JP2023160341A - Power supply unit and injection molding machine system with power supply unit, and method and program for supplying drive power to injection molding machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電源装置およびそれを備えた射出成形機システム、ならびに、射出成形機に駆動電力を供給する方法およびプログラムに関し、より特定的には、バッテリを有する射出成形機用電源装置における電力制御に関する。 The present disclosure relates to a power supply device, an injection molding machine system equipped with the same, and a method and program for supplying driving power to an injection molding machine, and more particularly, to power control in a power supply device for an injection molding machine having a battery. Regarding.
特開2018-008397号公報(特許文献1)および特開2017-217836号公報(特許文献2)には、射出成形機のサーボアンプへの電力供給ラインに蓄電装置(バッテリ)が設けられた構成が開示されている。 JP 2018-008397 A (Patent Document 1) and JP 2017-217836 A (Patent Document 2) disclose a configuration in which a power storage device (battery) is provided in a power supply line to a servo amplifier of an injection molding machine. is disclosed.
上記のようなバッテリを備えた射出成形機においては、外部電源(たとえば、商用電源)からの交流電力を変換して得られた直流電力は、射出成形機を駆動するための駆動電力、および、バッテリを充電するための充電電力として用いられる。 In an injection molding machine equipped with a battery as described above, DC power obtained by converting AC power from an external power source (for example, a commercial power source) is used as drive power for driving the injection molding machine, and It is used as charging power to charge the battery.
一般的に、バッテリは短時間で充電することが望まれる場合が多い。しかしながら、射出成形機を駆動しながらバッテリを充電する場合に、短時間で充電を完了させるために充電電力を大きくすると、装置全体で必要となる電力(電流)が大きくなるため、消費電力が増加し、結果として装置全体の効率が低下する要因となり得る。 Generally, it is often desired to charge a battery in a short time. However, when charging a battery while driving an injection molding machine, increasing the charging power to complete charging in a short time increases the power (current) required for the entire device, which increases power consumption. However, as a result, the efficiency of the entire device may be reduced.
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、射出成形機に用いられる、バッテリが搭載された電源装置において、バッテリ充電時の損失を低減することである。 The present disclosure has been made to solve such problems, and the purpose is to reduce loss during battery charging in a power supply device equipped with a battery used in an injection molding machine. be.
本開示の射出成形機用の電源装置においては、射出成形機の駆動およびバッテリの充電を行なう充電装置の出力電力が、射出成形機の平均消費電力に基づいて設定される。 In the power supply device for an injection molding machine according to the present disclosure, the output power of the charging device that drives the injection molding machine and charges the battery is set based on the average power consumption of the injection molding machine.
本開示の電源装置によれば、射出成形機に用いられる、バッテリが搭載された電源装置において、バッテリ充電時の損失を低減することができる。 According to the power supply device of the present disclosure, it is possible to reduce loss during battery charging in a power supply device equipped with a battery and used in an injection molding machine.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are attached to the same or corresponding parts in the drawings, and the description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
<射出成形機システムの構成>
図1は、実施の形態1における電源装置200が用いられる射出成形機システム10の全体概略図である。図1を参照して、射出成形機システム10は、射出成形機100と、射出成形機100に電源電力を供給するための電源装置200とを含む。
[Embodiment 1]
<Injection molding machine system configuration>
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an injection
電源装置200は、バッテリ220を含んでいる。バッテリ220は、たとえば商用電源20などの外部電源から受電した電力の一部によって充電される。電源装置200からは、電源装置200は、外部電源から受電した電力および/またはバッテリ220に蓄えられた電力を射出成形機100へ出力する。射出成形機100においては、電源装置200から供給された電力を用いて、ヒータおよびサーボモータ(図2参照)などの機器が駆動される。
また、外部電源として、商用電源20に代えてあるいは加えて、自然エネルギ発電装置30を用いてもよい。図1の例においては、自然エネルギ発電装置30は、風力発電装置31、太陽光発電装置32、および、パワーコンディショナー35を含む。パワーコンディショナー35は、風力発電装置31および/または太陽光発電装置32によって発電された電力を調整して、電源装置200へ供給する。なお、自然エネルギ発電装置30には、自然エネルギを用いて発電する装置であれば、上記の風力発電装置31および太陽光発電装置32以外の発電装置が含まれていてもよい。たとえば、水力発電装置、地熱発電装置、あるいは、潮力発電装置などが、自然エネルギ発電装置30に含まれていてもよい。
Further, as an external power source, a natural energy
<射出成形機の構成>
図2は、図1における射出成形機100の構成を説明するための図である。なお、説明の便宜上、図2において射出成形機100が配置される床面をXY平面とし、当該床面に垂直な方向をZ軸方向とする。Z軸の正方向を上面側または上方、負方向を下面側または下方と称する場合がある。なお、実施の形態1における射出成形機100は、横型の射出成形機として示されているが、横型に限られず、竪型の射出成形機であってもよい。
<Configuration of injection molding machine>
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the
射出成形機100は、金型を型締めするための型締装置110、射出材料を溶融して射出するための射出装置120、操作盤130、および、制御装置140を含んで構成されている。図2においては、型締装置110は、射出装置120に対してX軸の負方向側に配置されている。
The
型締装置110は、ベッド111と、固定盤112と、型締ハウジング113と、可動盤114と、タイバー115と、型締機構116と、金型117,118と、ボールねじ119とを含む。ベッド111は床面に配置されており、その上面に、固定盤112、型締ハウジング113、可動盤114等の機器が搭載されている。
The
固定盤112は、ベッド111上において、射出装置120に近い側(すなわち、X軸の正方向)の端部に固定されている。型締ハウジング113は、ベッド111上におけるX軸の負方向の端部に配置されている。固定盤112と型締ハウジング113とは、複数のバーを含むタイバー115によって連結されている。型締ハウジング113は、ベッド111上において、X軸方向に移動可能である。
The
可動盤114は、ベッド111上において、固定盤112と型締ハウジング113との間に配置されている。可動盤114は、X軸方向に移動可能に構成されている。型締ハウジング113と可動盤114とは、型締機構116によって連結されている。型締機構116はトグル機構を有している。トグル機構には、ボールねじ119が連結されており、型締ハウジング113に配置されるサーボモータ151を駆動して当該ボールねじ119を回転させることによって、型締ハウジング113に対して可動盤114をX軸方向に相対移動させることができる。なお、型締機構116として、油圧によって駆動される直動式のシリンダを用いてもよい。
The
可動盤114および固定盤112には、金型117,118がそれぞれ配置されている。金型117および金型118は、可動盤114と固定盤112との間において互いに対向して配置されている。型締機構116を用いて金型117をX軸方向に移動させることによって、金型117と金型118とを密着させたり、金型117を金型118から離間させたりすることができる。以降の説明においては、金型117および金型118が離間した状態から密着する状態へ移行させる工程を「型締」と称する。また、金型117および金型118が密着している状態から離間した状態へ移行させる工程を「型開」と称する。
型締工程によって金型117と金型118とが密着させた状態で、金型内部に溶融材料(樹脂)を充填し、冷却して固化させることによって、所望の形状の製品を成形することができる。製品の成形後、型開工程によって金型117を金型118から離間させた状態で、可動盤114に配置された突出機構(図示せず)を動作させることによって、成形された製品を金型117から取り出すことができる。突出機構は、可動盤114に配置されたサーボモータ152によって駆動される。なお、突出機構を用いて製品を取り出す工程を「突出」工程と称する。
With the
射出装置120は、基台121と、加熱シリンダ122と、駆動装置124と、ホッパ125と、ノズルタッチ装置127と、温度センサ128とを含む。基台121は、ベッド111のX軸の正方向側の床面に配置され、その上面に駆動装置124が搭載されている。駆動装置124には、サーボモータ153,154が配置されている。
駆動装置124には、X軸方向に延在する加熱シリンダ122が配置されている。加熱シリンダ122は、内部を加熱するためのヒータ(図示せず)と、スクリュ123と、射出ノズル126とを含む。スクリュ123は、駆動装置124内のサーボモータ153によって駆動され、X軸方向を回転軸として回転可能に構成される。また、スクリュ123は、サーボモータ154によって駆動され、X軸方向に移動可能に構成されている。射出ノズル126は、加熱シリンダ122における型締装置110側の端部(すなわち、X軸の負方向の端部)に配置されている。加熱シリンダ122は、ホッパ125から投入されたビーズ状の樹脂材料を加熱溶融し、スクリュ123を用いて混練することによって溶融材料を生成する。このように、樹脂材料を溶融する工程を「可塑化」工程と称する。
A
ノズルタッチ装置127は、たとえば油圧シリンダを用いた機構、あるいは、ボールねじを用いた機構によって構成されており、駆動装置124と、型締装置110の固定盤112とを連結している。ノズルタッチ装置127がボールねじを用いた機構によって構成されている場合には、ノズルタッチ装置127は、駆動装置124によって駆動され、駆動装置124および加熱シリンダ122をX軸方向に移動させる。ノズルタッチ装置127によって、射出ノズル126を型締装置110における金型118のスプルーブッシュに接触させ、射出ノズル126から溶融材料を射出することによって、金型117,118のキャビティ内に溶融材料が充填される。サーボモータ154は、加熱シリンダ122内のスクリュ123をX軸の負方向に移動させることによって溶融材料に圧力を付与し、金型117,118内への溶融材料の注入、および、注入後の溶融材料の圧力を一定に保持する。
The
なお、ノズルタッチ機構の構成については、上記のように固定盤112と駆動装置124との間に配置されたボールねじによって射出装置全体を移動させる構成には限らず、他の構成であってもよい。たとえば、装置フレームと加熱シリンダ後部の固定部材とをボールねじを用いて連結し、加熱シリンダ自体を金型方向へ移動させる構成であってもよい。あるいは、射出装置が搭載されたスライドベースと装置フレームとをボールねじを用いて連結し、スライドベースとともに射出装置を移動させて射出ノズルを金型へ接触させる構成であってもよい。
Note that the configuration of the nozzle touch mechanism is not limited to the configuration in which the entire injection device is moved by a ball screw disposed between the fixed
なお、金型117,118内に溶融材料を注入する工程を「射出」工程と称する。また、射出工程後、金型117,118内に充填された溶融材料を一定圧力に保持して冷却する工程を「保圧」工程と称する。
Note that the process of injecting the molten material into the
温度センサ128は、加熱シリンダ122における射出ノズル126の近傍に配置されている。温度センサ128は、加熱シリンダ122内部の溶融材料の温度を検出し、制御装置140へ出力する。制御装置140は、温度センサ128の検出値に基づいてヒータを制御して、溶融材料の温度を所望の温度に調整する。
保圧工程が完了すると、型開工程および突出工程が実行されて、成形された製品が取り出される。 When the holding pressure step is completed, a mold opening step and an ejection step are performed to take out the molded product.
射出成形機100は、型締工程、射出工程、保圧工程、可塑化工程、型開工程および突出工程をサイクリックに繰り返し実行することによって、製品を連続的に形成することができる。
The
制御装置140は、基台121の内部に格納されている。制御装置140は、CPU(Central Processing Unit)と、メモリ142と、サーボモータ151~154を駆動するためのサーボアンプ143とを含む。制御装置140は、射出成形機100に配置された各種センサの検出値を取得し、射出成形機100を統括的に制御する。
The
操作盤130は、オペレータが射出成形機100を操作するための機器であり、液晶ディスプレイのような表示装置、および、キーボードなどの入力装置を含む。操作盤130は制御装置140に接続されており、射出成形機100の状態を取得して表示したり、入力装置からのユーザ操作信号を制御装置140に出力したりすることができる。操作盤130は、表示装置および入力装置が一体化されたタッチパネルであってもよい。また、操作盤130は、射出成形機100のベッド111あるいは基台121に取り付けられていてもよいし、射出成形機100とは独立した位置に配置されていてもよい。
The
<電源装置の詳細構成>
次に図3を用いて、図1における電源装置200の詳細を説明する。図3を参照して、電源装置200は、充電装置210と、バッテリ220と、DC/DCコンバータ230と、インバータ240と、制御装置250とを含む。また、制御装置250は、CPU251およびメモリ252を含む。
<Detailed configuration of power supply>
Next, details of the
充電装置210は、AC/DCコンバータであり、外部電源である商用電源20および/または自然エネルギ発電装置30から供給された交流電力を直流電力に変換する。充電装置210によって変換された直流電力は、バッテリ220を充電するための充電電力、および/または、射出成形機100を駆動するための駆動電力として用いられる。
The charging
バッテリ220は、たとえばリチウムイオン電池あるいは鉛蓄電池などの充放電が可能な二次電池である。バッテリ220は、充電装置210から供給される直流電力を用いて充電される。また、バッテリ220に蓄えられた電力は、射出成形機100の駆動電力として用いられる。
The
DC/DCコンバータ230は、充電装置210および/またはバッテリ220からの直流電力の電圧を所定電圧に変換して、射出成形機100へ供給する。DC/DCコンバータ230によって変換された直流(DC)電力は、たとえば、射出成形機100におけるサーボモータ151~154の駆動電力として用いられる。
DC/
インバータ240はDC/ACコンバータであり、充電装置210および/またはバッテリ220からの直流電力を交流電力に変換して、射出成形機100へ供給する。インバータ240によって変換された交流(AC)電力は、たとえば、射出成形機100におけるヒータの駆動電力、および/または、制御電源などに用いられる。
制御装置250は、電源装置200の内部機器、および、電源装置200の外部機器からの信号を受け、電源装置200の各機器を統括的に制御する。より具体的には、制御装置250は、バッテリの220の充電状態(State of Charge:SOC)を示す信号、自然エネルギ発電装置30からの予測発電量を示す信号、射出成形機100の平均消費電力を示す信号、射出成形機100が配置される工場における工場消費電力および電力デマンドを示す信号、射出成形機100の周囲温度を示す信号を受ける。制御装置250はこれらの信号に基づいて、充電装置210の制御信号CON1、DC/DCコンバータ230の制御信号CON2、および、インバータ240の制御信号CON3を生成して、対応する機器へ出力する。
The
このように、バッテリを含む電源装置からの電力を射出成形機の駆動電力として用いることによって、外部電源からの電力の変動の影響を少なくすることができる。たとえば、災害等によって外部電源からの電力供給が途絶えた場合(すなわち、停電の場合)においても、バッテリからの電力を用いて一定期間は射出成形機を継続して駆動することができる。また、自然エネルギ発電装置による発電力は季節、気候および時間によって変動しやすいため、バッテリを用いることにより、自然エネルギ発電装置の発電量の変動を吸収することができる。 In this way, by using the power from the power supply device including the battery as driving power for the injection molding machine, the influence of fluctuations in power from the external power source can be reduced. For example, even if the power supply from the external power supply is interrupted due to a disaster or the like (that is, in the case of a power outage), the injection molding machine can be continuously driven for a certain period of time using the power from the battery. Furthermore, since the power generated by the natural energy power generation device tends to fluctuate depending on the season, climate, and time, by using a battery, it is possible to absorb fluctuations in the amount of power generated by the natural energy power generation device.
<充電装置における処理の説明>
次に、図4および図5を用いて、実施の形態1における充電装置210の処理について説明する。なお、以下の充電装置における処理の説明では、図3についても適宜参照する。図4は、実施の形態1における電源装置200の制御を説明するためのタイムチャートである。図4においては、横軸に時間が示されており、縦軸にはバッテリ220のSOC(上段)、充電装置210の出力電力(中段)、および、充電装置210における電力損失(下段)が示されている。なお、図4において、実線LN10,LN20,LN30は実施の形態1の場合の各指標を示しており、破線LN11,LN21,LN31は比較例の場合の各指標を示している。
<Explanation of processing in the charging device>
Next, the processing of charging
図4を参照して、まず比較例の場合の動作について説明する。時刻t1の射出成形機100の起動時において、バッテリ220のSOCが、満充電状態よりも低いS0であると仮定する。比較例においては、射出成形機100が起動されると、できるだけ短時間でバッテリ220が満充電となるように、射出成形機100の運転とともにバッテリ220の充電を開始する。すなわち、バッテリ220は、許容充電電力Wmaxの電力で充電が行なわれる。そのため、SOCがS1となる時刻t2までは、射出成形機100の平均消費電力Pavに許容充電電力Wmaxが加えられたP1の電力が、充電装置210から出力される。
Referring to FIG. 4, the operation in the comparative example will first be described. It is assumed that when the
バッテリ220のSOCが、満充電状態であるS2よりも若干低いS1に到達すると、制御装置250は、過充電を防止するために、バッテリ220の充電電力を徐々に低下して定電圧充電を実施する(破線LN21)。これによって、S1に到達した時刻t2から満充電状態(S2)になる時刻t3までの期間T2は、破線LN11のように緩やかに充電が実行される。そして、バッテリ220が満充電状態になるとバッテリ220の充電動作が終了し、その後は、射出成形機100が停止される時刻t4までの期間T3においては、充電装置210からは、射出成形機100の平均消費電力Pavと同等の電力が出力される。
When the SOC of the
比較例による充電処理の場合、バッテリ220を短時間で満充電とすることができる。しかしながら、バッテリ220を大電力で充電する期間T1(時刻t1~t2)においては、充電装置210から出力される電力(すなわち電流)が大きくなるため、充電装置210の消費電力、すなわち電力損失が大きくなる(破線LN31)。そうすると、結果的に、システム全体のエネルギ効率の低下を招いてしまう可能性がある。
In the case of the charging process according to the comparative example, the
本実施の形態1に係る電源装置200においては、バッテリ220の充電を比較例よりも緩やかにし、許容充電電力Wmaxよりも小さい電力を用いて時間をかけて充電する手法を採用する。このような充電手法を用いることによって、満充電状態になるまでの時間は延長されるが、充電期間中の充電電力(電流)を小さくすることができ、電力損失を低減することができる。
In the
より具体的には、充電装置210の出力電力を、射出成形機100の平均消費電力PavよりもΔP1だけ大きい指令値Psetに設定する(実線LN20)。ここで、ΔP1は、許容充電電力Wmaxよりも小さい電力値である。この指令値Psetとなるように充電装置210を駆動することによって、充電装置210から出力される電力のうち、射出成形機100で使用される電力を超過する余剰電力によって、バッテリ220が充電される。その後、バッテリ220のSOCがS1に達すると、過充電を防止するためにΔP1の値を徐々に低下させて充電を継続する。そして、バッテリ220のSOCが満充電を示すS2に到達すると、ΔP1の値をゼロとする。なお、射出成形機100の停止時刻t4において、バッテリ220がちょうど満充電となるようにΔP1を設定することが好ましい、このようにすることによって、充電期間中の充電電力をできるだけ小さくすることができるので、電力損失をさらに小さくすることができる。
More specifically, the output power of the
図5は、制御装置250で実行される処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図5および後述される図6、図7および図9のフローチャートは、所定の開始条件が成立した場合にメインルーチンから呼び出されて、制御装置250内のCPU251によって実行される。
FIG. 5 is a flowchart for explaining details of the processing executed by the
図5を参照して、制御装置250は、射出成形機100が起動されると、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100において、射出成形機100から平均消費電力Pavの情報を取得する。平均消費電力Pavは、射出成形機100の使用期間(図4の期間T1+T2+T3)中において射出成形機100で消費される電力の時間平均値である。射出成形機100は、上述のように、複数の工程を繰り返しサイクリックに行なって運転しているため、各工程における消費電力の変動はあるものの、ある程度長期間における平均消費電力はほぼ一定となる。制御装置250は、射出成形機100によって演算された平均消費電力Pavを取得してもよいし、電源装置200から出力される電力をモニタして、制御装置250自身で演算して求めてもよい。
Referring to FIG. 5, when
次に、制御装置250は、S110にて、充電装置210の出力電力の指令値Psetを設定する。具体的には、制御装置250は、S100で取得した平均消費電力PavよりもΔP1だけ大きな電力を指令値Psetとして設定する。図5の例においては、ΔP1は予め定められた固定値である。制御装置250は、設定した指令値Psetに従って充電装置210を駆動し、射出成形機100に駆動電力を供給するとともに、バッテリ220を充電する。これによって、バッテリ220の充電が開始され、SOCが徐々に上昇する。なお、射出成形機100の負荷が瞬間的に指令値Psetよりも大きくなる場合には、不足する電力がバッテリ220から供給される。
Next,
バッテリ220の充電が進むと、制御装置250は、S120にて、バッテリ220のSOCがS1に到達したか否かを判定する。SOCがS1に到達していない場合(S120にてNO)は、処理がS120に戻されて、SOCがS1に到達するまでバッテリ220の充電が継続して実行される。
As charging of the
一方、SOCがS1に到達した場合(S120にてYES)は、処理がS130に進められて、制御装置250は、追加の電力ΔP1を徐々に低下させて、バッテリ220の充電電力を低下させる。これにより、バッテリ220の充電を緩やかにして、過充電となることを抑制する。
On the other hand, if the SOC has reached S1 (YES in S120), the process proceeds to S130, and
そして、制御装置250は、S140にて、バッテリ220のSOCが満充電を示すS2に到達したか否かを判定する。SOCがS2に到達していない場合(S140にてNO)は、処理がS130に戻されて、制御装置250は、SOCがS2に到達するまで充電電力を低下させながらバッテリ220の充電を継続して実行する。
Then, in S140,
一方、SOCがS2に到達した場合(S140にてYES)は、処理がS150に進められて、制御装置250は、ΔP1をゼロに設定して指令値Psetを平均消費電力Pavとし、バッテリ220の充電を停止する。
On the other hand, if the SOC has reached S2 (YES in S140), the process proceeds to S150, where the
なお、S150の充電停止後において、射出成形機100の消費電力は一時的には平均消費電力Pavよりも増減し得るが、過不足となる電力については、バッテリ220への充電およびバッテリ220からの放電によりまかなわれる。そのため、満充電を示すS2のしきい値は、バッテリ220の物理的な最大充電量よりも、上記の変動を吸収できる程度に小さい値に設定される。
Note that after charging is stopped in S150, the power consumption of the
以上のような処理に従って充電装置の出力電力を制御することによって、電源装置に含まれるバッテリ充電時の損失を低減することができる。これにより、システム全体の電力損失を抑制しつつ、射出成形機の駆動およびバッテリの充電を実行することができる。 By controlling the output power of the charging device according to the process described above, it is possible to reduce the loss during charging of the battery included in the power supply device. This makes it possible to drive the injection molding machine and charge the battery while suppressing power loss in the entire system.
なお、実施の形態1における「電力ΔP1」は、本開示における「第1量の電力」の一例に対応する。
Note that "power ΔP1" in
(変形例1)
変形例1においては、充電装置210の出力電力における追加の電力ΔP1を、充電完了時刻に基づいて設定する構成について説明する。
(Modification 1)
In
図6は、変形例1において、制御装置250で実行される処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図6においては、図5のフローチャートにステップS105が追加された構成となっている。なお、図6のフローチャートにおいて、図5と重複するステップの説明は繰り返さない。
FIG. 6 is a flowchart for explaining details of the process executed by the
図6を参照して、S105は、充電装置210の出力電力における追加の電力ΔP1を設定するステップであり、S1051~S1053を含んでいる。制御装置250は、S100にて射出成形機100の平均消費電力Pavを取得すると、S1051にて、バッテリ220の充電完了時刻を設定する。充電完了時刻は、ユーザによって都度設定されてもよいし、予めメモリ252内に記憶されていてもよい。充電完了時刻は、たとえば、射出成形機100の運転時間が規定されている場合には、運転終了時刻に設定されてもよい。また、射出成形機100が24時間連続的に運転される場合には、電力料金が安価な深夜電力の時間帯が終了する時刻に設定されてもよい。
Referring to FIG. 6, S105 is a step of setting additional power ΔP1 in the output power of charging
次に、制御装置250は、S1052にて、バッテリ220の現在のSOCを取得する。そして、制御装置250は、S1053において、充電完了時刻においてちょうど充電が完了するような充電スケジュールを演算し、当該スケジュールから追加の電力ΔP1を設定する。その後、S110にて、充電装置210の出力電力の指令値Psetを設定する。以降の処理は、図5と同様である。
Next,
以上のように、充電完了時刻とバッテリのSOCとに基づいて、追加の電力ΔP1を設定することによって、充電完了時刻までの期間中は充電が継続されるため、ΔP1を可能な限り小さく設定することができる。これにより、バッテリ充電中の充電装置における損失電力をさらに低減することができる。 As described above, by setting the additional power ΔP1 based on the charging completion time and the SOC of the battery, charging is continued until the charging completion time, so ΔP1 is set as small as possible. be able to. Thereby, power loss in the charging device during battery charging can be further reduced.
(変形例2)
変形例2においては、バッテリ220の充電中において、外部電源から供給される電力の変動が見込まれる場合に、追加の電力ΔP1を状況に応じて適宜補正を行なう構成について説明する。
(Modification 2)
In modification 2, a configuration will be described in which when the power supplied from the external power source is expected to fluctuate while charging the
図7は、変形例2において、制御装置250で実行される処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図7においては、図5のフローチャートにS115が追加された構成となっている。なお、図7のフローチャートにおいて、図5と重複するステップの説明は繰り返さない。
FIG. 7 is a flowchart for explaining details of the process executed by the
図7を参照して、制御装置250は、S110にて、充電装置210の出力電力の指令値Psetを設定する。S110において、指令値Psetを設定する際の追加の電力ΔP1は、予め設定された固定値である。そして、制御装置250は、S115にて、外部電源から供給される電力の変動要因の状態に応じて電力ΔP1の値を補正し、充電装置210を駆動する。
Referring to FIG. 7,
ここで、電力変動要因の例としては、射出成形機100が配置される環境における周囲温度、電源装置200が接続される電源系統における電力デマンド値、および/または、射出成形機100が配置される工場内の使用電力量が挙げられる。また、外部電源として自然エネルギ発電装置30からの電力を用いる場合には、当該自然エネルギ発電装置30における予測発電量も利用可能である。
Here, examples of power fluctuation factors include the ambient temperature in the environment where the
たとえば、真夏の昼間あるいは真冬の夜間などでは、一般的に、冷房あるいは暖房のために電力消費量が増加し電力需要が逼迫するおそれがある。このような場合には、電力系統全体の効率を考慮した場合、バッテリ220を充電するための電力をできるだけ低減することが望ましい。そのため、周囲の環境温度が所定範囲を超えて高温あるいは低温である場合、および、電源供給元(電力会社)との契約における電力デマンド値を超過しそうであるような場合には、追加の電力ΔP1を低減するように補正することで、電力系統全体の効率化を図ることができる。
For example, during the day in midsummer or at night in midwinter, power consumption generally increases for cooling or heating, and there is a risk that the power demand will become tight. In such a case, when considering the efficiency of the entire power system, it is desirable to reduce the power used to charge the
また、同様に、射出成形機100が配置される工場において、他の機器の稼働によって工場の消費電力が一時的に増加するような場合にも、追加の電力ΔP1を低減することで、工場全体の電力効率化を図ることができる。
Similarly, in the factory where the
自然エネルギ発電装置30は、日照、風向/風速、潮位変動などの自然現象を利用して発電しているため、季節および/または気候等の影響によって発電量が変動し得る。当該発電装置による発電量が少ない場合にバッテリ220の充電を積極的に実行すると、商用電源20からの電力供給量を増加することが必要となるため、環境負荷の増大およびコスト増加の要因になり得る。そのため、自然エネルギ発電装置30による予測発電量が通常より少ない場合には、追加の電力ΔP1を低減することによって、環境への影響およびコストの増加を抑制することができる。
Since the natural energy
なお、商用電源20を使用する場合であっても、自然災害等により外部電源から供給可能な電力が制限されるような場合には、当該情報に基づいて追加の電力ΔP1を低減することが好ましい。
Note that even when using the
このように、外部電源から供給される電力が大きく変動することが予想される場合には、それらの情報に基づいてバッテリの充電に用いられる追加の電力ΔP1を補正することによって、電力系統および/または工場内の電力の効率化、あるいは、環境への影響の低減を図ることができる。 In this way, if the power supplied from the external power source is expected to fluctuate significantly, the additional power ΔP1 used for charging the battery is corrected based on that information, so that the power system and/or Alternatively, it is possible to improve the efficiency of electric power within the factory or reduce the impact on the environment.
また、電源装置200の負荷である射出成形機100の駆動電力が、想定していた電力よりも過大に超過する場合(所定のしきい値よりも大きい場合)には、追加の電力ΔPを一時的に増加して指令値Psetを設定してもよい。
In addition, if the driving power of the
[実施の形態2]
実施の形態1においては、射出成形機の運転中に電源装置のバッテリを充電する場合について説明した。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, a case has been described in which the battery of the power supply device is charged while the injection molding machine is operating.
実施の形態2においては、バッテリに蓄えられた電力を射出成形機の駆動電力の一部として使用して、外部電源から受ける電力を低減する場合について説明する。たとえば、射出成形機が24時間運転されるような場合には、電気料金が安価な深夜時間帯においては実施の形態1のように、射出成形機の運転中にバッテリを充電しておき、電気料金が高価になる昼間の時間帯においては、バッテリに蓄えられた電力を利用しながら射出成形機を運転することによって、トータルの電力コストを低減することができる。
In Embodiment 2, a case will be described in which the electric power stored in the battery is used as part of the driving electric power of the injection molding machine to reduce the electric power received from the external power source. For example, if an injection molding machine is operated 24 hours a day, the battery can be charged while the injection molding machine is operating, as in
図8は、実施の形態2における電源装置200の制御を説明するためのタイムチャートである。図8においても図4と同様に、横軸には時間が示されており、縦軸にはバッテリ220のSOC(上段)、充電装置210の出力電力(中段)、および、充電装置210における電力損失(下段)が示されている。
FIG. 8 is a time chart for explaining control of
時刻t11の射出成形機100の起動時において、バッテリ220のSOCは、満充電状態を示すS12であると仮定する。そして、充電装置210の出力電力の指令値Psetは、射出成形機100の平均消費電力Pavから所定量だけ小さい電力に設定される(実線LN60)。このようにすると、外部電源からは、射出成形機100の駆動電力よりも少ない電力しか供給されないため、不足する電力についてはバッテリ220からの出力電力Poutによって供給されることになる。これにより、バッテリ220のSOCは、実線LN50のように時間とともに低下する。
It is assumed that when the
この場合、射出成形機100の駆動電力の全てを外部電源から供給する場合に比べて、充電装置210の出力電力が低減できるので、結果的に充電装置210における電力損失についても低減することができる(実線LN70)。なお、図8の下段において、PL1は、射出成形機100の駆動電力の全てを外部電源から供給した場合の電力損失を示している。
In this case, compared to the case where all of the driving power for the
このように、バッテリ220に蓄えられた電力を利用して射出成形機100を駆動する場合、充電装置210における損失を低減する観点からは、充電装置210から供給される電力(電流)をできる限り少なく維持することが重要である。そのため、射出成形機100の稼働終了時刻が設定されている場合には、当該稼働終了時刻において、バッテリ220の充電電力を使い切るように、バッテリ220の出力電力Poutを設定することが好ましい。
In this way, when driving the
図8の例においては、時刻t12が射出成形機100の稼働終了時刻を示しており、当該時刻t12において、バッテリ220のSOCが最低充電量を示すS11となるように、バッテリ220の出力電力Poutが設定されている(実線LN50)。このように出力電力Poutを設定することによって、充電装置210から供給される電力をできるだけ少なく維持することができるので、充電装置210における電力損失を低減することができる。
In the example of FIG. 8, time t12 indicates the end time of operation of the
なお、バッテリ220からの電力を利用して射出成形機100を駆動する期間は、必ずしも射出成形機100の稼働開始時刻から稼働終了時刻までの期間には限らず、たとえば、昼間の電気料金が高い期間に適用してもよい。また、実施の形態1のようなバッテリ220を積極的に充電する期間と、実施の形態2のようなバッテリ220を積極的に放電する期間とを、連続的に交互に実行することには限られず、充電期間と放電期間との間に、主に外部電源からの電力のみを用いて射出成形機100を駆動する期間を設けてもよい。
Note that the period during which the
図9は、制御装置250で実行される処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図9を参照して、制御装置250は、射出成形機100が起動されると、S200において射出成形機100の平均消費電力Pavを取得するとともに、S210においてバッテリ220の現在のSOCを取得する。
FIG. 9 is a flowchart for explaining details of the processing executed by the
制御装置250は、S220にて、目標終了時刻を設定する。目標終了時刻は、バッテリ220のSOCが最低充電量を示すS11になる時刻であり、図8の例においては、射出成形機100の稼働終了時刻t12に対応する。目標終了時刻は、ユーザにより都度設定されてもよいし、予めメモリ252に記憶されていてもよい。
そして、制御装置250は、S230にて、目標終了時刻までの時間T11と、SOCの減少量(S12-S11)とに基づいて、バッテリ220からの出力電力Poutを設定する。その後、制御装置250は、S240にて、射出成形機100の平均消費電力Pavおよびバッテリ220の出力電力Poutに基づいて、充電装置210からの出力電力の指令値Psetを設定して(Pset=Pav-Pout)、射出成形機100の運転を実行する。
Then, in S230,
制御装置250は、S250において、S220で設定した目標終了時刻が到来したか否かを判定する。目標終了時刻が到来していない場合(S250にてNO)は、処理がS250に戻されて、制御装置250は、バッテリ220からの放電を継続しつつ、射出成形機100を運転する。一方、目標終了時刻が到来した場合(S250にてYES)は、処理がS260に進められて、制御装置250は、バッテリ220からの放電を停止する。
In S250,
ここで、目標終了時刻が射出成形機100の稼働終了時刻である場合には、制御装置250は、この時点で射出成形機100への電力供給を停止する。なお、目標終了時刻以降も射出成形機100の運転を継続する場合には、制御装置250は、S260において、充電装置210の出力電力の指令値Psetを、射出成形機100の平均消費電力Pavに変更し(Pset=Pav)、外部電源からの電力を用いて射出成形機100の駆動を継続する。
Here, if the target end time is the end time of operation of the
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、バッテリに蓄えられた電力を有効に利用して、外部電源からの電力を低減するとともに、充電装置における電力損失を低減することができる。 By performing control according to the process described above, it is possible to effectively utilize the power stored in the battery, reduce the power from the external power source, and reduce power loss in the charging device.
実施の形態2におけるバッテリ220からの「出力電力Pout」は、本開示における「第2量の電力」の一例に対応する。
“Output power Pout” from
[態様]
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
[Mode]
It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments described above are specific examples of the following aspects.
(第1項)
一態様に係る電源装置は、外部電源からの電力を用いて射出成形機の駆動電力を供給するための電源装置に関する。電源装置は、バッテリと、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備る。充電装置は、外部電源からの電力を変換して射出成形機に供給するとともに、バッテリの充電が可能に構成される。制御装置は、射出成形機における平均消費電力に基づいて充電装置の出力電力を設定する。
(Section 1)
A power supply device according to one embodiment relates to a power supply device for supplying driving power for an injection molding machine using power from an external power source. The power supply device includes a battery, a charging device, and a control device for controlling the charging device. The charging device is configured to convert power from an external power source and supply it to the injection molding machine, as well as to charge the battery. The control device sets the output power of the charging device based on the average power consumption in the injection molding machine.
(第2項)
第1項に記載の電源装置において、制御装置は、平均消費電力よりも第1量だけ多い電力を充電装置の出力電力として設定する。バッテリは、充電装置の出力電力のうち、駆動電力を超過する電力を用いて充電される。
(Section 2)
In the power supply device according to
(第3項)
第2項に記載の電源装置において、上記第1量はバッテリの許容充電電力よりも小さい。
(Section 3)
In the power supply device according to item 2, the first amount is smaller than the allowable charging power of the battery.
(第4項)
第2項または第3項に記載の電源装置において、制御装置は、予め設定された充電完了時刻までの期間に応じて上記第1量を設定する。
(Section 4)
In the power supply device according to item 2 or 3, the control device sets the first amount according to a period until a preset charging completion time.
(第5項)
第4項に記載の電源装置において、制御装置は、バッテリが満充電になるまでに必要な電力量と、上記充電完了時刻までの期間とに基づいて上記第1量を設定する。
(Section 5)
In the power supply device according to item 4, the control device sets the first amount based on the amount of power required until the battery is fully charged and the period until the charging completion time.
(第6項)
第2項~第5項のいずれか1項に記載の電源装置において、制御装置は、射出成形機が配置される環境における周囲温度に応じて上記第1量を補正する。
(Section 6)
In the power supply device according to any one of items 2 to 5, the control device corrects the first amount according to the ambient temperature in the environment where the injection molding machine is placed.
(第7項)
第2項~第6項のいずれか1項に記載の電源装置において、制御装置は、電源装置が接続される電源系統における電力デマンド値に応じて上記第1量を補正する。
(Section 7)
In the power supply device according to any one of items 2 to 6, the control device corrects the first amount according to a power demand value in a power system to which the power supply device is connected.
(第8項)
第2項~第7項のいずれか1項に記載の電源装置において、制御装置は、射出成形機が配置される工場の使用電力量に応じて上記第1量を補正する。
(Section 8)
In the power supply device according to any one of items 2 to 7, the control device corrects the first amount according to the amount of power used in a factory where the injection molding machine is installed.
(第9項)
第2項~第8項のいずれか1項に記載の電源装置において、外部電源は、自然エネルギを用いた発電装置を含む。制御装置は、上記発電装置における予測発電力に応じて第1量を補正する。
(Section 9)
In the power supply device according to any one of items 2 to 8, the external power source includes a power generation device using natural energy. The control device corrects the first amount according to the predicted power generation power of the power generation device.
(第10項)
第2項~第8項のいずれか1項に記載の電源装置において、制御装置は、射出成形機の駆動電力がしきい値を超える場合には、上記第1量を増加する。
(Section 10)
In the power supply device according to any one of items 2 to 8, the control device increases the first amount when the driving power of the injection molding machine exceeds a threshold value.
(第11項)
第1項に記載の電源装置において、制御装置は、平均消費電力よりも第2量だけ少ない電力を、充電装置の出力電力として設定する。バッテリは、駆動電力に対して充電装置の出力電力では不足する電力を出力する。
(Section 11)
In the power supply device according to
(第12項)
第11項に記載の電源装置において、射出成形機の稼働終了時刻が予め定められている。制御装置は、上記稼働終了時刻において、バッテリの充電電力が所定量となるように上記第2量を設定する。
(Section 12)
In the power supply device according to item 11, the operation end time of the injection molding machine is determined in advance. The control device sets the second amount so that the charging power of the battery becomes a predetermined amount at the operation end time.
(第13項)
他の態様に係る射出成形機システムは、射出成形機と、外部電源からの電力を用いて射出成形機に駆動電力を供給するための電源装置とを備える。電源装置は、バッテリと、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを含む、充電装置は、外部電源からの電力を変換して射出成形機に供給するとともに、バッテリの充電が可能に構成される。制御装置は、射出成形機における平均消費電力に基づいて充電装置の出力電力を設定する。
(Section 13)
An injection molding machine system according to another aspect includes an injection molding machine and a power supply device for supplying driving power to the injection molding machine using power from an external power source. The power supply device includes a battery, a charging device, and a control device for controlling the charging device. The charging device is capable of converting power from an external power source and supplying it to the injection molding machine, as well as charging the battery. It is composed of The control device sets the output power of the charging device based on the average power consumption in the injection molding machine.
(第14項)
他の態様に係る方法は、外部電源からの電力を用いて電源装置から射出成形機に駆動電力を供給する方法に関する。電源装置は、バッテリと、外部電源からの電力を変換して射出成形機に供給するとともにバッテリの充電が可能に構成された充電装置とを含む。方法は、(a)射出成形機における平均消費電力を取得するステップと、(b)平均消費電力に基づいて充電装置の出力電力を設定するステップとを含む。
(Section 14)
A method according to another aspect relates to a method of supplying driving power from a power supply device to an injection molding machine using power from an external power source. The power supply device includes a battery and a charging device configured to convert power from an external power source and supply it to the injection molding machine and to charge the battery. The method includes (a) obtaining average power consumption in the injection molding machine; and (b) setting output power of the charging device based on the average power consumption.
(第15項)
他の態様に係るプログラムは、外部電源からの電力を用いて電源装置から射出成形機に駆動電力を供給する処理を、電源装置の制御装置に実行させるためのプログラムに関する。電源装置は、バッテリと、充電装置と、上記制御装置とを含む。充電装置は、外部電源からの電力を変換して射出成形機に供給するとともに、バッテリの充電が可能に構成される。プログラムは、射出成形機における平均消費電力を取得するステップと、平均消費電力に基づいて充電装置の出力電力を設定するステップとを含む。
(Section 15)
A program according to another aspect relates to a program for causing a control device of a power supply device to execute a process of supplying driving power from the power supply device to an injection molding machine using power from an external power source. The power supply device includes a battery, a charging device, and the control device. The charging device is configured to convert power from an external power source and supply it to the injection molding machine, as well as to charge the battery. The program includes a step of obtaining average power consumption in the injection molding machine, and a step of setting output power of the charging device based on the average power consumption.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。 The embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive.
10 射出成形機システム、20 商用電源、30 自然エネルギ発電装置、31 風力発電装置、32 太陽光発電装置、35 パワーコンディショナー、100 射出成形機、110 型締装置、111 ベッド、112 固定盤、113 型締ハウジング、114 可動盤、115 タイバー、116 型締機構、117,118 金型、119 ボールねじ、120 射出装置、121 基台、122 加熱シリンダ、123 スクリュ、124 駆動装置、125 ホッパ、126 射出ノズル、127 ノズルタッチ装置、128 温度センサ、130 操作盤、140,250 制御装置、141,251 CPU、142,252 メモリ、143 サーボアンプ、151~154 サーボモータ、200 電源装置、210 充電装置、220 バッテリ、230 DC/DCコンバータ、240 インバータ。 10 injection molding machine system, 20 commercial power supply, 30 natural energy power generation device, 31 wind power generation device, 32 solar power generation device, 35 power conditioner, 100 injection molding machine, 110 mold clamping device, 111 bed, 112 fixed platen, 113 mold Clamping housing, 114 Movable platen, 115 Tie bar, 116 Clamping mechanism, 117, 118 Mold, 119 Ball screw, 120 Injection device, 121 Base, 122 Heating cylinder, 123 Screw, 124 Drive device, 125 Hopper, 126 Injection nozzle , 127 nozzle touch device, 128 temperature sensor, 130 operation panel, 140,250 control device, 141,251 CPU, 142,252 memory, 143 servo amplifier, 151 to 154 servo motor, 200 power supply device, 210 charging device, 220 battery , 230 DC/DC converters, 240 inverters.
Claims (15)
バッテリと、
前記外部電源からの電力を変換して前記射出成形機に供給するとともに、前記バッテリの充電が可能に構成された充電装置と、
前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記射出成形機における平均消費電力に基づいて前記充電装置の出力電力を設定する、電源装置。 A power supply device for supplying driving power for an injection molding machine using power from an external power source,
battery and
a charging device configured to convert power from the external power source and supply it to the injection molding machine, and to charge the battery;
and a control device for controlling the charging device,
The control device is a power supply device that sets output power of the charging device based on average power consumption in the injection molding machine.
前記制御装置は、前記平均消費電力よりも第1量だけ多い電力を前記充電装置の出力電力として設定し、
前記バッテリは、前記充電装置の出力電力のうち、前記駆動電力を超過する電力を用いて充電される、請求項1に記載の電源装置。 )
The control device sets the output power of the charging device to be more power by a first amount than the average power consumption,
The power supply device according to claim 1, wherein the battery is charged using power exceeding the drive power out of the output power of the charging device.
前記制御装置は、前記工場の使用電力量に応じて、前記第1量を補正する、請求項2~5のいずれか1項に記載の電源装置。 The injection molding machine is located in a factory,
The power supply device according to any one of claims 2 to 5, wherein the control device corrects the first amount according to the amount of power used by the factory.
前記制御装置は、前記発電装置における予測発電力に応じて、前記第1量を補正する、請求項2~5のいずれか1項に記載の電源装置。 The external power source includes a power generation device using natural energy,
The power supply device according to any one of claims 2 to 5, wherein the control device corrects the first amount according to the predicted power generation capacity of the power generation device.
前記バッテリは、前記駆動電力に対して前記充電装置の出力電力では不足する電力を出力する、請求項1に記載の電源装置。 The control device sets the output power of the charging device to a second amount less power than the average power consumption,
The power supply device according to claim 1, wherein the battery outputs power that the output power of the charging device is insufficient for the drive power.
前記制御装置は、前記稼働終了時刻において、前記バッテリの充電量が所定量となるように前記第2量を設定する、請求項11に記載の電源装置。 The operation end time of the injection molding machine is determined in advance,
The power supply device according to claim 11, wherein the control device sets the second amount so that the amount of charge of the battery becomes a predetermined amount at the operation end time.
外部電源からの電力を用いて前記射出成形機に駆動電力を供給するための電源装置とを備え、
前記電源装置は、
バッテリと、
前記外部電源からの電力を変換して前記射出成形機に供給するとともに、前記バッテリの充電が可能に構成された充電装置と、
前記充電装置を制御するための制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記射出成形機における平均消費電力に基づいて前記充電装置の出力電力を設定する、射出成形機システム。 injection molding machine,
and a power supply device for supplying driving power to the injection molding machine using power from an external power source,
The power supply device includes:
battery and
a charging device configured to convert power from the external power source and supply it to the injection molding machine, and to charge the battery;
a control device for controlling the charging device;
In an injection molding machine system, the control device sets output power of the charging device based on average power consumption in the injection molding machine.
前記電源装置は、
バッテリと、
前記外部電源からの電力を変換して前記射出成形機に供給するとともに、前記バッテリの充電が可能に構成された充電装置とを含み、
(a)前記射出成形機における平均消費電力を取得するステップ;
(b)前記平均消費電力に基づいて前記充電装置の出力電力を設定するステップ。 A method for providing drive power from a power supply to an injection molding machine using power from an external power source, including the following steps:
The power supply device includes:
battery and
a charging device configured to convert power from the external power source and supply it to the injection molding machine, and to charge the battery;
(a) obtaining average power consumption in the injection molding machine;
(b) Setting the output power of the charging device based on the average power consumption.
前記電源装置は、
バッテリと、
前記外部電源からの電力を変換して前記射出成形機に供給するとともに、前記バッテリの充電が可能に構成された充電装置と、
前記制御装置とを含み、
前記プログラムは、
前記射出成形機における平均消費電力を取得するステップと、
前記平均消費電力に基づいて前記充電装置の出力電力を設定するステップとを含む、プログラム。
A program for causing a control device of the power supply device to execute a process of supplying driving power from the power supply device to an injection molding machine using power from an external power source, the program comprising:
The power supply device includes:
battery and
a charging device configured to convert power from the external power source and supply it to the injection molding machine, and to charge the battery;
the control device;
The program is
obtaining average power consumption in the injection molding machine;
and setting output power of the charging device based on the average power consumption.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2022070652A JP2023160341A (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Power supply unit and injection molding machine system with power supply unit, and method and program for supplying drive power to injection molding machine |
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JP2022070652A JP2023160341A (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Power supply unit and injection molding machine system with power supply unit, and method and program for supplying drive power to injection molding machine |
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