図面を参照しながら、実施の形態の作業機である空気圧縮機について説明する。以下で説明する空気圧縮機は、空気を2段階で圧縮する圧縮空気生成部を有するレシプロ型エアコンプレッサである。空気圧縮機の用途は特に限定されないが、圧縮空気の圧力によって釘やねじを木材等の被加工物に打ち込む空気工具に圧縮空気を供給する供給源としての利用に適している。
<全体構成について>図1は、作業機(空気圧縮機)1の外観斜視図である。図2(A)は図1の矢印AR1から見た空気圧縮機1の外観図であり、図2(B)は図1の矢印AR2から見た空気圧縮機1の外観図であり、図3(A)は図1の矢印AR4から見た空気圧縮機1の外観図であり、図3(B)は図1の矢印AR3から見た空気圧縮機1の外観図である。
空気圧縮機1は、カバー2と、複数のタンク51,52,53,54と、外部の商用電源(AC電源)のコンセントに接続される電源コード58とを有する。タンク51,52,53,54は、実質的に同一の形状及び寸法を有する。尚、以下の説明では、タンク51,52,53,54を特に区別しないときには、タンク50として総称する場合がある。
カバー2は、後述するように空気圧縮機1が有する構成を取り囲むタンク50の隙間を覆っている。カバー2は、例えば金属製あるいは樹脂製のカバーであり、4つの側面カバー2a,2b,2c,2dと、上面カバー2eと、下面カバー2fとを有する。側面カバー2aは、タンク51とタンク52との間に設けられる(図1,図2(A),図3(A)参照)。側面カバー2bは、タンク52とタンク53との間に設けられる(図1,図2(B),図3(A)参照)。側面カバー2cは、タンク53とタンク54との間に設けられる(図3(A),図3(B)参照)。側面カバー2dは、タンク54とタンク51との間に設けられる(図3(A)参照)。換言すると、4つの側面カバー2a,2b,2c,2dの間からタンク50が部分的に露出している。一方で、4つの側面カバー2a,2b,2c,2dとタンク50とは協働して、圧縮空気生成部10の全体に対して前後左右方向に重なるように配置されており、4つの側面カバー2a,2b,2c,2d及びタンク50の外側から前後左右方向視で圧縮空気生成部10は視認不能である。尚、カバー2には、詳細を後述するカプラ61、減圧弁62、圧力計63、電池パック67,68等に対する作業者のアクセスを確保する開口部が適宜形成されている。
上面カバー2eは、タンク50の上端に設けられる。上面カバー2eには、空気圧縮機1の運転や動作モードの切り替え等を行う操作部2gと、タンク50内の圧力等を表示する表示部2hとが設けられる(図1,図3(A)参照)。下面カバー2fは、側面カバー2a,2b,2c,2dの下端及びタンク50の下端に設けられる。尚、上面カバー2eは後述する圧縮空気生成部10の全体に対して上下方向に重なるように配置されており、上面カバー2eの上方から圧縮空気生成部10は視認不能である。同様に、下面カバー2fは後述する圧縮空気生成部10の全体に対して上下方向に重なるように配置されており、下面カバー2fの下方から圧縮空気生成部10は視認不能である。
尚、以下の説明では、側面カバー2aが設けられる側を前面あるいは前方、側面カバー2bが設けられる側を左面あるいは左側、側面カバー2cが設けられる側を後面あるいは後方、側面カバー2dが設けられる側を右面あるいは右側と呼ぶ。また、上面カバー2eが設けられる側を上面あるいは上方、下面カバー2fが設けられる側を下面あるいは下方と呼ぶ。
図4は、図1の空気圧縮機1からカバー2を外した状態の空気圧縮機1の外観斜視図である。図5(A)は図4に示される空気圧縮機1を前方から見たときの外観図であり、図5(B)は図4に示される空気圧縮機1を左側から見たときの外観図である。図6(A)は図4に示される空気圧縮機1を上方から見たときの外観図であり、図6(B)は図4に示される空気圧縮機1を後方から見たときの外観図である。図7(A)は図6(A)のA-A線に沿う空気圧縮機1の断面図であり、図7(B)は図6AのB-B線に沿う空気圧縮機1の断面図である。
空気圧縮機1は、上記のタンク50に加えて、圧縮空気生成部10と、制御部17と、電力制御部18と、カプラ61と、連結部64,65と、ドレン排出機構70とを有する。
<圧縮空気生成部について>図7(A),図7(B)に示されるように、圧縮空気生成部10は、第1圧縮部11と、第2圧縮部12と、クランクケース13と、モータ14と、プロペラファン15とを有する。圧縮空気生成部10は、クランクケース13の下方に取り付けられた支持部材59が各タンク51,52,53,54と連結することにより、タンク51,52,53,54に取り囲まれるように配置される。
モータ14は、ロータ14aとステータ14bとを有するブラシレスモータであり、ロータ14aの回転により駆動力を発生させる駆動部である。モータ14のロータ14aは出力軸14cに取り付けられている。出力軸14cは、載置面(地面や床面)に平行な平面上で前後方向に沿って回転可能に支持されている。
第1圧縮部11は外気を圧縮し、第2圧縮部12は第1圧縮部11により圧縮された外気(空気)をさらに圧縮する。すなわち、第1圧縮部11は低圧用の圧縮部であり、第2圧縮部12は高圧用の圧縮部である。
第1圧縮部11と第2圧縮部12とは、図7(A)に示されるように、クランクケース13を貫通するモータ14の出力軸14cを挟んで互いに対向する位置(すなわち、出力軸14cを挟んで左右方向)に設けられている。より具体的には、第1圧縮部11と第2圧縮部12とは、出力軸14cの回転方向において180度異なる位置に配置され、クランクケース13を挟んで互いに対向している。換言すると、第1圧縮部11と第2圧縮部12との間にクランクケース13が設けられている。
クランクケース13を貫通している出力軸14cは、複数の軸受けによって回転自在に支持されている。図7(B)に示されるように、プロペラファン15は、クランクケース13から突出している出力軸14cの一端(後方側)に装着される。プロペラファン15は、主に圧縮空気生成部10(モータ14やクランクケース13等)を冷却するための冷却風を生成する。
<第1圧縮部及び第2圧縮部の構成について>図7(A)に示されるように、第1圧縮部11は、第1シリンダ20と、第1シリンダヘッド21と、第1シリンダ20内に往復可能に収容された第1ピストン22と、を含む。第2圧縮部12は、第2シリンダ30と、第2シリンダヘッド31と、第2シリンダ30内に往復可能に収容された第2ピストン32と、を含む。第1圧縮部11に含まれる第1ピストン22と、第2圧縮部12に含まれる第2ピストン32とは、モータ14によって駆動される。つまり、モータ14は、第1圧縮部11及び第2圧縮部12の共通の駆動源である。
出力軸14cは回転運動を第1ピストン22の往復運動に変換するために、第1ピストン22には、第1コネクティングロッド23の一端側が結合されており、第1コネクティングロッド23の他端側が出力軸14c上に設けられている偏心カムに回転可能に結合されている。すなわち、第1コネクティングロッド23は、クランクケース13と第1シリンダ20とに跨り、出力軸14cと第1ピストン22とを連結している。
出力軸14cの回転運動を第2ピストン32の往復運動に変換するために、第2ピストン32には、第2コネクティングロッド33の一端側が結合されており、第2コネクティングロッド33の他端側は出力軸14c上に設けられている他の偏心カムに回転可能に結合されている。すなわち、第2コネクティングロッド33は、クランクケース13と第2シリンダ30とに跨り、出力軸14cと第2ピストン32とを連結している。
<第1圧縮部及び第2圧縮部の動作について>モータ14の出力軸14cの回転運動は、上記偏心カムやコネクティングロッド等からなる変換機構によって往復運動に変換されて第1ピストン22及び第2ピストン32に伝達される。換言すると、モータ14から出力される回転運動力は、変換機構によって往復運動に変換され、第1ピストン22及び第2ピストン32に入力される。この結果、第1ピストン22及び第2ピストン32は、出力軸14cの方向(前後方向)と交差する方向(左右方向)に往復運動する。
上記の2つの偏心カムは、第1ピストン22及び第2ピストン32の移動方向に対して互いに同じ向きに偏心している。したがって、第1ピストン22が第1シリンダ20の上室を圧縮する方向に移動するとき、第2ピストン32は第2シリンダ30の上室に気体(空気)が流入する方向に移動する。一方、第2ピストン32が第2シリンダ30の上室を圧縮する方向に移動するとき、第1ピストン22は第1シリンダ20の上室に気体(空気)が流入される方向に移動する。
第1シリンダヘッド21及び第2シリンダヘッド31の内部には、それぞれバッファ室が設けられている。さらに、第1シリンダ20の上室と第1シリンダヘッド21内のバッファ室との間、第2シリンダ30と第2シリンダヘッド31内のバッファ室との間には、それぞれ逆止弁が設けられている。第1ピストン22が第1シリンダ20の上室を圧縮する方向に移動し、当該上室の空気の圧力が所定圧力よりも高くなると、第1シリンダ20の上室とバッファ室との間にある逆止弁が開く。すると、第1ピストン22によって圧縮された空気は、第1シリンダ20と第2シリンダ30とを連通させている配管を介して第2シリンダ30の上室に送られる。
その後、第2ピストン32が第2シリンダ30の上室を圧縮する方向に移動し、当該上室内の空気の圧力が所定圧力よりも高くなると、第2シリンダ30の上室とバッファ室との間にある逆止弁が開く。すると、第2ピストン32によって圧縮された空気は、第2シリンダ30とタンク51とを連通させている配管19(図5(A),図6(A),図7(B)参照)を介してタンク51へ送られる。尚、4本のタンク51,52,53、54は、配管を介して互いに連通している。よって、圧縮空気生成部10によって生成された圧縮空気は、タンク51に送られた後、他のタンク52,53,54に自動的かつ同時に分配される。この結果、全てのタンク50の内圧は均等に保たれる。尚、各タンク50を接続する配管の詳細については後述する。
<タンクについて>図8(A)は、タンク50の外観図であり、図8(B)はタンク50の下部を拡大した断面図である。図8(A)に示されるように、それぞれのタンク50は、一対の端壁50a,50bと、側壁50cとを有する。側壁50cは筒状に形成され、側壁50cの一方側の端部には半球状の端壁50aが設けられ、他方側の端部には半球状の端壁50bが設けられる。
タンク50では、側壁50cの中心軸57は一対の端壁50a、50bの中心(頂部)を通るように設定される。タンク50は、この中心軸57を上下方向に沿うように配置される。これにより、側壁50cは、上下方向に延びる筒状形状、すなわち上下方向の長さが前後左右方向の幅よりも大きい形状を有することとなる。
一対の端壁50a,50bは側壁50cの上下方向を閉塞する。具体的には、端壁50aは、半球状の頂部が側壁50cの逆側となるように設けられることにより、側壁50cの下方側を閉塞し、その頂部が下方に突出する。端壁50bは、半球状の頂部が側壁50cの逆側となるように設けられることにより、側壁50cの上方側を閉塞し、その頂部は上方に突出する。端壁50aの頂部近傍(すなわち、タンク50の下端)には、脚部80が設けられる。
図4に示されるように、4本のタンク51,52,53,54は、それぞれの中心軸57a,57b,57c,57dが互いに平行又は略平行に圧縮空気生成部10の周囲に配置され、圧縮空気生成部10を取り囲んでいる。具体的には、タンク51の中心軸57aは、他のタンク52,53,54のそれぞれの中心軸57b,57c,57dと略平行である。同様に、タンク52の中心軸57bは、他のタンク51,53,54のそれぞれの中心軸57a,57c,57dと略平行である。タンク53の中心軸57cは、他のタンク51,52,54のそれぞれの中心軸57a,57b,57dと略平行である。タンク54の中心軸57dは、他のタンク51,52,53のそれぞれの中心軸57a,57b,57cと略平行である。
また、タンク51,54の中心軸57a,57dは、モータ14の出力軸14cに対して直交する。すなわち、中心軸57a,57dは、上下方向に沿っている。このことは、タンク52,53の中心軸57b,57cもモータ14の出力軸14cに直交する、すなわち上下方向に沿っていることを意味する。すなわち、全てのタンク51,52,53,54の中心軸57a,57b,57c,57dは、出力軸14cと直交し、上下方向に沿っている。
タンク51,52,53,54は、第1圧縮部11及び第2圧縮部12を有する圧縮空気生成部10よりも下方及び上方に突出するように配置される。
図7(A)に示されるように、タンク51は第1圧縮部11よりも前方側に配置され、タンク54は第1圧縮部11よりも後方側に配置される。換言すると、第1圧縮部11は、隣り合うタンク51とタンク54との間に配置される。また、図7(A)に示されるように、タンク52は第2圧縮部12よりも前方側に配置され、図7(B)に示されるように。タンク53は第2圧縮部12よりも後方側に配置される。換言すると、第2圧縮部12は、隣り合うタンク52とタンク53との間に配置される。
また、図6(A)に示されるように、仮想矩形60を、タンク51,52に外接する第1仮想線A1と、タンク52,53に外接する第2仮想線A2と、タンク53,54に外接する第3仮想線A3と、タンク54,51に外接する第4仮想線A4からなるものとする。この仮想矩形60は、上下方向視において4本のタンク51,52,53,54で囲まれる領域である。換言すると、仮想矩形60が、空気圧縮機1を載置面に載置したときの占有領域に相当する領域となる。
上述したように、第1圧縮部11及び第2圧縮部12は、隣り合うタンク50の間に配置されていることから、第1圧縮部11及び第2圧縮部12は、仮想矩形60の内部に配置される、と言うことができる。換言すると、第1圧縮部11及び第2圧縮部12は、上下方向視でタンク50に取り囲まれるように配置される。また、空気圧縮機1が有する構成は、仮想矩形60の内部に配置される。すなわち、空気圧縮機1が有する構成は、上下方向視でタンク50に取り囲まれるように配置される。
上記のように配置されているタンク51,52,53,54は、複数の連結フレームを介して、直接的または間接的に連結されている。図5(A)に示されるように、タンク51とタンク52とは、連結フレーム55aを介して互いに連結されている。図5(B)に示されるように、タンク52とタンク53とは、一対の連結フレーム55b,55cを介して互いに連結されている。図6(B)に示されるように、タンク53とタンク54とは、連結フレーム55dを介して互いに連結されている。タンク54とタンク51とは、図5(B)に示されるタンク52及びタンク53と同様にして、連結フレームを介して互いに連結されている。
<脚部について>図8(B)に示されるように、タンク50の下方側の端壁50aの下面には、脚部80が設けられる。脚部80は、取付部81と、固定部82と、ゴム脚83とを有する。取付部81は、例えば金属製のボス等の筒状の部材であり、タンク50の端壁50a左右前後方向の中央部(すなわち、中心軸57が通過する位置)に形成された開口に溶接固定される。取付部81には、外側面と内側面とを連通する溝や穴が形成されている。また、取付部81の内側面にはねじ溝が形成されている。固定部82は、例えば金属製のカプラであり、取付部81の内側面に、例えばOリング等のシール部材を介してねじ込まれて固定される。ゴム脚83は、例えばゴム等の弾性部材により形成され、固定部82の下方側にねじ留め等により装着される。すなわち、取付部81と固定部82とは、ゴム脚83を端壁50aに取り付ける固定部材である。
4つのタンク51,52,53,54の下方側の端壁50aにはそれぞれゴム脚83が設けられていることから、空気圧縮機1の底部には4つのゴム脚83が設けられていることになる。これにより、ゴム脚83は、端壁50aの下面に取り付けられて載置面(地面や床面)に対して弾性的に当接する。通常、空気圧縮機1は、4つのゴム脚83が載置面(地面や床等)に接するように縦置きされる。この場合、図7(A)に示すように、第1ピストン22及び第2ピストン32の往復運動方向(摺動方向)は、載置面に対して平行又は略平行となる。
<制御部について>図7(A)に示されるように、制御部17は、クランクケース13の下方に設けられた金属製のボックス内に収容されている制御基板を有する。制御基板には、モータ14をインバータ制御するために必要なインバータ回路の他、電源コード58を介して商用電源から供給される電圧を昇圧してインバータ回路に供給する昇圧回路、空気圧縮機1を統括的に制御するために必要な各種電子部品等が搭載されている。制御部17は、左右方向において、タンク51とタンク52との間、及びタンク53とタンク54との間に設けられる。制御部17のボックスは、支持部材59の下方側にボルト留めされている。これにより、制御部17は、仮想矩形60の内側、すなわち上下方向視で複数のタンク51,52,53,54に取り囲まれて配置される。また、複数のタンク51,52,53,54が制御部17よりも下方に突出するように制御部17が配置される。
<電力制御部18について>図6(A)に示されるように、電力制御部18は、クランクケース13の上方に設けられた金属製のボックス内に収容されている回路基板を含む。電力制御部18の回路基板には、電池パック67,68を制御する電池用電源回路が設けられており、具体的には、電池パック67,68から供給された電力を昇圧する昇圧回路と、電源コード58を介して商用電源から供給される電力によって電池パック67,68を充電する充電回路、昇圧回路及び前記充電回路を制御する制御基板とを含む。電力制御部18は、左右方向において、タンク51とタンク52との間、及びタンク53とタンク54との間に設けられる。電力制御部18のボックスは、連結フレーム55dにボルト留めされている。
<カプラについて>図5(A)に示されるように、空気圧縮機1は、その前方側に、タンク50から空気工具へ圧縮空気が取り出される空気取出口であるカプラ61を有する。カプラ61は、タンク51とタンク52との間に設けられる。カプラ61は、その前方端部が図6(A)に示される第1仮想線A1よりも後方側、すなわち仮想矩形60の内側に位置するように配置される。すなわち、カプラ61は、上下方向視で複数のタンク51,52,53,54に取り囲まれて配置される。また、複数のタンク51,52,53,54がカプラ61よりも上方に突出するようにカプラ61が配置される(図5(A),図5(B),図6(B)、図7(A),図7(B)参照)。
カプラ61は配管95によってタンク51と接続されている。このカプラ61を介して、タンク51から圧縮空気が取り出される。尚、図5(A)には、4個のカプラ61が上下方向に沿って配置されている場合が示されているが、カプラ61の個数は4個に限定されず、また、複数のカプラ61が配置される方向は上下方向に限定されない。
カプラ61の近傍には、カプラ61から吐出される圧縮空気の圧力を調節する調整部である減圧弁62が設けられている。減圧弁62は、その前方端部が第1仮想線A1よりも後方側、すなわち仮想矩形60の内側に位置するように配置される。すなわち、減圧弁62は、上下方向視で複数のタンク51,52,53,54に取り囲まれて配置される。また、複数のタンク51,52,53,54が減圧弁62よりも上方に突出するように減圧弁62が配置される(図5(A),図5(B),図6(B)、図7(A),図7(B)参照)。減圧弁62により調節された圧縮空気の圧力は、減圧弁62の近傍に設けられている圧力計63によって計測され、表示される。
<連結部について>図5(A)に示されるように、空気圧縮機1は、その前方側に、外部の作業機(空気圧縮機)と連結するコネクタである2つの連結部64,65を有する。連結部64,65は、タンク51とタンク52との間に左右方向に並んで配置され、配管96によってタンク51に接続される。連結部64には、外部の作業機から供給される圧縮空気、あるいは外部の作業機へ提供する圧縮空気が通過する流路(例えばホース等)が接続される。連結部65には、外部の他の作業機から供給される圧縮空気、あるいは外部の他の作業機へ提供する圧縮空気が通過する流路(例えばホース等)が接続される。すなわち、空気圧縮機1は2つの連結部64,65を有することにより、異なる2つの外部の作業機と接続することができる。尚、空気圧縮機1は2つの連結部64,65を有するものに限定されず、3個以上の連結部を有していてもよい。これにより、作業の規模や作業内容に応じて、1つの空気圧縮機1を3個以上の外部の作業機と接続させることができる。
仮に連結部が1つのみの場合、2つの空気圧縮機のみしか連結することができない。具体的には、例えばそれぞれ1つの連結部のみを有する第1の空気圧縮機と第2の空気圧縮機とを用意したときに、第1の空気圧縮機の連結部には第2の空気圧縮機しか連結できない。一方で、実施の形態のように2つの連結部64,65が設けられる場合、数量の制限なく空気圧縮機を連結することができる。具体的には、例えばそれぞれ2つの連結部64,65を有する第1~第5の空気圧縮機を用意したときに、第1の空気圧縮機の連結部には第2の空気圧縮機と第3の空気圧縮機とを連結することができる。第2の空気圧縮機の連結部には、第1の空気圧縮機に加えて、第4の空気圧縮機を連結することができる。第3の空気圧縮機には、第1の空気圧縮機に加えて、第5の空気圧縮機を連結することができる。このように数量の制限なく空気圧縮機を連結することができることで、空気圧縮機1に連結されるタンク容量を増やし、使用可能な空気の量を増やすことが可能である。
連結部64,65の近傍には、連結部64,65とタンク51との間を、連通させる、あるいは遮断させるかを切り替える切替コック66が設けられる。これにより、切替コック66により連結部64,65とタンク51との間を遮断させた状態で空気圧縮機1に外部の作業機を接続させることが可能となる。この結果、外部の作業機と接続する際に、タンク50内の圧縮空気を一旦排出する必要がなくなるので、作業性を向上させることができる。
<電源部について>空気圧縮機1は、上述した電源コード58を介して商用電源から取得する電力に加えて、DC電源である電池パック(バッテリー)67,68(図4,図5(A),図5(B)、図6(A),図6(B)参照)から電力を得ることができる。電池パック67は、空気圧縮機1の右側面のタンク51とタンク54との間に設けられた取付部に着脱可能に取り付けられる。電池パック68は、空気圧縮機1の左側面のタンク52とタンク53との間に設けられた取付部に着脱可能に取り付けられる。電池パック67,68の電力は、電力制御部18の昇圧回路により昇圧されて、制御部17の制御基板に供給される。制御部17の制御基板において、制御部17の昇圧回路の出力端と電子制御部18の昇圧回路の出力端は電気的に並列な状態でインバータ回路の入力端に接続されている。制御部17の昇圧回路と電力制御部18の昇圧回路は、各々の出力電圧が同程度となるように制御されており、これにより電源コード58を介して供給される電力と、電池パック67,68の電力は合成された状態で圧縮空気生成部10に供給される。
<配管について>上述した通り、タンク51,52,53,54は、配管を介して互いに連通している。具体的には、図5(A),図5(B),図6(B)に示されるように、タンク51とタンク52とは配管90を介して、タンク52とタンク53とは配管91を介して、タンク53とタンク54とは配管92を介して連通している。配管90は空気圧縮機1の前方の下方に設けられ、配管91は空気圧縮機1の左側の下方に設けられ、配管92は空気圧縮機1の後方の下方に設けられる。また、タンク51及びタンク54も、空気圧縮機1の右側の下方に設けられた配管によって連通している。これにより、圧縮空気生成部10によって生成された圧縮空気は、配管19を介してタンク51に導入され、配管90,91,92及び空気圧縮機1の右側の下方に設けられた配管により、他のタンク52,53,54に自動的かつ同時に導入される。
<ドレン排出機構について>ドレン排出機構70は、タンク50内のドレンを排出させる。図6(B),図7(B),図8(B)に示されるように、ドレン排出機構70は、各タンク50内に設けられるドレン吸い上げ管71と、タンク50の外部に設けられるドレンコック72と、ドレン管73とを有する。図8(B)に示されるように、ドレン吸い上げ管71の一端は、タンク50の下方側の端壁50aに取り付けられた取付部81の内側に上方から挿入される。すなわち、ドレン吸い上げ管71の一端は、タンク50の端壁50aの前後左右方向の中央部に位置する。
上述したように、タンク50の端壁50aは半球状であり、端壁50aの頂部が下方となるようにタンク50が配置されている。このため、タンク50内のドレンは端壁50aの最下部の頂部付近に溜まる。上述したように、取付部81には外側面と内側面とを連通する溝や穴が形成されているため、タンク50内のドレンは取付部81の内側に流入する。
ドレン吸い上げ管71の他端は、他のタンク50と連通するための配管に接続される。具体的には、タンク51に設けられるドレン吸い上げ管71の他端は配管90に接続され、タンク52に設けられるドレン吸い上げ管71の他端は配管91に接続され、タンク53に設けられるドレン吸い上げ管71の他端は配管92に接続され、タンク54に設けられる吸い上げ管71の他端は配管92に接続される。
図6(B),図7(B)に示されるドレンコック72は、タンク53と配管92との接続部近傍に設けられる。ドレンコック72が操作されると、タンク50内のドレンが圧縮空気と一緒に排出される。すなわち、取付部81の内側に流入したドレンは、取付部81の内側に挿入されたドレン吸い上げ管71に流入する。ドレンコック72が操作されると、タンク51内のドレンは、配管90を介してタンク52内に流入する。タンク52内のドレンは、配管91を介してタンク53に流入する。タンク53内のドレンは、ドレン吸い上げ管71を通過してドレン管73から排出される。また、タンク51内のドレンは、空気圧縮機1の右側の下方に設けられた配管を介してタンク54内にも流入する。タンク54内のドレンは、配管93を通過してドレン管73から排出される。
上述したように、タンク50の下方の端壁50aの最下部付近にドレン吸い上げ管71の一端が位置していることから、タンク50内に残留するドレンの発生を抑制することができる。また、タンク50の最下部近傍からドレンを排出するので、タンク50や空気圧縮機1を傾ける等の姿勢変更を作業者が行う必要がなくなる。
ここまで空気圧縮機1の機械構成を中心に説明した。この機械構成によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)空気圧縮機1は、第1圧縮部11及び第2圧縮部12から排出された気体が流入する複数のタンク50を有する。複数のタンク50は、上下方向視で第1圧縮部11及び第2圧縮部12を取り囲むように設けられる。複数のタンク50の各々は、上下方向の長さが左右方向の幅よりも大きい形状を有する。これにより、同容量のタンク50の長手方向を載置面に平行となるように配置する場合と比較して、空気圧縮機1が載置面上で占有する占有面積を小さくすることができる。
(2)上下方向視で第1圧縮部11及び第2圧縮部12を取り囲むように4つのタンク51,52,53,54が設けられる。これにより、空気圧縮機1を載置面に安定した状態で載置することができる。
(3)複数のタンク50の各々は、上下方向に延びる筒状の側壁50cと、半球状に形成された側壁50cの上下方向を閉塞する一対の端壁50a,50bとを有し、第1圧縮部11及び第2圧縮部12よりも下方に突出するように配置される。これにより、タンク50の長手方向の長さよりも空気圧縮機1が大きくならないので、空気圧縮機1の上下方向の小型化に寄与する。
(4)複数のタンク50の各々は、端壁50aの下面に取り付けられて載置面に対して弾性的に当接する脚部80を有する。これにより、載置面から脚部80を介して振動がタンク50に伝わることを抑制することができるので、空気圧縮機1の耐久性を向上させることができる。
(5)脚部80は、端壁50aを貫通する取付部81及び固定部82によって端壁50aに固定される。これにより、簡易な方法にて脚部80をタンク50に取り付けることができる。
(6)複数のタンク50の各々の内部に蓄積するドレンを排出する複数のドレン吸い上げ管71を有し、ドレン吸い上げ管71の端部は、端壁50aの前後左右方向中央部に位置する。これにより、空気圧縮機1の姿勢を変更する等の作業を行うことなく、タンク50内の下部にドレンを貯留させ、タンク50の外部に排出することができるので、作業性が向上する。
(7)外部の空気工具へ圧縮された空気を取り出すカプラ61と、カプラ61を通過する圧縮された空気の圧力を調整する減圧弁62と、第1圧縮部11及び第2圧縮部12の駆動を制御する制御部17とは、上下方向視で複数のタンク50に取り囲まれて配置される。これにより、空気圧縮機1の占有面積が複数のタンク50に外接する仮想矩形60の面積よりも小さくなるので、空気圧縮機1の小型化に寄与する。
(8)外部の作業機から供給される圧縮された空気、あるいは外部の作業機へ提供する圧縮された空気が通過する流路を接続する連結部64,65を有する。これにより、作業の規模や作業内容に応じて、1つの空気圧縮機1を3個以上の外部の作業機と接続させることができる。
上述した機械構成を次のように変形できる。
(1)図8(B)に示されるようにして脚部80がタンク50の端壁50aへ取り付けられる場合に限定されない。例えば、図8(C)に示されるように、脚部80は、ゴム脚83と、金属製のプレートから形成される取付部84と、固定部材85とを有する。取付部84は、端壁50aの端部下面の前後左右方向の中央部(すなわち中心軸57が通過する位置)に溶接により固定される。固定部材85は、例えばねじであり、ゴム脚83を介して取付部84に形成された取付孔に貫通することで、ゴム脚83を固定する。これにより、実施の形態の脚部80と同様の作用効果を得ることができる。
(2)上述した実施の形態では、タンク50は4個のタンク51,52,53,54からなる場合を説明したが、タンク50の個数は3個でもよいし、5個以上であってもよい。
以下、空気圧縮機1の回路構成を中心に説明する。
図9に示すように、空気圧縮機1は、第1接続部としての電池パック接続部47、48を有する。図9の例では、電池パック接続部47、48に、それぞれ電池パック67、68が接続(装着)される。電池パック接続部47、48に電池パックが接続された状態の空気圧縮機1は、作業機システムの例示である。空気圧縮機1は、商用電源139に接続されて電力が入力される第2接続部としての商用電源接続部49を有する。
空気圧縮機1は、第1圧縮部11及び第2圧縮部12を回転駆動してタンク50に圧縮空気を送り込むためのモータ14を有する。モータ14は、電池パック接続部47、48に入力された電力(電池パック67、68の電力)を消費可能な負荷部である。空気圧縮機1は、外部の交流電源である商用電源139(商用交流電源)を用いてモータ14を駆動するための本体回路部200と、2個の電池パック67、68を用いた電力アシスト用の補助回路部300と、を備える。
空気圧縮機1は、切替部としての18/36V切替回路121、122を有する。18/36V切替回路121、122は、電池パック67、68の端子間電圧を18Vと36Vとの間で切替可能な回路である。
18/36V切替回路121、122は、空気圧縮機1が電池パック67、68から電力供給を受けるとき、すなわち電池パック接続部47、48に入力された電力を負荷部としてのモータ14で消費するときは、電池パック67、68の端子間電圧を36Vとする。18/36V切替回路121、122は、空気圧縮機1が電池パック67、68を充電するときは、電池パック67、68の端子間電圧を18Vとする。
図9及び図10に示すように、本体回路部200は、外部の交流電源である商用電源139(AC100V:例えばコンセントの最大定格電流15A)の供給を受けてモータ14を駆動するために、整流部131、第2電源部としてのAC側電源昇圧回路132、インバータ部133、及びインバータ部133を制御するための主制御部140を具備する。
商用電源139と整流部131との間にはノイズフィルタ134が挿入される。整流部131の整流出力側に平滑コンデンサ135が接続される。商用電源139からの交流電力は整流部131で整流され、平滑コンデンサ135で平滑された直流電力がAC側電源昇圧回路132に供給される。整流部131とAC側電源昇圧回路132との間の接続線路には電流検出用抵抗136が挿入される。AC側負荷電流検出部137は、電流検出用抵抗136の両端の電圧降下を基にAC負荷電流を検出し(モニタし)、AC負荷電流検出信号を主制御部140に出力する。
AC側電源昇圧回路132は、DC-DCコンバータ等の昇圧回路を含み、ここで昇圧された直流電力がインバータ部133を介してモータ14に供給される。整流部131、AC側電源昇圧回路132、及び平滑コンデンサ135は、交流側電源部の一例である。
AC側電源昇圧回路132は、図示の場合、チョークコイル321、スイッチング素子322、ダイオード323及びコンデンサ324を有するチョッパ型DC-DCコンバータであり、スイッチング素子322のスイッチング動作を制御する昇圧電圧制御部325を有する。AC側電源昇圧回路132の昇圧出力側に昇圧電圧検出部138が設けられる。
主制御部140には、昇圧電圧検出部138の昇圧電圧監視信号、モータ14の回転を検出する回転センサ141の回転検出信号、及び、タンク内圧力を検出する圧力センサ142の圧力検出信号がそれぞれ入力される。主制御部140は、昇圧電圧制御信号をAC側電源昇圧回路132(昇圧電圧制御部325)に出力するとともに、インバータ制御信号をインバータ部133に出力し、AC側電源昇圧回路132で昇圧された直流電力をインバータ部133を介してモータ14に供給することで、例えばPWM制御等でモータ14の回転制御を行う。第1圧縮部11及び第2圧縮部12はモータ14で回転駆動され、第1圧縮部11及び第2圧縮部12から吐出された空気がタンク50に送られる
操作パネル部196は、タンク内圧力や過負荷等の警告等を表示する表示パネル191、電源オン・オフの切替を行う運転ボタン192、電池パック67、68の充電を指示する充電ボタン193、運転モード切替を指示するモード切替ボタン194、及び電池パック67、68を用いた電力アシストを指示するアシストボタン195を有し、これらを制御するためにスイッチパネル制御部190が設けられる。スイッチパネル制御部190は通信回路197を介して主制御部140に接続される。
主制御部140や操作パネル部196、通信回路197等に安定化された直流電圧を供給するために、回路電源部290が設けられる。回路電源部290は、整流部131の直流出力を利用して主制御部140等に電源電圧Vcc(A)を、スイッチパネル制御部190や通信回路197等に電源電圧Vcc(C)をそれぞれ供給する。回路電源部290は、1個の一次巻線と2個の二次巻線とを有する降圧トランス291、トランス一次側をスイッチングするスイッチング素子292、スイッチング素子292に駆動信号を出力する回路電源駆動回路293、及び、2個の二次巻線にそれぞれ設けられた整流平滑回路294、295を有する。整流平滑回路294の直流出力電圧はVcc(A)として主制御部140等に供給され、整流平滑回路295の直流出力電圧はVcc(C)としてスイッチパネル制御部190や通信回路197等に供給される。
図9、図11及び図12に示すように、補助回路部300は、電池電源(直流電源)でモータ14の駆動アシストを行うための第1電源部としてのアシスト電源部150、電池電源としての電池パック67、68を充電するための充電部170、副制御部180、回路電源部110、及び通信回路100を有する。副制御部180はCPU等の制御回路を含む構成であり、主制御部140と連携してアシスト電源部150と充電部170の動作を制御する。回路電源部110は、副制御部180や通信回路100等に安定化された直流電圧を供給する。通信回路100は主制御部140と副制御部180間の電気的に絶縁された通信回線を構成する。
電池パック67、68の各電圧(以下、それぞれ「電池電圧」)を検出するために、電池電圧検出部146、147がそれぞれ設けられる。各電池電圧検出部146、147からの電池電圧検出信号はそれぞれ副制御部180に供給される。電池パック67、68は、それぞれ副制御部180と通信できる。副制御部180は、電池パック67、68から電池情報(定格電圧や電池温度等)をそれぞれ取得する。
アシスト電源部150は、昇圧回路としての昇圧用DC-DCコンバータの構成を含む。アシスト電源部150は、昇圧トランス151の一次側にプッシュプル接続されたスイッチング素子(例えばMOSFET)152、153、スイッチング素子152、153を交互にスイッチングするアシスト電源駆動回路154、昇圧トランス151の二次側に接続された整流部155、チョークコイル163、平滑コンデンサ156、及びアシスト電流制御部157を有する。整流部155の出力側に平滑用のチョークコイル163を設けて、チョークコイル163と平滑コンデンサ156とでチョーク入力型平滑回路を構成することで、スイッチング素子152、153のPWM制御のデューティ(以下「デューティ」)が小さい場合であってもアシスト電源部150の出力電圧の脈動を減じることができる。これにより、高いアシスト出力電圧に設定する場合に、チョークコイル163を介して平滑コンデンサ156に電圧が加わるため平滑コンデンサ156の耐圧の点で有利である(チョークコイル無しのときより耐圧を低くできる)。
整流部155とインバータ部133との間の接続線路に電流検出用抵抗158が挿入される。アシスト電流制御部157は、電流検出用抵抗158の両端の電圧降下からアシスト電源部150の出力電流(「アシスト出力電流」とも表記)を検出し(モニタし)、フィードバック回路としてのフォトカプラ159を介しアシスト電流検出信号をアシスト電源駆動回路154にフィードバックする。ここで、フォトカプラ159を用いるのは、商用電源139に電気的に接続される本体回路部200と、電池パック67、68に電気的に接続される補助回路部300とを相互に電気的に絶縁するためであり、以後の説明でフォトカプラを用いるのも同様の理由である。
電池パック67、68の一方又は両方の直流電力は、アシスト電源部150の昇圧トランス151の一次側に供給される。アシスト電源部150の整流部155の出力側に、アシスト電源部150の出力電圧(「アシスト出力電圧」とも表記)を検出するためのアシスト電圧検出部160が設けられ、また、アシスト出力電圧を制御するためにアシスト電圧制御部161が設けられる。アシスト電源部150の直流出力電力はシリーズダイオード182を介してインバータ部133に供給される(AC側電源昇圧回路132の直流出力電力と合成される)。
副制御部180は、フォトカプラ162を介してアシスト電源部150のアシスト電流制御部157に出力電流制御信号を出力し、フォトカプラ164を介してアシスト電圧制御部161にアシスト電源50の出力電圧制御信号を出力する。
AC側電源昇圧回路132の出力端子に対してアシスト電源部150の出力端子はシリーズダイオード182を介して並列接続される。つまり、モータ14に対してAC側電源昇圧回路132及びアシスト電源部150が電気的に並列に接続される。
具体的に言えば、アシスト電源部150においては、副制御部180からの出力電流制御信号及び出力電圧制御信号を受けてアシスト電源駆動回路154の駆動信号を制御し、スイッチング素子152、153を交互にスイッチングするときのデューティを変化させることで、出力側の平滑コンデンサ156両端の直流電圧を増減する電圧可変制御を行うことができる。換言すれば、アシスト電源部150はインバータ33部への供給電圧を増減するPAM制御でモータ14を駆動可能である。また、アシスト電源部150のアシスト電源駆動回路154には副制御部180からアシスト電源オン・オフ信号が供給される。アシスト電源オン・オフ信号が「アシスト電源オン」を指示したときはアシスト電源駆動回路154を作動させてスイッチング可能とし、「アシスト電源オフ」を指示したときはアシスト電源駆動回路154の動作を停止する。
充電部170は、商用電源接続部49から入力された電力を電池パック接続部47、48に出力可能な回路、すなわち商用電源139の電力により電池パック67、68を充電するための回路である。充電部170は、降圧用DC-DCコンバータの構成を含む。
充電部170は、商用電源139の供給をノイズフィルタ134を介して受ける整流部171、平滑コンデンサ172、降圧トランス173、トランス一次側をスイッチングするスイッチング素子174、スイッチング素子174をオン・オフ駆動する充電電源駆動回路175、トランス173の二次側出力を整流、平滑する整流平滑回路としてのダイオード176及び平滑コンデンサ177、充電電流制御部178、並びに充電電圧制御部179を有する。
トランス173の二次側の整流平滑回路と電池パック67、68間の接続線路には電流検出用抵抗181が挿入される。充電電流制御部178は、電流検出用抵抗181の両端の電圧降下から充電電流を検出する(モニタする)。充電電流制御部178からの充電電流検出信号及び充電電圧制御部179からの充電電圧制御信号は、フィードバック回路としてのフォトカプラ182を介し充電電源駆動回路175にフィードバックされる。
回路電源部110は、充電部170の整流部171の直流出力を利用して副制御部180等に電源電圧Vcc(B)を供給するとともに、充電電源オン・オフ信号を伝達するフォトカプラ185への電源供給を行う。回路電源部110は、1個の一次巻線と2個の二次巻線とを有する降圧トランス111、トランス一次側をスイッチングするスイッチング素子112、スイッチング素子112に駆動信号を出力する回路電源駆動回路113、及び2個の二次巻線にそれぞれ設けられた整流平滑回路114、115を有する。整流平滑回路114の直流出力電圧はVcc(B)として副制御部180、フォトカプラ182等に供給される。整流平滑回路115の直流出力電圧は、フォトカプラ185に供給される。フォトカプラ185は、副制御部180の充電電源オン・オフ信号を充電電源駆動回路175に伝達する。充電電源オン・オフ信号が「充電電源オン」を指示したときは充電電源駆動回路175を作動させてスイッチング素子174をスイッチングし、「充電電源オフ」を指示したときは充電電源駆動回路175の動作を停止する。
電池パック68(電池パック接続部48)と充電部170との接続をオン・オフするためにリレー186(第1の遮断回路)が設けられる。電池パック67(電池パック接続部47)と充電部170との接続をオン・オフするためにリレー187(第2の遮断回路)が設けられる。電池パック68(電池パック接続部48)とアシスト電源部150との接続をオン・オフするためにリレー188が設けられる。電池パック67(電池パック接続部47)とアシスト電源部150との接続をオン・オフするためにリレー189が設けられる。リレー186~189はそれぞれ副制御部180からのリレーオン・オフ信号によってオン・オフ制御される。
通信回路100は2つのフォトカプラ101、102を有し、主制御部140と副制御部180との間の電気的に絶縁された通信回線を構成する。フォトカプラ101は主制御部140からの情報信号を副制御部180へ伝達し、フォトカプラ102は副制御部180からの情報信号を主制御部140へ伝達する。
アシスト電源部150のスイッチング素子152、153に、温度検出のためのサーミスタTh3が設けられる。サーミスタTh3の温度監視信号は副制御部180に出力される。電池パック67、68やスイッチング素子152、153等の温度上昇が許容範囲を超えると副制御部180によって動作停止となる。
図10の操作パネル部196において、表示パネル191は、主制御部140からの各種情報を表示する表示部である。運転ボタン192は、空気圧縮機1の運転開始、運転停止を指示するスイッチである。充電ボタン193は、電池パック67、68の充電許可、充電停止を指示するスイッチである。モード切替ボタン194は、空気圧縮機1の運転モードの切替を行う切替スイッチである。アシストボタン195は、電池パックを用いる電力アシストを併用するモードと電力アシストを使用しないモードとの切替スイッチである。
図9から図12の回路構成において、空気圧縮機1は商用電源139(AC100V)に接続された状態において使用される。本体回路部200は、商用電源139より電力供給を受けるため、AC側負荷電流検出部137の値に基づき、商用電源139からの入力電流が15A以下となるように主制御部140により制御される。これは、一般的にACコンセントの最大定格電流が15Aとなっているからである。
通常動作時は、AC負荷電流値が15Aを超えそうになると主制御部140はモータ14の目標回転数を下げる。目標回転数はインバータ部133の負荷やタンク50内の圧力によっても変わってくる。具体的には、軽負荷の場合には高く、タンク内圧力が高まってきた場合や圧縮空気の使用量が多い場合には低く設定する。
アシスト電源部150を作動させる電力アシスト時は、目標回転数に達するとAC電流値が下がってくるため、主制御部140はAC負荷電流値15Aを維持するように目標回転数を上げていくことで、足りない電力を電池パック67、68の一方又は両方から供給することが出来る。この時、副制御部180は電池パック67、68からの供給電流あるいは供給電力による制限を加えることでモータ14の回転数を一定範囲内に収めることができる。
ここで、以下の点に注意する。AC側電源昇圧回路132は、昇圧電圧が目標値となるようにフィードバック制御しているが、シリーズダイオード323Aを挿入しない場合において、特にアシスト電源部150からのアシスト電圧が高すぎる場合には、昇圧電圧を低くするように制御してしまう。昇圧電圧が低下すると商用電源139からの電流供給が低下するため、電池パック67、68からの電流供給が過大になり、結果的に電力アシスト時間の減少につながってしまう。この場合、アシスト出力電圧(アシスト電源部150の出力電圧)をシリーズダイオード182の順方向電圧降下程度(1V~2V)大きくなるように制御すれば、シリーズダイオード323Aを省略できる。
一方で、シリーズダイオード323Aを挿入する場合には、昇圧電圧とアシスト電圧を接続する箇所に電圧合流部電解コンデンサ324Aを設ける必要がある。これは、モータ14を停止した場合に発生するサージエネルギーを吸収するためであり、大容量且つ高耐圧の大型品を使用する。しかし、上記のようにシリーズダイオード323Aを省略した場合には、AC側電源昇圧回路132の電解コンデンサ324により代用することができるため、電圧合流部電解コンデンサも省略することができる。これにより、基板上の面積や電子部品コスト削減はもちろん、ダイオードの損失や電圧降下による効率低下を改善することができる。
一般に、複数の電池パックを並列接続して用いる場合、電池パック同士の逆流電流を防止するために図11中点線表記の逆流防止用ダイオード148、149が必要となる。しかし、電池パック67、68の電位差が所定電位差値(例えば0.5Vとする)以内になるように電池パックを交互に充電していくことで、実用上、電池パック同士の逆流電流を充電電流程度に抑えることが出来る。このため、ダイオード148、149は削除してもよい。これにより、ダイオード148、149の抵抗分に起因する出力低下やダイオード148、149による発熱の問題を解消できる。
電池パック67、68を並列接続した電力アシスト中に電池パック67、68の電位差が所定電位差値(0.5V)を超えて開いた場合でも、片方の電池電圧がアシスト停止電圧V1を下回るまではアシストを継続する。
電力アシスト期間中に電池パック67、68の一方だけアシストを停止しようとすると、停止と同時に電池パック67、68の他方の放電電流が過大になってしまうため、モータ14の目標回転数を下げるなど、電流値を減らしておく必要がある。実際停止するには通電中にリレー188又は189をオフする必要がある。接点故障を抑制する観点では、一方の電池電圧がアシスト停止電圧V1を下回った時点でアシストそのものを停止するとよい。この理由は、両方の電池電圧がアシスト停止電圧V1を下回るまでアシストを継続しようとすると、先に低下した方の電池パックの消費電流が大きくなり、電圧低下と発熱が加速してしまうため、再充電と再アシストのサイクルが遅くなってしまうからである。
以下、空気圧縮機1における電池パック67、68の充放電について説明する。
図13は、空気圧縮機1における電池パック67、68の充放電に係る回路ブロック図である。図13の充放電回路400は、回路部の例示であり、空気圧縮機1における、図9の電池パック67、68及び電池パック接続部47、48以外の回路全体に対応する。
電池パック67、68の各々は、端子間電圧を第1電圧値と第2電圧値とに切替可能な第1電源装置の例示である。以下、一例として、第1電圧値を36V、第2電圧値を18Vとする。電池パック67、68は、互いに同一構成である。
空気圧縮機1の電池パック接続部47、48及び電池パック67、68は、それぞれ上C+端子、下C+端子、上+端子、下+端子、上-端子、下-端子を有する。電池パック接続部47と電池パック67の同名の端子同士が互いに接続される。電池パック接続部48と電池パック68の同名の端子同士が互いに接続される。電池パック67、68の端子間電圧は、上C+端子及び上+端子と、下-端子と、の間の電圧である。電池パック接続部47、48の各端子は、接続部端子組の例示である。
電池パック67、68の各々は、18Vの電池セル組211、212を有し、接続先の機器の構成により電池セル組211、212が互いに直列接続になると端子間電圧が第1電圧値(36V)となり、接続先の機器の構成により電池セル組211、212が互いに並列接続になると端子間電圧が第2電圧値(18V)となる。
電池セル組211の正極は上C+端子及び上+端子に接続される。電池セル組211の負極は上-端子に接続される。電池セル組212の正極は下C+端子及び下+端子に接続される。電池セル組212の負極は下-端子に接続される。
図示は省略するが、36V入力の電動工具は、接続した電池パック67(又は68)の下+端子と上-端子とを短絡するショートバー(短絡部材)を有し、上+端子と下-端子との間に現れる36Vを入力電圧とするよう構成される。
一方、充電器は、接続した電池パック67(又は68)の上C+端子と下C+端子とを短絡し、上-端子と下-端子とを短絡する端子構造を有し、端子間電圧を18Vとするよう構成される。これにより充電器は、電池パック67、68を、端子間電圧が18Vに固定された電池パック(以下「18V電池パック」)と同じ回路構成で充電できる。
空気圧縮機1は、電池パック67、68と充放電回路400との間に、それぞれ18/36V切替回路121、122を有する。18/36V切替回路121、122は、電池パック67、68の端子間電圧が第1電圧値(36V)となる第1状態と、電池パック67、68の端子間電圧が第2電圧値(18V)となる第2状態と、の間で切替可能な回路である。
18/36V切替回路121、122は、スイッチ123~125を有する。スイッチ123~125は、例えば半導体スイッチング素子やリレーで構成される。スイッチ123~125のオンオフは、充放電回路400により制御される(例えば前述の副制御部180により制御される)。
スイッチ123は、上C+端子と下C+端子との間に設けられる。スイッチ124は、下+端子と上-端子との間に設けられる。スイッチ125は、上-端子と下-端子との間に設けられる。
スイッチ123、125は、電池パック67、68の充電時にはオフ、放電時にはオンとなる。スイッチ124は、電池パック67、68の充電時にはオン、放電時にはオフとなる。これにより、電池パック67、68は、充電時には端子間電圧が18V、放電時には端子間電圧が36Vとなる。
充放電回路400は、電池パック67、68の上C+端子に充電電圧を印加する充電用+端子、電池パック67、68の上C+端子の電圧を監視する電池電圧モニタ端子、電池パック67、68の上+端子から放電電圧が入力される放電用+端子、充電時にスイッチ123、125にオン信号を印加する18V接続信号出力端子、放電時にスイッチ124にオン信号を印加する36V接続信号出力端子、電池パック67、68の上-端子の電圧を監視する上バンク-側電圧モニタ端子、電池パック67、68の下-端子に接続される-端子を有する。
図14は、図13において電池パック67、68を電池パック69に置換した回路ブロック図である。電池パック69は、18V電池パックであり、端子間電圧が第2電圧値(18V)である第2電源装置の例示である。電池パック接続部47、48には、電池パック69も接続可能である。
電池パック69は、C+端子、+端子、-端子を有する。C+端子は電池パック接続部47、48の上C+端子に接続される。+端子は、電池パック接続部47、48の上+端子に接続される。-端子は、電池パック接続部47、48の下-端子に接続される。
電池パック69は、互いに並列接続された18Vの電池セル組213、214を有する。電池セル組213、214の正極はC+端子及び+端子に接続される。電池セル組213、214の負極は-端子に接続される。電池パック接続部47、48に電池パック69が接続された場合、スイッチ123~125は、いずれもオフとされる。
図15は、図13において電池パック67、68を電池パック74に置換した回路ブロック図である。電池パック74は、端子間電圧が36Vに固定された電池パック(以下「36V電池パック」)であり、端子間電圧が第1電圧値(36V)である第2電源装置の例示である。電池パック接続部47、48には、電池パック74も接続可能である。
電池パック74は、C+端子、+端子、-端子を有する。C+端子は電池パック接続部47、48の上C+端子に接続される。+端子は、電池パック接続部47、48の上+端子に接続される。-端子は、電池パック接続部47、48の下-端子に接続される。
電池パック74は、36Vの電池セル組215を有する。電池セル組215の正極はC+端子及び+端子に接続される。電池セル組215の負極は-端子に接続される。電池パック接続部47、48に電池パック74が接続された場合、スイッチ123~125は、いずれもオフとされる。
図16は、空気圧縮機1における充放電制御のフローチャートである。ユーザは、電池パック接続部47、48の少なくとも一方に電池パックを接続する(S1)。副制御部180は、電池パック接続部47、48の少なくとも一方に接続された電池パック(以下「接続電池パック」)と通信し、接続電池パックの種類、すなわち定格電圧等を判別する(S3)。
副制御部180は、モータ14が運転中の場合(S5のYes)、充放電回路400による充電を停止し又は停止状態に維持し(S7)、放電モードとなる又は放電モードを維持する(S9)。
副制御部180は、接続電池パックが36Vでの放電が可能な電池パック(以下「36V放電可能電池パック」)の場合(S10のYes)、スイッチ123~125を36V放電用に切り替え又は36V放電用に維持し(S11)、接続電池パックからの放電を許可する(S15)。副制御部180は、放電フラグが「H」であれば(S17のYes)、接続電池パックからの放電を行う(S19)。副制御部180は、放電フラグが「H」でなければ(S17のNo)、接続電池パックからの放電を停止し又は停止状態に維持する(S23)。放電フラグは、過放電や高温等の異常が検出されていない場合は「H」にセットされ、異常が検出されている場合は「L」にセットされる。
副制御部180は、接続電池パックが36V放電可能電池パックでない場合(S10のNo)、放電を禁止し(S21)、接続電池パックからの放電を停止し又は停止状態に維持する(S23)。なお、電池パック67、68、74は36V放電可能電池パックの例示である。電池パック69は、36V放電可能電池パックでない電池パックの例示である。
副制御部180は、モータ14が運転中でない場合(S5のNo)、接続電池パックからの放電を停止し又は停止状態に維持し(S27)、充電モードとなる又は充電モードを維持する(S29)。
副制御部180は、接続電池パックが18Vでの充電が可能な電池パック(以下「18V充電可能電池パック」)の場合(S30のYes)、スイッチ123~125を18V充電用に切り替え又は18V充電用に維持し(S31)、接続電池パックへの充電を許可する(S35)。副制御部180は、接続電池パックが満充電であれば(S37のYes)、接続電池パックへの充電を停止し又は停止状態に維持する(S39)。副制御部180は、接続電池パックが満充電でなければ(S37のNo)、接続電池パックへの充電を行う(S41)。
副制御部180は、接続電池パックが18V充電可能電池パックでない場合(S30のNo)、充電を禁止する(S43)。なお、電池パック67、68、69は18V充電可能電池パックの例示である。電池パック74は、18V充電可能電池パックでない電池パックの例示である。電池パック67、68は、36V放電可能電池パックであり、かつ18V充電可能電池パックでり、以下「18/36V切替可能電池パック」と表記する。
空気圧縮機1の上記回路構成及び充放電制御によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)充放電回路400は、接続電池パックが18/36V切替可能電池パックの場合、接続電池パックからモータ14への放電、及び接続電池パックへの充電を許容する。充放電回路400は、接続電池パックが18V電池パックの場合、接続電池パックからモータ14への放電を禁止し、接続電池パックへの充電を許容する。充放電回路400は、接続電池パックが36V電池パックの場合、接続電池パックからモータ14への放電を許容し、接続電池パックへの充電を禁止する。このため、充放電回路400は、接続電池パックの放電時と充電時で接続電池パックの端子間電圧を異ならせる構成として18/36V切替可能電池パックの充放電を適切に実行可能としつつ、18V電池パックの充電と36V電池パックからの放電が可能なため、作業性が良い。
(2)空気圧縮機1は、18/36V切替回路121、122により、電池パック67、68の端子間電圧が第1電圧値(36V)となる第1状態と、電池パック67、68の端子間電圧が第2電圧値(18V)となる第2状態と、の間で切替可能である。このため、18/36V切替可能電池パックである電池パック67、68の充放電を適切に行える。
(3)18/36V切替回路121、122は、電池パック接続部47、48の各端子(接続部端子組)と、充放電回路400との接続状態を切り替えることで、前記第1状態と前記第2状態との間の切替を行う。このため、接続先の機器の端子構成により端子間電圧が第1電圧値(36V)と第2電圧値(18V)との間で切り替わるタイプの電池パック67、68に対して、前記第1状態と前記第2状態との間の切替を適切に行える。
図17(A)~(D)は、本発明の他の実施の形態の作業機に関する。以下、前述の実施の形態との相違点を中心に説明する。電池パック75は、自身の内部回路の状態により端子間電圧が第1電圧値(36V)と第2電圧値(18V)との間で切り替わるタイプである。
電池パック75は、切替部材128を有する。切替部材128は、接続先の機器との係合により図17(A),(B)のように状態が切り替えられる。これにより、図17(C),(D)のように電池パック75の電池セル組217、218の相互接続が直列接続と並列接続とで切り替わり、端子間電圧が第1電圧値(36V)と第2電圧値(18V)との間で切り替わる。
このような電池パック75に対応して、作業機は、切替部としてのソレノイドアクチュエータ126、127を有し、ソレノイドアクチュエータ126、127により、電池パック75の充電時と放電時とで図17(A),(B)のように切替部材128の状態を切り替え(電池パック75の内部回路を切り替え)、電池パック75の端子間電圧が第1電圧値(36V)となる第1状態と、電池パック75の端子間電圧が第2電圧値(18V)となる第2状態と、の間の切替を行う。ソレノイドアクチュエータ126、127は、図13のスイッチ123~125に替わる部材である。
他の実施の形態によれば、ソレノイドアクチュエータ126、127は、電池パック75の内部回路を切り替えることで、前記第1状態と前記第2状態との間の切替を行う。このため、自身の内部回路の状態により端子間電圧が第1電圧値(36V)と第2電圧値(18V)との間で切り替わるタイプの電池パック75に対して、前記第1状態と前記第2状態との間の切替を適切に行える。
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。
作業機が有する電池パック接続部の個数は、2個に限定されず、1個又は3個以上でもよい。作業機は、空気圧縮機に限定されず、電池パックからの放電と電池パックへの充電が可能な任意の作業機でよい。実施の形態で具体的な数値として例示した第1電圧値や第2電圧値、電池セル組の電圧や個数等は、発明の範囲を何ら限定するものではなく、要求される仕様に合わせて任意に変更できる。
また、第1電源装置を端子間電圧が第1電圧値(36V)から切替不能な36V電池パックとし、第2電源装置を端子間電圧が第2電圧値(18V)から切替不能な18V電池パックとし、回路部は第1接続部に36V電池パックが接続されたときに負荷部による電力の消費を許容し、18V電池パックが接続されたときには充電のみ許容し電力の消費を禁止する構成としてもよい。