込まれているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
前記プラグが前記コンセントに差し込まれているか否かは、前記電力線と前記アース線間の抵抗値を測定することにより判定することを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮機。
前記制御部にはマイコンが含まれ、
前記マイコンは前記商用電源及び前記バッテリの双方から電力を得ることによって、いずれか一方の電力供給で動作可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空気圧縮機。
前記バッテリの電圧を検出する電池電圧検出部と、前記バッテリの充電部を設け、
前記商用電源の供給時に前記バッテリの電圧が所定の閾値以下の場合は、前記モータの停止時に前記充電部による前記バッテリの充電を行うことを特徴とする請求項４に記載の空気圧縮機。
前記バッテリから前記モータへの給電モードとして、
駆動時は常に前記バッテリから給電しアシストするハイパワーモードと、
前記商用電源による運転を優先して外部電源の電圧降下した場合にのみ前記バッテリから給電しアシストするアシストモードと、
前記バッテリからの給電は行わずに充電を優先する充電モードと、を設け、
いずれかのモードを設定可能としたことを特徴とする請求項５に記載の空気圧縮機。
前記バッテリが複数装着可能であって、前記バッテリ毎に前記給電モードを設定可能としたことを特徴とする請求項６に記載の空気圧縮機。
前記外部電源の電圧降下した場合には、電圧がゼロになった外部電源喪失の状態も含まれ、前記外部電源喪失時には前記商用電力無しで前記バッテリによる前記モータの駆動を行うことを特徴とする請求項７に記載の空気圧縮機。
モータと、
前記モータにより駆動される圧縮機構と、
前記圧縮機構により圧縮された空気を貯留するタンクと、
前記モータの回転を制御する制御部と、
前記モータに電力を供給する外部電源及びバッテリを備えた空気圧縮機であって、
前記外部電源は電源コードを介して供給され、
前記制御部は、接続された前記電源コードからの電源供給が行われていない場合に、前記バッテリだけでの前記空気圧縮機の単独起動を許容し、前記電源コードからの電源供給が行われている場合に、前記バッテリだけでの前記空気圧縮機の単独起動を禁止し、前記バッテリによる前記モータの駆動のアシスト動作を開始させる、ことを特徴とする空気圧縮機。
前記バッテリの電圧を監視する電圧検出器と、前記バッテリの充電器を有し、
前記制御部は、前記バッテリの電圧が所定の閾値以下の時は前記モータの停止時に前記充電器による前記バッテリの充電を行うことを特徴とする請求項９に記載の空気圧縮機。
前記バッテリは、電動工具用電池パックであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気圧縮機。