特許 7488140 圧縮機

(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】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

F04B49/06 341E

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020119441

(22)【出願日】2020-07-10

(65)【公開番号】P2022016137

(43)【公開日】2022-01-21

【審査請求日】2023-06-16

(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】大畠 瑛人

(72)【発明者】

【氏名】池田 英明

(72)【発明者】

【氏名】内田 光

(72)【発明者】

【氏名】須藤 浩介

【審査官】森 秀太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００３６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５６－１７１５９５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁極位置センサを有する永久磁石同期型の電動機と、
前記電動機によって駆動されることにより気体を圧縮する複数の圧縮機構と、
前記電動機を制御する制御装置とを備えた圧縮機であって、
前記圧縮機構は、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンとを有し、
前記制御装置は、
前記磁極位置センサからの信号に基づいて、前記複数の圧縮機構のうちでピストン推力が最大となる圧縮機構の前記ピストンが上死点位置で停止するように、前記電動機を制御し、
前記圧縮機の起動が成功したか否かを判定し、
前記圧縮機の起動が成功しなかったと判定された場合、前記ピストンが上死点を越えないように前記電動機の正回転と逆回転とを複数回繰り返すことにより前記ピストンを前記シリンダ内で抉るように動作させる抉り制御を実行し、
前記抉り制御によって前記シリンダ内の気体の一部を前記ピストンと前記シリンダとの間の隙間を通じて前記シリンダ外へ逃がした後、前記電動機を正回転させて前記圧縮機を起動させる、
圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の圧縮機において、
前記制御装置は、
前記磁極位置センサからの信号に基づいて、前記電動機を停止させるための停止指令を前記電動機の駆動回路に出力し、
前記磁極位置センサからの信号に基づいて前記電動機の回転速度を演算し、
前記電動機の回転速度に基づいて前記停止指令の出力タイミングを決定する、
圧縮機。

【請求項3】

請求項１に記載の圧縮機において、
前記電動機の駆動回路へ電力を供給する電源の電圧を検出する電圧センサを有し、
前記制御装置は、
前記磁極位置センサからの信号に基づいて、前記電動機を停止させるための停止指令を前記電動機の駆動回路に出力し、
前記電圧センサで検出された電圧に基づいて前記停止指令の出力タイミングを決定する、
圧縮機。

【請求項4】

請求項１に記載の圧縮機において、
前記ピストンは、前記シリンダ内を揺動しながら往復動する揺動型のピストンである、
圧縮機。

【請求項5】

請求項１に記載の圧縮機において、
前記電動機の駆動回路へ電力を供給する電源の電圧を検出する電圧センサを有し、
前記制御装置は、
前記電圧センサで検出された電圧が予め定められた電圧よりも低い場合、高い場合に比べて前記抉り制御における正回転と逆回転の繰り返し回数を多くするとともに、前記抉り制御における初期段階での前記正回転及び逆回転時の下死点からの目標角度を低くする、
圧縮機。

【請求項6】

請求項１に記載の圧縮機において、
前記電動機の電流を検出する電流センサを有し、
前記制御装置は、
前記電流センサで検出された電流が予め定められた電流制限値以下となるように、前記抉り制御を実行する、
圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

屋外の建設現場などの作業現場において、釘打ち用工具、塗装用工具等の空気供給源として軽可搬型の空気圧縮機が使用されている。空気圧縮機は、電動機を駆動させ、クランク機構により回転運動を往復運動へ変換することで空気圧縮を行う。作業現場では、空気圧縮機を含む種々の機械が使用される。このため、屋外の仮設電源に接続されるコードリールに、複数の機械の電源ケーブルが接続され、空気圧縮機への供給電圧が不安定になることがある。例えば、通常の電源電圧が１００Ｖであるのに対し、作業環境によっては電源電圧が５０Ｖよりも低くなることもある。

【0003】

空気圧縮機への供給電圧が低下すると、電動機の駆動トルクが不足し、起動不良を起こすことがある。特許文献１には、圧縮機の起動時に電動機を逆回転させ、圧縮機のシリンダ内の気体を予備圧縮した後、電動機を正回転させてから圧縮機を起動する気体圧縮装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－７５１８５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に記載の圧縮機では、起動時に電動機を逆回転させ、圧縮機のシリンダ内の気体を予備圧縮する予備動作が必要であり、起動に時間がかかるおそれがあるため、起動性向上の観点から改善の余地があった。

【0006】

本発明は、圧縮機の起動性を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様による圧縮機は、磁極位置センサを有する永久磁石同期型の電動機と、前記電動機によって駆動されることにより気体を圧縮する複数の圧縮機構と、前記電動機を制御する制御装置とを備える。前記圧縮機構は、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンとを有する。前記制御装置は、前記磁極位置センサからの信号に基づいて、前記複数の圧縮機構のうちでピストン推力が最大となる圧縮機構の前記ピストンが上死点位置で停止するように、前記電動機を制御し、前記圧縮機の起動が成功したか否かを判定し、前記圧縮機の起動が成功しなかったと判定された場合、前記ピストンが上死点を越えないように前記電動機の正回転と逆回転とを複数回繰り返すことにより前記ピストンを前記シリンダ内で抉るように動作させる抉り制御を実行し、前記抉り制御によって前記シリンダ内の気体の一部を前記ピストンと前記シリンダとの間の隙間を通じて前記シリンダ外へ逃がした後、前記電動機を正回転させて前記圧縮機を起動させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、圧縮機の起動性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】空気圧縮機の断面を示す図。

【図2】空気圧縮機の外観の一例を示す図。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。

【図4】空気圧縮機の構成について示す図。

【図5】空気圧縮運転中の圧縮機構の動作について示す図。

【図6】圧力制御運転における運転状態及び圧力の時間変化について示す図。

【図7】コントローラの機能ブロック図。

【図8】不揮発性メモリに記憶されている往復パターンに関するテーブルについて示す図。

【図9】コントローラにより実行される停止制御について示すフローチャート。

【図10】コントローラにより実行される再起動制御について示すフローチャート。

【図11】抉り制御中のピストンの動作を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る圧縮機について説明する。

【0011】

図１～図４を参照して、空気圧縮機１００の構造を説明する。図１は空気圧縮機１００の断面を示す図であり、図２は空気圧縮機１００の外観の一例を示す図であり、図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、図４は空気圧縮機１００の構成について示す図である。

【0012】

図１～図４に示すように、本実施形態に係る空気圧縮機１００は、軽可搬型の空気圧縮機である。空気圧縮機１００は、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２５と、制御基板３０と、操作部３４とを備える。図１において、破線で描かれる大きな枠で囲んだ領域は空気を圧縮する圧縮機本体１であり、破線で描かれる小さな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。

【0013】

図１に示すように、圧縮機本体１は、モータ６が収容されるケース１Ａと、モータ６によって駆動されることにより空気（気体）を圧縮する複数（複数段）の圧縮機構（低圧側圧縮機構１８Ａ及び高圧側圧縮機構１８Ｂ）と、を備える。なお、低圧側圧縮機構１８Ａ及び高圧側圧縮機構１８Ｂを総称して圧縮機構１８と記す。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。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。ケース１Ａには、シャフト６Ａの一端側を軸支するベアリング３が装着されている。ケース１Ａにおけるステータ２の取り付け側の反対側には、シャフト６Ａの他端側を軸支するベアリング４が装着された軸受箱５が嵌合されている。

【0014】

低圧側圧縮機構１８Ａは、ケース１Ａに取り付けられたシリンダ１９Ａと、モータ６により駆動されシリンダ１９Ａ内を往復動することによりシリンダ１９Ａ内の空気を圧縮するピストン２０Ａと、シャフト６Ａに取り付けられモータ６の回転力を往復力に変換してピストン２０Ａに伝えるエキセントリック２１Ａと、を備える。同様に、高圧側圧縮機構１８Ｂは、ケース１Ａに取り付けられたシリンダ１９Ｂと、モータ６により駆動されシリンダ１９Ｂ内を往復動することによりシリンダ１９Ａ内の空気を圧縮するピストン２０Ｂと、シャフト６Ａに取り付けられモータ６の回転力を往復力に変換してピストン２０Ｂに伝えるエキセントリック２１Ｂと、を備える。

【0015】

シリンダ１９Ａは、円筒状のシリンダ本体１９１Ａと、シリンダ本体１９１Ａの開口端部を塞ぐように設けられる空気弁１９２Ａと、シリンダ本体１９１Ａとで空気弁１９２Ａを挟持するシリンダヘッド１９３Ａと、を備え、ケース１Ａに固定される。空気弁１９２Ａ及びシリンダヘッド１９３Ａは、通しボルト２２Ａによってシリンダ本体１９１Ａに固定される。同様に、シリンダ１９Ｂは、円筒状のシリンダ本体１９１Ｂと、シリンダ本体１９１Ｂの開口端部を塞ぐように設けられる空気弁１９２Ｂと、シリンダ本体１９１Ｂとで空気弁１９２Ｂを挟持するシリンダヘッド１９３Ｂと、を備え、ケース１Ａに固定される。空気弁１９２Ｂ及びシリンダヘッド１９３Ｂは、通しボルト２２Ｂによってシリンダ本体１９１Ｂに固定される。なお、シリンダ１９Ａ，１９Ｂは、シリンダ本体１９１Ａ，１９１Ｂの中心軸Ｃｃ上にシャフト６Ａの中心軸Ｃｓが位置するように配置される（図５参照）。

【0016】

低圧側のシリンダ１９Ａ及び高圧側のシリンダ１９Ｂは、ケース１Ａを挟んで互いに対向するように、ケース１Ａに取り付けられている。低圧側のシリンダ１９Ａは、ケース１Ａから図示上方に突出するように設けられ、高圧側のシリンダ１９Ｂは、ケース１Ａから図示下方に突出するように設けられている。

【0017】

ピストン２０Ａは、基端部がエキセントリック２１Ａを介してシャフト６Ａに取り付けられる連接棒１２１Ａと、連接棒１２１Ａの先端部に取り付けられるリング保持部材１２２Ａと、連接棒１２１Ａの先端部とリング保持部材１２２Ａとの間の溝に装着されるリップリング１２３Ａと、を備える。連接棒１２１Ａの基端部は、ベアリング１５Ａを介してエキセントリック２１Ａに回転可能に連結される。

【0018】

連接棒１２１Ａの先端部、リップリング１２３Ａ及びリング保持部材１２２Ａの積層構造体によってピストン本体１２９Ａが形成される。ピストン本体１２９Ａはシリンダ本体１９１Ａ内に往復動可能に配置され、ピストン本体１２９Ａとシリンダ本体１９１Ａと空気弁１９２Ａとで低圧側圧縮室２３Ａが形成される。

【0019】

ピストン２０Ｂは、基端部がエキセントリック２１Ｂを介してシャフト６Ａに取り付けられる連接棒１２１Ｂと、連接棒１２１Ｂの先端部に取り付けられる円板状のリング保持部材１２２Ｂと、リング保持部材１２２Ｂに嵌合される円板状のリング保持板１２４Ｂと、連接棒１２１Ｂの先端部とリング保持部材１２２Ｂとの間の溝に装着されるリップリング１２３Ｂと、リング保持部材１２２Ｂとリング保持板１２４Ｂとの間の溝に装着されるピストンリング１２５Ｂと、を備える。連接棒１２１Ｂの基端部は、ベアリング１５Ｂを介してエキセントリック２１Ｂに回転可能に連結される。

【0020】

連接棒１２１Ｂの先端部、リップリング１２３Ｂ、リング保持部材１２２Ｂ、ピストンリング１２５Ｂ及びリング保持板１２４Ｂの積層構造体によってピストン本体１２９Ｂが形成される。ピストン本体１２９Ｂはシリンダ本体１９１Ｂ内に往復動可能に配置され、ピストン本体１２９Ｂとシリンダ本体１９１Ｂと空気弁１９２Ｂとで高圧側圧縮室２３Ｂが形成される。

【0021】

空気弁１９２Ａ，１９２Ｂは、シリンダ本体１９１Ａ，１９１Ｂとシリンダヘッド１９３Ａ，１９３Ｂとの間に介装される弁座板と、圧縮室２３Ａ，２３Ｂからの空気の流出を禁止し圧縮室２３Ａ，２３Ｂへの空気の流入を許容する吸込弁と、圧縮室２３Ａ，２３Ｂへの空気の流入を禁止し圧縮室２３Ａ，２３Ｂからの空気の流出を許可する吐出弁と、を有する。吸気弁及び吐出弁は、リード弁等のワンウェイバルブである。

【0022】

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の中央部には、ベアリング１５Ａと偏心したエキセントリック２１Ａを介してピストン２０Ａが取り付けられている。また、シャフト６Ａの中央部には、ベアリング１５Ｂと偏心したエキセントリック２１Ｂを介して、ピストン２０Ｂが、バランス１７と共に取り付けられている。

【0023】

ピストン２０Ａ，２０Ｂ及びバランス１７は、ケース１Ａ及び軸受箱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、ピストン２０Ａ，２０Ｂは、ベアリング１５Ａ，１５Ｂを介してエキセントリック２１Ａ，２１Ｂに対して回転自在に接続されている。

【0024】

モータ６は、永久磁石同期型の電動機である。モータ６は、ステータ２と、ステータ２に対して回転運動するロータ８とを有している。ステータ２は、円筒形状のステータコア２ａと、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線を構成するステータコイル２ｂとを備えている。ロータ８は、ステータコア２ａの内側において、回転可能に配設されている。ロータ８は、円筒形状のロータコア８ａと、複数の永久磁石８ｂとを備えている。ロータコア８ａの中空部にはキー７を介してシャフト６Ａが装着され、ロータコア８ａがシャフト６Ａに固定されている。ロータコア８ａの外周近傍には、磁極部を形成する永久磁石８ｂが周方向に沿って等間隔に配設されている。三相交流電流が、ステータコイル２ｂに流されると、回転磁界がステータ２に発生し、この回転磁界がロータ８の永久磁石（磁極部）８ｂに作用してトルクが生じ、ロータ８が回転する。

【0025】

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。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。冷却ファン１０は、冷却カバー２６（図２及び図３参照）の内部に冷却風を供給し、圧縮機本体１、モータ６、空気タンク２５などの空気圧縮機１００の各構成要素を冷却する。冷却ファン１０はファンシャフト１１によってシャフト６Ａの端部に取り付けられ、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。

【0026】

図２及び図３に示すように、空気タンク２５は、圧縮機構１８で圧縮された空気を蓄積する。空気タンク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。

【0027】

冷却カバー２６の正面側には、操作部３４が取り付けられている。操作部３４は、作業者によって操作される複数のスイッチ３４ａを有している。複数のスイッチ３４ａには、運転開始と運転停止を指示するための運転・停止スイッチ３４ａ１、運転モードの変更を指示するためのモード切替スイッチ３４ａ２、及び、低電圧異常、高温異常等のエラー発生により空気圧縮機１００の運転が停止した後、空気圧縮機１００の運転の再開を指示するため復帰スイッチ３４ａ３が含まれる。図３に示すように、２つの空気タンク２５の間には、制御基板３０が設けられている。

【0028】

図４に示すように、制御基板３０は、モータ６を制御する制御装置としてのコントローラ３０ａを有する。コントローラ３０ａは、動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）１８１、記憶装置としての所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ１８２、記憶装置としてのＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ１８３、入出力インタフェース、及び、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。なお、コントローラ３０ａは、１つのマイクロコンピュータで構成してもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

【0029】

コントローラ３０ａは、電源部（交流電源）４１から供給される電力によってモータ６を駆動する。制御基板３０は、コンバータ３０ｂ、コンデンサ３０ｃ、インバータ回路３０ｄ、電圧センサ３０ｅ、及び、電流センサ３０ｈを有する。インバータ回路３０ｄは、モータ６の駆動回路であって、複数のスイッチング素子を有する。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する。インバータ回路３０ｄは、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によって交流電圧に変換する。電圧センサ３０ｅは、コンバータ３０ｂとインバータ回路３０ｄとを接続する一対の電力線（直流母線）３０ｇ間の直流電圧、すなわちインバータ回路３０ｄへ電力を供給する電源部４１の電圧を検出し、その検出結果を表す信号をコントローラ３０ａに出力する。

【0030】

電流センサ３０ｈは、モータ６に供給される電流を検出し、その検出結果を表す信号をコントローラ３０ａに出力する。電流センサ３０ｈは、インバータ回路３０ｄとモータ６との間に位置して、３本の電機子巻線（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電機子巻線）のうちＵ相及びＷ相の電機子巻線に接続される。なお、電流センサ３０ｈは、３本全ての電機子巻線にそれぞれ接続してもよいし、３本の電機子巻線のうち１本の電機子巻線のみに接続してもよい。

【0031】

コントローラ３０ａは、操作部３４からの操作信号、圧力センサ３１及びホールセンサ３２からの信号に基づいて、モータ６の制御を行う。操作部３４は、スイッチ３４ａに対する操作に応じた操作信号をコントローラ３０ａに出力する。圧力センサ３１は、空気タンク２５内の圧力を検出し、その検出結果を表す信号をコントローラ３０ａに出力する。ホールセンサ３２は、モータ６の磁極位置を検出する磁極位置センサであり、検出結果を表す信号をコントローラ３０ａに出力する。

【0032】

コントローラ３０ａは、ホールセンサ３２の信号に基づいて、モータ６の磁極位置に応じた位相で三相交流電力を出力するように、インバータ回路３０ｄを制御する。モータ６は、インバータ回路３０ｄが出力する三相交流電力によって可変速駆動される。なお、モータ６の回転速度の制御範囲は、後述する運転モードに応じて設定される。運転モードは、操作部３４からの操作信号に応じて設定される。

【0033】

本実施形態では、圧力制御運転方式によって空気圧縮機１００の運転が制御される。圧力制御運転方式とは、空気タンク２５内の圧力に応じて、モータ６の回転を制御する方式である。

【0034】

コントローラ３０ａは、スタンバイ状態であるときに、操作部３４の運転・停止スイッチ３４ａ１が操作されると、圧力制御運転を開始する。スタンバイ状態とは、空気圧縮機１００の電源プラグが電源部４１に接続され、空気圧縮機１００が通電された状態であって、圧力制御運転が行われていない状態のことを指す。本実施形態では、正常に圧力制御運転が行われている状態のことを圧力制御運転状態と記す。コントローラ３０ａは、圧力制御運転状態のときに、操作部３４の運転・停止スイッチ３４ａ１が操作されると、圧力制御運転を終了する。これにより、空気圧縮機１００は、スタンバイ状態に戻る。

【0035】

圧力制御運転が開始されると、コントローラ３０ａは、モータ６を正回転させることにより、空気を圧縮して空気タンク２５に蓄積させる空気圧縮運転を行う。図５は、空気圧縮運転中の圧縮機構１８の動作について示す図である。なお、本実施形態では、低圧側圧縮機構１８Ａと高圧側圧縮機構１８Ｂを備えているが、動作原理は同じであり、図５では、代表して、高圧側圧縮機構１８Ｂの動作について示している。また、以下では、ピストン２０Ａ，２０Ｂを総称してピストン２０と記し、シリンダ１９Ａ，１９Ｂを総称してシリンダ１９と記し、エキセントリック２１Ａ，２１Ｂを総称してエキセントリック２１と記し、シリンダヘッド１９３Ａ，１９３Ｂを総称してシリンダヘッド１９３と記し、空気弁１９２Ａ，１９２Ｂを総称して空気弁１９２と記し、低圧側圧縮室２３Ａ及び高圧側圧縮室２３Ｂを総称して圧縮室２３と記す。

【0036】

図５（ａ）～図５（ｄ）に示すように、圧縮機構１８は、モータ６のロータ８がシャフト６Ａとともに正方向（矢印Ｄ１参照）に回転すると（すなわち正回転すると）、エキセントリック２１によってピストン２０がシリンダ１９内を往復運動する。図５（ｄ）に示すように、ピストン２０が上死点（図５（ｃ）参照）から下死点（図５（ａ）参照）へ向かう吸気工程（吸い込み工程）では、シリンダヘッド１９３、空気弁１９２を通じて圧縮室２３内に空気が吸い込まれる。図５（ｂ）に示すように、ピストン２０が下死点（図５（ａ）参照）から上死点（図５（ｃ）参照）へ向かう圧縮工程（吐き出し工程）では、圧縮室２３内に吸い込まれた空気が圧縮され、空気弁１９２、シリンダヘッド１９３から吐き出される。

【0037】

本実施形態に係る空気圧縮機１００は、低圧側圧縮機構１８Ａの圧縮室２３Ａに外気を取り入れ、低圧側圧縮機構１８Ａで圧縮した空気を配管（不図示）を通じて高圧側圧縮機構１８Ｂの圧縮室２３Ｂに送り、圧縮室２３Ｂ内の空気を高圧側圧縮機構１８Ｂで更に圧縮して空気タンク２５に蓄積する、２段圧縮を行う。２段圧縮は、１段圧縮の場合よりも低圧側と高圧側の圧力比（吐き出し圧力／吸い込み圧力）が各々小さくなるため、効率がよくなり、圧縮機構１８に発生する熱を少なくすることができる。

【0038】

図６は、圧力制御運転における運転状態及び圧力の時間変化について示す図である。図６に示すように、圧力センサ３１で検出された空気タンク２５内の圧力Ｐｔが所定値以上になると、コントローラ３０ａは、モータ６の回転を停止させ空気圧縮運転を停止させる。圧力センサ３１で検出された空気タンク２５内の圧力Ｐｔが所定値以下になると、コントローラ３０ａは、モータ６を回転させることにより、空気を圧縮して空気タンク２５に蓄積させる空気圧縮運転を再び行う。空気圧縮運転が行われている状態を圧縮運転動作状態と記し、空気圧縮運転が行われていない状態を圧縮運転停止状態と記す。したがって、圧力制御運転状態では、圧縮運転動作状態と圧縮運転停止状態とが交互に繰り返し行われる。

【0039】

次に、空気圧縮機１００の運転モードの一例について説明する。

【0040】

空気圧縮機では、作業内容、環境等に応じて、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、設定される運転モードに応じて、空気タンク２５内の圧力Ｐｔの制御範囲、モータ６の回転速度の制御範囲が決定される。本実施形態に係る空気圧縮機１００は、ノーマルモード、パワフルモード、低速モード及び低電圧モードの４つの運転モードを備えている。

【0041】

コントローラ３０ａは、モード切替スイッチ３４ａ２（図２参照）が操作されるたびに、ノーマルモード、パワフルモード、低速モードの順に運転モードを切り替える。なお、低電圧モードは、モード切替スイッチ３４ａ２の操作に応じて設定される運転モードとは異なっており、電圧センサ３０ｅで検出された電圧が予め定められた閾値以下である場合にコントローラ３０ａにより設定される運転モードである。

【0042】

ノーマルモードは、空気タンク２５内の圧力の制御範囲が３．２（下限値）～４．２ＭＰａ（上限値）に設定され、モータ６の回転速度の制御範囲が１８００～２８５０ｍｉｎ^－１に設定されるモードである。パワフルモードは、モータ６の回転速度がノーマルモードと同じ範囲で可変制御され、圧力制御範囲が３．８ＭＰａ（下限値）～４．２ＭＰａ（上限値）とされた運転モードである。低速モードは、圧力制御範囲がノーマルモードと同じであるが、モータ６の回転速度が１５００ｍｉｎ^－１で維持される運転モードである。

【0043】

低電圧運転モードは、モータ６の回転速度がノーマルモードと同じ範囲で可変制御され、圧力制御範囲が２．５ＭＰａ（下限値）～３．２ＭＰａ（上限値）とされた運転モードである。

【0044】

上述したように、圧力制御運転では、空気タンク２５内の圧力Ｐｔが上昇して所定値に達するとモータ６を停止させ、空気タンク２５内の圧力Ｐｔが低下して所定値に達するとモータ６を起動させる。ここで、従来の空気圧縮機では、モータ６を停止させた後、圧縮機構１８のピストン２０が圧縮室２３内の圧縮空気の反力によって下死点付近まで押し戻されていた。なお、複数段の圧縮機構を有する空気圧縮機では、ピストン推力（すなわち、圧縮室内の空気の圧力×ピストンの受圧面積）が最大となる圧縮機構におけるピストンが下死点付近まで押し戻されることになる。つまり、本実施形態と同様の構成の空気圧縮機では、高圧側圧縮機構１８Ｂのピストン２０Ｂが圧縮室２３Ｂ内の圧縮空気の反力によって下死点付近まで押し戻される。

【0045】

また、空気圧縮機の起動の際、モータ６を正回転させたときに、圧縮室２３Ｂの残圧により大きな負荷トルクがピストン２０Ｂに作用する。特に、作業員が作業場所の移動等の際、容易に持ち運びができる小型、軽量の軽可搬型の空気圧縮機では、一般的に、空気圧縮機を起動させるときの設定圧力（起動圧力）が固定型の空気圧縮機に比べて高く設定される。このため、モータ６を起動させる際に、電圧が不足していると、モータ６の駆動トルクが不足し、シリンダ１９Ｂ内の残圧を押し切って、ピストン２０Ｂを上死点まで変位させることができず、起動不良となることがある。

【0046】

そこで、本実施形態では、圧縮運転動作状態から圧縮運転停止状態に移行する際、コントローラ３０ａが、ホールセンサ３２からの信号に基づいて、高圧側圧縮機構１８Ｂのピストン２０Ｂ、すなわち複数段の圧縮機構１８のうちでピストン推力が最大となる圧縮機構１８のピストン２０Ｂが上死点位置で停止するようにモータ６を制御する。ピストン２０Ｂを上死点位置、すなわちピストン２０Ｂの上死点及びその近傍の位置（例えば、上死点から±５°の範囲内の位置）で停止させることにより、高圧側圧縮室２３Ｂ内の圧縮空気の反力によるモーメントを低く抑えることができるので、ピストン２０Ｂが圧縮空気の反力によって下死点付近まで押し戻されることを防止することができる。

【0047】

圧縮運転停止状態において、ピストン２０Ｂが上死点位置で停止しているため、空気圧縮機１００を起動させる際、ピストン２０Ｂを下死点に向かうように大きく動作させた後、上死点に向かうように動作させることになり、慣性力を利用してスムーズに圧縮運転動作状態に移行することができる。

【0048】

また、本実施形態では、一時的に電圧が著しく低下するなどして、圧縮運転停止状態から圧縮運転動作状態へ移行することができなかった場合に、ピストン２０Ｂをシリンダ１９Ｂ内で抉るように動作させることで高圧側圧縮室２３Ｂ内の空気を意図的に高圧側圧縮室２３Ｂ外へ逃がし、高圧側圧縮室２３Ｂ内の圧力を低下させた上で再起動を行う再起動制御がコントローラ３０ａにより実行される。以下、ピストン２０Ｂを上死点位置で停止するようにモータ６の運転を制御する停止制御、及び、再起動制御の内容について詳しく説明する。

【0049】

図７は、コントローラ３０ａの機能ブロック図である。図７では、コントローラ３０ａによる停止制御及び再起動制御に関する機能について示している。図７に示すように、コントローラ３０ａは、不揮発性メモリ１８３に記憶されているプログラムを実行することにより、位置演算部１３２、速度演算部１３３、運転制御部１３４、停止指令位置決定部１３５、往復パターン決定部１３６及びモード設定部１３７として機能する。

【0050】

変換部１３１は、圧力センサ３１、電圧センサ３０ｅ、ホールセンサ３２及び操作部３４から入力された信号をＣＰＵ１８１で演算可能なように変換する。位置演算部１３２は、ホールセンサ３２からの信号に基づいて、ロータ８の磁極位置（すなわち、ロータ８の回転角度θ）を演算する。速度演算部１３３は、ホールセンサ３２からの信号に基づいて、ロータ８の回転速度ω[ｍｉｎ^－１]を演算する。

【0051】

モード設定部１３７は、操作部３４からの信号に基づいて運転モードを設定する。モード設定部１３７は、ノーマルモードが設定されているときにモード切替スイッチ３４ａ２が操作されると、運転モードをパワフルモードに設定する。モード設定部１３７は、パワフルモードが設定されているときにモード切替スイッチ３４ａ２が操作されると、運転モードを低速モードに設定する。モード設定部１３７は、低速モードが設定されているときにモード切替スイッチ３４ａ２が操作されると、運転モードをノーマルモードに設定する。モード設定部１３７は、再起動制御において、電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖが予め定められた電圧（第２電圧閾値Ｖ２）以下である場合に、運転モードを低電圧モードに設定する。

【0052】

運転制御部１３４は、圧力センサ３１で検出された圧力Ｐｔ、及び、モード設定部１３７で設定された運転モードに基づいて、上述した圧力制御運転を実行する。

【0053】

本実施形態に係るコントローラ３０ａは、ホールセンサ３２からの信号に基づいて、モータ６を停止させるための停止指令をインバータ回路３０ｄに出力する。また、コントローラ３０ａは、モータ６の回転速度ωに基づいて停止指令の出力タイミングを決定する。以下、詳しく説明する。なお、モータ６の回転速度ωは、供給電圧Ｖが低くなるほど、低くなる。

【0054】

停止指令位置決定部１３５は、速度演算部１３３で演算されたロータ８の回転速度ωに基づいて補正角θｃを決定し、目標停止角θｓ（正の値）に補正角θｃ（負の値）を加算することにより停止指令角（停止指令位置）θｔｃを決定する。停止指令角θｔｃは、ピストン２０Ｂが上死点から正回転方向手前（つまり逆回転方向）に所定距離だけ離れた位置である。運転制御部１３４が、位置演算部１３２で演算された回転位置（回転角度）θに基づいて、ピストン２０Ａが停止指令角θｔｃに位置したか否かを判定し、ピストン２０Ａが停止指令角θｔｃに位置したと判定されると、停止指令をインバータ回路３０ｄに出力し、モータ６を停止させる。補正角θｃは、圧縮室２３Ｂ内の圧力、ピストン２０Ｂを停止させる際のピストン２０Ｂの慣性の影響、及び、停止指令角θｔｃを検出してからインバータ回路３０ｄの電流が遮断されるまでの通信時間（通信ラグ）等の影響を考慮して決定する。

【0055】

目標停止角θｓは、ピストン２０Ｂの下死点（図５（ａ）参照）を０°としたときの正回転方向の角度であり、例えば、１７５°～１８５°の範囲で設定される。補正角θｃは、目標停止角θｓから正回転方向の手前（すなわち逆回転方向）に角度を補正する値であり、負の値が設定される（θｃ＜０）。補正角θｃは、回転速度ωが大きいほど、その絶対値が大きくなるように設定される。

【0056】

不揮発性メモリ１８３には、予め、目標停止角θｓ、第１補正角θｃａ、第２補正角θｃｂ及び第３補正角θｃｃ、並びに、第１速度閾値ω１及び第２速度閾値ω２が記憶されている。補正角θｃａ，θｃｂ，θｃｃ及び速度閾値ω１，ω２は、予め、実験等によって定められる。なお、速度閾値ω１，ω２の大小関係はω１＞ω２である。また、補正角θｃａ，θｃｂ，θｃｃの大小関係はθｃａ＜θｃｂ＜θｃｃである。本実施形態では、第１速度閾値ω１は１８００ｍｉｎ^－１であり、第２速度閾値ω２は１７００ｍｉｎ^－１である。また、補正角θｃａは－２０°程度であり、補正角θｃｂは－１０°程度であり、補正角θｃｃは－５°程度である。

【0057】

停止指令位置決定部１３５は、ロータ８の回転速度ωが第１速度閾値ω１以上である場合には、第１補正角θｃａを補正角θｃとして選択する（θｃ＝θｃａ）。停止指令位置決定部１３５は、ロータ８の回転速度ωが第１速度閾値ω１よりも小さく第２速度閾値ω２よりも大きい場合には、第２補正角θｃｂを補正角θｃとして選択する（θｃ＝θｃｂ）。停止指令位置決定部１３５は、ロータ８の回転速度ωが第２速度閾値ω２以下である場合には、第３補正角θｃｃを補正角θｃとして選択する（θｃ＝θｃｃ）。

【0058】

運転制御部１３４は、圧縮運転停止状態から圧縮運転動作状態への移行、すなわち空気圧縮機１００の起動が成功したか否かを判定する。運転制御部１３４は、モータ６を正回転方向に動作させるための駆動制御信号をインバータ回路３０ｄに出力している正回転制御が実行されている場合において、ロータ８の回転速度ωが起動判定閾値ω０以上であるか否かを判定する。正回転制御が実行されており、かつ、ロータ８の回転速度ωが起動判定閾値ω０以上になった場合、運転制御部１３４は、起動は成功したと判定する。一方、正回転制御が実行されており、かつ、ロータ８の回転速度ωが起動判定閾値ω０未満の状態が所定時間ｔ０以上継続された場合、運転制御部１３４は、起動が成功しなかったと判定し、再起動制御フラグをオンに設定する。

【0059】

運転制御部１３４は、再起動制御フラグがオンに設定されると、往復パターン決定部１３６で決定される往復パターンに基づいて、抉り制御を実行する。抉り制御とは、シリンダ１９Ｂ内に挿入されているピストン２０Ｂを抉るように動作させることにより、ピストン本体１２９Ａとシリンダ１９Ｂの隙間を通じて高圧側圧縮室２３Ｂ内の空気を抜くための制御である。運転制御部１３４は、ピストン２０Ｂが上死点を越えないようにモータ６の正回転と逆回転とを複数回繰り返すことにより、ピストン２０Ｂをシリンダ１９Ｂ内で抉るように動作させる抉り制御を実行する。

【0060】

往復パターン決定部１３６は、電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖに基づいて往復パターンを決定する。不揮発性メモリ１８３には、予め、第１往復パターンに関する第１パターンテーブルＴａ１及び第２往復パターンに関する第２パターンテーブルＴａ２、並びに、第１電圧閾値Ｖ１及び第２電圧閾値Ｖ２が記憶されている。パターンテーブルＴａ１，Ｔａ２及び電圧閾値Ｖ１，Ｖ２は、予め、実験等によって定められる。なお、電圧閾値Ｖ１，Ｖ２の大小関係はＶ１＞Ｖ２である。本実施形態では、第１電圧閾値Ｖ１は９１[Ｖ]であり、第２電圧閾値Ｖ２は８０[Ｖ]である。

【0061】

往復パターン決定部１３６は、電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１以上である場合には、第１往復パターンを往復パターンとして選択する。往復パターン決定部１３６は、電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１よりも小さく第２電圧閾値Ｖ２よりも大きい場合には、第２往復パターンを往復パターンとして選択する。電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２以下である場合、往復パターン決定部１３６は往復パターンを選択せず、上述したようにモード設定部１３７が運転モードを低電圧モードに設定する。

【0062】

図８は、不揮発性メモリ１８３に記憶されている往復パターンに関するテーブルについて示す図である。往復パターンに関するテーブルは、正回転時のピストン２０Ｂの目標角度（下死点後角度とも記す）と、逆回転時のピストン２０Ｂの目標角度（下死点前角度とも記す）と、を有するテーブルである。なお、ピストン２０が下死点にあるときの回転角度θを０°とし、下死点から上死点に向かってピストン２０が正回転したときの回転角度θを正（＋）の値で表し、下死点から上死点に向かってピストン２０が逆回転したときの回転角度θを負（－）の値で表す。

【0063】

第１パターンテーブルＴａ１は、１回目の正回転時の目標角度θｔｆ１が「３０°」、１回目の逆回転時の目標角度θｔｒ１が「－３０°」、２回目の正回転時の目標角度θｔｆ２が「４０°」、２回目の逆回転時の目標角度θｔｒ２が「－４０°」、３回目の正回転時の目標角度θｔｆ３が「４５°」、３回目の逆回転時の目標角度θｔｒ３が「－４５°」となる往復パターンを表すデータテーブルである。第２パターンテーブルＴａ２は、１回目の正回転時の目標角度θｔｆ１が「１５°」、１回目の逆回転時の目標角度θｔｒ１が「－１５°」、２回目の正回転時の目標角度θｔｆ２が「２０°」、２回目の逆回転時の目標角度θｔｒ２が「－２０°」、３回目の正回転時の目標角度θｔｆ３が「３０°」、３回目の逆回転時の目標角度θｔｒ３が「－３０°」、４回目の正回転時の目標角度θｔｆ４が「４０°」、４回目の逆回転時の目標角度θｔｒ４が「－４０°」、５回目の正回転時の目標角度θｔｆ５が「４５°」、５回目の逆回転時の目標角度θｔｒ１が「－４５°」となる第２往復パターンを表すデータテーブルである。

【0064】

図９は、コントローラ３０ａ（運転制御部１３４、停止指令位置決定部１３５及び往復パターン決定部１３６）により実行される停止制御について示すフローチャートである。図９に示すフローチャートの処理は、スタンバイ状態であるときに運転・停止スイッチ３４ａ１が操作されることにより開始される。

【0065】

図９に示すように、ステップＳ１１０において、運転制御部１３４は、圧力センサ３１で検出された圧力Ｐｔを取得し、ステップＳ１１３へ進む。ステップＳ１１３において、運転制御部１３４は、ステップＳ１１０で取得した圧力Ｐｔが第１圧力閾値Ｐｔ１以上であるか否かを判定する。第１圧力閾値Ｐｔ１は、上限値（例えば、４．２ＭＰａ）よりも低い値（例えば、４．１ＭＰａ）であり、予め不揮発性メモリ１８３に記憶されている。圧力Ｐｔが第１圧力閾値Ｐｔ１以上であると判定されるとステップＳ１１６へ進み、圧力Ｐｔが第１圧力閾値Ｐｔ１未満であると判定されるとステップＳ１１０へ戻る。

【0066】

ステップＳ１１６において、運転制御部１３４は、停止準備フラグをオンに設定する。ステップＳ１１６において、停止準備フラグがオンに設定されると、ステップＳ１１９へ進む。

【0067】

ステップＳ１１９において、停止指令位置決定部１３５は、速度演算部１３３で演算された回転速度ωを取得し、ステップＳ１２２へ進む。ステップＳ１２２において、停止指令位置決定部１３５は、ステップＳ１１９で取得した回転速度ωが第１速度閾値ω１以上であるか否かを判定する。回転速度ωが第１速度閾値ω１以上であると判定されるとステップＳ１２８へ進み、回転速度ωが第１速度閾値ω１よりも小さいと判定されるとステップＳ１２５へ進む。

【0068】

ステップＳ１２５において、停止指令位置決定部１３５は、ステップＳ１１９で取得した回転速度ωが第２速度閾値ω２以下であるか否かを判定する。回転速度ωが第２速度閾値ω２以下であると判定されるとステップＳ１３４へ進み、回転速度ωが第２速度閾値ω２よりも大きいと判定されるとステップＳ１３１へ進む。

【0069】

回転速度ωが第１速度閾値ω１以上である場合、ステップＳ１２８において、停止指令位置決定部１３５は、補正角θｃを第１補正角θｃａに設定し、ステップＳ１３７へ進む。回転速度ωが第１速度閾値ω１よりも小さく第２速度閾値ω２よりも大きい場合、ステップＳ１３１において、停止指令位置決定部１３５は、補正角θｃを第２補正角θｃｂに設定し、ステップＳ１３７へ進む。回転速度ωが第２速度閾値ω２以下である場合、ステップＳ１３４において、停止指令位置決定部１３５は、補正角θｃを第３補正角θｃｃに設定し、ステップＳ１３７へ進む。

【0070】

ステップＳ１３７において、停止指令位置決定部１３５は、目標停止角θｓに補正角θｃを加算することにより停止指令角θｔｃを算出して（θｔｃ＝θｓ＋θｃ）、ステップＳ１４０へ進む。

【0071】

ステップＳ１４０において、運転制御部１３４は、圧力センサ３１で検出された圧力Ｐｔを取得し、ステップＳ１４３へ進む。

【0072】

ステップＳ１４３において、運転制御部１３４は、圧力センサ３１で検出された圧力Ｐｔが第２圧力閾値Ｐｔ２以上であるか否かを判定する。圧力Ｐｔが第２圧力閾値Ｐｔ２以上であると判定されるとステップＳ１４６へ進み、圧力Ｐｔが第２圧力閾値Ｐｔ２未満であると判定されるとステップＳ１１９へ戻る。第２圧力閾値Ｐｔ２は、第１圧力閾値Ｐｔ１（例えば、４．１ＭＰａ）よりも高く、上限値（例えば、４．２ＭＰａ）よりも低い値（例えば、４．１５ＭＰａ）であり、予め不揮発性メモリ１８３に記憶されている。

【0073】

ステップＳ１４６において、運転制御部１３４は、位置演算部１３２で演算される回転角度θが、ステップＳ１３７で演算した停止指令角θｔｃに達したか否かを判定する。ステップＳ１４６において、運転制御部１３４は、回転角度θが停止指令角θｔｃに達したと判定されるまで、回転角度θを監視する。回転角度θが停止指令角θｔｃに達したと判定されると、運転制御部１３４は、停止指令をインバータ回路３０ｄに出力し、ステップＳ１４９へ進む。

【0074】

ステップＳ１４９において、運転制御部１３４は、圧力センサ３１で検出された圧力Ｐｔを取得し、ステップＳ１５２へ進む。ステップＳ１５２において、運転制御部１３４は、ステップＳ１４９で取得した圧力Ｐｔが予め定められた下限値ＰＬ（ノーマルモードでは３．２ＭＰａ）以下であるか否かを判定する。圧力Ｐｔが下限値ＰＬ以下であると判定されるとステップＳ１５５へ進み、圧力Ｐｔが下限値ＰＬよりも大きいと判定されるとステップＳ１４９へ戻る。下限値ＰＬは、予め不揮発性メモリ１８３に記憶されている。

【0075】

ステップＳ１５５において、運転制御部１３４は、モータ６を正回転させるための駆動制御信号をインバータ回路３０ｄに出力する起動制御を実行し、ステップＳ１５８へ進む。

【0076】

ステップＳ１５８において、運転制御部１３４は、速度演算部１３３で演算された回転速度ωを取得し、回転速度ωに基づいて空気圧縮機１００の起動が成功したか否かを判定する。空気圧縮機１００の起動が成功したと判定されるとステップＳ１５９へ進み、空気圧縮機１００の起動が成功しなかったと判定されるとステップＳ１６０へ進む。

【0077】

ステップＳ１５９において、運転制御部１３４は、後述する起動不良フラグＦｆを０（ゼロ）に設定し、ステップＳ１１０へ進む。

【0078】

ステップＳ１６０において、コントローラ３０ａは、再起動制御を実行し、ステップＳ１９０へ進む。ステップＳ１９０において、運転制御部１３４は、ステップＳ１５８と同様の起動判定処理を実行する。空気圧縮機１００の起動が成功したと判定されるとステップＳ１５９へ進み、空気圧縮機１００の起動が成功しなかったと判定されるとステップＳ１９３へ進む。

【0079】

ステップＳ１９３において、起動不良フラグＦｆに１を加算し、ステップＳ１９５へ進む。ステップＳ１９５において、起動不良フラグＦｆが異常判定閾値Ｆｆ０以上であるか否かを判定する。異常判定閾値Ｆｆ０は、予め不揮発性メモリ１８３に記憶されている。異常判定閾値Ｆｆ０には２以上の値が設定される。起動不良フラグＦｆが異常判定閾値Ｆｆ０以上であると判定されるとステップＳ１９８へ進み、起動不良フラグＦｆが異常判定閾値Ｆｆ０未満であると判定されるとステップＳ１６０へ戻る。

【0080】

ステップＳ１９８において、運転制御部１３４は、モータ６を停止させるとともにエラー報知を行う。エラー報知は、例えば、スピーカ等の音出力装置により、起動不良によりモータ６が停止状態にあることを知らせるための音声を出力したり、ＬＥＤ等の警告灯を点灯させたりすることにより行う。

【0081】

図１０を参照して、ステップＳ１６０において実行される再起動制御について説明する。図１０は、コントローラ３０ａ（運転制御部１３４及び往復パターン決定部１３６）により実行される再起動制御について示すフローチャートである。再起動制御は、起動判定処理（図９のステップＳ１５８，Ｓ１９０）において、空気圧縮機１００の起動が成功しなかったと判定されてから所定時間（例えば、５秒程度）が経過した後に実行される。

【0082】

図１０に示すように、再起動制御（ステップＳ１６０）では、まず、ステップＳ１６３において、往復パターン決定部１３６は、電圧センサ３０ｅで検出される電圧Ｖを取得し、ステップＳ１６６へ進む。ステップＳ１６６において、ステップＳ１６３で取得した電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１以上であるか否かを判定する。電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１以上であると判定されるとステップＳ１７２へ進み、電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１未満であると判定されるとステップＳ１６９へ進む。

【0083】

ステップＳ１６９において、往復パターン決定部１３６は、ステップＳ１６３で取得した電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２以下であるか否かを判定する。電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２よりも大きいと判定されるとステップＳ１７５へ進み、電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２以上であると判定されるとステップＳ１７８へ進む。

【0084】

ステップＳ１７２において、往復パターン決定部１３６は、第１パターンテーブルＴａ１で定められる第１往復パターンを選択し、運転制御部１３４が、往復パターン決定部１３６で選択された第１往復パターンに基づいて、インバータ回路３０ｄに駆動制御信号を出力する抉り制御（第１抉り制御）を実行する。第１抉り制御において、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ１に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ１に達するまで逆回転させる。その後、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ２に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ２に達するまで逆回転させる。その後、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ３に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ３に達するまで逆回転させる。ステップＳ１７２において、第１抉り制御が完了すると、ステップＳ１８２へ進む。

【0085】

ステップＳ１７５において、往復パターン決定部１３６は、第２パターンテーブルＴａ２で定められる第２往復パターンを選択し、運転制御部１３４が、往復パターン決定部１３６で選択された第２往復パターンに基づいて、抉り制御（第２抉り制御）を実行する。第２抉り制御において、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ１に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ１に達するまで逆回転させる。その後、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ２に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ２に達するまで逆回転させる。その後、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ３に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ３に達するまで逆回転させる。その後、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ４に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ４に達するまで逆回転させる。その後、運転制御部１３４は、モータ６を目標角度θｔｆ５に達するまで正回転させ、その後、モータ６を目標角度θｔｒ５に達するまで逆回転させる。ステップＳ１７５において、第２抉り制御が完了すると、ステップＳ１８２へ進む。

【0086】

ステップＳ１７８において、電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２以下であると判定された場合、モード設定部１３７は、運転モードを低電圧モードに設定し、図９のステップＳ１４９へ進む。

【0087】

ステップＳ１８２において、運転制御部１３４は、モータ６を正回転させるための駆動制御信号をインバータ回路３０ｄに出力する起動制御を実行し、ステップＳ１９０（図９参照）へ進む。

【0088】

本実施形態の主な動作について説明する。建設現場等において、作業者が空気圧縮機１００の電源プラグを電源部４１に接続し、運転・停止スイッチ３４ａ１を操作すると、空気圧縮機１００は、圧力制御運転を開始する。

【0089】

空気タンク２５内の圧力Ｐｔが上昇し、第１圧力閾値Ｐｔ１に達すると、停止準備状態となり、モータ６の回転速度ωに基づいて停止指令角θｔｃが決定される（図９のステップＳ１１０～Ｓ１３７）。空気タンク２５内の圧力Ｐｔがさらに上昇し、第２圧力閾値Ｐｔ２に達した後、モータ６の回転速度ωが停止指令角θｔｃになると、コントローラ３０ａはインバータ回路３０ｄに停止指令を出力する（図９のステップＳ１４０～Ｓ１４６）。これにより、モータ６への電流の供給が遮断されるので、モータ６は、圧縮室２３内の圧力がブレーキ力としてピストン２０に作用することによって減速し、停止する。モータ６が停止したとき、ピストン２０Ｂは上死点位置（例えば、上死点から±５°の範囲内の位置）に配置されている。ピストン２０Ｂが上死点位置に配置されている状態では、圧縮室２３Ｂ内の空気残量が小さく、また、ベアリング１５Ｂの中心とシャフト６Ａの中心軸Ｃｓとを結ぶ仮想直線（エキセントリック２１の重心とシャフト６Ａの中心軸Ｃｓとを結ぶ仮想直線）が、シリンダ１９の中心軸（ピストン２０の中心軸）に略一致した状態となるため、高圧側圧縮室２３Ｂ内の圧縮空気の反力によるモーメントを低く抑えることができる。その結果、圧縮運転停止状態において、ピストン２０Ｂを上死点位置で保持することができる。

【0090】

作業者が、釘打ち作業等により空気を使用し、空気タンク２５内の圧力Ｐｔが下限値ＰＬ以下まで低下すると、空気圧縮機１００が起動され、圧縮運転動作状態となる（図９のステップＳ１４９～Ｓ１５９）。ここで、本実施形態では、圧縮運転停止状態において、ピストン２０Ｂが上死点位置で停止しているため、電源電圧が不安定な状態であっても、空気圧縮機１００を起動させる際、ピストン２０Ｂを下死点に向かうように大きく動作させた後、上死点に向かうように動作させることができるので、慣性力を利用してスムーズに圧縮運転動作状態に移行することができる。

【0091】

なお、電源電圧が著しく不安定な状態になるなどに起因して、万一、起動不良が生じてしまった場合には、抉り制御が実行される（図１０）。図１１は、抉り制御中のピストン２０Ｂの動作を示す図である。図１１に示すように、抉り制御では、ピストン２０Ｂをシリンダ１９Ｂ内で抉るように動作させ、ピストン２０Ｂをシリンダ１９Ｂに対して傾け、ピストン２０Ｂのピストン本体１２９Ｂの外周とシリンダ１９Ｂのシリンダ本体１９１Ｂの内周との間に隙間を形成することにより、高圧側圧縮室２３Ｂ内の空気の一部をピストン本体１２９Ｂの外周とシリンダ本体１９１Ｂの内周との間の隙間を通じて高圧側圧縮室２３Ｂ外へ逃がし（図示破線の矢印参照）、高圧側圧縮室２３Ｂ内の圧力を速やかに低下させることができる。

【0092】

高圧側圧縮室２３Ｂの圧力が低下することにより、起動時の負荷トルクが低減される。したがって、抉り制御が完了した後、モータ６を正回転させることにより、スムーズに空気圧縮機１００を起動させることができる。

【0093】

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

【0094】

（１）空気圧縮機（圧縮機）１００は、ホールセンサ（磁極位置センサ）３２を有する永久磁石同期型のモータ（電動機）６と、モータ６によって駆動されることにより空気（気体）を圧縮する複数の圧縮機構１８と、モータ６を制御するコントローラ（制御装置）３０ａとを備える。圧縮機構１８は、シリンダ１９と、シリンダ１９内を往復動するピストン２０とを有する。コントローラ３０ａは、ホールセンサ３２からの信号に基づいて、複数の圧縮機構１８のうちでピストン推力が最大となる高圧側圧縮機構１８Ｂのピストン２０Ｂが上死点位置で停止するように、モータ６を制御する。

【0095】

この構成では、コントローラ３０ａがホールセンサ３２からの信号に基づいて、モータ６の位置を読み取り、停止制御を実行することにより、ピストン２０Ｂを上死点位置で停止させ、その状態を保持することができる。これにより、空気圧縮機１００を起動させるときに、上死点位置から下死点位置に向かってピストン２０Ｂを大きく動作させた後、下死点位置から上死点位置に向かってピストン２０Ｂを動作させることができる。その結果、慣性力を利用してスムーズに空気圧縮機１００を起動することができる。このように、本実施形態によれば、モータ６への供給電圧が低い場合であっても、予備動作を必要とすることなく、短時間で空気圧縮機１００を起動させることができる。つまり、本実施形態によれば、供給電圧が低い場合における空気圧縮機１００の起動性を向上することができるので、作業者にとって使い勝手のよい空気圧縮機１００を提供することができる。

【0096】

また、本実施形態によれば、起動圧力を高めに設定することができるので、作業効率の向上（例えば、単位時間当たりの釘打ち本数の増加）を図ることもできる。さらに、本実施形態によれば、ピストン２０の大ボア化、小ストローク化を図ることができ、空気圧縮機１００の振動低減を図ることもできる。

【0097】

（２）コントローラ３０ａは、ホールセンサ３２からの信号に基づいて、モータ６を停止させるための停止指令をモータ６の駆動回路であるインバータ回路３０ｄに出力する。コントローラ３０ａは、ホールセンサ３２からの信号に基づいてモータ６の回転速度を演算し、モータ６の回転速度に基づいて停止指令の出力タイミングを決定する。モータ６の回転速度が大きいほど、早めに停止指令を出力することにより、ピストン２０Ｂを上死点位置に精度よく停止させることができる。つまり、本実施形態によれば、モータ６の回転速度の大きさにかかわらず、ピストン２０Ｂを上死点位置に精度よく停止させることができる。なお、モータ６の回転速度は電圧の大きさに比例する。したがって、本実施形態によれば、電圧の状態にかかわらず、ピストン２０Ｂを上死点位置に精度よく停止させることができる。

【0098】

（３）コントローラ３０ａは、空気圧縮機１００の起動が成功したか否かを判定する。コントローラ３０ａは、空気圧縮機１００の起動が成功しなかったと判定された場合、ピストン２０Ｂが上死点を越えないようにモータ６の正回転と逆回転とを複数回繰り返すことによりピストン２０Ｂをシリンダ１９Ｂ内で抉るように動作させる抉り制御を実行する。コントローラ３０ａは、抉り制御によってシリンダ１９Ｂ内の空気の一部をピストン２０Ｂとシリンダ１９Ｂとの間の隙間を通じてシリンダ１９Ｂ外へ逃がした後、モータ６を正回転させて空気圧縮機１００を起動させる。

【0099】

このように、本実施形態では、万一、起動不良が生じてしまった場合には、バックアップ起動制御としての抉り制御が実行される。抉り制御では、ピストン２０Ｂとシリンダ１９Ｂとの間に隙間が形成され、シリンダ１９Ｂ内の空気をシリンダ１９Ｂ外へ逃がし、シリンダ１９内の圧力を速やかに低下させることができる。これにより、起動時の負荷トルクを低減することができるので、抉り制御が完了した後、モータ６を正回転させることにより、スムーズに空気圧縮機１００を起動させることができる。

【0100】

（４）本実施形態に係る圧縮機構１８のピストン２０Ｂは、ピストン本体１２９Ｂがシリンダ１９Ｂ内を揺動しながら往復動する揺動型ピストン（ロッキングピストン）である。このため、抉り制御により、容易にピストン２０Ｂとシリンダ１９Ｂとの間に隙間を形成することができるので、速やかにシリンダ１９Ｂ内の圧力を低下させることができる。

【0101】

空気圧縮機１００は、インバータ回路３０ｄへ電力を供給する交流電源（電源）４１の電圧を検出する電圧センサ３０ｅを有する。コントローラ３０ａは、電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖに基づいて、予め定められている複数の往復パターンの中から一の往復パターンを選択する。

【0102】

（５）コントローラ３０ａは、選択した往復パターンに基づいて、モータ６の正回転と逆回転とを複数回繰り返す。往復パターンは、第１電圧閾値Ｖ１以上では往復回数が３回であり、第１電圧閾値Ｖ１未満では５回である。このように、コントローラ３０ａは、電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖが予め定められた電圧（第１電圧閾値Ｖ１）よりも低い場合、第１電圧閾値Ｖ１よりも高い場合に比べて抉り制御における正回転と逆回転の繰り返し回数を多くする。

【0103】

また、第１電圧閾値Ｖ１以上では、目標角度が３０°，－３０°，４０°，－４０°，４５°，－４５°の順に設定されるのに対し、第１電圧閾値Ｖ１未満では、目標角度が１５°，－１５°，２０°，－２０°，３０°，－３０°，４０°，－４０°，４５°，－４５°の順に設定される。このように、コントローラ３０ａは、電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１よりも低い場合、第１電圧閾値Ｖ１よりも高い場合に比べて抉り制御における初期段階（少なくとも１往復目）での正回転及び逆回転時の下死点からの目標角度を低く設定する。これにより、電圧Ｖに応じて、適切に空気圧縮機１００の起動性を向上することができる。

【0104】

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0105】

＜変形例１＞
上記実施形態では、コントローラ３０ａが、電圧Ｖに応じて、第１往復パターン及び第２往復パターンのいずれかを選択し、抉り制御を実行する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。３つ以上の往復パターンを予め定めておき、電圧Ｖに応じて、往復パターンを選択するようにしてもよい。

【0106】

＜変形例２＞
上記実施形態では、コントローラ３０ａが、抉り制御において、電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖに基づいて、正回転及び逆回転時の目標角度及びピストン２０の往復回数を決定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。コントローラ３０ａは、電流センサ３０ｈで検出された電流が予め定められた電流制限値以下となるように、抉り制御を実行してもよい。

【0107】

電流は、負荷トルクが大きくなるほど増加するため、このように電流に制限をかけることにより、正回転及び逆回転時におけるピストン２０の目標角度（下死点後角度及び下死点前角度）を制御することができる。ピストン２０の往復回数が、予め定められた回数閾値を超えた場合に抉り制御が完了したものとして、電流の制限を解除し、モータ６を正回転させることにより空気圧縮機１００を起動させる。

【0108】

このような変形例によれば、電流に制限をかけつつ抉り制御が実行されるため、正回転の際の目標角度（下死点後角度）及び逆回転の際の目標角度（下死点前角度）が自動で調整され、シリンダ１９内の空気をシリンダ１９外に逃がすことができる。これにより、電流増加に起因する発熱量の増加及び損失を抑えつつ、空気圧縮機１００の起動性を向上することができる。

【0109】

＜変形例３＞
上記実施形態では、コントローラ３０ａがモータ６の回転速度ωに基づいて停止指令の出力タイミングを決定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。上述したように、本実施形態に係る空気圧縮機１００では、電圧Ｖが低くなるほどモータ６の回転速度ωが低下する。このため、コントローラ３０ａは、電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖに基づいて停止指令の出力タイミングを決定してもよい。このような変形例によれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0110】

本変形例に係るコントローラ３０ａでは、図９のステップＳ１１９において、回転速度ωを取得することに代えて電圧センサ３０ｅで検出された電圧Ｖを取得する。また、コントローラ３０ａは、ステップＳ１２２において、第１の回転速度判定処理に代えて第１の電圧判定処理を実行する。ステップＳ１２２において、コントローラ３０ａは電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１ａ以上であるか否かを判定し、電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１ａ以上であると判定されるとステップＳ１２８へ進み、電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１ａ未満であると判定されるとステップＳ１２５へ進む。

【0111】

さらに、コントローラ３０ａは、ステップＳ１２５において、第２の回転速度判定処理に代えて第２の電圧判定処理を実行する。ステップＳ１２５において、コントローラ３０ａは電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２ａ以下であるか否かを判定し、電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２ａ以下であると判定されるとステップＳ１３４へ進み、電圧Ｖが第２電圧閾値Ｖ２ａよりも高いと判定されるとステップＳ１３１へ進む。なお、第１電圧閾値Ｖ１ａは、第２電圧閾値Ｖ２ａよりも高い。第１電圧閾値Ｖ１ａ及び第２電圧閾値Ｖ２ａは、予め定められ、不揮発性メモリ１８３に記憶されている。

【0112】

＜変形例４＞
上記実施形態では、抉り制御における正回転及び逆回転の際の目標角度（下死点後角度及び下死点前角度）を徐々に増加させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。抉り制御における正回転及び逆回転の際の目標角度は一定であってもよい。

【0113】

＜変形例５＞
上記実施形態では、コントローラ３０ａは、空気圧縮機１００の起動が成功しなかった場合、同様の再起動制御を実行する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、コントローラ３０ａは、第１抉り制御を実行した後、空気圧縮機１００の起動が成功しなかった場合、電圧Ｖが第１電圧閾値Ｖ１以上であっても第２抉り制御を実行するようにしてもよい。

【0114】

＜変形例６＞
上記実施形態では、磁極位置センサとしては、ホールセンサ３２を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。磁極位置センサとして、レゾルバ、エンコーダ等を採用してもよい。なお、ホールセンサ３２からの信号に基づいて、モータ６の停止制御を実行する構成では、物理的な位置制御に比べて、安価で実施でき、角度精度も良い。

【0115】

＜変形例７＞
上記実施形態では、圧縮機が軽可搬型の空気圧縮機１００である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。固定型の空気圧縮機に本発明を適用してもよい。また、圧縮機は、空気を圧縮する空気圧縮機に限定されることもなく、空気以外の気体を圧縮する圧縮機としてもよい。

【0116】

＜変形例８＞
上記実施形態では、圧縮機構１８が、揺動型のピストン（ロッキングピストン）を備える揺動ピストン方式の圧縮機構である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。圧縮機構１８には、連接棒の圧縮室側端部に軸受が設けられ、その軸受を支点として首振り可能に支持され、シリンダ１９内に沿って直線状に摺動する円筒型のピストンを有する通常ピストン方式の圧縮機構を採用してもよい。通常ピストン方式の圧縮機構においても、上死点位置で停止するようにモータ６を制御することにより、揺動ピストン方式と同様、空気圧縮機１００の起動性を向上させることができる。

【0117】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0118】

１…圧縮機本体、６…モータ（電動機）、８ｂ…永久磁石、１８…圧縮機構、１８Ａ…低圧側圧縮機構、１８Ｂ…高圧側圧縮機構、１９（１９Ａ，１９Ｂ）…シリンダ、２０（２０Ａ，２０Ｂ）…ピストン、２３…圧縮室、２３Ａ…低圧側圧縮室、２３Ｂ…高圧側圧縮室、３０ａ…コントローラ（制御装置）、３０ｄ…インバータ回路（駆動回路）、３０ｅ…電圧センサ、３０ｈ…電流センサ、３１…圧力センサ、３２…ホールセンサ（磁極位置センサ）、４１…電源部（電源）１００…空気圧縮機（圧縮機）、１２９Ａ…ピストン本体、１２９Ｂ…ピストン本体、θ…回転位置（回転角度）、θｃ…補正角、θｃａ…第１補正角、θｃｂ…第２補正角、θｃｃ…第３補正角、θｓ…目標停止角、θｔｃ…停止指令角（停止指令位置）、θｔｆ１，θｔｆ２，θｔｆ３，θｔｆ４，θｔｆ５…正転時の目標角度（下死点後角度）、θｔｒ１，θｔｒ２，θｔｒ３，θｔｒ４，θｔｒ５…逆回転時の目標角度（下死点前角度）、ω１…第１速度閾値、ω２…第２速度閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】