JP2009055719A - エアコンプレッサおよびモータ駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ手段の電流値が目標電流値以上へと上昇することを抑制し、さらに、電流値が目標電流値以下の場合には、モータ手段の回転状態を考慮したモータ手段の駆動制御を行うこと。
【解決手段】 エアコンプレッサは、圧縮空気を生成する圧縮空気生成手段と、圧縮空気生成手段により生成された圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気生成手段を駆動させるためのモータ手段と、モータ手段の駆動量を制御する制御手段５、２０と、モータ手段の駆動に用いられる駆動電流値を検出する電流検出手段２８とを有している。制御手段５、２０は電流検出手段２８によって検出された駆動電流値に基づいてモータ手段の駆動量を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エアコンプレッサおよびモータ駆動制御方法に関し、より詳細には、モータ手段を駆動させて圧縮空気を建築用の駆動工具に供給することが可能なエアコンプレッサおよびモータ手段に対するモータ駆動制御方法に関する。

圧縮空気を利用した釘打機等の駆動工具を建築現場で利用する場合には、駆動工具に対して圧縮空気を供給するエアコンプレッサを設置する必要がある。エアコンプレッサは、モータ部を駆動させることによって圧縮空気生成部で圧縮空気を生成し、生成させた空気をタンク部に貯留することによって、所定圧力の圧縮空気を駆動工具に提供する構造となっている。ここで、エアコンプレッサは、一般的なコンセント（交流電源）用のプラグを備えており、プラグをコンセントに接続することによって、モータ部を駆動させるための駆動電力の供給を受けている（例えば、特許文献１参照）。

一方で、作業現場等で使用される工具であって、コンセントを介して駆動電力の供給を受ける必要がある工具は、エアコンプレッサ以外にも多数存在する。しかしながら、各コンセントには、合計して使用可能な電力量が予め規定されており、使用可能な電流値を超えた場合にはコンセントへの電力供給を一時的に遮断するためのブレーカが通常設けられている。

ブレーカによる電力の遮断が行われると、同一コンセントに接続された全ての駆動工具の動作が停止されてしまうため、作業に支障が生ずる可能性が高い。そのため、使用可能な電流値を確認し、この使用可能な電流値以内に、接続された全ての駆動工具の使用電流値が収まるように注意する必要がある。また、電流値の確認を確実に行うためにも、各駆動装置の使用電流値が、駆動装置毎に予め設定される電流目標量で安定して維持されるように電流制御を行う必要がある。
特開２００６−５４９４１号公報（第３頁〜第４頁、第６図参照）

しかしながら、エアコンプレッサで圧縮空気を生成する処理では、タンク部の圧力状態等によってモータ部の駆動負荷が変化することから、モータ部において使用される電流値も上下するおそれがあるという問題があった。このため、モータ部の駆動負荷状態によっては、電流値が目標電流値を超えてしまうオーバーシュート現象などが発生してしまい、一時的に目標電流値以上の電流値に達してしまうおそれがあった。

一方で目標電流値よりも低い電流値となるように、モータ部の駆動制御を行うと、モータ部において十分な回転数を維持することが難しくなり、目標とする出力特性を得ることが困難になる場合もあり得るという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、モータ手段の電流値が目標電流値以上へ上昇することを抑制し、さらに、電流値が目標電流値以下の場合には、モータ手段の回転状態を考慮したモータ手段の駆動制御を行うことが可能なエアコンプレッサおよびモータ駆動制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るモータ駆動制御方法は、モータ手段の駆動量を制御する制御手段が、前記モータ手段の駆動に用いられる駆動電流値を検出する電流検出手段によって検出された駆動電流値と、前記モータ手段の駆動に要する所望の目標電流値との電流値差に基づいて、前記モータ手段の駆動量を制御することを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動制御方法によれば、制御手段が、電流検出手段によって検出された駆動電流値に基づいてモータ手段の駆動量を制御するので、駆動電流値の増減に応じてモータ手段を制御することができる。特に、制御手段が、電流検出手段により検出された駆動電流値と目標電流値との電流値差とに基づいてモータ手段の駆動量を制御するので、モータ手段の駆動に応じて変動する駆動電流値を目標電流値に近づくように制御することが可能となる。

また、上述したモータ駆動制御方法において、前記制御手段が、前記モータ手段の駆動回転数を検出する回転数検出手段によって検出された駆動回転数と、前記モータ手段の駆動における所望の目標回転数との回転数差に基づいて、前記モータ手段の駆動量を制御するものであってもよい。

このように制御手段が、回転数検出手段により検出された駆動回転数と目標回転数との回転数差に基づいてモータ手段の駆動量を制御することによって、モータ手段の駆動に応じて変動する駆動回転数が目標回転数に近づくように制御を行うことが可能となる。

特に、上述した駆動電流値と目標電流値との電流値差が大きい場合には、回転数差に基づいてモータ手段の駆動制御を行っても、制御されたモータ手段の駆動状態により上昇する駆動電流値が急激に上昇するおそれが少ない。このため、目標電流値と駆動電流値との電流値差が大きい場合には、回転数差に基づいてモータ手段の制御を行うことにより、駆動電流値が目標電流値よりも上昇することを防ぎつつモータ手段の駆動回転数を積極的に制御することができ、モータ手段が性能を十分に発揮し得るように駆動制御を行うことが可能となる。

一方で本発明に係るエアコンプレッサは、圧縮空気を生成する圧縮空気生成手段と、該圧縮空気生成手段により生成された前記圧縮空気を貯留するタンク部と、前記圧縮空気生成手段を駆動させるためのモータ手段と、該モータ手段の駆動量を制御する制御手段と、前記モータ手段の駆動に用いられる駆動電流値を検出する電流検出手段とを有し、前記制御手段は前記電流検出手段によって検出された駆動電流値に基づいて前記モータ手段の駆動量を制御することを特徴とする。

本発明に係るエアコンプレッサによれば、制御手段が、電流検出手段によって検出された駆動電流値に基づいてモータ手段の駆動量を制御するので、駆動電流値の増減に応じてモータ手段を制御することができる。このため、駆動電流値が高い場合にはモータ手段の駆動量を低減させることによって駆動電流値の低減を図ることができ、また駆動電流値が低い場合には、モータ手段の駆動量を増大させることによって駆動電流値の増加を図ることが可能となる。

また、前記制御手段が、前記電流検出手段により検出された駆動電流値に基づいてモータ手段の駆動状態を分類し、分類された駆動状態に基づいて前記駆動量を算出するために用いられる係数を変更するものであってもよい。

このように、検出された駆動電流値に基づいてモータ手段の駆動状態を分類し、分類された駆動状態に基づいて係数を変更することによって、一の駆動状態においては係数を大きくして駆動電流値の増減が大きくなるようにモータ手段の駆動量を算出・決定し、他の駆動状態においては係数を小さくして駆動電流値の増減が小さくなるようにモータ手段の駆動量を算出・決定することができる。このため、検出される駆動電流値に応じて適切に駆動量を変更することができ、モータ手段の駆動制御を駆動電流値に応じて柔軟に調整することが可能となる。

さらに、前記制御手段が、前記モータ手段の駆動に要する所望の目標電流値を基準として、前記電流検出手段により検出された駆動電流値と前記目標電流値との電流値差と、前記係数とに基づいて、前記駆動量を算出するものであってもよい。

このように、制御手段が、上述した係数に加えて、電流検出手段により検出された駆動電流値と目標電流値との電流値差とに基づいて駆動量を算出することによって、電流値差が大きい場合には、モータ手段の駆動量が大きくなって積極的にモータ手段の駆動制御がなされ、電流値差が小さい場合には、モータ手段の駆動量が小さくなってより細かくモータ手段の駆動制御を行うことが可能となる。このため、モータ手段の駆動に応じて変動する駆動電流値を目標電流値に近づくように制御することが可能となり、駆動電流値が目標電流値よりも高い電流値へと変動してしまうオーバーシュート現象を効果的に抑制することが可能となる。

また、上述したエアコンプレッサが、前記モータ手段の駆動回転数を検出する回転数検出手段を有し、前記制御手段が、前記モータ手段の駆動における所望の目標回転数を基準として、前記回転数検出手段により検出された駆動回転数と前記目標回転数との回転数差と、前記係数とに基づいて、前記駆動量を算出するものであってもよい。

このように制御手段が、上述した係数に加えて、回転数検出手段により検出された駆動回転数と目標回転数との回転数差に基づいて駆動量を算出することによって、回転数差が大きい場合には、モータ手段の駆動量が大きくなって積極的にモータ手段の駆動制御がなされ、回転数差が小さい場合には、モータ手段の駆動量が小さくなってより細かくモータ手段の駆動制御を行うことが可能となる。このため、モータ手段の駆動に応じて変動する駆動回転数が目標回転数に近づくように制御することが可能となる。

特に、上述した駆動電流値と目標電流値との電流値差が大きい場合には、回転数差に基づいて駆動量を算出してモータ手段の駆動制御を行っても、制御されたモータ手段の駆動状態により上昇する駆動電流値が急激に上昇するおそれが少ない。このため、目標電流値と駆動電流値との電流値差が大きい場合には、回転数差に基づいてモータ手段の駆動量を算出して制御を行うことにより、駆動電流値が目標電流値よりも上昇することを防ぎつつモータ手段の駆動回転数を積極的に制御することができ、モータ手段が性能を十分に発揮し得るように駆動制御を行うことが可能となる。

本発明に係るモータ駆動制御方法によれば、制御手段が、電流検出手段によって検出された駆動電流値に基づいてモータ手段の駆動量を制御するので、駆動電流値の増減に応じてモータ手段を制御することができる。特に、制御手段が、電流検出手段により検出された駆動電流値と目標電流値との電流値差とに基づいてモータ手段の駆動量を制御するので、モータ手段の駆動に応じて変動する駆動電流値を目標電流値に近づくように制御することが可能となる。

また、本発明に係るエアコンプレッサによれば、電流検出手段によって検出された駆動電流値に基づいて前記モータ手段の駆動量を制御するので、駆動電流値の増減に応じてモータ手段を制御することができる。このため、駆動電流値が所定の電流値（目標電流値）より上昇しないように、駆動電流値に応じてモータ手段を制御することができ、モータ駆動時における急激な電流値上昇等を効果的に抑制することが可能となる。

以下、本発明に係るエアコンプレッサについて、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、エアコンプレッサの概略構成を示したブロック図である。エアコンプレッサ１は、タンク部２と、圧縮空気生成部（圧縮空気生成手段）３と、モータ部（モータ手段）４と、制御回路部（制御手段）５とによって概略構成されている。

タンク部２は、圧縮空気を貯留するための貯留タンク８を有している。貯留タンク８には、圧縮空気生成部３により生成された一定圧力の圧縮空気が蓄えられており、通常３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａ程度の圧力に維持されている。

貯留タンク８には、複数の圧縮空気取出口９が設けられている。本実施の形態においては、高圧の圧縮空気を取り出すための高圧取出口９ａと、常圧の圧縮空気を取り出すための常圧取出口９ｂとが設けられている。各取出口９ａ、９ｂには、それぞれの取出口９ａ、９ｂより得られる圧縮空気を所望の圧力に減圧させるための減圧弁１０ａ、１０ｂが設けられており、高圧取出口９ａでは、減圧弁１０ａによって取り出される圧縮空気の圧力が１．５ＭＰａ〜２．５０ＭＰａ程度に減圧され、常圧取出口９ｂでは、減圧弁１０ｂによって取り出される圧縮空気の圧力が０．７ＭＰａ〜１．５ＭＰａ程度に減圧される。

貯留タンク８内の圧縮空気は、上述したように通常３．５ＭＰａ〜４．３ＭＰａ程度の圧力に維持されるため、高圧取出口９ａから取り出され圧縮空気も常圧取出口９ｂから取り出される圧縮空気も、上述した所望の圧力を減圧弁１０ａ、１０ｂによって維持することが可能となる。また、各取出口９ａ、９ｂには、減圧弁１０ａ、１０ｂにより減圧された圧縮空気を釘打機等の駆動工具に供給するために、エアホース（図示省略）を着脱することが可能となっている。

圧縮空気生成部３は、シリンダ内に設けられるピストンを往復運動させ、シリンダの吸気弁からシリンダ内に引き込まれた空気を圧縮することによって圧縮空気を生成する構造を備えている。圧縮された空気は、連結パイプ１４を介してタンク部２の貯留タンク８へと供給される。

モータ部４は、圧縮空気生成部３のピストンを往復運動させるための駆動力を発生させる役割を有している。モータ部４には、駆動力を発生させるためのステータ１６とロータ１７とが設けられている。ステータ１６には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃが形成されており、これらの巻線１６ａ〜１６ｃに対して電流を流すことによって回転磁界が形成される。

ロータ１７は、永久磁石によって構成されており、ステータ１６の巻線１６ａ、１６ｂ、１６ｃを流れる電流によって形成される回転磁界により、ロータ１７の回転が行われる。また、モータ部４には、ロータ１７の回転を検出するための回転数検出部（回転数検出手段）１８が設けられている。回転数検出部１８には、ホールＩＣが設けられており、このホールＩＣを用いてロータ１７における磁界の変化を検出することによってロータ１７の回転数を検出する。

制御回路部５は、図２に示すように、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro Processing Unit、制御手段）２０と、コンバータ回路２１と、インバータ回路２２とによって概略構成されている。

コンバータ回路２１は、整流回路２４と昇圧回路２５と平滑回路２６とにより概略構成されており、このコンバータ回路２１によっていわゆるＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御が実行される。ここで、ＰＡＭ制御とは、コンバータ回路２１によって出力電圧のパルスの高さを変化させることにより、モータ部４の回転数を制御する方法である。一方で、インバータ回路２２では、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が実行される。ＰＷＭ制御とは、出力電圧のパルス幅を変化させてモータ部４の回転数を制御させる方法である。

ＰＡＭ制御は、ＰＷＭ制御に比べて、モータ部４における低回転時の効率低下が少なく、電圧を上げることによって高回転にも対応することが可能であるという特性を有しているため、高出力時および定常運転時に主として用いられる制御方法である。一方で、ＰＷＭ制御は、起動時や電圧低下時などにおいて主として用いられる制御方法である。マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１の運転状態に応じて、コンバータ回路２１によるＰＡＭ制御とインバータ回路２２によるＰＷＭ制御とを好適に切り替えて制御を実行する。

コンバータ回路２１の整流回路２４および平滑回路２６は、エアコンプレッサ１の駆動源となる交流電源２９を整流・平滑することによって直流電圧に変換する役割を有している。昇圧回路２５の内部には、スイッチング素子２５ａが設けられており、マイクロプロセッサ２０の制御命令に応じて直流電圧の振幅制御を行う役割を有している。昇圧回路２５は、マイクロプロセッサ２０のＰＡＭ命令を受けた昇圧コントローラ２７を介して制御されている。

なお、コンバータ回路２１の整流回路２４と昇圧回路２５との間には、電流検出部（電流検出手段）２８が設けられている。電流検出部２８において検出された電流値は、マイクロプロセッサ２０に出力される構造となっている。

インバータ回路２２は、コンバータ回路２１によって変換された直流電圧のパルスを一定周期で正負変換させるとともに、パルス幅を変換させることによって直流電圧を擬似的な正弦波を備える交流電圧に変換する役割を有している。このパルス幅を調整することによって、上述したようにモータ部４の回転数制御を行うことが可能となる。マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の操作量（制御量）を調整することによってインバータ回路２２の制御を行う。

マイクロプロセッサ２０は、コンバータ回路２１およびインバータ回路２２の駆動制御を行うことによって、タンク部２の圧縮空気の圧力を３．５ＭＰａ〜４．０ＭＰａに安定させるための制御手段である。マイクロプロセッサ２０は、演算処理ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）、ワークメモリ等の一時記憶領域として利用されるＲＡＭ（Random Access Memory）、後述する制御処理プログラム（図４参照、本発明に係るモータ駆動制御方法を示すプログラム）や、駆動電流値毎に分類される領域情報（図３（ａ）参照）や、操作量の算出方法情報（図３（ｂ）参照）等が記録されるＲＯＭ（Read Only Memory）等の機能が、１チップのＬＳＩにより実現されたものである。

マイクロプロセッサ２０には、回転数検出部１８によって検出されたモータ部４（より詳細にはロータ１７）の回転数情報（駆動回転数の情報）が入力されると共に、電流検出部２８で検出された電流値情報（駆動電流値の情報）が入力される。一方でマイクロプロセッサ２０は、制御情報（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）をコンバータ回路２１およびインバータ回路２２に対して出力することが可能な構成となっている。コンバータ回路２１およびインバータ回路２２では、マイクロプロセッサ２０によって出力された制御情報に基づいて、モータ部４の駆動制御を実行する。

マイクロプロセッサ２０は、昇圧コントローラ２７にＰＡＭ命令を出力することによって、昇圧コントローラ２７を介して昇圧回路２５のスイッチング素子２５ａを制御して、コンバータ回路２１の駆動制御を行う。また、同様に、マイクロプロセッサ２０は、インバータ回路２２に対してＰＷＭ命令を出力することによってインバータ回路２２の制御を行う。

但し、上述したように、ＰＡＭ制御は高出力時および定常運転時に主として用いられる制御方法であり、ＰＷＭ制御は、起動時や電圧低下時などにおいて主として用いられる制御方法である。このため、マイクロプロセッサ２０は、エアコンプレッサ１の起動時には、インバータ回路２２のｄｕｔｙ値を２０％から１００％へと徐々に増加させることによって円滑にエアコンプレッサ１（モータ部４）の駆動状態を立ち上げる制御を行い、インバータ回路２２の出力電圧が所定電圧値（例えば２００Ｖ）に到達するか、またはモータ部４の回転数が所定回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）に到達した場合に、ＰＷＭ制御のｄｕｔｙ値を１００％に固定した状態で、ＰＡＭ命令をコンバータ回路２１に出力してＰＡＭ制御によるモータ部４の駆動制御を行う。

マイクロプロセッサ２０では、ＰＡＭ制御またはＰＷＭ制御を行う場合、電流検出部２８により検出される駆動電流値と、回転数検出部１８により検出されるモータ部４の駆動回転数とに基づいて、コンバータ回路２１およびインバータ回路２２の操作量を決定する。

図３（ａ）は、目標電流値とこの目標電流値を基準として領域分けされた領域Ａ〜Ｄを示した図である。ここで、目標電流値とは、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１を通常使用した状態において使用され得る設計上の駆動電流値を示している。例えば、目標電流値が１４．５Ａであった場合、エアコンプレッサを通常使用する場合には、駆動電力が１４．５Ａ程度に維持される。使用者は、各駆動工具の目標電流値に基づいて、コンセントに接続させる各駆動工具の合計電力量が、コンセントの許容電力量の範囲内に収まるよう考慮して、コンセントに駆動工具を接続する。

しかしながら、駆動電力量は、駆動工具の駆動負担状態等によって値が変動する場合があるため、例えば、駆動工具の駆動電力量の一時的な上昇に伴って、コンセントの許容電力量を超えてしまう場合もあり得る。このような場合には、コンセントに対して多大な負荷が加えられてしまうおそれがあるため、コンセントの許容電力量を超えて多くの電力消費が行われた場合に電力の供給を意図的に遮断するブレーカが、一般的に設けられている。

このため、エアコンプレッサ１の駆動制御を行う場合には、駆動電流値が目標電流値である１４．５Ａ以下となるように駆動制御することが好ましい。一方で、駆動電流値が目標電流値を超えないように、常に低めの駆動電流値でモータ部４の駆動制御を行うと、モータ部４において所望の駆動特性を得ることが難しくなってしまい、モータ部４の能力を十分に発揮することができない場合があり得るという問題があった。

そこで、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、図３（ａ）に示すように、電流検出部２８により検出される駆動電流値に基づいて、モータ部４の駆動状態を領域Ａ（回転数制御モード）、領域Ｂ（電流＋回転数制御モード）、領域Ｃ（電流微調整モード）、領域Ｄ（電流低減モード）の４つの領域に分類し、マイクロプロセッサ２０が一定時間毎に、どの領域にモータ部４の駆動状態が該当するかを判断している。そして、マイクロプロセッサ２０では、判断された駆動状態に基づいて、図３（ｂ）に示す一覧表の計算式に従った操作量（駆動量）を算出して、コンバータ回路２１およびインバータ回路２２に操作命令（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）を出力する処理を実行している。

具体的なマイクロプロセッサ２０の制御処理（モータ駆動制御方法）を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

マイクロプロセッサ２０は、一定間隔毎に電流検出部２８より駆動電流値を検出し（ステップＳ１００）、続けて、回転数検出部１８よりモータの駆動回転数を検出する（ステップＳ１１０）。続いて、マイクロプロセッサ２０は、検出された駆動電流値が１３Ａ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２０）。

検出された駆動電流値が１３Ａ以下である場合（ステップＳ１２０においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の駆動状態が領域Ａに該当すると判断し、図３（ｂ）に示す領域Ａの計算式に基づいて操作量を算出する（ステップＳ１３０）。この計算式において、目標回転数とは、貯留タンク８内の圧力値を一定の圧力値（例えば、３．５ＭＰａ〜４．０ＭＰａ）に維持するために必要とされるモータ部４の回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）を意味しており、駆動回転数とは、回転数検出部１８において検出されたモータ部４の回転数を意味している。

また、ゲインとは、操作量（駆動量）を算出するために用いられる係数であって、領域Ａ〜領域Ｄ毎に異なるゲインが予め設定されている。例えば、モータ部４の目標回転数と駆動回転数との回転数差に基づいて制御量を算出する領域ＡのゲインＧａ１と領域ＢのゲインＧａ２との関係は、「Ｇａ１＞Ｇａ２」で規定されている。

領域ＡのゲインＧａ１の方が領域２のゲインよりも大きい値となるのは、領域Ａにおける駆動電流値は１３Ａ以下となるため、モータ部４の操作量を値の大きいゲインＧａ１を用いて大きく増加させても、駆動電流値が目標電流値を大きく超えて上昇するおそれが少ないためである。一方で、領域Ｂの場合では、電流検出部２８で検出された駆動電流値と目標電流値との電流値差が少ないため、ゲインＧａ２を大きな値に設定してモータ部４の操作量を大きく増加させると、駆動電流値が目標電流値を超えてしまうおそれが生じる。このため、ゲインＧａ２の値は、領域ＡのゲインＧａ１よりも小さな値に設定されている。

マイクロプロセッサ２０は、目標回転数と回転数検出部１８により検出された駆動回転数との回転数差に対して、ゲインＧａ１を積算することによって操作量を算出する。領域Ａにおいては、目標電流値と駆動電流値との電流値差が大きいため、電流値差に基づくモータ部４の制御処理（電流値差に基づく操作量の算出処理）よりも、モータ部４の機能が十分に発揮され得ることを優先して回転数差に基づくモータ部４の制御処理（回転数差に基づく操作量の算出処理）を行っている。

領域Ａにおける操作量を算出（ステップＳ１３０）した後、マイクロプロセッサ２０は、算出された操作量に基づいて制御命令（ＰＡＭ命令またはＰＷＭ命令）をコンバータ回路２１またはインバータ回路２２に出力（ステップＳ１４０）する。

ＰＡＭ命令を受けたコンバータ回路２１、またはＰＷＭ命令を受けたインバータ回路２２では、受信した制御命令（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）に従い、ステップＳ１３０で算出された操作量に基づいてモータ部４を回転駆動させる。なお、エアコンプレッサ１の起動運転時には、上述したようにインバータ回路２２によるＰＷＭ制御が行われる場合が多く、エアコンプレッサ１の駆動が定常運転状態にあるときには、コンバータ回路２１によるＰＡＭ制御が行われる場合が多い。

なお、マイクロプロセッサ２０が、コンバータ回路２１に対してＰＡＭ命令を出力した場合には、昇圧コントローラ２７によって昇圧回路２５のスイッチング素子２５ａの制御が行われる。ここで、昇圧コントローラ２７が、ＰＡＭ命令の出力値の内容（操作量）を電圧値の値によって判断する構造である場合には、マイクロプロセッサ２０によって出力される電圧値の値に応じて、ＰＡＭ命令の操作量情報が伝達される。例えば、マイクロプロセッサ２０から昇圧コントローラ２７に対して５ＶのＰＡＭ命令を送出することが可能な場合には、出力する電圧のｄｕｔｙが３５％の場合、つまり５Ｖ×０．３５＝１．７５Ｖを基準として操作量が伝達される。昇圧コントローラ２７では、伝達されたＰＡＭ命令の電圧値に基づいて、電圧値のｄｕｔｙが３５％より上の値（電圧値が１．７５Ｖよりも大きい電圧値である場合）には、スイッチング素子２５ａを制御してモータ部４へ供給される電力の電圧値を増加させ、電圧値のｄｕｔｙが３５％より下の値（電圧値が１．７５Ｖよりも小さい電圧値である場合）には、モータ部４へ供給される電圧値を減少させる。このように、昇圧コントローラ２７では、電圧値の大小に応じてスイッチング素子２５ａを制御して電圧の昇圧処理を行い、モータ部４の駆動制御を行う。

その後、マイクロプロセッサ２０は、一定時間毎に、図４に示す処理を繰り返し実行する。

一方で、検出された電流値が１３Ａ以下でない場合（ステップＳ１２０においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２０は、検出された駆動電流値が１４Ａ以下であって、さらに、モータ部４の目標回転数と回転数検出部１８により検出された駆動回転数との回転数差が±５０ｒｐｍ以外（−５０ｒｐｍ〜＋５０ｒｐｍに含まれない）であるかどうかを判断する（ステップＳ１５０）。検出された駆動電流値が１４Ａ以下であって、さらに、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以外の場合（ステップＳ１５０においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の駆動状態が領域Ｂに該当すると判断し、図３（ｂ）に示す領域Ｂであって、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以外の場合に用いる計算式に基づいて操作量を算出する（ステップＳ１６０）。

電流値が１３Ａより大きくて１４Ａ以下であり、さらに、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以外の場合、マイクロプロセッサ２０は、回転数の上昇処理を迅速に行うために、目標回転数と回転数検出部１８により検出された駆動回転数との回転数差に基づいて操作量を算出する。但し、上述したように、ゲインＧａ２の値は、領域ＡのゲインＧａ１よりも小さい値となるので、回転数差が領域Ａの場合と同数であっても、算出される操作量は領域Ａの場合に比べて小さな値となる。

領域Ｂにおける操作量を算出（ステップＳ１６０）した後、マイクロプロセッサ２０は、算出された操作量に基づいて制御命令（ＰＡＭ命令またはＰＷＭ命令）をコンバータ回路２１またはインバータ回路２２に出力する（ステップＳ１４０）。制御命令を受けたコンバータ回路２１またはインバータ回路２２では、受信した制御命令（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）に従い、ステップＳ１６０で算出された操作量に基づいてモータ部４を回転駆動させる。その後、マイクロプロセッサ２０は、一定時間毎に、図４に示す処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１５０の処理において、「検出された電流値が１４Ａ以下であって、さらに、モータ部の目標回転数と回転数検出部１８により検出された駆動回転数との差が±５０ｒｐｍ以外」との条件を満たさない場合（ステップＳ１５０においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２０は、検出された電流値が１４Ａ以下であって、さらに、モータ部４の目標回転数と回転数検出部１８により検出された駆動回転数との差が±５０ｒｐｍ以内であるかどうかを判断する（ステップＳ１７０）。

検出された電流値が１４Ａ以下であって、さらに、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以内である場合（ステップＳ１７０においてＹｅｓの場合）、マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の駆動状態が領域Ｂに該当すると判断し、図３（ｂ）に示す領域Ｂであって、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以内である場合に用いる計算式に基づいて、操作量を算出する（ステップＳ１８０）。

なお、領域Ｂであってモータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以内である場合には、図３（ｂ）に示すように、目標電流値と電流検出部２８により検出された駆動電流値との電流値差に基づいて操作量を算出する。

本実施の形態では、上述したように１４．５Ａを目標電流値として設定しているが、予め目標電流値を設定した場合であっても、貯留タンク８内の圧縮空気の圧力が高い場合等のようにモータ部４の駆動に際して通常よりも重い駆動負荷が課される場合には、エアコンプレッサ１の駆動時の電流値が目標電流値を超えてしまうおそれがある。そこで、マイクロプロセッサ２０は、電流値が１４Ａ以下であって、さらに、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以内である場合に、上述したステップＳ１６０の操作量算出処理とは異なり、目標電流値と電流検出部２８において検出された駆動電流値との電流差にゲインＧｂ１を積算することによって操作量を算出する。

なお、電流値差に基づいて操作量を算出する際に用いられるゲインも、領域毎に予め設定される値である。例えば、図３（ｂ）に示すように、領域ＣにおけるゲインはゲインＧｂ２と規定され、領域ＤにおけるゲインはゲインＧｂ３と規定されている。

なお、領域ＢのゲインＧｂ１と、領域ＣのゲインＧｂ２と、領域ＤのゲインＧｂ３との関係は、「Ｇｂ３＞Ｇｂ１＞Ｇｂ２」で規定されている。領域ＣのゲインＧｂ２が一番小さい値を示すのは、領域Ｃ内に目標電流値が位置しており、この領域Ｃ内における操作量調整は、微量な調整であることが好ましいため、他の領域のゲイン（Ｇｂ１、Ｇｂ３）よりも小さな値に設定されている。一方で領域Ｄでは、駆動電流値が目標電流値よりも大きな電流値となるため、速やかに駆動電流値の低減を図るためにゲインＧｂ３の値が他のゲイン（Ｇｂ１、Ｇｂ２）よりも大きな値に設定されている。

領域Ｂにおける操作量を算出（ステップＳ１８０）した後、マイクロプロセッサ２０は、算出された操作量に基づいて制御命令（ＰＡＭ命令またはＰＷＭ命令）をコンバータ回路２１またはインバータ回路２２に出力する（ステップＳ１４０）。制御命令を受けたコンバータ回路２１またはインバータ回路２２では、受信した制御命令（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）に従い、ステップＳ１８０で算出された操作量に基づいてモータ部４を回転駆動させる。その後、マイクロプロセッサ２０は、一定時間毎に、図４に示す処理を繰り返し実行する。

また、検出された電流値が１４Ａ以下でない場合（ステップＳ１５０およびステップＳ１７０においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２０は、検出された駆動電流値が１４Ａより大きな値であって、さらに１５Ａ以下であるかどうかを判断する（ステップＳ１９０）。検出された電流値が１４Ａよりも大きく、かつ１５Ａ以下の場合、マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の駆動状態が領域Ｃに該当すると判断し、図３（ｂ）に示す領域Ｃの計算式に基づいて操作量を算出する（ステップＳ２００）。領域Ｃの計算式により算出される操作量は、上述したようにゲインＧｂ２が小さい値であるため、算出される操作量が小さな値となる。

そして、領域Ｃにおける操作量を算出（ステップＳ２００）した後、マイクロプロセッサ２０は、算出された操作量に基づいて制御命令（ＰＡＭ命令またはＰＷＭ命令）をコンバータ回路２１またはインバータ回路２２に出力する（ステップＳ１４０）。制御命令を受けたコンバータ回路２１またはインバータ回路２２では、受信した制御命令（ＰＡＭ命令、ＰＷＭ命令）に従い、ステップＳ２００で算出された操作量に基づいてモータ部４を回転駆動させる。

領域Ｃにおける操作量は小さな値であるため、この操作量によって変動する駆動電流値が電流検出部２８によって検出された場合であっても、直前に検出された駆動電流値に比べて少しだけ電流値が変動することとなる。このため、結果としてモータ部４の駆動電流値の微調整を行うことが可能になるとともに、安定的に駆動電流値を目標電流値に近づけることが可能となる。その後、マイクロプロセッサ２０は、一定時間毎に、図４に示す処理を繰り返し実行する。

一方で、検出された駆動電流値が１４Ａより大きな値でなく、かつ、１５Ａ以下でない場合（ステップＳ１９０においてＮｏの場合）、マイクロプロセッサ２０は、検出された電流値が１５Ａよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２１０）。検出された電流値が１５Ａより大きい場合、マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の駆動状態が領域Ｄに該当すると判断し、図３（ｂ）に示す領域Ｄの計算式に基づいて操作量を算出する（ステップＳ２２０）。領域Ｄの計算式により算出される操作量は、上述したようにゲインＧｂ３がゲインＧｂ１、ゲインＧｂ２よりも大きな値に設定されるため、算出される操作量の絶対値が大きな値となる。また、図３（ａ）より明らかなように、領域Ｄでは目標電流値よりも駆動電流値の方が大きい値になるため、（目標電流値−駆動電流値）によって算出される値は負の数となり、操作量も負の値となる。

そのため、領域Ｄにおいて算出される操作量は、他の領域Ｂ、領域Ｃで算出された電流値差に基づいて算出された操作量よりも大きな値となり、操作量が低減される方向で操作量が算出される。従って、領域Ｄにおいて算出された操作量に基づいて、マイクロプロセッサ２０が制御命令（ＰＡＭ命令またはＰＷＭ命令）をコンバータ回路２１またはインバータ回路２２に出力（ステップＳ１４０）することによって、制御命令を受けたコンバータ回路２１またはインバータ回路２２では、モータ部４の駆動量を低減させる制御を行う。このようにしてモータ部４の駆動量が低減されることによって、上昇した駆動電流値を目標電流値に近づくように減少させることができる。その後、マイクロプロセッサ２０は、一定時間毎に、図４に示す処理を繰り返し実行する。

一方で、電流値が１５Ａより大きい場合（ステップＳ２１０においてＮｏの場合）には、電流検出部２８において検出された電流値が異常であると判断される。この場合、マイクロプロセッサ２０は、モータ部４の駆動を停止させ、必要に応じて音や警告ランプなどを用いたエラー報知（エラー処理）を実行する（ステップＳ２３０）。

このように、本発明に係るエアコンプレッサ１では、制御回路部５のマイクロプロセッサ２０が、電流検出部２８により検出された駆動電流値に基づいてモータ部４の操作量を制御するので、駆動電流値が目標電流値に近づくようにモータ部４の駆動操作を行うことが可能となる。

特に、本実施の形態では、検出された電流値が所定電流値以下等である場合などの一定の条件を満たす場合（本実施の形態では、（１）検出された電流値が１３Ａ以下の場合、および、（２）検出された電流値が１４Ａ以下であって、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以外の場合）には、モータ部４の駆動回転数を目標回転数に近づくように補正することを優先して、モータ部４の回転数差に基づく操作量の算出を行うので、電流値差に基づいて操作量を算出する場合よりも、より迅速かつ効果的にモータ部４の回転数を目標回転数に近づけることができる。

一方で、検出された駆動電流値が所定の電流値以上等である場合などの一定の条件を満たす場合（本実施の形態では、（１）検出された電流値が１４Ａ以上の場合、および、（２）検出された電流値が１３Ａより大きく１４Ａ以下であって、モータ部４の回転数差が±５０ｒｐｍ以内の場合）には、上述とは異なり、検出された駆動電流値を目標電流値に近づけるように補正を行うことによって操作量の算出を行うので、モータ部４の回転数差に基づいて操作量を算出する場合よりも細かい調整を行うことができ、電流値を最優先としたモータ部４の駆動量制御を行うことが可能となる。

さらに、本実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、モータ部４の回転数差に基づく操作量の算出を行う場合に、検出された電流値が１３Ａ以下の場合に操作量の算出に用いるゲインＧａ１の値を、検出された電流値が１３Ａよりも大きい場合に操作量の算出に用いるゲインＧａ２の値よりも大きな値に設定している。このため、検出された電流値が目標電流値である１４．５Ａよりも比較的低い電流値（１３Ａ以下）の場合には、積極的にモータ部４の駆動制御を行うことができ、また、検出された電流値が、目標電流値に比較的近い電流値（１３Ａより大きい電流値）の場合には、モータ部４の操作量を低減させることによって、細かくモータ部４の駆動制御を行うことができる。

また同様に、電流値差に基づく操作量の算出を行う場合には、検出された電流値が１３Ａよりも大きく、かつ１４Ａ以下の場合に操作量の算出に用いるゲインＧｂ１の値を、検出された電流値が１４Ａよりも大きく、かつ１５Ａ以下の場合に操作量の算出に用いるゲインＧｂ２の値よりも大きな値に設定することによって、検出された駆動電流値と目標電流値との電流値差が比較的大きい場合（検出された電流値が１３Ａよりも大きく、かつ１４Ａ以下の場合）に積極的にモータ部４の駆動制御を行うことができる。また、検出された電流値が、目標電流値である１４．５Ａに比較的近い電流値の場合（電流値が１４Ａよりも大きく、かつ１５Ａ以下の場合）には、モータ部４の操作量を低減させることによって、細かくモータ部４の駆動制御を行うことができる。

さらに、検出された電流値が１５Ａよりも大きい場合に操作量の算出に用いるゲインＧｂ３の値を、ゲインＧｂ１、ゲインＧｂ２よりも大きな値とすることによって、算出される操作量の値が大きな値となり、検出される駆動電流値が目標電流値へと低減されるようにモータ部４の駆動量を制御することが可能となる。

以上説明したように、本発明に係るエアコンプレッサ１では、目標電流値に達するまで駆動電流値に余裕がある場合には、積極的に回転数差に基づいてモータ部４の駆動制御を行うことによって、モータ部４の性能を発揮し得るように駆動制御を積極的に行うことができる。また、駆動電流値が目標電流値に近い値を示す場合には、電流値差に基づいてモータ部４の駆動制御を行うことによって、モータ部４の駆動に伴って駆動電流値が目標電流値を超えないことを最優先とした制御を行うことができる。さらに、駆動電流値が目標電流値を超えてしまった場合には、駆動電流値が目標電流値よりも低い値となるように、モータ部４の駆動制御を行うことによって、駆動電流値が目標電流値まで低減するように積極的な制御を行うことが可能である。

以上、本発明に係るエアコンプレッサおよびモータ駆動制御方法について、図面を用いて詳細に説明を行ったが、本発明に係るエアコンプレッサおよびモータ駆動制御方法は、上述したものに限定されるものではない。いわゆる当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。

例えば、上述した実施の形態に係るエアコンプレッサ１では、マイクロプロセッサ２０が、駆動電流値に基づいて領域Ａ〜領域Ｄの４つの領域にモータ部４の駆動状態を区分けする場合について説明したが、マイクロプロセッサ２０による領域分けは、上述した４つの領域に限定されるものではない。例えば、マイクロプロセッサ２０が、領域を３領域以下に分ける構成であっても、５領域以上に分ける構成であってもよい。

また、上述した実施の形態では、検出された電流値が１３Ａ以下の場合を領域Ａ、１３Ａより大きく１４Ａ以下の場合を領域Ｂ、１４Ａより大きく１５Ａ以下を領域Ｃ、１５Ａより大きい場合を領域Ｄとして領域分けを行ったが、領域分けの基準となる電流値はこれらの値に限定されるものではなく、モータ部４の性能や特性に応じて適宜変更することが可能である。

さらに、領域Ｂにおいて、モータ部４の目標回転数と駆動回転数との差が±５０ｒｐｍ以内の場合と±５０ｒｐｍ以外の場合とで、異なる操作量の算出方法を用いる場合について説明を行ったが、駆動回転数の差は必ずしも±５０ｒｐｍに限定されるものではなく、±５０ｒｐｍ以外の回転数差を基準として算出方法を変更する構成であってもよい。

また、上述した本実施の形態では、本発明に係るモータ駆動制御方法を、エアコンプレッサ１に用いる場合について説明を行ったが、本発明に係るモータ駆動制御方法は、必ずしもエアコンプレッサ１のモータ部４の駆動制御だけには限定されず、他の製品におけるモータ手段の駆動制御にも用いることが可能である。

実施の形態に係るエアコンプレッサの概略構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るエアコンプレッサの制御回路部を示すブロック図である。 （ａ）は、検出された駆動電流値に基づいて区分けされる領域Ａ〜領域Ｄを示した図であり、（ｂ）は、領域Ａ〜領域Ｄに基づいて算出される操作量の計算式の一覧を示している。 実施の形態に係るマイクロプロセッサの処理内容（モータ駆動制御方法）を示したフローチャートである。

符号の説明

１ …エアコンプレッサ
２ …タンク部
３ …圧縮空気生成部（圧縮空気生成手段）
４ …モータ部（モータ手段）
５ …制御回路部（制御手段）
８ …（タンク部の）貯留タンク
９ …圧縮空気取出口
９ａ …（圧縮空気取出口の）高圧取出口
９ｂ …（圧縮空気取出口の）常圧取出口
１０ａ、１０ｂ …減圧弁
１４ …連結パイプ
１６ …（モータ部の）ステータ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ …（ステータの）巻線
１７ …ロータ
１８ …（モータ部の）回転数検出部（回転数検出手段）
２０ …マイクロプロセッサ（制御手段）
２１ …コンバータ回路
２２ …インバータ回路
２４ …（コンバータ回路の）整流回路
２５ …（コンバータ回路の）昇圧回路
２５ａ …（昇圧回路の）スイッチング素子
２６ …（コンバータ回路の）平滑回路
２７ …昇圧コントローラ
２８ …電流検出部（電流検出手段）
２９ …交流電源

Claims (6)

1. モータ手段の駆動量を制御する制御手段が、
   前記モータ手段の駆動に用いられる駆動電流値を検出する電流検出手段によって検出された駆動電流値と、前記モータ手段の駆動に要する所望の目標電流値との電流値差に基づいて、前記モータ手段の駆動量を制御すること
   を特徴とするモータ駆動制御方法。
2. 前記制御手段は、
   前記モータ手段の駆動回転数を検出する回転数検出手段によって検出された駆動回転数と、前記モータ手段の駆動における所望の目標回転数との回転数差に基づいて、前記モータ手段の駆動量を制御すること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御方法。
3. 圧縮空気を生成する圧縮空気生成手段と、
   該圧縮空気生成手段により生成された前記圧縮空気を貯留するタンク部と、
   前記圧縮空気生成手段を駆動させるためのモータ手段と、
   該モータ手段の駆動量を制御する制御手段と
   前記モータ手段の駆動に用いられる駆動電流値を検出する電流検出手段と、
   を有し、
   前記制御手段は前記電流検出手段によって検出された駆動電流値に基づいて前記モータ手段の駆動量を制御すること
   を特徴とするエアコンプレッサ。
4. 前記制御手段は、前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて前記モータ手段の駆動状態を分類し、分類された駆動状態に基づいて前記駆動量を算出するために用いられる係数を変更すること
   を特徴とする請求項３に記載のエアコンプレッサ。
5. 前記制御手段は、前記モータ手段の駆動に要する所望の目標電流値を基準として、前記電流検出手段により検出された駆動電流値と前記目標電流値との電流値差と、前記係数とに基づいて、前記駆動量を算出すること
   を特徴とする請求項４に記載のエアコンプレッサ。
6. 前記モータ手段の駆動回転数を検出する回転数検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記モータ手段の駆動における所望の目標回転数を基準として、前記回転数検出手段により検出された駆動回転数と前記目標回転数との回転数差と、前記係数とに基づいて、前記駆動量を算出すること
   を特徴とする請求項４に記載のエアコンプレッサ。

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