(57)【要約】【課題】直流ブラシレスモータ２を圧縮空気の消費が多い作業では高回転数で駆動させて大きな吐出能力を発揮させ、空気消費の小さい作業時には回転数を低くして運転させて運転音を小さくさせるようにした空気圧縮機を提供する。【解決手段】直流ブラシレスモータ２により圧縮機３、４を駆動して空気を圧縮し空気タンク６内に貯めるようにした空気圧縮機１において、制御回路１０から出力される回転数指令信号１１に基づいて前記直流ブラシレスモータ２を回転駆動するインバータ回路９を備えるとともに、前記空気タンク６内の圧縮空気量の増減を検出するとともに、該検出結果に基づいて前記制御回路１０によりインバータ回路９へ回転数を減少又は増大させた回転数指令信号１１を出力させる。【選択図】　　　図２
2004100565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に往復動可能に収容されたピストンを直流ブラシレスモータにより往復駆動してシリンダ内に吸入した空気を圧縮し、圧縮された空気を空気タンク内に貯めるようにした空気圧縮機において、制御回路から出力される回転数指令信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを回転駆動するインバータ回路を備えるとともに、前記空気タンク内の圧縮空気量の増減を検出するとともに、該検出結果に基づいて前記制御回路によりインバータ回路へ回転数を減少又は増大させた回転数指令信号を出力するようにしたことを特徴とする圧縮機のモータ回転数制御装置。
【請求項２】
シリンダ内に往復動可能に収容されたピストンを直流ブラシレスモータにより往復駆動してシリンダ内に吸入した空気を圧縮し、圧縮された空気を空気タンク内に貯めるようにした空気圧縮機において、制御回路から出力される回転数指令信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを回転駆動するインバータ回路を備えるとともに、予め設定された複数の回転数の任意の回転数を外部から選択可能なスイッチを前記制御回路に接続し、該スイッチにより選択された回転数値をインバータ回路へ回転数指令値信号として出力するようにしたことを特徴とする圧縮機のモータ回転数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内に往復動自在に収容したピストンを直流ブラシレスモータにより往復駆動させて圧縮気体を生成する空気圧縮機に関する。さらに詳細にいえば、インバータを用いて直流ブラシレスモータを任意の回転数で駆動して運転を制御するようにした圧縮機のモータ回転数制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
ＡＣモータに比べて小型で高効率なモータとして、直流ブラシレスモータが知られている。この直流ブラシレスモータはインバータの電圧を制御する電圧制御方式又は電流を制御す電流制御方式等の制御方式によって容易に回転数を制御することが可能であることから、空気圧縮機の動力源としてもシリンダ内のピストンの往復駆動を従来のＡＣモータに代えて、直流ブラシレスモータにより行うようにした空気圧縮機が既に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
シリンダ内に収容したピストンをモータにより往復駆動させて、シリンダ内に吸入した空気を圧縮して空気タンク内に貯めるようにしたレシプロタイプの空気圧縮機においては、ピストンの往復駆動機構等の構造上や発生音が大きくなる等の理由により例えば３０００ｒｐｍ以上の高回転運転では各部の機構を破損したり又は運転時の騒音が大きくなって使用ができない。上記従来の直流ブラシレスモータを使用した空気圧縮機においては、直流ブラシレスモータの回転数を例えば１６００ｒｐｍとか２６００ｒｐｍとかの所定の回転数となるようにインバータ回路により制御して一定の回転数で圧縮機を運転するように設定されている。
【０００４】
例えばコンピュータからインバータ回路へ１６００ｒｐｍの回転指令を出して直流ブラシレスモータ駆動させるように設定された空気圧縮機の場合では、運転初期の低圧から圧縮機の最大圧縮圧力の３ＭＰａまで比較的低い１６００ｒｐｍの回転数で運転されるので、運転音が静かで静かに作業環境が求められている現場で使用することができる。また、コンピュータからインバータ回路へ例えば２６００ｒｐｍの回転指令を出して駆動させるようにした空気圧縮機の場合、空気タンク内の圧力が例えば１ＭＰａ程度までは２６００ｒｐｍの高回転で圧縮機を運転させ大きな吐出量が得られ大量の圧縮空気を消費する作業に適している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２６３２４７号公報（第４頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、直流ブラシレスモータをインバータにより所定の回転数で駆動させるように設定された空気圧縮機では、設定回転数を高く設定した空気圧縮機では低圧時の吐出空気量が大きくなり圧縮空気を大量に消費する作業現場での作業には都合がよいが、あまり圧縮空気の消費量が多くない作業時にも高回転数で運転されるため空気圧縮機の運転音が大きくなり住宅地に近接した現場での使用ができないことがある。また、設定の回転数が小さく設定された空気圧縮機では、圧縮空気を大量に消費する作業には使用できないという問題が発生する。従って、作業環境や作業内容によって複数の空気圧縮機を準備する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術での問題点を解決して、圧縮空気の消費が多い作業では直流ブラシレスモータを高い回転数で駆動させて大きな吐出能力を発揮させ、又、空気消費の小さい作業時には直流ブラシレスモータを低い回転数で運転させて運転音を小さくさせるようにした空気圧縮機の直流ブラシレスモータ回転制御装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の圧縮機のモータ回転数制御装置は、シリンダ内に往復動可能に収容されたピストンを直流ブラシレスモータにより往復駆動してシリンダ内に吸入した空気を圧縮し、圧縮された空気を空気タンク内に貯めるようにした空気圧縮機において、制御回路から出力される回転数指令信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを回転駆動するインバータ回路を備えるとともに、前記空気タンク内の圧縮空気量の増減を検出するとともに、該検出結果に基づいて前記制御回路によりインバータ回路へ回転数を減少又は増大させた回転数指令信号を出力するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、シリンダ内に往復動可能に収容されたピストンを直流ブラシレスモータにより往復駆動してシリンダ内に吸入した空気を圧縮し、圧縮された空気を空気タンク内に貯めるようにした空気圧縮機において、制御回路から出力される回転数指令信号に基づいて前記直流ブラシレスモータを回転駆動するインバータ回路を備えるとともに、予め設定された複数の回転数の任意の回転数を外部から選択可能なスイッチを前記制御回路に接続し、該スイッチにより選択された回転数値をインバータ回路へ回転数指令値信号として出力するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のモータ回転制御装置を実施した空気圧縮機１を示すもので、この圧縮機１は、直流ブラシレスモータ２で作動するピストン・シリンダ機構により構成される２つの圧縮機３、４を備えた二段圧縮機として構成されている。前段側の圧縮機３は大気圧の空気を圧縮して吐出し、この前段側の吐出空気を連結管５を介して後段側の圧縮機４へ供給して、後段側の圧縮機４により更に高圧に圧縮して吐出し、この高圧空気を空気タンク６内に貯めるものである。直流ブラシレスモータ２と各圧縮機３、４は互いに連結された２個の空気タンク６上に架設されている。
【００１１】
直流ブラシレスモータ２は図２に示すように、コンバータ回路７により交流電源８から供給される交流が直流に変換され、この直流電源に接続されたインバータ回路９により駆動されるようにされている。インバータ回路９は、３対のトランジスタをそれぞれ直列接続してインバータを構成しており各対のトランジスタの接続点の電圧が直流ブラシレスモータ２の固定子巻線にそれぞれ印加されるように直流ブラシレスモータ２と接続されている。該インバータ回路９は制御回路１０からの回転数指令信号１１に基づいて直流ブラシレスモータ２を指令された回転数で回転するように駆動する。
【００１２】
後段の圧縮機４によって生成された圧縮空気を貯める空気タンク６には空気タンク６内の圧縮空気の圧力値を検出する圧力センサ１２が設けられており、この圧力センサ１２によって検知された空気タンク６内の圧力値が前記制御回路１０に圧力値信号１３として入力されるようにされている。制御回路１０は前記圧力センサ１２から入力した空気タンク６内の圧力値に基づいて空気タンク６内の圧力が上昇中であるか又は空気タンク６内の圧力が降下中であるかを判断するとともに、この判断結果に基づいて前記インバータ回路９へ回転数指令信号１１を出力するようにされている。なお、空気タンク内６の圧力が上昇しているか又は下降しているかの判断は時間的にずらして検知した２つの圧力値の差により判断させている。
【００１３】
図３は前記制御回路１０からインバータ回路９へ回転数指令信号１１を出力する処理を示すフローチャートであり、電源投入直後ではステップ１により予め設定された初期回転数の回転数指令信号１１がインバータ回路９へ出力されて直流ブラシレスモータ２が例えば１６００ｒｐｍ等に設定された初期回転数で起動するようにしている。前述のように空気タンク６内に設置した圧力センサ１２からの圧力値信号１３に基づいて空気タンク６内の圧縮空気圧力が上昇しているかをステップ２において判断させ、空気タンク６内の圧力が上昇中であればステップ３で現在の回転数が下限回転数であるかを判断したうえでステップ４において回転数をダウンさせた回転数指令信号１１をインバータ回路９へ出力するようにさせている。これにより直流ブラシレスモータ２は例えば一定率で回転数が減少して回転される。ステップ４で回転数指令信号１１を出力させた後及びステップ３で現在の回転数が下限回転数であればステップ２の前に戻って処理が続行される。
【００１４】
前記ステップ２において空気タンク６内の圧力の上昇判断の結果が、上昇していないと判断された場合には、ステップ５で現在の回転数が上限回転数であるかを判断したうえでステップ６において回転数をアップさせた回転数指令信号１１をインバータ回路９へ出力するようにさせている。これにより直流ブラシレスモータ２は一定率で回転数が上昇されて回転されより高回転で圧縮機を駆動させて吐出量を大きくさせる。ステップ６で回転数指令信号１１を出力させた後及びステップ５で現在の回転数が上限回転数であればステップ２の前に戻って処理が続行される。
【００１５】
以上のように、本実施例によっては、空気圧縮機１の起動直後の初期充填時には、空気タンク６内の圧力が上昇していることから制御回路１０からインバータ回路９へ回転数をダウンさせた回転数指令信号１１が出力されて回転数が減少され、この処理が複数回繰りかえし行われることにより予め設定されている下限回転数まで回転数がダウンされ、図４のグラフ中のＡに示すように直流ブラシレスモータ２は下限の回転数で駆動されて空気圧縮機１が発生音が小さい静かな運転が行われる。また、圧縮空気の消費量が少ない作業時でも、同グラフ中のＢに示すように圧縮空気の消費量に見合った最低限の回転数で直流ブラシレスモータ２を回転駆動させるように制御するので空気圧縮機の運転音を最小限に抑えることができる。
【００１６】
また、圧縮空気の消費量が多い作業時には、空気タンク６内の圧縮空気が工具の使用により消費されて圧力が降下するので、制御回路１０から回転数アップの回転数指令信号１１がインバータ回路９に出力されて、図４のグラフ中のＣに示すように直流ブラシレスモータ２は予め設定されている上限回転数まで回転数がアップされて駆動されるように制御されるので、圧縮空気の吐出量が増大して空気タンク６内の圧力を工具が使用可能な圧力に長く維持させるように空気圧縮機を運転させることができる。直流ブラシレスモータ２の回転数がアップされて圧縮機４からの吐出量が消費量より大きくなって空気タンク６内の圧力が上昇に変化した時点で、直流ブラシレスモータ２の回転数が再びダウンさせるように制御されるので圧縮空気の消費量に見合った最低限の回転数で直流ブラシレスモータ２を回転駆動させることができる。
【００１７】
上記実施例においては、空気タンク６内の圧縮空気量の増減を空気タンク６に設けた圧力センサ１２により空気タンク６内の圧力値を時間をずらして計測して上昇しているか否かを判断して演算するようにしているが、直流ブラシレスモータ２に流れる電流値が増大しているか又は減少しているのを判断して演算するようにしてもよい。更に、空気タンク６内の圧力値と直流ブラシレスモータ２に供給されている電流値の相関のデータにより判断させたり、又は圧縮機４から吐出されて空気タンク６内に流入する圧縮空気の流量と空気タンク６から工具側へ流出する圧縮空気の流量を計測して両流量値の差により空気タンク６内の圧縮空気量の増減を判断させるようにしてもよい。更に、上記実施例では、インバータ回路９へ出力する回転数指令信号１１の回転数を一定率でアップさせたり又はダウンさせたりして回転数指令信号１１を出力しているが、予め設定されている複数の回転数を順次回転数指令信号１１として出力させるようにしてもよい。
【００１８】
次に図５に示す請求項２の発明の実施例について説明する。図５に示すように、この実施例における直流ブラシレスモータ２は前述の実施例と同様にコンバータ回路７により直流に変換された直流電源に接続されたインバータ回路９により駆動されるようにされており、インバータ回路９は制御回路１０から出力されている回転数指令信号１１が入力されて、この回転数指令信号１１に基づいて直流ブラシレスモータ２を指令された回転数で回転するように制御するようにされている。
【００１９】
前記制御回路１０には、作業者によって選択的に操作されるように切換スイッチ１４が接続されており、この切換スイッチ１４により直流ブラシレスモータ２の回転数を設定して、制御回路１０が切換スイッチ１４の設定を検知してこの設定値に基づいた回転数で直流ブラシレスモータ２を駆動させるようにしている。切換スイッチ１４の複数の接点Ｓ１〜Ｓ３に対応させて例えば、圧縮機３、４を駆動できる最高の回転数である上限回転数と充分に静かな運転ができる下限回転数及びその中間の回転数が予め制御回路１０内で設定されており、制御回路１０では切換スイッチ１４の選択された接点Ｓ１〜Ｓ３を検知して各接点Ｓ１〜Ｓ３毎に設定された回転数に従った回転数指令信号１１をインバータ回路９へ出力するようにされている。図に示す実施例では３接点の切換スイッチが制御回路に接続されており、切換スイッチのＳ１の接点が上限の回転数、Ｓ２接点が中間の回転数、更にＳ３接点が下限の回転数に対応させている。切換スイッチ１４のＣＯＭ接点を各接点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の何れかに接続されることにより当該接点が選択される。
【００２０】
図６は上記実施例による制御回路１０での回転数指令信号１１を出力する演算処理のフローチャートであり、電源投入直後の初期運転ではステップ１により例えば１６００ｒｐｍ等の予め設定された初期回転数の回転数指令信号１１がインバータ回路９へ出力されて直流ブラシレスモータ２が初期回転数で起動するようにしている。ステップ２において切換スイッチ１４のＳ１接点が選択されているかを検知して選択されていればステップ３で上限の回転数をインバータ回路９へ回転数指令信号１１として出力してステップ２の前に戻る。これにより直流ブラシレスモータ２は予め設定されている上限の回転数で回転され、圧縮空気の消費の多い作業時に効率のよい運転が可能となる。
【００２１】
前記ステップ２でＳ１接点の選択が検出されなかったときにはステップ４に進んでＳ２接点が選択されているか否かを検出しＳ２接点が選択されていることが検出されればステップ５で予め設定されている中間の回転数の回転数指令信号１１をインバータ回路９へ出力して直流ブラシレスモータ２を中間の回転数で駆動させる。ステップ４でＳ２接点の選択が検出されなかった場合にはＳ３接点が選択されていると判断してステップ６で予め設定されている下限の回転数を回転数指令信号１１としてインバータ回路９へ出力してステップ２の前に戻る。
【００２２】
以上のように、本実施例によっては、空気圧縮機１の運転環境又は使用条件等によって予め設定されている複数の回転数から任意の回転数を切換スイッチ１４により選択して制御回路１０へ回転数を指令できるので、圧縮空気の消費量が大きい作業時には上限の回転数で直流ブラシレスモータ２を駆動させて高吐出量で運転させることができ、また、騒音が好ましくない環境下では下限の回転数で直流ブラシレスモータ２を駆動させて静かな運伝をさせることが可能である。また、空気圧縮機１を起動させた直後の初期充填時には上限回転数で駆動させて空気タンク６内へ圧縮空気を早く貯めて、この後に下限回転数で直流ブラシレスモータ２を駆動させるように切換スイッチ１４を切り替えて静かな環境で作業をするように任意に切り替えて運転させることが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、空気タンク６内に貯められた圧縮空気量の増減に応じて制御回路１０からインバータ回路９へ直流ブラシレスモータ２の回転数をダウン又はアップさせるように回転数指令信号１１を出力させて直流ブラシレスモータ２の回転数を制御しているので、圧縮空気の消費が少ない作業時には直流ブラシレスモータ２の回転数を減少させて空気圧縮機１を静かに運転させることが可能であり、また、圧縮空気の消費が大きい作業時には直流ブラシレスモータ２の回転数をアップさせて圧縮空気の消費に見合った高吐出量での運転をさせることが可能である。従って、高吐出量が必要な作業や、騒音が好ましくない作業環境での作業を１台の空気圧縮機１で使用することが可能となり使い勝手が向上するとともに、従来のように、作業環境や作業内容によって複数の空気圧縮機を準備する必要が無くなる。
【００２４】
また、請求項２の発明によれば、外部から操作可能な切換スイッチ１４を設置して、この切換スイッチ１４によって選択された任意の回転数を制御回路１０からインバータ回路９へ回転数指令信号１１として出力して直流ブラシレスモータ２を回転駆動させているので、例えばブレーカ容量が不足しており低電流で運転させたい場合とか、夜間の作業等で運転音を抑えて運転させたい場合、又は、圧縮空気の消費量が大きい工具による連続作業等の作業環境や作業内容に応じて切換スイッチ１４により直流ブラシレスモータ２の回転数を設定できるので、これらの作業や作業環境に応じて空気圧縮機１を運転させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ回転数制御装置を実施した圧縮機の斜視図
【図２】本発明のモータ回転数制御装置のブロック図
【図３】本発明のモータ回転数制御装置による直流ブラシレスモータの回転数制御のフローチャート図
【図４】本発明の回転数制御装置により制御される直流ブラシレスモータの回転数と空気タンク内の圧力の関係を示すグラフ図
【図５】請求項２の記載のモータ回転数制御装置のブロック図
【図６】図５と同じモータ回転数制御装置による直流ブラシレスモータの回転数制御のフローチャート図
【符号の説明】
１　空気圧縮機
２　直流ブラシレスモータ
３、４　圧縮機
６　空気タンク
７　コンバータ回路
８　交流電源
９　インバータ回路
１０　制御回路
１１　回転数指令信号
１２　圧力センサ
１３　圧力値信号
１４　切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004100565.tif 000006
【図５】
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【図６】
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