WO2023243117A1 - 圧縮機 - Google Patents

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WO2023243117A1
WO2023243117A1 PCT/JP2022/042242 JP2022042242W WO2023243117A1 WO 2023243117 A1 WO2023243117 A1 WO 2023243117A1 JP 2022042242 W JP2022042242 W JP 2022042242W WO 2023243117 A1 WO2023243117 A1 WO 2023243117A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compressor
motor
electric motor
current value
control device
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/042242
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伸之 成澤
憲 梅田
Original Assignee
株式会社日立産機システム
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立産機システム filed Critical 株式会社日立産機システム
Publication of WO2023243117A1 publication Critical patent/WO2023243117A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/10—Other safety measures

Definitions

  • the present invention relates to a compressor.
  • Compressors that suck in gas such as air, compress the gas with the compressor body, and discharge high-pressure gas are widely used in the world. It is often used on factory lines and work sites.
  • An object of the present invention is to provide a compressor that can distinguish between an abnormality in the compressor and an abnormality in the power supply system based on changes in the current value of the electric motor that drives the compressor.
  • the present invention provides a compressor main body that compresses gas, an electric motor that drives the compressor main body, a current sensor that detects a current value of the electric motor, and a control device that controls the electric motor.
  • the control device detects, via the current sensor, a current value I1 of the motor at a time when a first time has elapsed since the start of the motor, and a second time longer than the first time since the start of the motor.
  • the current value I1 of the electric motor when a first time has elapsed since the start of the electric motor that drives the compressor and the current value I1 of the electric motor when a second time that is longer than the first time has elapsed since the start of the electric motor.
  • FIG. 2 is a front view of the compressor according to the first embodiment of the present invention, with a part of the front panel seen through.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the compressor main body in an unloaded state.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the compressor main body in a loaded state.
  • 1 is a control circuit diagram of a compressor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front view of a compressor 10 according to a first embodiment of the present invention, with a part of the front panel seen through.
  • the compressor 10 according to the present embodiment is, for example, a reciprocating air compressor that compresses air by reciprocating a piston.
  • the compressor 10 includes a compressor body 11 that sucks in and compresses air, an electric motor 12 that drives the compressor body 11, and an electromagnetic switch 13 that starts and stops the electric motor 12 and protects against overload. , a control device 14 that controls the compressor 10, a tank 15 that stores compressed air, an unloader device 16 that reduces the starting load of the compressor main body 11 according to instructions from the control device 14, and accommodates these devices.
  • a housing 17 and a stop valve 18 that opens and closes a pipe for discharging compressed air stored in the tank 15 to the outside of the compressor 10 are provided.
  • the compressor main body 11 is a device that reciprocates a piston to suck air into a cylinder 11a, compress it, and discharge the compressed air into a tank 15.
  • the compressor main body 11 is provided with a cylinder 11a and a cylinder head 11b (see FIGS. 2 and 3).
  • the electric motor 12 is, for example, an inductance motor, and is connected to a power source AC via an electromagnetic switch 13 (see FIG. 4).
  • a pulley fixed to the output shaft of the electric motor 12 rotates a pulley 11c fixed to the crankshaft of the compressor main body 11 via a timing belt 12a, causing the piston to reciprocate.
  • the tank 15 is a device that stores compressed air, and smoothes the pulsation of the compressed air discharged from the compressor main body 11 to provide compressed air to the customer's equipment.
  • the tank 15 is provided with a pressure sensor 15a (see FIG. 4), which will be described later.
  • a drain discharge device 15b is provided at the bottom of the tank 15 to discharge the liquid accumulated in the tank 15 to the outside.
  • the unloader device 16 is a device for bringing the compressor main body 11 into a no-load state (unload state), and includes a three-way solenoid valve 16a, an unloader piping 16b and an unloader piston 16c (see FIGS. 2 and 3), which will be described later. .
  • the three-way solenoid valve 16a is a solenoid valve that, in response to a command from the control device 14, switches the location communicating with the unloader pipe 16b to either the tank 15 or the outside air.
  • the housing 17 is a plurality of substantially plate-shaped members that cover the compressor 10 from six sides, and includes a base 17a, a front panel 17b, a left side panel 17c, a right side panel 17d, a rear panel 17e, and a top panel 17f.
  • a pedestal 17g is fixed onto the base 17a via anti-vibration rubber.
  • the electric motor 12 is fixed to the frame 17g with bolts, and a mounting base 17h is welded to the frame 17g.
  • the compressor main body 11 is fixed with bolts on the mounting base 17h, and the tank 15 is fixed with bolts on the left side of the mounting base 17h.
  • operation/stop switch 14b of the control device 14 and the display 14c are attached to the front panel 17b, and the stop valve 18 is attached to the left side panel 17c.
  • FIG. 2 is a partial sectional view of the compressor main body 11 in an unloaded state
  • FIG. 3 is a partial sectional view of the compressor main body 11 in a loaded state.
  • the compressor main body 11 includes a cylindrical cylinder 11a in which a piston reciprocates, and a cylinder head 11b attached to the tip of the cylinder 11a to suck in air and discharge compressed air.
  • the cylinder head 11b is provided with an air intake port 11ba that takes in air through a filter, and an air discharge port 11bb that discharges compressed air, and is equipped with a suction valve 11bc, a discharge valve 11bd, and an unloader piston 16c.
  • the suction valve 11bc is a valve provided between the air intake port 11ba and the opening of the cylinder 11a, and when the internal pressure of the cylinder 11a falls below the air pressure of the air intake port 11ba while the piston is descending, the valve opens due to the pressure difference. , air is taken into the cylinder.
  • the discharge valve 11bd is a valve provided between the air discharge port 11bb and the opening of the cylinder 11a, and when the internal pressure of the cylinder 11a rises above the air pressure of the air discharge port 11bb while the piston is rising, the valve opens due to the pressure difference. , the compressed air is discharged to the air discharge port 11bb side.
  • the unloader piston 16c is a component that forcibly opens the closed suction valve 11bc shown in FIG. 2 as shown in FIG. 3 to bring the compressor main body 11 into an unloaded state. It is fixed to the cylinder head 11b so as to be in contact with the cylinder head 11bc.
  • the unloader piston 16c is provided with a pipe connection port for connecting the unloader pipe 16b, and a protrusion 16ca that protrudes with compressed air flowing in from the pipe connection port to open the suction valve 11bc.
  • FIG. 4 is a control circuit diagram of the compressor 10 according to the present embodiment.
  • the control circuit of the compressor 10 includes a pressure sensor 15a that measures the pressure inside the tank 15, a three-way solenoid valve 16a that switches the part communicating with the unloader pipe 16b, and a power supply AC
  • An electromagnetic switch 13 that opens and closes a circuit that electrically connects the motor 12 and the motor 12, and a control device 14 that controls the three-way electromagnetic valve 16a, the electromagnetic switch 13, and the like are provided.
  • the pressure sensor 15a is electrically connected to the control device 14, and the pressure value inside the tank 15 measured by the pressure sensor 15a is transmitted to the control device 14.
  • the three-way solenoid valve 16a switches the communication area with the unloader pipe 16b between the tank 15 and the atmosphere according to a command from the control device 14 to which it is electrically connected.
  • the electromagnetic switch 13 is a device that opens and closes a circuit through the operation of an electromagnet and also breaks the circuit due to overload. It has contacts 13a, a current sensor 13b, and a thermal relay 13c, and is electrically connected to the control device 14. There is.
  • the contact 13a is a contact portion for opening and closing a circuit that electrically connects the power source AC and the electric motor 12.
  • the contact 13a in this embodiment is an A contact and is closed by a command from the control device 14 to start the electric motor 12.
  • the current sensor 13b is a device that measures the current flowing when the electric motor 12 is operating.
  • the measured value of current sensor 13b is transmitted to control device 14.
  • the number of phases of the alternating current measured by the current sensor 13b is arbitrary. For example, all three phases of a three-phase current may be measured, or only one phase may be selected and measured. In general, diagnostic accuracy can be expected to be improved by measuring two-phase rather than single-phase current, and three-phase rather than two-phase current. However, as the number of phases increases, the number of current sensors 13b increases, which not only increases cost but also complicates the diagnostic program.
  • the thermal relay 13c is a relay that opens and closes contacts using heat generated by current in order to protect the motor 12 from overload. When an excessive current flows through the motor 12, the contacts are opened to cut off the circuit (thermal trip) to prevent burnout or the like.
  • control device 14 is a device that controls the three-way solenoid valve 16a, the electromagnetic switch 13, etc., and includes a control board 14a, an electronic circuit 14d, a run/stop switch 14b, and a display 14c.
  • the control board 14a is a printed circuit board, on which a run/stop switch 14b, a display 14c, and an electronic circuit 14d are mounted.
  • the run/stop switch 14b is a switch for starting the operation of the electric motor 12 that is stopped or for stopping the electric motor 12 that is in operation.
  • the display 14c displays characters and images. It is preferable that the display 14c displays the set pressure, etc., or indicates that there is an abnormality in the power supply system, that there is an abnormality in the compressor body, etc.
  • the electronic circuit 14d is a component that controls electrically connected devices, and includes, for example, an IC (microcomputer, FPGA, etc.), electronic components (resistors, capacitors, oscillation circuits, etc.), and power elements (transistors, relays, etc.). As shown in FIG. 4, a pressure sensor 15a, a three-way solenoid valve 16a, an electromagnetic switch 13, and an electric motor 12 and a power source AC are electrically connected via the electromagnetic switch 13 to the electronic circuit 14d. .
  • control device 14 detects operation of the run button of the run/stop switch 14b in the stopped compressor 10, it controls the electromagnetic switch 13 to bring the contacts 13a into contact in order to start the electric motor 12. .
  • the control device 14 When the electric motor 12 starts, the compressor main body 11 operates, and the pressure inside the tank 15 increases.
  • the control device 14 detects that the pressure value of the tank 15 detected by the pressure sensor 15a during operation of the compressor 10 exceeds an upper limit value (stop pressure P off ) arbitrarily set in advance, the control device 14 activates the electromagnetic switch. 13 or the three-way solenoid valve 16a.
  • the method in which the control device 14 controls the electromagnetic switch 13 is called an intermittent operation control method
  • the method in which the control device 14 controls the three-way solenoid valve 16a is called a continuous operation control method.
  • the control device 14 controls the electromagnetic switch 13 to separate the contact 13a. As a result, power supply to the electric motor 12 is stopped, the electric motor 12 is stopped, and the operation of the compressor main body 11 is stopped.
  • control device 14 When the control device 14 detects that the pressure value of the tank 15 detected by the pressure sensor 15a after stopping the electric motor 12 has fallen below the lower limit value (return pressure P on ), the control device 14 activates the electromagnetic switch to bring the contact 13a into contact. 13. As a result, the electric motor 12 is started again, and the compressor main body 11 resumes operation.
  • the control device 14 controls the three-way solenoid valve 16a to connect the unloader pipe 16b and the tank 15. As a result, compressed air from the tank 15 flows into the unloader pipe 16b. The compressed air flowing into the unloader piping 16b presses the protrusion 16ca of the unloader piston 16c connected to the unloader piping 16b, causing it to protrude. The protruding portion 16ca forcibly opens the suction valve 11bc and communicates the inside of the cylinder 11a with the atmosphere, so that the air inside the cylinder 11a is not discharged from the air outlet 11bb to the tank 15, but instead flows into the tank 15 of the compressor main body 11. compressed air supply stops. Therefore, the compressor main body 11 stops supplying compressed air to the tank 15 without stopping the electric motor 12 (unload operation).
  • control device 14 When the control device 14 detects that the pressure value of the tank 15 detected by the pressure sensor 15a after stopping the supply of compressed air to the tank 15 of the compressor main body 11 is lower than the return pressure P on , the control device 14 controls the unloader piping 16b.
  • the three-way solenoid valve 16a is controlled to communicate with the atmosphere.
  • This continuous operation control method is used when the electric motor 12 is repeatedly started and the load on the electric motor 12 increases, for example, when the amount of air discharged by the compressor main body 11 is small compared to the amount of air consumed by the customer's equipment. This is used for the purpose of suppressing repeated starting of the electric motor 12 when the volume of the tank 15 is small.
  • the compressor 10 of this embodiment can use either an intermittent operation control method or a continuous operation control method. Moreover, it is preferable that the compressor 10 of this embodiment can be automatically switched between an intermittent operation control method and a continuous operation control method by the control device 14 according to the starting cycle.
  • control device 14 When the control device 14 detects operation of the stop button of the run/stop switch 14b in the compressor 10 in operation, the control device 14 controls the electromagnetic switch 13 to release the contact 13a in order to stop the electric motor 12.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the starting time ts and the starting current Is during normal and abnormal times in the electric motor 12 according to the present embodiment.
  • the elapsed time t on the horizontal axis indicates the elapsed time from the start of the electric motor 12
  • the current I on the vertical axis indicates the effective value of the current flowing through the electric motor 12 measured by the current sensor 13b.
  • the starting time ts is the elapsed time from starting the electric motor 12 until the electric motor 12 reaches the rated current Ir
  • the starting current Is is the effective value of the current flowing through the electric motor 12 at the starting time ts.
  • the starting current Is NOR indicates the normal state
  • the starting currents Is ABN1 and Is ABN2 indicate the abnormal state.
  • the compressor 10 is a reciprocating compressor, the load torque during one reciprocation of the piston of the compressor body 11 fluctuates greatly.
  • a flywheel is installed on the crankshaft of the compressor body 11 or the output shaft of the electric motor 12 to increase the moment of inertia and smooth out unevenness in the rotational speed of the crankshaft and output shaft caused by fluctuations in load torque. I'm letting you do it.
  • the starting time ts of the electric motor 12 becomes longer, the starting current Is (larger than the rated current Ir of the electric motor 12) flows through the electric motor 12 for a long time, and heat is accumulated in the electric motor 12. Therefore, each time the electric motor 12 is started more often, heat is accumulated and a thermal trip is more likely to occur.
  • the control device 14 determines a sign of occurrence of a thermal trip based on the starting time ts and the starting current Is, and notifies the user of the occurrence.
  • the starting current Is NOR curve in FIG. 5 is an example of a curve when the motor 12 is normal.
  • the control device 14 determines a current value I 1 when a predetermined time (first time t 1 ) has elapsed since the start of the electric motor 12 and a first time since the start of the electric motor 12 based on the detected value of the current sensor 13b.
  • the current value I2 of the electric motor 12 at the elapse of a second time t2 which is longer than t1 , is calculated and recorded.
  • the first time t1 is immediately after starting (for example, 0.3 seconds)
  • the second time t2 is the time required for the motor 12 to reach the rated rotational speed during normal operation (normal starting time ts NOR ). It is preferable that the time is ample (for example, 3 seconds).
  • the current value I 1NOR at the elapse of the first time t 1 is close to the current value Is at the start of starting of the electric motor 12, and the current value I 1NOR at the elapse of the second time t 2
  • the value I 2NOR is approximately the same value as the rated current value I r of the electric motor 12.
  • I 1NOR and I 2NOR are taken as the normal current values of the electric motor 12 during normal operation, and as threshold values that take into account variations such as individual differences in the compressor 10, a first threshold value that is smaller than the starting current I S and larger than the rated current Ir is set. I 1limit and a second threshold I 2limit smaller than the first threshold I 1limit and larger than the rated current I r .
  • the curve of the starting current Is ABN1 in FIG. 5 is an example of a curve when there is an abnormality in the power supply system of the electric motor 12.
  • Abnormalities in the power supply system may include, for example, insufficient capacity of the power transformer, excessive or insufficient wiring length, or coincidental start timing with other devices that share the power supply AC.In this case, the supply voltage to the motor 12 may drop. do.
  • the starting current Is of the motor 12 is proportional to the voltage, as shown in FIG. 5, the starting current Is ABN1 when there is an abnormality in the power supply system is lower at the beginning of startup than the starting current Is NOR1 during normal operation. .
  • the starting torque of the electric motor 12 decreases, so that the starting time t SABN1 during which the electric motor 12 reaches its rated rotational speed and the current decreases to the rated value I r becomes longer than the normal starting time ts NOR .
  • the display 14c will notify you that there is an abnormality in the power supply system. Note that this notification is different from the notification mode when equation (2) described later is satisfied.
  • Equation (1) shows that as a result of the insufficient starting current due to the voltage drop of the power supply AC, it takes a long time to start, and when the second time t2 elapses, the current I 2 (I 2ABN1 ) of the motor 12 decreases to the rated value I r This shows the case where the value has not decreased to .
  • a starting current Is ABN1 larger than the rated current Ir of the motor 12 flows through the motor 12 for a starting time t SABN1 longer than the second time t 2 , and heat is accumulated in the motor 12 .
  • the compressor 10 of this embodiment determines that this is a sign of the occurrence of a thermal trip and notifies that there is an abnormality in the power supply system. This makes it possible to perform maintenance on abnormalities in the power supply system before a thermal trip occurs, and it is possible to suppress the influence of the occurrence of a thermal trip on the user's operating status.
  • the curve of the starting current Is ABN2 in FIG. 5 is an example of a curve when there is an abnormality in the compressor 10.
  • there is an abnormality in the compressor 10 for example, there is a decrease in the sealing performance of the discharge valve 11bd, or there is an abnormality in the drive system.
  • Deterioration in the sealing performance of the discharge valve 11bd occurs due to damage or corrosion of the discharge valve 11bd, or occurrence of foreign matter being caught in the discharge valve 11bd.
  • the compressor 10 while the compressor 10 is stopped, compressed gas leaks into the cylinder 11a and increases the internal pressure of the cylinder 11a. Therefore, the torque required for starting increases, and as shown in FIG. 5, the starting time ts ABN2 becomes longer than the normal starting time ts NOR .
  • an abnormality in the drive system occurs due to a failure of a bearing supporting the crankshaft of the compressor main body 11 or the output shaft of the electric motor 12, or the like.
  • the torque required for starting increases, and as shown in FIG. 5, the starting time ts ABN2 becomes longer than the normal starting time ts NOR .
  • the display 14c indicates that there is an abnormality in the compressor 10. Note that this notification is performed in a manner different from that in the case where the above-mentioned formula (1) is satisfied, for example, by displaying the display 14c in a manner different from that in the case where the formula (1) is satisfied.
  • Equation (2) indicates that there is no abnormality in the power supply system and the current value I 1 (I 1ABN2 ) after the first time t 1 has elapsed since the start of the motor 12 is close to the current value Is when the motor 12 starts to start. However, when the starting time ts ABN2 is long and the second time t2 , which is longer than the first time t1 , has elapsed, the current value I2 ( I2ABN2 ) of the motor 12 has not decreased to the rated value Ir . represents.
  • a starting current Is ABN2 larger than the rated current Ir of the motor 12 flows through the motor 12 for a starting time tSABN2 longer than the second time t2 , and heat is accumulated in the motor 12. Therefore, since thermal trips are more likely to occur, it is preferable that the compressor 10 of this embodiment determines that this is a sign of the occurrence of a thermal trip and notifies that there is an abnormality in the compressor 10. Thereby, it is possible to carry out maintenance processing for abnormalities in the compressor 10 before a thermal trip occurs, and it is possible to suppress the influence of the occurrence of a thermal trip on a user's operating state.
  • control device 14 makes notifications in different ways depending on whether equation (1) holds true or when equation (2) holds true. Thereby, it is possible to distinguish between an abnormality in the compressor and an abnormality in the power supply system, and the number of man-hours required for maintenance can be reduced.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the starting time ts and the abnormal starting current Is in the compressor according to the second embodiment of the present invention.
  • the elapsed time t on the horizontal axis indicates the elapsed time from the start of the electric motor 12
  • the current I on the vertical axis indicates the effective value of the current flowing through the electric motor 12 measured by the current sensor 13b.
  • the starting time ts is the elapsed time from starting the electric motor 12 until the electric motor 12 reaches the rated current Ir
  • the starting current Is is the effective value of the current flowing through the electric motor 12 at the starting time ts.
  • the starting current Is ABN1a is a curve showing the starting current flowing through the electric motor 12 when a compressor in which an abnormality has occurred due to a decrease in the sealing performance of the discharge valve 11bd is unloaded and started.
  • the starting current Is ABN1b is a curve showing the starting current flowing through the electric motor 12 when a compressor in which an abnormality has occurred due to a decrease in the sealing performance of the discharge valve 11bd is started on a load.
  • Is ABN2 is a curve showing the starting current flowing to the electric motor 12 when a compressor in which an abnormality has occurred due to the drive system of the compressor main body 11 is unloaded and started.
  • the compressor according to the present embodiment differs from the compressor 10 according to the first embodiment in that the unloader device 16 starts (unloads) the compressor body 11 by unloading the compressor for a predetermined period of time (for example, about 1 second) after startup. The point is to start the load. By controlling in this way, the starting load can be reduced and the starting time ts can be shortened.
  • a predetermined period of time for example, about 1 second
  • the purpose of unloading and starting the compressor according to this embodiment is to reduce the starting load. Therefore, even if the engine is started (load start) without performing an unload start, the starting load will not be reduced, and it is unlikely that a thermal trip will immediately occur due to one load start.
  • load starts are performed periodically, for example, only one load start out of 20 starts, and the presence or absence of an abnormality at unload start and load start is detected.
  • the current value I 1 and the current value I 2 when the compressor in which an abnormality has occurred in the drive system of the compressor main body 11 is unloaded and started are calculated by the equation ( 2) is established.
  • the current value I1 and the current value I2 when the compressor in which an abnormality has occurred in the drive system of the compressor main body 11 is started on a load are calculated using the formula (2 ) is established.
  • the compressor of the present embodiment can distinguish between an abnormality due to a decrease in the sealing performance of the discharge valve 11bd and an abnormality due to the drive system of the compressor main body 11.
  • the compressor of this embodiment further includes an unloader device 16 that reduces the starting load of the compressor main body 11 according to a command from the control device 14, and the control device 14 operates the unloader device 16 when starting the compressor main body 11. If the formula (2) is satisfied when the engine is not operated, and the formula (2) is not satisfied when the unloader device 16 is activated when the compressor main body 11 is started, it is determined that there is an abnormality in the discharge valve 11bd of the compressor. For example, it is preferable to notify by displaying on the display 14c. Note that this notification is preferably a notification in a different manner from the notification in the first embodiment.
  • control device 14 of the present embodiment is such that when the compressor main body 11 is started without operating the unloader device 16, formula (2) is satisfied, and the unloader device 16 is operated to start the compressor main body 11. If formula (2) holds true when the compressor is started, it is preferable to notify that there is an abnormality in the drive system of the compressor main body 11, for example, by displaying on the display 14c.
  • the compressor according to the third embodiment differs from the compressor 10 according to the first embodiment in that the ratio of the number of times equation (1) or equation (2) is satisfied to the number of times the electric motor 12 is started is predetermined. This is to notify you if the value is exceeded.
  • the compressor calculates the number of times equation (1) or equation (2) holds true for the number of times the electric motor 12 is started.
  • a notification is given, for example, by a display on the display 14c. This prevents the control device from reporting an abnormality that does not require maintenance processing, such as a temporary abnormality or an accidental abnormality, thereby preventing the man-hours spent on maintenance processing based on notifications from being wasted. can.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the number of times the compressor is started and the starting current according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the compressor according to this embodiment differs from the compressor 10 according to the first embodiment in that the control device 14 detects and notifies progressive abnormality.
  • the progressive abnormality is, for example, damage or corrosion of the discharge valve 11bd. Damage or corrosion of the discharge valve 11bd is not a temporary abnormality, as is the case when a foreign object is caught in the discharge valve 11bd, but worsens over time. Such a progressive abnormality may lead to the occurrence of a thermal trip without formulas (1) and (2) being satisfied.
  • the control device 14 detects such a progressive abnormality and notifies it, for example, by displaying it on the display 14c.
  • the current value I2 tends to increase as the abnormality progresses.
  • the discharge valve 11bd is corroded
  • the amount of compressed air leaking into the cylinder 11a increases when the compressor is stopped due to the corrosion progressing, and the startup time becomes longer.As the abnormality progresses, the current value I2 increases. To increase.
  • the compressor control device detects, via the current sensor 13b, the current value of the motor 12 (for example, the current value I 2 ) is recorded each time the electric motor 12 is started, and if the current value I 2 of the electric motor 12 at the time when a predetermined time t 2 has elapsed from the start of the electric motor 12 increases as the number of times the electric motor 12 is started increases, for example, , it is preferable to make the notification by displaying on the display 14c.
  • the current value of the motor 12 for example, the current value I 2
  • control device 14 stores the data of the current values I 1 and I 2 before the time when formulas (1) and ( 2 ) are established from the storage device for a predetermined period (e.g., one month) or a predetermined number of times (e.g., 10, 000 times), and if an increasing tendency is observed in the current value I2 , a progressive abnormality is detected and notified by, for example, an indication on the display 14c.
  • a predetermined period e.g., one month
  • a predetermined number of times e.g. 10, 000 times
  • the current values I 1 and I 2 in FIG. 7 are approximated by a straight line, and if the slope is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that there is an increasing tendency.
  • the correlation coefficient r value is obtained from the data variations of the current values I 1 and I 2 , and if the value is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that there is an increasing tendency.
  • the compressor control device detects, via the current sensor 13b, the current value of the motor 12 (for example, current value I 2 ) after a predetermined period of time has elapsed since the motor 12 is started, each time the motor 12 is started.
  • the current value I2 of the motor 12 increases as the number of times the motor 12 is started increases and the current value I2 of the motor 12 increases after a predetermined period of time has elapsed since the start of the motor 12.
  • the threshold value N2 limit times is set in consideration of the time ts during which the starting current Is flows during normal operation, and therefore cannot be applied to a compressor with a slight abnormality.
  • the threshold value N2 limit is set to be proportional to the reciprocal of the current value I (for example, the current value I 2 ) when a predetermined time (for example, the second time t 2 ) has elapsed since the start of the electric motor 12 , as shown in the following equation. change to
  • the number of times the compressor is started where there is a risk that a thermal trip may occur is set as the number of times N of starting the compressor is made inversely proportional to the current value I of the electric motor 12, and the number of times N of starting the compressor is inversely proportional to the current value I of the motor 12.
  • notification is provided on the display 14c to prevent the engine from starting.
  • the compressor control device 14 detects, via the current sensor 13b , a current value of the motor 12 (for example, a current value I 2 ), and it is preferable to notify when the electric motor 12 is started N times or more expressed by the following equation (3) within a predetermined time (for example, second time t 2 ).
  • the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications.
  • the embodiments described above have been described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to having all the configurations described.
  • each of the configurations, functions, etc. described above may be partially or entirely realized in hardware by, for example, designing an integrated circuit.
  • each of the above-mentioned configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor (microcomputer) interpreting and executing a program for realizing each function.
  • Information such as programs, tables, files, etc. that implement each function can be stored in a memory, a recording device such as a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.
  • the embodiment of the present invention may have the following aspects.
  • a reciprocating compressor is used as the compressor 10, but the compressor is not limited to this.
  • a booster compressor or the like may also be used.
  • gas to be compressed has been described as air, it is not limited to this, and may be other gases such as nitrogen gas, water or other liquids.
  • the suction valve open type unloading method is used for the unloader device 16, but the present invention is not limited to this.
  • a method may be used in which the suction channel is closed to prevent air from flowing into the cylinder, or a method in which the discharge channel is opened to the atmosphere.
  • the drive of the electric motor 12 is controlled by operating the electromagnetic switch 13 based on the detected value of the pressure sensor 15a
  • the method is not limited to this.
  • a method may be used in which the electromagnetic switch 13 is operated by the output of a pressure switch provided in the tank 15 instead of the pressure sensor 15a, or a method in which a push button switch with a thermal relay is used instead of the electromagnetic switch 13. .
  • the display 14c notifies that there is an abnormality in the power supply system or that there is an abnormality in the compressor body, but the present invention is not limited to this.
  • the notification may be provided by a lamp or a buzzer.

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Abstract

圧縮機本体（１１）と、電動機（１２）と、電動機（１２）の電流値を検出する電流センサ（１３ｂ）と、電動機（１２）の駆動を制御する制御装置（１４）とを備え、制御装置（１４）は、電流センサ（１３ｂ）を介して、電動機（１２）の始動から第１時間経過時の電動機（１２）の電流値（Ｉ１）と、電動機（１２）の始動から第１時間より長い第２時間経過時の電動機（１２）の電流値（Ｉ２）を演算するとともに、電動機（１２）の始動電流値よりも小さく電動機（１２）の定格電流値よりも大きい第１閾値（Ｉ1limit）と、第１閾値（Ｉ1limit）よりも小さく電動機（１２）の定格電流値よりも大きい第２閾値（Ｉ2limit）に対して、次式（１）が成立する場合と次式（２）が成立する場合とで異なる態様の報知をする。　Ｉ１＜Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　（１）　Ｉ１＞Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　（２）

Description

圧縮機
　本発明は、圧縮機に関する。
　空気等の気体を吸込み、圧縮機本体によって気体を圧縮し、高圧気体を吐出する圧縮機は広く世の中に普及し、特に空気の圧縮機は、工作機やプレス機、エアーブロー等のエア―源として工場ラインや作業現場で多く使用される。
　この圧縮機を駆動する電動機の電流値を検出し、その変化によって圧縮機の異常を診断する圧縮機が知られている。例えば、特許文献１には、圧縮機の起動時に急上昇した電流（始動電流）が略無負荷電流（電動機の定格電流）に低下するまでの降下時間を測定し、測定した降下時間が規定時間範囲以上の場合に圧縮機の異常と判断して表示部に表示する圧縮機が開示されている。
特開２０００－２０５１４０号公報
　しかしながら、圧縮機自体に異常がなくても、電源系統の異常で電圧降下が生じ始動トルクが低下して、始動電流が略無負荷電流に低下するまでの降下時間が規定時間範囲以上となる場合がある。特許文献１の圧縮機では、このように電源系統の異常で始動電流が略無負荷電流に低下するまでの降下時間が規定時間範囲以上となっても、圧縮機に異常がなく電源系統に異常があると判定できず、圧縮機に異常があるとして判断してしまう。
　本発明の目的は、圧縮機を駆動する電動機の電流値の変化によって圧縮機の異常と電源系統の異常とを判別できる圧縮機を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、気体を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を駆動する電動機と、前記電動機の電流値を検出する電流センサと、前記電動機を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電流センサを介して、前記電動機の始動から第１時間経過時の前記電動機の電流値Ｉ１と、前記電動機の始動から前記第１時間より長い第２時間経過時の前記電動機の電流値Ｉ２を演算するとともに、前記電動機の始動時の電流値よりも小さく前記電動機の定格電流値よりも大きい第１閾値Ｉ1limitと、前記第１閾値Ｉ1limitよりも小さく前記電動機の定格電流値よりも大きい第２閾値Ｉ2limitに対して、次式（１）が成立する場合と次式（２）が成立する場合とで異なる態様で報知する。
　　　　　Ｉ１＜Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　　　（１）
　　　　　Ｉ１＞Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　　　（２）
　本発明によれば、圧縮機を駆動する電動機の始動から第１時間経過時の前記電動機の電流値Ｉ１と、前記電動機の始動から前記第１時間より長い第２時間経過時の前記電動機の電流値Ｉ２の各々を閾値Ｉ1limit，Ｉ2limitと比較することによって圧縮機の異常と電源系統の異常とを判別できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の第１実施形態に係る圧縮機において前面パネルの一部を透視させた前面図である。 アンロード状態の圧縮機本体の一部断面図である。 ロード状態の圧縮機本体の一部断面図である。 本発明の第１実施形態に係る圧縮機の制御回路図である。 本発明の第１実施形態に係る電動機において、始動時間と、正常時と異常時の始動電流との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る電動機において、始動時間と異常時の始動電流との関係を示すグラフである。 本発明の第４実施形態に係る電動機の始動電流と始動回数の関係を示すグラフである。
　以下、図面を用いて、本発明の第１～第５の実施形態に係る圧縮機の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。
　　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る圧縮機１０について前面パネルの一部を透視させた前面図である。本実施形態に係る圧縮機１０は、例えば、ピストンを往復動させることにより、空気を圧縮する往復動式の空気圧縮機である。
　図１に示すように圧縮機１０には、空気を吸込み圧縮する圧縮機本体１１と、圧縮機本体１１を駆動する電動機１２と、電動機１２の起動・停止と過負荷保護を行う電磁開閉器１３と、圧縮機１０を制御する制御装置１４と、圧縮空気を貯蔵するタンク１５と、制御装置１４の指令により圧縮機本体１１の始動負荷の軽減を行うアンローダ装置１６と、これらの機器を収容する筐体１７と、タンク１５内に貯留された圧縮空気を圧縮機１０の外に吐出させる配管を開閉する止め弁１８とが設けられている。
　圧縮機本体１１は、ピストンを往復動させて、シリンダ１１ａ内に空気を吸込んで圧縮し、圧縮空気をタンク１５に吐出する装置である。圧縮機本体１１にはシリンダ１１ａとシリンダヘッド１１ｂ（図２，３参照）が設けられている。
　電動機１２は、例えば、インダクタンスモータで、電磁開閉器１３を介し電源ＡＣに接続する（図４参照）。電動機１２が駆動することにより、電動機１２の出力軸に固定されたプーリがタイミングベルト１２ａを介して、圧縮機本体１１のクランクシャフトに固定されたプーリ１１ｃを回転させ、ピストンを往復動させる。
　電動機１２の起動・停止と過負荷保護を行う電磁開閉器１３と、圧縮機１０を制御する制御装置１４の詳細については後述する。
　タンク１５は、圧縮空気を貯留させる装置で、圧縮機本体１１から吐出された圧縮空気の脈動を平準化させて顧客の機器に圧縮空気を提供する。タンク１５には後述する圧力センサ１５ａ（図４参照）が設けられている。また、タンク１５の下部には、タンク１５内に溜まった液体を外部へ排出するドレン排出装置１５ｂが設けられている。
　アンローダ装置１６は、圧縮機本体１１を無負荷状態（アンロード状態）にするための装置で、三方電磁弁１６ａと、後述するアンローダ配管１６ｂとアンローダピストン１６ｃ（図２，３参照）とを備える。
　三方電磁弁１６ａは、制御装置１４の指令によって、アンローダ配管１６ｂと連通する箇所を、タンク１５と外気とのいずれか一方に切り替える電磁弁である。
　筐体１７は、圧縮機１０を六方から覆う複数の略板状の部材で、ベース１７ａ、前面パネル１７ｂ、左側面パネル１７ｃ、右側面パネル１７ｄ、後面パネル１７ｅ、及び上面パネル１７ｆを有する。
　ベース１７ａの上には、防振ゴムを介し架台１７ｇが固定されている。架台１７ｇには電動機１２がボルトにより固定されるとともに取付台１７ｈが溶接されている。そして、取付台１７ｈの上には圧縮機本体１１がボルトにより固定されるとともに取付台１７ｈの左にはタンク１５がボルトにより固定されている。
　また、前面パネル１７ｂには、制御装置１４の運転・停止スイッチ１４ｂとディスプレイ１４ｃが取り付けられ、左側面パネル１７ｃには止め弁１８が取り付けられている。
　図２はアンロード状態の圧縮機本体１１の一部断面図であり、図３はロード状態の圧縮機本体１１の一部断面図である。
　圧縮機本体１１は、ピストンが往復動する円筒状のシリンダ１１ａと、シリンダ１１ａの先端に取り付けられ空気の吸い込みと圧縮空気の吐出を行うシリンダヘッド１１ｂを備える。
　シリンダヘッド１１ｂには、フィルターを介して空気を取り入れる空気取入口１１ｂａと、圧縮空気を吐き出す空気吐出口１１ｂｂが設けられ、吸込弁１１ｂｃと吐出弁１１ｂｄとアンローダピストン１６ｃとが取り付けられている。
　吸込弁１１ｂｃは、空気取入口１１ｂａとシリンダ１１ａの開口との間に設けられた弁で、ピストンの下降中にシリンダ１１ａの内圧が空気取入口１１ｂａの空気圧より低下するとその圧力差で弁が開き、空気をシリンダの内部に取り込む。
　吐出弁１１ｂｄは、空気吐出口１１ｂｂとシリンダ１１ａの開口との間に設けられた弁で、ピストンの上昇中にシリンダ１１ａの内圧が空気吐出口１１ｂｂの空気圧より上昇するとその圧力差で弁が開き、圧縮空気を空気吐出口１１ｂｂ側に吐き出す。
　アンローダピストン１６ｃは、図２に示す閉じた吸込弁１１ｂｃを、図３に示すように強制的に開き、圧縮機本体１１をアンロード状態にする部品で、後述する突出部１６ｃａの先端が吸込弁１１ｂｃに接するようにシリンダヘッド１１ｂに固定されている。アンローダピストン１６ｃには、アンローダ配管１６ｂを接続するための配管接続口と、配管接続口から流入した圧縮空気により突出して吸込弁１１ｂｃを開口させる突出部１６ｃａが設けられている。
　図４は、本実施形態に係る圧縮機１０の制御回路図である。図４に示すように、圧縮機１０の制御回路には、タンク１５内の圧力を測定する圧力センサ１５ａと、アンローダ配管１６ｂと連通する箇所を切り替える電磁弁である三方電磁弁１６ａと、電源ＡＣと電動機１２とを電気的に接続する回路を開閉する電磁開閉器１３と、三方電磁弁１６ａと電磁開閉器１３等を制御する制御装置１４とが設けられている。
　圧力センサ１５ａは制御装置１４と電気的に接続し、圧力センサ１５ａにより測定されたタンク１５内の圧力値は制御装置１４に伝送される。三方電磁弁１６ａは、電気的に接続する制御装置１４の指令によって、アンローダ配管１６ｂと連通する箇所を、タンク１５と大気とに切り替える。
　電磁開閉器１３は、電磁石の動作によって回路を開閉するとともに過負荷により回路を遮断する装置で、接点１３ａと電流センサ１３ｂとサーマルリレー１３ｃとを有し、制御装置１４と電気的に接続している。
　接点１３ａは、電源ＡＣと電動機１２とを電気的に接続する回路を開閉するための接触部分である。本実施形態の接点１３ａはＡ接点で、制御装置１４の指令により閉じられ電動機１２を始動させる。
　電流センサ１３ｂは、電動機１２の運転時に流れる電流を計測する装置である。電流センサ１３ｂの測定値は制御装置１４に伝送される。なお、電流センサ１３ｂにより測定する交流電流の位相数は任意である。例えば３相電流の３相全てを測定しても良く、１相だけを選択して測定してもよい。一般的には単相より２相、２相より３相の電流を測定した方が診断精度の向上が期待できる。しかし、位相数を多くしただけ、電流センサ１３ｂが増えてコストが上昇するだけでなく、診断プログラムが複雑化する。
　サーマルリレー１３ｃは、電動機１２を過負荷から保護するために、電流によって生ずる熱により接点の開閉を行うリレーである。電動機１２に過大な電流が流れた場合、その焼損などを防止するために接点は開放され回路を切断する（サーマルトリップ）。
　制御装置１４は上述のように三方電磁弁１６ａや電磁開閉器１３等を制御する装置で、制御基板１４ａと電子回路１４ｄと運転・停止スイッチ１４ｂとディスプレイ１４ｃとを有する。
　制御基板１４ａはプリント基板で、運転・停止スイッチ１４ｂとディスプレイ１４ｃと電子回路１４ｄが実装されている。運転・停止スイッチ１４ｂは、停止中の電動機１２の運転開始、または、運転中の電動機１２の停止をするためのスイッチである。ディスプレイ１４ｃは、文字や画像を表示する。ディスプレイ１４ｃは設定圧力等を表示させたり、電源系統に異常があることや圧縮機本体に異常があること等を表示させたりすることが好ましい。
　電子回路１４ｄは、電気的に接続する装置を制御する部品で、例えば、ＩＣ（マイコンやＦＰＧＡ等）や電子部品（抵抗やコンデンサ、発振回路等）や電力素子（トランジスタやリレー等）を備える。図４に示すように、電子回路１４ｄには、圧力センサ１５ａと、三方電磁弁１６ａと電磁開閉器１３と、電磁開閉器１３を介して電動機１２と電源ＡＣとが電気的に接続されている。
　次に、制御装置１４の制御内容について説明する。
　まず、制御装置１４は、停止中の圧縮機１０において、運転・停止スイッチ１４ｂの運転ボタンの操作を検知すると、電動機１２を始動させるため、接点１３ａを接触させるように電磁開閉器１３を制御する。
　電動機１２の始動により圧縮機本体１１が運転しタンク１５内の圧力が上昇していく。制御装置１４は、圧縮機１０の運転時に圧力センサ１５ａで検出されたタンク１５の圧力値が、予め任意に設定された上限値（停止圧力Ｐoff）を超えたことを検知すると、電磁開閉器１３または三方電磁弁１６ａのいずれかを制御する。このとき、制御装置１４が電磁開閉器１３を制御する方式は断続運転制御方式と呼ばれ、制御装置１４が三方電磁弁１６ａを制御する方式は連続運転制御方式と呼ばれる。
　（断続運転制御方式）
　制御装置１４は、接点１３ａを離すように電磁開閉器１３を制御する。これにより、電動機１２への給電が停止され、電動機１２は停止し、圧縮機本体１１の作動が停止する。
　圧縮機本体１１の停止後、止め弁１８に接続された顧客の機器の作動によりタンク１５内の圧縮空気が消費される。
　制御装置１４は、電動機１２の停止後に圧力センサ１５ａで検出されたタンク１５の圧力値が、下限値（復帰圧力Ｐon）を下回ったことを検知すると、接点１３ａを接触させるように電磁開閉器１３を制御する。これにより、電動機１２は再度始動し、圧縮機本体１１が運転を再開する。
　（連続運転制御方式）
　制御装置１４は、アンローダ配管１６ｂとタンク１５とを連通させるように三方電磁弁１６ａを制御する。これにより、アンローダ配管１６ｂにタンク１５の圧縮空気が流入する。アンローダ配管１６ｂに流入された圧縮空気は、アンローダ配管１６ｂに接続するアンローダピストン１６ｃの突出部１６ｃａを押圧し突出させる。突出した突出部１６ｃａは吸込弁１１ｂｃを強制的に開口させシリンダ１１ａ内を大気と連通させ、シリンダ１１ａ内の空気が空気吐出口１１ｂｂからタンク１５へ吐出されず、圧縮機本体１１のタンク１５への圧縮空気の供給が停止する。したがって、圧縮機本体１１は、電動機１２を停止させることなく、タンク１５への圧縮空気の供給を停止する（アンロード運転）。
　圧縮機本体１１のタンク１５への圧縮空気の供給の停止後、止め弁１８に接続された顧客の機器の作動により空気が消費される。
　制御装置１４は、圧縮機本体１１のタンク１５への圧縮空気の供給の停止後に圧力センサ１５ａで検出されたタンク１５の圧力値が、復帰圧力Ｐonを下回ったことを検知すると、アンローダ配管１６ｂを大気と連通させるように三方電磁弁１６ａを制御する。
　これにより、アンローダ配管１６ｂ内は大気圧となり、アンローダピストン１６ｃの突出部１６ｃａは突出しなくなり、吸込弁１１ｂｃは強制的に開口されなくなる。そのため、圧縮機本体１１のタンク１５への圧縮空気の供給が再開する。
　この連続運転制御方式は、電動機１２の始動が繰り返され、電動機１２の負荷が大きくなってしまう場合、例えば、顧客の機器の消費空気量に対して圧縮機本体１１の吐出する空気量が少ない場合やタンク１５の容積が小さい場合に、電動機１２の始動の繰り返しを抑制する目的で用いられる。
　なお、本実施形態の圧縮機１０は、断続運転制御方式と連続運転制御方式の各々を用いることができる。また、本実施形態の圧縮機１０は、制御装置１４により始動サイクルに応じて断続運転制御方式と連続運転制御方式とを自動的に切り替えられることが好ましい。
　そして、制御装置１４は、運転中の圧縮機１０において、運転・停止スイッチ１４ｂの停止ボタンの操作を検知すると、電動機１２を停止させるため、接点１３ａを離すように電磁開閉器１３を制御する。
　次に、本実施形態の圧縮機１０の効果について説明する。
　図５は、本実施形態に係る電動機１２において、始動時間ｔｓと、正常時と異常時の始動電流Ｉｓとの関係を示すグラフである。なお、横軸の経過時間ｔは電動機１２の始動からの経過時間を、縦軸の電流Ｉは電流センサ１３ｂによって計測された電動機１２に流れる電流の実効値を示す。また、始動時間ｔｓは電動機１２を始動させてから電動機１２が定格電流Ｉｒになるまでの経過時間であり、始動電流Ｉｓは始動時間ｔｓにおいて電動機１２に流れる電流の実効値である。また、始動電流ＩsNORは正常時、始動電流ＩsABN1，ＩsABN2は異常時を示す。
　圧縮機１０は往復動式圧縮機であるため、圧縮機本体１１のピストンが一往復する間の負荷トルクは大きく変動する。これに対応するため、圧縮機本体１１のクランクシャフトあるいは電動機１２の出力軸にフライホイールを設けて慣性モーメントを大きくし、負荷トルクの変動に起因するクランクシャフトと出力軸の回転速度のむらを平滑化させている。
　しかし、慣性モーメントの増加により電動機１２の始動時間ｔｓは長くなり、（電動機１２の定格電流Ｉｒより大きい）始動電流Ｉｓが電動機１２に長時間流れ、電動機１２に熱が蓄積される。そのため、電動機１２の始動回数が増えるたびに蓄熱されサーマルトリップが発生しやすくなる。
　サーマルトリップがひとたび発生すると圧縮空気の供給が強制的に停止されてしまうため、ユーザの操業状態に重大な影響を及ぼす。そのため、本実施形態の圧縮機１０は、始動時間ｔｓと始動電流Ｉｓによりサーマルトリップの発生の予兆を制御装置１４で判定させ報知する。
　図５の始動電流ＩsNORの曲線は、電動機１２が正常の場合の曲線の一例である。ここで、制御装置１４は、電流センサ１３ｂの検出値に基づいて、電動機１２の始動から所定の時間（第１時間ｔ１）経過時の電流値Ｉ１と、電動機１２の始動から第１時間ｔ１より長い第２時間ｔ２経過時の電動機１２の電流値Ｉ２を演算し記録する。
　なお、第１時間ｔ１は始動の直後（たとえば０．３秒）で、第２時間ｔ２は正常時に電動機１２が定格回転速度に到達するまでに時間（正常時始動時間ｔｓNOR）に対し余裕をもった時間（たとえば３秒）であることが好ましい。
　図５に示すように、正常な電動機１２では、第１時間ｔ１経過時の電流値Ｉ1NORは電動機１２の始動開始時の電流値Ｉｓに近い値となり、第２時間ｔ２経過時の電流値Ｉ2NORは電動機１２の定格電流値Ｉｒとほぼ同じ値となる。
　このＩ1NOR，Ｉ2NORを正常時の電動機１２の正常電流値とするとともに、圧縮機１０の個体差などのばらつきを考慮した閾値として、始動電流ＩＳより小さく定格電流Ｉｒよりも大きい第１閾値Ｉ1limit、第１閾値Ｉ1limitより小さく定格電流Ｉｒより大きい第２閾値Ｉ2limitを規定する。
　次に、圧縮機１０に電気を供給する電源系統に異常があると判断する場合について説明する。図５の始動電流ＩsABN1の曲線は、電動機１２の電源系統に異常がある場合の曲線の一例である。
　電源系統の異常は、例えば、電源トランスの容量不足、配線長の過不足、電源ＡＣを共有する他の機器と始動タイミングの偶然の一致が考えられ、この場合には電動機１２の供給電圧は低下する。
　電動機１２の始動電流ＩＳは電圧に比例するため、図５に示すように、電源系統に異常がある場合の始動電流ＩｓABN1は、正常時の始動電流ＩｓNOR1に対して始動当初において低くなる。その結果、電動機１２の始動トルクは低下するため、電動機１２が定格回転速度となって電流が定格値Ｉｒまで低下する始動時間ｔＳABN1は正常時の始動時間ｔｓNORより長くなる。
　このとき、電動機１２の始動から第１時間ｔ１経過時の電流値Ｉ１（Ｉ１ABN1）と，電動機１２の始動から第２時間ｔ２経過時の電流値Ｉ２（Ｉ２AbN1）とに対して、次式（１）が成立する場合、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により電源系統に異常があること報知する。なお、この報知は後述する式（２）が成立する場合の報知の態様とは異なる。
　　　　　Ｉ１＜Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　　　（１）
　式（１）は、電源ＡＣの電圧降下によって始動電流が不足した結果、始動に長い時間がかかってしまい、第２時間ｔ２経過時に電動機１２の電流Ｉ２（Ｉ２ABN1）が定格値Ｉｒまで低下していない場合を表している。この場合、電動機１２の定格電流Ｉｒより大きい始動電流ＩｓABN1が電動機１２に第２時間ｔ２よりも長い始動時間ｔＳABN1流れ、電動機１２に熱が蓄積される。そのため、サーマルトリップが発生しやすくなっているので、本実施形態の圧縮機１０はサーマルトリップの発生の予兆と判断し、電源系統に異常があることを報知することが好ましい。これにより、サーマルトリップの発生に至る前に、電源系統の異常にメンテナンス処理することが可能となり、サーマルトリップの発生によるユーザの操業状態への影響を抑制できる。
　次に、圧縮機１０に異常があると判断する場合について説明する。図５の始動電流ＩsABN2の曲線は、圧縮機１０に異常がある場合の曲線の一例である。圧縮機１０に異常がある場合は、例えば、吐出弁１１ｂｄのシール性能の低下や、駆動系統の異常がある。
　吐出弁１１ｂｄのシール性能の低下は、吐出弁１１ｂｄの破損や腐食、異物の噛み込みの発生によって発生する。この場合、圧縮機１０の停止中に圧縮気体がシリンダ１１ａ内に漏れシリンダ１１ａの内圧を上昇させる。そのため、始動に必要なトルクが増加し、図５に示すように始動時間ｔｓABN2は正常時の始動時間ｔｓNORより長くなる。
　また、駆動系統による異常は、圧縮機本体１１のクランクシャフトや電動機１２の出力軸を支持する軸受の故障等によって発生する。この場合、始動に必要なトルクが増加し、図５に示すように始動時間ｔｓABN2は正常時の始動時間ｔｓNORより長くなる。
　このとき、電動機１２の始動から第１時間ｔ１経過時の電流値Ｉ１（Ｉ１ABN2），電動機１２の始動から第２時間ｔ２経過時の電流値Ｉ２（Ｉ２ABN2）に対して、次式（２）が成立する場合、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により圧縮機１０に異常があること報知する。なお、この報知は上述した式（１）が成立する場合とは異なる態様、例えば、ディスプレイ１４ｃを式（１）が成立する場合とは異なる表示により報知する。
　　　　　Ｉ１＞Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　　　（２）
　式（２）は、電源系統に異常がなく電動機１２の始動から第１時間ｔ１経過時の電流値Ｉ１（Ｉ１ABN2）は電動機１２の始動開始時の電流値Ｉｓに近い値となっているが、始動時間ｔｓABN2が長く、第１時間ｔ１より長い第２時間ｔ２が経過した時の電動機１２の電流値Ｉ２（Ｉ２ABN2）が定格値Ｉｒまで低下していない状態を表している。
　この場合、電動機１２の定格電流Ｉｒより大きい始動電流ＩｓABN2が電動機１２に第２時間ｔ２よりも長い始動時間ｔＳABN2流れ、電動機１２に熱が蓄積される。そのため、サーマルトリップが発生しやすくなっているので、本実施形態の圧縮機１０はサーマルトリップの発生の予兆と判断し、圧縮機１０に異常があることを報知することが好ましい。これにより、サーマルトリップの発生に至る前に、圧縮機１０の異常にメンテナンス処理することが可能となり、サーマルトリップの発生によるユーザの操業状態への影響を抑制できる。
　また、制御装置１４は、上記の通り、式（１）が成立する場合と式（２）が成立する場合とで異なる態様の報知をする。これにより、圧縮機の異常と電源系統の異常とを判別でき、メンテナンスにかかる工数を抑制できる。
　　（第２実施形態）
　図６は、本発明の第２実施形態に係る圧縮機において、始動時間ｔｓと異常時の始動電流Ｉｓとの関係を示すグラフである。図５と同様に、横軸の経過時間ｔは電動機１２の始動からの経過時間を、縦軸の電流Ｉは電流センサ１３ｂによって計測された電動機１２に流れる電流の実効値を示す。また、始動時間ｔｓは電動機１２を始動させてから電動機１２が定格電流Ｉｒになるまでの経過時間であり、始動電流Ｉｓは始動時間ｔｓにおいて電動機１２に流れる電流の実効値である。
　また、始動電流ＩｓABN1aは、吐出弁１１ｂｄのシール性能の低下による異常が発生した圧縮機をアンロード始動させた場合に電動機１２に流れる始動電流を示す曲線である。始動電流ＩｓABN1bは、吐出弁１１ｂｄのシール性能の低下による異常が発生した圧縮機をロード始動させた場合に電動機１２に流れる始動電流を示す曲線である。ＩｓABN2は、圧縮機本体１１の駆動系統による異常が発生した圧縮機をアンロード始動させた場合に電動機１２に流れる始動電流を示す曲線である。
　本実施形態に係る圧縮機が第１実施形態に係る圧縮機１０と異なる点は、アンローダ装置１６により、始動から所定時間（例えば１秒程度）、圧縮機本体１１をアンロード運転により始動（アンロード始動）させる点である。このように制御することで、始動負荷を軽減でき始動時間ｔｓを短くできる。
　この場合、吐出弁１１ｂｄにシール性能の低下による圧縮機の異常が発生してもアンロード運転によって始動負荷が軽減されるため、図６の始動電流ＩｓABN1aの曲線が示すように式（２）が不成立となり異常を検出できない。
　一方、本実施形態に係る圧縮機においてアンロード始動させる目的は始動負荷の軽減である。そのため、アンロード始動を行わずに始動（ロード始動）させても、始動負荷が軽減されないというだけで、１回のロード始動により直ちにサーマルトリップが発生する可能性は低い。
　そこで、圧縮機では、例えば、２０回の始動のうち１回だけロード始動するというように、定期的にロード始動させて、アンロード始動時とロード始動時の異常の有無を検出する。
　このとき、アンロード始動時に式（２）が不成立となり異常を検出できなかった吐出弁１１ｂｄのシール性能の低下による異常は、ロード始動時において図６の始動電流ＩｓABN1bの曲線が示すように式（２）を成立させる。
　一方、圧縮機本体１１の駆動系統による異常が発生した圧縮機をアンロード始動させた時の電流値Ｉ１と電流値Ｉ２は、図６の始動電流ＩｓABN2の曲線が示すように式（２）を成立させる。また、圧縮機本体１１の駆動系統による異常が発生した圧縮機をロード始動させた時の電流値Ｉ１と電流値Ｉ２は、図５の始動電流ＩｓABN2の曲線が示すように式（２）を成立させる。
　これにより、本実施形態の圧縮機は、圧縮機に異常がある場合について、吐出弁１１ｂｄのシール性能の低下による異常と、圧縮機本体１１の駆動系統による異常とを判別できる。
　［効果］
　本実施形態の圧縮機は、制御装置１４の指令により圧縮機本体１１の始動負荷の軽減を行うアンローダ装置１６をさらに有し、制御装置１４が、圧縮機本体１１の始動時にアンローダ装置１６を作動させない場合に式（２）が成立し、かつ、圧縮機本体１１の始動時にアンローダ装置１６を作動させた場合に式（２）が不成立の場合、圧縮機の吐出弁１１ｂｄに異常があることを、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知することが好ましい。なお、この報知は第１実施形態の報知とは異なる態様の報知であることが好ましい。
　これにより、サーマルトリップの発生に至る前に、圧縮機の異常が吐出弁１１ｂｄにシール性能の低下による異常であることを特定してメンテナンス処理することが可能となるので、メンテナンスにかかる工数を減らすことができる。
　また、本実施形態の制御装置１４は、アンローダ装置１６を作動させずに圧縮機本体１１を始動させた時において式（２）が成立し、かつ、アンローダ装置１６を作動させ圧縮機本体１１を始動させた時において式（２）が成立する場合、圧縮機本体１１の駆動系統による異常があることを、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知することが好ましい。
　これにより、サーマルトリップの発生に至る前に、圧縮機の異常が駆動系統による異常であることを特定してメンテナンス処理することが可能となるので、メンテナンスにかかる工数を減らすことができる。
　　（第３実施形態）
　第３実施形態に係る圧縮機が第１実施形態に係る圧縮機１０と異なる点は、電動機１２の始動回数に対して、式（１）または式（２）の成立する回数の占める割合が所定値を超えた場合に報知する点である。
　圧縮機の異常が一過性の異常、例えば、吐出弁１１ｂｄへの小さな異物の噛み込んだ場合でも式（２）が成立する場合がある。しかし、吐出弁１１ｂｄに小さな異物を噛み込んだ場合は、吐出弁１１ｂｄが開閉するうちに異物が吐出弁１１ｂｄから脱落して自然に解消される場合がある。また、電源系統の異常が偶発的、例えば、他の機器の始動と圧縮機の始動が偶発的に一致し電圧が降下する場合であっても式（１）が成立する。
　これらの異常はメンテナンス処理が不要であり、これらの異常により報知がなされると報知に基づいてメンテナンス処理がなされ、メンテナンス処理に費やす工数が無駄になってしまう。
　このようにメンテナンス処理に費やす工数が無駄になってしまう場合を考慮し、本実施形態に係る圧縮機は、電動機１２の始動回数に対して、式（１）または式（２）の成立する回数の占める割合が所定値を超えた場合に、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知する。これにより、制御装置がメンテナンス処理不要の異常、例えば、一過性の異常や偶発的異常により報知することを抑制できるので、報知に基づいてメンテナンス処理に費やす工数が無駄になってしまうことを抑制できる。
　　（第４実施形態）
　図７は、本発明の第４実施形態に係る圧縮機の起動回数と始動電流の関係を示すグラフである。本実施形態に係る圧縮機が第１実施形態に係る圧縮機１０と異なる点は、制御装置１４が進行性の異常を検知して報知する点である。
　進行性の異常は、例えば、吐出弁１１ｂｄの破損や腐食である。吐出弁１１ｂｄの破損や腐食は、吐出弁１１ｂｄに異物が挟まった場合のように一過性の異常ではなく経時的に悪化する。このような進行性の異常は、式（１）（２）が成立することなくサーマルトリップの発生に至ってしまう虞がある。
　そこで、本実施形態に係る圧縮機は、制御装置１４によりそのような進行性の異常を検知し、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知する。
　図７に示すように、進行性の異常がある場合、異常の進行にともなって電流値Ｉ２は増加する傾向を示す。例えば、吐出弁１１ｂｄの腐食は、その腐食の進行によって圧縮機の停止時にシリンダ１１ａ内への圧縮空気の漏れ量が増加し、始動時間が延びるため、異常の進行にともなって電流値Ｉ２は増加する。
　そのため、本実施形態に係る圧縮機の制御装置は、電流センサ１３ｂを介して、電動機１２の始動から所定時間（例えば、第２時間ｔ２）経過時の電動機１２の電流値（例えば、電流値Ｉ２）を、電動機１２を始動させる度に記録し、電動機１２の始動回数の増加と共に電動機１２の始動から所定時間ｔ２経過時の電動機１２の電流値Ｉ２が大きくなった場合に、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知をすることが好ましい。
　制御装置１４は、例えば、式（１）（２）を成立した時点以前の電流値Ｉ１，Ｉ２のデータを記憶装置から所定期間（例えば、一月間）または所定始動回数（例えば、１０，０００回）読み出し、電流値Ｉ２に増加傾向が認められる場合に進行性の異常を検知して、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知する。
　増加傾向の有無の判断としては、例えば、図７における電流値Ｉ１，Ｉ２を直線近似し、その傾きが所定値以上ある場合に増加傾向ありと判断する。または、電流値Ｉ１，Ｉ２のデータのばらつきから相関係数ｒ値を求め、その数値が所定値以上である場合、増加傾向ありと判断する。
　［効果］
　本実施形態に係る圧縮機の制御装置は、電流センサ１３ｂを介して、電動機１２の始動から所定時間経過時の電動機１２の電流値（例えば、電流値Ｉ２）を、電動機１２を始動させる度に記録し、電動機１２の始動回数の増加と共に電動機１２の始動から所定時間経過時の電動機１２の電流値Ｉ２が大きくなった場合に報知することが好ましい。
　これにより、進行性の異常によってサーマルトリップの発生に至る前に、進行性の異常に対してメンテナンス処理することが可能となり、サーマルトリップの発生によるユーザの操業状態への影響を抑制できる。
　　（第５実施形態）
　通常、短時間に繰り返される電動機１２の始動・停止に対して、所定時間内に閾値Ｎ２limit回以上の始動が行われた場合、サーマルトリップが発生する虞を、例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知する。しかし、閾値Ｎ２limit回は、正常時に始動電流Ｉｓが流れる時間ｔｓを考慮し設定されているため、軽微な異常を備える圧縮機には適用できない。
　具体的には、軽微な異常を備える圧縮機は始動電流Ｉｓの流れる時間ｔｓが増加するため、その増加にともない、１回の始動で蓄積される熱量が大きくなり、電動機の始動回数が正常時と比べて少なくてもサーマルトリップの発生に至る虞がある。そのため、閾値Ｎ２limit回以下の始動回数で、かつ式（１）（２）のいずれも成立せずに、サーマルリレー１３ｃの蓄熱によってサーマルトリップの発生に至る可能性がある。
　そこで本発明では、閾値Ｎ２limitを次式のように電動機１２の始動から所定時間（例えば、第２時間ｔ２）経過時の電流値Ｉ（例えば、電流値Ｉ２）の逆数に比例するように変化させる。
　　　　　Ｎ∝１／Ｉ　　　（３）
　即ち、本実施形態に係る圧縮機は、サーマルトリップが発生する虞のある圧縮機の始動回数を、電動機１２の電流値Ｉに反比例させた圧縮機の始動回数Ｎとして、その始動回数を超えて始動することのないように例えば、ディスプレイ１４ｃの表示により報知する。
　［効果］
　本実施形態に係る圧縮機の制御装置１４は、電流センサ１３ｂを介して、電動機１２の始動から所定時間（例えば、第２時間ｔ２）経過時の電動機１２の電流値（例えば、電流値Ｉ２）を計測するとともに、所定時間（例えば、第２時間ｔ２）内において次式（３）で表されるＮ回以上電動機１２を始動させた場合に報知することが好ましい。
　　　　　Ｎ∝１／Ｉ　　　（３）
　これにより、軽微な異常を備える圧縮機において短時間に繰り返される始動・停止によりサーマルトリップの発生に至る前にメンテナンス処理することが可能となり、サーマルトリップの発生によるユーザの操業状態への影響を抑制できる。
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサ（マイコン）がそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
　なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。例えば、上記実施形態では、圧縮機１０として往復動式圧縮機で説明したが、これに限定されるものでなく、スクリュー式あるいはスクロール式等の圧縮機や、外部から１次圧を供給され再圧縮するブースタ圧縮機等でもよい。
　また、圧縮する気体を空気として説明したが、これに限定されるものでなく、窒素ガス等の他の気体、水その他の液体でもよい。
　また、上記の実施形態では、アンローダ装置１６に吸込弁開放型アンロード方式を用いたがこれに限定されない。例えば、吸込み流路を閉塞させシリンダ内に空気が流入できないようにする方式や、吐出し流路を大気に開放させる方式を用いても良い。
　また、上記では電動機１２の駆動の制御を圧力センサ１５ａの検出値により電磁開閉器１３を操作する方式について述べたがこれに限定されない。例えば、圧力センサ１５ａの代わりタンク１５に設けた圧力開閉器の出力によって電磁開閉器１３を操作する方式や、電磁開閉器１３の代わりとしてサーマルリレー付きの押し釦スイッチを用いる方式を用いても良い。
　また、上記の実施形態では、電源系統に異常があることや圧縮機本体に異常があること等をディスプレイ１４ｃで報知したがこれに限定されない。例えば、ランプやブザーで報知しても良い。
　１０：圧縮機、１１：圧縮機本体、１１ａ：シリンダ、１１ｂ：シリンダヘッド、１１ｂａ：空気取入口、１１ｂｂ：空気吐出口、１１ｂｃ：吸込弁、１１ｂｄ：吐出弁、１２：電動機、１３：電磁開閉器、１３ａ：接点、１３ｂ：電流センサ、１３ｃ：サーマルリレー、１４：制御装置、１４ａ：制御基板、１４ｂ：運転・停止スイッチ、１４ｃ：ディスプレイ、１４ｄ：電子回路、１５：タンク、１５ａ：圧力センサ、１６：アンローダ装置、１６ａ：三方電磁弁、１６ｂ：アンローダ配管、１６ｃ：アンローダピストン

Claims (7)

  1. 　気体を圧縮する圧縮機本体と、
    　前記圧縮機本体を駆動する電動機と、
    　前記電動機を制御する制御装置と、
    　前記電動機の電流値を検出する電流センサとを備え、
    　前記制御装置は、前記電流センサを介して、前記電動機の始動から第１時間経過時の前記電動機の電流値Ｉ１と、前記電動機の始動から前記第１時間より長い第２時間経過時の前記電動機の電流値Ｉ２を演算するとともに、前記電動機の始動時の電流値よりも小さく前記電動機の定格電流値よりも大きい第１閾値Ｉ1limitと、前記第１閾値Ｉ1limitよりも小さく前記電動機の定格電流値よりも大きい第２閾値Ｉ2limitに対して、次式（１）が成立する場合と次式（２）が成立する場合とで異なる態様で報知することを特徴とする圧縮機。
    　　　　　Ｉ１＜Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　　　（１）
    　　　　　Ｉ１＞Ｉ1limitかつＩ２＞Ｉ2limit　　　（２）
  2. 　請求項１に記載の圧縮機であって、
    　前記制御装置は、前記式（１）が成立する場合に、電源系統に異常があることを報知することを特徴とする圧縮機。
  3. 　請求項１に記載の圧縮機であって、
    　前記制御装置は、前記式（２）が成立する場合に、前記圧縮機に異常があることを報知することを特徴とする圧縮機。
  4. 　請求項３に記載の圧縮機であって、
    　前記制御装置の指令により前記圧縮機本体の始動負荷の軽減を行うアンローダ装置をさらに有し、
    　前記制御装置は、前記圧縮機本体の始動時に前記アンローダ装置を作動させない場合に前記式（２）が成立し、かつ、前記圧縮機本体の始動時に前記アンローダ装置を作動させた場合に前記式（２）が不成立の場合、前記圧縮機の吐出弁に異常があることを報知することを特徴とする圧縮機。
  5. 　請求項１に記載の圧縮機であって、
    　前記制御装置は、前記電動機の始動回数に対して、前記式（１）または前記式（２）の成立する回数の占める割合が所定値を超えた場合に報知することを特徴とする圧縮機。
  6. 　気体を圧縮する圧縮機本体と、
    　前記圧縮機本体を駆動する電動機と、
    　前記電動機を制御する制御装置と、
    　前記電動機の電流値を計測する電流センサとを備え、
    　前記制御装置は、前記電流センサを介して、前記電動機の始動から所定時間経過時の前記電動機の電流値を前記電動機の始動ごとに記録し、前記電動機の始動回数の増加に従って、前記電動機の始動から所定時間経過時の前記電動機の電流値が大きくなった場合に報知することを特徴とする圧縮機。
  7. 　気体を圧縮する圧縮機本体と、
    　前記圧縮機本体を駆動する電動機と、
    　前記電動機を制御する制御装置と、
    　前記電動機の電流値を計測する電流センサとを備え、
    　前記制御装置は、前記電流センサを介して、前記電動機の始動から所定時間経過時の前記電動機の電流値Ｉを計測するとともに、指定時間内に次式（３）で表されるＮ回以上前記電動機を始動させた場合に報知することを特徴とする圧縮機。
    　　　　　Ｎ∝１／Ｉ　　　（３）
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