JP5822745B2 - 気体圧縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気、窒素等の気体を圧縮するのに用いて好適な気体圧縮装置に関する。

一般に、気体圧縮装置として、例えば気体を吸込んで圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体を駆動する電動モータと、圧縮機本体により生成された圧縮気体を貯留するタンクとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このような従来技術による気体圧縮装置では、電動モータに対する供給電力等を制御するために、例えばインバータ等からなる制御装置を備えている。この制御装置は、タンクの圧力が所定の下限圧力値以下となったときに電動モータへの電力供給をオンにし、所定の上限圧力値以上となったときに電動モータへの電力供給をオフにする。

また、制御装置は、電源電圧が低下した場合に、通常に比べて多くの電流を電動モータに供給する。このとき、例えばブレーカの容量等によって制限された電流の最大値に達すると、制御装置は、電流が所定の値以下に収まるように電動モータの回転数を低下させる。それでも電圧が低下し続けて予め設定された所定の値以下になった場合には、制御装置は、電動モータへの電力供給を停止していた。

特開平１−２４０７８１号公報 特開２００６−２８８０５３号公報

ところで、従来技術による気体圧縮装置では、圧縮機本体の負荷が大きい場合には、圧縮機本体の継続的な運転に必要な電力が供給できず、電動モータがロックしてしまう場合があった。また、電源電圧の変動、圧縮機本体を再起動させるときのタンク内の圧力、同一電源に接続された他の電気機器の稼動状況等の原因によっても、圧縮機本体の再起動に必要な電力が不足することがある。この場合、電動モータがロックしたり、脱調したりすることによって、異音が発生する等の問題があった。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、意図しない停止を未然に抑止することが可能な気体圧縮装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、気体を吸込んで圧縮する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する電動モータと、該電動モータの電源電圧を検出する電圧検出手段と、前記圧縮機本体により生成された圧縮気体を貯留するタンクと、該タンクの圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力が所定の下限圧力値以下となったときに前記電動モータへの電力供給をオンにし、所定の上限圧力値以上となったときに前記電動モータへの電力供給をオフにする制御手段とからなる気体圧縮装置において、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧値に応じて、前記上限圧力値および前記下限圧力値のうち少なくともいずれか一方を変更し、前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧が低下傾向となった低電圧状態にある場合、前記下限圧力値を上昇させることを特徴としている。

本発明によれば、電源の使用状況に応じて起動や運転の状態を適切に制御でき、意図しない停止を未然に抑止することができる。

本発明の第１ないし第３の実施の形態による空気圧縮装置を示す構成図である。 第１の実施の形態による圧力開閉制御を示す流れ図である。 比較例による空気圧縮装置を用いた場合において、タンク内の圧力と電源電圧の時間変化を示す特性線図である。 第１の実施の形態による空気圧縮装置を用いた場合において、タンク内の圧力と電源電圧の時間変化を示す特性線図である。 第２の実施の形態による圧力開閉制御を示す流れ図である。 電源電圧の時間変化と電源電圧のヒストグラムを示す説明図である。 第２の実施の形態による空気圧縮装置を用いた場合において、タンク内の圧力と電源電圧の時間変化を示す特性線図である。 第３の実施の形態による圧力開閉制御を示す流れ図である。 比較例による空気圧縮装置を用いた場合において、タンク内の圧力と電源電圧の時間変化を示す特性線図である。 第３の実施の形態による空気圧縮装置を用いた場合において、タンク内の圧力と電源電圧の時間変化を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態による気体圧縮装置として、空気圧縮装置を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１および図２は第１の実施の形態を示している。図１において、空気圧縮装置１は、駆動手段としての電動モータ２と、電動モータ２によって駆動される圧縮機本体３とを備える。

ここで、電動モータ２は、例えばインバータ制御式のＤＣＢＬ（ＤＣ Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ）モータ等によって構成される。そして、電動モータ２は、後述の制御装置１０を介して電源ＰＳに接続される。これにより、電動モータ２は、制御装置１０によって回転速度等が制御され、圧縮機本体３を駆動する。なお、電動モータ２は、ＤＣＢＬモータに限らず、例えば三相誘導電動機等でもよい。

また、圧縮機本体３は、例えばレシプロ型、スクリュウ型、スクロール型等の各種の圧縮機構によって構成されている。この圧縮機本体３は、外部から吸込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成すると共に、この圧縮空気をタンク５に向けて吐出する。

回転センサ４は、電動モータ２の回転角度を検出する回転角度検出器を構成する。この回転センサ４は、例えばホール素子等からなり、電動モータ２の出力軸と一緒に回転するマグネットの磁束を検出し、検出信号をＣＰＵ１５に出力する。これにより、ＣＰＵ１５は、回転センサ４からの検出信号に基づいて、電動モータ２の回転角度を検出する。

タンク５は、圧縮機本体３の吐出側に接続され、圧縮機本体３から吐出された圧縮空気を貯留する。このタンク５には、逆止弁６および絞り弁７を備えた出力配管８が取付けられる。これにより、タンク５は、出力配管８を介して外部の空圧機器（図示せず）に接続されると共に、絞り弁７を開弁することによって空圧機器に向けて圧縮空気を供給する。

また、タンク５には、圧力センサ９が取付けられている。この圧力センサ９は、タンク５の圧力を検出する圧力検出手段を構成する。圧力センサ９は、タンク５内の圧縮空気の圧力Ｐを検出し、圧力Ｐに応じた検出信号を出力する。

制御装置１０は、圧力センサ９により検出された圧力Ｐが所定の下限圧力値Ｐmin以下となったときに電動モータ２への電力供給をオンにし、所定の上限圧力値Ｐmax以上となったときに電動モータ２への電力供給をオフにする制御手段を構成する。この制御装置１０は、例えば単相１００Ｖの交流電圧が供給される電源ＰＳと、電動モータ２との間に接続される。そして、制御装置１０は、後述の整流器１１、インバータ回路１２、電流検出回路１３、電圧検出回路１４、演算処理装置１５（以下、ＣＰＵ１５という）等によって構成される。

整流器１１は、例えば複数個のダイオード等によりブリッジ回路として形成される。この整流器１１は、電源スイッチ（図示せず）等を介して電源ＰＳに接続され、電源ＰＳの単相交流電圧を全波整流する。そして、この整流された電圧は、コンデンサからなる平滑回路（図示せず）等によって平滑化され、インバータ回路１２に直流電圧として出力される。なお、整流器１１は、全波整流回路に限らず、半波整流回路等を用いる構成としてもよい。

インバータ回路１２は、電動モータ２を駆動する駆動回路を構成する。このインバータ回路１２は、例えば６個のパワートランジスタ等からなり、整流器１１の出力側に平滑回路を介して接続される。そして、インバータ回路１２は、整流器１１等から直流電圧が入力されると、この直流電圧をＣＰＵ１５の制御信号に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ制御）し、電動モータ２に出力する。なお、整流器１１とインバータ回路１２を直接接続し、整流器１１によって整流した電力を直接的にインバータ回路１２に供給するものとしたが、整流器１１とインバータ回路１２との間に力率改善回路や昇圧回路を接続して設ける構成としてもよい。

電流検出回路１３は、整流器１１の出力側に位置して、例えば整流器１１とインバータ回路１２との間を接続する一対の直流電力線のうちいずれか一方に接続して設けられる。そして、電流検出回路１３は、インバータ回路１２が駆動して、電源ＰＳから電動モータ２に電力が供給されると、直流電力線に流れる電流を、電動モータ２に供給する駆動電流Ｉとして検出し、ＣＰＵ１５に検出信号を出力する。

電圧検出回路１４は、電動モータ２の電源電圧Ｖを検出する電圧検出手段を構成する。この電圧検出回路１４は、例えば整流器１１とインバータ回路１２との間を接続する一対の直流電力線のうちプラス側の直流電力線に接続して設けられる。そして、電圧検出回路１４は、一対の直流電力線の間に印加される直流電圧を電動モータ２の電源電圧Ｖとして検出し、ＣＰＵ１５に検出信号を出力する。ここで、電源ＰＳからの電圧降下が少ない場合には、電源電圧Ｖは、例えば１００Ｖ程度の定格電圧値となる。また、例えば電源ＰＳに多数の電気機器が接続されて電圧降下が生じた場合には、電源電圧Ｖは、定格電圧値よりも低下する。

ＣＰＵ１５は、例えば電動モータ２の運転状態をインバータ制御する制御部を構成する。このＣＰＵ１５は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶装置１６が接続される。

この記憶装置１６には、例えば圧力センサ９による検出信号に基づいて圧縮機本体３を制御する圧力開閉制御プログラムと、このプログラムで用いる下限圧力値Ｐmin［ＭＰａ］、上限圧力値Ｐmax［ＭＰａ］、低電圧用下限圧力値ＰminL［ＭＰａ］、下限電圧値Ｖ0［Ｖ］が予め記憶される。ここで、上限圧力値Ｐmaxと下限圧力値Ｐminは、タンク５内の圧力Ｐを適切な範囲に保持するための圧力値であり、例えば上限圧力値Ｐmaxは３．０ＭＰａ程度の圧力に設定されると共に、下限圧力値Ｐminは２．６ＭＰａ程度の圧力に設定される。なお、上限圧力値Ｐmaxおよび下限圧力値Ｐminは、これらの値に限らず、空気圧縮装置１の仕様等に応じて適宜設定される。

また、低電圧用下限圧力値ＰminLは、空圧機器の使用が難しくなるタンク５内の圧力Ｐの値であり、空圧機器の使用限界値である。この低電圧用下限圧力値ＰminLは、下限圧力値Ｐminよりも低い値（ＰminL＜Ｐmin）に設定されている。さらに、下限電圧値Ｖ0は、下限圧力値Ｐminの負荷において電動モータ２が正常に起動することが可能な電源電圧Ｖであり、例えば下限電圧値Ｖ0は８５Ｖ程度に設定されている。

また、ＣＰＵ１５の入力側には、回転センサ４、圧力センサ９、電流検出回路１３、電圧検出回路１４が接続され、ＣＰＵ１５の出力側にはインバータ回路１２が接続されている。

そして、ＣＰＵ１５は、回転センサ４から得られる電動モータ２の回転角度の情報を演算する。ＣＰＵ１５は、この回転角度の情報に基づいて、回転角速度を演算し、所望の回転角速度になるようにインバータ回路１２を駆動し、電動モータ２を回転させる。

また、ＣＰＵ１５には、電流検出回路１３からの検出信号を用いて電動モータ３の駆動電流Ｉを検出する。この駆動電流Ｉが過度に大きくなったときには、ＣＰＵ１５は、電動モータ２を停止または減速し、電動モータ２等を保護する。

さらに、ＣＰＵ１５は、タンク５内の圧力Ｐに応じて圧縮機本体３を運転、停止する制御（圧力開閉制御）を行うことにより、この圧力Ｐを上限圧力値Ｐmaxと下限圧力値Ｐminとの間の圧力値に保持する。即ち、圧力開閉制御では、例えば圧力Ｐが上限圧力値Ｐmaxに達したときに圧縮機本体３の運転を停止し、圧力Ｐが下限圧力値Ｐminまで低下したときに圧縮機本体３を再起動する。

また、ＣＰＵ１５は、電圧検出回路１４により検出された電源電圧Ｖが予め決められた所定の下限電圧値Ｖ0以下のときには、下限圧力値Ｐminを低下させる。

そこで、次に制御装置１０が圧力センサ９および電圧検出回路１４からの検出信号に応じて電動モータ２および圧縮機本体３の駆動と停止を制御する圧力開閉制御について、図１および図２を参照しつつ詳細に説明する。

まず、制御装置１０が駆動すると、ＣＰＵ１５は記憶装置１６から図２に示す圧力開閉制御プログラムを読込む。そして、ＣＰＵ１５は、このプログラムに従って、予め決められたサンプリング周期（例えば１０〜２０ｍｓ）毎に以下の処理を行う。

まず、ステップ１では、圧力センサ９からの検出信号を用いて、タンク５内の圧力Ｐを計測する。次に、ステップ２では、電圧検出回路１４からの検出信号を用いて、電源電圧Ｖを計測する。

続くステップ３では、圧縮機本体３が圧縮運転中か否か、即ち電動モータ２が駆動しているか否かを判定する。ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ２は駆動し、圧縮機本体３は圧縮運転を行っている。このため、ステップ４に移って、タンク５内の圧力Ｐが停止圧力としての上限圧力値Ｐmaxよりも低い（Ｐ＜Ｐmax）か否かを判定する。

そして、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐが上限圧力値Ｐmaxに到達しておらず、圧縮運転を停止する必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、ステップ１０に移ってリターンする。

一方、ステップ４で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐが上限圧力値Ｐmax以上に高圧になっており、圧縮機本体３を圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ５に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を停止させる。これにより、圧縮機本体３は運転を停止し、圧縮停止に切換わる。そして、ステップ５が終了すると、ステップ１０に移ってリターンする。

また、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、電動モータ２は停止し、圧縮機本体３は圧縮空気の吐出を停止している。このため、ステップ６に移って、圧力Ｐが再起動圧力としての下限圧力値Ｐminよりも高い（Ｐ＞Ｐmin）か否かを判定する。そして、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐは下限圧力値Ｐminよりも高く、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、ステップ１０に移って、そのままリターンする。

一方、ステップ６で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐは下限圧力値Ｐmin以下に低下して、タンク５内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。そこで、次なるステップ７に移行して、電源電圧Ｖが予め決められた所定の下限電圧値Ｖ0よりも高い（Ｖ＞Ｖ0）か否かを判定する。そして、ステップ７で「ＹＥＳ」と判定したときには、電源電圧Ｖは電動モータ２が正常に起動することができる値を保持していると考えられる。このため、ステップ８に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を起動させる。これにより、圧縮機本体３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ８が終了すると、ステップ１０に移ってリターンする。

一方、ステップ７で「ＮＯ」と判定したときには、電源電圧Ｖが所定の下限電圧値Ｖ0以下に低下し、電動モータ２が正常に起動することができない値まで低下しているものと考えられる。このため、ステップ９に移行して、タンク５内の圧力Ｐが低電圧用下限圧力値ＰminLよりも高い（Ｐ＞ＰminL）か否かを判定する。そして、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐは低電圧用下限圧力値ＰminLよりも高く、電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ0以下となった状態では、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、ステップ１０に移って、そのままリターンする。

一方、ステップ９で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐは低電圧用下限圧力値ＰminL以下に低下し、電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ0以下となった状態であっても、タンク５に圧縮空気を補充する必要があると考えられる。このため、ステップ８に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を起動させる。このとき、タンク５内の圧力Ｐが低電圧用下限圧力値ＰminL以下に低下しているから、圧力Ｐが下限圧力値Ｐmin程度の場合に比べて、圧縮機本体３の負荷は小さい。このため、電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ0以下となった状態であっても、電動モータ２は容易に起動することができ、圧縮機本体３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ８が終了すると、ステップ１０に移ってリターンする。

本実施の形態による空気圧縮装置１は上述の如き構成を有するもので、次に、図１ないし図４を参照しつつ、下限圧力値Ｐminの低下動作について説明する。

まず、比較例として、下限圧力値Ｐminが固定された場合について、図３を用いて説明する。図３は、比較例による空気圧縮装置を用いた場合のタンク内の圧力Ｐと電源電圧Ｖの時間変化を示している。

比較例の空気圧縮装置は、下限圧力値Ｐminが固定された状態で圧力開閉制御を行う。このため、タンク内の圧力Ｐが所定の上限圧力値Ｐmaxまで上昇すると圧縮運転を停止し、下限圧力値Ｐminまで低下すると圧縮運転を再開する。ここで、空気圧縮装置が他の電動機器と同一の電源ＰＳから電力供給されるのに加え、電源ＰＳから空気圧縮装置までの電源配線が長い場合がある。この場合、空気圧縮装置の起動や他の電動機器の起動や運転によって、電源電圧Ｖは絶えず時間変化する。このため、電源電圧Ｖが低下しているときに空気圧縮装置を駆動した場合には、電源電圧Ｖが更に低下してしまい、電動モータの出力が圧縮空気の反力よりも小さくなって、起動不良を起こすことがある。

次に、第１の実施の形態のように、下限圧力値Ｐminが電源電圧Ｖに応じて低下する場合について、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１を用いた場合のタンク５内の圧力Ｐと電源電圧Ｖの時間変化を示している。

第１の実施の形態による空気圧縮装置１でも、比較例と同様に、タンク５内の圧力Ｐが所定の上限圧力値Ｐmaxまで上昇すると圧縮運転を停止し、下限圧力値Ｐminまで低下すると圧縮運転を再開する。但し、第１の実施の形態では、比較例とは異なり、電源電圧Ｖが所定の下限電圧値Ｖ0以下に低下しているときには、下限圧力値Ｐminを低電圧用下限圧力値ＰminLに低下させる。このため、他の電動機器の駆動等によって電源電圧Ｖが低電圧（例えば６５Ｖ）となったときには、タンク５内の圧力Ｐが下限圧力値Ｐminまで低下しても、電動モータ２は起動しない。そして、他の電動機器が停止して電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ0よりも高くなったとき、またはタンク５内の圧力Ｐが低電圧用下限圧力値ＰminL以下に低下したときに、電動モータ２を起動させる。これにより、電源電圧Ｖの上昇や負荷の低下を待って、電動モータ２を異常なく起動させることができ、電動モータ２の意図しない停止を防ぐことができる。

特に、小型で可搬式の空気圧縮装置１は、建築現場等で使用されるため、電源配線が長くなって、電動モータ２に供給される電源電圧Ｖが低下する傾向がある。一方、同じ電源ＰＳに接続される他の電動機器は、例えば電動ドリル、電動ノコギリ等のように建築作業用の電動機器であり、一時的に使用されるものが多く、長時間に亘って連続駆動するものは少ない。特に電動機器の起動時に電源電圧Ｖが短時間低下するので、第１の実施の形態のように、空気圧縮装置１が再起動するタイミングをずらせば、電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ0よりも高い値に回復することが多く、空気圧縮装置１および他の電動機器を同一の電源ＰＳに接続した状態で使用することができる。

かくして、本実施の形態によれば、制御装置１０は、電圧検出回路１４により検出された電源電圧Ｖに応じて、下限圧力値Ｐminを変更する。具体的には、制御装置１０は、電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ0よりも高いときには下限圧力値Ｐminに保持し、電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ0以下に低下したときには下限圧力値Ｐminを低電圧用下限圧力値ＰminLに低下させる。

このため、電源電圧Ｖが低下した場合には、電源電圧Ｖに応じて再起動圧力となる下限圧力値Ｐminを低電圧用下限圧力値ＰminLに変更し、電動モータ２が起動するタイミングを変更することができる。この結果、電源電圧Ｖが低く、電源ＰＳから供給される電力が少ない場合には、空気圧縮装置１の起動を回避し、電源電圧Ｖが十分に高い値を保ったタイミングで圧縮機本体３の再起動させることができ、空気圧縮装置１が再起動できないといった状態を未然に抑止することができる。また、下限圧力値Ｐminを低下させることによって負荷を小さくすることができるから、比較的低い電源電圧Ｖでも空気圧縮装置１を起動させることができる。

なお、低電圧用下限圧力値ＰminLは、予め決められた所定値であるとした。しかし、本発明はこれに限らず、低電圧用下限圧力値ＰminLは、空気圧縮装置１の使用環境に応じて変数としてもよく、電源電圧Ｖに応じた関数にしてもよい。例えば、電源電圧Ｖが高いときには低電圧用下限圧力値ＰminLを高くし、電源電圧Ｖが低いときには低電圧用下限圧力値ＰminLを低くしてもよい。

次に、図５および図６は第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、電源電圧が低電圧状態にある場合に下限圧力値を上昇させる構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第２の実施の形態による空気圧縮装置２１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１と同様に、電動モータ２、圧縮機本体３、タンク５、圧力センサ９、制御装置１０等によって構成されている。

但し、第２の実施の形態では、制御装置１０は、図５に示す圧力開閉制御を行い、電源電圧Ｖが低下傾向となった低電圧状態にある場合に下限圧力値Ｐminを上昇させる点で、第１の実施の形態とは異なる。

なお、電源電圧Ｖが低電圧状態にあるか否かは、図６に示す電源電圧のヒストグラム２２を用いて判定する。具体的に説明すると、例えば予め決められた所定のサンプリング周期（例えば１０〜２０ｍｓ）毎に電源電圧Ｖを計測すると共に、この計測した電源電圧Ｖを用いて、図６に示す電源状況判定時間Ｔ0（例えばＴ0＝５ｓ）に亘る電源電圧Ｖの頻度分布を作成する。そして、制御装置１０は、図６に示すヒストグラム２２において、予め決められた所定の判定電圧値ＶL（例えばＶL＝８０Ｖ）以下の頻度の和が全体に対して例えば数％程度の所定頻度以上に増加したときに低電圧状態であると判定し、それ以外のときに正常状態と判定する。図６に示すヒストグラム２２は、例えば電源状況判定時間Ｔ0毎に更新される。

そこで、次に第２の実施の形態による圧力開閉制御について図５を参照しつつ説明する。

まず、制御装置１０が駆動すると、ＣＰＵ１５は記憶装置１６から図５に示す圧力開閉制御プログラムを読込む。そして、ＣＰＵ１５は、このプログラムに従って、予め決められたサンプリング周期（例えば１０〜２０ｍｓ）毎に以下の処理を行う。

まず、ステップ１１では、圧力センサ９からの検出信号を用いて、タンク５内の圧力Ｐを計測する。次に、ステップ１２では、電圧検出回路１４からの検出信号を用いて、電源電圧Ｖを計測する。次に、ステップ１３では、電源電圧状態統計処理として、計測した電源電圧Ｖを用いて図６に示すヒストグラム２２を作成する。

続くステップ１４では、圧縮機本体３が圧縮運転中か否か、即ち電動モータ２が駆動しているか否かを判定する。ステップ１４で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ２は駆動し、圧縮機本体３は圧縮運転を行っている。このため、ステップ１５に移って、タンク５内の圧力Ｐが停止圧力としての上限圧力値Ｐmaxよりも低い（Ｐ＜Ｐmax）か否かを判定する。

そして、ステップ１５で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐが上限圧力値Ｐmaxに到達しておらず、圧縮運転を停止する必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、ステップ２２に移ってリターンする。

一方、ステップ１５で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐが上限圧力値Ｐmax以上に高圧になっており、圧縮機本体３を圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ１６に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を停止させる。これにより、圧縮機本体３は運転を停止し、圧縮停止に切換わる。そして、ステップ１６が終了すると、ステップ２２に移ってリターンする。

また、ステップ１４で「ＮＯ」と判定したときには、電動モータ２は停止し、圧縮機本体３は圧縮空気の吐出を停止している。このため、ステップ１７に移って、電源電圧Ｖが低電圧状態か否かを判定する。そして、ステップ１７で「ＮＯ」と判定したときには、電源電圧Ｖが判定電圧値ＶL以下となる頻度が低く、正常状態であると考えられる。このため、ステップ１８に移って、圧力Ｐが再起動圧力としての下限圧力値Ｐminよりも高い（Ｐ＞Ｐmin）か否かを判定する。そして、ステップ１８で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐは下限圧力値Ｐminよりも高く、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、ステップ２２に移って、そのままリターンする。

一方、ステップ１８で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐは下限圧力値Ｐmin以下に低下して、タンク５内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。このため、ステップ１９に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を起動させる。これにより、圧縮機本体３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ１９が終了すると、ステップ２２に移ってリターンする。

また、ステップ１７で「ＹＥＳ」と判定したときには、電源電圧Ｖが判定電圧値ＶL以下となる頻度が例えば全体の５％程度のように、予め決められた所定頻度よりも高く、低電圧状態であると考えられる。このため、ステップ２０に移行して、タンク５内の圧力Ｐが低電圧用下限圧力値ＰminHよりも高いか否かを判定する。

ここで、低電圧用下限圧力値ＰminHは、電源電圧Ｖが低電圧状態となったときに、タンク５の圧力Ｐを予め下限圧力値Ｐminよりも高い状態に保持して、電動モータ２が起動するタイミングをずらすものである。このため、低電圧用下限圧力値ＰminHは、下限圧力値Ｐminよりも高い値（ＰminH＞Ｐmin）に設定され、記憶装置１６に記憶されている。

なお、電源電圧Ｖが正常状態に戻るまでの時間を十分に確保するためには、低電圧用下限圧力値ＰminHは、上限圧力値Ｐmaxよりも低く、下限圧力値Ｐminよりも高い範囲で、できるだけ高い値に設定するのが好ましい。一方、電動モータ２の停止時間を長くして空気圧縮装置２１の消費電力を低減するためには、低電圧用下限圧力値ＰminHは、上限圧力値Ｐmaxよりも低く、下限圧力値Ｐminよりも高い範囲で、できるだけ低い値に設定するのが好ましい。このため、これら２点の利害得失を考慮して、低電圧用下限圧力値ＰminHは適切な値に設定される。

そして、ステップ２０で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐは低電圧用下限圧力値ＰminHよりも高く、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、ステップ２２に移って、そのままリターンする。

一方、ステップ２０で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐは低電圧用下限圧力値ＰminH以下に低下しているから、ステップ２１に移行して、電源電圧Ｖが予め決められた所定の下限電圧値Ｖ1よりも高い（Ｖ＞Ｖ1）か否かを判定する。

このとき、下限電圧値Ｖ1は、例えば８０Ｖ程度に設定される。下限電圧値Ｖ1は、第１の実施の形態で用いた下限電圧値Ｖ0と同じ値でもよく、異なる値でもよい。また、下限電圧値Ｖ1は、低電圧状態か否かを判定する判定電圧値ＶLと同じ値でもよく、異なる値でもよい。

そして、ステップ２１で「ＹＥＳ」と判定したときには、電源電圧Ｖは電動モータ２が正常に起動することができる値を保持していると考えられる。このため、ステップ１９に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を起動させる。これにより、圧縮機本体３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ１９が終了すると、ステップ２２に移ってリターンする。

一方、ステップ２１で「ＮＯ」と判定したときには、電源電圧Ｖが所定の下限電圧値Ｖ1以下に低下し、電動モータ２が正常に起動することができない値まで低下しているものと考えられる。このため、電源電圧Ｖが下限電圧値Ｖ1よりも高くなるまで電動モータ２の起動を待つために、ステップ２２に移って、そのままリターンする。

かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第２の実施の形態では、制御装置１０は、電圧検出回路１４により検出された電源電圧Ｖが低電圧状態にある場合、下限圧力値Ｐminを低電圧下限圧力値ＰminHに上昇させる。このため、図７に示すように、電源電圧Ｖが低電圧状態にある場合には、下限圧力値Ｐminを上昇させて、タンク５内の圧力Ｐを本来の再起動圧力に比べて高い値に維持することができる。これにより、タンク５内の圧力Ｐが低電圧下限圧力値ＰminHから本来の再起動圧力である下限圧力値Ｐminまで低下する間で、電源電圧Ｖが十分に高い値を保ったタイミングに合わせて空気圧縮装置２１を起動することができる。この結果、電源電圧Ｖが低いときに空気圧縮装置２１の起動を避けて、電源電圧Ｖが高くなるまで待機することができる。

これに加えて、タンク５内の圧力Ｐを本来の下限圧力値Ｐminに比べて高い値に保持するから、タンク５内の圧力Ｐが下限圧力値Ｐminよりも低下する頻度を減らすことができる。これにより、下限圧力値Ｐminと実際に使用される圧力の差が小さい場合や、使用される圧縮空気量が多い場合でも、タンク５内の圧力Ｐの低下を抑制して、タンク５に接続された空圧機器の作業性を高めることができる。

なお、第２の実施の形態では、低電圧用下限圧力値ＰminHは、予め決められた所定値であるとした。しかし、本発明はこれに限らず、低電圧用下限圧力値ＰminHは、空気圧縮装置２１の使用環境に応じて変数としてもよく、電源電圧Ｖに応じた関数にしてもよい。例えば、電源電圧Ｖが高いときには低電圧用下限圧力値ＰminHを低くし、電源電圧Ｖが低いときには低電圧用下限圧力値ＰminHを高くしてもよい。

また、第２の実施の形態では、電源電圧Ｖが正常状態では、電源電圧Ｖの計測値に拘らず、タンク５内の圧力Ｐが下限圧力値Ｐmin以下に低下すると、電動モータ２を起動する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第１，第２の実施の形態を組み合わせることによって、電源電圧Ｖが正常状態で、かつ圧力Ｐが下限圧力値Ｐmin以下に低下しても、電源電圧Ｖの計測値が下限電圧値Ｖ0以下の場合には、電動モータ２の起動を回避する構成としてもよい。

次に、図８は第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、電源電圧が低電圧状態にある場合に上限圧力値を低下させる構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

第３の実施の形態による空気圧縮装置３１は、第１の実施の形態による空気圧縮装置１と同様に、電動モータ２、圧縮機本体３、タンク５、圧力センサ９、制御装置１０等によって構成されている。但し、第３の実施の形態では、制御装置１０は、図８に示す圧力開閉制御を行い、電源電圧Ｖが低下傾向となった低電圧状態にある場合に上限圧力値Ｐmaxを低下させる。なお、電源電圧Ｖが低電圧状態にあるか否かは、第２の実施の形態と同様に、例えば図６に示すヒストグラム２２を用いて判定する。

そこで、次に第３の実施の形態による圧力開閉制御について図８を参照しつつ説明する。

まず、制御装置１０が駆動すると、ＣＰＵ１５は記憶装置１６から図８に示す圧力開閉制御プログラムを読込む。そして、ＣＰＵ１５は、このプログラムに従って、予め決められたサンプリング周期（例えば１０〜２０ｍｓ）毎に以下の処理を行う。

まず、ステップ３１では、圧力センサ９からの検出信号を用いて、タンク５内の圧力Ｐを計測する。次に、ステップ３２では、電圧検出回路１４からの検出信号を用いて、電源電圧Ｖを計測する。次に、ステップ３３では、電源電圧状態統計処理として、計測した電源電圧Ｖを用いて図６に示すヒストグラム２２を作成する。

続くステップ３４では、圧縮機本体３が圧縮運転中か否か、即ち電動モータ２が駆動しているか否かを判定する。ステップ３４で「ＹＥＳ」と判定したときには、電動モータ２は駆動し、圧縮機本体３は圧縮運転を行っている。このため、ステップ３５に移って、電源電圧Ｖが低電圧状態か否かを判定する。そして、ステップ３５で「ＮＯ」と判定したときには、電源電圧Ｖが判定電圧値ＶL以下となる頻度が低く、正常状態であると考えられる。このため、ステップ３６に移ってタンク５内の圧力Ｐが停止圧力としての上限圧力値Ｐmaxよりも低い（Ｐ＜Ｐmax）か否かを判定する。

そして、ステップ３６で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐが上限圧力値Ｐmaxに到達しておらず、圧縮運転を停止する必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、ステップ４２に移ってリターンする。

一方、ステップ３６で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐが上限圧力値Ｐmax以上に高圧になっており、圧縮機本体３を圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ３７に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を停止させる。これにより、圧縮機本体３は運転を停止し、圧縮停止に切換わる。そして、ステップ３７が終了すると、ステップ４２に移ってリターンする。

また、ステップ３５で「ＹＥＳ」と判定したときには、電源電圧Ｖが判定電圧値ＶL以下となる頻度が例えば５％程度の予め決められた所定頻度よりも高く、低電圧状態であると考えられる。このため、ステップ３８に移行して、電源電圧Ｖが予め決められた所定の下限電圧値Ｖ2よりも高い（Ｖ＞Ｖ2）か否かを判定する。

このとき、下限電圧値Ｖ2は、例えば８０Ｖ程度に設定される。下限電圧値Ｖ2は、第１，第２の実施の形態で用いた下限電圧値Ｖ0，Ｖ1と同じ値でもよく、異なる値でもよい。また、下限電圧値Ｖ2は、低電圧状態か否かを判定する判定電圧値ＶLと同じ値でもよく、異なる値でもよい。

そして、ステップ３８で「ＹＥＳ」と判定したときには、電源電圧Ｖは電動モータ２が正常に起動することができる値を保持していると考えられるから、ステップ３６以降の処理を実行する。

一方、ステップ３８で「ＮＯ」と判定したときには、電源電圧Ｖが所定の下限電圧値Ｖ2以下に低下し、圧力Ｐが上限圧力値Ｐmax付近まで上昇すると、電動モータ２の駆動が継続できない値まで低下しているものと考えられる。このため、ステップ３９に移って、タンク５内の圧力Ｐが低電圧用上限圧力値ＰmaxLよりも低い（Ｐ＜ＰmaxL）か否かを判定する。

ここで、低電圧用上限圧力値ＰmaxLは、電源電圧Ｖが低電圧状態となったときに、タンク５の圧力Ｐを上限圧力値Ｐmax付近まで上昇するのを抑制して、負荷を軽減するものである。このため、低電圧用上限圧力値ＰmaxLは、上限圧力値Ｐmaxよりも低い値（ＰmaxL＜Ｐmax）に設定され、記憶装置１６に記憶されている。

なお、空気圧縮装置３１の負荷をできるだけ軽減するためには、低電圧用上限圧力値ＰmaxLは、上限圧力値Ｐmaxよりも低く、下限圧力値Ｐminよりも高い範囲で、できるだけ低い値に設定するのが好ましい。一方、圧力Ｐの許容範囲を広げて電動モータ２の再起動頻度を減らすためには、低電圧用上限圧力値ＰmaxLは、上限圧力値Ｐmaxよりも低く、下限圧力値Ｐminよりも高い範囲で、できるだけ高い値に設定するのが好ましい。このため、これら２点の利害得失を考慮して、低電圧用上限圧力値ＰmaxLは適切な値に設定される。

そして、ステップ３９で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐは低電圧用上限圧力値ＰmaxLに到達しておらず、圧縮運転を停止する必要がないと考えられる。このため、現在の運転状態を維持して、ステップ４２に移ってリターンする。

一方、ステップ３９で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐが低電圧用上限圧力値ＰmaxL以上に高圧になっており、圧縮機本体３を圧縮停止に切換える必要があると考えられる。このため、ステップ３７に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を停止させる。そして、ステップ３７が終了すると、ステップ４２に移ってリターンする。

また、ステップ３４で「ＮＯ」と判定したときには、電動モータ２は停止し、圧縮機本体３は圧縮空気の吐出を停止している。このため、ステップ４０に移って、圧力Ｐが再起動圧力としての下限圧力値Ｐminよりも高い（Ｐ＞Ｐmin）か否かを判定する。そして、ステップ４０で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐは下限圧力値Ｐminよりも高く、タンク５に圧縮空気を補充する必要はないものと考えられる。このため、ステップ４２に移って、そのままリターンする。

一方、ステップ４０で「ＮＯ」と判定したときには、タンク５内の圧力Ｐは下限圧力値Ｐmin以下に低下して、タンク５内の圧縮空気が不足しているものと考えられる。このため、ステップ４１に移って、ＣＰＵ１５は、インバータ回路１２を用いて電動モータ２を起動させる。これにより、圧縮機本体３は圧縮運転を開始する。そして、ステップ４１が終了すると、ステップ４２に移ってリターンする。

第３の実施の形態による空気圧縮装置３１は上述の如き構成を有するもので、次に、図８ないし図１０を参照しつつ、上限圧力値Ｐmaxの低下動作について説明する。

まず、比較例として、上限圧力値Ｐmaxが固定された場合について、図９を用いて説明する。図９は、比較例による空気圧縮装置を用いた場合のタンク内の圧力Ｐと電源電圧Ｖの時間変化を示している。

比較例の空気圧縮装置は、上限圧力値Ｐmaxが固定された状態で圧力開閉制御を行う。このため、電源電圧Ｖが低いときに、圧力Ｐが上限圧力値Ｐmax付近に近付くと、タンク内の圧力の上昇に伴って圧縮空気の反力が大きくなるのに対して、低下した電動モータの出力が圧縮空気の反力よりも小さくなることがある。この場合、電動モータがロックしたり、脱調したりして、圧力Ｐが上限圧力値Ｐmaxに到達する前に空気圧縮装置が意図せずに異常停止することがある。

これに対し、第３の実施の形態では、電源電圧Ｖが低電圧状態にある場合は、図１０に示すように、上限圧力値Ｐmaxを低電圧上限圧力値ＰmaxLに低下させる。このため、電源電圧Ｖが低いときには、圧力Ｐが上限圧力値Ｐmax付近まで上昇することがなく、負荷を軽減することができる。この結果、空気圧縮装置３１が意図せずに停止してしまう状態を未然に抑止することができる。

かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第３の実施の形態では、制御装置１０は、電圧検出回路１４により検出された電源電圧Ｖが低電圧状態にある場合、上限圧力値Ｐmaxを低電圧上限圧力値ＰmaxLに低下させる。このため、電源電圧Ｖが低電圧状態にある場合には、上限圧力値Ｐmaxを低下させて、電動モータ２の出力に余裕のあるタンク５内の圧力Ｐで電動モータ２を停止することができる。この結果、低電圧で電動モータ２がロックしたり、脱調したりして、空気圧縮装置３１が意図せずに停止してしまう状態を未然に抑止することができる。

なお、第３の実施の形態では、低電圧用上限圧力値ＰmaxLは、予め決められた所定値であるとした。しかし、本発明はこれに限らず、低電圧用上限圧力値ＰmaxLは、空気圧縮装置３１の使用環境に応じて変数としてもよく、電源電圧Ｖに応じた関数にしてもよい。例えば、電源電圧Ｖが高いときには低電圧用上限圧力値ＰmaxLを高くし、電源電圧Ｖが低いときには低電圧用上限圧力値ＰmaxLを低くしてもよい。

また、第３の実施の形態では、電源電圧Ｖの計測値に拘らず、タンク５内の圧力Ｐが下限圧力値Ｐmin以下に低下すると、電動モータ２を起動する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第３の実施の形態に、第１の実施の形態や第２の実施の形態の構成を組み合わせてもよく、第１ないし第３の実施の形態を全て組み合わせる構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、電動モータ２はインバータ制御式のものを用いる構成としたが、例えば電源の交流電圧を直接的に供給する電動モータを用いる構成としてもよい。この場合、電源の交流電圧を電源電圧として計測すると共に、例えば電磁開閉器によって電源から電動モータへの電力の供給と停止を制御すればよい。

さらに、前記各実施の形態では、気体圧縮装置として空気圧縮装置１，２１，３１を例に挙げて説明したが、例えば窒素等の他の気体を圧縮する圧縮装置にも広く適用できるものである。

以上の各実施の形態で述べたように、請求項１の発明によれば、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧値に応じて、上限圧力値および下限圧力値のうち少なくともいずれか一方を変更する。このため、電源電圧が低下した場合でも、電源電圧に応じて再起動圧力や停止圧力を変更し、起動や停止のタイミングを変更することができる。この結果、電源電圧が低く、電源から供給される電力が少ない場合には、圧縮装置の起動や運転を回避し、運転するタイミングを電源電圧が高く安定したときに合わせることができ、圧縮装置が起動できない、もしくは運転途中で異常停止することを未然に抑止することができる。

請求項２の発明によれば、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧が所定の下限電圧値以下の場合、下限圧力値を低下させる。このため、電源電圧が低い場合には、下限圧力値を低下させて、起動のタイミングをずらすことができ、低電圧での起動を避けて、電源電圧が高いタイミングで圧縮装置を起動することができる。また、下限圧力値を低下させることによって負荷を小さくすることができるから、比較的低い電源電圧でも圧縮装置を起動させることができる。

請求項３の発明によれば、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧が低下傾向となった低電圧状態にある場合、下限圧力値を上昇させる。このため、電源電圧が低電圧状態にある場合には、下限圧力値を上昇させて、タンク内の圧力を本来の再起動圧力に比べて高い値に維持することができる。これにより、タンク内の圧力が上昇した下限圧力値から本来の再起動圧力まで低下する間で、電源電圧が高いタイミングに合わせて圧縮装置を起動することができる。この結果、電源電圧が低いときに圧縮装置の起動を避けて、電源電圧が高くなるまで待機することができる。これに加えて、タンク内の圧力を本来の再起動圧力に比べて高い値に保持するから、タンク内の圧力が本来の再起動圧力よりも低下する頻度を減らすことができる。これにより、タンク内の圧力低下を抑制して、タンクに接続された空圧機器の作業性を高めることができる。

請求項４の発明によれば、制御手段は、電圧検出手段により検出された電圧が低下傾向となった低電圧状態にある場合、上限圧力値を低下させる。このため、電源電圧が低電圧状態にある場合には、上限圧力値を低下させて、電動モータの出力に余裕のあるタンク内の圧力で電動モータを停止することができる。この結果、低電圧で電動モータがロックしたり、脱調したりして、圧縮装置が意図せずに停止してしまう状態を未然に抑止することができる。

１，２１，３１ 空気圧縮装置
２ 電動モータ
３ 圧縮機本体
５ タンク
９ 圧力センサ（圧力検出手段）
１０ 制御装置（制御手段）
１４ 電圧検出回路（電圧検出手段）
１５ 演算処理装置（ＣＰＵ）
１６ 記憶装置
ＰＳ 電源

Claims (2)

1. 気体を吸込んで圧縮する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する電動モータと、該電動モータの電源電圧を検出する電圧検出手段と、前記圧縮機本体により生成された圧縮気体を貯留するタンクと、該タンクの圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力が所定の下限圧力値以下となったときに前記電動モータへの電力供給をオンにし、所定の上限圧力値以上となったときに前記電動モータへの電力供給をオフにする制御手段とからなる気体圧縮装置において、
   前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧値に応じて、前記上限圧力値および前記下限圧力値のうち少なくともいずれか一方を変更し、
   前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧が低下傾向となった低電圧状態にある場合、前記下限圧力値を上昇させることを特徴とする気体圧縮装置。
2. 前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧が低下傾向となった低電圧状態にある場合、前記上限圧力値を低下させることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮装置。

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