JPS60204290A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 永発明は電動圧縮機制御方式に関する。

（従来技術） 一般に、圧縮１（コンプレッサ）では消費空気量の変動
によらず一定圧力の圧縮空気を供給することが要求され
るため、吐出圧力を検出して吐出空気間を制御する、い
わゆる容量制御が行われている。特に、インダクション
モータの如き電動機を勤ツノＢとした電動圧ｔｌｉｉ機
において従来から行われている容量制御としては、 （１）吸気閉塞制御方式 （２）インバータ制御方式 （３）アン０−ダ０Ｎ−ＯＦＦ制御方式ここで、吸気閉
塞制御方式とは、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
、ひいては吐出圧力を゛制御するものである。しかして
、この制御方式では吐出圧力の微調整が行える利点があ
るが、コンプレッ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、インバータ制御方式とは、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客間制御を行うもので
ある。しかして、このインバータ制御方式では吐出圧力
の一層の微調整すなわち精密制御が可能であり、また、
軽・中間負荷時の消費型ツノが小さいため省エネ効果が
高いという利点があるが、定格口荷率イづ近の重負荷時
にはインバータの内部損出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０Ｎ−ＯＦＦ制御方式とは、コンプレ
ッサの吐出圧力が所定の圧力を越えた際に吸気閉塞弁を
全閉し、かつポンプによりコンプレッサ吐出室の圧力を
除去し、その後、吐出圧力に一定幅の圧ノ〕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、全負荷領域にわたって省エネ効果が大であるが
、吸気閉塞弁の過度の全開全開の繰り返しは機械の身命
を短かくすることから、その繰り返し類度を少くするた
めに吐出圧力の変動幅を大きくしなければならず、よっ
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つの制御方式の負荷率（定格吐出空気
量に対する消費空気量の比率）に対するモータ入ツノを
示したもので、Ａは吸気閉塞制御方式、Ｂはインバータ
制御方式、Ｃはアン１コーダ０Ｎ−ＯＦＦＩＩｌｌＩｔ
ＩＩ方式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
点が上へ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方式（Ａ）に比してインバー
タ制御方式（Ｂ）およびアンローダ０Ｎ−ＯＦＦ　＄１
１０１１方式（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
御方式（Ａ）が有利となる。

以上のように、従来の容量制御方式には一長一短があり
、全負荷領域にわたって高効率を維持するということは
不可能であった。

（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って高効率を維持でき、省エネ効果
の高い電動圧縮機制御方式を提供することにある。

すなわち、本発明にあっては、電動圧縮機の吐出空気量
を制御するものにおいて、電動圧縮機の回転数制御を行
うインバータ制御方式と吸気閉塞弁により吸入量を制御
する吸気閉塞制御方式とを、電動圧１１機の負荷率に対
しモータの入ツノが小さくなるように切り替えることに
より上記の目的を達成している。

（発明の（８成） 以下、実施例を示す図面に沿っ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ック図である。図
において構成を説明すると、端子１には商用電源（３に
常、３相交流であるが図示Ｅ略記しである。）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
を通った後に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ＭＯ，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ＭＧ１．　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ＭＯ，、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σ）ラインは
通常３相であるため、実際には接点ＭＣ，。

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ＭＣ，、ＭＣ２はリレー
、コンタクタ等の機械的接点に限らず、半導体スイッチ
等が使用できる口とは言うまでもない。

次いで、モータ４の主軸はコンプレッサ５の入力軸と連
結されており、コンプレッサ５はモータ４の動力を受け
て吸気ロ６→吸気閉塞部７−４コンプレッサ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っている。また、圧縮空気の一部
は側路１１により吸気閉塞部７まで取り出され、吸気閉
塞制御時に吐出圧力に応じて吸入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１
５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って
いる。次いで、信号処理回路１４でＩ鴫披僧幅回路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
与えるようになっている。

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っている。すなわら
、インバータ制御の場合にはコンプレッサ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に加わる負担の程度、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
もって消費空気量を推定することができるわけである。

なお、空気の流路中に流昂計を設け、直接に消費空気量
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１１では消費空気量が一定値に達した際に制御方式を
切り一替えるための信号をインバータ２および吸気閉塞
部７に与えるようになっている。また、モータ４にはそ
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］ンプレツサ５の回転数（
モータ４の回転数と同じ）をとっである。

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の検出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に対しては動作指
示を与え、吸気閉塞部７に対しては動作停止を指示して
吸気ｍ塞弁を全開となるようにしている。なお、上記の
所定の愉は、インバータ制御方式と吸気閉塞制御方式の
効率が逆転する負萄状態に応じて定められるもので、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っては、圧
力センサ１２によっ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により設定周波数
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（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から指令を受け
る。そして、これらの動作は速やかに行われるため、コ
ンプレッサ５の吐出圧）Ｊはほぼ一定値に保たれること
となる。なお、このインバータ制御の期間においては、
ｆｆｉ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、前述のフィードバ
ッ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、インバータ制御方式と吸気閉
塞制御方式との効率が逆転する口萄率（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に対して制御方式の切替指令が発せられ
、制御方式の切替期間に入る。しかして、この状態にお
ける動作を詳述するに、第３図において点すに達すると
吸気閉塞部７は制御切替指令発生回路１７の信号を受け
て動作を開始し、それまで開放状態であった吸気閉塞弁
を動作させ、側路１１を介して圧縮空気の出力経路から
検出した吐出圧力に応じて吸気閉塞弁を制御し、吐出圧
力を一定に保つように働く。

一方、この動作と並行して、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、コンプレッサ５が定格回転数ＮｏとなるＪｃ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ＭＣ，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覆るが、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Ｎｏ
に達りると電源切替部３の接Ｉ：ａＭＣ２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ッサ５の容量制御
はインバータ制御方式から吸気閉塞制御方式に完全に切
り替えられ、負荷率が１００％（点ｅ）となる重負荷領
域まで、コンプレッサ５はほぼ定格回転数のまま吸気閉
塞部７の動作により圧力の調整が行われる。以上の動作
を第３因で順を追って示セば、ａ→■→ｂ→■→−Ｃ→
■→ｄ→■→Ｃ→（シ→ｅとなる。

次に、重負荷状態から消費空気ｆＡｆ減少して軽・中間
負角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
ッサ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、インバータ制御方式と吸気ｒｆｌ　Ｎ　ｉ
制御方式の効率が逆転する点Ｃに達すると、消費空気量
検出回路１Ｇおよび制御切替指令発生回路１１の動作に
よりその旨が検出され、制御切替指令発生回路１１から
インバータ２および吸気閉塞部７に対し信号が与えられ
る。しかして、インバータ２は制御切ｌ指令発生回路１
１からの信号を受け、それまで停止していた発振動作を
再開し、第３図の点すにおける周波数、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
波数イ１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電１＋ｌＩ／Ｊ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１
８により監視されており、インバータ２の出ツノ周波数
と同期した時点で電源切替部３の接点ＭＵ、がオンに転
じ、以債はインバータ２の出力によりモータ４は負荷率
に応じた回転数にｖｌＩＩＩＩされることとなる。また
、これと同時に、吸気閉塞部７は制御切替指令発生回路
１１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
って＞％ば、ｅ→（シ→Ｃ→■→ｂ→（却→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
方式の切替が起こらないようにするための処理をフロー
チャートで示したものである。すなわち、消費空気量の
変化にあまりに忠実に反応すると、例えば一時的な変動
に対しても制御方式の切替が行われることになり、この
ような頻繁な切替動作は効率向上というよりも、かえっ
て装置の劣化につながるからである。

第４図において、ステップ１００で動作が開始されると
、ステップ１０１で現時点における制御方式を確認し、
インバータ制御である場合にはステップ１０２に、吸気
閉塞制御である場合にはステップ１０５に移行する。そ
して、ステップ１０２．１０５では現在行われている制
御方式を変更でる必要がある領域に入っているかどうか
を消費空気間により確認し、切替の必要がない場合はス
テップ１０１に戻り、切替の必要が生じた場合はステッ
プ１０３．１０６に夫々移行する。次いで、ステップ１
０３．１０６においては、負荷率の変化が生じて制御方
式を切り賛える必要が生じてから一定時間を経過したが
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ップ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ップ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１１に含ませる口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っては、電動圧縮機の吐出空気
量を制御するものにおいて、電動圧縮機の回転数制御を
行うインバータ制御方式と吸気閉塞弁により吸入量を制
御覆る吸気閉塞制御方式とを、電動圧ｌｉｔ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ｆＲＶＡにわたって高効率を維持でき、省エネ効果の
高い電動圧ＩＩ　ｔｊＮ　ＩＩＩ　ＩＩＩ方式を提供す
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方式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
ブロック図、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ャ
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・・・・コンプレッサ
、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、　ＭＯ，。 ＭＣ２・・・・接点、ＭＯト・・・ブレーカほか１名 第１図 コ〉了しりη１）濶Ｖ験〔の

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動圧縮機の吐出空気量を制御するも９において
   、電動圧縮機の回転数制御を行うインバータ制御方式と
   吸気閉塞弁により吸入量を制御する吸気閉塞制御方式と
   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ことを特徴とした電動圧縮機制御方
   式。
2. （２）インバ７り制御方式と吸気閉塞制御方式の切詰時
   に、モータの回転数とモータに印加する交流電圧の周波
   数とを同期させてから切替を行うようにしてなる特許請
   求の範囲第１項記載の電動圧縮機１ｂＩＪ御方式。
3. （３）制御方式の切替を行う前に、切開必要領域に一定
   時間以上あることを確認してから切開を行うようにして
   なる特許請求の範囲１１１項記載の電動圧縮機制御方式
   。
4. （４）負荷率を、インバータ制御方式の場合にはインバ
   ータの出力周波数から、吸気閉塞制御方式の場合にはモ
   ータ入力電流から夫々検出してなる特許請求の範囲第１
   項記載の電動圧縮機制御方式。