JP2018167534A - モータのコントローラおよび射出成形機 - Google Patents

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】回転センサ７３０は、モータ７２２の回転状態を示す出力を生成する。インバータ７２０は、モータ７２２を駆動する。ドアは、モータ７２２の回転数がしきい値より低いときにロックが解除される。インバータ制御部１０２は、インバータ７２０を制御する。回転数検出部１０４は、回転センサ７３０の出力にもとづいて、モータ７２２の回転数を検出する。回転数推定部１０６はモータ７２２の回転数を推定する。異常検出部１０８は、回転数検出部１０４による回転数検出値Ｖ１と、回転数推定部１０６による回転数推定値Ｖ２とにもとづいて異常を検出する。【選択図】図３

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。

射出成形機は筐体で覆われているが、金型の交換、メンテナンス等を目的として筐体内部にアクセスする必要があるため、安全ドアが設けられる。この安全ドアは、保安上の観点から、射出成形機の動作中、言い換えればサーボモータの回転中には開かないようにロックされている。

従来では、モータの回転数を検出するエンコーダ（回転センサ）の出力にもとづいて、モータが停止しているか否かを判定し、停止中のみ、安全ドアのロックを解除する方式が採られていた。また、モータに供給される電力を監視し、当該電力がゼロである場合にのみ、安全ドアのロックを解除するなどの方法も提案されている。射出成形機には、モータの回転中に安全ドアが誤って開いた場合には、モータへの給電を瞬時に遮断するなどの保護機能が実装される場合もある。

また射出成形機のモータ駆動装置には、モータの回転数が所定のしきい値を超える速度超過状態を検出する機能（暴走検出機能）が実装される場合がある。モータ駆動装置は、モータの暴走を検出すると、モータへの給電を停止する。

特開２０１３−２４０９０８号公報

本発明者は、射出成形機について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。従来のように、モータが完全に停止している場合にのみ、安全ドアのロックが解除される射出成形機では安全性は高まる反面、メンテナンス時に安全ドアの内部に一切アクセスすることができないという問題があり、射出成形機の保守の観点から改善の余地があった。そこで本発明者は、モータの回転数が所定のしきい値より低い場合にのみ、安全ドアのロックを解除する方式を検討した。

このような射出成形機において、モータの回転数検出を単一の回転センサのみに委ねると、回転センサを含む検出系に異常や故障が生じて正しい回転数をモニタできない状況に陥った場合に、回転数がしきい値より高いにもかかわらず、安全ドアのロックが解除される可能性がある。また正しい回転数をモニタできない状況は、速度超過状態の検出機能にも影響を及ぼす。同様の問題は、ショベルやクレーンなどの建設機械においても生じうる。

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、回転センサと、モータを駆動するインバータと、モータの回転数がしきい値より低いときにロックが解除されるドアと、インバータを制御するインバータ制御部と、回転センサの出力にもとづいて、モータの回転数を検出する回転数検出部と、モータの回転数を推定する回転数推定部と、回転数検出部による回転数検出値と、回転数推定部による回転数推定値とにもとづいて、異常を検出する異常検出部と、を備える。

モータの回転数検出を２重化することにより、回転センサや回転数検出部を含む回転数検出系の異常を検出することができる。これにより、誤った回転数にもとづいて、モータの高速回転中にドアのロックが解除されるような状況を防止できる。

異常検出部は、回転数検出値と回転数推定値の差分にもとづいて、異常を検出してもよい。

異常検出部は、回転数検出値と回転数推定値の誤差率が所定の範囲から逸脱すると、異常と判定してもよい。異常検出部は、誤差率が所定時間持続して所定の範囲から逸脱すると、異常と判定してもよい。これによりノイズによる誤動作を防止できる。

回転数推定部は、回転数の領域に応じて、推定方式が切り替え可能であってもよい。

回転数推定部は、回転数が第１領域に含まれるとき、誘起電圧にもとづいて回転数推定値を生成し、回転数が第１領域より低い第２領域に含まれるとき、突極性にもとづいて回転数推定値を生成してもよい。

モータに供給される駆動電圧を検出する電圧センサと、モータに供給される駆動電流を検出する電流センサと、をさらに備えてもよい。回転数推定部は、電圧センサの出力および電流センサの出力にもとづいて、回転数推定値を生成してもよい。

インバータ制御部は、電圧センサの出力および電流センサの出力にもとづいて、インバータを制御してもよい。インバータ制御部が参照する電圧センサおよび電流センサを、回転数推定部による処理に流用することにより追加のハードウェアを少なくできる。

本発明の別の態様は射出成形機のモータの駆動を制御するコントローラに関する。コントローラは、モータの通電を制御する制御部と、回転センサの出力にもとづいて、モータの回転数を検出する回転数検出部と、モータの回転数を推定する回転数推定部と、回転数検出部による回転数検出値と、回転数推定部による回転数推定値とにもとづいて、異常を検出する異常検出部と、を備える。

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、回転検出系の異常を検出できる。

実施の形態に係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。 実施の形態に係るコントローラを備えるモータ駆動装置の機能ブロック図である。 図３のコントローラの動作波形図である。 一実施例に係るコントローラの回転数推定部を示すブロック図である。 実施の形態に係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。 実施の形態に係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。

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１は、実施の形態に係る射出成形機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を含む。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（成形品）を金型装置６４３から取り出す。

（２）射出装置
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、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２は、射出成形機６００の電気系統を示すブロック図である。図２には、例として型締装置６１２に関連する部分が示される。整流器７０２は交流電源と接続され、交流を整流して直流電圧を生成する。この直流電圧Ｖ_ＤＣは必要に応じてコンバータによって昇圧され、ＤＣリンクバス７０８にＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣを発生する。ＤＣリンクバス７０８には、ＤＣリンク電圧Ｖ_ＤＣを安定化するための平滑コンデンサ７０６が接続される。ＤＣリンクバス７０８には、インバータ７２０が接続される。インバータ７２０は、型締用のサーボモータ（以下、単にモータという）７２２を駆動する。上述のように射出成形機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。

モータ７２２の回転軸７２３は型締装置６１２と連結されており、モータ７２２の回転運動が直線運動に変換され、金型装置の圧力が制御される。モータ７２２には回転センサ７３０が取り付けられており、その回転数が監視される。たとえば回転センサ７３０は、モータ７２２の回転の機械的変位量を電気信号に変換するエンコーダであってもよい。電圧センサ７３２は、モータ７２２に印加される駆動電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗを検出し、電圧検出信号Ｓ_Ｖを生成する。電流センサ７３４は、モータ７２２に印加される駆動電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを検出し、電流検出信号Ｓ_Ｉを生成する。

コントローラ１００は、回転センサ７３０、電圧センサ７３２、電流センサ７３４の出力にもとづいて、インバータ７２０を制御する。

射出成形機６００には、安全ドア６０２が設けられる。安全ドア６０２にはロック機構６０４が取り付けられており、ロック機構６０４は、モータ７２２の回転数が所定のしきい値より低いときに安全ドア６０２のロックを解除し、作業者が安全ドア６０２を開閉可能な状態とする。

図３は、実施の形態に係るコントローラ１００を備えるモータ駆動装置２００の機能ブロック図である。コントローラ１００は、制御プログラムなどのソフトウェアを実行可能なＣＰＵやマイコンなどのハードウェアであってもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）のようなプログラマブルなハードウェアであってもよいし、ＡＳＩＣ（ Application Specified Integrated Circuit）であってもよい。

インバータ制御部１０２は、インバータ７２０を制御する。インバータ制御部１０２の制御方式は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式によってインバータ７２０を制御してもよい。より詳しくは、駆動対象のモータが型締用のサーボモータである場合、型締装置６１２が発生する圧力が、圧力指令値と一致するようにインバータ７２０をフィードバック制御してもよい。このフィードバック制御には、電圧センサ７３２が検出した駆動電圧の検出値や、電流センサ７３４が検出した駆動電流の検出値も使用される。

回転数検出部１０４は、回転センサ７３０の出力Ｓ_ＥＮＣにもとづいて、モータ７２２の実回転数を検出し、回転数検出値Ｖ_１を生成する。たとえば回転センサ７３０の出力Ｓ_ＥＮＣが位置情報を示す場合、回転数検出部１０４は、位置情報を微分することにより、速度情報に変換してもよい。回転数推定部１０６は、モータ７２２の回転数を推定し、回転数推定値Ｖ_２を生成する。

異常検出部１０８は、回転数検出部１０４による回転数検出値Ｖ_１と、回転数推定部１０６による回転数推定値Ｖ_２とにもとづいて、回転センサ７３０や回転数検出部１０４を含む回転検出系の異常を検出する。たとえば異常検出部１０８は、回転数検出値Ｖ_１と回転数推定値Ｖ_２の差分（Ｖ_１−Ｖ_２）にもとづいて、異常を検出してもよい。より具体的には、式（１）で表される誤差率ε（％）を計算し、誤差率εが所定の規定誤差率ε_ＭＡＸを超えたときに、異常と判定してもよい。
ε＝｜Ｖ_１−Ｖ_２｜／Ｖ_１×１００ （％） …（１）
あるいは式（１）に代えて式（２）を用いてもよい。
ε＝｜Ｖ_１−Ｖ_２｜／Ｖ_２×１００ （％） …（２）
異常検出部１０８は、ε＜ε_ＭＡＸであるとき異常検出フラグＳ_ｆｌａｇをネゲートし（＝０）、ε＞ε_ＭＡＸであるとき異常検出フラグＳ_ｆｌａｇをアサート（＝１）してもよい。

インバータ制御部１０２は、異常検出信号Ｓ_ｆｌａｇのアサートに応答して、モータ７２２への通電が停止するように、インバータ７２０およびその他の保護回路を動作させる。また異常検出信号Ｓ_ｆｌａｇがアサートされると、ロック機構６０４のロック解除を禁止、言い換えれば安全ドア６０２を開かないように制御してもよい。

回転数検出値Ｖ_１や回転数推定値Ｖ_２はノイズの影響を受ける場合がある。したがって強いノイズが混入すると、回転センサ７３０が正常であるにもかかわらず、異常検出フラグＳ_ｆｌａｇがアサートされるという問題が生ずる。そこで所定の判定時間τより短い異常検出フラグＳ_ｆｌａｇのアサートはマスクするようにしてもよい。インバータ制御部１０２は、異常検出フラグＳ_ｆｌａｇのアサート状態が判定時間τより長く持続すると、モータ７２２への給電が遮断されるようにインバータ７２０を制御し、および／または図示しない保護回路を動作させてもよい。

図４は、図３のコントローラ１００の動作波形図である。時刻ｔ_１より前において、回転センサ７３０は正常であり、回転数検出値Ｖ_１と回転数推定値Ｖ_２は、近い値を示している。このときの誤差率εは、許容値ε_ＭＡＸよりも小さい。

時刻ｔ_１より前の時刻ｔ_０に、ノイズの影響で回転数推定値Ｖ_２が変動している。これにより誤差率εは増加し、異常検出フラグＳ_ｆｌａｇは短い期間、アサートされ、ネゲートに戻る。異常検出フラグＳ_ｆｌａｇのハイレベルの期間は判定時間τより短いためマスクされる。

時刻ｔ_１において回転センサ７３０に異常が発生すると、回転数検出値Ｖ_１が回転数推定値Ｖ_２から逸脱し、時刻ｔ_２に誤差率εが許容値ε_ＭＡＸを超えると異常検出フラグＳ_ｆｌａｇがアサート（１）される。この状態が判定時間τ持続すると時刻ｔ_３に、モータ７２２への通電が遮断され、モータ７２２の回転数はゼロに落ちる。

以上がコントローラ１００の動作である。このコントローラ１００の利点は、いくつかの比較技術との対比によって明確となる。
（比較技術１）
比較技術１では、回転数検出手段が、回転センサ７３０のみであり、回転数推定部は存在しない。この場合、回転センサ７３０に異常が発生すると、モータ７２２が、しきい値より高い回転数で回転しているにもかかわらず、回転数検出値がしきい値より低い値を示した場合に、安全ドア６０２のロック機構６０４が解除されてしまうおそれがある。
これに対して実施の形態に係るコントローラ１００によれば、回転センサ７３０に異常が発生していることを検出できるため、誤った回転数検出値にもとづいて、安全ドア６０２のロック機構６０４が解除されるのを防止できる。

また比較技術１では、安全ドア６０２が空いた状態で以下の問題が生じうる。すなわち、メンテナンスなどを目的として、安全ドア６０２が開いた状態で、モータ７２２が低速回転しているとする。この場合に、回転センサ７３０に異常が発生すると、モータ７２２の回転数が制御不能となるおそれがある。
これに対して実施の形態に係るコントローラ１００によれば、回転センサ７３０に異常が発生すると、モータ７２２が遮断されるため、安全ドア６０２が開いた状態でモータ７２２が高速で回転し続けるのを防止できる。

（比較技術２）
比較技術２では、回転センサ７３０が２つ設けられており、コントローラは、２つの回転センサ７３０の出力にもとづいて、モータ７２２の回転数を検出する。この構成によれば、一方の回転センサ７３０に異常が発生したことを検出可能であるし、また残りの正常な回転センサにもとづいて、さまざまな処理を継続できるかもしれない。しかしながら回転センサ７３０は高価であり、スペースも２倍占有することとなる。さらに、回転センサ７３０とコントローラ１００を接続する配線も増えてしまう。

これに対して実施の形態に係る駆動装置２００によれば、回転センサ７３０は１個で足りるため比較技術２に比べて、コストおよびサイズの観点で有利である。加えて、回転数推定に電圧センサ７３２および電流センサ７３４を利用していることから、特別な追加のハードウェアは不要である。なぜなら電圧センサ７３２および電流センサ７３４は、インバータ制御部１０２がインバータ７２０を制御すること、あるいは過電流保護、過電圧保護等を目的として、従来から備わっているからである。

このように、実施の形態に係るコントローラ１００および駆動装置２００によれば、コストやサイズの増加を抑制しつつ、安全性を高めることができる。

本発明は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な実施例や変形例を説明する。

図５は、一実施例に係るコントローラの回転数推定部１０６を示すブロック図である。回転数推定部１０６は、モータの回転数の領域に応じて、回転数の推定方式が切り替え可能である。たとえば回転数推定部１０６は、回転数が相対的に高い第１領域に含まれるとき、誘起電圧にもとづいて回転数推定値Ｖ_２を生成し、回転数が第１領域に比べて相対的に低い第２領域に含まれるとき、突極性にもとづいて回転数推定値Ｖ_２を生成する。

回転数推定部１０６は、機能的に、第１推定部１１０、第２推定部１１２、セレクタ１１４を含む。第１推定部１１０は、誘起電圧にもとづいて回転数推定値を生成し、第２推定部１１２は、突極性にもとづいて回転数推定値を生成する。セレクタ１１４は、現在の回転数が、第１領域と第２領域の境界であるしきい値より高いとき、第１推定部１１０の出力を選択し、回転数がしきい値より低いとき、第２推定部１１２の出力を選択する。なお上述のようにコントローラ１００をＣＰＵやマイコンなどで構成した場合、第１推定部１１０、第２推定部１１２、セレクタ１１４はＣＰＵやマイコンなどのハードウェアにより実現される機能を示すに過ぎない。回転数に応じて、推定方法を切りかえることにより、より正確に回転数を推定できる。

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。

（変形例１）
図２では、型締用のモータ７２２の駆動装置を例としたが、そのほかの軸のサーボモータの駆動にも、図３のアーキテクチャを用いることができる。

（変形例２）
上の説明では回転数検出値Ｖ_１と回転数推定値Ｖ_２の差分にもとづく誤差率を指標として、回転センサ７３０等の検出系の異常を検出したがその限りではなく、回転数検出値Ｖ_１と回転数推定値Ｖ_２の比較、それらの相対的な関係（たとえば比）にもとづいて、異常を検出してもよい。

（変形例３）
上の説明では、誘起電圧や突極性にもとづいて回転数を推定したがその限りではない。たとえばモータ７２２のトルクは、駆動電流から導くことが可能であり、またモータ７２２の負荷が既知でありもしくは負荷が推定可能である場合には、トルクからモータの回転数を予測することができる。このように回転数の推定方法は特に限定されず、駆動電流、駆動電圧、モータに供給される電力などにもとづくさまざまな推定方法を採用しうる。

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、実施の形態に係る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、実施の形態に係るショベル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。

以上がショベルの構成である。図３の駆動装置２００は、図７における旋回用電動機５６０の駆動に適用することができる。この場合、図２のモータ７２２は図７の旋回用電動機５６０に対応し、図２のインバータ７２０は図７の旋回用インバータ５６１に対応し、図２のコントローラ１００は図７のコントローラ５４０に対応する。

１００…コントローラ、１０２…インバータ制御部、１０４…回転数検出部、１０６…回転数推定部、１０８…異常検出部、１１０…第１推定部、１１２…第２推定部、２００…駆動装置、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、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、７０４…コンバータ、７０６…平滑コンデンサ、７０８…ＤＣリンクバス、７２０…インバータ、７２２…モータ、７３０…回転センサ、７３２…電圧センサ、７３４…電流センサ、６０２…安全ドア、６０４…ロック機構。

Claims (7)

1. モータと、
   モータの回転状態を示す出力を生成する回転センサと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記モータの回転数がしきい値より低いときにロックが解除されるドアと、
   前記インバータを制御するインバータ制御部と、
   前記回転センサの出力にもとづいて、前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記モータの回転数を推定する回転数推定部と、
   前記回転数検出部による回転数検出値と、前記回転数推定部による回転数推定値とにもとづいて異常を検出する異常検出部と、
   を備えることを特徴とする射出成形機。
2. 前記異常検出部は、前記回転数検出値と前記回転数推定値の差分にもとづいて、異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記回転数推定部は、回転数の領域に応じて、推定方式が切り替え可能であ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。
4. 前記回転数推定部は、回転数が第１領域に含まれるとき、誘起電圧にもとづいて前記回転数推定値を生成し、回転数が前記第１領域より低い第２領域に含まれるとき、突極性にもとづいて前記回転数推定値を生成することを特徴とする請求項３に記載の射出成形機。
5. 前記モータに供給される駆動電圧を検出する電圧センサと、
   前記モータに供給される駆動電流を検出する電流センサと、
   をさらに備え、
   前記回転数推定部は、前記電圧センサの出力および前記電流センサの出力にもとづいて、前記回転数推定値を生成す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。
6. 前記インバータ制御部は、前記電圧センサの出力および前記電流センサの出力にもとづいて、前記インバータを制御することを特徴とする請求項５に記載の射出成形機。
7. 射出成形機のモータの駆動を制御するコントローラであって、
   前記モータの通電を制御する制御部と、
   回転センサの出力にもとづいて、前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
   前記モータの回転数を推定する回転数推定部と、
   前記回転数検出部による回転数検出値と前記回転数推定部による回転数推定値とにもとづいて異常を検出する異常検出部と、
   を備えることを特徴とするコントローラ。

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