WO2022130934A1

WO2022130934A1 - 作業機

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Publication number: WO2022130934A1
Application number: PCT/JP2021/043371
Authority: WO
Inventors: 貴史野田; 誠一古田土; 康輔圷; 壮希保科; なつ美海老沢; 哲生池上
Original assignee: 工機ホールディングス株式会社
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-06-23
Also published as: JPWO2022130934A1

Abstract

作業機におけるモータで駆動する駆動部の性能を向上させる。空気圧縮機１０は、電動モータ１３によって駆動される第１圧縮部１４および第２圧縮部１５を有する。さらに、上記交流電源から供給される電力を電動モータ１３へ供給する単独駆動状態と、上記交流電源および上記直流電源から供給される電力を電動モータ１３へ供給するアシスト駆動状態との何れかに切替可能な電源回路部と、電動モータ１３が目標回転数で回転するように制御する制御部と、を有する。該制御部は、電源回路部を単独駆動状態に設定する通常モードと、電源回路部をアシスト駆動状態に設定するパワーモードとの何れかに切替可能であり、パワーモードにおける目標回転数の上限値は、通常モードにおける目標回転数の上限値よりも大きい。

Description

作業機

本発明は、空気圧縮機などの作業機に関する。

作業機の一例として、空気圧縮機が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載された空気圧縮機においては、電源コードを介して供給される商用交流電源によりモータが駆動し、モータの駆動により圧縮部が空気を圧縮する。圧縮された空気は、タンクに貯蔵され、タンクから空気工具に供給される。

特開２０２０－１２２４３０号公報

特許文献１に記載された空気圧縮機においては、交流電源から供給される電力に制限があるため、モータの駆動力が不十分となる可能性があった。例えば、空気圧縮機に接続された空気工具で使用される空気の消費量が、圧縮部からタンクに送られる空気の供給量を上回る場合がある。この場合、圧縮部からタンクに供給される空気量を増加させることが望まれるが、交流電源から供給される電力に制限があるため、十分にモータを駆動させることができず、空気の供給量を空気の消費量より大きくすることができない場合があった。

本発明の目的は、交流電源のみの電力供給で駆動する作業機と比べて、モータで駆動する駆動部の性能が向上された作業機を提供することにある。

一実施の形態の作業機は、モータと、前記モータによって駆動されて作業を行う作業部と、交流電源および直流電源と接続可能であり、前記交流電源から供給される電力を前記モータへ供給する単独駆動状態と、前記交流電源および前記直流電源から供給される電力を前記モータへ供給するアシスト駆動状態と、の何れかに切替可能な電源回路部と、前記モータの目標回転数を設定し、前記モータが目標回転数で回転するように前記電源回路部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記電源回路部を前記単独駆動状態に設定する通常モードと、前記電源回路部を前記アシスト駆動状態に設定可能なパワーモードと、の何れかに動作モードを切替可能であり、前記制御部が設定する前記パワーモードにおける前記目標回転数の上限値は、前記通常モードにおける前記目標回転数の上限値よりも大きい。

本発明によれば、作業機におけるモータで駆動する駆動部の性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態の作業機の一例である空気圧縮機を示す斜視図である。図１に示す空気圧縮機の平面図である。図１に示す空気圧縮機をクランク軸において水平に切断した断面図である。図１に示す空気圧縮機の回路ブロック図である。図１に示す空気圧縮機の通常モード+パワーモードにおける制御フロー図である。図１に示す空気圧縮機の通常モード時の動作時間に対する釘打ち本数、消費電力、タンク内圧力およびモータ回転数を示すグラフである。図１に示す空気圧縮機のパワーモード時の動作時間に対する釘打ち本数、消費電力、タンク内圧力およびモータ回転数を示すグラフである。図１に示す空気圧縮機のパワーモード（２段階）時の動作時間に対する釘打ち本数、消費電力、タンク内圧力およびモータ回転数を示すグラフである。図１に示す空気圧縮機の通常モード+パワーモード+低電圧補助モードにおける制御フロー図である。図１に示す空気圧縮機のパワーモード（３段階）時の動作時間に対する釘打ち本数、消費電力、タンク内圧力およびモータ回転数を示すグラフである。図１に示す空気圧縮機の低電圧補助モード時の動作時間に対する釘打ち本数、消費電力、タンク内圧力およびモータ回転数を示すグラフである。

本実施の形態の作業機について図面を参照して説明する。

本実施の形態では、作業機の一例として、空気圧縮機１０を取り上げて説明する。空気圧縮機１０の一例が、図１～図３に示されている。なお、各図に示される同一の要素、または同等の要素には、それぞれ同一の符号を付してある。

本実施の形態の空気圧縮機１０は、商用電源（ＡＣ１００Ｖの交流電源）で動作するものであり、商用電源のコンセントに接続するための図示しない電源コードおよびプラグを有している。また、空気圧縮機１０は、バッテリ電源を用いたアシスト動作を行うことが可能である。そこで、空気圧縮機１０は、少なくとも1つのバッテリパック（直流電源）５を取付けることができるように、バッテリパック５を取付け可能な少なくとも１つのバッテリ取付部６を備えている。本実施の形態では、図１に示すように、空気圧縮機１０が２つのバッテリ取付部６を備えている場合を説明するが、空気圧縮機１０が備えるバッテリ取付部６の数は、最低限１つであればよく、３つ以上の複数であってもよい。そして、それぞれのバッテリ取付部６にはバッテリパック５を着脱自在に取付けることができる。

空気圧縮機１０は、カバー１２と、圧縮された空気を貯蔵する一対の空気タンク１７，１８と、外部より吸入した空気を圧縮して空気タンク１７，１８に供給する圧縮部（作業部）と、圧縮部に連結され、かつ、圧縮部を駆動する図３に示す電動モータ（モータ）１３と、を備えている。つまり、上記圧縮部は、電動モータ（モータ）１３によって駆動され、空気を圧縮して排出し、この圧縮された空気を空気タンク１７，１８に送る。空気タンク１７，１８は、図示しない接続管を介して連通されており、互いが平行になるように配置されている。空気タンク１７，１８には、地面等の設置場所の直接接触を防止して保護するための複数の脚部１９が設けられている。

また、電動モータ１３は、例えば、直流モータであり、バッテリパック５からも電力が供給される。そして、電動モータ１３は、該電動モータ１３の軸方向が空気タンク１７，１８の長手方向と略直交するように、一対の空気タンク１７，１８の上方に上記圧縮部とともに配置されている。

作業者は、図２に示すカバー１２に設けられた操作パネル７により、空気圧縮機１０の電源オン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）、モータ起動・停止、運転モードの切替え等の操作を行うことが可能である。また、操作パネル７には、空気タンク１７，１８内の圧力や過負荷等の警告が表示される。具体的には、電源のＯＮとＯＦＦを行う電源スイッチ７ａ、電源の状態を表示するＬＥＤ表示部７ｂ、動作モードを切替えるモード切替スイッチ７ｃ、動作モードの状態を表示するＬＥＤ表示部７ｄ、エラーを表示するＬＥＤ表示部７ｅ、およびタンク内の圧力を表示する圧力表示部７ｆが操作パネル７に設けられている。

ここで、空気圧縮機１０の構造をさらに詳細に説明する。

本実施の形態の空気圧縮機１０は、図３に示すように、低圧側（一次側）のシリンダと高圧側（二次側）のシリンダを有しており、空気を２段階で圧縮可能な圧縮機である。したがって、空気圧縮機１０は、低圧側の圧縮部（作業部）である第１圧縮部１４と、高圧側の圧縮部（作業部）である第２圧縮部１５とを備えている。そして、低圧側の第１圧縮部１４で圧縮された空気を高圧側の第２圧縮部１５に送り、第２圧縮部１５でさらに高圧に圧縮され、この高圧に圧縮された空気は第２圧縮部１５から排出される。そして、第２圧縮部１５から排出された高圧の空気は空気タンク１７，１８に貯蔵される。

なお、空気タンク１７，１８は、金属製である。さらに、空気タンク１７，１８は、共に筒形状である。そして、空気タンク１７，１８内の圧力を検出して信号を出力する圧力センサ７４が、空気タンク１８の上端から上に向けて突出するように設けられている。

空気タンク１７，１８内の圧縮空気は、減圧バルブ７５，７９によって減圧され、カプラ７８，８２を経由して外部に排出される。カプラ７８，８２の近傍の圧力は、図１および図２に示す圧力計７７，８１でモニタできるようになっており、カプラ７８，８２のそれぞれには図示しないホースを介して釘打機等の空気工具が接続される。

また、減圧バルブ７５，７９の出力側の圧力（上記空気工具への供給圧力）は、操作ノブ７５ａ，７９ａによって調整することができる。減圧バルブ７５，７９により、空気タンク１７，１８への圧縮空気の入口側の圧力の大きさに関わらず、カプラ７８，８２側の圧力を最高圧力以下の一定値に抑えることができる。すなわち、カプラ７８，８２には、空気タンク１７，１８内の圧力に関わらず一定の圧力の圧縮空気が供給される。

また、図３に示すように、電動モータ１３の駆動力によって回転する回転軸であるクランク軸２５を収容する容器として、クランクケース２４が設けられている。クランクケース２４は金属製であり、クランク軸２５がクランクケース２４の内部から外部に亘って配置されている。なお、クランクケース２４は、フレーム１１ｄに固定されている。フレーム１１ｄは、空気タンク１７と空気タンク１８とに跨って取り付けられており、電動モータ１３、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５を支持している。

また、駆動源である電動モータ１３は、固定子２６および回転子２７を有する。固定子２６はクランクケース２４に対して回転しないように設けられている。回転子２７は、クランク軸２５に取り付けられている。電動モータ１３は、例えば、３相交流型の電動ブラシレスモータである。電動モータ１３は、電力が供給されると回転子２７が回転し、これによってクランク軸２５が回転する。

また、冷却ファン２８がクランク軸２５に取り付けられている。冷却ファン２８は、カバー１２の内部に設けられている。冷却ファン２８は、例えば、軸流ファンである。冷却ファン２８は、電動モータ１３の駆動力により回転し、風を生成する。つまり、冷却ファン２８が回転されると、カバー１２の外の空気は、カバー１２の内部へ吸い込まれ、カバー１２の内部に空気の流れが生成される。

また、第１圧縮部１４は、低圧で空気の圧縮が行われる一次側の圧縮部であり、第１シリンダ３６、第１コネクティングロッド３９、第１ピストン４０を有している。第１シリンダ３６は、クランクケース２４に固定されている。第１ピストン４０は、電動モータ１３の駆動力により回転するクランク軸２５の回転によって往復動する。その際、第１ピストン４０は、第１シリンダ３６内を往復動方向９に沿って往復動可能に収容され、一次側空気圧縮方向３１に向けて空気を圧縮する。第１コネクティングロッド３９の一方の端部は、クランク軸２５に回転可能に連結されている。第１コネクティングロッド３９の他方の端部は、第１ピストン４０に連結されている。

一方、第２圧縮部１５は、一次側の第１圧縮部１４で圧縮された空気をさらに高圧で圧縮する二次側の圧縮部であり、第２シリンダ４５、第２コネクティングロッド４８、第２ピストン４９を有している。第２シリンダ４５は、クランクケース２４に固定されている。第２ピストン４９は、電動モータ１３の駆動力により回転するクランク軸２５の回転によって往復動する。その際、第２ピストン４９は、第２シリンダ４５内を往復動方向９に沿って往復動可能に収容され、二次側空気圧縮方向３２に向けて空気を圧縮する。第２コネクティングロッド４８の一方の端部は、クランク軸２５に対して回転可能に連結されている。第２コネクティングロッド４８の他方の端部は、第２ピストン４９に連結されている。

つまり、第１圧縮部１４においては、電動モータ１３の駆動力によるクランク軸２５の回転運動を第１ピストン４０の往復運動に変換するために、第１ピストン４０には、第１コネクティングロッド３９の一方の端部が結合されており、第１コネクティングロッド３９の他方の端部は、クランク軸２５上に設けられた偏心カム３８にベアリング４３を介して回転可能に結合されている。言い換えると、第１コネクティングロッド３９は、クランクケース２４と第１シリンダ３６とに跨り、クランク軸２５と第１ピストン４０とを連結している。

また、第２圧縮部１５においては、電動モータ１３の駆動力によるクランク軸２５の回転運動を第２ピストン４９の往復運動に変換するために、第２ピストン４９には、第２コネクティングロッド４８の一方の端部が結合されており、第２コネクティングロッド４８の他方の端部は、クランク軸２５上に設けられた偏心カム３８にベアリング４３を介して回転可能に結合されている。言い換えると、第２コネクティングロッド４８は、クランクケース２４と第２シリンダ４５とに跨り、クランク軸２５と第２ピストン４９とを連結している。

以上により、電動モータ１３の駆動力によるクランク軸２５の回転運動は、偏心カム３８や第１コネクティングロッド３９などからなる運動変換機構３９ａ、および偏心カム３８や第２コネクティングロッド４８などからなる運動変換機構４８ａによって往復運動に変換されて第１ピストン４０および第２ピストン４９に伝達される。言い換えれば、電動モータ１３から出力される回転駆動力は、運動変換機構３９ａおよび運動変換機構４８ａによって往復駆動力に変換され、第１ピストン４０および第２ピストン４９に入力される。この結果、第１ピストン４０および第２ピストン４９は、クランク軸２５の延在方向と交差する方向である往復動方向９に沿って往復動する。

なお、クランクケース２４は、第１シリンダ３６および第２シリンダ４５に接続されており、内部にクランク軸２５、運動変換機構３９ａおよび運動変換機構４８ａを収容する容器である。すなわち、第１シリンダ３６および第２シリンダ４５の延在方向において、クランクケース２４の一端に第１シリンダ３６が接続され、クランクケース２４の反対側の他端に第２シリンダ４５が接続されている。これにより、クランクケース２４の内部は、第１シリンダ３６の内部および第２シリンダ４５の内部と連通している。

また、第１シリンダ３６から排出される空気を第２シリンダ４５に供給する接続通路として、接続管６０が設けられている。言い換えると、接続管６０は、第１シリンダ３６と第２シリンダ４５とを接続し、かつ、第１圧縮部１４から排出された空気を第２圧縮部１５へ流入させる接続通路である。接続管６０は、一例として金属製である。接続管６０は湾曲されており、電動モータ１３および冷却ファン２８の上方を迂回するように配置されている。

また、カバー１２は、一例として合成樹脂製である。カバー１２は、図２に示すように、空気タンク１７，１８に取り付けられたフレーム１１ｂに、カバー固定用のネジ８によって固定されている。そして、カバー１２の内部には、図３に示すケース部１６が設けられており、このケース部１６には、制御部（後述する図４に示す主制御部５５や副制御部６４）が配置されている。該制御部は、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５の作動および停止を制御し、例えば、入力インタフェース、出力インタフェース、中央演算処理部および記憶部を有するマイクロコンピュータである。

次に、作業者が空気圧縮機１０の使用する例を説明する。作業者が操作パネル７の電源スイッチ７ａをオンすると、上記制御部はインバータ回路（後述する図４に示すインバータ部５４）を制御し、図３に示す電動モータ１３の回転子２７が回転する。回転子２７およびクランク軸２５が一体回転すると、クランク軸２５のトルクで第１ピストン４０および第２ピストン４９が、それぞれ往復動される。

第１ピストン４０が作動されると、カバー１２の外部の空気は、第１圧縮部１４の内部に吸入され、第１圧縮部１４で空気が圧縮される。第１圧縮部１４で圧縮された空気は、第２圧縮部１５で第２ピストン４９が作動されると、接続管６０を通って第２圧縮部１５に吸い込まれる。第２圧縮部１５では、空気を更に圧縮し、第２圧縮部１５で高圧に圧縮された空気は、空気タンク１７，１８に送られる。

ここで、本実施の形態の空気圧縮機１０では、図１に示すように、空気タンク１７の一方の端部と他方の端部のそれぞれの上部にバッテリパック５が装着されている。それぞれのバッテリパック５は、空気タンク１７上に設けられたバッテリ取付部６に取り付けられている。バッテリ取付部６は、取付部６ｃを有している。この取付部６ｃとして、バッテリ取付部６の側部６ｂが、空気タンク１７に設けられた板状のフレーム１１ａにネジ３によって固定されている。一方、バッテリ取付部６の上端端は、ネジ４によってカバー１２に固定されている。

次に、空気圧縮機１０の回路構成について説明する。空気圧縮機１０は、図４に示すように、第１圧縮部１４および第２圧縮部１５の駆動により空気タンク１７，１８に圧縮空気を送り込むための電動モータ１３を有しており、該電動モータ１３を駆動する電源部５０を備えている。電源部（電源回路部）５０は、外部の交流電源であるＡＣ電源５１（ＡＣ１００Ｖ：例えばコンセントの最大定格電流１５Ａ）の供給を受けて電動モータ１３を駆動するために、整流部５２、主昇圧電源部５３、インバータ部５４、およびインバータ部５４を制御するための主制御部５５を備えている。電源部５０は、ＡＣ電源５１およびバッテリパック（直流電源）５と接続可能であるとともに、ＡＣ電源５１から供給される電力を電動モータ１３へ供給する単独駆動状態と、ＡＣ電源５１およびバッテリパック５から供給される電力を電動モータ１３へ供給するアシスト駆動状態と、の何れかに切替ることが可能である。

また、主制御部５５は、電動モータ１３の目標回転数を設定し、電動モータ１３が目標回転数で回転するように電源部５０を制御する。さらに、主制御部５５は、電源部５０を上記単独駆動状態に設定する通常モードと、電源部５０を上記アシスト駆動状態に設定可能なパワーモードと、の何れかに動作モードを切替ることが可能である。また、主制御部５５は、上記パワーモードにおいて設定可能な電動モータ１３の目標回転数の上限値が、上記通常モードにおいて設定可能な電動モータ１３の上記目標回転数の上限値よりも大きくなるように電源部５０を制御する。例えば、上記パワーモードにおいて設定可能な電動モータ１３の目標回転数の上限値は、３５００ｒｐｍであり、上記通常モードにおいて設定可能な電動モータ１３の上記目標回転数の上限値は、２２００ｒｐｍである。

ここで、主昇圧電源部５３は、ＤＣ－ＤＣコンバータ等の昇圧回路を含むものであり、主昇圧電源部５３で昇圧された直流電力がインバータ部５４を介して電動モータ１３に供給される。

また、電源部５０は、例えば図３のカバー１２内のケース部１６内に収容されており、バッテリパック５の電源で電動モータ１３の駆動アシストを行うためのアシスト電源部５６，５７、バッテリ電源としてのバッテリパック５を充電するための充電部５８を有している。

そして、アシスト電源部５６とアシスト電源部５７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ものであり、両者は全く同じ構成でよい。アシスト電源部５６，５７の整流部５９の出力側は、相互に並列接続され、並列接続されたアシスト電源部５６，５７の出力電圧を検出するためにアシスト電圧検出部６１が設けられ、また出力電圧を制御するためにアシスト電圧制御部６２が設けられている。並列接続されたアシスト電源部５６，５７の直流出力電力はダイオード６３を介してインバータ部５４に供給される（主昇圧電源部５３の直流出力電力に加算される）。

また、主昇圧電源部５３の出力端子に対してアシスト電源部５６，５７の出力端子は、ダイオード６３を介して並列接続されている。つまり、電動モータ１３に対して主昇圧電源部５３およびアシスト電源部５６，５７が電気的に並列に接続されている。言い換えると、主昇圧電源部５３の出力端子に対してアシスト電源部５６，５７の昇圧後の出力端子が並列に接続されている。なお、副制御部６４は、アシスト電源部５６の出力電圧値とアシスト電源部５７の出力電圧値とが等しくなるように制御を行う。

以上のように、電源部５０は、電動モータ１３に対して電気的に接続され、かつ、ＡＣ電源５１から供給される電力を昇圧して電動モータ１３へ供給する主昇圧電源部（第１の電源回路部）５３を有している。さらに、電源部５０は、電動モータ１３に対して主昇圧電源部５３と電気的に並列な状態で接続され、かつ、バッテリパック５から供給される電力を昇圧して電動モータ１３へ供給するアシスト電源部（第２の電源回路部）５６，５７を有している。

また、主制御部５５は、単独駆動状態において電動モータ１３へ１５００Ｗ（ワット）未満の電力が供給されるように電源部５０を制御する。さらに、主制御部５５は、アシスト駆動状態において電動モータ１３へ１５００Ｗ（ワット）以上の電力が供給されるように電源部５０を制御する。

そして、主制御部５５は、ＡＣ電源５１側の主昇圧電源部５３の出力電圧の目標値である第１の目標電圧値と、バッテリパック５側のアシスト電源部５６，５７の出力電圧の目標値である第２の目標電圧値とを変更することで、電源部５０が上記単独駆動状態と上記アシスト駆動状態との何れかに切り替わるように電源部５０を制御することが可能である。さらに、主制御部５５は、上記単独駆動状態においては、ＡＣ電源５１側の上記第１の目標電圧値がバッテリパック５側の上記第２の目標電圧値よりも高くなるように設定し、一方、上記アシスト駆動状態においては、上記第１の目標電圧値と上記第２の目標電圧値とを等しく設定する。なお、ここでいう「等しく設定する」とは「実質的に等しく設定する」ことを含み、より具体的には、第２の目標電圧値が第１の目標電圧値に対して、第１の目標電圧値の５％程度異なっていても、アシスト駆動状態を実現することができる。本実施形態においては、第１の目標電圧値は３７２Ｖであり、第２の目標値は３７０Ｖである。

次に、図５に示す空気圧縮機１０の主制御部５５による制御フローを説明する。図５に示す制御フローには、図６に示す動作モードが通常モードの場合、図７に示す動作モードがパワーモードＡの場合、および図８に示す動作モードがパワーモードＢの場合が含まれている。

図５に示すスタート後、ステップＳ１で電源がＯＮであるか否かを判断し、ｎｏの場合、ステップＳ２に示すようにエンドとなり、ｙｅｓの場合、ステップＳ３に示すタンク内圧力がＰｍａｘ以上であるか否かを判断する。ステップＳ３の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ４のモータ停止を実行する。すなわち、電動モータ１３を停止させる。そして、ステップＳ５に示すタンク内圧力がＰ１以下であるか否かを判断する。ステップＳ５の判断がｎｏの場合、再度、ステップＳ５に示すタンク内圧力がＰ１以下であるか否かを判断する。ステップＳ５の判断がｙｅｓの場合およびステップＳ３の判断がｎｏの場合、ステップＳ６に示すパワーモードであるか否かを判断する。

ステップＳ６の判断がｎｏの場合、すなわち、動作モードが通常モードの場合、ステップＳ８に示す目標回転数Ａ１を設定する。つまり、主制御部５５は、通常モードにおいて、電動モータ１３の目標回転数をＡ１に設定する。また、ステップＳ６の判断がｙｅｓの場合、すなわち、動作モードがパワーモードの場合、ステップＳ７に示す目標回転数Ａ２を設定する。つまり、主制御部５５は、パワーモードにおいて、電動モータ１３の目標回転数をＡ１とは異なるＡ２に設定する。つまり、通常モードにおける電動モータ１３の目標回転数とパワーモードにおける電動モータ１３の目標回転数とが異なるように上記目標回転数を設定する。目標回転数Ａ１または目標回転数Ａ２を設定後、ステップＳ９に示すＡＣ電源供給を実行する。

その後、ステップＳ１０に示すＡＣ電源供給が上限であるか否かを判断する。ステップＳ１０の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ１１に示すパワーモードであるか否かを判断する。ステップＳ１１の判断がｙｅｓの場合、すなわち、動作モードがパワーモードの場合、ステップＳ１２に示す直流電源供給開始を実行する。つまり、主制御部５５は、ＡＣ電源５１から供給される電流値を検出することが可能であるとともに、動作モードがパワーモードにおいて電源部５０が単独駆動状態のときに上記電流値が所定の電流閾値より大きくなると、電源部５０をアシスト駆動状態に切り替える。さらに、主制御部５５は、動作モードが通常モードにおいて上記電流値が上記所定の電流閾値を上回ると、動作モードを通常モードからパワーモードに切り替えるとともに、電源部５０がアシスト駆動状態に切り替わるように電源部５０を制御する。なお、主制御部５５は、動作モードが通常モードにおいてタンク内圧力が第１の閾値（例えば、４．０ＭＰａ）を上回ると、動作モードをパワーモードに切り替えるとともに、電源部５０がアシスト駆動状態に切り替わるように制御してもよい。

ステップＳ１１の判断がｎｏの場合、すなわち、動作モードが通常モードの場合、ステップＳ１４に示す目標回転数低下を実行する。一方、ステップＳ１２に示す直流電源供給開始の実行後、ステップＳ１３に示すバッテリ電源供給が上限であるか否かを判断する。ステップＳ１３の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ１４に示す目標回転数低下を実行し、再度、ステップＳ１０に示すＡＣ電源供給が上限であるか否かを判断する。ステップＳ１３の判断がｎｏの場合、再度、ステップＳ１で電源がＯＮであるか否かを判断する。

また、ステップＳ１０の判断がｎｏの場合、ステップＳ１５に示す直流電源が供給中であるか否かを判断する。ステップＳ１５の判断がｎｏの場合、再度、ステップＳ１で電源がＯＮであるか否かを判断する。一方、ステップＳ１５の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ１６に示す直流電源供給停止を実行し、再度、ステップＳ１で電源がＯＮであるか否かを判断する。

次に、図６を用いて、空気圧縮機１０の動作モードが通常モードの場合の動作時間に対する釘打ち本数（作業量）、消費電力、タンク内の圧力およびモータ回転数の状態を説明する。なお、タンク内の圧力がＰの領域では、圧力不足により釘打ち作業はできない。空気圧縮機１０は、通常モードでは、最大電力が１５００Ｗ（ワット）であり、電動モータ１３の目標回転数は、例えば、２２００ｒｐｍで、固定となっている。そして、通常モードにおいては、電源部５０は単独駆動状態のみである。

図６のＡ部に示すように、タンク内の圧力が一定となるまでタンク内に空気が溜まった時点で、電動モータ１３を停止させる。そして、電動モータ１３を停止させた後、釘打ち作業を開始すると、タンク内の空気が減少し始め、Ｂ部に示すように所定の圧力（４．０ＭＰａ）以下になると、電動モータ１３を再起動させる。また、Ｃ部に示すように、タンク内の圧力が高いほど圧縮部の負荷が増えるため、タンク内の圧力値によってＡＣ電源５１から供給される電力の入力が上下する。その際、電圧値は１００Ｖでほぼ固定であるため、電流値が上昇する（最大電力：電圧１００Ｖ×最大電流値１５Ａ。１５００Ｗ）。また、Ｄ部に示すように、釘を１本打ち込むために必要な圧力が決まっているため、タンク内の圧力が下がると、タンク内の圧力が所定の圧力（釘打ち作業開始時の圧力）に回復するまで、釘打ち作業を止める必要があり、タンク内の圧力が所定の圧力に回復したら釘打ち作業を再開する。

次に、図７を用いて、空気圧縮機１０の動作モードがパワーモード（パワーモードＡ）の場合の動作時間に対する釘打ち本数（作業量）、消費電力、タンク内の圧力およびモータ回転数の状態を説明する。空気圧縮機１０は、パワーモードＡでは、最大電力が２０００Ｗ（ワット）であり、電動モータ１３の目標回転数は、例えば、２８００ｒｐｍで、固定となっている。そして、パワーモードにおいては、電流値に応じて電源部５０が単独駆動状態とアシスト駆動状態とに切り替わる。なお、パワーモードでは、単独駆動状態においても２８００ｒｐｍを設定可能であり、単独駆動状態とアシスト駆動状態とで目標回転数は同じである。

図７のＥ部に示すように、パワーモードＡでは、通常モードよりも電動モータ１３の回転数を大きくしているため、電動モータ１３を起動させてからタンク内の圧力が最大圧力に到達するまでの時間を通常モードの時より時間Ｔ１短くすることができる。また、釘打ち作業を開始すると、タンク内の空気が減少し始めるが、Ｆ部に示すように、入力される電力が１５００Ｗを超えた分、つまり、ＡＣ電源５１から供給される電力１５００Ｗを超えた分の電力は、バッテリパック５から供給される電力（例えば、５００Ｗ）を使用する。すなわち、主制御部５５は、動作モードがパワーモードＡにおいて電源部５０が単独駆動状態のときにタンク内の圧力が第１の閾値（例えば、４．０ＭＰａ）を下回ると、電源部５０をアシスト駆動状態に切り替える。さらに、主制御部５５は、タンク内の圧力が上記第１の閾値（例えば、４．０ＭＰａ）以上のときは電源部５０をパワーモードＡでの単独駆動状態とし、タンク内の圧力が上記第１の閾値（例えば、４．０ＭＰａ）を下回るときは電源部５０がアシスト駆動状態に切り替わるように電源部５０を制御する。

なお、動作モードがパワーモードＡの場合には、Ｇ部に示すように、圧縮空気の供給量が大きくなった分、所定本数の釘を打ち終える時間を通常モードの場合に比べて時間Ｔ２早くすることができる。

次に、図８を用いて、空気圧縮機１０の動作モードがパワーモードＢ（パワーモードＢのモータ回転数＞パワーモードＡのモータ回転数）の場合の動作時間に対する釘打ち本数（作業量）、消費電力、タンク内の圧力およびモータ回転数の状態を説明する。空気圧縮機１０は、パワーモードＢでは、最大電力が２５００Ｗ（ワット）であり、電動モータ１３の回転数は、例えば、３５００ｒｐｍで、固定となっている。

図８のＨ部に示すように、パワーモードＢでは、通常モードよりも電動モータ１３の回転数をさらに大きくしているため、電動モータ１３を起動させてからタンク内の圧力が最大圧力に到達するまでの時間を通常モードの時よりさらに時間Ｔ３短くすることができる（時間Ｔ３＞時間Ｔ１）。また、釘打ち作業を開始すると、タンク内の空気が減少し始めるが、Ｉ部に示すように、パワーモードＢでは、バッテリパック５から供給される電力もさらに大きくなり、最大電力は２５００Ｗとなる。その際、電動モータ１３の目標回転数を大きくすれば空気圧縮機１０の吐出性能を向上させることはできるが、その分、多くの電力を消費することになる。

なお、動作モードがパワーモードＢの場合には、電動モータ１３の回転数がさらに大きくなったため、Ｊ部に示すように、圧縮空気の供給量もさらに大きくなる。したがって、所定本数の釘を打ち終える時間を通常モードの場合に比べてさらに時間Ｔ４早くすることができる（時間Ｔ４＞時間Ｔ２）。

次に、図９に示す制御フローについて説明する。図９に示す制御フローには、図１０に示す動作モードがパワーモードＣの場合、および図１１に示す動作モードが低電圧補助モードの場合が含まれている。

図９に示すスタート後、ステップＳ１１で電源がＯＮであるか否かを判断し、ｎｏの場合、ステップＳ１２に示すようにエンドとなり、ｙｅｓの場合、ステップＳ１３に示すタンク内圧力がＰｍａｘ以上であるか否かを判断する。ステップＳ１３の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ１４のモータ停止を実行する。すなわち、電動モータ１３を停止させる。そして、ステップＳ１５に示すタンク内圧力がＰ１以下であるか否かを判断する。ステップＳ１５の判断がｎｏの場合、再度、ステップＳ１５に示すタンク内圧力がＰ１以下であるか否かを判断する。ステップＳ１５の判断がｙｅｓの場合およびステップＳ１３の判断がｎｏの場合、ステップＳ１６に示すパワーモードであるか否かを判断する。

ステップＳ１６の判断がｎｏの場合、すなわち、動作モードが通常モードの場合、ステップＳ２１に示す目標回転数Ａ１を設定する。つまり、主制御部５５は、通常モードにおいて、電動モータ１３の目標回転数をＡ１（第１の目標回転数）に設定する。また、ステップＳ１６の判断がｙｅｓの場合、すなわち、動作モードがパワーモードの場合、ステップＳ１７に示すタンク内圧力がＰ２以下であるか否かを判断する。ステップＳ１７の判断がｎｏの場合、ステップＳ２１に示す電動モータ１３の目標回転数をＡ１（第１の目標回転数）に設定する。また、ステップＳ１７の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ１８に示すタンク内圧力がＰ３以下であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１８の判断がｎｏの場合、ステップＳ２０に示す電動モータ１３の目標回転数をＡ１より大きなＡ２（第２の目標回転数）に設定する。つまり、主制御部５５は、パワーモードにおいて、タンク内圧力が第１の閾値（Ｐ２）以上のときは電動モータ１３の目標回転数をＡ１（第１の目標回転数）に設定し、タンク内圧力が第１の閾値（Ｐ２）を下回り、さらにタンク内圧力がＰ３以上のときは電動モータ１３の目標回転数を第１の目標回転数Ａ１よりも大きい第２の目標回転数Ａ２に設定する。また、ステップＳ１８の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ１９に示す電動モータ１３の目標回転数をＡ２より大きなＡ３（第３の目標回転数）に設定する。つまり、主制御部５５は、パワーモードにおいて、タンク内圧力が第１の閾値（Ｐ２）よりも小さい第３の閾値（Ｐ３）以上のときは目標回転数をＡ２（第２の目標回転数）に設定し、タンク内圧力が第３の閾値（Ｐ３）を下回るときは目標回転数をＡ２よりも大きいＡ３（第３の目標回転数）に設定する。電動モータ１３の目標回転数をＡ１、Ａ２またはＡ３の何れかに設定した後、ステップＳ２２に示すＡＣ電源供給を実行する。

その後、ステップＳ２３に示すＡＣ電源供給が上限であるか否かを判断する。ステップＳ２３の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ２４に示すパワーモードであるか否かを判断する。ステップＳ２４の判断がｙｅｓの場合、すなわち、動作モードがパワーモードの場合、ステップＳ２５に示す直流電源供給開始を実行する。また、ステップＳ２４の判断がｎｏの場合、すなわち、動作モードが通常モードの場合、ステップＳ２６に示す低電圧補助がＯＮであるか否かを判断する。ステップＳ２６の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ２５に示す直流電源供給開始を実行する。つまり、主制御部５５は、動作モードが通常モードにおいて、ＡＣ電源５１から供給される電力の電圧が所定値（例えば、８０Ｖ）以上のときは電源部５０を単独駆動状態とし、ＡＣ電源５１から供給される電力の電圧が所定値（例えば、８０Ｖ）を下回るときは電源部５０がアシスト駆動状態（低電圧時の補助モード）に切り替わるように電源部５０を制御する。

ステップＳ２６の判断がｎｏの場合、ステップＳ２８に示す目標回転数低下を実行する。一方、ステップＳ２５に示す直流電源供給開始の実行後、ステップＳ２７に示すバッテリ電源供給が上限であるか否かを判断する。ステップＳ２７の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ２８に示す目標回転数低下を実行し、再度、ステップＳ２３に示すＡＣ電源供給が上限であるか否かを判断する。ステップＳ２７の判断がｎｏの場合、再度、ステップＳ１で電源がＯＮであるか否かを判断する。

また、ステップＳ２３の判断がｎｏの場合、ステップＳ２９に示す直流電源が供給中であるか否かを判断する。ステップＳ２９の判断がｎｏの場合、再度、ステップＳ１で電源がＯＮであるか否かを判断する。一方、ステップＳ２９の判断がｙｅｓの場合、ステップＳ３０に示す直流電源供給停止を実行し、再度、ステップＳ１で電源がＯＮであるか否かを判断する。

次に、図１０を用いて、空気圧縮機１０の動作モードがパワーモードＣ（パワーモードＣのモータ回転数＞パワーモードＢのモータ回転数）の場合の動作時間に対する釘打ち本数（作業量）、消費電力、タンク内の圧力およびモータ回転数の状態を説明する。空気圧縮機１０は、パワーモードＣでは最大電力が１９００Ｗ（ワット）であり、電動モータ１３の回転数は、タンク内の圧力に応じた回転数となっている。例えば、タンク内の圧力が３．８ＭＰａ以上のとき、モータ回転数は２２００ｒｐｍであり、タンク内の圧力が３．８～３．０ＭＰａのとき、モータ回転数は２８００ｒｐｍである。さらに、タンク内の圧力が３．０ＭＰａ以下のとき、モータ回転数は３５００ｒｐｍである。

釘打ち作業を開始すると、タンク内の圧力が減少する。タンク内の圧力が減少した状態は、圧縮部に掛かる負荷が小さく、圧縮空気を必要としている状態であるため、図１０のＫ部に示すように、パワーモードＣでは、タンク内の圧力に応じて上記のように３段階（２２００ｒｐｍ、２８００ｒｐｍ、３５００ｒｐｍ）で徐々に電動モータ１３の目標回転数が大きくなるように制御している。これにより、バッテリパック５から供給される直流電源の電力消費を抑えつつ、タンク内の圧力を維持することができる。

次に、図１１を用いて、空気圧縮機１０の動作モードが低電圧時の補助モードの場合の動作時間に対する消費電力、タンク内の圧力およびモータ回転数の状態を説明する。空気圧縮機１０では、コードリール等の延長ケーブルを使用することにより、ＡＣ電源５１の電圧は降下する。仮に、ＡＣ電源５１の電圧が８０Ｖまで降下すると、電流値は空気圧縮機１０の制御部側で最大１５Ａに制限しているため、ＡＣ電源５１から得られる電力は、電圧８０Ｖ×最大電流１５Ａ。１２００Ｗとなる。したがって、タンク内の圧力が高い領域では、主制御部５５は、電動モータ１３の目標回転数（圧縮空気の生産能力）を下げる制御を行い、電力の維持を行っている。

そこで、空気圧縮機１０では、図１１のＬ部に示すように、パワーモード時と同様に電圧降下分（－３００Ｗ）の電力を、バッテリパック５から供給される直流電源で補うことで、電圧降下前と同等の性能で吐出性能を確保することができる。

本実施の形態の空気圧縮機１０によれば、バッテリパック５が装着されたことで、ＡＣ電源（交流電源）５１から供給される電力に加えてバッテリパック（直流電源）５からも電力が供給されるため、１５Ａ以上の電流を電動モータ１３に供給することが可能になる。すなわち、電源部５０がアシスト駆動状態を備えることで、電動モータ１３の目標回転数を、電源部５０がアシスト駆動状態を備えていない場合に比べて高く設定することが可能になる。したがって、ＡＣ電源５１による交流電源のみの電力供給でモータを駆動させる作業機と比べて、空気圧縮機１０の電動モータ１３で駆動する圧縮部の性能を向上させることができる。

すなわち、空気圧縮機１０は、高い回転数で電動モータ１３を駆動させることができるため、圧縮空気の生産量を増加させることができる。

また、空気圧縮機１０では、タンク内の圧力の降下量を少なくすることができる。これにより、圧縮空気の消費が少ない状態ではＡＣ電源５１のみを使用し、または電動モータ１３の回転数の増加を抑えて空気圧縮機１０を稼働させることができ、電動モータ１３の回転数を高めた際の圧縮部の摩耗を緩和させることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、空気圧縮機は、通常モードを有することなく、電源部５０の単独駆動状態とアシスト駆動状態との切り替えによって電動モータ１３の目標回転数を変更する構成としてもよい。すなわち、単独駆動状態を通常モードと解釈し、アシスト駆動状態をパワーモードと解釈することで、通常モードを有していなくても上記実施の形態で説明した空気圧縮機１０と同等の空気圧縮機となる。

また、上記実施の形態では、作業機が空気圧縮機の場合を説明したが、上記作業機は、バッテリパックを装着可能であるとともに、交流電源と直流電源の両方から電力を供給することが可能な動作部を有するものであれば、空気圧縮機以外の作業機であってもよい。

３，４…ネジ、５…バッテリパック（直流電源）、６…バッテリ取付部、６ｂ…側部、６ｃ…取付部、７…操作パネル、７ａ…電源スイッチ、７ｂ…ＬＥＤ表示部、７ｃ…モード切替スイッチ、７ｄ，７ｅ…ＬＥＤ表示部、７ｆ…圧力表示部、８…ネジ、９…往復動方向、１０…空気圧縮機（作業機）、１１ａ，１１ｂ，１１ｄ…フレーム、１２…カバー、１３…電動モータ（モータ）、１４…第１圧縮部（圧縮部）、１５…第２圧縮部（圧縮部）、１６…ケース部、１７，１８…空気タンク（タンク部）、１９…脚部、２４…クランクケース、２５…クランク軸、２６…固定子、２７…回転子、２８…冷却ファン、３１…一次側空気圧縮方向、３２…二次側空気圧縮方向、３６…第１シリンダ、３８…偏心カム、３９…第１コネクティングロッド、３９ａ…運動変換機構、４０…第１ピストン、４３…ベアリング、４５…第２シリンダ、４８…第２コネクティングロッド、４８ａ…運動変換機構、４９…第２ピストン、５０…電源部（電源回路部）、５１…ＡＣ電源（交流電源）、５２…整流部、５３…主昇圧電源部（第１の電源回路部）、５４…インバータ部、５５…主制御部（制御部）、５６，５７…アシスト電源部（第２の電源回路部）、５８…充電部、５９…整流部、６０…接続管、６１…アシスト電圧検出部、６２…アシスト電圧制御部、６３…ダイオード、６４…副制御部、７４…圧力センサ、７５…減圧バルブ、７５ａ…操作ノブ、７７…圧力計、７８…カプラ、７９…減圧バルブ、７９ａ…操作ノブ、８１…圧力計、８２…カプラ

Claims

モータと、
前記モータによって駆動されて作業を行う作業部と、
交流電源および直流電源と接続可能であり、前記交流電源から供給される電力を前記モータへ供給する単独駆動状態と、前記交流電源および前記直流電源から供給される電力を前記モータへ供給するアシスト駆動状態と、の何れかに切替可能な電源回路部と、
前記モータの目標回転数を設定し、前記モータが目標回転数で回転するように前記電源回路部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記電源回路部を前記単独駆動状態に設定する通常モードと、前記電源回路部を前記アシスト駆動状態に設定可能なパワーモードと、の何れかに動作モードを切替可能であり、
前記制御部が設定する前記パワーモードにおける前記目標回転数の上限値は、前記通常モードにおける前記目標回転数の上限値よりも大きい、作業機。
前記制御部は、前記交流電源から供給される電流値を検出可能であり、前記パワーモードにおいて前記電源回路部が前記単独駆動状態のときに前記電流値が所定の電流閾値を上回ると、前記電源回路部を前記アシスト駆動状態に切り替える、請求項１に記載の作業機。
作業部は、前記モータの回転により空気を圧縮して排出する圧縮部を含み、
前記圧縮部から排出された空気を貯蔵するタンク部を備え、
前記制御部は、前記タンク部の圧力を検出可能であり、前記パワーモードにおいて前記圧力が第１の閾値以上のときは前記電源回路部を前記単独駆動状態とし、前記圧力が前記第１の閾値を下回るときは前記電源回路部を前記アシスト駆動状態とする、請求項１または２に記載の作業機。
前記制御部は、前記パワーモードにおいて前記圧力が前記第１の閾値以上のときは前記目標回転数を第１の目標回転数に設定し、前記圧力が前記第１の閾値を下回るときは前記目標回転数を前記第１の目標回転数よりも大きい第２の目標回転数に設定する、請求項３に記載の作業機。
前記制御部は、前記パワーモードにおいて前記圧力が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以上のときは前記目標回転数を第２の目標回転数に設定し、前記圧力が前記第２の閾値を下回るときは前記目標回転数を第２の目標回転数よりも大きい第３の目標回転数に設定する、請求項４に記載の作業機。
前記制御部は、前記パワーモードにおいて前記交流電源から供給される電力の電圧が所定値以上のときは前記電源回路部を前記単独駆動状態とし、前記交流電源から供給される電力の電圧が前記所定値を下回るときは前記電源回路部を前記アシスト駆動状態に切り替える、請求項１乃至５の何れか１項に記載の作業機。
前記電源回路部は、
前記モータに対して電気的に接続され、前記交流電源から供給される電力を昇圧して前記モータへ供給する第１の電源回路部と、
前記モータに対して前記第１の電源回路部と電気的に並列な状態で接続され、前記直流電源から供給される電力を昇圧して前記モータへ供給する第２の電源回路部と、
を含み、
前記制御部は、前記第１の電源回路部の出力電圧の目標値である第１の目標電圧値と、前記第２の電源回路部の出力電圧の目標値である第２の目標電圧値とを変更することで、前記電源回路部が前記単独駆動状態と前記アシスト駆動状態との何れかに切り替える、請求項１乃至６の何れか１項に記載の作業機。
前記制御部は、
前記単独駆動状態において前記第１の目標電圧値を前記第２の目標電圧値よりも高く設定し、
前記アシスト駆動状態において前記第１の目標電圧値と前記第２の目標電圧値とを等しく設定する、請求項７に記載の作業機。
前記制御部は、前記単独駆動状態において前記モータへ１５００ワット未満の電力が供給されるように前記電源回路部を制御し、前記アシスト駆動状態において前記モータへ１５００ワット以上の電力が供給されるように前記電源回路部を制御する、請求項７または８に記載の作業機。
前記制御部は、前記通常モードにおける前記目標回転数と前記パワーモードにおける前記目標回転数とが異なるように前記目標回転数を設定する、請求項１に記載の作業機。
前記制御部は、前記通常モードにおいて前記電流値が前記所定の電流閾値を上回ると、前記パワーモードに切り替えるとともに、前記電源回路部を前記アシスト駆動状態に切り替える、請求項２に記載の作業機。
前記制御部は、前記通常モードにおいて前記圧力が前記第１の閾値を上回ると、前記パワーモードに切り替えるとともに、前記電源回路部を前記アシスト駆動状態に切り替える、請求項３に記載の作業機。