JPH0552153B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電動圧縮機に関する。

（従来技術） 一般に、圧縮機（コンプレツサ）では消費電力
を節減するため消費空気量の変動により変化する
吐出圧力を検出して吐出空気量を制御する、いわ
ゆる容量制御が行われている。特に、インダクシ
ヨンモータの如き電動機を動力源とした電動圧縮
機において従来から行われている容量制御として
は、 (1) 吸気閉塞制御 (2) インバータ制御 (3) アンローダON−OFF制御 等がある。

ここで、吸気閉塞制御とは、モータは商用電源
によりほぼ定回転で運転させ、コンプレツサの吸
気経路に設けた吸気閉塞弁を吐出圧力変化に応じ
て開閉することにより吐出空気量を制御するもの
である。しかして、この制御では吐出圧力の微調
整が行える利点があるが、コンプレツサは常に定
格回転数で回転しているため、消費空気量の少な
い（負荷率の小さい）軽・中間負荷時におけるモ
ータの消費電力が大きいという欠点がある。

一方、インバータ制御とは、商用電源をインバ
ータにより他の周波数の交流電圧に変換し、モー
タの回転数が電源周波数により決定されることを
利用し、吐出圧力変化に応じてインバータの発振
周波数を変化させ、モータの回転数を制御するこ
とにより容量制御を行うものである。しかして、
このインバータ制御では吐出圧力の一層の微調整
すなわち精密制御が可能であり、また、軽・中間
負荷時の消費電力が小さいため省エネ効果が高い
という利点があるが、定格負荷率付近の重負荷時
にはインバータの内部損失およびインバータ駆動
によるモータ効率の悪化により消費電力が大きく
なるという欠点がある。

また、アンローダON−OFF制御とは、コンプ
レツサの吐出圧力が所定の圧力を越えた際に吸気
閉塞弁を全開し、かつポンプによりコンプレツサ
吐出室の圧力を除去し、その後、吐出圧力に一定
幅の圧力低下が生じた際に吸気閉塞弁を全開して
フルロードに復帰するものであり、吸気閉塞弁全
閉時の前記ポンプによる吐出室圧力の除去により
全負荷領域にわたつて省エネ効果が大であるが、
吸気閉塞弁の過度の全開全閉の繰り返しは機械の
寿命を短くすることから、その繰り返し頻度を少
くするために吸気閉塞弁が全閉から全開するまで
の吐出圧力の変動幅は大きくしなければはらず、
よつて吐出圧力が変動しては困るような負荷に対
しては適用できないという欠点がある。

第１図は上記の３つの制御の負荷率（定格吐出
空気量に対する消費空気量の比率）に対するモー
タ入力を示したもので、Ａは吸気閉塞制御、Ｂは
インバータ制御、ＣはアンローダON−OFF制御
に夫々対応している。なお、モータ入力は消費電
力と考えられるので、同一負荷率においてグラフ
上の点が上に行けば行くほど効率が悪いことを示
している。しかして、曲線Ａ，Ｂが交差する点Ｑ
より左の軽・中間負荷率側では吸気閉塞制御Ａに
比してインバータ制御ＢおよびアンローダON−
OFF制御Ｃが圧倒的に効率が高いが、点Ｑを越
えたあたりの重負荷ではその関係が逆転し、吸気
閉塞制御Ａが有利となる。

以上のように、従来の容量制御には一長一短が
あり、全負荷領域にわたつて高効率を維持すると
いうことは不可能であつた。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑み提案されたものであ
り、その目的とするところは、吐出圧力の精密制
御が可能で、しかも全負荷領域にわたつて高効率
を維持でき、省エネ効果の高い電動圧縮機を提供
することにある。

すなわち、本発明にあつては、吐出圧力に応じ
て吸気閉塞弁を開閉し吸入空気量を制御する吸気
閉塞部７と、モータ４に連結し駆動するコンプレ
ツサ５とを備えた電動圧縮機において、 モータ４の電源端子を電源切替部３に接続する
と共に、電源切替部３はインバータ２からの信号
によりインバータ２と商用電源とに電源を切替え
るよう構成し、 モータ４に印加される交流電源の周波数と入力
電流から、または吐出空気の流路中に設けた流量
計により消費空気量を検出する消費空気量検出回
路１６と、 この消費空気量検出回路１６からの出力信号を
受けて制御切替信号をインバータ２と吸気閉塞部
７とに与える制御切替指令発生回路１７と、 圧縮空気の吐出経路に設けられた圧力センサ１
２からの圧力信号により吐出圧力に応じた周波数
設定信号をインバータ２に出力する信号処理回路
１４とを備え、 負荷率が一定値以下の軽・中間負荷時において
は、消費空気量検出回路１６からの出力信号によ
つて制御切替指令発生回路１７はインバータ制御
への切替信号をインバータ２と吸気閉塞部７とに
発し、インバータ２は電源切替部３に信号を与え
電源をインバータ２に切替えさせ、吸気閉塞部７
は吸気閉塞弁を全開にし、圧力センサ１２の圧力
信号に基づいて信号処理回路１４は周波数設定信
号を出力してインバータ２の回転数を制御するイ
ンバータ制御とし、 負荷率が一定値を越えた重負荷時になると、消
費空気量検出回路１６からの出力信号によつて制
御切替指令発生回路１７は吸気閉塞制御への切替
信号をインバータ２と吸気閉塞部７とに発し、イ
ンバータ２は電源切替部３に信号を与え電源を商
用電源に切替えさせ、吸気閉塞部７は動作を開始
して吸入空気量を制御する吸気閉塞制御に切替
え、 負荷率に応じてインバータ制御と吸気閉塞制御
を相互に切替えことにより上記目的を達成してい
る。

〔発明の構成〕

以下、実施例を示す図面に沿つて本発明を詳述
する。

第２図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。図において構成を説明すると、端子１には
商用電源（通常、３相交流であるが図示上略記し
てある。）が接続され、この端子１に加えられた
商用電源はブレーカMCBを通つた後に２経路に
分けられ、一方はインバータ２を介して電源切替
部３の接点MC₁の一端に、他方は直接に電源切
替部３の接点MC₂の一端に夫々接続されている。
なお、電源切替部３の接点MC₁，MC₂は後述す
るようにインバータ２からの信号により制御され
るものである。次いで、電源切替部３の接点
MC₁，MC₂の他端は互いに接続され、モータ４
の電源端子に接続されている。なお、前述したよ
うに交流電源のラインは通常３相であるため、実
際には接点MC₁，MC₂は夫々３個の接点からな
り、個々に結線がなされているものである。ま
た、接点MC₁，MC₂はリレー、コンタクタ等の
機械的接点に限らず、半導体スイツチ等が使用で
きることは言うまでもない。

次いで、モータ４の主軸はコンプレツサ５の入
力軸と連結されており、コンプレツサ５はモータ
４の動力を受けて吸気口６→吸気閉塞部７→コン
プレツサ５→レシーバタンク８→サービスバルブ
９→吐出口１０の経路で空気を送出するようにな
つている。また、圧縮空気の一部は側路１１によ
り制御圧力として吸気閉塞部７まで取り出され、
吸気閉塞部７はこの制御圧により吸気閉塞弁を開
閉し吐出圧力に応じて吸入空気量を制御するよう
に働く。

また、圧縮空気の吐出経路には圧力センサ１２
が設けられており、電気信号に変換された圧力信
号は誤差増幅回路１３に入力され、誤差増幅回路
１３では圧力設定器１５により与えられた設定値
と圧力信号との差を取り出し、その結果を信号処
理回路１４に送出するようになつている。次い
で、信号処理回路１４では誤差増幅回路１３の出
力信号に基づき、インバータ２に周波数設定信号
を与えるようになつている。

一方、モータ４の電源入力端子には消費空気量
検出回路１６が接続され、モータ４に印加される
交流電源の周波数およびモータ入力電流が検出さ
れ、これらの検出値より消費空気量が測定される
ようになつている。すなわち、インバータ制御の
場合にはコンプレツサ５の回転数（モータ４の回
転数と同じ）と消費空気量とがほぼ線形の関係を
有し、また、吸気閉塞制御の場合にはモータ４の
負荷電流がモータ４に加わる負荷の程度、つまり
消費空気量と一定の関係を有していることから、
これらの値をもつて消費空気量を推定することが
できるわけである。なお、吐出空気の流路中に流
量計を設け、直後に消費空気量を検出することも
可能であり、この場合、モータ４の電源ラインと
の接続は不要になる。

次いで、消費空気量検出回路１６の出力信号は
制御切替指令発生回路１７に与えられ、この制御
切替指令発生回路１７では消費空気量が一定値に
達した際に制御を切り替えるための切替信号をイ
ンバータ２および吸気閉塞部７に与えるようにな
つている。また、モータ４はその回転数を検出す
べくモータ回転数検出回路１８が接続されてお
り、この検出信号はインバータ２に与えられてい
る。

第３図は第２図に示した実施例の動作状態を示
したもので、縦軸に負荷率を、横軸にコンプレツ
サ５の回転数（モータ４の回転数と同じ）をとつ
てある。

以下、第２図、第３図を参照して動作を説明す
る。

既に始動が行われたものとし、仮に消費空気量
の少い軽・中間負荷率の状態にあるものとする
と、消費空気量検出回路１６の出力信号は所定の
値に達しないため、制御切替指令発生回路１７は
インバータ２に対してし動作信号を与え、吸気閉
塞部７に対しては動作停止信号を与えて吸気閉塞
弁を全開となるようにしている。なお、上記の所
定の値は、インバータ制御と吸気閉塞制御の効率
が逆転する負荷状態に応じて定められたもので、
例えば第１図に点Ｑで示した負荷率に相当する。

しかして、上記のインバータ制御の状態にあつ
ては、圧力センサ１２によつて検出された吐出圧
力と圧力設定器１５の設定値とに差が生じると誤
差増幅回路１３により誤差量が検出され、信号処
理回路１４により周波数設定信号の変更が行わ
れ、インバータ２は発振周波数を変化させ、モー
タ４の回転数を増減せしめて設定圧力に近づくよ
うにする。すなわち、吐出圧力が高い場合には周
波数を低くし、逆に吐出圧力が低い場合には周波
数を高くするようにインバータ２は信号処理回路
１４から周波数設定信号を受ける。そして、これ
らの動作は速やかに行われるため、コンプレツサ
５の吐出圧力はほぼ一定値に保たれることにな
る。なお、このインバータ制御の期間において
は、電源切替部３の接点MC₂はオフの状態にあ
る。

次に、上述の軽・中間負荷率の状態（第３図の
点ａ）から消費空気量が増加した場合には、吐出
空気量とのアンバランスから圧力変化が生じるた
め、前述のフイードバツク動作によりインバータ
２の発振周波数は負荷率の増大とともにほぼ直線
的に上昇し、モータ４の回転数を高めて一定圧力
の圧縮空気を送出し続ける。

消費空気量が更に増大し、インバータ制御と吸
気閉塞制御との効率が逆転する負荷率（第１図で
は点Ｑ、第３図では点ｂ）に達すると、負荷率の
増加は消費空気量検出回路１６により検出され、
制御切替指令発生回路１７からインバータ２およ
び吸気閉塞部７に対して制御の切替信号が発せら
れ、制御の切替期間に入る。しかして、この状態
における動作を詳述するに、第３図において点ｂ
に達すると吸気閉塞部７は制御切替発生回路１７
の動作信号を受けて動作を開始し、それまで開放
状態であつた吸気閉塞弁を動作させ、側路１１を
介して圧縮空気の吐出経路から取出した吐出圧力
に応じて吸気閉塞弁を制御し、吐出圧力に応じて
コンプレツサの吸入空気量を制御するように働
く。

一方、この動作と平行して、インバータ２は制
御切替指令発生回路１７の信号を受けて発振周波
数を急速に上昇せしめ、コンプレツサ５が定格回
転数N₀となる点ｃを越えた点ｄまで周波数上昇
を行う。そして、モータ４の回転数が点ｄにおけ
る値に達するとインバータ２からの信号を受けて
電源切替部３の接点MC₁がオフに転じ、モータ
４への通電が停止される。その後、電力が停止さ
れたためモータ４の回転数は急速に低下するが、
この回転数はモータ回転数検出回路１８により監
視されており、商用周波数に応じた回転数、すな
わち定格回転数N₀に達すると電源切替部３の接
点MC₂がオンに転じられ、モータ４には商用電
源が直接に与えられることになる。なお、回転数
を商用電源の周波数に応じた回転数に一致させて
から商用電源に切り替えるのは切替時の突入電流
を低減せしめるためであり、このようにすること
により商用電源の容量を小さく設定することが可
能となる。

しかして、上記の動作によりコンプレツサ５の
容量制御はインバータ制御から吸気閉塞制御に完
全に切り替えられ、負荷率が100％（点ｅ）とな
る重負荷領域まで、コンプレツサ５はほぼ定格回
転数のまま吸気閉塞部７の動作により容量制御が
行われる。以上の動作を第３図で順を追つて示せ
ば、ａ→→ｂ→→ｃ→→ｄ→→ｃ→→
ｅとなる。

次に、重負荷状態から消費電気量が減少して
軽・中間負荷状態に移行する場合について説明す
る。第３図において、点ｅ側より負荷率が下がる
とコンプレツサ５の回転数はほぼ定格回転のまま
状態が推移して行く。そして、インバータ制御と
吸気閉塞制御の効率が逆転する点ｃに達すると、
消費空気量検出回路１６および制御切替指令発生
回路１７の動作によりその旨が検出され、制御切
替指令発生回路１７からインバータ２および吸気
閉塞部７に対し切替信号が与えられる。しかし
て、インバータ２は制御切替指令発生回路１７か
ら動作信号を受け、それまで停止していた発振動
作を再開し、第３図の点ｂにおける周波数、すな
わち、切替の行われる負荷率においてインバータ
制御と整合する周波数付近の発振を行い、待機状
態に入る。そして、インバータ２がスタンバイす
るとインバータ２からの信号を受け電源切替部３
の接点MC₂がオフに転じられ、モータ４は無電
源状態となり、回転数は急速に低下していく。

一方、このモータ４の回転数はモータ回転数検
出回路１８により監視されており、インバータ２
の出力周波数と同期した時点で電源切替部３の接
点MC₁がオンに転じ、以後はインバータ２の出
力によりモータ４は負荷率に応じた回転数に制御
されることとなる。また、これは同時に、吸気閉
塞部７は制御切替指令発生回路１７の信号を受け
て吸気閉塞弁を全開とする。なお、上記の切替の
際にもモータ４の回転数とインバータ２の周波数
とが同期するようにしているので、突入電流の低
減が可能となる。しかして、以上の動作を第３図
で順を追つて示せば、ｅ→→ｃ→→ｂ→→
ａとなる。

次に、第４図は、本発明を適用する際に必要以
上に制御の切替が起こらないようにするための処
理をフローチヤートで示したものである。すなわ
ち、消費空気量の変化にあまり忠実に反応する
と、例えば一時的な変動に対しても制御の切替が
行われることになり、このような煩雑な切替動作
ば効率向上というよりも、かえつて装置の劣化に
つながるからである。

第４図において、ステツプ100で動作が開始さ
れると、ステツプ101で現時点における制御を確
認し、インバータ制御である場合にはステツプ
102に、吸気閉塞制御である場合にはステツプ105
に移行する。そして、ステツプ102，105では現在
行われている制御を変更する必要がある領域に入
つているかどうかを消費空気量により確認し、切
替の必要がない場合はステツプ101に戻り、切替
の必要が生じた場合はステツプ103，106に夫々移
行する。次いで、ステツプ103，106においては、
負荷率の変化が生じて制御を切り替える必要が生
じてから一定時間を経過したかどうかを確認し、
一時的な変動のため切替必要領域に一定時間以上
ない場合にはステツプ101に戻り、一定時間以上
の定常的なものである場合にはステツプ104，107
に夫々移行して現在行われている制御を切り替え
る。

しかして、上記の機能を第２図における制御切
替指令発生回路１７に含ませ、消費空気量検出回
路１６からの出力信号が吸気閉塞制御とインバー
タ制御の切替必要領域に一定時間以上ある時、吸
気閉塞部７及びインバータ２に切替信号を出力す
るように構成することにより適用が可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明にあつては、電動圧縮機の
吐出空気量を制御するものにおいて、電動圧縮機
の回転制御を行うインバータ制御と吸気閉塞弁に
より吸入空気量を制御する吸気閉塞制御とを、電
動圧縮機の負荷率に対しモータの入力が小さくな
るように切り替えるようにしたので、吐出圧力の
精密制御が可能で、しかも全負荷領域にわたつて
高効率を維持でき、省エネ効果の高い電動圧縮機
制御を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来から存在する制御の負荷率とモー
タ入力との関係を示す図、第２図は本発明の一実
施例を示すブロツク図、第３図は第２図の実施例
の動作説明図、第４図は制御の安定化を図るため
の処理を示すフローチヤートである。 １……端子、２……インバータ、３……電源切
替部、４……モータ、５……コンプレツサ、６…
…吸気口、７……吸気閉塞部、８……レシーバタ
ンク、９……サービスバルブ、１０……吐出口、
１１……側路、１２……圧力センサ、１３……誤
差増幅回路、１４……信号処理回路、１５……圧
力設定器、１６……消費空気量検出回路、１７…
…制御切替指令発生回路、１８……モータ回転数
検出回路、MC₁，MC₂……接点、MCB……ブレ
ーカ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吐出圧力に応じて吸気閉塞弁を開閉し吸入空
   気量を制御する吸気閉塞部７と、モータ４に連結
   し駆動するコンプレツサ５とを備えた電動圧縮機
   において、 モータ４の電源端子を電源切替部３に接続する
   と共に、電源切替部３はインバータ２からの信号
   によりインバータ２と商用電源とに電源を切替え
   るよう構成し、 モータ４に印加される交流電源の周波数と入力
   電流から、または吐出空気の流路中に設けた流量
   計により消費空気量を検出する消費空気量検出回
   路１６と、 この消費空気量検出回路１６からの出力信号を
   受けて制御切替信号をインバータ２と吸気閉塞部
   ７とに与える制御切替指令発生回路１７と、 圧縮空気の吐出経路に設けられた圧力センサ１
   ２からの圧力信号により吐出圧力に応じた周波数
   設定信号をインバータ２に出力する信号処理回路
   １４とを備え、 負荷率が一定値以下の軽・中間負荷時において
   は、消費空気量検出回路１６からの出力信号によ
   つて制御切替指令発生回路１７はインバータ制御
   への切替信号をインバータ２と吸気閉塞部７とに
   発し、インバータ２は電源切替部３に信号を与え
   電源をインバータ２に切替えさせ、吸気閉塞部７
   は吸気閉塞弁を全開にし、圧力センサ１２の圧力
   信号に基づいて信号処理回路１４は周波数設定信
   号を出力してインバータ２の回転数を制御するイ
   ンバータ制御とし、 負荷率が一定値を越えた重負荷時になると、消
   費空気量検出回路１６からの出力信号によつて制
   御切替指令発生回路１７は吸気閉塞制御への切替
   信号をインバータ２と吸気閉塞部７とに発し、イ
   ンバータ２は電源切替部３に信号を与え電源を商
   用電源に切替えさせ、吸気閉塞部７は動作を開始
   して吸入空気量を制御する吸気閉塞制御に切替
   え、 負荷率に応じてインバータ制御と吸気閉塞制御
   を切替えることを特徴とする電動圧縮機。 ２ モータ４の回転数を検出してインバータ２に
   フイードバツクするモータ回転数検出回路１８を
   備え、 インバータ２は、インバータ２と商用電源との
   切替え時に、モータ４の回転数とモータ４に印加
   する交流電圧の周波数とを同期させてから切替え
   を行うようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の電動圧縮機。 ３ 制御切替指令発生回路１７は、消費空気量検
   出回路１６からの出力信号が吸気閉塞制御とイン
   バータ制御の切替必要領域に一定時間以上ある
   時、吸気閉塞部７及びインバータ２に切替信号を
   出力するよう構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電動圧縮機。 ４ 消費空気量検出回路１６は、インバータ２で
   モータ４を駆動する場合にはインバータ２の出力
   周波数から消費空気量を求め、商用電源でモータ
   ４を駆動する場合にはモータ入力電流から消費空
   気量を求めるよう構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電動圧縮機。