(57)【要約】【課題】ブレード磨耗の発生がなく、信頼性が高く、使用機器が要求する能力供給を短時間で行うことができる空気圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】本空気圧縮機は、インバータ電源で駆動されるヘリカル式空気圧縮機において、フッ素樹脂を５０重量％以上含む材料からなるブレードの温度が低温時に、高い周波数での高速運転を防止する制御手段を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ電源で駆動される電動機部と、この電動機部によって駆動され、シリンダとこのシリンダ内に偏心配置されたローラとこのローラの外周面に形成された螺旋状溝に嵌められかつ複数の作動室を形成しフッ素樹脂を５０重量％以上含む材料で形成された螺旋状のブレードを備えたヘリカル圧縮機構部を有する空気圧縮機において、前記ブレードの温度が低温時に最大運転周波数での高速運転を防止する制御手段を備えたことを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記制御手段は、起動時の運転周波数変化割合を通常運転時の運転周波数変化割合よりも小さく制御することを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機。
【請求項３】
前記制御手段は、起動時に最大運転周波数よりも低い所定の運転周波数で一定時間運転するように制御することを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機。
【請求項４】
前記制御手段は、予めブレードを加熱した後に起動するように制御することを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周波数可変式ヘリカル式の空気圧縮機に係り、特に、その運転制御方法を改良した空気圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、周波数可変式ヘリカル式の空気圧縮機では、図１０に示すように、起動時、通常運転時とも運転周波数変化スピードすなわち単位時間当たりの運転周波数変化割合を同一にしていた。
【０００３】
しかし、このような運転制御方法では、ヘリカル機構部の構造上、ブレードは変形しならが螺旋状溝を出入りするため、周波数変化スピードが速いと、ヘリカル式空気圧縮機のブレード温度が低く、ヤング率が大きい状態で高い周波数に到達し、高速運転される。このため、ブレードとローラの螺旋状溝の側壁との摺動において局部な圧力（極圧）がかかり、ブレードの磨耗が発生し、信頼性を低下させる。これに対して、常に周波数変化スピードが遅いと使用機器が要求する能力供給に時間を要する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ブレード磨耗の発生がなく、信頼性が高く、使用機器が要求する能力供給を短時間で行うことができる空気圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した目的を達成するため、本発明に係る空気圧縮機は、インバータ電源で駆動される電動機部と、この電動機部によって駆動され、シリンダとこのシリンダ内に偏心配置されたローラとこのローラの外周面に形成された螺旋状溝に嵌められかつ複数の作動室を形成しフッ素樹脂を５０重量％以上含む材料で形成された螺旋状のブレードを備えたヘリカル機構部を有する空気圧縮機において、前記ブレードの温度が低温時に最大運転周波数での高速運転を防止する制御手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る空気圧縮機によれば、ブレード磨耗の発生がなく、信頼性が高く、使用機器が要求する能力供給を短時間で行うことができる空気圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明に係る空気圧縮機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施形態に係る空気圧縮機の縦断面図である。
【０００９】
図１に示すように、本実施形態の空気圧縮機１は、ケーシングレスであり、ヘリカル圧縮機構部２と、このヘリカル圧縮機構部２を駆動させる電動機部３と、この電動機部３とヘリカル圧縮機構部２間に設けられ、モータステータ３１とモータロータ３２からなる電動機部３の動力をヘリカル圧縮機構部２に伝達するクランクシャフト４と、ヘリカル圧縮機構部２のローラ２２が自転するのを防止するための自転防止機構を構成するオルダムリング５を有し、さらに、図２に示すように電動機部３をインバータ制御するインバータ回路６と、このインバータ回路６に始動指令、周波数指令を行う制御部７を有し、このインバータ回路６と制御部７が、機能的に本発明における制御手段８をなす。
【００１０】
上記ヘリカル圧縮機構部２は、シリンダ２１内に旋回（公転）自在に偏心配置された環状のローラ２２を有し、このローラ２２の外周面に、図１中左端の吸込口２１ａ側端から右端の吐出口２１ｂ端に向けてピッチが徐々に小さくなるように形成された所定寸法の螺旋状溝２２ａが設けられ、この螺旋状溝２２ａ内には弾性を有するブレード２４が出没自在に嵌め込まれている。これらシリンダ２１とローラ２２とブレード２１とで、軸方向に次第に容積が小さくなる圧縮室２３が区画される。
【００１１】
図２に示すように、電動機部３は３相の交流電動機であり、モータステータ３１に制御手段８の機能的一部をなすインバータ回路６が接続されている。このインバータ回路６はノイズフィルタ９を介して電源１０に接続される整流回路６１と、この整流回路６１の出力端に接続される平滑コンデンサ６２と、このコンデンサ６２の両端に接続されスイッチングにより所定周波数の電圧を出力するインバータ主回路６３と、このインバータ主回路６３を駆動するインバータ用ＭＣＵ６４を有している。
【００１２】
また、インバータ回路６には、このインバータ回路６に始動指令、周波数指令を行い制御手段８の機能的一部をなす制御部７が、インバータ用ＭＣＵ６４を介して接続されている。
【００１３】
制御部７は制御用ＭＣＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３などを有し、制御部７にはシリンダ２１の温度を検知するためのシリンダ２１の外表面に取り付けられたシリンダ温度センサー１１ａが接続され、また、適宜シリンダ２１を加熱するためにシリンダ２１に巻着されたヒータ１１ｂのヒータ出力制御器１１ｃが接続されている。
【００１４】
シリンダ温度センサー１１ａを用いてシリンダ２１の温度を検知することにより、このシリンダ２１に常時接しているブレード２４の温度を間接的に検知（算出）することができる。なお、上記シリンダ温度センサーに換えて、制御部にシリンダ近傍周囲の空気温度を検出する空気温度検知センサーを接続し、より間接的になるが、周囲空気温度を検出し、ブレードの温度を検知するようにしてもよい。
【００１５】
ブレード２４は、フッ素樹脂（ＰＦＡ）を５０重量％以上含む材料で形成されており、フッ素樹脂の曲げ弾性率（ヤング率）と温度／比重の関係は図３で示すようになっている。図３からもわかるように、低温時には曲げ弾性率が大きく、温度の上昇に伴って、曲げ弾性率が低下する。
【００１６】
なお、図中符号１２は冷却用ファンである。
【００１７】
次に本発明に係る空気圧縮機を用いた第１の制御方法について説明する。
【００１８】
制御手段８の機能的一部をなす制御部７は、空気圧縮機１の起動時、図４に示すような運転フローに沿って制御する。すなわち、最初にシリンダ温度センサー１１ａがシリンダ温度を検知して、この温度情報を制御部７に送信する。なお、制御部７のＲＡＭ７２には予め求められた同機種のシリンダ温度とブレード２４の温度の相関が記憶されている。制御部７はシリンダ温度が所定の温度例えば１０℃より低いか否かを判断する。シリンダ温度が１０℃より低い場合（ｙｅｓ）、すなわち、ブレード２４の温度が所定温度より低い場合は、このインバータ回路６に図５に示すように、例えば、増加する周波数変化割合（単位時間当たりの運転周波数の変化）を小さくするよう始動指令、周波数指令を送信し、ブレードの温度が低温時に、最大運転周波数での高速運転を行わないようにする。例えば、周波数増加割合を１Ｈｚ／Ｓｅｃとし、この増加割合で所定時間運転する。周波数変化割合は通常時には３Ｈｚ／Ｓｅｃとする。
【００１９】
シリンダ温度が１０℃より高い場合（ｎｏ）、すなわち、ブレード２４の温度が所定温度より高い場合は、通常時と同様に周波数増加割合を３Ｈｚ／Ｓｅｃとしても良いが、図６に示すように、例えば、周波数増加割合を６Ｈｚ／Ｓｅｃとし、この増加割合で所定の周波数に到達するまで運転し、早期に高い周波数での高速運転を行い、早期に必要能力を発生させるようにしても良い。
上記のような空気圧縮機１の初期の運転過程において、ブレード２４の温度が低温時に、最大運転周波数での高速運転を行わないようにすることにより、曲げ弾性率が大きく可撓性に欠けるが、低温起動時の急激な温度・負荷変動を防止し、さらに、ブレード摩耗などブレードに起因する不具合をなくし、空気圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、上記制御方式に代えて、制御部７は、空気圧縮機１の起動時に、あるいは停止中に、シリンダ温度センサー１１ａからの運転停止時のシリンダ２１の温度に基づき、所定温度より低い場合には、ヒータ出力制御器１１ｃを介してヒータ１１ｂを付勢し、シリンダ２１を介してブレード２４を予め予熱し、所定の温度よりも高温にするようにしても良い。これにより、起動時のブレード２４の曲げ弾性率を小さくし、ブレードに起因する不具合をなくし、空気圧縮機の信頼性を向上させることができる。また、シリンダ２１の温度が所定温度より低い場合にのみ、シリンダ２１を予熱するので、省エネルギーになる。
【００２１】
なお、シリンダの予熱は、ヒータに限らず、制御手段によりモータステータへの三相出力のうち二相にのみ断続的に出力を与えることで行ってもよい。これにより、別個のヒータが不要になる。
【００２２】
また、図７に示すように、シリンダ温度センサー１１ａによるシリンダ温度検知に代えて、制御部７が備えるタイマー機能を利用して、空気圧縮機１の停止時間が所定時間例えば４時間より長いか否かを判断し、停止時間が４時間より長い場合（ｙｅｓ）、ブレード２４が冷却されて温度が所定温度より低いと判断するようにしても良い。制御部７は、停止時間が４時間より長い場合、ブレード２４が冷却されて温度が所定温度より低いと判断し、図５に示すように、例えば、周波数増加割合を小さくするようインバータ回路６に始動指令、周波数指令を送信し、ブレードの温度が低温時に、最大運転周波数での高速運転を行わないようにする。これにより、ブレードに起因する不具合をなくし、空気圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００２３】
なお、この停止時間を基準にした周波数変化割合の制御方式は、上記のように単独で行っても、上述したブレード（シリンダ）温度を基準にした周波数変化割合の制御方式を組み合わせて用いてもよい。
【００２４】
次に本発明に係る空気圧縮機を用いた第２の制御方法について説明する。
【００２５】
図８及び図９に示すように、上記第１の制御方法と同様にシリンダ温度が１０℃より低い場合（ｙｅｓ）、すなわち、ブレード２４の温度が所定温度より低い場合は、周波数が最大運転周波数Ｈｚ３よりも十分に低い所定の第１の周波数Ｈｚ１、例えば３０Ｈｚに達したら、この周波数で３分間ホールドする。この周波数ホールド時間例えば３分経過後、さらに、最大の運転周波数Ｈｚ３よりも低い所定の第２の周波数Ｈｚ２、例えば周波数が４０Ｈｚに達したら、この周波数で５分間ホールドする。この周波数ホールド時間５分経過後は負荷に応じて通常運転（例えば最大運転周波数Ｈｚ３での運転）に移行する。
シリンダ温度が１０℃より高い場合（ｎｏ）場合は、上記第１の制御方法と同様の運転を行う。本第２の制御方法についてもブレードに起因する不具合をなくし、空気圧縮機の信頼性を向上させることができる。
【００２６】
なお、第２の制御方法も上記停止時間を基準にした周波数変化割合の制御方式を単独で、あるいはブレード温度を基準にした周波数変化割合の制御方式を組み合わせて用いてもよい。
【００２７】
上述のように本実施形態の空気圧縮機によれば、ブレード磨耗の発生がなく、信頼性が高く、使用機器が要求する能力供給を短時間で行うことができる空気圧縮機が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る空気圧縮機の縦断面図。
【図２】本発明に係る空気圧縮機に用いられる制御手段の概念図。
【図３】フッ素樹脂の曲げ弾性率（ヤング率）と温度／比重の相関図。
【図４】本発明に係る空気圧縮機の第１の制御方法の制御フロー図。
【図５】本発明に係る空気圧縮機の第１の制御方法による周波数変化割合の概念図。
【図６】本発明に係る空気圧縮機の第１の制御方法による周波数変化割合の概念図。
【図７】本発明に係る空気圧縮機の第１の制御方法の他の制御フロー図。
【図８】本発明に係る空気圧縮機の第２の制御方法の制御フロー図。
【図９】本発明に係る空気圧縮機の第２の制御方法による周波数変化割合の概念図。
【図１０】従来の空気圧縮機の制御方法による周波数変化割合の概念図。
【符号の説明】
【００２９】
１…空気圧縮機、２…ヘリカル圧縮機構部、２１…シリンダ、２２…ローラ、２２ａ…螺旋状溝、２３…圧縮室、２４…ブレード、３…電動機部、３１…モータステータ、３２…モータロータ、４…クランクシャフト、６…インバータ回路、６４…インバータ用ＭＣＵ、７…制御部、制７１…御用ＭＣＵ、７２…ＲＡＭ、７３…ＲＯＭ、８…制御手段、１１ａ…シリンダ温度センサー、１１ｂ…ヒータ、１１ｃ…ヒータ出力制御器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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