JP2018167457A

JP2018167457A - 射出成形機

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Publication number: JP2018167457A
Application number: JP2017065802A
Authority: JP
Inventors: 英昭湯浅; Hideaki Yuasa
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-11-01
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP6894742B2

Abstract

【課題】信頼性を高めた射出成形機などを提供する。【解決手段】電流検出器２４４、電圧検出器２４６は、モータ２０２の電気的状態を検出し、アナログの検出信号ＶＩＳ，ＶＶＳを生成する。Ａ／Ｄコンバータ２２２は、アナログの検出信号ＶＩＳ，ＶＶＳをデジタルの検出信号ＤＩＳ，ＤＶＳに変換する。コントローラ２１１は、デジタルの検出信号ＤＩＳ，ＤＶＳにもとづいてインバータ２４２を制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するとともに異常状態を検出する。異常検出回路２３０は、アナログの検出信号ＶＩＳ，ＶＶＳにもとづいて異常状態を検出する。ゲートブロック回路２３８は、コントローラ２１１または異常検出回路２３０において異常状態が検出されるとＰＷＭ信号を遮断する。【選択図】図４

Description

本発明は、射出成形機等におけるモータ駆動技術に関する。

射出成形機は、その型締軸などに、モータによる圧力制御を行うサーボシステムが搭載される。同様のサーボシステムはサーボプレス機械などその他の産業機械にも搭載される。このような産業機械は、何らかに異常が発生すると、モータへの通電を停止する非常停止機能を備える。

図１は、本発明者が検討した射出成形機のサーボシステム１００Ｒのブロック図である。サーボシステム１００Ｒは、モータ１０２、エンコーダ１０４、電流センサ１０６、コントロールカード１１０、ブスバーボード１３０を備える。なお図１のサーボシステム１００Ｒを公知技術と認定してはならない。

エンコーダ１０４は、モータ１０２の位置情報もしくは回転数を検出する回転センサである。電流センサ１０６は、ブスバーボード１３０とモータ１０２を接続するモータ線に流れる駆動電流を検出する。

ブスバーボード１３０は、三相インバータ１３２、電流検出器１３４、電圧検出器１３６を含む。電流検出器１３４は電流センサ１０６と接続されており、モータ１０２に流れる相電流を示す電流検出信号Ｖ_ＩＳを生成する。電圧検出器１３６はモータ１０２に印加される相電圧を示す電圧検出信号Ｖ_ＶＳを生成する。

コントロールカード１１０はブスバーボード１３０の三相インバータ１３２を制御する。電流検出信号Ｖ_ＩＳ、電圧検出信号Ｖ_ＶＳは、Ａ／Ｄコンバータ１２２によってデジタルの電流検出値Ｄ_ＩＳ、電圧検出値Ｄ_ＶＳに変換される。ＣＰＵ１１２は、電流検出値Ｄ_ＩＳ、電圧検出値Ｄ_ＶＳおよびエンコーダ１０４からの回転情報Ｄ_ＥＮＣにもとづいて指令値を生成する。ＣＰＵ１１２は、異常判定部１１４としての機能を備える。異常判定部１１４は、電流検出値Ｄ_ＩＳをしきい値と比較することにより電流異常状態を検出し、また電圧検出値Ｄ_ＶＳをしきい値と比較することにより電圧異常状態を検出する。

ＦＰＧＡ１１６は、ＣＰＵ１１２からの指令値を受け、三相インバータ１３２を制御するためのＰＷＭ信号を生成する。ラインドライバ１２０は、ＦＰＧＡ１１６が生成したＰＷＭ信号を受け、三相インバータ１３２を駆動する。

ＦＰＧＡ１１６も、ＣＰＵ１１２と同様に異常判定部１１８を備える。異常判定部１１８は、電流検出値Ｄ_ＩＳをしきい値と比較することにより、電流異常状態を検出し、また異常判定部１１８は、電圧検出値Ｄ_ＶＳをしきい値と比較することにより電圧異常状態を検出する。

ラインドライバ１２０には、ＰＷＭ信号を遮断する機能が実装されている。ＣＰＵ１１２の異常判定部１１４やＦＰＧＡ１１６の異常判定部１１８において異常が検出されると、ラインドライバ１２０によってＰＷＭ信号が遮断され、モータ１０２が停止する。

特開２０１０−２００４５８号公報

本発明者は、図１のサーボシステム１００Ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図１のサーボシステム１００Ｒでは、ＦＰＧＡ１１６が暴走したときに、異常判定部１１８が機能不全に陥り、ＰＷＭ信号を遮断できなくなる。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、信頼性を高めた射出成形機などの提供にある。

本発明のある態様は射出成形機に関する。射出成形機は、モータと、モータを駆動するインバータと、モータの電気的状態を検出し、アナログの検出信号を生成するセンサと、アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、デジタルの検出信号にもとづいて、インバータを制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するとともに異常状態を検出するコントローラと、アナログの検出信号にもとづいて異常状態を検出する異常検出回路と、ＰＷＭ信号にもとづいてインバータを駆動するラインドライバと、コントローラまたは異常検出回路において異常状態が検出されるとインバータに対するＰＷＭ信号を遮断するゲートブロック回路と、を備える。

この態様によると、コントローラの外部にコントローラからの独立性の高い異常検出回路を設けることで、異常検出が２重化され、コントローラが暴走した場合やＡ／Ｄコンバータに異常が発生した場合にも、モータを確実に停止でき、射出成形機の信頼性を高めることができる。

コントローラは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラマブルロジックデバイスと、を含んでもよい。プログラマブルロジックデバイスは、デジタルの検出信号にもとづいて異常状態を検出する異常判定部を含んでもよい。

ゲートブロック回路はラインドライバに内蔵されてもよい。

ラインドライバは、直列に接続された２つのゲートブロック回路を含んでもよい。これによりＰＷＭ信号の遮断を確実なものとできる。

ゲートブロック回路は、ラインドライバの前段または後段に設けられてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、射出成形機の信頼性を高めることができる。

本発明者が検討した射出成形機のサーボシステムのブロック図である。射出成形機を示す図である。射出成形機の電気系統を示すブロック図である。実施の形態に係る射出成形機のサーボシステムのブロック図である。第１変形例に係るサーボシステムのブロック図である。建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。ショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。ショベルの電気系統のブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図２は、射出成形機６００を示す図である。射出成形機６００は主として、射出装置６１１、型締装置６１２、エジェクタ装置６７１を備える。これらはベースフレーム６１３の上に支持されている。また射出成形機６００には、着脱可能な金型装置６４３が取り付けられる。

（１）金型装置
金型装置６４３は固定金型６４４および可動金型６４５を含み、型締装置６１２に取り付けられる。射出装置６１１は、樹脂を加熱して溶かし、金型装置６４３の内部空間に流し込む（射出）。型締装置６１２は、固定金型６４４と可動金型６４５とを締結し、内部の樹脂に圧力を加え、冷却し、樹脂を金型に応じた形状に成形する。エジェクタ装置６７１は、成形された樹脂を金型装置６４３から取り出す。

（２）射出装置
射出成形機６００の具体的な構成を説明する。射出装置６１１は、射出装置フレーム６１４によって支持されている。ガイド６８１は、射出装置フレーム６１４の長手方向に配設される。そして、射出装置フレーム６１４によってボールねじ軸６２１が回転自在に支持され、ボールねじ軸６２１の一端が可塑化移動用モータ６２２に連結される。また、ボールねじ軸６２１とボールねじナット６２３とが螺合させられ、ボールねじナット６２３と射出装置６１１とがスプリング６２４およびブラケット６２５を介して連結される。したがって、可塑化移動用モータ６２２を正方向あるいは逆方向に駆動すると、可塑化移動用モータ６２２の回転運動は、ボールねじ軸６２１とボールねじナット６２３との組合せ、すなわち、ねじ装置６９１によって直線運動に変換され、この直線運動がブラケット６２５に伝達される。そして、ブラケット６２５がガイド６８１に沿って矢印Ａ方向に移動させられ、射出装置６１１が進退させられる。

また、ブラケット６２５には、前方（図における左方）に向けて加熱シリンダ６１５が固定され、加熱シリンダ６１５の前端（図における左端）に射出ノズル６１６が配設される。そして、加熱シリンダ６１５にホッパ６１７が配設されるとともに、加熱シリンダ６１５の内部にはスクリュ６２６が進退（図における左右方向に移動）自在に、かつ、回転自在に配設され、スクリュ６２６の後端（図における右端）が支持部材６８２によって支持される。

支持部材６８２には計量装置駆動用サーボモータ（以下、計量用サーボモータと略称する）６８３が取り付けられ、この計量用サーボモータ６８３を駆動することによって発生させられた回転がタイミングベルト６８４を介してスクリュ６２６に伝達されるようになっている。

射出装置フレーム６１４には、スクリュ６２６と平行にボールねじ軸６８５が回転自在に支持されるとともに、ボールねじ軸６８５と射出装置駆動用サーボモータ（以下、射出用サーボモータと略称する）６８６とがタイミングベルト６８７を介して連結される。そして、ボールねじ軸６８５の前端は、支持部材６８２に固定されたボールねじナット６７４と螺合させられる。したがって、射出用サーボモータ６８６を駆動すると、その回転運動は、ボールねじ軸６８５とボールねじナット６７４との組合せ、すなわち、ねじ装置６９２によって直線運動に変換され、直線運動が支持部材６８２に伝達される。

次に、射出装置６１１の動作について説明する。まず、計量工程においては、計量用サーボモータ６８３を駆動し、タイミングベルト６８４を介してスクリュ６２６を回転させ、スクリュ６２６を所定の位置まで後退（図における右方に移動）させる。このとき、ホッパ６１７から供給された樹脂は、加熱シリンダ６１５内において加熱されて溶融させられ、スクリュ６２６の後退に伴ってスクリュ６２６の前方に溜められる。

次に、射出工程においては、射出ノズル６１６を固定金型６４４に押し付け、射出用サーボモータ６８６を駆動し、タイミングベルト６８７を介してボールねじ軸６８５を回転させる。このとき、支持部材６８２はボールねじ軸６８５の回転に伴って移動させられ、スクリュ６２６を前進（図における左方に移動）させるので、スクリュ６２６の前方に溜められた樹脂は射出ノズル６１６から射出され、固定金型６４４と可動金型６４５との間に形成されたキャビティ空間６４７に充填される。

（３）型締装置
次に、型締装置６１２について説明する。型締装置６１２は、射出装置６１１と対向するようにしてベースフレーム６１３に支持される。型締装置６１２は、固定プラテン６５１、トグルサポート６５２、固定プラテン６５１とトグルサポート６５２との間に架設されたタイバー６５３、固定プラテン６５１と対向して配設され、タイバー６５３に沿って進退自在に配設された可動プラテン６５４、および、可動プラテン６５４とトグルサポート６５２との間に配設されたトグル機構６５６を備える。そして、固定プラテン６５１および可動プラテン６５４に、互いに対向させて固定金型６４４および可動金型６４５がそれぞれ取り付けられる。

トグル機構６５６は、図示されない型締用サーボモータによってクロスヘッド６５８をトグルサポート６５２と可動プラテン６５４との間で進退させることによって、可動プラテン６５４をタイバー６５３に沿って進退させ、可動金型６４５を固定金型６４４に対して接離させて、型閉、型締および型開を行うようになっている。

そのために、トグル機構６５６は、クロスヘッド６５８に対して揺動自在に支持されたトグルレバー６６１、トグルサポート６５２に対して揺動自在に支持されたトグルレバー６６２、可動プラテン６５４に対して揺動自在に支持されたトグルアーム６６３から成り、トグルレバー６６１とトグルレバー６６２との間、およびトグルレバー６６２とトグルアーム６６３との間がそれぞれリンク結合される。

また、ボールねじ軸６６４がトグルサポート６５２に対して回転自在に支持され、ボールねじ軸６６４と、クロスヘッド６５８に固定されたボールねじナット６６５とが螺合させられる。そして、ボールねじ軸６６４を回転させるために、トグルサポート６５２の側面に型締用サーボモータ（図示省略）が取り付けられる。

したがって、型締用サーボモータを駆動すると、型締用サーボモータの回転運動が、ボールねじ軸６６４とボールねじナット６６５との組合せ、すなわち、ねじ装置６９３によって直線運動に変換され、直線運動がクロスヘッド６５８に伝達され、クロスヘッド６５８は矢印Ｃ方向に進退させられる。すなわち、クロスヘッド６５８を前進（図における右方に移動）させると、トグル機構６５６が伸展して可動プラテン６５４が前進させられ、型閉および型締が行われ、クロスヘッド６５８を後退（図における左方に移動）させると、トグル機構６５６が屈曲して可動プラテン６５４が後退させられ、型開が行われる。

（４）電気系統
図３は、射出成形機６００の電気系統を示すブロック図である。整流器７０２は交流電源と接続され、交流電圧を整流する。ＤＣリンク７０５には平滑コンデンサ７０３が接続されており、整流器７０２の出力電圧が平滑化される。コンバータ７０４は、平滑コンデンサ７０３に生ずる直流電圧（ＤＣリンク電圧）Ｖ_ＤＣ１を、所定の電圧レベルに安定化し、ＤＣリンク７０８にＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣ２を発生する。ＤＣリンク７０８には平滑コンデンサ７０６が接続される。ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣ２はＤＣリンク７０８に接続される複数のインバータ７２０に供給され、各インバータ７２０は対応するモータ７２２を駆動する。モータ７２２Ａ〜７２２Ｃは、上述の可塑化移動用モータ６２２、計量用サーボモータ６８３、射出用サーボモータ６８６、型締用サーボモータであってもよい。そのほか射出成形機６００にはさまざまなサーボ機構が設けられており、各軸に、インバータ７２０とモータ７２２が設けられる。

双方向コンバータ７１０は、ＤＣリンク７０８と蓄電モジュール７１２の間に設けられる。蓄電モジュール７１２は主としてバックアップ電源として機能し、交流電源が遮断された場合などに、双方向コンバータ７１０は、コンバータ７０４に変わって、蓄電モジュール７１２の電力を平滑コンデンサ７０６に供給する。また、インバータ７２０が回生運転を行い、余剰なエネルギーが発生した場合には、双方向コンバータ７１０はその余剰なエネルギーで蓄電モジュール７１２を充電する。

以上が射出成形機６００全体の構成である。続いて、射出成形機６００のサーボシステムを説明する。

（５）サーボシステム
図４は、実施の形態に係る射出成形機のサーボシステム２００のブロック図である。サーボシステム２００は、図３のインバータ７２０およびモータ７２２の組み合わせに対応するものであり、すべての軸、あるいは任意の軸に採用することができる。サーボシステム２００は、モータ２０２、回転センサ２０４、電流センサ２０６、コントロールカード２１０、ブスバーボード２４０を備える。

回転センサ２０４は、モータ１０２の位置情報もしくは回転数を検出する。たとえば回転センサ２０４は、エンコーダであってもよいし、ホール素子などの磁気検出手段であってもよい。電流センサ２０６は、ブスバーボード２４０とモータ２０２を接続するモータ線に流れる駆動電流を検出する。

ブスバーボード２４０は、三相インバータ２４２、電流検出器２４４、電圧検出器２４６を含む。電流検出器２４４は電流センサ２０６と接続されており、モータ２０２に流れる相電流を示すアナログの電流検出信号Ｖ_ＩＳを生成する。電圧検出器２４６はモータ２０２に印加される相電圧を示すアナログの電圧検出信号Ｖ_ＶＳを生成する。

コントロールカード２１０は、コントローラ２１１、ラインドライバ２２０Ｕ〜２２０Ｗ、Ａ／Ｄコンバータ２２２、異常検出回路２３０、ＯＲ回路２３６を備える。アナログの電流検出信号Ｖ_ＩＳ、電圧検出信号Ｖ_ＶＳは、Ａ／Ｄコンバータ２２２によってデジタルの電流検出信号Ｄ_ＩＳ、電圧検出信号Ｄ_ＶＳに変換される。

コントローラ２１１は、デジタルの検出信号Ｄ_ＩＳ，Ｄ_ＶＳにもとづいて、三相インバータ２４２を制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｕ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｖ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｗ}を生成するとともに、異常状態を検出する。

コントローラ２１１は、ＣＰＵ２１２とＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）２１６を含む。ＰＬＤ２１６は、ＦＰＧＡであってもよいし、その他のデバイスであってもよい。ＰＬＤ２１６はＡ／Ｄコンバータ２２２を内蔵してもよい。

ＣＰＵ２１２がソフトウェアプログラムを実行することにより、ベクトル制御機能２１３と、異常判定機能２１４が実現される。ベクトル制御機能２１３により、電流検出値Ｄ_ＩＳ、電圧検出値Ｄ_ＶＳおよびエンコーダ２０４からの回転情報Ｄ_ＥＮＣにもとづいて、指令値ＲＥＦが生成される。指令値ＲＥＦは、駆動対象のモータ２０２の使用箇所に応じてさまざまであり、たとえばトルク指令値であったり、圧力指令値であったり、速度指令値でありうる。

ソフトウェア処理である異常判定機能２１４によって、電流検出値Ｄ_ＩＳがしきい値と比較され、電流異常状態が検出される。また電圧検出値Ｄ_ＶＳがしきい値と比較されて、電圧異常状態が検出される。異常判定機能２１４により異常状態が検出されると、ソフトウェアの保護処理が実行される。

ＰＬＤ２１６は、ＣＰＵ１１２からの指令値ＲＥＦを受け、三相インバータ１３２を制御するためのＰＷＭ信号Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｕ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｖ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｗ}を生成する。ラインドライバ２２０Ｕ〜２２０Ｗは、ＰＬＤ２１６が生成したＰＷＭ信号Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｕ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｖ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｗ}を受け、三相インバータ２４２を駆動する。

ＰＬＤ２１６は、異常判定部２１８を有する。異常判定部２１８は、電流検出値Ｄ_ＩＳをしきい値と比較することにより電流異常状態を検出し、電圧検出値Ｄ_ＶＳをしきい値と比較することにより電圧異常状態を検出する。異常判定部２１８は、これらの異常状態を検出すると、異常検出信号ＥＲＲ１をアサートする。

異常検出回路２３０は、アナログの検出信号Ｖ_ＩＳ，Ｖ_ＶＳにもとづいて、モータ２０２や三相インバータ２４２などの異常状態を検出する。異常検出回路２３０は、電流異常検出回路２３２、電圧異常検出回路２３４を含む。電流異常検出回路２３２は、アナログの電流検出信号Ｖ_ＩＳをしきい値と比較することにより、電流異常（たとえば過電流状態）を検出し、過電流状態においてＯＣＰ（過電流保護）信号をアサートする。電圧異常検出回路２３４は、アナログの電流検出信号Ｖ_ＶＳをしきい値と比較することにより、電圧異常（たとえば過電圧状態）を検出し、過電圧状態においてＯＶＰ信号をアサートする。電圧異常検出回路２３４は、さらに短絡異常に起因する低電圧状態を検出してもよい。電流異常検出回路２３２および電圧異常検出回路２３４は、電圧コンパレータで構成することができる。

ゲートブロック回路２３８は、コントローラ２１１または異常検出回路２３０において、異常状態が検出されると、三相インバータ２４２に対するＰＷＭ信号Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｕ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｖ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｗ}を遮断する。本実施の形態においてゲートブロック回路２３８は、ＰＷＭ信号Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｕ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｖ}，Ｓ_{ＰＷＭ＿Ｗ}の伝搬経路上に直列に２個、設けられている。「ＰＷＭ信号の遮断」は、ＰＷＭ信号の論理レベル（ハイ・ロー）を、三相インバータ２４２の出力がゼロ、言い換えればモータ２０２への供給電力がゼロになるような論理レベル（ハイ／ローの一方）に固定することを含む。この実施の形態において、２個のゲートブロック回路２３８＿１，２３８＿２はラインドライバ２２０Ｕ〜２２０Ｗそれぞれに内蔵されている。

ブスバーボード２４０は、ＤＣリンクを構成するＰ極ブスバー２４８ＰとＮ極ブスバー２４８Ｎの短絡を検出する短絡検出回路２５０を備えてもよい。短絡検出回路２５０は短絡異常を検出すると、短絡異常信号ＥＲＲ２をアサートする。短絡異常信号ＥＲＲ２は、ＯＲ回路２３６およびＰＬＤ２１６の異常判定部２１８に供給される。

ＯＲ回路２３６は、ゲートブロック回路２３８＿１，２３８＿２の遮断、導通を制御する。ＯＲ回路２３６は、ＥＲＲ１信号、ＥＲＲ２信号、ＯＣＰ信号、ＯＶＰ信号を受け、少なくともひとつがアサートされると、ゲートブロック回路２３８＿１，２３８＿２に遮断指令を送信する。ＯＲ回路２３６は論理ゲートで構成することができる。

以上がサーボシステム２００の構成である。このサーボシステム２００は、ハードウェアによる異常検出処理が、ＰＬＤ２１６の異常判定部２１８による異常検出と、異常検出回路２３０による異常検出とで２重化されている。異常検出回路２３０はＰＬＤ２１６とは別個のハードウェアで高い独立性をもって配置されている。したがって、ＰＬＤ２１６が暴走した場合や、Ａ／Ｄコンバータ２２２に異常が生じた場合にも、モータ２０２を確実に停止でき、射出成形機の信頼性を高めることができる。

また、ＣＰＵ２１２のソフトウェアによる異常判定機能２１４と、上述の２重のハードウェアによる異常検出機能を備えるため、さらに堅牢な保護機能が提供される。

ＰＷＭ信号の遮断に関して、ゲートブロック回路２３８を直列に２個接続することにより、一方のゲートブロック回路２３８が正常に機能しない場合でも、三相インバータ２４２の動作を停止させることができる。

以上、本発明について実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
図５は、第１変形例に係るサーボシステム２００Ａのブロック図である。第２実施例では、第１実施例とゲートブロック回路２３８の実装が異なっている。本実施例ではラインドライバ２２０Ｕ〜２２０Ｖはそれぞれ、１個のゲートブロック回路２３８を備える。コントロールカード２１０Ａは、各相のラインドライバ２２０Ｕ〜２２０Ｗの後段に設けられたゲートブロック回路２３９Ｕ〜２３９Ｗをさらに備える。ゲートブロック回路２３９Ｕ〜２３９Ｗは、ラインドライバ２２０Ｕ〜２２０Ｗの前段に設けられてもよい。第１変形例によれば、実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第２変形例）
異常検出回路２３０は、電流異常、電圧異常を検出することとしたが、検出対象としうる異常状態はこれらに限定されない。

これまでは、射出成形機６００に使用されるモータの駆動装置について説明したが、同様の技術をショベルやクレーンなどの建設機械にも用いることができる。図６は、建設機械の一例であるショベル５００の外観を示す斜視図である。ショベル５００は、主として下部走行体（クローラ）５０２と、下部走行体５０２の上部に旋回機構５０３を介して回動自在に搭載された上部旋回体５０４とを備えている。

上部旋回体５０４には、アタッチメント５１０が取り付けられる。アタッチメント５１０は、ブーム５１２と、ブーム５１２の先端にリンク接続されたアーム５１４と、アーム５１４の先端にリンク接続されたバケット５１６とを備える。ブーム５１２、アーム５１４、およびバケット５１６は、それぞれブームシリンダ５２０、アームシリンダ５２２、およびバケットシリンダ５２４によって油圧駆動される。また、上部旋回体５０４には、オペレータを収容するための運転室５０８や、油圧を発生するためのエンジン５０６といった動力源が設けられている。

図７は、ショベル５００の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図７では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。

エンジン５０６および電動発電機５３０の回転軸は、共に減速機５３２の入力軸に接続され、互いに連結されている。エンジン５０６の負荷が大きいときには、電動発電機５３０が自身の駆動力によりエンジン５０６の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機５３０の駆動力が減速機５３２の出力軸を経てメインポンプ５３４に伝達される。一方、エンジン５０６の負荷が小さいときには、エンジン５０６の駆動力が減速機５３２を経て電動発電機５３０に伝達されることにより、電動発電機５３０が発電を行う。

電動発電機５３０はアシスト用インバータ５３１の２次側（出力）端に接続される。アシスト用インバータ５３１は、コントローラ５４０（アシスト用インバータコントローラ）からの指令にもとづき、電動発電機５３０の運転制御を行う。電動発電機５３０の駆動と発電との切りかえは、ショベル５００における電気系統の駆動制御を行うコントローラ５４０により、エンジン５０６の負荷等に応じて行われる。

減速機５３２の出力軸にはメインポンプ５３４およびパイロットポンプ５３６が接続されており、メインポンプ５３４には高圧油圧ライン５４２を介してコントロールバルブ５４４が接続されている。コントロールバルブ５４４は、ショベル５００における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ５４４には、図６に示した下部走行体５０２を駆動するための油圧モータ５５０Ａおよび５５０Ｂの他、ブームシリンダ５２０、アームシリンダ５２２およびバケットシリンダ５２４が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ５４４は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

パイロットポンプ５３６には、パイロットライン５５２を介して操作手段５５４が接続されている。操作手段５５４は、旋回用電動機５６０、下部走行体５０２、ブーム５１２、アーム５１４およびバケット５１６を操作するためのレバーやペダルであり、オペレータによって操作される。

操作手段５５４には、油圧ライン５５６を介してコントロールバルブ５４４が接続され、また、油圧ライン５５８を介して圧力センサ５５９が接続される。操作手段５５４は、パイロットライン５５２を通じて供給される油圧（１次側の油圧）をオペレータの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作手段５５４から出力される２次側の油圧は、油圧ライン５５６を通じてコントロールバルブ５４４に供給されるとともに、圧力センサ５５９によって検出される。

圧力センサ５５９は、操作手段５５４に対して旋回機構５０３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン５５８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ５５９は、油圧ライン５５８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、旋回指令としてコントローラ５４０に入力され、旋回用電動機５６０の駆動制御に用いられる。

コントローラ５４０（旋回用インバータコントローラ）は、操作入力に応じた回転速度指令を受け、レゾルバ５６２により検出される旋回用電動機５６０の旋回速度が、回転速度指令と一致するように、旋回用インバータ５６１を制御する。たとえば旋回用電動機５６０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御指令により旋回用インバータ５６１によって交流駆動される。

コントローラ５４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。コントローラ５４０は、各種センサおよび操作手段５５４等からの操作入力を受けて、アシスト用インバータ５３１、旋回用インバータ５６１および蓄電手段５７０等の駆動制御を行う。

旋回用電動機５６０は、図６の旋回機構５０３に設けられ、上部旋回体５０４を回動させる交流電動機である。旋回用電動機５６０の回転軸５６６には、レゾルバ５６２、メカニカルブレーキ５６３および旋回減速機５６４が接続される。

旋回用電動機５６０が力行運転を行う際には、旋回用電動機５６０の回転駆動力の回転力が旋回減速機５６４にて増幅され、上部旋回体５０４が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体５０４の慣性回転により、旋回減速機５６４にて回転数が増加されて旋回用電動機５６０に伝達され、回生電力を発生させる。

レゾルバ５６２は、旋回用電動機５６０と機械的に連結され、旋回用電動機５６０の回転軸５６６の回転位置および回転角度を検出する。メカニカルブレーキ５６３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ５４０からの指令によって、旋回用電動機５６０の回転軸５６６を機械的に停止させる。旋回減速機５６４は、旋回用電動機５６０の回転軸５６６の回転速度を減速して旋回機構５０３に機械的に伝達する。

蓄電手段５７０は、旋回用インバータ５６１の電源であり、ＤＣリンク電圧を供給する。蓄電手段５７０は、蓄電手段を含み、アシスト用インバータ５３１や旋回用インバータ５６１が回生運転を行う際には、それらからの回生エネルギーを蓄電可能に構成される。

図８は、ショベルの電気系統のブロック図である。蓄電手段５７０は、蓄電モジュール５７２と、蓄電モジュール５７２の充放電を制御する双方向コンバータ５７４と、正極および負極の直流配線からなるＤＣリンク５７６とを備えている。ＤＣリンク５７６には、平滑コンデンサ５７８が接続される。蓄電モジュール５７２としては、リチウムイオン電池等の充電可能な２次電池、キャパシタ、そのほか電力の授受が可能なその他の形態の電源を用いることができる。ＤＣリンク５７６には、アシスト用インバータ５３１、旋回用インバータ５６１それぞれの１次側（直流入力）が接続されている。双方向コンバータ５７４は、コントローラ５４０によって、ＤＣリンク５７６に生ずるＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣが所定の電圧レベルとなるように制御される。たとえば双方向コンバータ５７４は昇降圧コンバータであり、電動発電機５３０や旋回用電動機５６０が力行運転する際には、双方向コンバータ５７４を昇圧動作させ、それらに電源を供給する。反対に電動発電機５３０や旋回用電動機５６０が回生運転する際には、双方向コンバータ５７４を降圧動作させ、電動発電機５３０が発生した電力を蓄電器に回収する。なお、昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣリンク電圧値、バッテリ電圧値およびバッテリ電流値にもとづき、コントローラ５４０によって行われる。

実施の形態に係るサーボシステム２００は、図８のアシスト用インバータ５３１と電動発電機５３０の組み合わせに採用でき、あるいは図８の旋回用電動機５６０と旋回用インバータ５６１の組み合わせに採用できる。

２００…サーボシステム、２０２…モータ、２０４…回転センサ、２０６…電流センサ、２０８…コントローラ、２１０…コントロールカード、２１１…コントローラ、２１２…ＣＰＵ、２１３…ベクトル制御機能、２１４…異常判定機能、２１６…ＰＬＤ、２１８…異常判定部、２２０…ラインドライバ、２２２…Ａ／Ｄコンバータ、２３０…異常検出回路、２３２…電流異常検出回路、２３４…電圧異常検出回路、２３６…ＯＲ回路、２３８，２３９…ゲートブロック回路、２４０…ブスバーボード、２４２…三相インバータ、２４４…電流検出器、２４６…電圧検出器、５００…ショベル、５０２…下部走行体、５０３…旋回機構、５０４…旋回体、５０６…エンジン、５０８…運転室、５１０…アタッチメント、５１２…ブーム、５１４…アーム、５１６…バケット、５２０…ブームシリンダ、５２２…アームシリンダ、５２４…バケットシリンダ、５３０…電動発電機、５３１…アシスト用インバータ、５３２…減速機、５３４…メインポンプ、５３６…パイロットポンプ、５４０…コントローラ、５４２…高圧油圧ライン、５４４…コントロールバルブ、５５０Ａ，５５０Ｂ…油圧モータ、５５２…パイロットライン、５５４…操作手段、５５６…油圧ライン、５６０…旋回用電動機、５６１…旋回用インバータ、５６２…レゾルバ、５６３…メカニカルブレーキ、５６４…旋回減速機、５６６…回転軸、５５８…油圧ライン、５５９…圧力センサ、５７０…蓄電手段、５７２…蓄電モジュール、５７４…双方向コンバータ、５７６…ＤＣリンク、５７８…平滑コンデンサ、６００…射出成形機、６１１…射出装置、６１２…型締装置、６１３…ベースフレーム、６１４…射出装置フレーム、６１５…加熱シリンダ、６１６…射出ノズル、６１７…ホッパ、６２１…ボールねじ軸、６２２…可塑化移動用モータ、６２３…ボールねじナット、６２４…スプリング、６２５…ブラケット、６２６…スクリュ、６４３…金型装置、６４４…固定金型、６４５…可動金型、６４７…キャビティ空間、６５１…固定プラテン、６５２…トグルサポート、６５３…タイバー、６５４…可動プラテン、６５６…トグル機構、６５８…クロスヘッド、６６１，６６２…トグルレバー、６６３…トグルアーム、６６４…ボールねじ軸、６６５…ボールねじナット、６７１…エジェクタ装置、６７４…ボールねじナット、６８１…ガイド、６８２…支持部材、６８３…計量用サーボモータ、６８４…タイミングベルト、６８５…ボールねじ軸、６８６…射出用サーボモータ、６８７…タイミングベルト、６９１，６９２，６９３…ねじ装置、７０２…整流器、７０３…平滑コンデンサ、７０４…コンバータ、７０５…ＤＣリンク、７０６…平滑コンデンサ、７０８…ＤＣリンク、７１０…双方向コンバータ、７１２…蓄電モジュール、７２０…インバータ、７２２…モータ。

Claims

モータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記モータの電気的状態を検出し、アナログの検出信号を生成するセンサと、
前記アナログの検出信号をデジタルの検出信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記デジタルの検出信号にもとづいて、前記インバータを制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するとともに異常状態を検出するコントローラと、
前記アナログの検出信号にもとづいて異常状態を検出する異常検出回路と、
前記ＰＷＭ信号にもとづいて前記インバータを駆動するラインドライバと、
前記コントローラまたは前記異常検出回路において異常状態が検出されると前記インバータに対する前記ＰＷＭ信号を遮断するゲートブロック回路と、
を備えることを特徴とする射出成形機。
前記コントローラは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラマブルロジックデバイスと、を含み、
前記プログラマブルロジックデバイスは、前記デジタルの検出信号にもとづいて異常状態を検出する異常判定部を含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
前記ゲートブロック回路は前記ラインドライバに内蔵されることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形機。
前記ラインドライバは、直列に接続された２つのゲートブロック回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の射出成形機。
前記ゲートブロック回路は、前記ラインドライバの前段または後段に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の射出成形機。