CN100396923C

CN100396923C - 空气压缩机及其控制方法

Info

Publication number: CN100396923C
Application number: CNB2004100556127A
Authority: CN
Inventors: 饭村良雄; 折笠博明; 砂押光宏; 瀬川和宏
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2005083294A; ITTO20040532A1; JP4033087B2; US7017342B2; CN1594882A; US20050053483A1

Abstract

本发明涉及一种空气压缩机，包括：一个罐体单元，该罐体单元存储着由气动工具使用的压缩空气；一个压缩空气发生器，该压缩空气发生器产生所述压缩空气并将压缩空气输送给所述罐体单元；一个电机，该电机驱动压缩空气发生器；一个驱动部分，该驱动部分包括所述电机；一个控制器部分，该控制器部分控制所述驱动部分；和一个压力传感器，该压力传感器检测所述罐体单元中的压缩空气的气压，其中，所述控制器部分根据所述压力传感器的检测信号P1、第一微分信号和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速，其中，所述第一微分信号是所述检测信号P1的微分值d(P1)/dt，所述第二微分信号是通过从所述检测信号P1中除去波动成分而得到的检测信号P2的微分值d(P2)/dt。

Description

空气压缩机及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于对空气进行压缩以备诸如气钉机之类的气动工具使用的空气压缩机及其控制方法。

背景技术

一般来说，供气动工具使用的空气压缩机是如此构成的：当一个电机转动压缩机主体中的曲轴时，由该曲轴驱动的活塞依据该曲轴的旋转速度在气缸中往复运动，并且该活塞对由一个进气阀供给的空气进行压缩。其后，压缩空气从空气压缩机主体通过排气阀和管子排放到一个气罐中，以进行储存。然后，可以将存储在这个气罐中的压缩空气供给射钉的气动工具的操作。

由于空气压缩机经常在户外使用，比如在建筑工地上或房屋聚集的地区使用，因此本发明人根据各种不同的观点断定，改进是切实可行的。因此，我们进行了调查，以在各种不同的场合实际经常遇到的前提下，评估空气压缩机的表现，并且最终，记述了在调查期间我们遇到的用户需求和技术问题，我们决定使用下述几类：

(1)降低噪音

因为空气压缩机包括将电机的旋转运动转换为气缸中的活塞的往复运动的机构，所以不可避免地会产生相当大的噪音。此外，由于使用由这种空气压缩机产生的压缩空气的诸如气钉机这样的气动工具在其工作时会产生噪音，所以在正在同时使用空气压缩机和气钉机的建筑工地周围的区域中，存在着严重的噪声污染和身体不适。因此，当在人口稠密的地区在清晨或夜间使用这样的设备的时候，对降低最大噪音的要求表达得尤其强烈。

(2)提高动力和效率

使用空气压缩机的地点并不总是处于电力充足的环境中的。相反空气压缩机可能会更常应用在无法保持足够高的电压的环境中，这是因为采用了从其它地方引过来的很长的电缆来供电，或者应用在必须消耗大量压缩空气的环境中，这是因为需要同时使用大量的气动工具。

因此，有时候，无法实现空气压缩机的高动力输出，并且当例如在输出动力不足的时候使用多个气钉机时，会出现一种所谓的钉入过浅(shallownail)现象，并且钉子不能很好地固定在所加工的材料上。

一般来说，空气是以26kg/cm²到30kg/cm²的压力储存在空气压缩机的气罐中的，并且在没有使用工具的时段内，空气泄漏不可避免。因此，取决于空气使用率，出现了效率的降低问题。

(3)尺寸减小和可移动性方面的改进

虽然某些用于气动工具的空气压缩机是固定型的，但是大多数空气压缩机是可移动型的，从而可以将其运送到建筑工地上并在该工地使用。因此，表达了对最小尺寸的空气压缩机的需求，因为这样的空气压缩机的可移动性是非常好的。因此，对于压缩空气发生器以及用于它的驱动部分而言，应当避免复杂的结构，并且应当尽可能地防止可移动性的降低。

(4)延长使用寿命

用于支持气动工具的空气压缩机的使用寿命比用于冰箱和空调的压缩机的使用寿命要短。当考虑了使用空气压缩机的工作环境条件时，这就是可以理解的了。不过，仍然需要更长的使用寿命，这可以通过尽可能地限制负载波动或通过防止不必要的空气压缩来实现。

(5)抑制温度升高

由于活塞在气缸中的往复运动以及电流向间接驱动活塞的电机的流动，造成空气压缩机内的温度不可避免地升高。然而，随着空气压缩机内温度的升高，损耗也增大了，并且有碍于获得高效率。因此，对尽可能快地抑制空气压缩机内温度的升高存在迫切的需求。

在JP-A-2002-228233中，公开了这样一种技术，借助该技术，通过对在用于空调的室内风扇电机的连续工作过程中产生的噪音的差异进行抑制，减小了不舒服的感觉。

在JP-B-6-63505中，公开了一种空气压缩机，该空气压缩机依据其中的压力改变其状态，由于气罐中的压力降低，因此该空气压缩机开始了带载工作，随着压力的增加，处于备用状态下的工作模式将变为一种间歇工作模式或一种连续工作模式。

发明内容

提出本发明是用来提供尤其是降低噪音和提高动力和效率的解决方案。

本发明的一个目的是提供一种空气压缩机，当只需要少量的压缩空气来使气动工具工作时，该空气压缩机以低速转动，从而降低了所产生的噪音，并且当在短时间内需要相当大量的压缩空气来连续地驱动例如水泥钉或大直径木钉时，该空气压缩机立即转变为快速转动，以防止动力缺失的发生。

为了实现这个目的，按照本发明的第一个方面，一种空气压缩机包括：一个罐体单元，该罐体单元存储着由气动工具使用的压缩空气；一个压缩空气发生器，该压缩空气发生器产生所述压缩空气并将所产生的压缩空气输送给所述罐体单元；一个电机，该电机驱动压缩空气发生器；一个驱动部分，该驱动部分包括所述电机；一个控制器部分，该控制器部分控制所述驱动部分；和一个压力传感器，该压力传感器检测所述罐体单元中的压缩空气的气压，其特征在于，所述控制器部分根据所述压力传感器的检测信号P1、第一微分信号和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速，所述第一微分信号是所述检测信号P1的微分值d(P1)/dt，所述第二微分信号是通过从所述检测信号P1中除去波动成分而得到的检测信号P2的微分值d(P2)/dt。

按照本发明的第二个方面，所述控制器部分根据所述压力传感器的检测信号P1、第一微分信号和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速，所述第一微分信号是所述检测信号P1的微分值d(P1)/dt，所述第二微分信号是通过将所述第一微分信号提供给一个低通滤波器而得到的。

按照本发明的第三个方面，所述空气压缩机还包括：一个温度传感器，该温度传感器检测电机的温度，其特征在于，所述控制器部分依据所述温度传感器的检测信号、所述压力传感器的检测信号P1以及所述第一和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速。

按照本发明的第四个方面，所述空气压缩机还包括：一个检测所述驱动部分的电源电压和负载电流的传感器，其特征在于，所述控制器部分依据检测所述驱动部分的电源电压和负载电流的传感器的检测信号、所述压力传感器的检测信号P1以及所述第一和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速。

本发明的空气压缩机为电机的转速制定了多个等级，并且根据两个微分值控制该转速：气罐压力的压力传感器的输出的微分值和通过从压力传感器的输出中除去波动而得到的信号的微分值。因此，当空气压缩机处于备用状态下并且压缩空气消耗仅仅是由自然漏气造成的时，或者当由于正在使用诸如小的气动打钉机之类的工具而仅需要少量的压缩空气量的时候，可以使电机以低速转动，而从噪音得到了降低。

当预计在短时间内会消耗大量的压缩空气时，例如，使用很大的气钉机进行连续的钉子驱动时，立即将电机的转速转换为高速度，从而可以抑制气罐中压力的降低。因此，对于大直径的水泥钉或者木钉的连续驱动来说，钉入过浅现象发生的频率可以得到降低。此外，即使当暂时出现这种现象时，也可以使受到影响的时间非常的短。

此外，当检测到气罐中压力的波动大以及波动出现频率很高时，并且当将电机转换为高转速时，将前一个转速保持至少一个预定的时间段(例如，五秒钟)。因此，可以避免在短时间段内频繁转换转速，从而能够抑制不舒适感觉的产生。

附图说明

图1A是表示按照本发明的一个实施例的空气压缩机的原理图；

图1B是表示附图1A中所示的控制器部分的另一个例子的框图；

图2是表示按照本发明的实施例的空气压缩机的的俯视图；

图3是表示按照本发明的实施例的空气压缩机的电机驱动部分的电路图；

图4是表示用于控制按照本发明的实施例的空气压缩机的程序的流程图；

图5A是用于解释按照本发明的实施例的空气压缩机的操作的压力变化曲线图；

图5B是用于解释按照本发明的实施例的空气压缩机的操作的压力变化曲线图；

图5C是用于解释按照本发明的实施例的空气压缩机的操作的压力变化曲线图；

图5D是用于解释按照本发明的实施例的空气压缩机的操作的压力变化曲线图；

图6是解释用于控制按照本发明的实施例的空气压缩机的转速转换判决表的图表；

图7是解释用于控制按照本发明的实施例的空气压缩机的转速转换判决表的图表；

图8是解释用于控制按照本发明的实施例的空气压缩机的转速转换判决表的图表；和

图9是解释用于控制按照本发明的实施例的空气压缩机的转速转换判决表的图表。

具体实施方式

现在将详细介绍本发明的优选实施例。

如图1中的原理图所示，按照本发明的空气压缩机包括一个罐体单元10，用于存储压缩空气；一个压缩空气发生器20，用于产生压缩空气；一个驱动部分30，用于驱动所述压缩空气发生器20；和一个控制器部分40，用于控制所述驱动部分30。

(1)罐体单元10

如图2所示，罐体单元10包括一个用于储存压缩空气的气罐10A，通过与压缩机20A的出气口相连接的管子21将20kg/cm²到30kg/cm²的高压压缩空气送到该气罐10A中。

一般来说，为该气罐10A配备了多个压缩空气输出口18和19，并且在本实施例中，输送管18用于输送低压压缩空气，而输出口19用于输送高压压缩空气。不过，本发明并不局限于这个例子。

所述低压压缩空气输出口18通过一个减压阀12与一个低压管接头14相连接。对于减压阀12而言，压缩空气的最大压力是在输出端上确定的，而与输入端上的空气压力无关。在本实施例中，选定的最大压力为范围从7kg/cm²到10kg/cm²的预定值。因此，不管气罐10A内的压力如何，在减压阀12的输出端得到的压缩空气的空气压力均小于或等于该最大压力。

在减压阀12处输出的压缩空气通过低压管接头14送给了一个图1中所示的低压气动工具51。

高压压缩空气输出口19通过一个减压阀13与一个高压管接头15相连接。对于减压阀13而言，压缩空气的最大压力是在输出端上确定的，而与输入端上的空气压力无关。在本实施例中，选定的最大压力为范围从10kg/cm²到30kg/cm²的预定值。因此，在减压阀13的输出端处得到的压缩空气的空气压力小于或等于该最大压力。在减压阀13处输出的压缩空气通过高压管接头15送给了一个图1中所示的高压气动工具52。

分别将一个低压压力计16和一个高压压力计17安装在减压阀12和13上，以监测减压阀12和13的输出端处压缩空气的压力。在这个实施例中，低压管接头14和高压管接头15尺寸不同并且彼此是不通用的，以防止将高压气动工具52连接到低压管接头14上，并且防止将低压气动工具51连接到高压管接头15上。这样的结构已经在由本发明的申请人所申请的JP4-296505A中预先公开了。

在气罐10A的一部分上安装了一个压力传感器11，用以检测其中储存的压缩空气的压力，该压力传感器11发送给控制器部分40一个检测信号，该检测信号用于控制一个电机，这将稍后进行介绍。此外，在气罐10A的一部分上安装了一个安全阀10B，用以当检测到气罐10A中的空气压力非正常升高时，放掉部分存储空气，以确保安全。

(2)压缩空气发生器20

所述压缩空气发生器是公知的压缩空气发生器。在该压缩空气发生部器20中，在一个气缸中往复运动的活塞对通过一个进气阀进入该气缸的空气进行压缩，以提供压缩空气。例如，在JP11-280653A中公开了这样一种机构：使用一个设置在一个转轴远端的小齿轮以及一个与该小齿轮啮合的齿轮，将电机的转动转换为一个输出轴的转动，使活塞往复运动。

当活塞在气缸中进行往复运动时，空气通过位于气缸盖上的进气阀吸入并且得以压缩。当压缩空气的压力达到一个预定值时，通过设置在该气缸盖上的一个出气阀将压缩空气放出，并且通过图2中所示的管子21将压缩空气送给气罐10A。

(3)驱动部分30

所述驱动部分30产生用于使活塞进行往复运动的驱动力，并且，为了实现这一目的，如图3所示，该驱动部分30包括一个电机33、一个电机驱动电路32和一个电源电路31。电源电路31包括一个整流器313，用于对100V交流电源310的电压进行整流，以及一个平滑、升压及恒压电路314，用于对经整流的电压进行平滑、升压，以产生一个恒定电压。

而且，该电源电路31还包括一个用于检测电源310两端电压的电压检测器311和一个用于检测负载电流的电流检测器312。由检测器311和312输出的信号发送到控制器部分40，这将稍后进行介绍。检测器311和312用于控制电机33在极短的时段内进行超高速转动，所述极短的时段处于这样一个范围内：在该时段内电源310的断路器(未示出)不会打开。尽管控制器部分40也牵涉到通过恒压电路314获得恒定电压，但是由于恒压电路314的结构是公知的，因此将不给出对恒压电路314的详细解释。

电机驱动电路32具有开关晶体管321到326，用于利用直流电压产生三相脉冲电压：U相、V相和W相。晶体管321到326的导通/断开状态是由控制器部分40控制的，并且电机33的转动速度是通过调节传送给各个晶体管321到326的脉冲信号的频率来进行控制的。

举例来说，将电机33的转速N设置为一个参考值N的整数n倍的多个等级，例如设置为0rpm、1200rpm、2400rpm和3600rpm。电机33以从这些等级中选取的转速进行旋转。

多个二极管分别与这些开关晶体管321到326并联连接，以防止这些晶体管312到326因电机33的定子33A产生的反电动势而损坏。

电机33包括定子33A和转子33B。为定子33A配备了绕组331、332和333，它们具有U-相、V-相和W-相。当电流流过这些绕组331到333时，感生出了一个旋转磁场。

在本实施例中，转子33B是永磁铁，并且是在当电流流过定子33A的绕组331到333时感生的旋转磁场的作用下而转动的。由转子33B的转动产生的转动力充当用于压缩空气发生器20(图1)中活塞的往复运动的驱动力。

电机33还包括一个温度检测器334，用于检测定子33A的绕组331到333的温度，并且向控制器部分40输出检测信号。如果需要，还可以为电机33配备一个转速检测器335，用于检测转子33B的转速，并且向控制器部分40输出检测信号。

(4)控制器部分40

如图1A所示，控制器部分40包括：一个中央处理单元(下文中简写为CPU)41、一个随机存取存储器(下文中简写为RAM)42、一个只读存储器(下文中简写为ROM)43、微分器46和48以及一个低通滤波器47。

从压力传感器11输出的检测信号P1以及电压检测器311、电流检测器312和温度检测器334的输出信号都通过接口电路(下文中简写为I/F电路)44和45传送到了CPU 41。

在这个实施例中，压力传感器11的检测信号P1传送给了微分器46和低通滤波器47，并且由低通滤波器47得出的输出P2传送给了微分器48。微分器46的输出d(P1)/dt、微分器48的输出d(P2)/dt和检测信号P1一起都传送给了CPU 41。

不使用微分器48，可以将微分器46的输出提供给一个低通滤波器47，如图1B所示，同样也可以得到输出d(P2)/dt。从CPU 41输出的指令信号通过I/F电路45传送给电机30的电机驱动电路32，以对开关晶体管321到326进行控制(图3)。如图4所示，电机控制程序保存在ROM 43中，RAM 42则用于临时保存执行该程序所需要的数据以及计算结果。

[实施例]

图4是按照本发明的实施例的为控制器部分40配备的ROM 43中存储的程序的流程图。

首先，在步骤101中执行初始设置，从而将N2＝2400rpm设置为电机33的转速N。然后，在步骤102中，对在所采用的转速下用于控制本发明的空气压缩机的数据进行存储。在本实施例中，由于将电机33的转速N控制为四个等级N0(＝0rpm)、N1(＝1200rpm)、N2(＝2400rpm)和N3(＝3600rpm)，因此将这些值N0、N1、N2和N3保存在RAM 42中的适当区域中。无疑可以为电机33的转速设置多个等级，不过最好至少有三个等级。

接着，在步骤103中，测量并保存气罐10A中的压缩空气的压力P1。在步骤104中，当压力P1出现大的波动时，一个用于计数波动的数量的计数器CNT1复位为零。然后，在步骤106中，进行检查来判断测得的压力P1是否大于30kg/cm²。当步骤106中的判断结果为肯定(是)时，程序控制转到步骤105并将电机33的转速N设置为N0(0rpm)。就是说，在本实施例中，气罐10A中所保持的压力为26kg/cm²到30kg/cm²，并且当气罐内部压力超过30kg/cm²时，中止电机33的转动。

当步骤106中的判断结果为否定的(否)时，程序控制前进到步骤107，并且读取并保存气罐内部压力P1和微分值d(P1)/dt(称为第一微分值)。在步骤108中，进行检查以判断该第一微分值d(P1)/dt是否小于一个第一参考值＝-1。当该第一微分值的绝对值比较大时，意谓着压力在短时间段内变化过大，即，存在较大的波动。通过采用这种处理，执行了这样一种检查：判断是否正在使用与气罐10A相连接的大的气动工具进行工作，该气动工具在短时间段内消耗了大量的压缩空气。在本实施例中，将-1设定为预定值。

当波动虽然较大但出现不频繁时，并不总是在长时间段内消耗掉大量的压缩空气。因此，在步骤109中，对波动进行计数并且对计数值进行更新，在步骤110中，进行检查来判断该统计值CNT1是否大于或等于三。当步骤110的判断结果为肯定的(是)时，程序控制跳转到步骤124。而当步骤110的判断结果为否定的(否)时，在步骤111中，进行检查来判断是否经过了预定的时间段，即，五秒钟。当步骤111的判断结果为否定的(否)时，程序控制转回到步骤106。就是说，当在经过了预定的时间段(五秒钟)之前检测到了三个大的波动时，则根据波动的大小及其频率，判定当前正在使用大的气动工具进行象连续钉子驱动这样的工作。此后程序控制前进到步骤124。

在步骤124中，由电压检测器311检测电源电路31(图3)的电源310的电压(V)，并且在步骤125中，进行检查来判断所检测到的电压是否低于预定电压。在本实施例中，将该预定电压设定为90V。就是说，当动力工具要消耗掉大量的压缩空气时，最好使电机33立即高速转动，以增加它所产生的压缩空气量。不过，当还有另一个气动工具也连接到与空气压缩机相连的电源上并且正在使用时，将会增大加在电源310上的负载，从而电源电路31(图3)的断路开关(未示出)将会工作。因此，为了避免这种现象，在步骤125中，将电源电压V的值与预定值(90V)相比较，并且当步骤125中的判断结果为肯定的(是)时，即，当电源电压V(通常为100V)小于或等于90V时，则假设还在使用另一个气动工具并且在电源310上正加载着相当大的负载。因此，程序控制跳转并将电机33的转速N保持为N2(＝2400rpm)。

当电源310的电压大于或等于90V时，程序控制前进到步骤126，在该步骤中，由电流检测器312检测流过电源电路31的负载电流I。在步骤127中，进行检查来判断所检测到的电流I是否大于一个预定值，在本实施例中，还预定值为30A。当步骤127的判断结果为肯定的(是)时，则假定电机33的当前转速增大了，电机33的绕组温度T将过度升高，或者电源310的断路开关将开启。在这种情况下，程序控制也跳转到步骤131，并且将电机33的转速维持为N2(＝2400rpm)。

当步骤127中的判断结果为否定的(否)时，程序控制前进到步骤128，并且测量电机33的定子331的绕组温度T。在步骤129，进行检查来判断绕组温度T是否高于预定温度，在本实施例中，该预定温度为120°。此外，虽然在本实施例中测量的是电机33的绕组温度T，但是也可以测量另一个部分的温度。当电机绕组温度T大于或等于120°，并且电机33的转速正在进一步升高，则电机33的温度T将大幅升高从而阻碍电机33的运转。此外，由于温度T的过度升高，压缩空气发生器20的压缩空气产生效率将会出现相当严重的降低。因此，当步骤129中的判断结果为肯定的(是)时，程序控制也跳转到步骤131，从而将电机的转速N维持为N2(＝2400rpm)。当步骤129中的判断结果为否定的(否)时，程序控制前进到步骤130，将电机33的转速N设定为N3(＝3600rpm)。

在步骤132中，进行检查来判断气罐10A中的压力P1是否大于30kg/cm²。当步骤132的判断结果为肯定的(是)时，程序控制返回到步骤105，从而使电机33暂停。当步骤132中的判断结果为否定的(否)时，在步骤133中，进行检查来判断是否已经经过了五秒钟。当步骤133中的判断结果为肯定的(是)时，程序控制跳转到步骤102。通过步骤132和133中执行的处理，使电机33保持了五秒钟的相同转速，这是因为频繁改变转速时，会造成不舒服的感觉。

当步骤110中的判断结果为否定的(否)时，即，当气罐10A中短时间段内的压力变化率小于预定值时，程序控制前进到步骤111，从而进行检查来判断是否经过了五秒钟。

当步骤111中的判断结果为否定的(否)时，程序控制转回步骤106。而当步骤111的判断结果为肯定的(是)时，程序控制前进到步骤112，从而计算压力变化信号P2的微分值d(P2)/dt(称为第二微分值)并将其保存在RAM 42中，所述压力变化信号P2是通过使用低通滤波器47从通过该滤波器的检测信号P1中除去波动而得到的。

在步骤113中，对转速转换判决表进行选择。在图6、7、8和9中给出了四种类型的转速变化判决表，这四种转速转换判决表是预先保存在控制器部分40的RAM 42中的。当电机33的当前转速N为初始值N2(＝2400rpm)时，选取图6中所示的表。当电机33的当前转速N为N3(＝3600rpm)时，则选取图7中所示的表。类似地，当电机33的当前转速为N1或N0时，则选取图8或图9中所示的表。对于这些表，纵轴表示气罐10A中的压力P1，而横轴表示通过除去气罐10A中的压力P1的波动得到的压力变化信号P2的第二微分值d(P2)/dt。根据这些值来决定电机33的转速。

参照图6，当气罐内部压力P高于30kg/cm²时，不管第二微分值d(P2)/dt为多少，将转速设置为N0，即，使电机暂停。这是很正常处理，因为总是要将气罐内部压力维持在26kg/cm²到30kg/cm²的范围之内。

当第二微分值d(P2)/dt为负值时，这意谓着压缩空气的消耗量大于供给气罐10A的压缩空气量，从而将电机33的当前转速N2(＝2400rpm)转变为较高的转速N3(＝3600rpm)。尤其是当气动工具51和52(图1)都完全工作，压缩空气的消耗量增大从而气罐10A中压力迅速降低时。因此，在本实施例中，当第二微分值d(P2)/dt小于或等于-1kg/cm²/sec并且气罐内部压力P1小于或等于30kg/cm²时，立即将转速转变为N3。当第二微分值d(P2)/dt相对较小，例如，为0到-1kg/cm²/sec时，并且此时气罐10A中的压力P大于或等于26kg/cm²，则使电机33继续以转速N2转动，而只有当气罐10A中的压力P1小于26kg/cm²时，才将电机33的转速转变为N3。而且，当第二微分值d(P2)/dt处于0到+0.1kg/cm²/sec的范围内时，即，当压缩空气的供给量稍稍大于压缩空气的消耗量时，并且当气罐10A中的压力P1大于或等于20kg/cm²时，则继续以N2的转速驱动电机33，而只有当气罐10A中的压力P小于20kg/cm²时，才将电机33的转速转变为N3。

当第二微分值d(P2)/dt处于+0.1kg/cm²/sec到+0.15kg/cm²/sec的范围内时，这意谓着气罐10A中的压缩空气量正在逐渐增加。因此，当气罐内部压力P大于或等于10kg/cm²的时候，则使电机33继续以N2的转速转动，并且随后，当气罐10A中的压力P减小到低于10kg/cm²时，将电机33的转速转变为N3。当第二微分值d(P2)/dt增加到+0.15kg/cm²/sec到+0.3kg/cm²/sec时，则预计气罐内部压力P正在迅速增大。因此，当气罐10A中的压力P大于或等于10kg/cm²时，将电机33的转速从当前的N2降低到N1。

在这一说明中，是将电机33当前运转的转速N2转变为N0、N3和N1。当当前转速为N3、N1或N0时，是根据图7、8或9所示的不同方案来改变转速的。

回过头来再参照图4，在步骤114中，根据针对气罐内部压力的检测信号P1和第二微分值，即：压力变化信号(该信号是通过从检测信号P1中除去波动而得到的)的微分值d(P2)/dt，通过对所选择的判决表进行检索，决定电机33的下一转速。然后，在步骤115中，进行检查来判断所选择的转速N是否为N3(＝3600rpm)。当步骤115中的判断结果为肯定的(是)时，则不是立即将转速改变为N3，而是进行步骤116到121中的检查，以判断电源电压V是否大于或等于90V、负载电流I是否小于或等于30A且电机绕组温度T是否小于或等于120°。由于步骤116到121中的处理与步骤124到129中相同，因此不再对此进行解释。通过这些处理，防止了断路开关的触动和电机33温度T的迅速升高。

当将电机33的转速N改变为3600rpm的最大速度时，在步骤116到121中确定来断路开关不会开启并且电机33的温度不会过度升高的情况下，程序控制前进到步骤122，并且将电机速度设置为N＝N3(＝3600rpm)。当步骤117、119或121中的条件得不到满足时，程序控制跳转到步骤123，从而将电机33的转速N保持为N2。

就是说，在本发明中，当第一微分值d(P1)/dt的负值较大并且出现频率较高时，或第二微分值d(P2)/dt的负值较大时，则预计压缩空气的消耗量将会增大，且增大电机33的转速N，直到它达到了较高等级的转速N3。不过，当已经在电机33上加了很大的负载，并且这个很大的负载导致短路开关开启或电机绕组的温度T过度升高时，则将电机33的转速N维持为转速N2。

现在将参照图5A、5B、5C和5D对本发明的空气压缩机的操作进行介绍。

在图5A中，横轴表示时间，而纵轴表示气罐10A中的压缩空气的压力P1。曲线(a1)和(b1)表示这样的情况：在五秒钟内没有三次检测到气罐10A内的压力波动，即，电机的转速是依据延长的时间段内发生的压力变化进行控制的，而不是依据在短时间段内出现的频繁压力变化进行控制的。曲线(a1’)和(b1’)表示这样的情况：对气罐10A内的压力进行波动检测；当五秒钟内检测到三次大的波动时，增大电机的转速。

在图5B中，横轴表示时间，而纵轴表示通过使用低通滤波器47从压力检测信号P1中除去波形波动而得到的压力变化信号P2。曲线(a2)和(b2)与图5A中的曲线(a1)和(b1)相当。

在图5C中，横轴表示时间，而纵轴表示图5A中的压力信号P1的时间微分值d(P1)/dt(第一微分值)。曲线(a3)和(b3)相当于图5A中的(a1)和(b1)。

在图5D中，横轴表示时间，而纵轴表示图5B中的压力信号P2的时间微分值d(P2)/dt(第二微分值)。曲线(a4)和(b4)相当于图5B中的(a2)和(b2)。

依据曲线(a1)，直到时间t＝0，气罐10A中的压力P1皆为29kg/cm²，没有消耗压缩空气，并且电机33暂停。当使用一个气钉机进行连续的钉子驱动时，例如，在时间t＝0开始，消耗了大量的压缩空气，从而气罐内部压力发生波动并急剧下降。在经过了t＝五秒钟之后，读出了第二微分值，即，d(P2)/dt。由于在图5D中这个值d(P2)/dt为-1.7，因此从转速转换判决表(图9)中选取中间转速N2＝2400rpm。因此，从t＝0秒到t＝5秒，电机33以N0转动，而在t＝5秒之后，它以N2转动。

在图5A中，曲线(a1’)表示执行了波动检测的情况。直到时间t＝0，气罐内部压力P皆为29kg/cm²，并且电机33暂停。当在时刻t＝0开始连续钉子驱动时，和曲线(a1)一样，气罐内部压力P发生波动并降低。不过，同时参照图5C，由于第一微分值d(P1)/dt已经在五秒内有三次等于或小于第一参考值1＝-1.0kg/cm²/sec，因此判定压缩空气消耗量很高。而且，由于电源电压V大于或等于90V，负载电流I小于或等于30A并且电机绕组温度T小于或等于120°，立即将电机33转换为高转速N3＝3600rpm。因此，在第一微分值d(P1)/dt已经在五秒内有三次等于或小于第一参考值之后，电机33将以高转速N3(3600rpm)转动，从而在气罐10A内，如曲线(a1’)所示，压力P的降低得到了抑制，并且保持了接近29kg/cm²的压力。

依据图5A中的曲线(b1)，直到时间t＝0，气罐10A中的压力P1皆小于或等于26kg/cm²，没有消耗压缩空气，并且电机33以中间转速N2＝2400rpm转动。此时，压力P1逐渐增高。然后，当在t＝0时开始进行连续钉子驱动时，气罐10A中的压力P1发生波动并降低。在经过五秒之后，读出了第二微分值d(P2)/dt，并且由于这个值d(P2)/dt为-0.9，如图5D所示，因此从转速转换判决表(图6)中选取了N3＝3600rpm。因此，直到t＝5秒，电机33都是以中间转速N2＝2400rpm进行转动，而在之后，使其转速发生了变化并且是以高转速N3(3600rpm)进行转动。不过，在五秒的时段内，气罐10A中的压力P相当大地降低了。

依据曲线(b1’)，与曲线(b1)一样，直到时间t＝0，气罐10A中的压力P1皆小于或等于26kg/cm²，没有消耗压缩空气，并且电机33以中间转速N2＝2400rpm转动。当在t＝0时开始进行连续钉子驱动时，同样如曲线(b1)所示，气罐10A中的压力P1发生波动并降低。不过，同时参照图5C，由于第一微分值d(P1)/dt已经在五秒内有三次等于或小于第一参考值＝-1.0kg/cm²/sec，因此判定压缩空气消耗量很高。而且，由于电源电压V大于或等于90V，负载电流I小于或等于30A并且电机绕组温度T小于或等于120°，因此，在第一微分值d(P1)/dt已经在五秒内有三次等于或小于第一参考值之后，立即将电机33转换为高转速N3＝3600rpm。因此，与通过曲线(b1)说明的情况相比，在气罐10A中，气罐10A中的压力P1的降低可以得到抑制，并且在连续的钉子驱动开始之后，能够维持与t＝0时水平基本相当的压力。

上面已经对本发明的优选实施例进行了介绍；不过，可以以各种不同的方式并且容易地实现本发明，而不会改变本发明的基本思想，并且这些实施方式也包括在本发明的范围之内。例如，在该实施例中，当气罐10A中压力的检测信号P1的第一微分值d(P1)/dt已经在五秒内有三次等于或小于预定参考值(-1.0kg/cm²/sec)时，将电机转换为高转速。不过，其中的时间值五秒、三次以及(-1.0kg/cm²/sec)仅仅是例子，根据需要可以采用不同的值。此外，本发明可以容易地实现，从而可以将这些值改变为任意值，而不是固定值。

本发明的空气压缩机主要用于诸如气钉机之类的气动工具。

Claims

1.一种空气压缩机，包括：

一个罐体单元，该罐体单元存储着由气动工具使用的压缩空气；

一个压缩空气发生器，该压缩空气发生器产生所述压缩空气并将压缩空气输送给所述罐体单元；

一个电机，该电机驱动压缩空气发生器；

一个驱动部分，该驱动部分包括所述电机；

一个控制器部分，该控制器部分控制所述驱动部分；和

一个压力传感器，该压力传感器检测所述罐体单元中的压缩空气的气压，

其中，所述控制器部分根据所述压力传感器的检测信号P1、第一微分信号和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速，所述第一微分信号是所述检测信号P1的微分值d(P1)/dt，所述第二微分信号是通过从所述检测信号P1中除去波动成分而得到的检测信号P2的微分值d(P2)/dt。

2.一种空气压缩机，包括：

一个压缩空气发生器，该压缩空气发生器产生所述压缩空气并将所产生的压缩空气输送给所述罐体单元；

一个电机，该电机驱动所述压缩空气发生器；

一个驱动部分，该驱动部分包括所述电机；

一个控制器部分，该控制器部分控制所述驱动部分；和

其中，所述控制器部分根据所述压力传感器的检测信号P1、第一微分信号和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速，所述第一微分信号是所述检测信号P1的微分值d(P1)/dt，所述第二微分信号是通过将所述第一微分信号提供给一个低通滤波器而得到的。

3.按照权利要求1所述的空气压缩机，还包括：

一个检测所述驱动部分的电源电压和负载电流的传感器，

其中，所述控制器部分依据所述检测所述驱动部分的电源电压和负载电流的传感器的检测信号、所述压力传感器的检测信号P1以及所述第一和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速。

4.按照权利要求2所述的空气压缩机，还包括：

一个检测所述驱动部分的电源电压和负载电流的传感器，

其中，所述控制器部分依据检测所述驱动部分的电源电压和负载电流的传感器的检测信号、所述压力传感器的检测信号P1以及所述第一和第二微分信号以多个等级控制所述电机的转速。

5.一种空气压缩机的控制方法，其中所述空气压缩机包括：一个罐体单元，该罐体单元存储着由气动工具使用的压缩空气；一个压缩空气发生器，该压缩空气发生器产生所述压缩空气并将压缩空气输送给所述罐体单元；一个电机，该电机驱动所述压缩空气发生器；一个驱动部分，该驱动部分包括所述电机；和一个控制器部分，该控制器部分控制所述驱动部分，所述控制方法包括：

探测所述罐体单元中的压缩空气压力P1；

探测所述压力P1的微分信号d(P1)/dt；

探测一个压力变化信号P2的微分信号d(P2)/dt，该压力变化信号P2是从所述压力P1中除去波动成分而得到的；和

依据所述压缩空气压力P1以及所述微分信号d(P1)/dt和d(P2)/dt以多个等级控制所述电机的转速。

6.按照权利要求5所述的控制方法，还包括：

计数在预定时间段内发生的不少于预定波动数量的波动，

其中，当计数值大于或等于所述预定数量的波动时，对所述电机的转速进行控制。

7.按照权利要求5所述的控制方法，还包括：

检测出所述驱动部分的电源电压V和负载电流I；和

依据所述电源电压V和所述负载电流I、所述压力P1以及所述微分信号d(P1)/dt和d(P2)/dt以多个等级控制所述电机的转速。