JP6234868B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置の型閉、型締、型開を行う型締装置、金型装置内に成形材料を充填する射出装置、および金型装置から成形品を突き出すエジェクタ装置などを有する。型締装置や射出装置、エジェクタ装置は、モータを有する。

射出成形機は、電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置、コンバータ装置からの直流電力を交流電力に変換して各種モータに供給するインバータ装置、コンバータ装置とインバータ装置とを接続するＤＣリンクを備える。

コンバータ装置は、電源からの交流電力を直流電力に変換してインバータ装置に供給する第１電力変換部、およびインバータ装置からの回生電力を交流電力に変換して電源に供給する第２電力変換部とを並列に有する（例えば特許文献１参照）。回生電力を回収し、再利用することができ、モータのエネルギー効率を高めることができる。

特開２０１３−０２７９８７号公報

第１電力変換部と第２電力変換部とが並列に接続される場合に、モータのエネルギー効率が不明であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、モータのエネルギー効率がわかる、射出成形機の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
モータと、
該モータの駆動回路と、
電源からの交流電力を直流電力に変換して前記駆動回路に供給する第１電力変換部、および前記駆動回路からの回生電力を交流電力に変換して前記電源に供給する第２電力変換部とを並列に有するコンバータ装置と、
前記第１電力変換部から前記駆動回路まで延びる第１直流電源ライン、および第１直流電源ラインの途中から前記第２電力変換部まで延びる第２直流電源ラインと、
前記第１直流電源ラインに設けられ電流を検出する第１電流検出器、および前記第１直流電源ラインに設けられ電圧を検出する第１電圧検出器と、
前記電源から前記第１電力変換部まで延びる第１交流電源ライン、および前記第１交流電源ラインの途中から前記第２電力変換部まで延びる第２交流電源ラインと、
前記第２交流電源ラインに設けられ電流を検出する第２電流検出器、および前記第２交流電源ラインに設けられ電圧を検出する第２電圧検出器と、
前記第１電流検出器の検出結果および前記第１電圧検出器の検出結果とに基づき前記電源から前記第１電力変換部に供給される第１電力を算出すると共に、前記第２電流検出器の検出結果および前記第２電圧検出器の検出結果とに基づき前記第２電力変換部から前記電源に供給される第２電力を算出する算出器とを備える、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、モータのエネルギー効率がわかる、射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。射出成形機は、モータ１０、駆動回路としてのインバータ装置２０、ＤＣリンク３０、コンバータ装置４０、コントローラ８０、および表示装置９０などを備える。

モータ１０は、型締モータ、射出モータ、計量モータ、エジェクタモータなどのいずれでもよい。型締モータは、固定プラテンに対して可動プラテンを進退させ、金型装置の型閉、型締、型開を行う。金型装置は例えば固定金型と可動金型とで構成され、固定金型が固定プラテンにおける可動プラテンとの対向面に取り付けられ、可動金型が可動プラテンにおける固定プラテンとの対向面に取り付けられる。射出モータは、加熱シリンダ内に配設されるスクリュを前進させることにより、スクリュ前方の成形材料を加熱シリンダから射出させ金型装置内に充填させる。計量モータは、加熱シリンダ内に配設されるスクリュを回転させることにより、スクリュに形成される螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送り、スクリュ前方に成形材料を溜める。加熱シリンダ内にはスクリュの代わりにプランジャが配設されてもよく、モータ１０はプランジャを進退させるものでもよい。エジェクタモータは、金型装置内の可動部材を進退させ、金型装置から成形品を突き出す。図１では、モータ１０の数が１つであるが、複数でもよい。

尚、モータ１０の数が複数の場合、インバータ装置２０、ＤＣリンク３０、コンバータ装置４０からなる電力変換ユニットが複数設けられてもよいが、１つのみ設けられ、複数のモータ１０が並列に接続されてもよい。

インバータ装置２０は、ＤＣリンク３０やコンバータ装置４０からの直流電力を交流電力に変換してモータ１０に供給する。インバータ装置２０は、例えば２つのスイッチング素子で構成されるレグを３つ有する。尚、レグの数は特に限定されない。スイッチング素子の具体例としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Filed-Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタなどが挙げられる。各スイッチング素子に対して逆並列にダイオードが接続される。ダイオードは、各スイッチング素子に内蔵されてもよい。モータ１０の減速時に生じる回生電力は、ダイオードを介してコンバータ装置４０やＤＣリンク３０に供給される。

ＤＣリンク３０は、２本の直流電源ライン３１、およびコンデンサ３５を含む。２本の直流電源ライン３１は、インバータ装置２０とコンバータ装置４０とを接続する。各直流電源ライン３１は、分岐点において直流電源ライン３１−１と直流電源ライン３１−２とに分岐する。一方の直流電源ライン３１−１はコンバータ装置４０に備えられる第１電力変換部４１と接続され、他方の直流電源ライン３１−２はコンバータ装置４０に備えられる第２電力変換部４２と接続される。コンデンサ３５は、２本の直流電源ライン３１間の直流電圧（以下、ＤＣリンク電圧と呼ぶ）を平滑化させる。

コンバータ装置４０は、第１電力変換部４１および第２電力変換部４２を並列に有する。第１電力変換部４１は、電源１２からの交流電力を直流電力に変換して、インバータ装置２０やＤＣリンク３０に供給する。第１電力変換部４１は、例えば３相ブリッジ回路であり、６つのダイオードを含む。

第２電力変換部４２は、インバータ装置２０からの回生電力を交流電力に変換して電源１２に供給する。第２電力変換部４２は、例えば２つのスイッチング素子で構成されるレグを３つ有する。尚、レグの数は特に限定されない。各スイッチング素子に対して逆並列にダイオードが接続される。ダイオードは、各スイッチング素子に内蔵されてもよい。

第２電力変換部４２は、第１電力変換部４１と同様に６つのダイオードを含むため、電源１２からの交流電力を直流電力に変換して、インバータ装置２０やＤＣリンク３０に供給することも可能である。

交流電源ライン６１は、電源１２とコンバータ装置４０とを接続する。各交流電源ライン６１は、分岐点において交流電源ライン６１−１と交流電源ライン６１−２とに分岐する。一方の交流電源ライン６１−１は第１電力変換部４１と接続され、他方の交流電源ライン６１−２は第２電力変換部４２と接続される。

コントローラ８０は、メモリなどの記憶部およびＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、記憶部に記憶される制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、コンバータ装置４０、インバータ装置２０を制御する。

コントローラ８０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行うためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ装置２０に出力する。インバータ装置２０の各スイッチング素子は、コントローラ８０からのＰＷＭ信号に従ってスイッチングし、モータ１０を駆動する。

モータ１０の減速時には、モータ１０の誘導起電力によって回生電力が生じる。回生電力は、インバータ装置２０を介してＤＣリンク３０などに供給され、コンデンサ３５に充電される。その結果、ＤＣリンク電圧が上昇する。一方、モータ１０の加速時や定速時に、コンデンサ３５が放電されると、ＤＣリンク電圧が低下する。ＤＣリンク電圧は電圧検出器３６によって検出できる。電圧検出器３６は、ＤＣリンク電圧を示す信号をコントローラ８０に出力する。

コントローラ８０は、ＤＣリンク電圧を監視しており、ＤＣリンク電圧が第１閾値を超えると、ＰＷＭ信号などの制御信号を生成し、第２電力変換部４２に出力する。第２電力変換部４２の各スイッチング素子は、コントローラ８０からの制御信号に従ってスイッチングし、回生電力を交流電力に変換して電源１２に供給する。回生電力を回収して再利用することができ、モータ１０のエネルギー効率を高めることができる。また、コンデンサ３５の過充電を抑制することができ、コンデンサ３５の損傷を抑制することができる。電源回生によってコンデンサ３５が放電され、ＤＣリンク電圧が第２閾値（第２閾値≦第１閾値）以下になると、コントローラ８０は第２電力変換部４２の回生動作を停止させ、コンデンサ３５の放電を停止させる。

尚、第２電力変換部４２の制御は、ＰＷＭ制御でなくてもよく、例えば１２０°通電制御などでもよい。

コントローラ８０は、電源１２から第１電力変換部４１に供給される電力Ｐ１を算出する。例えばコントローラ８０は、電流検出器８１と電圧検出器３６とを用いて電力Ｐ１を算出する。電流検出器８１は、第１電力変換部４１と接続される直流電源ライン３１−１の電流値Ｉを検出する。電圧検出器３６は、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを検出する。電力Ｐ１は、Ｐ１＝Ｉ×Ｖｄｃの式から算出できる。

また、コントローラ８０は、第２電力変換部４２から電源１２に供給される電力Ｐ２を算出する。例えばコントローラ８０は、電流検出器８８と電圧検出器８９とを用いて電力Ｐ２を算出する。電流検出器８８は、各相の交流電源ライン６１−２の電流を検出する。電圧検出器８９は、各相の交流電源ライン６１−２の電圧を検出する。相電圧から線間電圧が算出できる。

コントローラ８０は、例えばＰ２＝Ｖｕｖ×Ｉｕ＋Ｖｗｖ×Ｉｗの式を用いて電力Ｐ２を算出してよい。ここで、ＶｕｖはＶ相を基準にしたＵ相の線間電圧、ＶｗｖはＶ相を基準にしたのＷ相の線間電圧、ＩｕはＵ相の電流、ＩｗはＷ相の電流である。尚、基準の相は、本実施形態ではＶ相であるが、Ｕ相またはＷ相でもよい。

コントローラ８０は、Ｐ２＝３×ｋ×Ｖｒ×Ｉｄの式を用いて電力Ｐ２を算出してもよい。Ｉｄは２相（例えばＵ相とＶ相）の電流をｄ−ｑ変換して算出されるｄ軸電流成分、Ｖｒは各相の電圧値から求められる電源電圧、ｋはｄ軸電流成分から線電流への換算ゲインである。

コントローラ８０は、電力Ｐ１と電力Ｐ２との差分ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２）を算出してよい。電力Ｐ１と電力Ｐ２との差分ΔＰからシステム全体のエネルギー消費量がわかり、モータ１０のエネルギー効率がわかる。

尚、本実施形態ではコントローラ８０が電力Ｐ２などを算出する算出器の役割を果たすが、算出器はコントローラ８０とは別に設けられてもよい。

表示装置９０は、コントローラ８０による制御下で、コントローラ８０の算出結果（例えば電力Ｐ１、電力Ｐ２、差分ΔＰなど）を表示してよい。表示装置９０は、ユーザの入力操作を受け付ける入力部としての機能を有してもよく、タッチパネルなどで構成されてもよい。

以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

１０ モータ
２０ インバータ装置
３０ ＤＣリンク
３１ 直流電源ライン
３５ コンデンサ
４０ コンバータ装置
４１ 第１電力変換部
４２ 第２電力変換部
８０ コントローラ
９０ 表示装置

Claims (3)

1. モータと、
   該モータの駆動回路と、
   電源からの交流電力を直流電力に変換して前記駆動回路に供給する第１電力変換部、および前記駆動回路からの回生電力を交流電力に変換して前記電源に供給する第２電力変換部とを並列に有するコンバータ装置と、
   前記第１電力変換部から前記駆動回路まで延びる第１直流電源ライン、および第１直流電源ラインの途中から前記第２電力変換部まで延びる第２直流電源ラインと、
   前記第１直流電源ラインに設けられ電流を検出する第１電流検出器、および前記第１直流電源ラインに設けられ電圧を検出する第１電圧検出器と、
   前記電源から前記第１電力変換部まで延びる第１交流電源ライン、および前記第１交流電源ラインの途中から前記第２電力変換部まで延びる第２交流電源ラインと、
   前記第２交流電源ラインに設けられ電流を検出する第２電流検出器、および前記第２交流電源ラインに設けられ電圧を検出する第２電圧検出器と、
   前記第１電流検出器の検出結果および前記第１電圧検出器の検出結果とに基づき前記電源から前記第１電力変換部に供給される第１電力を算出すると共に、前記第２電流検出器の検出結果および前記第２電圧検出器の検出結果とに基づき前記第２電力変換部から前記電源に供給される第２電力を算出する算出器とを備える、射出成形機。
2. 前記算出器は、前記第１電力を算出すると共に前記第２電力を算出し、且つ前記第１電力と前記第２電力との差分を算出する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記算出器の算出結果を表示する表示装置を備える、請求項１または２に記載の射出成形機。

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