CN107848172A - 用于电注射模制机的逆变器冷却方法及逆变器冷却装置 - Google Patents

Abstract

形成逆变器(5a、5b)的IGBT(6)被附接到冷却板(2)，逆变器(5a、5b)驱动电注射模制机的无刷电动机。冷却液体管(8)被设置在冷却板(2)中，以供应冷却液体并冷却IGBT。冷却液体被供应，使得在注射过程中被增加。对应于多个逆变器(5a、5b、5c)的多组IGBT(6)被附接到冷却板(2)，并且冷却液体分别在所述多组IGBT(6)的附近循环。

Description

用于电注射模制机的逆变器冷却方法及逆变器冷却装置

技术领域

本发明涉及用于逆变器的冷却方法及用于逆变器的冷却装置，该逆变器驱动电动机，诸如电注射模制机的伺服电动机。

背景技术

如众所周知的，注射模制机包括闭合模具的闭合装置、熔化树脂以将树脂注射到闭合的模具的注射装置，以及将模制的产品从模具排出的排出装置。在电注射模制机中，这些装置分别被无刷电动机(比如伺服电动机)驱动。在电注射模制机中，提供了一种转换器，在该转换器中，从外部部分供应的三相AC电压被整流成DC电压。然后，DC电压通过为每一个无刷电动机提供的逆变器被转换成三相AC电压，以驱动无刷电动机。驱动伺服电动机的逆变器也称为伺服放大器。

逆变器利用功率晶体管形成，比如IGBT(绝缘栅双极晶体管：绝缘栅双极晶体管)，并且其温度通过加热变高。功率晶体管以半导体元件被容纳在封装中的状态下被提供。当其中的半导体元件的连接部分的温度(即，结区温度)高时，功率晶体管的寿命缩短。例如，当结区温度变为高达175℃这样的温度时，功率晶体管破坏。相应地，在通常的逆变器中，诸如IGBT的功率晶体管被附接到具有散热片的冷却板，以便通过从冷却风扇供应的空气进行强制空气冷却。因而，结区温度被抑制到例如120℃或更低。

引文列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2006-177601

专利文献1公开了被水冷的、电注射模制机的伺服放大器。在专利文献1中公开的伺服放大器中，IGBT附接到金属冷却板，在金属冷却板中设有冷却管，冷却液体在冷却管中流动。供应到冷却板的冷却液体由指定的压力泵供给，从而循环。进一步，冷却液体被热泵冷却。因为伺服放大器被具有比空气的热容量大的热容量的冷却液体强制冷却，所以可以确实地抑制IGBT的温度升高。

进一步，在专利文献1中公开的伺服放大器中，控制热泵，以使得循环的冷却液体的温度相对于冷却板附近的环境温度在5℃以内。相应地，能够安全地冷却伺服放大器，而不用担心因过度冷却引起蒸汽冷凝。

在专利文献1中公开的装置中，为伺服电动机分别提供的多个伺服放大器设置在多个冷却板中。相应地，冷却液体被并行地供应到多个冷却板。

发明内容

技术问题

当逆变器如在通常的逆变器中一样通过空气冷却进行冷却时，或者当逆变器如在专利文献1中公开地通过水冷却来冷却时，可以冷却逆变器以保护IGBT。然而，相应地发现了要解决的问题。

首先，在用于通过空气冷却来冷却逆变器的通常方法中，可以说问题在于冷却效率低这一方面。最近几年，电注射模制机所需的输出增加。相应地，为了驱动大的伺服电动机，具有大容量的逆变器是必要的。在这样的逆变器中，IGBT中的电流大且生热率大。因为空气在其热容量方面是低的，所以空气冷却类型不能令人满意地冷却逆变器。存在结区温度可能超过容许值的担忧。进一步，鉴于冷却风扇在空气冷却类型中是必要的这一方面，也发现了问题。冷却风扇产生大噪音，并且引起灰尘从而污染其周围环境。

与通过空气冷却类型进行的通常冷却方法相比，在专利文献1中公开的通过水冷却类型冷却逆变器的方法中，因为冷却风扇是不必要的且逆变器通过具有比空气大的热容量的冷却液体进行冷却，可以说冷却效率是高的，因此该方法是优秀的。然而，在专利文献1中公开的水冷却方法中，仍发现有改进的空间。具体地，存在使得IGBT的寿命更长及降低冷却所需的能量的空间。

当由水冷却方法冷却的IGBT被驱动时，结区温度升高，并且当IGBT被驱动为停止时，结区温度快速降低。当上结区温度和下结区温度之间的差别大时，该差别对IGBT的寿命有影响。在专利文献1中公开的逆变器中，冷却板恒定地通过压力泵冷却。然而，当IGBT以这样的方式被强制冷却时，IGBT的普通结区温度相当低。在专利文献1中公开的逆变器中，冷却液体被并行地供应到多个冷却板。该事实也造成IGBT的结区温度相当低。即，尽管仅在相应的电动机被驱动时逆变器被分别驱动而产生热，但是与驱动无关的逆变器的冷却板被不必要地冷却。相应地，IGBT的结区温度相当低。当从IGBT的结区温度相当低的这种状态驱动IGBT时，结区温度的变化大。因此，IGBT的寿命从而受影响。

关于降低冷却所需的能量，问题在于压力泵被恒定地驱动且冷却液体被并行地供应到多个冷却板这些方面。最初，IGBT可以仅在IGBT的温度高时被冷却。因而，可以认为，冷却所需的能量可以被减少。进一步，当冷却液体被并行地供应到多个冷却板时，大容量的泵是必要的。因而，可以认为，能量被浪费。然而，在专利文献1中未公开关于这些方面的考虑。

本发明的目的是提供的用于电注射模制机的逆变器的冷却方法，以及用于逆变器的冷却装置，来解决上述问题。具体地，本发明的目的是提供用于电注射模制机的逆变器的冷却方法和用于逆变器的冷却装置，其中能够尽可能长地延长诸如IGBT的功率晶体管的寿命，并且冷却所需的能量成本是低的。

问题的解决方案

为了实现本发明的目的，本发明形成为用于冷却逆变器的方法，该逆变器驱动电注射模制机的无刷电动机。形成逆变器的功率晶体管被附接到规定的冷却板。冷却液体管被设置在冷却板中，用以供应冷却液体并冷却功率晶体管。冷却液体被设计为与注射模制的模制周期同步地改变待供应的流量。进一步，对应于多个逆变器的多组功率晶体管被附接到冷却板。冷却液体被设计成在所述多组功率晶体管的附近循环。

上述目的通过下述的结构来实现。

(1)一种用于电注射模制机的逆变器的冷却方法，包括：冷却所述逆变器，所述逆变器被构造成用于驱动所述电注射模制机的无刷电动机，其中所述逆变器被附接到规定的冷却板，在所述冷却板中，形成所述逆变器的功率晶体管被冷却液体冷却；以及与注射模制的模制周期同步地改变冷却液体的供应流量。

(2)根据上述(1)所述的用于电注射模制机的逆变器的冷却方法，其中对应于多个逆变器的多组功率晶体管被附接到所述冷却板，并且其中冷却液体在所述多组功率晶体管的附近循环。

(3)一种用于电注射模制机的逆变器的冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述逆变器，所述逆变器被构造成用于驱动所述电注射模制机的无刷电动机，该逆变器冷却装置包括：冷却板，形成所述逆变器的功率晶体管被附接到所述冷却板；以及泵，其构造成用于将冷却液体供应到形成在所述冷却板中的冷却液体管，其中所述泵被逆变器控制电动机驱动，并且构造成使得冷却液体的流量与注射模制的模制周期同步地改变。

(4)根据上述(3)所述的用于电注射模制机的逆变器的冷却装置，其中对应于多个逆变器的多组功率晶体管被附接到所述冷却板，并且其中所述冷却液体管分别在所述多组功率晶体管的附近循环。

发明的有益效果

如上所述，本发明涉及用于冷却驱动电注射模制机的无刷电动机的逆变器的方法。在该逆变器中，形成逆变器的功率晶体管被附接到规定的冷却板，功率晶体管在冷却板中通过冷却液体冷却。冷却液体被设计成与注射模制的模制周期同步地改变供应流量。因而，首先，因为逆变器通过水冷却类型冷却，所以冷却效率高，且可以确实地抑制诸如IGBT的功率晶体管的结区温度的大升高。因而，诸如IGBT的功率晶体管的寿命可以延长。进一步，因为冷却效率高，所以冷却装置可以被制成是小的，且成本可以降低。

诸如伺服电动机的多个无刷电动机被设置在电注射模制机中。然而，在模制周期的过程中的每一过程中，无刷电动机被部分地驱动，而其它的无刷电动机停止。需要比其它电动机的输出高的输出的无刷电动机是在注射过程中使用的用于注射的伺服电动机。可以说是驱动无刷电动机的伺服放大器、即逆变器具有大的生热率。

根据本发明，冷却液体被设计成与注射模制的模制周期同步地改变供应流量。因而，冷却液体的流量可以根据生热率来精细地控制。具体地，在注射过程中，冷却液体的流量增加以便满足生热率。以此方式，逆变器可以仅在必要的时间被冷却，并且可以防止功率晶体管被过度冷却。因而，能够在更大程度上降低结区温度的变化，并且功率晶体管的寿命可以被延长。进一步，冷却所需的成本可以被降低。

根据另一项发明，对应于多个逆变器的多组功率晶体管被附接到冷却板。冷却液体被设计成在所述多组功率晶体管的附近循环。如上面描述的，因为在电注射模制机中设置的多个无刷电动机仅在模制周期的相应过程中的一部分过程中使用，所以当从模制周期的整个部分上看时，被同时驱动的无刷电动机的数量是小的。因而，被同时驱动的逆变器的数量也是小的。根据本发明，因为多组功率晶体管被设置在冷却板中，且冷却液体在冷却板中循环，所以可以说多个逆变器被同时冷却。因而，可以减少冷却液体，并且可以以低的成本提供小的冷却装置。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的用于电注射模制机的逆变器的冷却装置的图示，其中图1(a)、图1(b)和图1(c)分别是根据本发明的实施例的、逆变器的多组IGBT被附接到的冷却板的前视图、侧视图和前截面图，并且图1(d)是根据实施例的用于逆变器的冷却装置的前视图。

图2是示出根据本发明的实施例的在模制周期中变化的消耗电功率和用于逆变器的冷却装置的冷却液体的供应量的曲线图。

图3是示出当IGBT被驱动时IGBT的结区温度的变化和在其中容纳有IGBT的外壳的温度的变化的曲线图。

具体实施方式

现在，将在下面描述本发明的实施例。根据本实施例的电注射模制机被设计成由多个无刷电动机(比如伺服电动机)驱动，类似于通常的电注射模制机。这些无刷电动机被由逆变器产生的三相AC电压驱动。在根据本实施例的电注射模制机中，逆变器设置在根据本实施例的逆变器冷却装置中。如下面详细描述的，逆变器冷却装置1包括两个冷却板2、2(参见图1(d))。逆变器冷却装置1的特征在于水冷却类型、用于将冷却液体供应到冷却板2和2的控制方法、冷却板2的形式，以及逆变器的布置。

首先，将在下面描述冷却板2。冷却板2由热传导性优异的金属比如铝形成，并且形成为具有长边和规定的厚度的矩形形状，如图1(a)和图1(b)中所示。在通常的逆变器中，形成一个逆变器的三个IGBT作为一个组被附接到规定的冷却板。与其相比，在本实施例中，对于一个冷却板2，对应于六个逆变器5a、5b…的六组IGBT 6、6…，即18个IGBT 6、6…被附接到冷却板2的前表面和背表面。即，本实施例的特征在于，较大数量的逆变器5a、5b…被附接到一个冷却板2。为了冷却IGBT 6、6，在冷却板2中，提供了冷却液体管8以便循环冷却液体，如图1(c)所示。

在本实施例中，冷却液体管8在冷却板2的长边的方向上进行两次往复。作为冷却液体管8的出口和入口的管路末端9和9设置在冷却板2的一个短边中。冷却液体由添加有防腐蚀剂和防冻剂等的水构成。因为冷却液体为液体，所以冷却液体具有大的热容量。相应地，甚至当冷却板2设置有大数量的IGBT 6、6…时，冷却板可以有效地冷却这些IGBT。于是，通过在长边的方向上进行两次往复的冷却液体管8，能够同等地冷却所有的IGBT 6、6…。

根据本实施例的逆变器冷却装置1包括：上述的两个冷却板2和2；贮存罐11，其储存规定量的冷却液体；泵14，其将贮存罐11的冷却液体供应到冷却板2和2；热交换器12，从冷却板2和2返回的温度升高的冷却液体在热交换器12中被冷却；以及冷却液体循环管路，其将贮存罐11、泵14、冷却板2和2以及热交换器12连接在一起，以使冷却液体循环。

从外部部分供应的外部冷却液体被供应到热交换器12，以便与冷却液体换热。贮存罐11中的冷却液体通过热交换器12中的热交换被维持到规定的温度范围。因为提供了这种结构，所以当泵14被驱动时，冷却液体循环，从而能够冷却冷却板2和2，以冷却逆变器5a、5b…。

在本实施例中，泵14被逆变器控制电动机驱动。相应地，当电动机的旋转速度被改变时，冷却液体的供应量可以被改变。

现在，将在下面描述根据本实施例的逆变器冷却装置1的操作方法。当在电注射模制机中执行注射模制的模制周期时，因为逆变器被驱动以在这些过程中的每一过程中旋转规定的无刷电动机，逆变器中的电流被改变。尽管电流的实际变化是复杂的，但是图2显示了示意性地示出电流的大致变化的曲线图。在模制过程中，因为塑化电动机(plasticizingmotor)在计量过程中被驱动较长的时间，如附图标记21所示，电流被稳定到规定的值。在模具打开和闭合过程中，略高的电流被供应短的时间，如由附图标记22所示。然后，在注射过程中，高的电流被供应短的时间，如由附图标记23所示。

如图3中所示，当逆变器被驱动时，如由附图标记25所示，在形成逆变器的IGBT中，温度升高。当驱动停止时，温度下降。更具体地描述，IGBT的封装的温度改变，如由附图标记26所示，且结区温度改变，如由附图标记27所示。逆变器中的电流的大小根据逆变器的驱动时间改变，且也影响IGBT的温度的升高。相应地，在注射过程23中IGBT的温度的升高程度大于计量过程21中的温度的升高程度。

因为结区温度的变化的差异程度对IGBT的寿命有影响，所以期望逆变器以温度的变化差异小这样的方式冷却。进一步，当不需要过大的冷却容量时，期望降低冷却所需的成本。因而，在本实施例中，供应到逆变器冷却装置1中的冷却板2和2的冷却液体的量被设计成与模制周期同步地改变，使得冷却液体的供应量至少在注射过程23中最大，在注射过程23中，逆变器中的电流最大。

图2中的附图标记30所示的曲线图显示了冷却液体的供应量的这种变化的一个示例。作为包括计量过程21的整体，冷却液体的供应量被设计成设定为冷却液体的规定的供应量、在模具打开和闭合过程中冷却液体的略大的供应量，以及在注射过程23中冷却液体的最大供应量。在这种操作中，IGBT的结区温度的变化减小，并且IGBT的寿命延长。因而，可以抑制冷却所需的成本。

本发明不限于上述的实施例，并且可以合适地且自由地被修改或改进。除此之外，上述实施例中的部件元件的材料、尺寸、值、形式、数量、布置位置等是任意的，并且不受限制，只要可以实现本发明。

本发明通过参考具体实施例被详细地具体描述，然而，本领域技术人员应理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变或修改。

本申请基于2015年7月10日递交的日本专利申请(日本专利申请No.2015-138297)，该日本专利申请的内容作为引用并入本文。

此处，根据上述本发明的用于电注射模制机的逆变器的冷却方法和用于逆变器的冷却装置的实施例的特征被简要地概括，并且分别在下面的[1]至[4]中列出。

[1]用于电注射模制机的逆变器的冷却方法，包括：冷却逆变器(5a至5f)，该逆变器(5a至5f)被构造成用于驱动电注射模制机的无刷电动机，其中逆变器(5a至5f)附接到规定的冷却板(2)，在冷却板(2)中，形成逆变器(5a至5f)的功率晶体管(IGBT 6)被冷却液体冷却；以及

与注射模制的模制周期同步地改变冷却液体的供应流量。

[2]根据上述[1]的用于电注射模制机的逆变器的冷却方法，其中对应于多个逆变器(5a至5f)的多组功率晶体管(IGBT 6)被附接到冷却板(2)，并且冷却液体在所述多组功率晶体管的附近循环。

[3]用于电注射模制机的逆变器的冷却装置(1)，该冷却装置(1)用于冷却逆变器(5a至5f)，所述逆变器(5a至5f)被构造成用于驱动电注射模制机的无刷电动机，逆变器冷却装置(1)包括：冷却板(2)，形成逆变器(5a至5f)的功率晶体管(IGBT 6)附接到冷却板(2)；以及泵(14)，其构造成用于将冷却液体供应到形成在冷却板(2)中的冷却液体管(8)，其中泵(14)被逆变器控制电动机驱动，并且构造成使得与注射模制的模制周期同步地改变冷却液体的流量。

[4]根据上述[3]的用于电注射模制机的逆变器的冷却装置(1)，其中对应于多个逆变器(5a至5f)的多组功率晶体管(IGBT 6)被附接到冷却板(2)，并且其中冷却液体管(8)分别在所述多组功率晶体管(IGBT 6)的附近循环。

工业应用

根据本发明，可以提供用于电注射模制机的逆变器的冷却方法用于和逆变器的冷却装置，其中功率晶体管比如IGBT的寿命可以被尽可能长地延长，并且冷却所需的能量成本低。实现了上述效果的本发明可应用在用于电注射模制机的逆变器的冷却方法和用于逆变器的冷却装置的领域。

附图标记列表

1 逆变器冷却装置

2 冷却板

5a、5b、5c 逆变器

6 IGBT

8 冷却液体管

11 贮存罐

12 热交换器

14 泵

Claims (4)

1.用于电注射模制机的逆变器的冷却方法，包括：

冷却所述逆变器，所述逆变器被构造成用于驱动所述电注射模制机的无刷电动机，其中所述逆变器被附接到规定的冷却板，在所述冷却板中，形成所述逆变器的功率晶体管被冷却液体冷却；以及

与注射模制的模制周期同步地改变所述冷却液体的供应流量。

2.根据权利要求1所述的用于电注射模制机的逆变器的冷却方法，其中对应于多个逆变器的多组功率晶体管被附接到所述冷却板，并且其中所述冷却液体在所述多组功率晶体管的附近循环。

3.用于电注射模制机的逆变器的冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述逆变器，所述逆变器被构造成用于驱动所述电注射模制机的无刷电动机，该逆变器冷却装置包括：

冷却板，形成所述逆变器的功率晶体管被附接到所述冷却板；以及

泵，所述泵构造成用于将冷却液体供应到形成在所述冷却板中的冷却液体管，

其中所述泵被逆变器控制电动机驱动，并且构造成使得与注射模制的模制周期同步地改变所述冷却液体的流量。

4.根据权利要求3所述的用于电注射模制机的逆变器的冷却装置，其中对应于多个逆变器的多组功率晶体管被附接到所述冷却板，并且其中所述冷却液体管分别在所述多组功率晶体管的附近循环。