JPH07286584A - インバータ駆動スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】制御装置７で指示した周波数の電力をインバー
タ８は出力し、電動機９の回転速度を加減する。電動機
９はスクリューロータ１，２を回転し、気体が圧縮され
る。吐出した空気は空気槽５を経て外部に送られる。空
気槽５内部で吐出圧力が圧力センサ６によって検出さ
れ、その値は制御装置７に送られる。制御装置７は吐出
圧力Ｐと外部から与える指示圧力Ｐｉの差を定数倍し、
必要に応じて差を微分や積分した値を加え、インバータ
８から送られる出力周波数の値を加えて、周波数指示値
とする。制御装置７は吐出圧力を一定値である指示圧力
に一致するように指示周波数を増減し自動制御する。 【効果】使用空気量の急な増減に対し、スクリューロー
タの回転速度が敏速に追従し、吐出圧力の変動を小さく
おさえることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスクリュー圧縮機に係
り、特に、被圧縮気体の消費量が増減しても吐出圧力を
一定に制御する機能を有するインバータ駆動スクリュー
圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機の基本的な機能は気体を吸入して
圧縮し、吐出することである。圧縮した気体（以下、被
圧縮気体と称する。空気である場合が多いが、化学プラ
ント用などで他の気体を圧縮することもある。）の吐出
圧力は一定であることが望ましいが、その使用量が刻々
変化することが多いので一定に保つことは次に述べるよ
うに難しい。例えば、被圧縮気体の使用量が一定で持続
し吐出圧力が目的の値に一致している定常状態から使用
量が急に増加した場合には圧縮機の吐出容量が不足し吐
出圧力が低下するし、逆に使用量が減少した場合には被
圧縮気体が余剰となり吐出圧力が高くなってしまう。旧
来は圧縮機の吐出圧力は精密に一定値にせずとも、ある
圧力幅の範囲内での変動は許されてきた。しかし最近は
吐出圧力精度向上の要求があり、また省エネルギの観点
から必要以上の圧縮は望ましくないという傾向にある。
よって、圧縮機は被圧縮気体の使用量に応じて吐出量を
加減する能力を持つこと、すなわち、可変容量で、なお
かつ吐出圧一定の制御が可能であることが望まれてい
る。

【０００３】従来の圧縮機では、吐出端に設けた被圧縮
気体容器（被圧縮気体が空気である場合には空気槽と呼
ばれる）を経由して被圧縮気体を外部に供給し、その容
器の内部圧力が設定下限値を割ったら圧縮機を起動さ
せ、設定上限値を越えたら圧縮機を停止させるオンオフ
制御を採用している。この方法は簡単なので広く普及し
ているが、吐出圧力の変動幅が大きいので、精密な吐出
圧力が要求される用途には使用困難である。また、被圧
縮気体容器は概して大きく場所をとるという欠点を有し
ている。

【０００４】吐出圧力を一定に保つために、吐出容量を
制御する手段として、特開昭55−164792号公報にはイン
バータによりスクリュー圧縮機の回転数を制御し容量を
可変とする方法が示されている。本公知例では負荷デー
タ検出センサで負荷量を検出し、フィードバック制御に
利用する方法について具体的に述べられている。負荷デ
ータ検出センサは圧縮機本体の温度，圧力等のデータを
読み取り、制御回路にデータを転送すると述べられてい
る。しかし、圧力一定制御の実現方法については圧縮機
本体での状態量についてしか言及されていない。個々の
状態量を検知するセンサ類の種類や配置，ロータ回転速
度や吐出圧力や温度などのうちから、どの状態量を検知
すべきかについても具体例は示されていない。あるいは
制御装置の具体的な構成に関しても、また、使用者が設
定する指示圧力と実際の吐出圧力の偏差を基にインバー
タに出力を指示する周波数の値を求める演算方法や演算
を行う回路構成についても述べられていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】スクリュー圧縮機は容
積型圧縮機の一種であるので時間当たりの吐出量は回転
速度に比例する。被圧縮気体の使用量は時々刻々変化す
るので、圧縮機の回転速度も吐出圧力を一定に保つため
にそれに合わせて追従することが望ましい。これを実現
する制御系では図４に示すように吐出圧力ｐをフィード
バックし外部から与えられた指示圧力ｐｉと比較し、そ
の偏差Δｐを基にしてその値を０に近付けるようＰＩＤ
制御やＰＩ制御することが行われている。

【０００６】図４に示した従来例において、制御装置７
は偏差Δｐに比例ゲインＰ，Δｐを時間積分した値に積
分ゲインＩ、Δｐを時間微分した値に微分ゲインＤを乗
じて総和をとり、それにトータルゲインＴｇを乗じて、
指示周波数Ｆｉとし、インバータに伝達している。

【０００７】本従来例の制御装置７によるインバータ駆
動圧縮機は次のように吐出圧一定の制御が行われる。運
転中に偏差Δｐが生じると、制御装置７がインバータ８
に加速あるいは減速を指示し、インバータ８が指示に従
い電力の周波数を変え、電動機の回転数が変化し、吐出
量が変化し、その結果として吐出圧力が目標に近づく。
このように制御が一巡するには多くの要素を経由し、ま
た、吐出量の増減が吐出圧力に反映するには時間を要す
るために、制御が緩慢である。さらに加減速後の新たな
回転速度を積分要素１３に蓄える必要がある。この値は
時間的な遅れやオフセットなどによりインバータ８の出
力周波数や電動機の回転速度に必ずしも比例していると
は限らない。そのため、制御系全体の応答の遅れや不安
定要因となっている。このため、気体使用量の変化が激
しい時や非圧縮気体容器の容積が小さい時など制御しき
れず、目的とする吐出圧力からの大きな逸脱や極端な場
合には発振を起こしてしまうという問題があった。

【０００８】一般に制御系において状態量（本従来例で
は指示圧力ｐｉ，指示周波数ｆｉ，電力の周波数Ｆｏ，
トルクＴ，吐出力Ｑ１，空気使用量Ｑ２などの制御に係
わる物理量）の値が多く制御装置に入力できるほど、安
定性と応答性の両方に優れた良い制御が可能である。し
かし、それら状態量を測定し制御装置に伝達するセンサ
類は十分な応答速度や精度が必要であることから高価で
ある。そのため、制御性を若干犠牲にし、最低必要な吐
出圧力センサ一つのみを備え、フィードバック制御を実
現したインバータ駆動スクリュー圧縮機が実用に供され
ている。

【０００９】また、従来例では気体使用量がほぼ一定で
偏差Δｐがほぼ０である場合でも、積分回路出力はその
時の回転速度にみあった出力を維持する必要がある。積
分回路がアナログ電子回路による場合には制御装置外か
らの電磁ノイズなどにより積分要素に蓄えられた電圧が
ふらつくために起こる出力のふらつき，使用空気量の変
動による頻繁な充放電の繰返しによる部品の劣化，温度
など周囲環境によるコンデンサの電気容量特性への影響
など、信頼性に不安があった。

【００１０】本発明の目的は高価なセンサ類を増やすこ
となく、応答性が高く使用空気量の変化が激しい場合に
おいても追従を可能とし、信頼性が高い、吐出圧力一定
制御を行うインバータ駆動スクリュー圧縮機を実現する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に以下の手段を用いる。

【００１２】スクリュー圧縮機本体の下流側には吐出し
た気体の静圧力を検知する圧力検出手段を備える。圧力
検出手段は感知した圧力値を電気信号などの形で出力す
る機能を有し、出力は通信配線などの伝達手段により制
御装置の入力端子へと接続する。

【００１３】制御装置は少なくとも前記圧力検出手段に
よる実際の吐出圧力の値ｐ，外部から与えられ、制御に
よる吐出圧力の目標となる圧力指示値ｐｉ，それにイン
バータの出力周波数のモニタ値Ｆｏ′の三つを入力する
機能を備える。あるいは圧力指示値ｐｉは外部から与え
られる代わりに、予め制御装置内部に設定あるいは記憶
されているものであってもよい。制御装置内部は圧力指
示値ｐｉと吐出圧力ｐの差である偏差Δｐを求める演算
回路を有する。さらに偏差Δｐとインバータの出力周波
数のモニタ情報Ｆｏ′の二者に各々の定数を乗じて和を
とり、インバータに指示する周波数として出力する機能
を備える。また、偏差Δｐを時間微分し、あるいは時間
積分する機能を合わせ持ち、その演算値にある定数を乗
じた値を前記２者の和に加えてもよい。

【００１４】インバータは制御装置により指示される値
を目標に出力電力の周波数を制御する機能を有する。た
だし、急激な可減速は電動機やインバータの回路自身に
多大な負荷をかけてしまうので、指示される周波数の電
力を瞬時に出力するのではなく、定められた範囲内での
加速あるいは減速により時間をかけて指示された周波数
の電力を出力する機能を持つ。したがって、指示周波数
Ｆｉと出力周波数Ｆｏは常に同一とは限らず、加減速中
は差が生ずることが多い。インバータはまた出力周波数
Ｆｏのモニタ出力Ｆｏ′を出力する機能を有する。出力
周波数Ｆｏは電動機を駆動する大電力の周波数であるの
に対して、モニタ出力Ｆｏ′は出力周波数Ｆｏの情報伝
達手段であり、アナログ量として微弱な電圧やあるいは
デジタル信号である。

【００１５】電動機はインバータの供する電力によって
駆動されて、ほぼ入力された電力の周波数に比例して回
転速度を増減しうる。

【００１６】

【作用】圧縮機の運転によって電動機はスクリューロー
タを回転し気体が吸入，圧縮された後に吐出される。そ
の吐出量と使用者の気体使用量によって吐出配管中の吐
出圧力が定まる。吐出量が多いと吐出圧力は上昇し、気
体使用量が多いと吐出圧力が低下する。吐出圧力は圧力
検出手段によって検出され、その値ｐは制御装置に伝達
される。

【００１７】制御装置はこの吐出圧力と外部から与えら
れた圧力指示値ｐｉを比較し、その差を求め偏差Δｐと
する。この偏差Δｐに定められた定数を乗じ、インバー
タの出力周波数Ｆｏのモニタ値Ｆｏ′に加えることによ
ってインバータに伝達する指示周波数Ｆｉが定まる。制
御装置に微分要素や積分要素を備えている場合には偏差
Δｐを時間微分あるいは時間積分し個々の定数を乗じて
指示周波数Ｆｉに加えることにより、制御性を変える効
果がある。インバータは制御装置によって指示された周
波数Ｆｉを目標に、周波数と電圧を制御した電力を電動
機に供給する一方、新たな出力周波数のモニタ値Ｆｏ′
を制御装置に送り返す。

【００１８】出力される電力の新たな周波数によって、
電動機の回転数は変化し、吐出量もそれに応じて変化
し、使用者の空気使用量に近づき、遂には不足あるいは
過剰であった分を挽回する。その働きで、ずれてしまっ
た吐出圧力も圧力指示値に近づく。そして十分な時間経
過後には一致する。以上の閉ループ制御が繰り返される
ことにより、常に吐出圧力が圧力指示値に一致するよう
に制御され、同時に吐出量が使用者の気体使用量に追従
するようになる。

【００１９】指示周波数はインバータの出力周波数のモ
ニタ値に偏差による補正分を加算して求めている。した
がって、従来例のように制御装置内部の積分回路に周波
数の値を記憶しておく必要は無い。また、積分値として
記憶してある仮想的周波数に代えて実際の出力周波数の
値を制御に用いることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図１ならびに図２を用いて、本発明の
第１の実施例である空気用インバータ駆動スクリュー圧
縮機を説明する。図１は本実施例の系統図である。図２
はその中の制御装置７の詳細図である。

【００２１】雄スクリューロータ１と雌スクリューロー
タ２は互いに噛み合い回転する。この時スクリューロー
タ１，２が互いに接触し回転を伝達する接触式であって
も、スクリューロータの軸端に設けた同期歯車により回
転を伝達しスクリューロータどうしは接触しない非接触
であってもかまわない。スクリューロータの回転によ
り、空気を吸入口３から吸入し、スクリューロータ１，
２の歯とケーシング（図示せず）に囲まれた作動室と呼
ばれる空間に閉じ込め、圧縮した後に吐出口４から吐出
する。吐出した空気は空気槽５に一旦蓄えられ、外部へ
送られる。空気槽５に入る吐出空気量をＱ１，空気槽５
から外部へ送られる空気量、すなわち、空気使用量をＱ
２とする。空気槽５は単に圧力容器であっても、吐出空
気に油が混入している場合には油分離容器を兼用するも
のでもよい。空気槽５には歪ゲージ式圧力センサ６が備
えられ、電源電圧を受けて空気槽５内部の圧力に比例し
た電圧を吐出圧力値ｐとして出力する。圧力センサ６へ
の電源電圧の供給と出力電圧ｐの伝達を目的に、圧力セ
ンサ６と制御装置７はケーブルで結ばれる。

【００２２】制御装置７は複数の演算増幅機を中心に電
気抵抗やコンデンサなどの電子部品で構成したアナログ
式制御装置で、信号はすべて直流電圧として扱われる。
ここでは信号はすべて０Ｖを基準にした正の値で表現し
たが、もちろん定められたオフセットが加わったり、正
負反転した電圧で圧力や周波数を表現するよう回路構成
することもあり、機能に差異は無い。

【００２３】制御装置７は電源の他に三つの入力機能を
有し、次に述べる三つの情報を取り入れることができ
る。一つめは使用者あるいは上位制御装置によって外部
から与えられる指示圧力ｐｉで、この値に一致するよう
に吐出圧力ｐを制御するのが制御装置７の役割である。
特に使用者が手動で吐出圧力を設定する時には両端に一
定電圧のかかった３端子形の可変抵抗器の中央端子の電
圧が指示圧力の値として用いられる。二つめは圧力セン
サ６によって検出された吐出圧力ｐであり、制御装置７
に入力する前に増幅器で所定の電圧まで増幅したり、オ
フセットの調整をしてもよい。三つめはインバータ８の
出力周波数のモニタ値で、インバータ８から前二者と同
様に直流電圧の形で入力される。制御装置７はこれら三
者の値から演算を行い、インバータ８に送る指示周波数
を決定する演算機能と、その結果得られた指示周波数Ｆ
ｉを直流電圧として出力する機能も備える。

【００２４】インバータ８は制御装置７から受け取った
指示周波数Ｆｉの値を目標に、商用電力を所定の周波数
と電圧に変換して電動機９に送る。この時、電動機９に
送る交流電力の周波数Ｆｏは必ずしも指示周波数Ｆｉに
一致しない。その理由の一つは急激な加速や減速は電動
機９やインバータ８の電力素子に多大な負荷をかけるた
め、インバータ８内部で、加減速度に上限を定めている
ためである。したがって、現在の回転速度よりも早い回
転速度を急に指示されてもインバータ８の出力電力の周
波数Ｆｏは徐々に上昇し、ある時間だけかかって指示さ
れた周波数Ｆｉとなる。ちなみに電動機９の回転速度の
加速はさらに遅れる。また、インバータ８内部に設定さ
れた運転禁止周波数が指示された場合にも、インバータ
は運転禁止周波数の上限あるいは下限の周波数で出力す
るため、指示周波数Ｆｉと出力周波数Ｆｏは一致しな
い。

【００２５】インバータ８は電動機９へ動力用の電力を
出力するだけでなく、その出力電力の周波数Ｆｏに比例
した直流電圧を出力周波数のモニタＦｏ′として出力す
る。出力周波数のモニタＦｏ′はケーブルによって制御
装置７の入力端子に送られる。なお、出力周波数のモニ
タＦｏ′の出力回路は通常の汎用インバータには標準装
備されており、新たなセンサや回路の追加は必要無い。

【００２６】電動機９は誘導電動機であり、定常時には
供給される交流の周波数Ｆｏにほぼ比例した回転速度で
出力軸を回転し、回転動力をトルクＴで雄スクリューロ
ータ１に伝える。電力の周波数ｆｏと回転速度が正確に
比例しないのは、電動機の特性上電磁気的なすべりが生
じるためである。電動機９と雄スクリューロータ１の回
転軸は一体構造，直結構造，カップリングによる結合、
あるいは歯車やベルトなど変速機械要素を介した結合で
あってもよい。

【００２７】次に制御装置７の構成について図２を用い
て詳述する。二つの入力である指示圧力ｐｉと吐出圧力
ｐは減算器１１に入力され偏差Δｐが出力される。指示
圧力ｐｉと吐出圧力ｐの電圧レベルに差がある場合には
減算器１１の前段に増幅器あるいは分圧器を設け、電圧
レベルを合わせておく。減算器１１は一般に加算器と呼
ばれる電子回路を用いて、二つの入力の一方を正負反転
して入力することにより実現される。

【００２８】減算器１１の出力配線は二つに分岐し一方
は比例要素１２に他方は微分要素１３を経て微係数比例
要素１４に導かれる。比例要素１２は入力された偏差Δ
ｐをＰ倍しＰ×Δｐを出力する。微分要素１３は入力さ
れた偏差Δｐを時間微分し微係数比例要素１４でＤ倍す
るので、これらの出力はＤ×ｄΔｐ／ｄｔとなる。な
お、実際の回路では微分要素１３と微係数比例要素１４
は二つの回路に分割せず、一つの演算増幅器と外付け部
品で構成することができる。

【００２９】演算結果Ｐ×ΔｐとＤ×ｄΔｐ／ｄｔに周
波数指示値ｆｏ′を加えた３者の出力は加算器１５に入
力され、総和を出力される。周波数指示値ｆｏ′の電圧
レベルが前２者に対して差がある場合には減算器１１の
前段に増幅器あるいは分圧器を設け、電圧レベルを合わ
せておく。図２において加算器１５は二つの丸印で示し
たが、一体のものである。

【００３０】加算器１５の出力は終段比例要素１６に入
力される。終段比例要素１６は入力値を定数数であるト
ータルゲインＴｇ倍し、出力するとともに、終段増幅器
として電力増幅を行う。あるいは、前段までの電圧値が
インバータの入力値に対して正負逆になっている場合に
は反転を行い、極性を一致させる機能を持たせる。終段
比例要素１６は制御理論的には出力である指示周波数を
トータルゲインＴｇ倍するだけなので、比例ゲインＰな
らびに微分ゲインＤをＴｇ倍するのと同様の意味であ
る。しかし、実際の回路では先に述べた機能を持たせた
り、制御系の調整を容易に行うために設けられることが
多い。

【００３１】本実施例の空気圧縮機は以下のように動作
する。

【００３２】まず、空気使用量Ｑ２が一定で十分に長い
時間が経過し、制御された結果、圧力指示値ｐｉ、なら
びにスクリューロータ１の回転速度が一定となり、吐出
量Ｑ１が空気使用量Ｑ２に、吐出圧力ｐが圧力指示値ｐ
ｉにそれぞれ一致している定常状態を考える。この状態
から、ある量だけ急に空気使用量Ｑ２が増加し、その条
件が持続する所謂ステップ状の外乱を仮定して制御系の
動作を説明する。

【００３３】空気槽５に流入する空気量Ｑ１よりも流出
する空気量Ｑ２が多くなるので、空気槽５内部の圧力が
低下する。圧力低下が圧力センサ６によって検出され
て、その情報が制御装置７に送られる。

【００３４】制御装置７内部では、指示圧力ｐｉは変化
しないので、吐出圧力ｐを差し引いた偏差Δｐの値が定
常状態では０であったものが増加し正の値になる。偏差
Δｐの値は二つの要素に入力され、その一方は偏差Δｐ
を比例要素によってＰ倍したもので、演算結果は出力周
波数Ｆｏ′に加えられる。他方、偏差Δｐが時間経過で
増加するので、偏差Δｐを時間微分した結果も正の値を
持つ。この値が微分比例要素１４によってＤ倍され、こ
れも出力周波数Ｆｏ′に加えられる。よって、吐出圧力
Ｐの低下が始まると同時に偏差Δｐの増加が始まり、比
例要素１２の出力と、微分要素１３ならびに微分比例要
素１４の出力の両方が正の値として、それまでの指示周
波数と同値である出力周波数Ｆｏ′に加算される。これ
は比例要素１２による加速を微分要素１３が増強するこ
とを意味する。以上の演算結果を終段比例要素１６によ
って調整し、新しい指示周波数ｆｉとしてインバータに
出力する。

【００３５】インバータ８は指示周波数Ｆｉを受けて出
力周波数Ｆｏを徐々に上げると同時に、それに比例して
出力周波数指示値Ｆｏ′も上昇させる。電動機９は供給
される電力の周波数が上昇するので加速し、それに伴い
スクリューロータ１，２の回転速度も上昇する。吐出空
気量Ｑ１はスクリューロータ１，２の回転速度に比例す
るので、加速により吐出空気量Ｑ１は増加し、使用空気
量Ｑ２との差が小さくなっていく。すると、吐出圧力ｐ
の低下が徐々に遅くなり、遂には反転し、上昇に転じ
る。

【００３６】この動作によって、制御装置７内部では偏
差Δｐの増加速度が小さくなり、遂には増加から減少に
転じる。偏差Δｐの増加速度が小さくなると微分要素１
３の出力も小さくなり、偏差Δｐが低下に転じると、微
分要素１３出力は負となり、加速指示の抑制となる。以
上の微分要素の働きは本仮定のようなステップ状外乱に
対するオーバーシュートを抑え、制御系の安定に寄与す
る。

【００３７】以上の動作が連続して繰り返されることに
より、空気使用量Ｑ２が変化しても吐出量Ｑ１が追従
し、吐出圧力ｐが指示圧力ｐｉに一致するよう制御がな
される。また、空気使用量Ｑ２の増加という外乱の代わ
りに、指示圧力Ｐｉの増加を仮定しても、同様の制御が
行われ、新たな指示圧力に吐出圧力が漸近する。

【００３８】空気使用量Ｑ２の変化への追従を迅速にす
るには、比例ゲインＰを大きくするなどの方法がある
が、それは同時に制御系の安定性を犠牲にする可能性を
含んでいる。また、制御系を不安定にする要因としては
系の各変数の値が制御装置７に入力されるまでにかかる
時間的遅れや不正確さの影響が大きい。本実施例では、
インバータの出力周波数の値を積分要素に蓄えられた仮
想的な値ではなく、実際の出力周波数に一致する周波数
指示値Ｆｏ′を制御演算に用いている。したがって、制
御系の不安定要因が減少するので、比例ゲインを従来例
よりも大きくしても系の安定性が確保でき、応答性と安
定性の両立が可能である。

【００３９】インバータ８の出力周波数モニタＦｏ′は
次の時点の指示周波数Ｆｉの基準値の意味があり、比例
要素１２の出力や微分比例要素１４の出力は基準値から
の補正分、すなわち、加速あるいは減速の量的指示の意
味を持つ。したがって、制御装置７内部には従来例で述
べた積分要素のように現時点での回転速度に相当する情
報を記憶する必要は無い。したがって、電気的ノイズや
故障などで、その情報が失われたりするために発生する
回転速度の指示の不連続変動が起こらない。また、積分
回路を持たないため、その分の部品点数を削減できる上
に、積分回路に伴うリセットや積分時定数の調整の手間
がかからず、扱いやすい制御系を構成することができ
る。

【００４０】スクリュー圧縮機の吐出動作は断続的であ
り、吐出配管内部には噛み合い周波数の圧力波が生じ
る。したがって、圧力センサ６の特性が激しい圧力変動
に弱い場合には、圧力センサ６を吐出口４直後設置する
と寿命の短縮や精度低下が懸念される。本実施例では圧
力センサ６を十分な容積を持った空気槽５に設けたた
め、圧力変動が緩和され、圧力センサ６に負担をかける
ことが無い。この観点に立てば、圧力センサ６は空気槽
５よりも下流側に設けてもよい。しかし、吐出口４から
離れるほど圧力の伝播に時間がかかり、制御性が低下し
てしまうので、限度がある。

【００４１】本実施例において、制御回路はアナログ電
子回路で構成し情報は直流電圧として伝達したが、制御
回路をデジタル電子回路で構成し情報はデジタル信号と
して伝達してもよい。その場合、吐出圧力などデジタル
化しにくい情報は部分的にアナログ情報として取扱い、
ＡＤコンバータにより変換して制御装置に入力するな
ど、アナログとデジタルを混在させてもよい。

【００４２】以下、図３を用いて、本発明の第２の実施
例を説明する。なお、第１の実施例と共通する部分につ
いては説明を省略する。図３は本実施例における制御装
置の詳細図である。

【００４３】制御回路７の内部において、従来例と同様
の積分要素１７と積分比例要素１８を直列に備える。圧
力の偏差Δｐを入力し、その値を時間経過で積分し、積
分ゲインＩ倍して出力する。出力は加算器１５にて他の
要素の出力と同様に加えられるように接続する。

【００４４】本実施例の動作も第１の実施例と同様であ
る。但し、積分要素１７は従来例のような回転速度の情
報の保持機能として働くのではなく、回転速度の補正を
行う働きをする。制御装置７やインバータ８内部の回路
には微小ではあるが避けがたいオフセットやゲインの誤
差がある。例えば、出力周波数モニタＦｏ′の値に僅か
な誤差があり、理論値よりも大きく出力してしまう場合
には、指示周波数Ｆｉも僅かに大きくなり、その結果さ
らに出力周波数ＦｏとモニタＦｏ′が大きくなるという
ように、次第に周波数が上昇し、回転速度も上昇してし
まう。閉ループ制御を行っているため、比例要素などの
働きにより際限無く周波数が上昇することはないが、平
衡状態になっても、理想的な回転速度よりも僅かに早い
状態、すなわち、オフセットが残ってしまう。本実施例
のように積分要素１７を備えると、制御の結果このオフ
セットを除去することができ、目標吐出圧力に対する高
精度の制御が可能となる。

【００４５】また、出荷時の調整で各制御要素の誤差を
０にしても経年変化や使用条件で次第にオフセットが加
わったり、調整時の周波数以外の周波数では誤差が含ま
れていることがある。積分機能はそれらの条件に対して
も補正する働きを持つ。

【００４６】したがって、本実施例では吐出圧力ｐの指
示圧力ｐｉへの一致精度が高く、精密な圧力管理が可能
である。

【００４７】以下、図５を用いて、本発明の第３の実施
例を説明する。なお、第１ないしは第２の実施例と共通
する部分については説明を省略する。図５は本実施例に
おける制御系の模式図である。

【００４８】スクリューロータ１の軸の一端にタコジェ
ネレータ２１を、吐出配管２２上に流量計２３を備え
る。タコジェネレータ２１はスクリューロータ１の回転
速度Ｎを情報として出力し、流量計２３は流量Ｑ２を情
報として出力する機能を有する。流量計２３は熱線式や
オリフィス式等形式を問わない。これらセンサの出力情
報はアナログ，デジタルを問わないが、十分な精度と応
答速度を持つものとする。

【００４９】制御装置２７はデジタル式で判断機能を有
するマイコンに制御プログラムやデータを記憶する記憶
機能、センサからの情報を入力し、インバータに指示周
波数を出力するインタフェース機能を備える。また、吐
出圧力ｐや吐出流量Ｑ２など運転状態を使用者に知らし
める表示機能２８を付属する。

【００５０】圧縮機の運転中には各センサからの状態量
の情報を制御装置２７が受け取り、制御プログラムに従
って加減速とその度合いを決定する。例えば、吐出圧力
ｐが指示圧力ｐｉよりも小さい時には第１及び第２の実
施例では単純に加速を指示する。しかし、本実施例では
使用空気量Ｑ２も検知しており、その値が減少しつつあ
る場合には、先の吐出圧力が上昇することを予想し、加
速量を減らしたり、あるいは減速を指示するなど、高度
な制御が可能となる。

【００５１】また、制御装置２７がプログラムによる制
御を行うため、各周波数に応じて周波数指示値を算出す
る複数の制御係数や演算式を使い分けることもできる。
この機能は電動機やインバータの制御特性が周波数によ
って変化してしまうことに対応し、常に最適の制御を行
えることを意味する。

【００５２】圧縮機の使用者により、省エネ重視や応答
性重視など要求はさまざまである。また、空気使用量の
変化もほぼ一定であったり急激な増減を繰り返す場合な
ど、使用者によりさまざまである。本実施例においては
プログラムの入替えにより、使用者の要求や使用状況に
合った制御を選択することも可能となる。

【００５３】さらに、センサが多数あるために、そのう
ちの一つが故障しても、他のセンサの出力から故障した
センサの異常発見ならびに、正常なセンサのみによる応
急的な制御の継続が可能である。

【００５４】以下、図６を用いて、本発明の第４の実施
例を説明する。なお、第１ないしは第３の実施例と共通
する部分については説明を省略する。図６は本実施例に
おける制御装置とインバータを含めたスクリュー圧縮機
全体の斜視図である。本実施例はスクリュー圧縮機内部
における制御装置とインバータのレイアウトに関して述
べる。

【００５５】圧縮機全体はベース３１上に構成され、パ
ッケージ３２に覆われる。パッケージ３２の一隅には制
御装置７とインバータ８をまとめて金属性の回路箱３３
に収納する。回路箱３３はベース３１に防振ゴム３６を
介して固定されると同時に導線でパッケージ３２に繋が
れ電気的に接地される。回路箱３３の一端はフィルタ３
４を境に外部に開口し、上端には冷却ファン３５が設け
られる。

【００５６】圧縮機の運転中は冷却ファン３５が回転し
回路箱３３の中の空気を上方へかき出すので、回路箱３
３内が負圧になり、外気がフィルタ３４を通して回路箱
３３に導入される。フィルタ３４の側近内側には最も発
熱の激しいパワー半導体素子の冷却フィンが設けられ、
空気との熱交換により効率的な冷却がなされる。

【００５７】図６はパッケージ３２前面の点検扉３７を
開けた状態である。また、圧縮機運転中は冷却空気の流
れを整えるため、回路箱３３の正面にも内蓋がなされ
る。

【００５８】制御装置やインバータは電子部品で構成さ
れており、設置環境の高温や振動あるいは電磁ノイズに
は弱く，誤動作，機能劣化，精度低下，寿命短縮などの
心配がある。一方、圧縮機本体や電動機は大きな発熱源
であると同時に振動源であり、電動機は電磁ノイズも発
生する。したがって、これらを近接して配置することは
圧縮機の信頼性を損なうことになる。しかし、圧縮機の
設置性や使い勝手の点から、すべての部材が一つのパッ
ケージに収納されていることが望ましい。

【００５９】本実施例では制御装置７ならびにインバー
タ８を専用の回路箱３３に収納しており、次に述べる効
果が期待できる。回路箱３３には外気が直接入るので、
冷却効果が大きく、電子回路が高温になるのを防止する
ことができる。また、回路箱３３は導電性であり、かつ
接地されるため電磁ノイズは遮断される。したがって、
電動機の発生する電磁ノイズの影響を受けない。また、
回路箱３３ごと防振ゴム３６で支持しているため、圧縮
機本体などからベース３１を伝播してくる振動も遮断さ
れる。

【００６０】以上の作用により、高い信頼性と長寿命の
圧縮機を提供することができる。また、万一、電子部品
の故障が発生しても回路箱３３ごと交換することによ
り、迅速な修理が可能で、圧縮機の運転停止による影響
を最小限におさえることができる。

【００６１】本実施例では回路箱３３の上部に冷却ファ
ン３５を備えたが、フィルタ３４に冷却ファンを一体化
してもよい。また、回路箱３３専用の冷却ファンに代え
て、圧縮機に備えられる他のファンによる送風の一部を
利用しても、同様の冷却効果が得られる。

【００６２】

【発明の効果】本発明による可変容量形圧縮機は制御系
の重要な状態量であるモータ駆動用の電源周波数の情報
を制御装置に取り込むことができる。したがって、制御
系の安定性を損なうこと無く、追従性の向上を実現でき
る。その結果、使用空気量の変化が激しい場合にも追従
を可能とし、吐出圧力一定制御を行うインバータ駆動ス
クリュー圧縮機を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の系統図。

【図２】本発明の第１の実施例の制御装置のブロック
図。

【図３】本発明の第２の実施例の制御装置のブロック
図。

【図４】従来例のブロック図。

【図５】本発明の第３の実施例の系統図。

【図６】本発明の第４の実施例の斜視図。

【符号の説明】

１…雄スクリューロータ、２…雌スクリューロータ、３
…吸入口、４…吐出口、５…空気槽、６…圧力センサ、
７…制御装置、８…インバータ、９…電動機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクリューロータをケーシングに内蔵し、
   電動機により前記スクリューロータを回転することによ
   り気体を圧縮する機能を有するスクリュー圧縮機におい
   て、圧縮した気体の吐出圧力を検出し圧力値を出力する
   機能を有する圧力検出手段と、商用電力を入力し異なっ
   た周波数の電力に変換する機能を有するインバータと、
   制御装置とを備え、前記電動機は前記インバータにより
   供給される電力によって可変速で回転動力を出力する機
   能を備え、前記インバータは制御装置により指示される
   値を目標に出力電力の周波数を制御する機能と、出力電
   力の周波数を情報として出力する機能を備え、前記制御
   装置は外部から与えられる圧力指示値と前記圧力検出手
   段の出力値の差を算出し、その値と、前記インバータの
   出力周波数の値の２種類の値を含む、時間によって変化
   しうる複数の値に、各々個別の定数を乗じた上で総和を
   とった結果の値を、前記インバータに対して周波数指示
   値として出力する機能を有することを特徴とするインバ
   ータ駆動スクリュー圧縮機。