特許 7545357 空気圧縮機

(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】2024-08-27

(45)【発行日】2024-09-04

(54)【発明の名称】空気圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/02 20060101AFI20240828BHJP

   F04B 49/03 20060101ALI20240828BHJP

【ＦＩ】

F04B49/02 331D

F04B49/03 331

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021053127

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022150497

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-03-15

【前置審査】

(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】二階堂 将

(72)【発明者】

【氏名】酒井 航平

(72)【発明者】

【氏名】矢部 利明

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５２－１３２３１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－１６３９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２５２１８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４９／００－５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動機と、
前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機本体と、
前記圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込み絞り弁と、
前記吸込み絞り弁の操作室と前記圧縮機本体の吐出側の間で接続された経路に設けられた電磁弁を有し、前記電磁弁によって前記吸込み絞り弁を開閉する操作回路と、
前記電動機の回転数を可変するインバータと、
前記インバータを介し前記電動機を制御すると共に、前記電磁弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記電動機の起動時に、前記吸込み絞り弁を閉状態とし、
前記電動機の起動後に、前記電磁弁を制御して、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気の一部を前記操作室に導出することにより、前記吸込み絞り弁を開き、
前記電動機が起動してから前記吸込み絞り弁が全開状態になるまでの間、予め定格回転数より高く設定された所定の回転数となるように、前記インバータを介し前記電動機の回転数を制御することを特徴とする空気圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の空気圧縮機において、
前記制御装置は、前記電動機が起動してから、所定の時間が経過するまでの間、前記所定の回転数となるように、前記電動機の回転数を制御することを特徴とする空気圧縮機。

【請求項3】

請求項１に記載の空気圧縮機において、
前記吸込み絞り弁と前記圧縮機本体の間の圧力を検出する圧力センサを備え、
前記制御装置は、前記電動機が起動してから、前記圧力センサで検出された圧力が所定値以上となるまでの間、前記所定の回転数となるように、前記電動機の回転数を制御することを特徴とする空気圧縮機。

【請求項4】

請求項１に記載の空気圧縮機において、
前記吸込み絞り弁の弁体のストロークを検出するストロークセンサを備え、
前記制御装置は、前記電動機が起動してから、前記ストロークセンサで検出されたストロークが所定値以上となるまでの間、前記所定の回転数となるように、前記電動機の回転数を制御することを特徴とする空気圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の空気圧縮機は、電動機と、電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機本体と、圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込み絞り弁と、吸込み絞り弁を開閉する操作回路とを備える。

【0003】

操作回路は、吸込み絞り弁の操作室と圧縮機本体の吐出側の間で接続された経路に設けられた開閉弁（電磁弁）を有する。特許文献１には明確に記載されていないものの、開閉弁が閉状態に制御された場合に、吸込み絞り弁が閉じる。一方、開閉弁が開状態に制御された場合に、圧縮機本体から吐出された圧縮空気の一部が吸込み絞り弁の操作室に導出されて、吸込み絞り弁が開くようになっている。

【0004】

特許文献１の空気圧縮機では、電動機の起動時に、吸込み絞り弁を閉状態とする。これにより、電動機の起動トルクを低減する。そして、電動機の起動後に、開閉弁を閉状態から開状態に切換えて、吸込み絞り弁を開く。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－０７３９５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、例えば低温環境下であれば、電動機の起動直後は、吸込み絞り弁内のグリス（潤滑油）の粘性が高いままである。このような理由等により、吸込み絞り弁の動作不良を起こす可能性がある。

【0007】

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、吸込み絞り弁の操作力を一時的に高めて、吸込み絞り弁の動作不良を防止することを課題の一つとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明の空気圧縮機は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電動機と、前記電動機によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の吸入側に設けられた吸込み絞り弁と、前記吸込み絞り弁の操作室と前記圧縮機本体の吐出側の間で接続された経路に設けられた電磁弁を有し、前記電磁弁によって前記吸込み絞り弁を開閉する操作回路と、前記電動機の回転数を可変するインバータと、前記インバータを介し前記電動機を制御すると共に、前記電磁弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記電動機の起動時に、前記吸込み絞り弁を閉状態とし、前記電動機の起動後に、前記電磁弁を制御して、前記圧縮機本体から吐出された圧縮空気の一部を前記操作室に導出することにより、前記吸込み絞り弁を開き、前記電動機が起動してから前記吸込み絞り弁が全開状態になるまでの間、予め定格回転数より高く設定された所定の回転数となるように、前記インバータを介し前記電動機の回転数を制御する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、吸込み絞り弁の操作力を一時的に高めて、吸込み絞り弁の動作不良を防止することができる。

【0010】

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態における空気圧縮機の構成を表す図であり、電動機の起動前の状態を示す。

【図2】本発明の一実施形態における空気圧縮機の構成を表す図であり、電動機の起動時の状態を示す。

【図3】本発明の一実施形態における空気圧縮機の構成を表す図であり、電動機が起動してから所定の時間ｔ１が経過したときの状態を示す。

【図4】本発明の一実施形態における空気圧縮機の構成を表す図であり、電動機が起動してから所定の時間ｔ２が経過した後の状態を示す。

【図5】本発明の第１の変形例における空気圧縮機の構成を表す図である。

【図6】本発明の第２の変形例における空気圧縮機の構成を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の一実施形態を、図１～図４を用いて説明する。図１～図４は、本実施形態における空気圧縮機の構成を表す図である。図１は、電動機の起動前の状態を示し、図２は、電動機の起動時の状態を示し、図３は、電動機が起動してから所定の時間ｔ１が経過したときの状態を示し、図４は、電動機が起動してから所定の時間ｔ２（但し、ｔ２＞ｔ１）が経過した後の状態を示す。なお、図１～図４において、三方弁のポートの開状態を白抜きで示し、閉状態を黒塗りで示す。

【0013】

本実施形態の空気圧縮機は、電動機１と、電動機１によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機本体２と、圧縮機本体２の吸入側に設けられた吸込み絞り弁３と、吸込み絞り弁３を開閉する操作回路４と、吸込み絞り弁３の上流側に設けられたフィルタ５と、圧縮機本体２の吐出側に設けられたプレクーラ６と、プレクーラ６の下流側に設けられたアフタークーラ７と、圧縮機本体２の吐出側（本実施形態では、プレクーラ６とアフタークーラ７の間）から分岐された放気経路８と、放気経路８に接続された放気弁９と、放気弁９の下流側に接続されたサイレンサ１０とを備える。

【0014】

本実施形態の空気圧縮機は、電動機１の回転数を可変するインバータ１１と、インバータ１１を介し電動機１を制御する制御装置１２と、制御装置１２に接続されたユーザインターフェイス１３とを備える。ユーザインターフェイス１３は、例えば、運転スイッチ、停止スイッチ、及びディスプレイを有する。制御装置１２は、例えば、プログラムを記憶するメモリと、プログラムに基づいて処理を実行するプロセッサとを有する。制御装置１２は、運転スイッチの操作に応じて、インバータ１１を介し電動機１を起動させ、停止スイッチの操作に応じて、インバータ１１を介し電動機１を停止させる。

【0015】

圧縮機本体２は、例えば、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータと、スクリューロータを互いに同期回転させる一対のタイミングギヤと、それらを収納するケーシングとを備えており、スクリューロータの歯溝に複数の作動室が形成されている。各作動室は、ロータの回転に伴ってロータの軸方向に移動すると共に、空気を吸入する吸入過程と、空気を圧縮する圧縮過程と、圧縮空気を吐出する吐出過程とを順次行う。

【0016】

電動機１と圧縮機本体２の間にはギヤ装置１４が設けられている。ギヤ装置１４は、電動機１の回転軸に設けられたブルギヤと、圧縮機本体２の駆動ロータ（詳細には、雌ロータ及び雌ロータのうちの一方）の端部に設けられ、ブルギヤと噛合うピニオンと、それらを収納するギヤケーシングとを有する。ブルギヤ及びピニオンなどを介し電動機１の回転力が伝達されて、圧縮機本体２が駆動される。プレクーラ６及びアフタークーラ７は、冷却風又は冷却水との熱交換により、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気を冷却するようになっている。

【0017】

吸込み絞り弁３は、弁座１５と、弁座１５を開閉する弁体１６と、弁体１６に連結されたピストン１７と、ピストン１７を収納する操作室１８とを有する。なお、本実施形態では、放気弁９の弁体１９がピストン１７に連結されており、放気弁９と吸込み絞り弁３が連動するようになっている。

【0018】

操作回路４は、吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ａに接続された経路２１ａと、吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ｂに接続された経路２１ｂと、圧縮機本体２の吸入側（詳細には、吸込み絞り弁３の弁座１５の下流側）に接続された経路２１ｃと、圧縮機本体２の吐出側（本実施形態ではアフタークーラ７の下流側）に接続された経路２１ｄと、経路２１ｄから分岐された経路２１ｅと、３つのポートのうちの２つのポートが経路２１ａ，２１ｅにそれぞれ接続された三方弁２２ａ（電磁弁）と、３つのポートが経路２１ｂ，２１ｃ，２１ｄにそれぞれ接続された三方弁２２ｂ（電磁弁）とを有する。

【0019】

制御装置１２は、上述した電動機１の制御と共に、三方弁２２ａ，２２ｂを介し吸込み絞り弁３及び放気弁９を制御する。詳しく説明すると、制御装置１２は、電動機１の停止時（又は起動前）に、三方弁２２ａを制御（例えばＯＦＦ）して、吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ａと周囲を連通する。また、三方弁２２ｂを制御（例えばＯＦＦ）して、吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ｂと圧縮機本体２の吐出側を連通する。これにより、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気の一部が吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ｂに導出されて、ピストン１７が図示左側に移動し、吸込み絞り弁３を閉じ、放気弁９を開く（図１参照）。

【0020】

制御装置１２は、吸込み絞り弁３を閉状態としたまま、電動機１を起動させる。これにより、電動機の起動トルクを低減する。但し、本実施形態では、圧縮機本体２が無給液式（詳細には、油又は水などの液体を作動室に注入することなく、空気を圧縮するもの）であり、給液式（詳細には、油又は水などの液体を作動室に注入することなく、空気を圧縮するもの）である場合と比べ、圧縮空気の温度が高くなりやすい。そのため、吸込み絞り弁３は、閉状態であっても弁座１５と弁体１６の間の隙間を有し、少量の空気の吸込みを可能にしている。これにより、圧縮比を抑えて、圧縮空気の温度を抑えるようになっている。

【0021】

制御装置１２は、電動機１の起動とほぼ同時に、三方弁２２ｂを制御（例えばＯＮ）して、吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ｂと圧縮機本体２の吸入側を連通する（図２参照）。電動機１の起動（すなわち、圧縮機本体２の起動）に伴い、圧縮機本体２の吸入側が負圧となるため、ピストン１７が図示右側に少し移動する。

【0022】

制御装置１２は、電動機１が起動してから所定の時間ｔ１（例えば数秒）が経過したときに、三方弁２２ａを制御（例えばＯＮ）して、吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ａと圧縮機本体２の吐出側を連通する（図３参照）。これにより、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気の一部が吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ａに導出されて、ピストン１７が図示右側に大きく移動する。これにより、吸込み絞り弁３が全開状態になる（図４参照）。

【0023】

ここで、本実施形態の最も大きな特徴として、制御装置１２は、電動機１が起動してから、吸込み絞り弁３が全開状態になるまでの間、すなわち、例えば所定の時間ｔ２（例えば数十秒）が経過するまでの間、予め定格回転数より高く設定された所定の回転数となるように、電動機１の回転数を制御する。所定の時間ｔ２が経過した後、定格回転数となるように、電動機１の回転数を制御する。

【0024】

以上のように本実施形態においては、電動機１の回転数を一時的に高めることにより、吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ａに導出される圧縮空気の圧力、すなわち、吸込み絞り弁３の操作力を一時的に高めることができる。したがって、例えば低温環境下でも、吸込み絞り弁３の動作不良を防止することができる。

【0025】

吸込み絞り弁３の操作力を高める別の方法として、ピストン１７の断面積を大きくする方法が考えられるものの、吸込み絞り弁３の大型化を招く。本実施形態では、ピストン１７の断面積を大きくする必要がなくなるため、吸込み絞り弁３の大型化を回避することができる。

【0026】

なお、上記一実施形態において、制御装置１２は、電動機１が起動してから、吸込み絞り弁３が全開状態になるまでの間として、所定の時間ｔ２が経過するまでの間、所定の回転数となるように、電動機１の回転数を制御する場合を例にとって説明したが、これに限られない。

【0027】

本発明の第１の変形例を、図５を用いて説明する。図５は、本変形例における空気圧縮機の構成を表す図である。なお、本変形例において、上記一実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0028】

本変形例の空気圧縮機は、吸込み絞り弁３と圧縮機本体２の間の圧力を検出する圧力センサ２３を備える。制御装置１２は、圧力センサ２３で検出された圧力が所定値以上となるときに、吸込み絞り弁３が全開状態になると認識する。そのため、制御装置１２は、電動機１が起動してから、圧力センサ２３で検出された圧力が所定値以上となるまでの間、所定の回転数となるように、電動機１の回転数を制御する。この変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0029】

本発明の第２の変形例を、図６を用いて説明する。図６は、本変形例における空気圧縮機の構成を表す図である。なお、本変形例において、上記一実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0030】

本変形例の空気圧縮機は、吸込み絞り弁３のピストン１７のストローク（すなわち、弁体１６のストローク）を検出するストロークセンサ２４を備える。制御装置１２は、ストロークセンサ２４で検出されたストロークが所定値以上となるときに、吸込み絞り弁３が全開状態になると認識する。そのため、制御装置１２は、電動機１が起動してから、ストロークセンサ２４で検出されたストロークが所定値以上となるまでの間、所定の回転数となるように電動機１の回転数を制御する。この変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0031】

なお、上記一実施形態及び変形例において、圧縮機本体２は、無給液式である場合を例にとって説明したが、これに限られず、給液式であってもよい。圧縮機本体２が給液式であれば、吸込み絞り弁３の閉状態は、全閉状態としてもよい。

【0032】

また、上記一実施形態及び変形例において、操作回路４は、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気の一部を吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ａ，２０ｂにそれぞれ導出するための三方弁２２ａ，２２ｂを有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、吸込み絞り弁３のピストン１７を図示左側に付勢するバネを設けることにより、操作回路４は、圧縮機本体２から吐出された圧縮空気の一部を吸込み絞り弁３の操作室１８のポート２０ａに導出するための三方弁２２ａのみを有してもよい。

【0033】

なお、以上において、圧縮機本体２は、スクリュー式であって、雌雄一対のスクリューロータを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。圧縮機本体２は、例えば、１つのスクリューロータと複数のゲートロータを備えてもよい。また、圧縮機本体２は、スクリュー式以外の他の方式であってもよい。

【0034】

空気圧縮機は、１段の圧縮機本体２を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、２段以上の圧縮機本体を備えてもよい。

【符号の説明】

【0035】

１…電動機、２…圧縮機本体、３…吸込み絞り弁、４…操作回路、１１…インバータ、１２…制御装置、１６…弁体、１８…操作室、２２ａ，２２ｂ…三方弁（電磁弁）、２３…圧力センサ、２４…ストロークセンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】