压力开关机构和应用该压力开关机构的空气压缩机

摘要

一种空气压缩机，包括：气罐部分，该气罐部分储藏压缩空气；压缩空气生成部分，该压缩空气生成部分生成提供给气罐部分的压缩空气；电机，该电机驱动压缩空气生成部分；和压力开关机构，该压力开关机构在气罐的一部分中装有压力传感器，并依照压力传感器的输出来控制电机开启或关闭，其特点在于：当气罐内压力的时间变化率大于预定值时，电机在压力下降的时候没有等待到压力下降到压力开关关闭点处，而是立即重新启动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来生成压缩空气的空气压缩机，该压缩机用于诸如气动打钉机的气动工具，尤其涉及一种直至达到工作临界压力具有长的持续运转时间的空气压缩机，和该空气压缩机所使用的压力开关机构。

背景技术

通常，用于气动工具的空气压缩机通过用电机旋转地驱动压缩机主体的曲轴来压缩由吸入阀吸入的空气，并且通过曲轴的旋转使活塞在气缸内往复运动。并且产生在压缩机主体中的压缩空气通过排气阀经由管道排放到气罐中，并储存在气罐中。该气动工具使用储存在该气罐中的压缩空气进行打钉或其它类似的操作。

一些以上述方式构成的用于气动工具的空气压缩机可能有时用作装机类型，但大部分用作便携类型，并带入建筑地使用。因此，排气量，也就是压缩空气生产能力，在大部分场合相对较小。同样，需要空气压缩机尽可能的小并且具有极好的便携性。

出于对安全的需要，该压缩机具有：如果在气罐中的压力达到一个给定值，停止电机的功能；如果气罐内的压力因气动工具的使用而下降到给定值以下，重启电机的功能。由压力开关实现这个功能。也就是说，该压力开关通过压力传感器检测气罐中的气压，并依照从传感器传来的信号开启或关闭电机。

图6示出了传统压力开关的操作。纵轴表示气罐内的空气压力(kg/cm²)，横轴表示时间(min)。附图标记PH表示压力开关在压力积累时刻的关闭点，PB表示压力开关在压力降低时刻的开启点，和PL表示工作的临界压力。

在现有技术中，PB设置成这样的值：PB＝(0.8至0.85)×PH。

这是因为：自从电机在PH点处停止后，气罐中的压力由于气罐中的空气温度的下降和空气泄漏而逐渐降低，如果在PH和PB之间有小的差异，在没有使用气动工具时，电机高频度地启动和停止，且产生振动。因此，PB设置成这样的值以便防止产生这种现象。

图6中，如果电机在没有空气消耗和气罐中的压力为零的状态下启动，气罐中的压力增大，并且电机在到达PH的a点处停止。如果具有较小空气消耗量的气动工具在电机停止后立即被连续使用，气罐中的压力相对逐渐降低，并且电机在到达PB的b点处重启。并且气罐中的压力再次增大，且在到达PH的c点处电机停止。如果空气消耗量大的气动工具在电机停止于c点后立即被连续使用，气罐中的压力迅速降低，并且在到达PB的d点处电机被重启。然而，由于空气产生量并不遵循于空气消耗量，气罐中的压力继续降低，最终到达工作临界压力PL的e点，使随后的操作无法继续。在这种情况下，需要中断操作来等待，直到气罐内的压力增长，然后完成下一个操作。

因此，现有技术中存在一个问题：当使用空气消耗量大的气动工具时，连续的可用时间较短。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中的前述问题，并提供一种在使用空气消耗量大的气动工具时具有长连续可用时间的空气压缩机，和用于该压缩机的压力开关机构。

为了达到上述目的，本发明提供了一种压力开关机构，该压力开关机构包括：压力容器；检测压力容器内的压力的压力传感器；负载；通断负载的供电线的开关单元；和依照压力传感器的信号来控制开关单元的控制单元，其特征在于：当压力容器的压力为第一值时，控制单元控制开关单元开启；当压力容器的压力为大于第一值的第二值时，控制单元控制开关单元关闭；和当压力容器的压力变化率大于或等于预定值时，控制单元控制开关单元在第一值和第二值之间的第三值处开启。

同样，本发明提供了一种空气压缩机，包括：气罐部分，该气罐部分储藏压缩空气；压缩空气生成部分，该压缩空气生成部分将压缩空气供给到气罐部分；电机，该电机驱动压缩空气生成部分；开关单元，该开关单元通断电机的供电线；压力传感器，该压力传感器检测气罐部分的压力；和控制单元，该控制单元依照压力传感器的信号控制开关单元开启或关闭，其特征在于：当气罐部分的压力为第一值时，控制单元控制开关单元开启；当气罐部分的压力为第二值时，控制单元控制开关单元关闭；和当气罐部分的压力变化率大于或等于预定值时，控制单元控制开关单元在不同于第一值和第二值的第三值处开启。

本发明的空气压缩机的特征在于：所述第二值大于第一值，并且第三值的数值在所述第一值和第二值之间。

本发明的空气压缩机的特征在于该空气压缩机还包括空气压缩机和连接到该空气压缩机的气动工具，在该气动工具中，以一定的时间间隔检测气罐部分的压力，能够检测到由于气动工具的使用导致的气罐部分的压力波动。

本发明也提供一种用于空气压缩机的控制方法，该空气压缩机包括：气罐部分，该气罐部分储藏压缩空气；压缩空气生成部分，该压缩空气生成部分产生供给到气罐部分的压缩空气；电机，该电机驱动压缩空气生成部分；开关单元，该开关单元通断电机的供电线；压力传感器，该压力传感器检测气罐部分的压力；控制单元，该控制单元依照压力传感器的信号控制开关单元开启或关闭，所述方法包括：检测气罐部分中的压力P(i)，并且当所述压力P(i)大于第一预定值时停止电机；在一定的时间ΔT1后检测气罐部分中的压力P(i+1)；从压力P(i+1)和P(i)之间的差值ΔP1和该一定的时间ΔT1来计算压力变化率；并且当该压力变化率大于预定值且压力P(i)小于第一压力值时驱动电机。

通过下面的描述，能更加清楚地理解本发明的其他特征和优点。

附图说明

图1是压力变化曲线图，该曲线图说明依照本发明的空气压缩机的运行情况。

图2是压力变化曲线图，该曲线图说明依照本发明的空气压缩机的运行情况。

图3是流程图，该流程图示出了控制依照本发明的空气压缩机的程序。

图4是俯视图，该俯视图示出了依照本发明的空气压缩机。

图5是电路图，该电路图用于依照本发明的空气压缩机。

图6是压力变化曲线图，该曲线图用于说明传统空气压缩机的运行情况。

具体实施方式

对本发明的优选实施例的详细描述如下。

依照本发明的空气压缩机包括：气罐部分10，该气罐部分10用于储藏压缩空气；压缩空气生成部分20，该压缩空气生成部分20用于生成压缩空气；电机30，该电机30用来驱动压缩空气生成部分20；和压力开关33，如图4所示，该压力开关用于开启或关闭电机30。

气罐部分10具有用于储藏压缩空气的气罐10A，在气罐10A中，6到10kg/cm²的压缩空气通过连接到压缩空气生成部分20的排气口的管道21来供给。该气罐10A设置有多个压缩空气出气口18、19，该出气口18、19经减压阀12、13连接到连接器14、15。该减压阀12、13在出口侧具有压缩空气的最大压力，该压力是预先设置的，与入口侧的压缩空气的压力无关，在本实施例中，该减压阀中的最大压力选择的是范围从6到8kg/cm²的预定值。因此，从减压阀的出口侧12、13得到与气罐10A的压力无关的，处于或低于最大压力的压缩空气。

该减压阀12和13具有压力表16和17，该压力表16和17用于监测在减压阀12和13的出口侧的压缩空气的压力。压力传感器11用来检测气罐10A中的压缩空气的压力，该压力传感器安装在气罐10A的一部分中。该检测信号发送到压力开关33。安全阀10B安装在气罐10A的一部分中。当气罐10A中的压力不正常的增长，该安全阀10B通过允许部分空气逸出到外界来确保安全。

压缩空气生成部分20通过使活塞在气缸内往复运动来产生压缩空气，并通过气缸的吸气阀将空气压缩吸入气缸，该压缩空气生成部分20中的压缩机的构造已是公知的。例如，在与本发明一样，由同一申请人提出的美国专利US6089835中公开了一种机构，在该机构中，电机的转动经由设置在转子轴末端的小齿轮和与该小齿轮啮合的齿轮传送到输出轴，并通过输出轴的运动使活塞往复运动。

如果活塞在气缸内往复运动，由设置在气缸头端的吸气阀吸入的空气被压缩而达到预定的压力，以便通过设置在气缸头端的排气阀来获得压缩空气。如图4所示，这些压缩空气通过管道21被供应给气罐10A。

图5示出了用于依照本发明的空气压缩机的电路。电力从电源31经由压力开关33供应到主开关32。

压力开关33包括开关33b和控制部分33a，并具有如下结构：开关33b依据安装在气罐10A上的压力传感器11的检测信号，由内置在控制部分33a内的控制程序恰当地开启或关闭。

参见图3，内置于控制部分33中的控制程序将描述如下。在主开关32开启后，首先在步骤101进行初始化：关闭开关33并停止电机30。同样地，例如采样周期ΔT1设置成0.05秒，在该采样周期ΔT1中，气罐10A中的压力传感器11的检测信号进入控制部分33a内。也就是说，假设气罐10A内的压力是P(i)，i＝0，1，2，3，...，在P(i)和P(i+1)之间的时间间隔设置成0.05秒。在本实施例中，对气罐10A中的压力变化每隔0.05秒检测一次。设置该0.05秒的周期是为了检测发生在使用打钉设备一次消耗大量气体时气罐内的压力波动。也就是说，例如，随着气动工具的使用，气罐内的平均压力降低，但设置ΔT1是为了检测由于打钉操作产生的压力波动，  而不是检测平均值。当然，在本发明中，这个值依赖所使的气动工具，并且不是必须限定成0.05秒的数值。

然后，程序进行到步骤102处，测定气罐10A中的压缩空气的压力P(i)，并且将该压力P(i)存储到控制部分33a的存储器(未示出)中。在步骤103处，确定所测的压力是否大于10kg/cm²。如果判定是肯定的(YES)，程序转到步骤111处来关闭电机30。也就是说，在本实施例中，气罐10A中的压力受控保持在8kg/cm²至10kg/cm²，因此，如果气罐内的压力超出10kg/cm²，电机30将停止转动。

如果步骤103处的判定是否定的(NO)，那么程序进行到步骤104，在该步骤104处，用(i+1)替代(i)。然后，在步骤105处，测定气罐内的压力P(i+1)，并存储到存储器中。此外，在步骤106处，计算在周期ΔT1的压力变化率ΔP1/ΔT1(＝(P(i+1)-P(i))/0.05)。该计算同样由控制部分33a来完成。

此外，在步骤107处判定压力变化率ΔP1/ΔT1是否小于预定值。该判定判别连接到压力容器10A的气动工具是否运转而在短时间内消耗大量的空气，例如在连续打钉期间。在本实施例中，该预定值设置为-1。如果进行连续地打钉操作，气罐内的压力产生脉动，因此压力变化的波动增大，并且在ΔT1处ΔP1的减少量大于(-1)(即ΔP1/ΔT1＜-1)时，通过基于波动的数量的判断来判定气动工具正在用来进行连续打钉操作，并且程序进行到步骤109。

另一方面，如果在步骤107处的判定是否定的(NO)，也就是说，如果在短时间内(0.05秒)气罐内的压力变化率小于预定值，程序进行到步骤108来判定气罐内的压力是否大于8kg/cm²。如果该判定是肯定的(YES)，程序返回到步骤102，如果是否定的(NO)，程序进行到步骤109处开启电机30。

然后，在步骤110处，判定气罐10A中的内部压力P(i)是否大于10kg/cm²。如果该判定是肯定的(YES)，程序返回步骤111处停止电机30的转动。如果在步骤110处的判定是否定的(NO)，电机30保持运转，直到该判定变为肯定(NO)。

参见图1和2，本发明设备的运行情况将描述如下。

图1中，纵轴代表气罐内的压力(kg/cm²)，横轴代表时间(分钟)。PH表示当压力升高时，压力开关的关闭点；PB表示当压力下降时的压力开关的开启点；PL表示工作临界压力。折线abcd表示在气罐内压力的时间变化率传统上没有检测出的情况下的压力变化；折线abe表示在本发明中气罐内压力的时间变化率被检测出的情况下的压力变化。

间隔ab中，气罐内的压力达到PH＝10kg/cm²，且电机30停止。空气消耗仅仅是由于气罐内的空气泄漏直到时间T＝0，因此空气消耗量小，例如，气罐内的压力逐渐下降到9.7kg/cm²。如果从时间T＝0开始通过打钉设备开始连续打钉，则要消耗大量的空气，所以气罐内的压力迅速降低。

在气罐内的压力变化率没有检测出的情况下，当压力下降时，如果气罐内的压力迅速从b点下降到c点，到达压力开关的开启点PB，电机30重新启动。因此，气罐内的压力降低得到缓解，压力减小的现象仍然继续。在d点，气罐内的压力达到工作临界压力PL，使气动工具不能使用。因此，在这种情况下，连续工作时间由T1指示出来。

另一方面，图2示出了在本发明中检测出气罐内的压力变化率的操作。

图2是图1的A部分的放大图。横轴代表时间单位(秒)。在曲线(a)和(a′)中，电机30停止运转直到时间T＝0，并且在时间T＝0处气罐中的压力为9.7kg/cm²。如果从时间T＝0开始由打钉设备开始连续打钉，例如消耗了大量的空气，因此气罐内的压力在脉动的同时迅速下降。然而，在本发明中气罐内的压力变化率(＝ΔP1/ΔT1)在ΔT1＝0.05秒后被算出。由于ΔP1/ΔT1＝-4＜-1，所以判定在步骤107处该变化率大。电机30在ΔT1＝0.05秒后重新启动。因此，电机的启动是快速的，这就是为什么气罐内的压力降低像曲线(a′)那样得到缓解。

即，如果压力变化在气罐内被检测出，电机30在0.05秒后重新启动，从该时间点处气罐内压力的降低得到缓解。于是，压力趋向于持续下降并到达工作临界压力PL，但是连续工作时间T2比传统的曲线(a)显著增长。在如图1所示的实施例的情况下，T2是T1的1.5倍。

从以上描述中可以明显看出，在本发明中压力变化率ΔP1/ΔT1不需要持续地保持很大。如果从PH到PB之中有一个点的ΔP1/ΔT1很大，该点成为一个触发点，从而使电机30在气罐内的压力降低前重新启动。

从以上描述中可以明显看出，依照本发明的空气压缩机，气罐内压力的时间变化率被检测出，并且当该时间变化率很大时，电机在压力下降的时候没有等待到压力下降到压力开关关闭点处，而是立即重新启动，因此连续工作到工作临界压力的时间得到延长。