JP2009051032A - ２軸押出機用駆動装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １台のモータの固定巻線を主回路と副回路に分割し、効率よくモータを駆動できる２軸押出機用駆動装置を提供する。
【解決手段】 本発明の２軸押出機用駆動装置においては、主モータ１１または１２の巻線を２巻線または３巻線固定子巻線の巻き方を２回路若しくは３回路とし、主回路に対してはスイッチ８１を介し、副回路に対してはスイッチ９１および電気的制御装置９０を介して電源が供給されることで電動機としての要求動力を出し、減速装置１３に駆動力を伝達する。この場合、モータを低容量運転に適合させるには、主モータの主回路のみで、駆動力を伝達する。また、起動電流を抑えるためには、モータが定格速度に達するまでは副回路のスイッチ９１のみが入りとされ電気的制御装置が副回路を制御する。定格速度に達してからは主回路のスイッチ８１も入りとされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２軸押出機用駆動装置に関し、特に、主モータから減速装置を介して必要な動力を２本の出力軸に伝達する２軸押出機の２軸押出機用駆動装置およびその駆動方法に関する。

この種の装置としては、二重ねじ押し出し成形機のための押し出し成形駆動装置として特許文献１に開示されたものがあるが、本出願人はそれを改良した２軸押出機の２軸押出機用駆動装置およびその駆動方法の発明として、特願２００６−１７９４４０号（以下、先願１という）および特願２００７−４４３１３号（以下、先願２という）を提案した。先願１の発明においては、２つの異なるモータ（１１，１２）を直列接続して減速装置（１３）に駆動力を伝達する２軸押出機において、連結および遮断機能の付加された樹脂排出用装置（１４，１５，１９）を有した駆動装置を提案している。

また、先願２の発明においては、２つの異なるモータ（１１，１２）を直列接続して減速装置（１３）に駆動力を伝達する２軸押出機、または、減速装置（１３）の入力軸の両端に２つの異なるモータ（１１，１２）を配置し駆動力を伝達する２軸押出機において、副モータにより連結および遮断機能を付加された樹脂排出用装置（１４，１５，１９）の代替をさせる駆動装置を提案している。
特開平１１−１１５０３５号公報

この発明は、異なった２つのモータで駆動する代わりに、１つのモータの巻線を２回路に分割し、それぞれの回路に異なった制御を行うことにより、下記の課題を解決することを目的としている。

ポリオレフィンにおける造粒設備は大型化しており、そこで使われる２軸押出機の駆動装置も１０，０００ｋW以上の出力を要求される。１台のモータでその出力を賄うことは可能であり、システム構成的にも単純であるが、大容量化に伴い次のような課題を解決して行かなければならない。
（１） １台の大型モータ（一定速誘導電動機）の低容量運転での効率が悪く、ランニングコストが高くなる。
（２） １台の大型モータを直入れ起動する際には、定格の約５００％の起動電流がかかるため、大規模な供給側設備が必要となる。また、供給設備の容量に制限がある場合には、電気的に電流を抑えて起動する装置（ソフトスタータ）が必要となる。
（３） １台の大型モータに電気的制御装置を付けることで、上記の（１），（２）は解決できるが設備に対する投資額が高くなり採用されない。

本発明は、上述された課題を解決するためになされたものであり、要求される出力を１台のモータ内で固定子巻線を分割し、その一方を制御することにより効率の改善を図ることを目的としている。
また、本発明は、１台のモータ内で固定子巻線を２つの回路に分割して、片方の回路のみにその機能を持たせ、定格速度に達した時点で、もう一方の回路に電源を供給することにより、モータの起動電流を抑えることができる装置を提供することを目的としている。
先に挙げた駆動装置は、連結および遮断機能の付加された樹脂排出用装置（１４，１５，１９）を有しており、起動時の負荷トルクを和らげるために、その装置を連結させて負荷となる樹脂を排出後、遮断した上で主モータを起動することが必要であった。しかし、この発明は、樹脂排出機能を、電気的制御装置が設置されている副回路に持たせることにより、樹脂排出用装置を削減することを目的とする。
なお、先願２の発明においては、副モータを将来付加することにより２段階の能力増強を可能にさせることを目的としているが、本発明においては、１台の主モータに樹脂排出機能も持たせるため、最初の設置段階から、主、副両方の機能を持った主モータが必要となる。

上述した目的を達成するために、本発明に係る２軸押出機用駆動装置は、１台のモータの固定子巻線を２つの回路に分割し、個別に電源を供給することで総合の駆動力を減速装置へ伝達させる構成としている。

また、本発明の２軸押出機用駆動装置において、２つの回路の一方に電気的制御装置が設けられ、もう一方の回路との連動を可能にしている。その場合、低容量運転での効率を上げるためには、電気的制御装置を設置していない主回路のみを入りとし、電気的制御装置を設置している副回路は切りとする。

また、本発明の２軸押出機用駆動装置の起動電流を抑える方法としては、電気的制御装置を設置している副回路では回転数制御を行い、尚且つ起動電流を抑えながら立ち上げる。この間に電気的制御装置を設置していない主回路のスイッチは入っておらず、副回路のみの力で運転される状態となる。モータが定格速度に達したところで、主回路のスイッチを入りとすることにより、起動電流を抑えた起動が可能となる。

また、本発明の２軸押出機用駆動装置において、モータ内の固定子巻線を、２巻線または３巻線で構成し、回路を２分割し、それぞれに電源を供給することで、総合の駆動力を減速装置（１３）に伝達することを特徴とする。

また、本発明において、主モータ内で２つに分割した巻線の回路において、電気的制御装置を設置していない主回路と、電気的制御装置を設置している副回路で特性の異なる電源を供給し、前記電気的制御装置は、副回路が発生させる出力および回転数を調整可能として副回路を制御し、主回路と連動させることを特徴とする。

また、本発明においては、電気的制御装置を設置している副回路に、樹脂排出用装置としての機能を持たせることを特徴とする。

また、本発明においては、２分割された回路はその出力が互いに異なる場合、そして出力が１対１（２巻線）または１対２（３巻線）のいずれにおいても、副回路が発生させる出力および回転数を調整可能にさせる電気的制御装置（９０）が設けられ、その電気的制御装置（９０）が副回路を制御し、電気的制御装置を設置していない主回路と連動させることを特徴としている。

また、本発明において、前記電気的制御装置（９０）は、電気的制御装置を設置していない主回路の起動電流を抑えて起動することを可能にしていることを特徴とする。

さらに、本発明は、主モータから減速装置（１３）を介して必要な動力を２本の出力軸（１６）に伝達する２軸押出機の２軸押出機用駆動装置または駆動方法であって、主モータ（１１または１２）の固定子巻線を複数の巻線で構成し、その複数の巻線のうちの選択された巻線を主回路とし、残りの巻線を副回路とし、主回路と副回路とを別々な駆動源で駆動する。

また、この発明においては、主モータ（１１または１２）の巻線を２巻線または３巻線（固定子巻線の巻き方を２回路若しくは３回路）とし、主回路、副回路に対して個別に電源を供給することで電動機としての要求動力を出し、減速装置（１３）に駆動力を伝達するのが好ましい。

また、この発明において、主モータの主回路のみで、駆動力を伝達することが好ましい。

また、この発明においては、副回路が発生させる出力および回転数を調整可能とする電気的制御装置（９０）が設けられ、その電気的制御装置（９０）によって副回路を制御し、副回路を主回路に連動させることが好ましい。

また、この発明においては、主モータの固定子が同じ出力の３巻線から構成され、主回路が１巻線または２巻線である場合、残りの巻線が副回路に設定可能にされているのが好ましい。

また、この発明においては、前記電気的制御装置は、主モータ（１１または１２）の主回路の起動電流を抑えて起動を行なうように副回路を制御するのが好ましい。
さらに、前記主モータ（１１または１２）の副回路に、樹脂排出装置としての機能を持たせるようにすることが好ましい。

以上に詳述したように本発明によれば、従来の駆動装置として要求される出力を、１台のモータの主回路と副回路に分割したので、押出機としての低容量運転域での効率を上げ、ランニングコストを抑えることができる。また、１台のモータの主回路と副回路とを最適に構成することができ、効率的な運転を行なうことができる。また、従来の駆動装置として要求される樹脂排出装置を削減し、その機能を副回路に持たせており、システムを簡易にできるという効果がある。

以下、本発明の２軸押出機用駆動装置の好適な実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１
図１は、主モータの固定子巻線を分割した回路で、電気的制御装置で調整可能な副回路と直入れ起動させる主回路を有したモータを接続した本発明による２軸押出機用駆動装置の実施の形態１の駆動部周辺を示す図、図２は、主モータの主回路の直入れ起動時のトルク、電流と回転数を示すグラフである。

図１において、１１は主モータ（Δ結線の２巻線または３巻線）、１２は主モータ（Ｙ結線の２巻線または３巻線）、１３は減速装置、１８は主モータ１１（または１２）と減速装置１３のカップリング、１４は減速装置１３に設けられ、連結および遮断機能の付加された樹脂排出用減速機、１５はカップリング１９を介して設けられた樹脂排出用モータ、１６は２軸押出機の出力軸である。

以上の構成において、主モータ１１（または１２）は、固定子巻線の主回路および副回路の合計の出力が主モータシャフトおよびカップリング１８を介して減速機１３に伝達される。

主モータ１１（または１２）の分割された巻線での運転において、副回路は電気的制御装置９０を介して動力電源が供給されており、主回路と要求される負荷を分担すべく駆動制御している。

この場合、主回路のｋＷ計（電力計８０）よりのｋＷ信号（電力信号８０ａ）を電気的制御装置９０に送り、負荷分担制御を実行して副回路側に出力する。なお、ｋＷ信号８０ａは、電流信号やトルク信号に置き換えて制御を行うようにしてもよい。

２軸押出機の運転で低容量運転が続く場合、主回路のみでの運転が可能である。この場合、副回路のスイッチ９１は、切り（オフ）で、主回路のスイッチ８１を入り（オン）にしたときに、定格電流の５００％の起動電流が主回路に流れる。この状態は、図２の起動電流（全電圧時）のカーブで、回転数が０％の位置において認められる。

２軸押出機としては、主回路のみの低負荷運転であるが、起動電流を抑えて立ち上げたい場合、副回路と電気的制御装置９０を使用してそれを可能にすることができる。この場合、主回路のスイッチ８１を切り、副回路のスイッチ９１を入り（オン）とする。

次に、副回路は、電気的制御装置９０の回転数制御により、時間をかけて回転数を上げていき、定格速度に達したところで副回路のスイッチ９１を切り（オフ）にして、シャフトがフリーランの状態になった後、主回路のスイッチ８１を入り（オン）にする。

この場合の主回路の起動電流は定格の１００％以下に抑えることが可能である。図２の起動電流（全電圧時または８５％電圧時）のカーブで、回転数が９５％以上の位置において認められる。

主副両回路での運転の場合は、起動電流を抑えた立ち上げ方法のみが可能である。この場合、主回路のスイッチ８１を切り、副回路のスイッチ９１を入り（オン）とする。

次に、副回路は電気的制御装置９０の回転数制御により、時間をかけて回転数を上げていき、定格速度に達したところで、主回路のスイッチ８１を入り（オン）にする。そして電気的制御装置９０の制御モードを回転数制御から負荷分担制御に切り換えて主回路および副回路を組み合わせた合成運転に入る。

この場合も主回路の起動電流は定格の１００％以下に抑えることが可能である。図２の起動電流（全電圧時または８５％電圧時）のカーブで、回転数が９５％以上の位置において認められる。

実施の形態２
上述の実施の形態１で示した２軸押出機用駆動装置は、図１に示すように、連結および遮断機能の付加された樹脂排出用装置（１４，１５，１９）を有しており、起動時の負荷を和らげるために、連結させて、負荷となる樹脂を排出後、遮断した上で、主回路または副回路のスイッチを入り(オン)にすることが必要である。

実施の形態２においては、主モータ１１（または１２）の副回路に樹脂排出機能を持たせ、樹脂排出装置を削減するようにしたものについて説明する。

以下、実施の形態２を図３に基づいて説明する。図３は主モータの固定子巻線を分割した回路で、電気的制御装置で調整可能な副回路と直入れ起動させる主回路を有したモータを接続した２軸押出機用駆動装置の駆動部周辺を示す図である。

図３において、１１は主モータ（Δ結線の２巻線または３巻線）、１２は主モータ（Ｙ結線の２巻線または３巻線）、１３は減速装置、１８は主モータ１１（または１２）と減速装置１３のカップリング、１６は２軸押出機の出力軸であり、図１と同一対象物には同一の符号を付している。

実施の形態２は、主モータ１１（または１２）の分割された巻線での運転において、副回路は電気的制御装置９０を介して動力電源が供給されており、電気的制御装置９０は、副回路が要求される負荷を主回路とともに分担するように駆動制御している。

この場合、主回路のｋＷ計（電力計８０）よりのｋＷ信号（電力信号８０ａ）を電気的制御装置９０に送り、負荷分担制御を実行して副回路側へ出力する。なお、ｋＷ信号８０ａは、電流信号やトルク信号に置き換えて制御を行うようにしてもよい。

２軸押出機の運転として、最初にシリンダ内に溜まっている樹脂を排出する必要がある。これは、副回路のスイッチ９１を入り(オン)として、副回路の電気的制御装置９０の回転数制御を働かせ、低回転で運転することにより行なう。

次に、副回路は電気的制御装置９０の回転数制御により時間をかけて回転数を上げていき、定格速度に達したところで、主回路のスイッチ８１を入り（オン）にする。そして電気的制御装置９０の制御モードを回転数制御から負荷分担制御に切り換えて、主副、双方の回路の連動運転に入る。

この場合についても主回路の起動電流は定格の１００％以下に抑えることが可能である。このことについては、上述した実施の形態１と同様である。

以上に説明したように、実施の形態２において、副回路に樹脂排出機能を持たせるためには、従来の樹脂排出装置の能力（樹脂排出用モータの出力×樹脂排出用減速機の速比）に見合った出力を副回路に持たせる必要がある。それによって、副モータの電気的制御装置で回転数制御を行い、低速域においてシリンダ内の樹脂を排出し負荷を軽減する。その後、電気的制御装置で起動電流を抑えながら加速して行く。この間に主回路のスイッチは入っておらず、副回路のみの力で運転された状態となる。モータが定格速度に達したところで、主回路のスイッチを入り(オン)とすることにより、起動電流を抑えた起動が可能になる。

本発明による２軸押出機用駆動装置の実施の形態１の駆動部周辺の構成を示す図である。 主モータの主回路の直入れ起動時のトルク、電流、回転数を説明するためのグラフである。 本発明による２軸押出機用駆動装置の実施の形態２の駆動部周辺の構成を示す図である。

符号の説明

１１ 主モータ（Δ結線の２巻線または３巻線）、１２ 主モータ（Ｙ結線の２巻線または３巻線）、１３ 減速装置、１４ 樹脂排出用減速機（連結・遮断機能付）、１５ 樹脂排出用モータ、１６ 出力軸（２軸）、１８，１９ カップリング、８０ ｋＷ計、８０ａ 主回路のｋＷ信号、９０ 電気的制御装置、８１ 主回路のスイッチ、９１ 副回路のスイッチ。

Claims (14)

1. 主モータから減速装置（１３）を介して必要な動力を２本の出力軸（１６）に伝達する２軸押出機の２軸押出機用駆動装置であって、
   主モータ（１１または１２）の固定子巻線を複数の巻線で構成し、その複数の巻線のうちの選択された巻線を主回路とし、残りの巻線を副回路とし、主回路と副回路とを別々な駆動源で駆動することを特徴とする２軸押出機用駆動装置。
2. 請求項１に記載の２軸押出機用駆動装置において、主モータ（１１または１２）の巻線を２巻線または３巻線（固定子巻線の巻き方を２回路若しくは３回路）とし、主回路、副回路に対して個別に電源を供給することで電動機としての要求動力を出し、減速装置（１３）に駆動力を伝達することを特徴とする２軸押出機用駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の２軸押出機用駆動装置において、主モータの主回路のみで、駆動力を伝達することを特徴とする２軸押出機用駆動装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の２軸押出機用駆動装置において、副回路が発生させる出力および回転数を調整可能とする電気的制御装置（９０）が設けられ、その電気的制御装置（９０）によって副回路を制御し、副回路を主回路に連動させることを特徴とする２軸押出機用駆動装置。
5. 請求項４に記載の２軸押出機用駆動装置において、主モータの固定子が同じ出力の３巻線から構成され、主回路が１巻線または２巻線である場合、残りの巻線が副回路に設定可能にされていることを特徴とする２軸押出機用駆動装置。
6. 請求項４または５に記載の２軸押出機用駆動装置において、前記電気的制御装置は、主モータ（１１または１２）の主回路の起動電流を抑えて起動を行なうように副回路を制御することを特徴とする２軸押出機用駆動装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の２軸押出機用駆動装置において、前記主モータ（１１または１２）の副回路に、樹脂排出装置としての機能を持たせることを特徴とする２軸押出機用駆動装置。
8. 主モータから減速装置（１３）を介して必要な動力を２本の出力軸（１６）に伝達する２軸押出機の２軸押出機用駆動方法であって、
   主モータ（１１または１２）の固定子巻線を複数の巻線で構成し、その複数の巻線のうちの選択された巻線を主回路とし、残りの巻線を副回路とし、主回路と副回路とを別々な駆動源で駆動することを特徴とする２軸押出機用駆動方法。
9. 請求項８に記載の２軸押出機用駆動方法において、主モータ（１１または１２）の巻線を２巻線または３巻線（固定子巻線の巻き方を２回路若しくは３回路）とし、主回路、副回路に対して個別に電源を供給することで電動機としての要求動力を出し、減速装置（１３）に駆動力を伝達することを特徴とする２軸押出機用駆動方法。
10. 請求項８または９に記載の２軸押出機用駆動方法において、主モータの主回路のみで、駆動力を伝達することを特徴とする２軸押出機用駆動方法。
11. 請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の２軸押出機用駆動方法において、副回路が発生させる出力および回転数を調整可能とする電気的制御装置（９０）が設けられ、その電気的制御装置（９０）によって副回路を制御し、副回路を主回路に連動させることを特徴とする２軸押出機用駆動方法。
12. 請求項１１に記載の２軸押出機用駆動方法において、主モータの固定子が同じ出力の３巻線から構成され、主回路が１巻線または２巻線である場合、残りの巻線が副回路に設定可能にされていることを特徴とする２軸押出機用駆動方法。
13. 請求項１１または１２に記載の２軸押出機用駆動方法において、前記電気的制御装置は、主モータ（１１または１２）の主回路の起動電流を抑えて起動を行なうように副回路を制御することを特徴とする２軸押出機用駆動方法。
14. 請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の２軸押出機用駆動方法において、前記主モータ（１１または１２）の副回路に、樹脂排出装置としての機能を持たせることを特徴とする２軸押出機用駆動方法。

Images