CN102896734A - 注射成型机 - Google Patents

Abstract

一种注射成型机，能够抑制循环电流，并抑制整流时所产生的高次谐波。上述注射成型机包括：马达；驱动电路，驱动上述马达；整流器(102)，向上述驱动电路供给电力；以及桥式电路(104)，将上述驱动电路与整流器(102)之间的直流电力转换为交流电力后进行输出，上述注射成型机的特征在于，包括：变压器(67)，向一次侧输入交流电源电压；和控制器(26)，以使通过桥式电路(104)转换的交流电力的电流波形成为正弦波的方式，控制桥式电路(104)的动作，变压器(67)的第1二次绕组的连接目标为整流器(102)的输入侧，变压器(67)的第2二次绕组的连接目标为桥式电路(104)的输出侧。

Description

注射成型机

技术领域

本发明涉及一种注射成型机，包括：马达；驱动部，驱动上述马达；整流部，向上述驱动部供给电力；以及转换部，将上述驱动部与上述整流部之间的直流电力转换为交流电力后进行输出。

背景技术

作为现有技术，公知有如下电力控制装置，其包括将电源的交流电力转换为直流电力的整流部、与整流部的输出侧连接的电容器、将电容器的直流电力转换为交流电力的逆变器、以及具有与整流部并联连接的PWM开关电路的总控制部，该总控制部具有高次谐波去除和电力再生的功能(例如参照专利文献1)。该总控制部在电容器的电压低于预定值的情况下，作为有源滤波器发挥功能，从而去除电源的交流电力中的高次谐波，在电容器的电压高于预定值的情况下，作为电力再生转换器发挥功能，从而向电源供给电容器的电力。

专利文献1：日本特开2005-223999号公报

然而，如上述现有技术那样若将PWM开关电路简单地与整流部并联连接，则在PWM开关电路上形成整流部的电流的回路。因此，无用的循环电流在整流部中流动，产生电力损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够抑制循环电流，并能够抑制整流时所产生的高次谐波的注射成型机。

为了实现上述目的，本发明的注射成型机，包括：马达；驱动电路，驱动上述马达；整流部，向上述驱动电路供给电力；以及转换部，将上述驱动电路与上述整流部之间的直流电力转换为交流电力后进行输出，上述注射成型机的特征在于，包括向一次侧输入交流电源电压的变压器，上述变压器的第1二次绕组的连接目标为上述整流部的输入侧，上述变压器的第2二次绕组的连接目标为上述转换部的输出侧。

发明效果：

根据本发明，能够抑制循环电流，并且能够抑制整流时所产生的高次谐波。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的注射成型机1的结构图。

图2是概略地表示包含注射成型机1的转换装置100的马达驱动用电源电路的一例的图。

图3是表示转换装置100的电路结构的一例的图。

图4是变压器67的结构例。

图5是高次谐波成分抑制部63的第1结构例。

图6是高次谐波成分抑制部63的第2结构例。

图7是控制器26的功能框图。

图8是表示本实施例的转换装置100的控制方法的图。

符号说明

1注射成型机

11伺服马达

12滚珠丝杠

13螺母

14压盘

15、16导向杆

17轴承

18测压元件

19注射轴

20螺杆

21加热缸

21-1喷嘴

22料斗

23连结部件

24伺服马达

25测压元件放大器

26控制器

27位置检测器

28放大器

31、32编码器

35用户界面

42伺服马达

44伺服马达

43、45编码器

51、52、53、54马达驱动电路

61、66电流检测部

62电压检测部

63高次谐波成分抑制部

64a~64c电抗器

65a~65f电容器(电容)

67变压器(隔离变压器)

68一次绕组

69A、69B二次绕组

71PWM生成器

72相位检测电路

81运行路径

82再生路径

100转换装置

102整流器(整流部)

104桥式电路(转换部)

190电压检测部

200电源

261转换装置控制部

263再生判定部

264运行判定部

300DC链路

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。图1是本发明的一个实施方式的注射成型机1的结构图。

注射成型机1在本例中为电动式注射成型机，包括注射用的伺服马达11。注射用的伺服马达11的旋转被传递到滚珠丝杠12。通过滚珠丝杠12的旋转而前进后退的螺母13固定于压盘14。压盘14能够沿着固定于基座(未图示)的导向杆15、16移动。压盘14的前进后退运动经由轴承17、测压元件18及注射轴19传递到螺杆20。螺杆20在加热缸21内被配置为能够旋转且能够沿轴向移动。在加热缸21中的螺杆20的后部，设置有树脂供给用的料斗22。螺杆旋转用的伺服马达24的旋转运动经由带及滑轮等连结部件23传递到注射轴19。即，通过螺杆旋转用的伺服马达24旋转驱动注射轴19，从而螺杆20旋转。

在增塑/计量工序中，螺杆20在加热缸21中旋转并后退，从而在螺杆20的前部即加热缸21的喷嘴21-1一侧蓄积熔融树脂。在注射工序中，向模具内填充蓄积于螺杆20前方的熔融树脂并加压，从而进行成型。此时，按压树脂的力作为反作用力被测压元件18检测出来。即，螺杆前部的树脂压力被检测出来。检测到的压力被测压元件放大器25放大，并输入到作为控制单元发挥作用的控制器26(控制装置)。此外，在保压工序中，模具内所填充的树脂保持为预定的压力。

在压盘14上安装有用于检测螺杆20的移动量的位置检测器27。位置检测器27的检测信号被放大器28放大而输入到控制器26。该检测信号还可以用于检测螺杆20的移动速度。

在伺服马达11、24上分别设置有用于检测转速的编码器31、32。通过编码器31、32检测的转速分别被输入到控制器26。

伺服马达42是模开闭用的伺服马达，伺服马达44是成型品顶出(ejector)用的伺服马达。伺服马达42例如驱动肘节连杆(未图示)而实现模开闭。此外，伺服马达44例如经由滚珠丝杠机构使顶出杆(未图示)移动来实现成型品顶出。在伺服马达42、44上分别设置有用于检测转速的编码器43、45。通过编码器43、45检测的转速分别被输入到控制器26。

控制器26以微型计算机为中心构成，例如包括CPU、存储控制程序等的ROM、存储运算结果等的可读写的RAM、定时器、计数器、输入接口及输出接口等。

在注射成型工序中，控制器26向马达驱动电路发送多个与各工序对应的电流(转矩)指令。马达驱动电路根据该指令驱动在各工序中使用的伺服马达11、24、42、44。例如，控制器26通过马达驱动电路52控制伺服马达24的转速来实现增塑/计量工序。此外，控制器26通过马达驱动电路51控制伺服马达11的转速来实现注射工序及保压工序。同样，控制器26通过马达驱动电路53控制伺服马达42的转速来实现开模工序及闭模工序。控制器26通过马达驱动电路54控制伺服马达44的转速来实现成型品顶出工序。

用户界面35包括能够对模开闭工序、注射工序等各成型工序分别设定成型条件的输入设定部。此外，用户界面35包括输入来自用户的各种指示的输入部，并且包括对用户输出各种信息的输出部(例如显示部)。

注射成型机1的注射成型工序的一个循环在典型的情况下包括：闭模工序，关闭模具；合模工序，紧固模具；喷嘴接触工序，向模具的浇口(未图示)按压喷嘴21-1；注射工序，使加热缸21内的螺杆20前进，向模具型腔(未图示)内射出螺杆20前方所蓄积的熔融材料；保压工序，之后为了抑制产生气泡、缩孔而暂时施加保持压力；增塑/计量工序，在模具型腔内所填充的熔融材料冷却并固化为止期间的时间，为了下一个循环，使螺杆20旋转，使树脂熔融并向加热缸21的前方蓄积；开模工序，为了从模具取出固化的成型品，打开模具；以及成型品顶出工序，通过模具上所设置的顶出销(未图示)推出成型品。

图2是概略地表示包含注射成型机1的转换装置100的马达驱动用电源电路的一例的图。在图2中，作为一例，表示注射用的伺服马达11和驱动伺服马达11的马达驱动电路51。其他伺服马达24、42、44和马达驱动电路52、53、54也可以是同样的。在代替实施例中，在转换装置100上也可以并联地连接有多个伺服马达及驱动该伺服马达的马达驱动电路。

转换装置100与电源200连接。电源200可以是交流电源。此外，转换装置100经由DC链路300及马达驱动电路51与伺服马达11连接，转换来自电源200的电力并经由DC链路300及马达驱动电路51向伺服马达11供给。马达驱动电路51例如是将转换装置100的输出(直流电力)转换为3相交流电力的逆变器，例如可以包含由6个功率晶体管构成的三相桥式电路。DC链路300由电容器(电容)、母线、电缆等构成。

电压检测部190被设置为检测转换装置100的整流器102(参照图3)的直流输出侧与马达驱动电路51的直流输入侧之间所配置的DC链路300的两极间电压。通过电压检测部190检测的直流电压被供给到控制器26(参照图3、图7)。

图3是表示转换装置100的电路结构的一例的图。在图3所示的例子中，转换装置100包括与交流电源连接的端子R、S、T以及与DC链路300连接的端子P、N。转换装置100包括由包含6个二极管的三相二极管桥构成的整流器(运行用电路部)102、以及由包含6个晶体管的三相逆变器构成的桥式电路(再生用电路部)104。另外，在图3中，用箭头表示运行时的电力的流动和再生时的电力的流动。

整流器102通过二极管整流进行从交流电力到DC链路300中的直流电力的转换动作(运行运转)。桥式电路104根据PWM生成器71输出的驱动信号，通过PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制，进行从DC链路300中的直流电力到交流电源中的交流电力的转换动作(电源再生运转)。并且，控制该电源再生运转中的交流电源与桥式电路104之间的交流电力(交流电流)以及DC链路300的直流电力(直流电压)的大小。

如图3所示，转换装置100包括与运行路径81并联连接的再生路径82。运行路径81是交流电源与马达驱动电路之间的路径，设置有变压器(隔离变压器)67及整流器102。向变压器67的一次侧输入交流电源的交流电压，在变压器67的二次侧连接整流器102的交流输入部侧。再生路径82与整流器102的输入输出部并联连接，在再生路径82上插入设置有桥式电路104和高次谐波成分抑制部63的串联电路。再生路径82的一个端部以使桥式电路104的交流输出部与整流器102的交流输入部绝缘的状态，与变压器67的二次侧连接，另一个端部以使桥式电路104的直流输入部与整流器102的直流输出部导通的状态，与整流器102的直流输出部侧的运行路径81的直流路径部分连接。

例如图4所示，变压器67具有三相三绕组的YYY连接的结构。交流电源的交流电压施加于一次绕组68。二次绕组69A与69B绝缘，二次绕组69A与整流器102的交流输入部连接，二次绕组69B经由高次谐波成分抑制部63而与桥式电路104的交流输出部侧连接。

桥式电路104是将整流器102的直流输出侧与马达驱动电路51(参照图2)的直流输入侧之间的直流电力转换为交流电力的转换部。高次谐波成分抑制部63输入通过桥式电路104的电力转换动作输出的交流电力。高次谐波成分抑制部63作为电抗器部发挥作用即可。

高次谐波成分抑制部63例如是在R、S、T的各相中串联插入的电抗器与电容器(电容)连接的LC电路结构，如图5所示，可以是各相上连接有一端的多个电容器在中性点共同连接的Y连接结构，如图6所示，也可以是电容器插入于各相之间的Δ连接结构。此外，高次谐波成分抑制部63也可以是在各相中仅串联插入有电抗器的结构。

此外，注射成型机1作为转换装置100的控制部包括控制器26、生成PWM驱动信号的PWM生成器71、以及检测交流电源的交流电压的相位的相位检测电路72。

控制器26在通过电压检测部190(参照图2)检测的直流电压值Vdc高于预定的阈值电压Vth1时，通过PWM生成器71进行PWM控制，以使桥式电路104作为电力再生转换器发挥作用，从而向电源再生经由马达驱动电路51向桥式电路104输入的伺服马达11的电力。控制器26以使从桥式电路104输出的交流电流的波形成为正弦波的方式，通过由PWM生成器71生成的PWM驱动信号控制桥式电路104的再生动作。

控制器26例如根据由电压检测部190(参照图2)检测的直流电压值Vdc、由电流检测部61检测的交流电流值Iacf以及由电压检测部62检测的交流电压值Vacf，以使从桥式电路104输出的交流电流的波形成为目标频率的正弦波的方式，通过PWM生成器71控制基于桥式电路104的开关(switching)动作的再生动作。相位检测电路72根据由电压检测部62检测的交流电压值Vacf，能够检测交流电源的交流电压的相位。此外，电流检测部61检测桥式电路104的交流输出部与变压器67的二次绕组69B之间的再生路径82上流动的三相电流的合计电流值作为交流电流值Iacf。电流检测部61可以检测高次谐波成分抑制部63的交流输出部与变压器67的二次绕组69B之间流动的交流电流，也可以检测桥式电路104的交流输出部与高次谐波成分抑制部63的交流输入部之间流动的交流电流。

控制器26例如对根据直流电压的指令值Vr与从电压检测部190供给的直流电压值Vdc之间的误差生成的电压误差输出Verr、与从相位检测电路72供给的交流电压值Vacf进行乘算等，从而生成交流电流的正弦波指令值Ir。并且，控制器26向PWM生成器71供给根据正弦波指令值Ir与从电流检测部61供给的交流电流值Iacf之间的误差生成的电流误差输出Ierr。PWM生成器71通过对电流误差输出Ierr与三角波等预定的载波进行比较，生成驱动桥式电路104内的各晶体管的栅极而进行再生动作的PWM驱动信号。

此外，控制器26在通过电压检测部190(参照图2)检测的直流电压值Vdc低于预定的阈值电压Vth2(<Vth1)时，通过PWM生成器71进行PWM控制，以使桥式电路104作为有源滤波器发挥作用，从而抑制在运行路径81中流动而向整流器102输入的交流电流中包含的高次谐波电流。控制器26以使从桥式电路104输出的交流电流的波形成为正弦波的方式，通过由PWM生成器71生成的PWM驱动信号控制桥式电路104的高次谐波抑制动作。

控制器26例如根据由电压检测部190(参照图2)检测的直流电压值Vdc、由电流检测部61检测的交流电流值Iacf、由电压检测部62检测的交流电压值Vacf以及由电流检测部66检测的交流电流值Iacl，以使从桥式电路104输出的交流电流的波形成为目标频率的正弦波的方式，通过PWM生成器71控制基于桥式电路104的开关动作的高次谐波抑制动作。电流检测部66检测变压器67的二次绕组69A与整流器102的交流输入部之间的运行路径81上流动的三相电流的合计电流值作为交流电流值Iacl。

控制器26例如对根据直流电压的指令值Vr与从电压检测部190供给的直流电压值Vdc之间的误差生成的电压误差输出Verr、与从相位检测电路72供给的交流电压值Vacf进行乘算等，从而生成交流电流的正弦波指令值Ir。此外，控制器26根据从电流检测部66供给的交流电流值Iacl，计算交流电流值Iacl中包含的高次谐波电流值Ih。控制器26根据正弦波指令值Ir与高次谐波电流值Ih之间的误差，生成补正指令值Irr。控制器26向PWM生成器71供给根据补正指令值Irr与从电流检测部61供给的交流电流值Iacf之间的误差生成的电流误差输出Ierr。PWM生成器71通过对电流误差输出Ierr与三角波等预定的载波进行比较，生成驱动桥式电路104内的各晶体管的栅极而进行高次谐波抑制动作的PWM驱动信号。

图7是作为转换装置100的控制装置发挥作用的控制器26的功能框图。另外，转换装置100的控制装置也可以通过与控制器26不同的控制装置来实现。

控制器26包括转换装置控制部261、再生判定部263及运行判定部264。控制器26包括一个或两个以上的运算处理装置以及用于存储软件(程序)及数据等的RAM、ROM等存储介质等。并且，控制器26的各功能部261、263、264以上述运算处理装置为核心部件，通过硬件或软件或者其两者安装而构成用于对所输入的数据进行各种处理的功能部。参照图8说明各功能部261、263、264的功能。

图8是表示本实施例的转换装置100的控制方法的一例的流程图。图8所示的控制处理是通过控制器26实现的，与伺服马达11的再生时(伺服马达11的情况下为例如注射减速时)相关联地执行。

在步骤S10中，再生判定部263为了判断马达的再生状态，通过电压检测部190取得DC链路300的电容器的两端电压Vdc。

在步骤S12中，再生判定部263判定DC链路300的电压Vdc是否大于预定的阈值电压Vth1。再生判定部263在电压Vdc不大于阈值电压Vth1的情况下，判定为马达没有处于减速状态，即判定为没有产生马达的再生电力。转换装置控制部261在由再生判定部263判定为电压Vdc不大于阈值电压Vth1的情况下(判定为没有产生马达的再生电力的情况下)，不进行桥式电路104的再生动作，进行后述的步骤S22以后的动作。而再生判定部263在电压Vdc大于阈值电压Vth1的情况下，判定为马达处于减速状态，能够再生马达的再生电力。

在步骤S14中，转换装置控制部261根据再生判定部263的判定结果在电压Vdc大于阈值电压Vth1的情况下，以使从桥式电路104输出的交流电流波形成为正弦波的方式，通过PWM控制使桥式电路104的晶体管进行开关动作，开始再生动作(步骤S16)。

在步骤S16、S18、S20中，转换装置控制部261在由再生判定部263判定为满足再生结束条件的情况下，使桥式电路104的晶体管全部截止，从而停止桥式电路104的再生动作。再生判定部263例如在由电压检测部190检测的直流电压值为被设定成阈值电压Vth1以下的预定的电压值以下、且由电流检测部61检测的交流电流的峰值为预定的电流值以下的情况下，判定为满足再生结束条件。

在步骤S22中，运行判定部264为了判断马达的运行状态，判定DC链路300的电压Vdc是否小于被设定成比阈值电压Vth1低的阈值电压Vth2。转换装置控制部261在由运行判定部264判定为电压Vdc不小于阈值电压Vth2的情况下，控制为桥式电路104的晶体管全部截止，不进行桥式电路104的晶体管的开关动作。

另一方面，在步骤S22中，运行判定部264在电压Vdc小于阈值电压Vth2的情况下，判定为马达处于运行状态，处于应该抑制向整流器102输入的高次谐波电流的状态。

在步骤S24中，转换装置控制部261根据运行判定部264的判定结果在电压Vdc小于阈值电压Vth2的情况下，以使从桥式电路104输出的交流电流波形成为正弦波的方式，通过PWM控制使桥式电路104的晶体管进行开关动作，开始高次谐波抑制动作(步骤S26)。

在步骤S26、S28、S30中，转换装置控制部261在由运行判定部264判定为满足运行结束条件的情况下，使桥式电路104的晶体管全部截止，从而停止桥式电路104的高次谐波抑制动作。运行判定部264例如在由电压检测部190检测的直流电压值为被设定成比阈值电压Vth2大的预定的电压值以上、且由电流检测部61检测的交流电流的峰值为预定的电流值以上的情况下，判定为满足运行结束条件。

这样，根据本实施例，通过变压器67使再生路径82与运行路径81绝缘，从而不形成整流器102中流动的电流的回路，因此在整流器102中不会有无用的循环电流流动，能够抑制发生电力损失。此外，通过桥式电路104的PWM控制，能够抑制通过整流器102整流时产生的高次谐波。

此外，由于再生路径82与运行路径81并联设置，因此能够有效地向交流电源回收马达的再生电力，能够实现节能化。此外，桥式电路104及高次谐波成分抑制部63中不流动运行电力，而是仅流动再生电力，因此与运行路径和再生路径为相同路径的情况相比，能够降低标准(能够不根据运行电力，而是根据再生电力来选择晶体管等开关元件及电抗器等部件)。此外，由于使用PWM生成器71通过PWM控制进行再生，因此能够实现高功率因数的再生。

以上，详细说明了本发明的优选实施例，但本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，能够对上述实施例实施各种变形及置换。

例如，在本实施例中，使用电压值或电流值的量纲的物理量进行控制，但是也可以使用能量等那样等效的不同量纲的物理量进行同样的控制。

Claims (5)

1.一种注射成型机，包括：

马达；

驱动电路，驱动上述马达；

整流部，向上述驱动电路供给电力；以及

转换部，将上述驱动电路与上述整流部之间的直流电力转换为交流电力后进行输出，

上述注射成型机的特征在于，

包括向一次侧输入交流电源电压的变压器，

上述变压器的第1二次绕组的连接目标为上述整流部的输入侧，上述变压器的第2二次绕组的连接目标为上述转换部的输出侧。

2.根据权利要求1所述的注射成型机，其特征在于，

上述转换部的输出侧经由高次谐波成分抑制部而与上述第2二次绕组连接。

3.根据权利要求1或2所述的注射成型机，其特征在于，

上述转换部以使所转换的交流电力的电流波形成为正弦波的方式进行开关动作。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的注射成型机，其特征在于，

还包括控制上述转换部的开关动作的控制部。

5.根据权利要求4所述的注射成型机，其特征在于，

在上述驱动电路与上述整流部之间的直流电压高于第1阈值时，上述控制部使上述转换部作为电力再生转换器进行开关动作，

在上述直流电压低于第2阈值时，上述控制部使上述转换部作为有源滤波器进行开关动作，上述第2阈值被设定为低于上述第1阈值，

在上述直流电压为上述第2阈值以上且上述第1阈值以下时，上述控制部停止上述转换部的开关动作。

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