特許 7448362 可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20240305BHJP

   F04B 41/02 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

F04B49/06 341E

F04B41/02 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020013250

(22)【出願日】2020-01-30

(65)【公開番号】P2021119298

(43)【公開日】2021-08-12

【審査請求日】2023-01-23

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】内田 光

(72)【発明者】

【氏名】大畠 瑛人

(72)【発明者】

【氏名】須藤 浩介

【審査官】松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０４８７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５２５４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３１６５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１３３３４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４９／０６

Ｆ０４Ｂ ４１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

持ち運びが可能な可搬型空気圧縮機であって、
気体を貯蔵するタンクと、
前記タンクの上に配置されたモータ部と、
前記モータ部により駆動される圧縮部と、
前記モータ部のコイルの周辺に配置され、前記モータ部の温度を測定する第１温度センサと、
前記可搬型空気圧縮機の周囲温度を測定する第２温度センサと、
前記第１温度センサの値が第１閾値を超えたときには前記第２温度センサの実測値から設定した値の差分だけ低く補正した補正値を用い、前記第１温度センサの値が前記第１閾値以下のときには前記第２温度センサの実測値を用いて前記モータ部の動作を制御する制御基盤と、を備えた
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の可搬型空気圧縮機において、
前記可搬型空気圧縮機を操作する操作部を更に備え、
前記第２温度センサは、前記操作部の周辺に配置されている
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機。

【請求項3】

請求項１に記載の可搬型空気圧縮機において、
前記可搬型空気圧縮機の状態を表示するとともに、前記実測値、あるいは前記補正値を表示する表示部を更に備えた
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機。

【請求項4】

請求項３に記載の可搬型空気圧縮機において、
前記制御基盤は、前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えているときは、前記表示部に対して異常を表示する指示信号を送信する
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機。

【請求項5】

請求項１に記載の可搬型空気圧縮機において、
前記制御基盤は、前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えるときは、前記圧縮部の停止圧力を引き下げる
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機。

【請求項6】

請求項１に記載の可搬型空気圧縮機において、
前記制御基盤は、前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えるときは、前記圧縮部の再起動圧力を引き下げる
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機。

【請求項7】

請求項１に記載の可搬型空気圧縮機において、
前記制御基盤は、前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えるときは、前記モータ部の回転数を可変式から一定速に変更する
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機。

【請求項8】

気体を貯蔵するタンクと、前記タンクの上に配置されたモータ部と、前記モータ部により駆動される圧縮部と、前記モータ部のコイルの周辺に配置され、前記モータ部の温度を測定する第１温度センサと、可搬型空気圧縮機の周囲温度を測定する第２温度センサと、を備えた持ち運びが可能な可搬型空気圧縮機の制御方法であって、
前記第１温度センサの値が第１閾値を超えたときには前記第２温度センサの実測値から設定した値の差分だけ低く補正した補正値を用い、前記第１温度センサの値が前記第１閾値以下のときには前記第２温度センサの実測値を用いて前記モータ部の動作を制御する
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機の制御方法。

【請求項9】

請求項８に記載の可搬型空気圧縮機の制御方法において、
前記第２温度センサを、前記可搬型空気圧縮機を操作する操作部の周辺に配置する
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機の制御方法。

【請求項10】

請求項８に記載の可搬型空気圧縮機の制御方法において、
前記可搬型空気圧縮機の状態を表示するとともに、前記実測値、あるいは前記補正値を表示する
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機の制御方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の可搬型空気圧縮機の制御方法において、
前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えているときは、異常を知らせる
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機の制御方法。

【請求項12】

請求項８に記載の可搬型空気圧縮機の制御方法において、
前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えるときは、前記圧縮部の停止圧力を引き下げる
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機の制御方法。

【請求項13】

請求項８に記載の可搬型空気圧縮機の制御方法において、
前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えるときは、前記圧縮部の再起動圧力を引き下げる
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機の制御方法。

【請求項14】

請求項８に記載の可搬型空気圧縮機の制御方法において、
前記実測値、あるいは前記補正値が第２閾値を超えるときは、前記モータ部の回転数を可変式から一定速に変更する
ことを特徴とする可搬型空気圧縮機の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

空気圧縮機においては、動作温度が高温になるとモータ巻線の劣化や制御基板の破損、軸受けの劣化等を招く虞があるため、所定の温度以上になった場合には温度が下がるよう様々な制御を行うことが求められている。

【0003】

例えば、特許文献１には、空気タンクの圧力に応じてモータの回転数を多段階に制御する空気圧縮機においてモータの巻線温度が過度に上昇するのを防止するために、空気工具に用いられる圧縮空気を貯留するタンク部と、圧縮空気を生成し、タンク部に供給するための圧縮空気生成部と、圧縮空気生成部を駆動するためのモータを有する駆動部と、駆動部を制御するための制御回路部と駆動部のモータの温度を検知する温度センサを有し、制御回路部が上記温度センサの検出信号に応じてモータの回転数を複数段階に制御するように構成した、ことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－３１６５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、可搬型の空気圧縮機において、モータ巻き線部の温度上昇を防ぐため、回転数を複数段階制御するような構成が記載されている。

【0006】

しかしながら、上述した特許文献１とはじめとしたモータ及び制御での過熱保護技術は、主に圧縮機の運転によって本体内部の温度が上昇し、それぞれの温度許容を超えた場合にのみエラーが出力されるものである。

【0007】

このため、特許文献１の技術では、例えばアスファルト等の照り返しによって圧縮機の周囲温度が６０℃を超えていても、モータや制御基盤の温度が上がりきるまでの間は運転が可能となっている。

【0008】

しかしながら、高温環境下では、短時間の運転でもピストンリングの温度が圧縮熱と摩擦熱によって上昇し、軟化して摩耗が促進される可能性が考えられる。このため、高温環境下における運転負荷を抑制し、より安定した運転を実現する技術が待たれていた。

【0009】

また、高温環境下での運転によって圧縮効率が低下する恐れがある。

【0010】

更に、電流値が上昇して制御基盤側に搭載された電子部品への負荷が増えることによって部品の熱的損傷の恐れがある。外気温度の上昇と電流負荷の増加による電子部品の発熱によって部品を固定しているホットメルト接着剤の再溶解につながる恐れがあり、最悪の場合は制御基盤が破損し、運転を中断しなければならない可能性も考えられる。この観点からも、高温環境下における運転負荷を抑制する技術が待たれていた。

【0011】

本発明では、高温環境下における運転負荷を従来に比べて軽減することができ、高温環境下においても安定して使用することができる可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、持ち運びが可能な可搬型空気圧縮機であって、気体を貯蔵するタンクと、前記タンクの上に配置されたモータ部と、前記モータ部により駆動される圧縮部と、前記モータ部のコイルの周辺に配置され、前記モータ部の温度を測定する第１温度センサと、前記可搬型空気圧縮機の周囲温度を測定する第２温度センサと、前記第１温度センサの値が第１閾値を超えたときには前記第２温度センサの実測値から設定した値の差分だけ低く補正した補正値を用い、前記第１温度センサの値が前記第１閾値以下のときには前記第２温度センサの実測値を用いて前記モータ部の動作を制御する制御基盤と、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、高温環境下における運転負荷を従来に比べて軽減することができ、高温環境下においても安定して使用することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明を適用した実施例１に係る可搬型空気圧縮機の本体の断面の状態を示す図である。

【図2】実施例１に係る可搬型空気圧縮機の外観の一例を示す図である。

【図3】図２のＡ－Ａ’断面図である。

【図4】実施例１に係る可搬型空気圧縮機の制御基盤の概略構造を示す図である。

【図5】実施例１に係る可搬型空気圧縮機の運転モードの概要を示す図である。

【図6】実施例１に係る可搬型空気圧縮機の通常運転パターンの一例を示す図である。

【図7】実施例１に係る可搬型空気圧縮機の周囲温度が高い場合の制限運転パターンの一例を示す図である。

【図8】実施例１に係る可搬型空気圧縮機における運転制御の流れを示すフローチャートである。

【図9】本発明を適用した実施例２に係る可搬型空気圧縮機の周囲温度が高い場合の制限運転パターンの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本発明を適用した可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法の実施例を、図面を用いて説明する。

【0016】

＜実施例１＞
本発明を適用した実施例１に係る可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法について図１乃至図８を用いて説明する。

【0017】

最初に、本実施例に係る可搬型空気圧縮機３６の構造を、図１乃至図４を用いて説明する。図１は可搬型空気圧縮機３６の本体の断面の状態を示す図、図２は可搬型空気圧縮機３６の外観の一例を示す図、図３は図２のＡ－Ａ’断面図、図４は可搬型空気圧縮機３６の制御系の概略構造を示す図である。

【0018】

図１乃至図４に示すように、持ち運びが可能な可搬型空気圧縮機３６は、大きく分けると、空気を圧縮する圧縮機本体１と、圧縮機本体１を駆動するモータ６と、冷却ファン１０と、空気タンク２４，２５と、制御組３０と、操作部３４と、スイッチ基板４０と、電源部（昇圧回路）４１と、から構成されている。

【0019】

図１において、大きな点線の枠で囲んだ領域は空気を圧縮する圧縮機本体１であり、小さな点線の枠で囲んだ領域は圧縮機本体１を駆動するモータ６である。

【0020】

圧縮機本体１は、クランクケース１Ａとクランクケース１Ａに取り付けられたシリンダ１８Ａ，１８Ｂとを備えている。クランクケース１Ａ内には、モータ６のシャフト（回転軸）６Ａが貫通している。

【0021】

クランクケース１Ａは、圧縮機本体１およびモータ６を覆っている。クランクケース１Ａの一端側にはステータ２が直接固定されている。また、クランクケース１Ａには、シャフト６Ａを軸支するベアリング３が装着されており、ステータ２の取り付け側と反対側にはシャフト６Ａを軸支するベアリング４が装着された軸受箱５が勘合された構造となっている。

【0022】

クランクケース１Ａ内を貫通するシャフト６Ａの中央部にはキー１２が埋め込まれている。このキー１２が埋め込まれたシャフト６Ａには、ベアリング１５Ａと偏心したエキセントリック１６Ａを介して、バランス１７と共に、空気をシール、圧縮するためのピストンリング１３Ａを有した連接棒組１４Ａに挿入されている。また、シャフト６Ａには、ベアリング１５Ｂと偏心したエキセントリック１６Ｂを介して、空気をシール、圧縮するためのピストンリング１３Ｂを有した連接棒組１４Ｂも挿入されている。

【0023】

連接棒組１４Ａ，１４Ｂおよびバランス１７は、クランクケース１Ａおよび軸受箱５に装着された２個のベアリング３，４によって両側から支持されている。この構造により、連接棒組１４Ａ，１４Ｂは、ベアリング１５Ａ，１５Ｂを介してエキセントリック１６Ａ，１６Ｂに対して回転自在に接続されている。

【0024】

本実施例では、低圧側のシリンダ１８Ａ、高圧側のシリンダ１８Ｂ、合計で２つのシリンダ１８Ａ，１８Ｂがクランクケース１Ａを挟んで互いに対向するように取り付けられている。

【0025】

シリンダ１８Ａは、フランジ１９Ａ、空気弁２０Ａ、シリンダヘッド２１Ａ、通しボルト２２Ａを備える。フランジ１９Ａはシリンダ１８Ａを取り付けるためにクランクケース１Ａに設けられており、シリンダ１８Ａ、空気弁２０Ａ、シリンダヘッド２１Ａが、通しボルト２２Ａによってフランジ１９Ａに固定されることで、低圧側の圧縮室２３Ａを形成している。

【0026】

同様に、シリンダ１８Ｂは、フランジ１９Ｂ、空気弁２０Ｂ、シリンダヘッド２１Ｂ、通しボルト２２Ｂを備える。フランジ１９Ｂも、シリンダ１８Ｂを取り付けるためにクランクケース１Ａに設けられており、シリンダ１８Ｂ、空気弁２０Ｂ、シリンダヘッド２１Ｂが、通しボルト２２Ｂによってフランジ１９Ｂに固定されることで、高圧側の圧縮室２３Ｂを形成している。

【0027】

本実施例では、モータ６の回転運動により駆動されるシャフト６Ａと、このシャフト６Ａの回転によって駆動するエキセントリック１６Ａ，１６Ｂ、連接棒組１４Ａ，１４Ｂ、フランジ１９Ａ，１９Ｂ、空気弁２０Ａ，２０Ｂ、シリンダヘッド２１Ａ，２１Ｂが、圧縮部を構成する。

【0028】

なお、本実施例では、低圧側のシリンダ１８Ａ内で往復動する連接棒組１４Ａおよび高圧側のシリンダ１８Ｂ内で往復動する連接棒組１４Ｂにピストンリング１３Ａ，１３Ｂを設ける場合について説明しているが、いずれか一方、例えば高圧側のみにピストンリングを設けることができる。

【0029】

モータ６は、ステータ２、ベアリング３、シャフト６Ａ、キー７、ロータ８、ワッシャ９を有し、シャフト６Ａの端部には冷却ファン１０が取り付けられている。また、シャフト６Ａの一端側にキー７を介してロータ８が装着されている。ロータ８はワッシャ９と冷却ファン１０を取り付けるためのファンシャフト１１によって、軸方向に固定されている。

【0030】

冷却ファン１０は冷却カバー２６の内部に冷却風を供給し、圧縮機本体１やモータ６、空気タンク２４，２５などの可搬型空気圧縮機３６の各構成要素を冷却する。冷却ファン１０もファンシャフト１１によってシャフト６Ａの端部に設けられており、モータ６によって駆動されるシャフト６Ａの回転に伴い回転する。

【0031】

図２に示すように、操作部３４は、スイッチ３４ａを複数有しており、電源投入や運転モードの変更などの可搬型空気圧縮機３６を操作する各種動作指示を行うことができるように構成されている。またこの操作部３４には、可搬型空気圧縮機３６の運転状態などを表示するためのＬＥＤなどから構成される表示部３４ｂが設けられている。本実施例では、特に、後述する温度・回転数センサ３３の実測値や温度センサ３５の実測値、あるいは補正値を表示する。

【0032】

スイッチ基板４０は、図４に示すように、操作部３４における作業従事者の運転に関する各種指示を制御信号に置き換えて制御組３０に対して出力するとともに、制御組３０から入力された、運転モードの情報や後述する圧力センサ３１、温度センサ３２、温度・回転数センサ３３、温度センサ３５での検出結果に基づいた運転状態の情報信号に基づいて表示部３４ｂの表示制御を行う。

【0033】

図２に示すように、圧縮された空気を貯蔵する空気タンク２４，２５は、冷却カバー２６によって覆われている圧縮機本体１の下部に配置されている。そして、図３に示すように、これら２つの空気タンク２４，２５の間には可搬型空気圧縮機３６の運転を制御する制御組３０や、モータ６等が配置されている。

【0034】

制御組３０では、図４に示すように、電源部４１より電源が供給され、モータ６を駆動することで圧縮機本体１を動作させる。

【0035】

制御組３０の内部は、コンバータ３０ｂ、コンデンサ３０ｃ、スイッチング素子３０ｄ、マイクロコンピュータ等で構成されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０ａ等で構成されている。コンバータ３０ｂは、電源部４１から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、コンデンサ３０ｃで平滑された直流電圧をスイッチング素子３０ｄで交流電力に変換する。

【0036】

ＣＰＵ３０ａは、操作部３４の操作によりスイッチ基板４０から入力された作業従事者の各種指示や、温度センサ３２、温度・回転数センサ３３、温度センサ３５での検出結果に基づいて、モータ６の運転状態を決定し、決定した運転状態を実現するための駆動制御信号を演算する。そのうえで、ＣＰＵ３０ａは、演算した駆動制御信号をスイッチング素子３０ｄに対して出力し、スイッチング素子３０ｄを駆動する。

【0037】

また、本実施例の可搬型空気圧縮機３６は圧力運転制御方式を採用していることから、図３および図４に示すように、空気タンク２４に取り付けられた圧力センサ３１にてセンシングした圧力に応じて、制御組３０で運転制御を行う。

【0038】

また、制御組３０には温度センサ３２が備えられている。温度センサ３２は制御組３０の温度をモニタリングしており、温度センサ３２が所定の温度を検知すると、制御組３０は可搬型空気圧縮機３６の運転を停止させ、操作部３４の表示部３４ｂを点灯させ、エラーが発生したことを作業従事者に報知する。

【0039】

更に、図３に示すように、モータ６には温度・回転数センサ３３が備えられている。温度・回転数センサ３３は、モータ６のコイルの周辺に配置され、モータ６のコイル温度、およびモータ６の回転数をモニタリングしており、所定の温度を検知すると、制御組３０は可搬型空気圧縮機３６の運転を停止させ、操作部３４の表示部３４ｂを点灯させ、エラーが発生したことを作業従事者に報知する。

【0040】

また、温度・回転数センサ３３が検知した回転数情報は制御組３０に常時送られるが、操作部３４に設けられている可搬型空気圧縮機３６の運転ボタンを押してもモータ６が回転しない等の異常がある場合は、操作部３４の表示部３４ｂを点灯させ、エラーが発生したことを作業従事者に報知する。

【0041】

その上、図２に示すように、操作部３４の周辺に温度センサ３５が備えられている。温度センサ３５は可搬型空気圧縮機３６の周囲温度をモニタリングしているサーミスタなどで構成される。本実施例のような可搬型空気圧縮機３６は屋外で使用されることも多く、温度環境の変化が大きい。温度センサ３５が検出した温度が所定値より低いまたは高い場合は、制御組３０が最高圧力を自動的に低下させるなど、運転に制限をかけて製品の保護を行う。

【0042】

次に、本実施例の可搬型空気圧縮機３６の運転モードについて説明するが、これはあくまでも一例に過ぎない。

【0043】

釘打ち機などに用いられる可搬型空気圧縮機３６では、作業内容や環境に応じ、何パターンかの運転モードを備えることが一般的であり、運転モードは圧力制御範囲変更やスイッチング素子３０ｄを用いた回転数変更により設定されることが多い。圧力制御とは、所定の設定圧力に空気タンク２４，２５の圧力が達すると圧縮機の運転を停止し空気タンク２４，２５の圧力が所定の設定圧力以下になった場合に圧縮機を再起動させる運転制御のことである。

【0044】

本実施例の可搬型空気圧縮機３６には、図５に示すように、ノーマルモード、パワフルモード、低速運転モードの３つの運転モードが備えられている。

【0045】

図５に示す３つの運転モードにおいては、２通りの圧力制御範囲を設定している。ノーマルモードは、モータ６の回転数が１８００～２８５０ｍｉｎ^－１と可変で、空気タンク２４内の圧力が４．２ＭＰａになると動作を停止し、３．２ＭＰａになると動作を再起動させる、という運転制御が実行されるモードである。パワフルモードは、モータ６の回転数範囲はノーマルモードと同様に可変で、圧力制御範囲を３．８ＭＰａ～４．２ＭＰａにした運転モードである。低速運転モードは、圧力制御範囲がノーマルモードと同じで、モータ６の回転数を１５００ｍｉｎ^－１に固定した運転モードである。

【0046】

特に、パワフルモードでは圧縮機の再起動圧力が高く設定されており、貯留した圧縮空気が少量使用されると圧縮機が再起動して空気タンク２４，２５への充填を開始する。このため、圧縮空気の使用量が多い際に有効な運転モードである。

【0047】

しかし、パワフルモードは使用空気量が多い場合に有効である一方で、再起動圧力が高いことによる課題もある。

【0048】

例えば、ピストンリング１３Ａ，１３Ｂに加わる平均荷重が高くなることで摩耗が促進する、ベアリング１５Ｂに加わる平均荷重が高くなりベアリング寿命が短くなる、等の課題がある。特に、製品の使用温度範囲外の高温で使用され、ピストンリング１３Ａ，１３Ｂが軟化した場合、圧縮時の空気圧によってシリンダ１８Ａ，１８Ｂに押し付けられる頻度が高くなる、との懸念がある。

【0049】

更に、圧縮機の運転によってピストンリング１３Ａ，１３Ｂがシリンダ１８Ａ，１８Ｂ内で摺動運動をすると、ピストンリング１３Ａ，１３Ｂの摩耗が促進することが懸念される。一般的に、摩耗が促進する圧縮機の運転条件としては、ピストンリング１３Ａ，１３Ｂの温度が高く且つピストンリング１３Ａ，１３Ｂに大きな荷重が加わる場合、つまり周囲環境温度が高く、高い圧力で連続運転される場合である。当該機の使用温度範囲上限は各部品の寿命計算結果や信頼性試験結果をもとに４０℃に設定をしている。

【0050】

仮に、製品の使用温度範囲外の高温で使用された場合には、シリンダ１８Ａ，１８Ｂおよびピストンリング１３Ａ，１３Ｂの温度が上昇し、ピストンリング１３Ａ，１３Ｂの摩耗が促進されて、メンテナンスサイクルが短くなるという課題があった。

【0051】

また、高温環境下での連続運転は制御部の各制御素子にも影響を及ぼすことが考えられる。連続運転によって、圧縮部の発熱や、電流負荷による各制御素子の発熱が発生する。

【0052】

例えば、コンデンサ類は８５℃を最高使用温度としているものもあり、圧縮機の最高使用温度４０℃では発熱を考慮しても問題ないがそれ以上の周囲温度の場合は８５℃を超えてしまうこともある。このため、制御素子の破損が起こる可能性や制御素子を固定しているホットメルト接着剤が再溶解してしまい、圧縮機の振動によって制御組３０内のコイルが脱落する可能性もある、という改善の余地が残されていた。

【0053】

このような課題に対し、本実施例の可搬型空気圧縮機３６では以下のような対策により解決を図る。以下、図６乃至図８を用いて説明する。図６は通常運転パターンの一例を示す図、図７は圧縮機の周囲温度が高い場合の制限運転パターンの一例を示す図、図８は運転制御の流れを示すフローチャートである。

【0054】

図６に示すように、圧縮機の運転開始後、一定時間が経過し、空気タンク２４，２５の圧力が停止圧力Ｐ２に達すると、運転を停止する。作業者が空気タンク２４，２５内の圧縮空気を使用し、圧力が再起動圧力Ｐ１まで達すると圧縮機は運転を再開する。また空気タンク２４，２５の圧力が停止圧力Ｐ２に達した場合は、圧縮機は再度運転を停止する。

【0055】

ここで、上述のように、図３に示すタンク一体式の可搬型空気圧縮機３６では、製品保護のために温度センサ３２を制御組３０に、温度・回転数センサ３３をモータ６に備えている。当該機においては、制御組３０、あるいはモータ６のコイル温度が規定値に達すると停止する運転制御を行っている。

【0056】

しかしながら、制御組３０やモータ６のコイルの温度は運転の有無によって温度が極端に変化する部分であり、上述の検出部により圧縮機の周囲温度を検知することは困難である。そこで、圧縮機の周囲温度をより正確にとらえるべく、操作部３４に温度センサ３５を増設することによって周囲温度が可搬型空気圧縮機３６の使用可能な温度範囲であるか否かを判定する。

【0057】

本実施例では、周囲温度が使用温度範囲を上回る場合、停止圧力Ｐ２を低下させる制御モードを追加する。図７に示すように、本実施例の運転パターンでは、操作部３４に備えられた温度センサ３５の検出値が設定された規定値を超えた場合、停止圧力をＰ２からＰ４に引き下げる（例えば４．２ＭＰａから３．２ＭＰａに引き下げる）。この時、再起動圧力Ｐ１がＰ４と同じになるまたは極端に差が小さくなるため、運転・停止の切り替わりの頻発を抑制するべく、再起動圧力Ｐ１もＰ３まで引き下げる。

【0058】

例えば、図５に示した３種類の運転モードの内、ノーマルモードに設定されていた場合は、例えば通常モードにて停止圧力４．２ＭＰａ、再起動圧力３．２ＭＰａであったものを停止圧力３．２ＭＰａ、再起動圧力２．５ＭＰａに変更する。

【0059】

なお、圧力の下降量は、各モード一律の値としてもよいし、各モードごとに異なる値としてもよい。

【0060】

これによって圧縮機の圧縮比が低下し、圧縮に伴って生じる熱量が低減することで、シリンダ１８Ａ，１８Ｂ及びピストンリング１３Ａ，１３Ｂの温度上昇が抑制できる。また、圧縮機の負荷が低減されることから、制御組３０及びモータ６のコイル温度を低下させることができ、仮に作業従事者が高温環境下で使用した場合にもシリンダ１８Ａ，１８Ｂ・ピストンリング１３Ａ，１３Ｂ・制御組３０・モータ６のコイルなどの各部品の温度上昇を抑えることができ、破損防止につながる。

【0061】

ここで、操作部３４は制御組３０及びモータ６とは異なり、運転の有無による温度変化が少ないため、周囲温度を測定するための温度センサの設置箇所として非常に好適である。特に、制御組３０とモータ６とは、圧縮機の負荷によって電流値が変化するため、その分温度が上昇しやすいが、操作部３４は電流値による温度上昇がほとんどない。

【0062】

しかし、操作部３４も、その大半は冷却カバー２６の内部に取り付けられるため、圧縮部から発生する放射熱によって温度が数℃から十数℃ほど上昇してしまうことが避けられない、との課題がある。

【0063】

そのため、例えば温度センサ３５の閾値を周囲温度４０℃と設定した時、周囲温度が３５℃の環境下で操作部３４の温度が連続運転されることで徐々に上昇し、結果的に周囲温度が４０℃を超えていないにもかかわらず異常と誤判定して高温モードに遷移してしまうという課題があることも明らかとなった。

【0064】

そこで、本実施例では、モータ６に取り付けられた温度・回転数センサ３３を利用して操作部３４の温度センサ３５の測定値を変動させることによって圧縮機の運転状態によらず、外部温度を正確に判断して制限運転を実施する。

【0065】

本実施例の制御ロジックを図８に示す。図８中、Ｖは電源電圧、Ｔ１は操作部３４の温度センサ３５の実測値、Ｔ２はＴ１補正値、Ａは補正定数、Ｔｓ１は温度センサ３５の閾値その１（第２閾値）、Ｔｓ２は温度センサ３５の閾値その２、Ｔｓ３は温度センサ３５の異常閾値、Ｔ３は温度・回転数センサ３３の測定値、Ｔｍは温度・回転数センサ３３の閾値（第１閾値）とする。

【0066】

まず、高温判定として、制御組３０は、モータ６のコイルに取り付けられた温度・回転数センサ３３の温度測定値Ｔ３が閾値Ｔｍを超えているか否かを判断する（ステップＳ１１）。閾値Ｔｍを超えていないと判断されたときは、制御組３０は、圧縮機が運転していないまたは運転直後であるとし、処理をステップＳ１２に進めて、温度センサ３５の測定値Ｔ１イコール周囲温度Ｔ２とする（ステップＳ１２）。その後、処理をステップＳ１４に進める。

【0067】

これに対し、ステップＳ１１において温度測定値Ｔ３が閾値Ｔｍを超えていると判断されたときは処理をステップＳ１３に進め、圧縮機がある程度の時間連続運転をしている、またはしていたと考え、周囲温度を検知している温度センサ３５は外部温度よりも高い値を測定しているものとして扱う。

【0068】

具体的には、制御組３０は、周囲温度の測定値を制御組３０内で補正定数による補正、例えば、温度センサ３５の測定値Ｔ１と予め設定した値Ａの差分を補正値Ｔ２とする（ステップＳ１３）。その後、処理をステップＳ１４に進める。

【0069】

次いで、制御組３０は、周囲温度補正値Ｔ２が閾値その１Ｔｓ１を超えているか否かを判断する（ステップＳ１４）。超えていると判断されたときは処理をステップＳ１５に進め、越えていると判断されなかったときは処理をステップＳ１１に戻す。

【0070】

ステップＳ１４において周囲温度補正値Ｔ２が閾値その１Ｔｓ１を超えていると判断された場合、周囲が高温であると判断して、制御組３０は、圧縮機の運転を制限モード（警告モード（高温））に遷移させる（ステップＳ１５）。このステップＳ１５では、制御組３０は、表示部３４ｂに対して異常を表示する指示信号を送信することが望ましい。また、圧縮部の停止圧力を引き下げるとともに、再起動圧力を引き下げることが望ましい。

【0071】

次いで、制御組３０は、周囲温度補正値Ｔ２が閾値その２Ｔｓ２を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６は、運転モードが高温モードを脱せる状態にあるか否かを判定するためのステップである。閾値その２Ｔｓ２を下回っていると判断されたときは処理をステップＳ１７に進めて、運転モードを高温モードから通常運転モードに戻し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１１に戻す。

【0072】

これに対し、ステップＳ１６において周囲温度補正値Ｔ２が閾値その２Ｔｓ２を下回っていると判断されなかったときは処理をステップＳ１８に進め、制御組３０は、周囲温度補正値Ｔ２が異常閾値Ｔｓ３を上回っているか否かを判断する（ステップＳ１８）。異常閾値Ｔｓ３を上回っていると判断されたときは圧縮機が動作不可能な周囲温度であると判断して処理をステップＳ１９に進めて、圧縮機を異常停止させる（ステップＳ１９）。これに対し、上回っていると判断されなかったときは処理をステップＳ１５に戻す。

【0073】

このような制御により、高温時の制御モードが過度に反応することを防ぐことができるため、厳しい運転環境下でも制限運転によって極力運転を停止しない圧縮機を提供することができ、外部要因（天候・作業環境）等による現場作業者の作業効率低下を従来の可搬型空気圧縮機に比べて抑制することができる。

【0074】

次いで、本実施例における圧縮機本体１の動作について説明する。

【0075】

本実施例における圧縮機本体１は、電源部４１から電力を投入してロータ８を駆動することによりシャフト６Ａが回転すると、エキセントリック１６Ａによって連接棒組１４Ａが圧縮室２３Ａ内を往復運動する。この連接棒組１４Ａが上死点から下死点へ向かう吸い込み工程ではシリンダヘッド２１Ａ、空気弁２０Ａを通じて圧縮室２３Ａ内へ空気を吸い込み、逆に上死点へ向かう吐き出し工程では吸い込んだ空気を圧縮しつつ、空気弁２０Ａ、シリンダヘッド２１Ａを通じて吐き出す構造である。

【0076】

シリンダヘッド２１Ａを通じて吐き出された空気は、さらに他方のシリンダ１８Ｂに送られる。シリンダ１８Ｂでは、シャフト６Ａが回転して、連接棒組１４Ｂが上死点から下死点へ向かう吸い込み工程ではシリンダヘッド２１Ｂ、空気弁２０Ｂを通じて圧縮室２３Ｂ内へシリンダ１８Ａで圧縮した空気を吸い込み、逆に上死点へ向かう吐き出し工程では吸い込んだ空気を更に圧縮しつつ、空気弁２０Ｂ、シリンダヘッド２１Ｂを通じて吐き出す。

【0077】

この吐き出された圧縮された空気は、空気タンク２４，２５に貯留される。本実施例では、一方のシリンダ１８Ａで圧縮した空気を更に他方のシリンダ１８Ｂで更に圧縮する２段圧縮を行うことにより効率よく空気を圧縮している。２段の空気圧縮機は、１段圧縮の場合よりも低圧側、高圧側の圧力比が各々小さくなるため、圧縮効率がよくなることから、圧縮部に発生する熱を少なくすることができる。

【0078】

次に、本実施例の効果について説明する。

【0079】

上述した本発明の実施例１の持ち運びが可能な可搬型空気圧縮機３６は、気体を貯蔵する空気タンク２４，２５と、空気タンク２４，２５の上に配置されたモータ６と、モータ６により駆動される圧縮部と、モータ６のコイルの周辺に配置され、モータ６の温度を測定する温度・回転数センサ３３と、可搬型空気圧縮機３６の周囲温度を測定する温度センサ３５と、温度・回転数センサ３３の値が第１閾値を超えたときには温度センサ３５の実測値を補正した補正値を用い、温度・回転数センサ３３の値が第１閾値以下のときには温度センサ３５の実測値を用いてモータ６の動作を制御する制御組３０と、を備えている。

【0080】

以上のような制御を搭載することによって、圧縮機周囲温度を可搬型空気圧縮機３６の運転状態によらず正確に検知することができるようになる。これにより従来に比べて安全に運転を制限することができる。したがって、従来に比べてエラーによる停止や、ピストンリング１３Ａ，１３Ｂの摩耗や制御組３０の破損などの各種部品の摩耗，損傷を抑制することができるようになる。

【0081】

また、可搬型空気圧縮機３６を操作する操作部３４を更に備え、温度センサ３５は、操作部３４の周辺に配置されているため、制御組３０やスイッチ基板４０との配線を極力短くできる。このため、配線の損傷などに問題が生じることを抑制でき、より安定した運転を実現することができる。

【0082】

更に、可搬型空気圧縮機３６の状態を表示するとともに、実測値、あるいは補正値を表示する表示部３４ｂを更に備えたことで、作業従事者は可搬型空気圧縮機３６の運転状態を容易に把握することができ、作業効率の向上を図ることができる。

【0083】

また、制御組３０は、実測値、あるいは補正値が第２閾値を超えているときは、表示部３４ｂに対して異常を表示する指示信号を送信することにより、作業従事者は可搬型空気圧縮機３６の運転が制限されていることを容易に把握することができ、場合に応じては作業中断などの対応をとることができるようになる。このため、圧縮機が過酷な環境下で連続して運転されることを抑制することができるようになる。

【0084】

更に、制御組３０は、実測値、あるいは補正値が第２閾値を超えるときは、圧縮部の停止圧力を引き下げることにより、ピストンリング１３Ａ，１３Ｂの摩耗促進や制御組３０内のコンデンサなどの各種部品の損傷を従来に比べてより抑制することが可能となる。

【0085】

また、制御組３０は、実測値、あるいは補正値が第２閾値を超えるときは、圧縮部の再起動圧力を引き下げることにより、同様の効果が得られるとともに、運転の停止と再起動とが頻繁に切り替わることを抑制することができ、運転負荷の更なる低減を図ることができる。

【0086】

なお、可搬型空気圧縮機３６の周囲温度を測定する温度センサ３５を操作部３４の周辺に配置する場合について説明したが、温度センサ３５の配置箇所は操作部３４の周囲に限られず、圧縮機内部の温度の影響を受けづらい個所に適宜配置することができる。

【0087】

例えば、制御組３０やスイッチ基板４０との配線のことを気にしないのであれば、空気タンク２５の下部に配置することができる。この場合、モータ６の温度の影響を受けづらくすることができるものの、やはり上述のようにモータ６のコイル温度に応じた補正制御を行うことが望ましいが、上記本発明の効果は冷却カバー２６内に温度センサ３５が配置されるときに大きく発揮される。

【0088】

＜実施例２＞
本発明を適用した実施例２に係る可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法について図９を用いて説明する。実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。図９は本実施例２に係る可搬型空気圧縮機３６の周囲温度が高い場合の制限運転パターンの一例を示す図である。

【0089】

上述の実施例１では、制御組３０は、実測値、あるいは補正値が第２閾値を超えるときに、停止圧力と再起動圧力とを合わせて低下させる制御としていた。

【0090】

具体的には、高温環境下での運転時には最高停止圧力Ｐ２及び再起動圧力Ｐ１をそれぞれ低下させる制限運転モードを追加していた。この制限運転モードは回転数を各圧力によって設定された目標回転数によって制御している。例えば圧力１．５ＭＰａでは２，３００ｍｉｎ^－１前後、２．３ＭＰａでは２，１００ｍｉｎ^－１前後と設定している。この間は線形に推移するように目標回転数を設定するプログラムとなっている。これによって定格電流値を超えない範囲で圧縮機の突出空気量を確保していた。

【0091】

しかしながら、低い圧力領域ではモータ６の回転数が増速する制御となっているため、モータ６及び制御組３０への電流負荷の軽減を必ずしも達成することができない場合がある。そこで、本実施例では、制御組３０は、実測値、あるいは補正値が第２閾値を超える高温環境下での運転時は、回転数も減速させて運転を行うべく、モータ６の回転数を可変式から一定速に変更する。以下、本実施例における制御の詳細について図９を用いて説明する。

【0092】

本実施例では、回転数は低速運転モードよりも早く、可変式での運転よりも遅い範囲とすることによって、低速運転モードほど作業効率を落とさず、実施例１の制限運転モードと比較して負荷を更に低減して、電流値の低下、制御組３０の温度上昇の更なる抑制につながる。

【0093】

より具体的な回転数制御の運転パターンを図９に示す。図９に示すように、通常運転時は、空気タンク２４，２５内の圧力Ｐ１，Ｐ２に対し、それぞれ目標回転数Ｒ１，Ｒ２があり、その間は線形補間された値が目標回転数となる。

【0094】

これに対し、周囲温度が高いことを検知して制限運転モードに入った場合は、図９に示すように、回転数を引き下げ、いずれの圧力帯においても目標回転数を一定値Ｒ３で推移させる。

【0095】

例えば、ノーマルモード及びパワフルモードでの回転数は１，８５０～２，８５０ｍｉｎ^－１で推移しており、低速運転モードは１，５００ｍｉｎ^－１一定である。よって、１，８５０～１，５００ｍｉｎ^－１の間で一定速とすることによって、圧縮機の負荷が更に下がり、電流値が大幅に低下する。これにより、制御組３０の温度の更なる低下を実現することができ、制御組３０の更なる負荷低減を図ることができる。

【0096】

なお、モータ６の回転数が下がることによってモータ６のコイル及び制御組３０を冷却するための冷却風量が低下してしまうことになる。この場合、モータ６のコイル温度については微増するものの使用温度に対して問題ない。また、制御組３０については冷却風量が低下しても電流値が下がることによる温度低減の効果が大きく、温度が低下するため、運転に支障が生じることは防がれる。

【0097】

その他の構成・動作は前述した実施例１の可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0098】

本発明の実施例２の可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法においても、前述した実施例１の可搬型空気圧縮機、および可搬型空気圧縮機の制御方法とほぼ同様な効果が得られる。

【0099】

また、制御組３０は、実測値、あるいは補正値が第２閾値を超えるときは、モータ６の回転数を可変式から一定速に変更することによって、圧縮機が各種部品に差し支えない範囲で連続運転を繰り返すことが可能となり、外気温度が高いようなより運転環境が厳しい場面でも極力異常停止することが抑制される。このため、多少の制限はかかるものの、厳しい運転環境下においても一定の作業効率を保つことが可能となり、作業自体の中断などの大きな不具合をより避けることができ、作業従事者の作業効率を更に向上させることができる。

【0100】

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0101】

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0102】

１…圧縮機本体
６…モータ
６Ａ…シャフト（回転軸）
８…ロータ
１０…冷却ファン
１３Ａ，１３Ｂ…ピストンリング
１４Ａ，１４Ｂ…連接棒組
１５Ａ，１５Ｂ…ベアリング
１６Ａ，１６Ｂ…エキセントリック
１８Ａ，１８Ｂ…シリンダ
１９Ａ，１９Ｂ…フランジ
２０Ａ，２０Ｂ…空気弁
２１Ａ，２１Ｂ…シリンダヘッド
２３Ａ，２３Ｂ…圧縮室
２４，２５…空気タンク
３０…制御組
３０ａ…ＣＰＵ
３０ｂ…コンバータ
３０ｃ…コンデンサ
３０ｄ…スイッチング素子
３１…圧力センサ
３２…制御組温度センサ
３３…モータ温度・回転数センサ（第１温度センサ）
３４…操作部
３４ａ…スイッチ
３４ｂ…表示部
３５…操作部温度センサ（第２温度センサ）
３６…可搬型空気圧縮機
４０…スイッチ基板
４１…電源部（昇圧回路）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】