JP3749658B2 - 電源電圧保持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源電圧保持装置に関し、特に、その改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動射出成形機等の電動機械システムでは、電源電圧が低下したり、電源が遮断したりすると、モータ等の動力源の制御が不能になり、移動部分に損傷を生じさせる恐れがある。そのため、これらの電動機械システムには、電源電圧の変動を抑制するための電源電圧保持（安定化）装置を設ける必要がある。
【０００３】
従来の電源電圧保持装置として、特開平５−２７４０４９号公報に記載されたものがある。その電源電圧保持装置を図３に示す。
【０００４】
図３の電源電圧保持装置は、単一の電源３１に複数の機構駆動機器３２が、遮断機３３を介して接続される電動機械システムに取り付けられている。即ち、この電源電圧保持装置は、機構駆動機構３２と並列になるよう、遮断機３４を介して電源３１に接続されている。
【０００５】
この電源電圧保持装置は、電源電圧の低下を検出する電圧低下検出器３５と、電源電圧の正常電圧への復帰を検出する正常電圧検出器３６と、電圧の急激な変化を抑制するＡＣリアクトル３７と、電圧低下検出器３５からの検出信号に応じてその出力周波数を急減させ、正常電圧検出器３６からの検出信号に応じてその出力周波数を元の値に戻す制御を行なうインバータ３８と、インバータ３８により駆動され運動エネルギーを保持するフライホイール３９ａを備えたモータ３９と、インバータ３８の出力周波数低下に伴って発生するモータ３９からの回生エネルギー（電気エネルギー）を電源３１側に戻す回生コンバータ４０とを備えている。
【０００６】
以下、この電源電圧保持装置の動作について説明する。
【０００７】
電源電圧が正常値の場合、インバータ３８は、所定の周波数を持つ駆動電圧をモータ３９へ供給する。これによりモータ３９は、回転駆動され、運動エネルギー（回転エネルギー）を保持する。
【０００８】
電源の瞬断などにより、電源電圧が低下すると、電圧低下検出器３５がそれを検出し、インバータ３８に対して検出信号を出力する。インバータ３８は、電圧低下検出器３５からの検出信号を受け取ると、出力周波数を急減させる。モータ３９は、インバータ３８の出力周波数が急減しても、フライホイール３９ａの大きな慣性力により回転を維持しようとする。その結果、モータ３９には、回生エネルギー（電気エネルギー）が生じる。回生コンバータ４０は、モータ３９で発生した回生エネルギーをインバータ３８を通して受け取り、電源側へ供給する。これにより、電源電圧は上昇する。
【０００９】
電源電圧が所定値にまで上昇すると、正常電圧検出器３６は、そのことを検出して検出信号をインバータ３８へ出力する。インバータ３８は、正常電圧検出器３６からの検出信号受けて、出力周波数を元の値に戻し、再び、モータ３９を回転駆動して、運動エネルギーを保持させる。
【００１０】
以上のようにして、電源電圧保持装置は、電源電圧が正常なときに運動エネルギーを保持しておき、電源電圧が低下した場合に、保持しておいた運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電源側に戻すことにより、電源電圧の安定化を実現している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電源電圧保持装置は、実質上、電源３１に直接接続されているため、インバータ３８は、図４に示すように、その内部に交流／直流変換するためのコンバータ部３８ａを備えている。それゆえ、モータ３９からの回生エネルギーを電源３１側に戻すために、回生専用のコンバータ４０を必要とする。このように、従来の電源電圧保持装置は、コンバータを２つ必要とし、その構成が複雑で、コスト高であるという問題点がある。
【００１２】
本発明は、構成が簡単で、安価な電源電圧保持装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、交流電源に接続され、交流／直流変換を行なうコンバータと、該コンバータに接続され、直流／交流変換を行ない機構駆動用モータへ供給する機構駆動用インバータとを備えたモータ駆動回路に使用される電源電圧保持装置であって、前記機構駆動用インバータと並列になるよう、前記コンバータに接続される電圧保持用インバータと、該電圧保持用インバータに接続される運動エネルギー保持用モータと、前記機構駆動用インバータ及び前記電圧保持用インバータを制御する制御部とを有し、前記制御部が、前記電圧保持用インバータを制御して、前記機構駆動用モータの回転を加速させるとき以外は、前記運動エネルギー保持用モータを回転駆動させて運動エネルギーを保持させ、前記機構駆動用モータを加速させるときは、前記運動エネルギー保持用モータを停止させるようにし、前記運動エネルギー保持用モータによって発生させた電気エネルギーを前記コンバータへ供給し、当該コンバータに含まれるコンデンサの端子間電圧を上昇させてから前記機構駆動用モータを加速させるようにしたことを特徴とする電源電圧保持装置が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の電源電圧保持装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１に、本発明の一実施の形態に係る電源電圧保持装置を含む電動射出成形機の回路構成図を示す。
【００１７】
図１の電動射出成形機は、三相交流電源１１に接続され、三相交流を整流して直流に変換するダイオードブリッジ１２と、ダイオードブリッジ１２により整流された直流を平滑化するコンデンサ１３と、互いに並列となるようコンデンサ１３に接続され、平滑化された直流を交流に変換する複数の機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄと、これら機構駆動用インバータにそれぞれ接続された機構駆動用モータ（サーボモータ）１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄと、機構駆動用インバータ１４ａ，１４b，１４ｃ、及び１４dの制御を行なうサーボ／シーケンスコントローラー１６と、サーボ／シーケンスコントローラー１６に電源供給を行なうためのＤＣ／ＤＣコンバータ１７とを備えている。
【００１８】
なお、ダイオードブリッジ１２とコンデンサ１３とは、コンバータ１８を構成する。
【００１９】
また、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄは、例えば、射出駆動、計量駆動、型開閉駆動、及びエジェクタ駆動に夫々用いられるモータである。
【００２０】
電源電圧保持装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７から電源供給を受けて三相交流電源１１の電源電圧を監視する電源電圧監視部１９と、機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄに対して並列となるようコンバータ１８に接続され、電源電圧監視部１９によって制御される電圧保持用インバータ２０と、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄに比べて小型で高速回転可能な同期型または誘導型の運動エネルギー保持用モータ２１とを有している。なお、本実施の形態では、電圧保持用インバータ２０が、サーボ／シーケンスコントローラー１６からも制御されるように構成されている。
【００２１】
次に、図１の電動射出成形機の動作について説明する。
【００２２】
まず、ダイオードブリッジ１２は、三相交流電源から供給される交流を整流して、直流に変換する。コンデンサ１３は、ダイオードブリッジ１２にて整流された直流を平滑化する。ダイオードブリッジ１２及びコンデンサ１３からなるコンバータ１８にて、整流され平滑化された直流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７、機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄ、及び電圧保持用インバータ２０に、それぞれ供給される。
【００２３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、コンバータ１８で整流され平滑化された直流を所定の電圧に変換してサーボ／シーケンスコントローラー１６及び電源電圧監視部１９に供給する。
【００２４】
サーボ／シーケンスコントローラー１６は、予め設定されたシーケンスに従い、射出成形動作を行なうために、機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄを制御する。また、サーボ／シーケンスコントローラー１６は、後述するように、必要に応じて電圧保持用インバータ２０を制御する。
【００２５】
機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄは、コンバータ１８から供給される直流を、サーボ／シーケンスコントローラー１６からの制御信号により決まる周波数を持つ交流に変換し、それぞれ、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄに供給する。
【００２６】
機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄは、それぞれ、機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄの出力周波数に応じた回転数で回転する。
【００２７】
以上のようにして、図１の電動射出成形機では、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄを回転駆動して、射出成形動作を実行することにより、成形品を製造することができる。
【００２８】
一方、電源電圧監視部１９は、電源電圧を監視し、電源電圧が所定値以下になると電圧保持用インバータ２０に対し、検出信号を出力する。
【００２９】
電圧保持用インバータ２０は、図２に示すように、６組のダイオードとトランジスタ、及び図示しない制御部を有している。この電圧保持用インバータ２０は、電源電圧が所定値より高い場合、即ち、電源電圧監視部１９から検出信号が出力されていない場合には、その制御部が、所定のタイミングで各トランジスタをオン／オフして所定周波数の交流を発生させ、運動エネルギー保持用モータ２１を回転駆動する。運動エネルギー保持用モータ２１は、例えば、１００００ｒｐｍという高速で回転することにより、大きな運動エネルギー（回転エネルギー）を保持する。
【００３０】
電源電圧監視部１９から検出信号が出力されると、電圧保持用インバータ２０の制御部は、６個のトランジスタを全てオフし、運動エネルギー保持用モータ２１を急停止（誘導型モータの場合）またはフリーラン（同期型モータの場合）させる。その結果、運動エネルギー保持用モータ２１は、発電機として作用し、保持する運動エネルギーが、回生エネルギーに変換される。回生された電気エネルギーは、電圧保持用インバータ２０で整流され、コンバータ１８のコンデンサ１３へと供給される。これによりコンデンサ１３の端子間電圧は上昇し、機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄに供給される直流電圧（コンバータ１８の出力電圧）は、電源電圧の低下にもかかわらず、所定値に保たれる。その結果、機構駆動用インバータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、及び１４ｄは、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄを、電圧電源が低下する前の状態と同じように駆動し続けることができ、射出成形工程を継続することができる。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る電源電圧保持装置は、電源電圧の低下や瞬断（停電）が生じても、その影響を受けることなく、機構駆動用モータの駆動を行なうことができるが、電源電圧の低下以外の原因によるコンバータ１８の出力電圧の低下にも対応できる。つまり、本実施の形態に係る電源電圧保持装置は、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄの加速に伴うコンデンサ１３の端子間電圧の低下を抑制することができる。
【００３２】
詳述すると、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄのうちのいずれか一つまたは複数、あるいは全部が加速する際には、瞬間的に大きな電流が必要となるので、コンデンサ１３の端子間電圧が低下する。このとき、加速しようとする機構駆動用モータは、定格電圧よりも低い電圧で駆動されることになり、所定の速度にまで加速するのに時間を要する。そこで、本実施の形態に係る電源電圧保持装置は次のようにして、機構駆動用モータの加速によるコンデンサ１３の端子間電圧の低下に対処する。
【００３３】
まず、サーボ／シーケンスコントローラー１６は、機構駆動用モータを加速する直前に、電圧保持用インバータ２０に対して機構駆動用モータの加速を通知する。機構駆動用モータの加速の通知を受けた電圧保持用インバータ２０は、運動エネルギー保持用モータ２１の駆動を停止し、回生エネルギーを発生させる。回生エネルギーは、コンデンサ１３に供給され、その端子間電圧を上昇させる。
【００３４】
コンデンサ１３の端子間電圧の上昇が始まるころ、サーボ／シーケンスコントローラー１６は、機構駆動用モータ１５を加速させるべく、機構駆動用インバータ１４へ制御信号を出力する。機構駆動用モータ１５の加速中は、大電流が必要となるが、コンデンサ１３には、運動エネルギー保持用モータ２１からの回生エネルギーが供給されるため、その端子間電圧の低下は抑制される。こうして、コンバータ１８は、機構駆動用モータ１５に対し、その定格電圧を供給でき、短時間で所定速度にまで加速させることができる。この結果、射出成形工程に要する時間を短縮できる。
【００３５】
なお、機構駆動用モータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、及び１５ｄのうちのいずれかを加速させるときに、他の機構駆動用モータに減速中のものが存在するのであれば、この減速している機構駆動用モータから回生エネルギーを得ることができる。従って、この様な場合には、運動エネルギー保持用モータ２１から回生エネルギーを得る必要はない。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態として、運動エネルギー保持用モータに比較的小型のモータを用い、それを高速回転させることにより大きな運動エネルギーを保持させる例について説明したが、イナーシャの大きなモータを用いたり、フライホイールを取りつけたりしても、運動エネルギー保持用モータに大きな運動エネルギーを保持させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、機構駆動用インバータにより駆動される機構駆動用モータを加速させる際に、運動エネルギー保持用モータが保持する運動エネルギーを回生エネルギーに変換してコンバータに供給するようにしたことで、所定回転速度までの加速に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電源電圧保持装置を備えた電動射出成形機の回路構成図である。
【図２】図１の電圧保持用インバータの回路図である。
【図３】従来の電源電圧保持装置を説明するためのブロック図である。
【図４】図３のインバータと回生コンバータの詳細を示す図である。
【符号の説明】
１１ 三相交流電源
１２ ダイオードブリッジ
１３ コンデンサ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 機構駆動用インバータ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 機構駆動用モータ
１６ サーボ／シーケンスコントローラー
１７ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８ コンバータ
１９ 電源電圧監視部
２０ 電圧保持用インバータ
２１ 運動エネルギー保持用モータ
３１ 電源
３２ 機構駆動機器
３３ 遮断機
３４ 遮断機
３５ 電圧低下検出器
３６ 正常電圧検出器
３７ ＡＣリアクトル
３８ インバータ
３９ａ フライホイール
３９ モータ
４０ 回生コンバータ

Claims (3)

1. 交流電源に接続され、交流／直流変換を行なうコンバータと、該コンバータに接続され、直流／交流変換を行ない機構駆動用モータへ供給する機構駆動用インバータとを備えたモータ駆動回路に使用される電源電圧保持装置であって、
   前記機構駆動用インバータと並列になるよう、前記コンバータに接続される電圧保持用インバータと、
   該電圧保持用インバータに接続される運動エネルギー保持用モータと、
   前記機構駆動用インバータ及び前記電圧保持用インバータを制御する制御部とを有し、
   前記制御部が、前記電圧保持用インバータを制御して、前記機構駆動用モータの回転を加速させるとき以外は、前記運動エネルギー保持用モータを回転駆動させて運動エネルギーを保持させ、前記機構駆動用モータを加速させるときは、前記運動エネルギー保持用モータを停止させるようにし、前記運動エネルギー保持用モータによって発生させた電気エネルギーを前記コンバータへ供給し、当該コンバータに含まれるコンデンサの端子間電圧を上昇させてから前記機構駆動用モータを加速させるようにしたことを特徴とする電源電圧保持装置。
2. 前記運動エネルギー保持用モータにフライホイールが取り付けられていることを特徴とする請求項１の電源電圧保持装置。
3. 前記運動エネルギー保持用モータが同期型モータまたは誘導型モータであるることを特徴とする請求項１または２の電源電圧保持装置。

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