(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサを駆動する多相交流電動機と、
入力電源から供給された交流電力を異なる周波数の交流電力に変換して前記多相交流電動機に供給する電源装置とを有しており、
前記電源装置は、前記多相交流電動機がほぼ定出力で運転可能なように、前記コンプレッサにより供給される流体の圧力に基づいて前記周波数を設定するとともに、前記入力電源からその電源装置に供給される電流が設定電流を越えないように、前記設定された周波数を補正可能に構成されていることを特徴とするコンプレッサ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたコンプレッサ制御装置であって、
運転モードを設定する運転モード設定手段を備え、
前記電源装置は、前記流体の圧力に基づいた周波数を運転モード毎に設定可能に構成されていることを特徴とするコンプレッサ制御装置。
【請求項３】
コンプレッサを駆動する多相交流電動機と、
入力電源から供給された交流電力を異なる周波数及び電圧の交流電力に変換して前記多相交流電動機に供給する電源装置とを有しており、
前記電源装置は、前記多相交流電動機がほぼ定出力で運転可能なように、前記コンプレッサにより供給される流体の圧力に基づいて前記周波数及び電圧を設定するとともに、前記入力電源からその電源装置に供給される電流が設定電流を越えないように、前記設定された周波数及び電圧を補正可能に構成されていることを特徴とするコンプレッサ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたコンプレッサ制御装置であって、
運転モードを設定する運転モード設定手段を備え、
前記電源装置は、前記流体の圧力に基づいた周波数及び電圧を運転モード毎に設定可能に構成されていることを特徴とするコンプレッサ制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載されたコンプレッサ制御装置であって、
電源装置は、コンプレッサにより供給される流体の圧力が上昇するにつれて、前記周波数を低下させることを特徴とするコンプレッサ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載されたコンプレッサ制御装置であって、
電源装置は、前記入力電源からその電源装置に供給される電圧が低下するにつれて、前記周波数を低下させることを特徴とするコンプレッサ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコンプレッサ等を制御するコンプレッサ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可搬式のエアコンプレッサ等では、駆動用の電動機として単相誘導電動機が用いられている。
このような可搬式のエアコンプレッサ等は、商用電源のコンセント等から離れた場所に設置されることが多い。この場合には、商用電源のコンセント等とエアコンプレッサとの間に接続される電源コードが長くなり、電源コードによる電圧降下が大きくなる。一方、電源コードが長くなっても周波数は変化しない。このため、エアコンプレッサを駆動する単相誘導電動機には、周波数は定格周波数であるが電圧は定格電圧より低い交流電源が接続されることになる。例えば、定格が１００Ｖ／６０ＨＺの単相誘導電動機に８０Ｖ／６０ＨＺの交流電源が印加される場合もある。
ところで、周波数は定格周波数であるが電圧が定格電圧より低い交流電源が単相誘導電動機に接続されると、単相誘導電動機の出力トルクが低下するため、単相誘導電動機の出力トルクと負荷トルクが等しくなるように交流電源から単相誘導電動機に供給される電流が増加し、交流電源の電流容量をオーバーし、さらに電圧が低下する。この電圧低下が大きい場合には、負荷トルクが単相誘導電動機の停動トルクを上回り、コンプレッサが運転停止することもある。このため、従来は、電源ケーブルによる電圧降下が最大の場合でも十分なトルクを発生できる単相誘導電動機を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電源ケーブルによる電圧降下が最大の場合でも十分なトルクを発生できる単相誘導電動機は、大型で、重量が重く、搬送作業等が困難である。
また、タンク内の圧力が低い場合等の負荷トルクが小さい場合においても単相誘導電動機に定格周波数の交流電源を供給しているため、出力トルクに余裕があり単相誘導電動機が有効に利用されていない。
また、単相誘導電動機を用いたエアコンプレッサでは、５０ＨＺ地域と６０ＨＺ地域等のように電源の周波数が異なると、回転数が異なり、同じ出力を発生させるためには使用周波数毎に機械設計を行う必要がある。
【０００４】
本出願人は、前記問題点を解決するために種々検討した結果、同じトルクで同出力の単相誘導電動機と多相交流電動機では多相交流電動機の方が単相誘導電動機に比べて小型、軽量、安価であること、多相交流電動機の出力トルク、回転速度は多相交流電動機に供給する交流電源の電圧、周波数を変えることによって変更できること、周波数変換装置を用いれば任意の周波数の交流電源を出力できるという知見に基づき、多相交流電動機と周波数変換装置を組み合わせることによって電源の周波数が異なる場合や電源ケーブル等によって電圧降下が発生した場合でも最適な効率でコンプレッサを運転することができることを見出した。
そこで、本発明の課題は、小型、軽量で、最適な効率でコンプレッサを運転することができるコンプレッサ制御装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、以下の各請求項によって解決される。
請求項１に記載のコンプレッサ制御装置は、コンプレッサを駆動する多相交流電動機と、入力電源から供給された交流電力を異なる周波数の交流電力に変換して前記多相交流電動機に供給する電源装置とを有しており、前記電源装置は、前記多相交流電動機がほぼ定出力で運転可能なように、前記コンプレッサにより供給される流体の圧力に基づいて前記周波数を設定するとともに、前記入力電源からその電源装置に供給される電流が設定電流を越えないように、前記設定された周波数を補正可能に構成されていることを特徴とする。
請求項１に記載のコンプレッサ制御装置を用いれば、小型、軽量で、最適な効率でコンプレッサを運転することができる。
請求項２の発明は、運転モードを設定する運転モード設定手段を備え、前記電源装置は、前記流体の圧力に基づいた周波数を運転モード毎に設定可能に構成されている。これによって、意識的に入力電流を減らすことができ、他の電気機器等との併用が可能となる。また、コンプレッサ運転時の騒音を減少させることができる。
請求項３の発明は、コンプレッサを駆動する多相交流電動機と、入力電源から供給された交流電力を異なる周波数及び電圧の交流電力に変換して前記多相交流電動機に供給する電源装置とを有しており、前記電源装置は、前記多相交流電動機がほぼ定出力で運転可能なように、前記コンプレッサにより供給される流体の圧力に基づいて前記周波数及び電圧を設定するとともに、前記入力電源からその電源装置に供給される電流が設定電流を越えないように、前記設定された周波数及び電圧を補正可能に構成されている。
請求項３に記載のコンプレッサ制御装置によっても、小型、軽量で、最適な効率でコンプレッサを運転することができる。
請求項４の発明は、運転モードを設定する運転モード設定手段を備え、前記電源装置は、前記流体の圧力に基づいた周波数及び電圧を運転モード毎に設定可能に構成されている。これによって、意識的に入力電流を減らすことができ、他の電気機器等との併用が可能となる。また、コンプレッサ運転時の騒音を減少させることができる。
請求項５の発明によれば、電源装置は、コンプレッサにより供給される流体の圧力が上昇するにつれて、前記周波数を低下させる。
請求項６の発明によれば、電源装置は、前記入力電源からその電源装置に供給される電圧が低下するにつれて、前記周波数を低下させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のコンプレッサ制御装置をエアコンプレッサに適用した場合の概略構成図である。
商用電源のコンセントから出力される商用電圧（１００Ｖ、２００Ｖ等）及び商用周波数（５０ＨＺ、６０ＨＺ等）を有する交流電源等は、電源ケーブルを介して本発明のコンプレッサ制御装置に入力される（以下、コンプレッサ制御装置に入力される電源を「入力電源」という）。
入力電源は、メインスイッチ１、ノイズフィルタ２を介してコンバータ３に供給される。コンバータ３は、例えば整流回路と昇圧回路により構成され、入力電源を３相交流誘導電動機６の定格電圧より高い電圧を有する直流電源に変換する。
コンバータ３から出力される直流電源は、平滑回路４を介してインバータ（周波数変換回路）５に供給される。インバータ５は、入力された直流電源を３相交流電源に変換する。
インバータ５から出力される３相交流電源は、エアコンプレッサを駆動する３相誘導電動機６に供給される。
なお、エアコンプレッサが駆動されると、圧縮された空気がエアタンク等に供給される。
【０００７】
制御回路１０は、処理回路（ＣＰＵ）１１、入力回路１２、出力回路１３等により構成されている。入力回路１２には、圧力センサ２１からのタンク内圧力検出信号、入力電流検出回路２２からの電流検出信号、直流電圧検出回路２３及び入力電圧検出回路２４からの電圧検出信号、インバータ５からの異常信号（スイッチング素子の短絡信号、過熱信号等）、３相誘導電動機６からの異常信号（過熱信号等）等が入力される。
電流検出回路２２は、入力電源から供給される電流（以下、「入力電流」という）が設定電流（例えば、商用電源コンセントの定格電流）を越えないようにインバータ５から出力される３相交流電源の周波数及び電圧を制御するために設けられている。
直流電圧検出回路２３は、インバータ５から出力される３相交流電源の電圧と周波数を制御することによって３相誘導電動機６の回転磁界の強さを調整する際、インバータ５から出力される３相交流電源の電圧を所定電圧に制御するために設けられている。
入力電圧検出回路２４は、入力電源の電圧を検出するために設けられている。
切換スイッチ等により構成される運転モード設定手段２５は、エアコンプレッサの運転モードを、例えば通常運転モードあるいは低入力（低騒音）モードに設定するために設けられている。
処理回路１１は、入力回路１２からの入力信号及び運転モード設定手段２５からの運転モード設定信号等に基づいて周波数指令値及び電圧指令値を設定し、インバータ５から出力される交流電源の周波数及び電圧がそれぞれ周波数指令値及び電圧指令値となるように出力回路１３を介してインバータ５に出力する。なお、インバータ制御回路をインバータ５に内蔵させ、処理回路１１から周波数指令値及び電圧指令値をインバータ制御回路に出力するようにしてもよい。
コンバータ３、平滑回路４、インバータ５、制御回路１０等によって本願発明の電源装置が構成されている。
【０００８】
本実施の形態では、まずタンク内圧力Ｐに基づいて周波数指令値ｆを設定する。タンク内圧力Ｐと周波数指令値ｆとの関係の一例を、入力電源の電圧が定格電圧である場合について図２に示す。図２では、通常運転モード時及び低入力（低騒音）モード時におけるタンク内圧力Ｐと周波数指令値ｆとの関係を示している。
タンク内圧力Ｐが上昇して上限圧力ＰＵに近づき、エアコンプレッサの運転を停止する直前における３相誘導電動機６の出力を定格出力とした場合、タンク内圧力Ｐが上限圧力ＰＵより低い（負荷トルクが小さい）時も上限圧力ＰＵに近い時（負荷トルクが大きい）と同じ周波数及び同じ電圧の交流電源を供給すると、３相誘導電動機６の電流が低下して出力が定格未満となり、最適な効率での運転状態ではなくなる。そこで、タンク内圧力Ｐが低い時には、３相誘導電動機６に供給する交流電源の周波数をタンク内圧力Ｐが上限圧力ＰＵに近い時の周波数より上昇させ、タンク内圧力に関わらず３相誘導電動機６を定出力運転させる。この時、入力電源の電圧が定格電圧で一定であれば、３相誘導電動機に供給する交流電源の周波数及び電圧を変化させても入力電流はほぼ一定である。
【０００９】
図２では、通常運転モード時には、タンク内圧力Ｐがゼロの場合は周波数指令値ｆをｆ２とし、タンク内圧力Ｐが上昇するに従って周波数指令値ｆをｆ２から徐々に減少させ、上限圧力ＰＵに達する直前の周波数指令値ｆを定格周波数ｆ１とし、上限圧力ＰＵに達すると周波数指令値ｆをゼロとしている。
また、低入力（低騒音）モード時には、タンク内圧力Ｐがゼロの場合は周波数指令値ｆをｆ５とし、タンク内圧力Ｐが上昇するに従って周波数指令値ｆをｆ５から徐々に減少させ、上限圧力ＰＵに達する直前の周波数指令値ｆをｆ４とし、上限圧力ＰＵに達すると周波数指令値ｆをゼロとしている。この低入力（低騒音）モード時には、通常運転モード時に比べてタンク内圧力Ｐに応じた周波数指令値ｆを小さく設定しているため、３相誘導電動機６の回転数が抑えられ、入力電流を低くすることができる。これにより、入力電源の余裕率が増加し、またコンプレッサ運転時の回転騒音が小さくなる。
なお、図２に示した再運転開始圧力ＰＲは、タンク内圧力Ｐが上限圧力ＰＵに達する等によってコンプレッサの運転が停止した後、コンプレッサの再運転を開始する時のタンク内圧力である。
【００１０】
以上のようにして３相誘導電動機６を定出力で運転させる際、入力電源の電圧がほぼ定格電圧ＶＲである場合は問題はない。しかしながら、電源ケーブルによる電圧降下等によって入力電源の電圧が定格電圧ＶＲより低下すると、３相誘導電動機６のトルクが小さくなるため、定格電圧ＶＲからの低下分に応じて入力電流が増加する。この入力電流が入力電源の定格電流を越えると、入力電源のさらなる電圧低下、ブレーカ遮断等の障害が発生する。
入力電源の電圧が低下しても入力電流が設定電流を越えないようにするには、周波数指令値を補正する必要がある。
【００１１】
入力電源の電圧が定格電圧より低下した時の周波数指令値ｆの補正方法の一例を図３に示す。
入力電源の電圧Ｖが定格電圧ＶＲより高い時には、定格出力で運転させるために、周波数指令値ｆの補正を行わず一定とする。例えば、タンク内圧力Ｐがゼロの場合には、図２に示した周波数指令値ｆ２（通常運転モード時）あるいはｆ５（低入力モード時）を上限周波数ｆＵ１とし、タンク内圧力Ｐが上限圧力ＰＵ直前の場合には、図２に示した周波数指令値ｆ１（通常運単モード時）あるいはｆ４（低入力モード時）を上限周波数ｆＵ２とする。
入力電源の電圧Ｖが定格電圧ＶＲより低い時には、入力電流が設定電流を越えないように周波数指令値ｆの補正を行う。図３では、タンク内圧力Ｐがゼロの場合には、入力電源の電圧Ｖが定格電圧ＶＲより低下するに従って周波数指令値ｆを上限周波数ｆＵ１から徐々に低下させ、コンプレッサを運転可能な下限電圧ＶＬに達する直前で下限周波数ｆＬ１とし、下限電圧ＶＬに達するとゼロとしている。タンク内圧力Ｐが上限圧力ＰＵ直前の場合には、入力電源の電圧Ｖが定格電圧ＶＲより低下するに従って周波数指令値ｆを上限周波数ｆＵ２から徐々に低下させ、下限電圧ＶＬに達する直前で下限周波数ｆＬ２とし、下限電圧ＶＬに達するとゼロとしている。
入力電源の電圧Ｖに対する周波数指令値の補正量や補正後の周波数指令値等は、タンク内圧力毎に予め求めておき、マップ形式や数式等の形で処理回路１１内に入力しておくのが好ましい。
【００１２】
以上は、入力電源の電圧に応じて周波数指令値ｆを補正する場合を説明したが、入力電流に応じて周波数指令値ｆを補正することもできる。
例えば、入力電流と設定電流（定格電流等）を比較し、入力電流が設定電流を越えると周波数指令値ｆを低下させる。また、入力電流が設定電流を下回ると、周波数指令値を上昇させる、つまり、周波数指令値ｆを操作することで、入力電流のフィードバック制御を行う。そして、周波数指令値ｆを下限周波数、例えばタンク内圧力がゼロの場合はｆＬ１、タンク内圧力が上限圧力ＰＵ直前の場合はｆＬ２（図３参照）まで低下させても入力電流が設定電流を越える時には、指令周波数をゼロとしてコンプレッサの運転を停止する。
【００１３】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
処理回路１１は、圧力センサ２１によりタンク内圧力Ｐを検出し、タンク内圧力Ｐに基づいて周波数指令値ｆ及び電圧指令値ｖを設定する。例えば、運転モード設定手段２５に設定されている運転モードを判別し、図２に示したタンク内圧力Ｐに対する周波数指令値ｆの関係に基づいてタンク内圧力Ｐに応じた周波数指令値ｆを設定する。また、周波数指令値ｆに対応した電圧指令値ｖを設定する。そして、インバータ５から出力される交流電源の周波数及び電圧が周波数指令値ｆ及び電圧指令値ｖとなるように制御信号を出力回路１３を介してインバータ５に出力する。インバータ５に入力される直流電源の電圧は入力電源の電圧等に応じて変化することがあるため、処理回路１１は、直流電圧検出回路２３によってインバータ５に入力される直流電源の電圧を検出し、電圧検出値と電圧指令値とに基づいて制御信号をインバータ５に出力する。
インバータ５の制御方法は、ＰＷＭ（パルス幅変調制御）等種々の方法が可能である。
【００１４】
また、処理回路１１は、入力電流検出回路２２により検出した入力電流が設定電流を越えているか否かを判断し、入力電流が設定電流を越えた時にはタンク内圧力Ｐに基づいて設定した周波数指令値ｆ及び電圧指令値ｖを減少させる補正を行う。例えば、図３に示した入力電源の電圧Ｖに対する周波数指令値の補正量の関係に基づいて周波数指令値ｆを補正する。また、補正後の周波数指令値ｆに対応した最適な補正後の電圧指令値ｖを決める。そして、インバータ５から出力される交流電源の周波数及び電圧がそれぞれ補正後の周波数及び補正後の電圧となるように制御信号を出力回路１３を介してインバータ５に出力する。
周波数指令値がタンク内圧力に対応する下限周波数まで低下しても入力電流が設定電流以下にならない時には、インバータを停止させる。
【００１５】
以上の実施の形態では、電源装置を商用電源等の交流電源を入力電源として入力する昇圧型のコンバータ及び可変周波数／可変電圧型のインバータ等により構成したが、電源装置の構成は種々変更可能である。例えば、コンバータとして非昇圧型のコンバータを用いる、コンバータとして非昇圧型のコンバータを用いるとともにインバータとして可変周波数型のインバータを用いる、直流電源を入力電源として入力する可変周波数型のインバータを用いる等。
また、設定電流を任意の値に設定可能な電流設定手段を設けてもよい。設定電流を低下させることによって、入力電源の他の機器が使用可能な電流容量を増加させることができる。
またコンプレッサを駆動する駆動電動機として３相誘導電動機を用いたが、駆動電動機としては３相同期電動機等を用いることもでき、さらに相数は３相に限定されない。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によると、小型、軽量、かつ最適な効率でコンプレッサを運転することができ、電源事情の悪い環境下でも運転が可能である。また、意識的に入力電流を減少させて、他の機器との併用を可能できるとともに、運転時の騒音を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンプレッサ制御装置の概略構成図である。
【図２】タンク内圧力と周波数指令値との関係を示す図である。
【図３】入力電源の電圧と周波数指令値の補正量との関係を示す図である。
【符号の説明】
３  コンバータ
５  インバータ
６  三相誘導電動機
１０  制御回路
１１  ＣＰＵ（処理回路）
２２  入力電流検出回路
２３  直流電圧検出回路
２４  入力電圧検出回路
２５  モード切換スイッチ
【図１】
0003585728.tif 000002
【図２】
0003585728.tif 000003
【図３】
0003585728.tif 000004