JP2005096470A - 射出成形機用モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出成形機に使用される複数のモータをそれぞれ制御する制御装置の各部を共通化できるようにする。
【解決手段】 ３相２重巻線モータ１１の３相巻線に、それぞれ第１及び第２の３相インバータ１２，１３を接続し、各３相インバータにそれぞれ第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５を接続する。第１及び第２のサーボコントローラは同一構成で、マスター／スレーブ切換が可能である。マスターである第１のサーボコントローラは、第１の電流センサ１７とエンコーダ１６からの出力に基づいて第１の３相インバータを制御し、スレーブである第２のサーボコントローラは、第１のサーボコントローラからの制御指令に従い、第２の電流センサ１８とエンコーダ１６からの出力に基づいて第２の３相インバータを制御する。３相２重巻線モータ１１に代えて６相巻線モータを用いることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、射出成形機用モータ制御装置に関し、特に、電動式射出成形機あるいはハイブリッド成形機に使用されるサーボモータを制御するための射出成形機用モータ制御装置に関する。

射出成形機の駆動方式には、大きく分けて油圧方式と、電動方式とがある。以前は、油圧方式が主流であったが、現在では、動力伝達機構の剛性が高く、可動部の位置及び速度の制御性が良く、またエネルギー変換効率が高いという特長を有する電動方式の方が主流になりつつある。また、油圧方式には、駆動部の力制御が容易かつ正確に行なえるという電動方式には無い特長が有るため、電動方式と油圧方式とを組み合わせたハイブリッド方式も開発されている。

図５に、一般的な電動射出成形機の構成を示す。この電動射出成形機は、原料を一時貯蔵するためのホッパ５１、ホッパ５１から供給される原料を可塑化するための加熱シリンダ５２、ホッパ５１に貯蔵された原料を計量して加熱シリンダ５２に供給するとともに、加熱シリンダ５２によって可塑化された原料を射出するためのスクリュ５３等を含む射出装置５４と、金型５５及び５６がそれぞれ取り付けられる固定プラテン５７及び可動プラテン５８、可動プラテン５８を移動させるためのトグルリンク５９、及び可動プラテン５８を案内し、その移動方向を制限するタイバー６０等を含む型締機構６１とを備えている。そして、この電動射出成形機は、スクリュ５３を前後進させるための射出用モータ６２、スクリュ５３を回転させるための計量用モータ６３、射出装置５４全体を前後進させるための射出装置移動用モータ６４、可動プラテン５８を移動させる型開閉用モータ６５、可動プラテン５８に組み込まれているエジェクトピン６６を前後進させるためのエジェクタモータ６７、金型５５，５６の厚みに応じて可動プラテン５８及びトグルリンク５９を移動させるための型厚対応用モータ６８等、複数の駆動用モータ（サーボモータ）を備えている。

複数の駆動用モータ６２〜６５，６７，６８は、それぞれ個別に、駆動制御される。例えば、各駆動用モータが３相モータである場合には、図６に示すように、各駆動用モータ６２〜６５，６７，６８には、それぞれ、３相インバータ７０を介してサーボコントローラ７１が接続される。そして、各駆動用モータには、その回転を検出するためのエンコーダ７２と、３相インバータ７０から供給される駆動電流の大きさを検出するための電流センサ７３が取り付けられ、これらエンコーダ７２と電流センサ７３とからの検出信号は、サーボコントローラ７１にフィードバックされる。

サーボコントローラ７１は、図示しない上位制御装置の制御の下、エンコーダ７２と電流センサ７３からフィードバックされる検出信号に基づいて、３相インバータ７０に対して制御信号を出力する。３相インバータ７０は、サーボコントローラ７１からの制御信号に応じてＵ、Ｖ、Ｗの３相信号（駆動電流）を発生し、３相モータへ供給する。こうして、３相モータは、上位コントローラから指示されたタイミングで、指示された回転量だけ回転する。

以上のようにして、電動射出成形機では、上位制御装置の制御下で、各モータ６２〜６５，６７，６８がそれぞれに対応するサーボコントローラによって独立制御され、射出成形が行なわれる。

特開平７-２９８６８５号公報 特開２０００−４１３９２号公報

油圧駆動方式には、単位時間当たりの伝達エネルギーを大きくすることが比較的小さな機器で可能であるという特長があるので、大型の（大出力の）射出成形機には、依然として油圧駆動方式が採用されている。しかしながら、大型の射出成形機にも電動駆動方式あるいはハイブリッド方式を採用したいという要求が少なからずある。

大型の射出成形機に、電動駆動方式あるいはハイブリッド方式を採用するためには、大出力のモータが必要である。そして、大出力のモータを制御するためには、インバータの最大耐圧を高くしたり、最大電流を大きくしたりするほか、サーボコントローラ等の制御系についてもその対応電圧を、例えば２００Ｖ級から４００Ｖ級に変更する等、大きくしなければならない。

その一方で、射出成形機において要求されるモータの最大出力トルクは、可動部毎にそれぞれ異なり、例えば、型開閉用モータに要求される最大出力トルクと、エジェクタモータに必要とされる最大出力トルクとでは、かなり大きな差がある。また、成形サイクル中においても、モータに要求される出力トルクは一定ではなく、大きなトルクを必要とするときと、小さなトルクでよいときとがある。従って、大型の射出成形機に電動駆動方式等を採用する場合は、各可動部において必要とされる最大出力トルク及びトルク変化に応じたモータ、インバータ及びサーボコントローラを用意しなければならず、各モータの制御装置を共通化することができないという問題点がある。

本発明は、射出成形機において使用されるモータを制御するための制御装置の各部を共通化できるようにすることを目的とする。換言すると、本発明は、最大出力の小さいモータを制御するための制御装置用の回路等を利用して、最大出力の大きいモータを制御するための制御装置を提供することを目的とする。

なお、特許文献１（特開平７-２９８６８５号公報）には、２つのインバータを用いて６相誘導電動機を駆動する発明が開示されており、特許文献２（特開２０００−４１３９２号公報）には、２つの三相巻線にそれぞれインバータ回路を接続してなるブラシレスＤＣモータが開示されている。しかしながら、これらの発明では、２つのインバータが同一のコントローラに接続されているため、その使用目的に応じてコントローラの構成（ソフトウェア）を変更する必要がある。したがって、これら公報に記載された発明は、本発明の制御装置を共用化するという目的を何ら示唆するものではなく、また、その目的を達成するための手段も何ら開示も示唆もするものではない。

本発明によれば、射出成形機用のモータ駆動装置において、６相巻線を備えた交流モータと、前記６相巻線に対して３相分の巻線単位に各々接続された複数の３相インバータと、該複数の３相インバータに各々接続された複数のサーボコントローラとを備え、上位制御装置に接続される一のサーボコントローラに他のサーボコントローラを接続し、前記一のサーボコントローラが前記上位制御装置からの動作指令に基づいて前記他のサーボコントローラへ制御指令を出力することにより、前記複数のサーボコントローラがそれぞれ対応する３相インバータを制御して前記６相巻線へ供給される駆動電流を制御するようにしたことを特徴とする射出成形機用モータ制御装置が得られる。

本発明によれば、射出成形機用モータ制御装置において、６相巻線を備えた交流モータを制御するために、３層分の巻線単位に接続された複数の３相インバータと、複数の３相インバータに各々接続された複数のサーボコントローラとを備え、上位装置に接続される一のサーボコントローラに他のサーボコントローラを接続し、前記一のサーボコントローラが上位装置からの動作指令に基づいて他のサーボコントローラへ制御指令を出力し、複数のサーボコントローラが前記動作指令及び制御指令のいずれかに応じて、対応する３相インバータを制御して各巻線へ電流を供給するようにしたことで、大出力モータ用の特別な回路等を用いることなく、交流モータを制御でき、大きなトルクから小さなトルクまで発生させることができる。これにより、制御装置を共用化を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１に、本発明の第１の実施の形態を示す。ここでは、３相２重巻線モータを用いる場合について説明するが、６相巻線モータを用いた場合でも同様である。

図１の射出成形機用モータ制御装置は、２つの３相巻線を備える３相２重巻線モータ１１と、その２つの３相巻線に駆動電流をそれぞれ供給する第１及び第２の３相インバータ１２，１３と、第１及び第２のインバータ１２，１３にそれぞれ接続された第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５と、モータ１１に取り付けられて、その回転を検出するエンコーダ１６と、各３相巻線に供給される駆動電流をそれぞれ検出する第１及び第２の電流センサ１７，１８とを有している。

３相２重巻線モータ１１は、互いに１２０度の位相角を持つＵ、Ｖ、Ｗ相の巻線を２つ（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）持ち、これらを重ねて巻き回したものである。その巻線は、通常の３相巻線が図２（ａ）のように表されるものとすると、図２（ｂ）のようになる。

第１及び第２の３相インバータ１２，１３は、同一構成のものであって、図１に示すように、それぞれ複数のパワートランジスタとダイオードとを用いて構成されている。そして、これらの３相インバータ１２，１３は、共に、３相２重巻線モータ１１に求められる最大出力を得るのに必要な駆動電流の少なくとも半分を供給できる能力を持つ。

第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５は、同一構成の（同一ソフトウェアで動作する）もので、３相２重巻線モータ１１に求められる最大出力の半分の最大出力を持つモータに対応する制御能力を持つ。これら第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５は、それぞれマスター／スレーブの切換が可能で、ここでは、第１のサーボコントローラ１４がマスターに、第２のサーボコントローラ１５がスレーブに切換設定されている。マスターに設定された第１のサーボコントローラ１４は、図示しない上位制御装置に接続される。また、スレーブに設定された第２のサーボコントローラ１５は、マスターに設定された第１のサーボコントローラ１４に接続される。

エンコーダ１６は、３相２重巻線モータ１１の回転を検出し、１回転毎に所定数のパルスを発生し、第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５へ出力する。第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５は、単位時間当たりに入力されるパルス数から３相２重巻線モータ１１の回転速度を、またパルスの総数から３相２重巻線モータ１１の回転量を求めることができる。

第１及び第２の電流センサ１７，１８は、それぞれ、巻線Ｕ１及びＶ１と、巻線Ｕ２及びＶ２とに流れる駆動電流を検出し、検出値を第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５へ出力する。第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５は、この検出値と、３相２重巻線モータの回転速度及び回転量とに基づいて、３相インバータ１２，１３をそれぞれ制御する。

次に、この射出成形機用モータ制御装置の動作について説明する。

まず、第１のサーボコントローラ１４は、図示しない上位制御装置から動作指令を受ける。そして、その指令が、大きなトルクを発生させるものである場合、第１のサーボコントローラ１４は、第２のサーボコントローラ１５に対して必要な制御指令を出力する。また、第１のサーボコントローラ１４は、その後、第２のサーボコントローラ１５に対して同期信号を供給する。

次に、第１のサーボコントローラ１４は、上位装置からの動作指令に従って、第１の３相インバータ１２へ制御信号を出力する。同様に、第２のサーボコントローラ１５は、第１のサーボコントローラ１４からの制御指令に従い、同期信号に同期するタイミングで第２の３相インバータ１３へ制御信号を出力する。

第１及び第２の３相インバータ１２，１３は、それぞれ第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５からの制御信号に応じて、駆動電流を発生し、３相２重巻線モータ１１に供給する。これにより、３相２重巻線モータ１１は、回転する。

エンコーダ１６は、３相２重巻線モータ１１の回転を検出し、検出パルスを第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５へ出力する。また、第１及び第２の電流センサ１７，１８は、それぞれ巻線Ｕ１及びＶ１と、巻線Ｕ２及びＶ２に流れる駆動電流をそれぞれ検出し、検出値を第１及び第２のサーボコントローラ１４，１５へ出力する。

第１のサーボコントローラ１４は、第１の電流センサ１７からの検出値と、エンコーダ１６からの検出パルスとに基づいて、第１の３相インバータ１２への制御信号を変化させる。同様に、第２のサーボコントローラ１５は、第２の電流センサ１８からの検出値と、エンコーダ１６からの検出パルスとに基づいて、第２の３相インバータ１３への制御信号を変化させる。この結果、第１及び第２の３相インバータ１２，１３から３相２重巻線モータ１１に供給される駆動電流が変化し、３相２重巻線モータ１１の回転トルク、速度等が制御される。

以上のようにして、この制御装置では、特別な大出力モータ用のインバータやコントローラを用いることなく、３相２重巻線モータ１１に、大きなトルクを発生させることができる。

第１のサーボコントローラ１４が、上位制御装置から受けた動作指令が、小さいトルクを発生させるものである場合、サーボコントローラ１４は、第２のサーボコントローラ１５に対して制御指令を出力しない。そして、第１のサーボコントローラ１４は、単独で、３相２重巻線モータ１１の回転を制御する。即ち、第１のサーボコントローラ１４は、上位装置からの動作指令に従い、第１の３相インバータ１２へ制御信号を出力し、第１の３相インバータ１２は、その制御信号に従って、駆動電流を３相２重巻線モータ１１に供給する。そして、第１のサーボコントローラ１４は、第１の電流センサ１７からの検出値と、エンコーダ１６からの検出パルスとに基づいて、第１の３相インバータ１２への制御信号を変化させる。

こうして、この制御装置では、一方のサーボコントローラのみ作動させ、他方を休止させておくことにより、３相２重巻線モータ１１に、小さなトルクを発生させることができる。

以上のように、本発明の制御装置よれば、大きなトルクを必要とする場合には、複数のインバータと複数のサーボコントローラとを用いてモータを制御し、大きなトルクを必要としない場合には、１つのインバータと１つのサーボコントローラとを用いて制御することができる。つまり、本発明の制御装置を用いれば、最大出力トルクの小さいものから最大出力トルクの大きいものまで、その最大出力トルクに拘わらず様々な大きさのモータを制御することができる。また、別の見方をすれば、本発明の制御装置は、同一構成のコントローラとインバータとを複数用いて構成されているので、その数を変更することにより、制御しようとするモータの大きさに応じて容易にその構成を変更することができる。この場合、異なる種類のコントローラやインバータを必要としないので、コストダウンを図ることが可能である。

次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。ここでは、第１の実施の形態と異なる点についてのみ説明する。

図３の射出成形機用モータ制御装置は、３相２重巻線モータ１１ではなく、６相モータ３１を有している。なお、６相モータ３１の巻線は、図４に示すようになる。従って、各巻線への電流供給タイミングは、３相２重巻線モータの場合とは異なる。また、エンコーダ１６は、第１のサーボコントローラ３２にのみ接続され、第２のサーボコントローラ３３には接続されていない。さらにまた、第１及び第２の電流センサ１７，１８は、共に第１のサーボコントローラ３２に接続されている。

第１及び第２のサーボコントローラ３２，３３は、第１の実施の形態と同様、同一構成で、マスター/スレーブの切換が可能である。ここでは、第１のサーボコントローラ３２がマスターに、第２のサーボコントローラ３３がスレーブに設定され、第１のサーボコントローラ３２は、図示しない上位装置に接続されている。そして、第１のサーボコントローラ３２は、上位装置の制御の下、第１及び第２の電流センサ１７，１８からの検出値と、エンコーダ１６からの検出パルスとに基づいて、第１の３相インバータ１２へ出力する制御信号と、第２のサーボコントローラ３３へ出力する制御指令とを生成する。また、第２のサーボコントローラ３３は、第１のサーボコントローラ３２からの制御指令にのみに基づいて、３相インバータ１３を制御する。

本実施の形態においても、必要なトルクが大きい場合には、第１及び第２の３相インバータ１２，１３の双方から６相モータ３１へ駆動電流が供給される。また、必要なトルクが小さい場合には、第１の３相インバータ１２のみから６相モータ３１へ駆動電流が供給される。こうして、本実施の形態による制御装置でも、最大出力トルクの小さいものから最大出力トルクの大きいものまで、その最大出力トルクに拘わらず様々な大きさのモータを制御することができる。

なお、上記第１の実施の形態では、３相２重巻線を用いた例について説明し、上記第２の実施の形態では、６相モータを用いた例について説明したが、２つの３相巻線を持つモータのみならず、さらに多くの３相巻線を持つモータを用いるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態による射出成形機用モータ制御装置を示すブロック図である。 （ａ）は、３相モータに使用される巻線の結線図であり、（ｂ）は、３相２重巻線モータに使用される巻線の結線図である。 本発明の第２の実施の形態による射出成形機用モータ制御装置を示すブロック図である。 ６相モータに使用される巻線の結線図である。 一般的な電動射出成形機の構成を説明するための図である。 一般的な３相モータのモータ制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

１１ ３相２重巻線モータ
１２ 第１の３相インバータ
１３ 第２の３相インバータ
１４ 第１のサーボコントローラ
１５ 第２のサーボコントローラ
１６ エンコーダ
１７ 第１の電流センサ
１８ 第２の電流センサ
３１ ６相モータ
３２ 第１のサーボコントローラ
３３ 第２のサーボコントローラ

Claims (3)

1. 射出成形機用のモータ駆動装置において、
   ６相巻線を備えた交流モータと、
   前記６相巻線に対して３相分の巻線単位に各々接続された複数の３相インバータと、
   該複数の３相インバータに各々接続された複数のサーボコントローラとを備え、
   上位制御装置に接続される一のサーボコントローラに他のサーボコントローラを接続し、前記一のサーボコントローラが前記上位制御装置からの動作指令に基づいて前記他のサーボコントローラへ制御指令を出力することにより、前記複数のサーボコントローラがそれぞれ対応する３相インバータを制御して前記６相巻線へ駆動電流を供給するようにしたことを特徴とする射出成形機用モータ制御装置。
2. 前記交流モータの回転を検出するためのエンコーダと、前記６相巻線に供給される駆動電流を前記３相分の巻線毎に検出する複数組の電流センサとを備え、前記複数のサーボコントローラが、前記動作指令及び前記制御指令のいずれかに応じて、各サーボコントローラに対応する前記６相巻線に供給される駆動電流を検出する前記電流センサの組からの出力と、前記エンコーダからの出力とに基づいて、当該サーボコントローラにそれぞれ対応する前記３相インバータを制御するようにしたことを特徴とする請求項１の射出成形機用モータ制御装置。
3. 前記交流モータの回転を検出するためのエンコーダと、前記６相巻線に供給される駆動電流を前記３相分の巻線毎に検出する複数組の電流センサとを備え、前記一のサーボコントローラがマスターコントローラとして前記エンコーダ及び前記複数組の電流センサに接続され、他のサーボコントローラがスレーブコントローラとして前記マスターコントローラに接続され、前記マスターコントローラは、前記動作指令に応じて、当該マスターコントローラに対応する前記６相巻線に供給される駆動電流を検出する前記電流センサの組からの出力と、前記エンコーダからの出力とに基づいて、当該マスターコントローラに対応する前記３相インバータを制御するとともに、各スレーブコントローラに対応する前記６相巻線に供給される駆動電流を検出する前記電流センサの組からの出力と、前記エンコーダからの出力とに基づいて、各スレーブコントローラに対応する前記３相インバータを制御するためのスレーブ制御信号を前記制御指令として生成し、各スレーブコントローラが前記マスターコントローラからの前記スレーブ制御信号に基づいて当該スレーブコントローラに対応する前記３相インバータを制御するようにしたことを特徴とする請求項１の射出成形機用モータ制御装置。
   
   

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