JP4672723B2 - 射出成形システムのエネルギー管理装置及び方法 - Google Patents
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【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形システムに関し、特に（ｉ）油圧ポンプアセンブリの電気駆動式原動機と、（ｉｉ）複数の油圧及び／又は電気で駆動されるアクチュエータ（パーツ運搬ロボット、押出機、射出ユニット、成形用金型ストローク、及びクランプユニット等）とを備えるハイブリッド式射出成形システムのエネルギー管理、並びに複数の電気駆動式アクチュエータ（パーツ運搬ロボット、押出機、射出ユニット、成形用金型ストローク、及びクランプユニット等）を備える全電動式射出成形機システムのエネルギー管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
従来の射出成形機及びのアクチュエータは通常、油圧動力源を用いる。油圧システムのエネルギー効率がよくないことは既知である。これは主に、固有の容積損失及びトルク損失による。容積損失には、層流漏れ損失、乱流漏れ損失、及び油圧縮性による損失が含まれる。トルク損失には、流体粘度及び機械摩擦による損失が含まれる。
【０００３】
電気油圧装置及び制御機構は、２つの主要動作原理、すなわち（ｉ）導電部での流れへの抵抗を変更することによる弁制御、及び（ｉｉ）油圧系統の発電部での体積流量を変更することによるポンプ制御に基づく。弁制御される駆動装置が、余剰エネルギーを消費することによってエネルギー流を調整する。これはエネルギー効率的ではないが、高性能射出成形機に求められるより高速の応答性及びよりよい制御性を実現することができる。
【０００４】
ポンプ制御される駆動装置では、エネルギー流は需要に従って調整される。これは、可変容量ポンプのスイベル角度、固定容量ポンプの速度、又は可変容量ポンプの速度及びスイベル角度を変更することにより制御を実現する。速度依存損失及び騒音放射の両方を、速度制御される固定容量ポンプを適用することによりかなり低減することができる。ポンプ／モータの効率は、容量、圧力差、及び回転速度等の変数に依存する。可変容量ポンプが小容量で動作している場合、層流漏れ損失及びトルク損失は両方とも比較的大きく、そのためポンプ／モータの効率が低減する。可変容量ポンプを駆動する可変速原動機を使用する作動システムでは、油圧状態（すなわち容積、流れ、及び圧力）を、駆動速度の調整と共にポンプのスイベル角度の調整を通して通常通り制御することができる。この自由度２の調整により、射出成形機へのエネルギー供給を最小に抑えながら小容量でのポンプ／モータ効率の改善が支援される。
【０００５】
近年、コスト低減及びパワーエレクトロニクスの信頼性向上により、サーボ電気モータによって駆動されるアクチュエータが、射出成形機に向けてより実用的になった。電圧源インバータ（ＶＳＩ）がこのような１つの駆動装置である。ＶＳＩ駆動装置は、ＡＣ電力をＤＣ源に変換するコンバータ、整流されたＤＣ電圧をコンデンサ及びオプションのインダクタと共に平滑化する電圧制御ＤＣリンク、並びに制御信号発生器付きの、モータを制御する調整済み電力を供給するインバータを備える。推進手段として電気モータのみを使用する射出成形機は一般に全電動機と呼ばれる。油圧モータ及びサーボ電気モータの両方を推進手段として使用する射出成形機は一般に、ハイブリッド式射出成形機と呼ばれる。
【０００６】
従来の油圧射出成形機では、ポールの数及び原動機（多くの場合に誘導モータ（ＩＭ））の供給周波数は固定されている。そのため、油圧ポンプは、需要がサイクル中にかなり変化する場合であっても一定速度で駆動される。必要流量が低減した場合、余剰流量が安全弁によりアキュムレータタンクにバイパスされる。変化する需要を満たす１つの方法は、可変速駆動装置（ＡＳＤ）をモータに嵌合させることである。ＡＳＤは、ＡＣモータの速度を変化させ、したがってポンプ出力を変化する需要に合わせることができる。ＡＳＤの利点は、出力をニーズに合わせることによるエネルギーコストの低減、モータ及びポンプをより遅い速度で作動させることによる雑音の低減、絞り損失及びバイパス損失の低減、並びにオイル冷却コストの低減である。
【０００７】
１つの制御戦略は、米国特許第５，０５２，９０９号に開示されるもの等、各機械動作段階の需要を合わせることに基づく。機械コントローラが、各プロセスポイントで速度を変更するようにポンプモータを制御する。コントローラの命令する速度が、各プロセスポイントでの実際の要件に密接に合った正しい速度であるほど、節約されるエネルギーは大きくなる。しかし、この手法には欠点がある。駆動装置がゆっくりと加速又は減速する場合、必要とされたときに正しい流量を運搬するために、所望の流量を生成するための速度を、その流量が必要になる前にうまく命令しなければならない。このような加速時に生成される余剰流量は、機械がまだその流量を受け取る準備ができていないため、有用な動作を生み出さない。同じことが減速時にも発生する。より低い新流量への減速は、より高い流量が必要ないときにのみ開始することができる。駆動装置が非常に高速に低速化することができない場合も余剰流量が無駄になる。モータが高速に加減速できる場合であっても、高い慣性を有する原動機の場合、加速中に蓄えられる相当な運動エネルギーが、減速中に無駄になることが多い。したがって、単にＡＳＤを使用して、変化する需要に合うようにポンプモータの速度を変更することは、エネルギー効率を向上させる最も有効な方法ではない。
【０００８】
減速中、電気モータは発電機として機能し、エネルギーは駆動装置にフィードバックされ、電気モータが管理されない場合には、ＤＣリンクの電圧を、駆動装置を動作不能にする許容できないレベルまで増大させてしまう恐れがある。既知のシステムは制動抵抗器及びチョッピング回路を使用して、回生エネルギーを消費する。このエネルギーは熱の形で消費され、再利用することができない。他の既知のシステムでは、能動フロントエンド（active front end）（ＡＦＥ）の形の回生ユニットが使用されて、回生エネルギーをＡＣ電力に変換し、これを供給システムに供給し戻す。ＡＦＥは、供給源とインバータとの間で双方向エネルギー交換を提供し、ダイオードブリッジ整流器よりも低い高調波を発生させる。しかし、ＤＣバス電圧がＡＣ入力電圧のピークよりも大きいことが必要であり、大きくない場合には、出力電流の正弦波形状を保持することができない。
【０００９】
有効であるために、ＡＦＥを備えるＡＳＤは一般に、ダイオードブリッジ整流器を備えるＡＳＤよりも高いＤＣリンク電圧で動作し、これはモータ端子での電圧変化率を高くする。ＡＦＥは、ＡＳＤにさらに１組の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＴＧＢＴ）インバータを追加し、ダイオードブリッジ整流器の２倍のコストを有し、絶縁変圧器及び／又はインダクタの追加等の濾波対策をとらない限りＡＳＤに電磁干渉（ＥＭＩ）の純増加を発生させる。機械製造業者の視点から、費用効率的な機器を顧客に供給することが有利である。それぞれの動作可能な付属品（enabling accessory）と共に、制動抵抗器又はＡＦＥのいずれかを使用する解決策はすべて、システムにコストを付加し、すべての用途で支持されるわけでも、又は望ましいわけでもない。システムの安全性のためのこういった回生エネルギーの管理及び回生エネルギーを再利用のために取り込むことが、全電動式射出成形機及びハイブリッド式射出成形機の両方が直面しなければならない問題であることは明らかである。したがって、射出成形システムのための、より高いエネルギー効率を実現するより経済的且つ効率的な手段が必要である。
【００１０】
射出成形サイクル中の電力需要は一定でなく、平均電力要件は実質的にピーク需要より低い。機械設計者は多くの場合、アキュムレータ等のエネルギー貯蔵装置を設置することによってこのような電力要件パターンを利用し、設置電力（installed power）を低減する。適宜容量の場合、エネルギー貯蔵装置には、低電力需要動作中に機械サイクルのエネルギーが充たされる。高電力需要が必要なときには、エネルギー貯蔵装置は、設置されている電力装置に加えてエネルギーを供給する。このようにして、設置電力を低減することができる。いくつかの既知のシステムは、電気エネルギー貯蔵装置を、電気駆動式装置のＤＣリンクに接続される充電及び放電手段と共に使用して、回生エネルギーを後に使用するために貯蔵する。
【００１１】
電気化学電池及び電解コンデンサが、このような目的で一般に使用される先端技術の電気エネルギー貯蔵装置である。エネルギーを電気化学セルに貯蔵する電池は、いくつかの制約を受ける。このような１つの制約は、所与のセルに可能な充電及び放電のサイクル数である耐用年数である。別の制約は放電深度であり、これは貯蔵されているエネルギーの引き出し可能な割合である。さらに、周囲温度及び適切な充電電流を監視し、限度内に保たなければならない。減損物質は危険であり、その廃棄に追加コストが必要である。
【００１２】
エネルギー貯蔵装置として使用される電解コンデンサも、サイズ、重量、コスト、及び信頼性の面でいくつかの欠点を有する。特に、信頼性は大きな問題である。連続したガス放出により、電解コンデンサは時間の経過に伴って徐々に劣化し、これは通常、システム信頼性の低下の主要因であり、したがって駆動システムの耐用年数を制限する。サイクル時間が短く、ピーク需要が高い射出成形サイクル（薄壁パーツの成形等）では、大容量のエネルギー貯蔵装置が必要である。しかし、大容量電解コンデンサ及び電池の耐用年数は短く、ピークエネルギーの頻繁な引き出しによって制限される。したがって、電解コンデンサは射出成形用途への使用に好ましくない。
【特許文献１】
米国特許第５，０５２，９０９号公報
【特許文献２】
米国特許公開第２００３／００８９５５７Ａ１公報
【特許文献３】
米国特許第６，６１１，１２６号公報
【特許文献４】
米国特許第６，６４７，７１９号公報
【特許文献５】
米国特許第６，３７９，１１９号公報
【特許文献６】
米国特許第６，３３３，６１１号公報
【特許文献７】
米国特許第６，２９９，４２７号公報
【特許文献８】
米国特許第６，２８９，２５９号公報
【特許文献９】
米国特許第６，２７５，７４１号公報
【特許文献１０】
米国特許第６，２７２，３９８号公報
【特許文献１１】
米国特許第６，１２０，２７７号公報
【特許文献１２】
米国特許第６，０８９，８４９号公報
【特許文献１３】
米国特許第６，０３４，４９２号公報
【特許文献１４】
米国特許第５，８１１，０３７号公報
【特許文献１５】
米国特許第５，５８２，７５６号公報
【特許文献１６】
米国特許第５，５８０，５８５号公報
【特許文献１７】
米国特許第５，５２２，４３４号公報
【特許文献１８】
米国特許第５，４８６，１０６号公報
【特許文献１９】
米国特許第５，４７０，２１８号公報
【特許文献２０】
米国特許第５，３６２，２２２号公報
【特許文献２１】
米国特許第５，１２５，４６９号公報
【特許文献２２】
米国特許第５，０９３，０５２号公報
【特許文献２３】
米国特許第５，０５２，９０９号公報
【特許文献２４】
米国特許第４，９８８，２７３号公報
【特許文献２５】
米国特許第４，９０４，９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
油圧アキュムレータは、エネルギー貯蔵装置として、電気化学電池及び電解コンデンサでは利用できない高頻度及び高速の充電及び放電を許容する性能を有する。油圧アキュムレータの典型的な平均効率は９５％〜９７％である。油圧アキュムレータを射出成形機のエネルギー貯蔵装置として使用することは既知である。しかし、これをハイブリッド式射出成形機での回生電気エネルギーの取り込みに適用することは新規である。これは部分的には、回生電気エネルギーを変換して油圧アキュムレータに分流させる簡易な変換手段及び伝達手段がないことによる。仮にこのような手段が存在する場合であっても、いかなる射出成形システムにも、安全、有効、且つ効率的なエネルギーの交換及び調整を管理する制御手段はない。したがって、新しい解決策が必要である。本発明は、こういった問題を解決する新しい方法及び手段を開示する。
【００１４】
Ellingerに付与された米国特許公開第２００３／００８９５５７Ａ１には、スーパーキャパシタを使用してエネルギーを貯蔵するエレベータ動作システムが記載されている。この出願は、共通ＤＣリンクで電力平衡化する方法も教示していなければ、その開示が射出成形機器にどのように関連し得るかも教示していない。
【００１５】
Mizunoに付与された米国特許第６，６１１，１２６号には、電力を貯蔵してモータに供給することができ、同じモータを制御するインバータと同じＤＣリンクに接続される充電器の使用が記載されている。この特許は、電気軸の減速中での回生エネルギーの貯蔵に油圧アキュムレータを使用することを考察していない。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００１６】
Truningerに付与された米国特許第６，６４７，７１９号には、機械の電力制御システムが記載されている。電気モータがポンプを駆動し、システムが振動子のように動作するように、ポンプは加圧油を、アクチュエータ及びアキュムレータを備える油圧回路に供給する。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００１７】
Truningerに付与された米国特許第６，３７９，１１９号には、可変速電気モータにより駆動されるポンプによって供給される鉛直荷重が参照される開放油圧回路が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００１８】
Shibuyaに付与された米国特許第６，３３３，６１１号には、蓄電手段を使用してモータからの回生電気エネルギーを蓄えて、同モータの駆動電圧よりも高い蓄電電圧に充電し、同モータの加速期間中にこのような蓄電エネルギーを同モータに供給することが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクの管理、複数の電気サーボ軸を供給することを考察しておらず、油圧アキュムレータを使用して、電気軸の減速中に回生エネルギーを貯蔵することを考察していない。
【００１９】
Bulgrinに付与された米国特許第６，２９９，４２７号には、可変速モータ駆動式ポンプの制御機構が記載されている。この特許の開示によれば、射出成形機の軸を駆動する各モータ／ポンプが、サイクル要件に合うように独立して制御される。この特許は、油圧エネルギー貯蔵手段を使用することの利点を考察しておらず、共通ＤＣリンクを管理して射出成形機のエネルギー効率を向上させることを考察していない。
【００２０】
Choiに付与された米国特許第６，２８９，２５９号には、射出成形機の油圧アクチュエータを制御する手段が記載されている。マイクロコントローラがアクチュエータに隣接して配置され、システム制御プロセッサに電気的に接続される。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供していない。マイクロコントローラは、適宜配置されたセンサから受け取る信号に応答してアクチュエータの動作を制御するに過ぎない。
【００２１】
Choiに付与された米国特許第６，２７５，７４１号には、オペレータ制御パネル、複数の射出成形装置及び射出成形機能に結合される汎用コンピュータを含む射出成形システムの動作を制御する手段が記載されている。したがってこのコンピュータは、射出成形及びオペレータ制御機能の両方のマルチタスク制御を行うことができる。この特許は電力管理を考察していない。
【００２２】
Osborneに付与された米国特許第６，２７２，３９８号には、成形プロセスを制御するプロセッサを有する第１のコンピュータ、及びオペレータがプロセスに関連するパラメータを閲覧できるようにする特定用途向けプログラムを有する第２のコンピュータを含む射出成形機のプロセス制御システムが記載されている。この特許は電力管理に関連しない。
【００２３】
Klausに付与された米国特許第６，１２０，２７７号には、射出成形機のスクリュー又は油圧ポンプを駆動してアキュムレータを充電する可変速モータが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２４】
Bulgrinに付与された米国特許第６，０８９，８４９号には、可変速モータ駆動式ポンプの制御機構が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２５】
Saitoに付与された米国特許第６，０３４，４９２号には、ＤＣモータ発電機とコンデンサとの組み合わせが記載されている。ＤＣモータ発電機は回転して、電気エネルギーをコンデンサに提供して貯蔵する。貯蔵された電気エネルギーは、緊急時電源を提供する。この特許は、非常に不完全な形の電力管理システムを記載している。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２６】
Ludwigに付与された米国特許第５，８１１，０３７号には、成形サイクルの冷却時間長が所定の時間よりも長い場合に電気駆動式装置をオフにすることが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２７】
Koyamaに付与された米国特許第５，５８２，７５６号には、サーボ駆動装置からのＤＣ源を使用して射出成形機のヒータを制御することが記載されている。この特許は、ヒータを使用して、インバータにより制御されるモータの減速中に回生されるエネルギーを再利用することも考察していなければ、共通ＤＣリンクでの電力平衡化を管理することも考察していない。
【００２８】
Holzschuhに付与された米国特許第５，５８０，５８５号には、各種アクチュエータを供給する可変速モータ駆動式ポンプが記載されているが、アキュムレータは示されていない。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２９】
Lindblomに付与された米国特許第５，５２２，４３４号には、直流電流動作ユニットを含む駆動ユニットにより駆動される非常に大型の製織機械が記載されている。ＤＣユニットは、駆動装置が加速中であるか、それとも減速中であるかに応じてモータ又は発電機として動作する。減速時、電気エネルギーは給電ネットワークにフィードバックされる。駆動ユニットの制御ユニットは、マイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータユニットであってもよい。この特許は、駆動ユニットの減速中に発生された余剰エネルギーが電気エネルギーとして再び取り込まれる電力管理システムを開示している。この特許は２つのＤＣモータの使用を開示しており、これらＤＣモータは発電機として転換して、無駄なエネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３０】
Hehlに付与された米国特許第５，４８６，１０６号には、周波数調整可能なコンバータに接続されて速度を制御する回転電流モータにより駆動され、一定の動作圧力勾配を保持するように動作する可変容量ポンプが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３１】
Hillmanに付与された米国特許第５，４７０，２１８号には、複数の射出成形用金型及び吹き込み成形用金型をそれぞれ有する複数の射出吹き込み成形機を含む射出吹き込み成形装置が記載されている。プロセスコントローラが各機械に結合され、マスタプロセッサが各コントローラに結合される。この特許は、電力管理のためのいずれのメカニズムも記載していない。
【００３２】
Faigに付与された米国特許第５，３６２，２２２号には、ベクトル制御ＡＣ誘導モータをサーボ機構駆動システムに使用する全電動式射出成形機が記載されている。各駆動手段のベクトルコントローラ手段は、機械的スイッチ又はソリッドステートスイッチのいずれかの形のスイッチバンクを通して多重化された、パルス幅変調トリガ信号を各ＡＣモータに関連する電力増幅器の電力モジュールに一度に１つずつ提供する共通のＣＰＵを共用する。機械的スイッチ又はソリッドステートスイッチのいずれかの使用により、すべてのサーボ軸をリアルタイムで同時制御することを回避することができる。しかし、‘２２２特許は、機械プロセスにより回生されるあらゆる余剰電力を回収する機構もそれを再利用する機構も提供せず、共通ＤＣリンクでの電力平衡化を管理する機構も提供しない。さらに、‘２２２特許のベクトル制御ＡＣ誘導モータは、ＡＣ誘導モータの回転子の角度位置を検出するためにエンコーダ又は速度センサ等のセンサを必要とする。これとは対照的に、センサ付き駆動装置と同じトルク力学を有するセンサレスの技法が既知である。たとえば、J. Holtz著「Methods for speed sensorless control of AC Drives」（Proc. IEEE IECON'93, Yokohama, Japan, 1993, pp. 415-420）、A. Ferrah、K. J. Bradley、P. Hogben-Laing、M. Woolfson、G. Asher、及びM. Summer著「A speed identifier for induction motor drives using real-time adaptive digital filtering」（IEEE Trans. Ind. Applicat. Vol 34, pp. 156-162, Jan/Feb. 1998）を参照のこと。さらに、ベクトル制御方法ではなく直接トルク制御方法を使用してコントローラにより制御される誘導モータも、‘２２２の開示と同じ機能及び性能を提供することができる。たとえば、「Technical Guide NO. 1 - Direct Torque Control」（ABB Industry Oy, 3BFE 58056685 R0125 REV B, EN 30.6.1999）参照のこと。
【００３３】
Scottに付与された米国特許第５，１２５，４６９号には、自動車両からの減速エネルギーを貯蔵し、貯蔵された減速エネルギーを使用して自動車両の加速を支援するシステムが記載されている。この特許は、電力回収システムの別の用途を示すのに有用である。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３４】
Wurlに付与された米国特許第５，０９３，０５２号には、電気駆動式ポンプの可変速駆動装置が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３５】
Hertzerに付与された米国特許第５，０５２，９０９号には、可変速度モータを使用してポンプを駆動する油圧射出成形機が記載されている。可変速度モータの動作信号は、機械の特定の動作段階に必要な作動油出力に従って計算される複数の記憶されている値のうちの１つに従って機械コントローラにより生成される。この特許は、アキュムレータ手段を使用して機械プロセスにより生成されるあらゆる余剰電力を再び取り込む機構を提供せず、アキュムレータを充たしてエネルギー効率を向上させるいずれの手段も提供しない。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３６】
Faigに付与された米国特許第４，９８８，２７３号には、ブラシレスＤＣモータをサーボ機構駆動システムに使用する全電動式射出成形機が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３７】
Jonesに付与された米国特許第４，９０４，９１３号には、成形機の個々のステップを感知し、動作ステップ中に成形機が必要とする最小電力量をそれぞれ表す電圧レベルを時系列で生成し、各動作ステップ中にこのような電圧レベルに応答してモータの速度を変更して、サイクル中に機械が必要とする電力を低減する位相インバータを含むモータ制御システムが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
［発明の概要］
本発明の利点は、上記問題を解消する射出成形システム用のエネルギー管理システムを提供することである。本発明の利点は、システムのコストを安価に保ちながら、実際用途でシステムのエネルギー効率及び機能性能が高くなるように動作を制御し、エネルギーを処理する射出成形システム用のエネルギー管理システムを提供することでもある。
【００３９】
２つの重要な制御戦略を高性能モータ制御方式に使用することができる。１つは、Hasse及びBlaschkeにより１９７０年代初頭に開発された、ベクトル制御としても一般に知られているフィールドオリエンテッド制御（ＦＯＣ）の理論である。F. Blaschke著「The principle of field orientation as applied to the new Transvektor closed loop control system for rotating field machines」（Siemens Review, Vol. 34, 1972, pp. 217-220）を参照のこと。ＦＯＣは直接、間接、又はセンサレスに分類することができる。直接ＦＯＣは、モータの筐体に配置されたセンサで回転子角度を直接測定する。間接ＦＯＣは、たとえば、レゾルバ又はタコメータを使用して速度を測定し、次いで速度を積分することによってスリップ角を求める。直接ＦＯＣ及び間接ＦＯＣと異なり、センサレスＦＯＣは、すべての測定及び計算をモータの固定子変数に対して行う。高性能モータ制御方式で使用することができるその他の重要な制御戦略は、Takahaski及びDependbrockにより１９８０年代中盤に開発された直接トルク制御（ＤＴＣ）である。たとえば、Takahashi Isao、Noguchi Toshihiko著「A New Quick-Response and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor」（IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-22, No. 5, Sept/Oct 1986）、M. Depenbrock著「Direct Self-Control (DSC) of Inverter-Fed Induction Machine」（IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 3, No. 4, Oct. 1988）、及び「Technical Guide No. 1 - Direct Torque Control」（ABB Industry Oy, 3BFE 58056685 R0125 REV B, EN 30.6.1999）を参照のこと。ＤＴＣ駆動装置は通常、センサレス駆動装置として、すなわちエンコーダ又はタコメータ等のフィードバック装置を必要とすることなく非常に良好に動作する。回転子の速度又は位置がフィードバックとしてＤＴＣ駆動装置に提供される場合、その静的な性能及び動的な性能は他の任意のサーボ駆動装置の静的な性能及び動的な性能に合致することができる。ＤＴＣは卓越したトルク制御も提供するが、射出成形機には一般に使用されていない。ＦＯＣ又はＤＴＣのいずれかにより制御されるＡＳＤを使用して、本発明による利点を実現することができる。デジタルコンピュータの利点を用いて、これら制御戦略及びそれぞれの以後の向上を今や、産業用途で実現することができる。これらにより、かつてはより高コストの永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）に独占されていた高度な用途に対してより簡易な構造のモータの使用が可能になる。主に固定速度用途に使用されていた誘導モータ（ＩＭ）に、費用効率的なＡＳＤを装備して、可変速度用途を満足させることができる。スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ）に関する制御問題は、高度デジタル電力電子制御により解決することができる。ＳＲＭはここでＩＭと同様の性能を有することができるが、ＩＭよりもはるかに安価であり、且つ堅牢である。本発明の利点の実現に、ＩＭ、ＳＲＭ、及びＰＭＳＭを使用することができる。
【００４０】
典型的なハイブリッド式及び全電動式射出成形システムには通常、いくつかのモータが単一のシステムに設置されており、各モータには、各自のコンバータ、ＤＣリンク、及びインバータをそれぞれ有する個々の駆動装置が装備されている。本発明の一態様によれば、ハイブリッド式又は全電動式射出成形システムが、１つのコンバータがいくつかのインバータに供給する共通ＤＣリンク構成を備える構造及び／又はステップが提供される。これはシステム部品の数を低減し、それによってシステムの信頼性を増大させる。好ましくは、ＡＳＤを共通ＤＣリンク構造で動作させることは、システムコストの低減及びキャビネットスペースの低減に貢献する。ハイブリッド式又は全電動式射出成形機の複数の駆動装置が共通ＤＣリンクを共用する場合、慣性の中で蓄えられた運動エネルギーは好ましくは、電力シェアのためにＤＣリンクに回生される。電圧が低下すると、高慣性駆動装置が好ましくは制動モードになり、エネルギーを回生して、ＤＣリンク電圧を高く維持する。好ましくは、本発明は、ＦＯＣ又はＤＴＣのいずれかをそれぞれの制御方法として有する駆動装置をさらに含む。ＦＯＣ制御又はＤＴＣ制御されるモータの場合、発動力から発電へ、及びその逆への遷移を数ミリ秒以内で実現することができる。次いで、回生エネルギーを使用して同じＤＣバス上の他の駆動装置に給電し、供給源からのエネルギーの取り入れを低減する。同様に、高慣性負荷の高速減速による回生エネルギーの高サージを、重要でない負荷を加速することによりＤＣバスから除去することができる。
【００４１】
本発明の利点は、機械コントローラにより、重複する動きを低減するようにプロセスステップを変更すること、又は速度プロファイルを低減することのいずれかによりプロセス需要を低減して、設置電力を超えないように保証できることである。これは、設置電力に従って（Ｖ６又はＶ８エンジンを使用する自動車と比較して）同一の機能を異なる性能レベルで有する一連の製品を可能にする新規の特徴である。本発明の利点は、押出機ヒータを使用してスクリュー減速中に回生エネルギーを吸収できるようにすることでもある。これは、スクリュー減速中、スクリューによって生成される樹脂への加熱力が低減され、スクリューによる回生電力をヒータにより再利用して、溶融樹脂への加熱力を均一に保つことができるため有意味である。
【００４２】
本発明の別の利点は、電気モータ駆動式アクチュエータの高速減速中に回生電力を消費するためだけに設置されている制動抵抗器をなくすことができることである。本発明の別の利点は、有用な動作を行うために使用することができない余剰エネルギーの供給を制限することによりハイブリット式射出成形システムへの省電を実現できることである。本発明の別の利点は、回生電力を再利用して有用な動作を行えることである。
【００４３】
本発明のさらなる利点は、システムのコストを低く保ちながらエネルギー効率及び機能性能を向上できることである。
【００４４】
上記利点は、本発明の他の有利な特徴に加えて、システムのセンサ、トランスデューサ、アクチュエータ、及び分散コントローラとリアルタイムに通信して、システムから信号及び測定値を受け取り、予めプログラムされた制御ソフトウェアと共にこのような情報を使用してコマンド信号及び情報をシステム並びにシステム制御操作及びプロセスに向けてリアルタイムで生成するように構成される構造を有する機械コントローラを備えるハイブリッド式射出成形システムにより本発明の別の態様において実現される。共通ＤＣリンクは、ＤＣ電力をインバータに提供し、可変速駆動装置により制御される少なくとも２つの電気モータへの／からの電力を制御する。高速双方向通信フィールドバスが、すべての駆動装置のコントローラ及び機械コントローラと通信できるように構成される。スレーブ軸が、共通ＤＣリンクからの電力を供給及び吸収できるように構成される。トルクコントローラが、スレーブ軸を（ｉ）通常速度制御及び（ｉｉ）ＤＣリンク電圧制御で制御でき、制御を上記２つの制御間でバンプレス移行様式で切り替えられるように構成される。油圧ポンプアセンブリの電気駆動式原動機は、油圧駆動式作動構造を介して流量及び作動油供給電力を調整できるように構成される。エネルギー蓄積手段が、作動油の受け取り及び放出を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように動作可能である。
【００４５】
上記利点は、本発明の他の有利な特徴に加えて、システムのセンサ、トランスデューサ、アクチュエータ、及び分散コントローラとリアルタイムに通信して、システムから信号及び測定値を受け取り、予めプログラムされた制御ソフトウェアと共にこのような情報を使用してコマンド信号及び情報をシステム並びにシステム制御操作及びプロセスに向けてリアルタイムで生成するように構成されている機械コントローラを備える全電動式射出成形システムにより本発明のさらに別の態様において実現することもできる。共通ＤＣリンクは、ＤＣ電力源をインバータに提供し、可変速駆動装置により制御される少なくとも２つの電気モータへの／からの電力を制御するように構成される。高速双方向通信フィールドバスが、すべての駆動装置のコントローラ及び機械コントローラと通信できるように構成される。スレーブ軸が、共通ＤＣリンクから電力を供給及び吸収できるように構成される。トルクコントローラが、スレーブ軸を（ｉ）通常速度制御及び（ｉｉ）ＤＣリンク電圧制御で制御でき、制御を上記２つの制御間でバンプレス移行様式で切り替えられるように構成される。電気駆動式高速モータが機械はずみ車を駆動し、機械はずみ車の速度を調整することができ、エネルギー蓄積構造が、機械はずみ車の速度調整を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように構成される。
【００４６】
本発明のさらに別の態様によれば、少なくとも第１の成形機装置を駆動するように構成される第１の電気駆動式原動機及び少なくとも第２の成形機装置を駆動するように構成される第２の電気駆動式原動機を備える射出成形機のエネルギー管理制御装置のための構造及び／又はステップの一意の組み合せが提供される。共通ＤＣリンクが、ＤＣエネルギーを第１の電気駆動式原動機及び第２の電気駆動式原動機に提供するように構成される。スレーブ軸が、共通ＤＣリンクへエネルギーを供給するとともに、共通ＤＣリンクからエネルギーを吸収するように構成される。機械コントーラが、（ｉ）第１の電気駆動式原動機、第２の電気駆動式原動機、共通ＤＣリンク、及びスレーブ軸と通信し、（ｉｉ）第１の電気駆動式原動機及び第２の電気駆動式原動機のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、スレーブ軸に、エネルギーを共通ＤＣリンクに供給させ、（ｉｉｉ）第１の電気駆動式原動機及び第２の電気駆動式原動機のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、スレーブ軸に共通ＤＣリンクからエネルギーを吸収させるように構成される。
【００４７】
本発明のさらに別の態様によれば、（ｉ）第１の成形機装置を駆動するように構成される第１のモータ及び（ｉｉ）第２の成形機装置を駆動するように構成される第２のモータを有する成形機のエネルギー管理装置のための構造及び／又はステップの一意の組み合わせが提供される。電気リンクが、第１のモータ及び第２のモータに結合される。エネルギー貯蔵構造が、（ｉ）第１のモータ及び第２のモータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーを貯蔵し、（ｉｉ）貯蔵された余剰エネルギーを第１の成形機装置及び第２の成形機装置のうちの少なくとも一方に提供するように構成される。処理構造が、（ｉ）第１のモータからの余剰エネルギーをエネルギー貯蔵構造に貯蔵させ、（ｉｉ）エネルギー貯蔵構造に貯蔵されている余剰エネルギーを使用させて少なくとも第１の成形機装置を駆動させるように構成される。
【００４８】
本発明のさらに別の態様によれば、金型と、金型クランプアクチュエータを有する金型クランプと、金型スクリューアクチュエータを有する金型スクリューとを有する射出成形機のための構造及び／又はステップの一意の組み合わせが提供される。電気リンクが、金型クランプアクチュエータ及び上記金型スクリューアクチュエータを結合する。エネルギーアキュムレータが金型クランプアクチュエータ及び金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方に結合される。エネルギー管理処理構造が、（ｉ）金型クランプアクチュエータ及び金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーをエネルギーアキュムレータに貯蔵させ、（ｉｉ）エネルギーアキュムレータに貯蔵されたエネルギーを金型クランプアクチュエータ及び金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方に提供させるように構成される。
【００４９】
本発明の別の態様によれば、第１の成形装置を駆動する第１のアクチュエータ及び第２の成形装置を駆動する第２のアクチュエータを有する成形機でのエネルギー管理方法のためのステップの一意の組み合わせが提供される。ステップの組み合わせは、（ｉ）第１のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を第１のアクチュエータから受け取ること、（ｉｉ）第２のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を第２のアクチュエータから受け取ること、（ｉｉｉ）受け取った入力信号に基づいて第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー余剰状況を計算すること、（ｉｖ）受け取った入力信号に基づいて第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー不足状況を計算すること、（ｖ）計算に基づいて、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーをエネルギー蓄積装置に提供すること、並びに（ｖｉ）計算に基づいて、エネルギー蓄積装置からの余剰エネルギーを第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの少なくも一方に提供することを含む。
【００５０】
本発明の現時点で好ましい特徴の例示的な実施形態について、添付図面を参照しつつこれより説明する。添付図面は機能サブシステムのブロック図を示す。図面中の制御信号及び部品は、理解し易くするために付番されている。これら番号は本開示全体を通して参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
本発明について、射出成形システムのアクチュエータが処理構造、共通ＤＣリンク、及びエネルギー管理構造を使用して制御されるいくつかの実施形態に関してこれより説明する。しかし、本発明には、複数の電気サーボ駆動式アクチュエータが使用される製品運搬ロボット、パッケージング機、ダイキャスト機、金属射出機、オートメーション機器、及び吹き込み成形機等の他の用途でも有用であることができる。
【００５２】
２．電圧源インバータ駆動装置
図１は、典型的なＶＳＩ駆動ユニットの主機能パーツを示す。ＶＳＩは、設備から提供される固定電圧及び固定周波数で三相電力をとり、可変速電気モータでの使用に望まれる可変電圧及び可変周波数の三相電力に変換する。ユニットは、３つの主機能セクションを有する。コンバータ１０は三相供給電力をとり、全波６ダイオードブリッジにより整流して単相ＤＣ出力電圧にする。整流は調整されないため、出力電圧は高いリップル含有量（ＡＣ供給５０〜６０Ｈｚに対応して３００〜３６０Ｈｚ）を有する。
【００５３】
第２のセクションはチョーク１２を含むＤＣリンク１１及びコンデンサ１４を含み、ＤＣ電圧のリップルを許容可能なレベルに平滑化する機能を行う。チョーク１２は、ＡＣ供給源からのコンデンサ１４への緩衝を助け、高調波を低減するように働く。負荷がＤＣリンク１１に加えられると、コンデンサ１４は放電を開始する。ＤＣリンク１１は、線間電圧がＤＣリンク電圧よりも大きい場合にのみ供給源からコンバータ１０のダイオードを通して電流を引き込む。これは供給電圧のピークで、又はピーク付近で発生し、電流パルスが供給電圧のピーク付近で入力サイクル毎に発生することになる。負荷がＤＣリンク１１に加えられると、コンデンサ１４は放電し、ＤＣ電圧が降下する。ＤＣ電圧が低いほど、ＤＣリンク電圧よりも高い供給電圧の持続時間が長くなる。このため、電流のパルス幅又は電力伝送量は部分的に、ＤＣリンク１１への負荷によって決まる。
【００５４】
第３のセクション中のインバータ１５は、駆動装置コントローラ２４（図２に示す）の制御下でＤＣリンク１１からのＤＣ電圧を可変電圧及び可変周波数の三相電力に反転させる。駆動装置コントローラ２４は、駆動ユニットの測定装置を通して得られる電圧測定値及び負荷電流測定値を使用して、インバータの６個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１６の切り替えを制御する信号を構築する。先端技術の駆動装置コントローラは、高速（マイクロ秒単位）で行われる電流制御パルス幅変調（ＣＲＰＷＭ）又は空間ベクトル変調（ＳＶＭ）を用い、６個のＩＧＢＴ１６の切り換えを通して三相出力電圧及び周波数を発生する。
【００５５】
インバータ１５の各ＩＧＢＴ１６に対応して、モータの回生電力を再びＤＣリンク１１に伝送するための経路として機能するダイオード１７がある。ＤＣリンク１１は、限られたエネルギー貯蔵容量のみを有する。モータの高速減速又は負荷変更が求められる場合、通常、駆動装置を電力サージから保護するために制動抵抗器（図示せず）が必要である。この制動抵抗器は、ＤＣリンク１１でのエネルギーを熱の形で消費して、ＤＣリンク１１の電圧が設計限界を超えて上昇しないように保つ。本発明の好ましい実施形態によれば、制動抵抗器（及びその結果としてのエネルギーの無駄）は、駆動ユニットへの適切な保護を依然として提供しながらなくすことができる。
【００５６】
図２は、射出成形システムにおいて既知のＶＳＩがどのように機能するかを示す簡易図である。ＶＳＩ駆動ユニットは、説明し易くするために３つのブロック、すなわちコンバータ２０、ＤＣリンク２１、及びインバータ２２に抽象化されている。射出成形システムのプロセス及び動作に基づいて、機械コントローラ２５はモータ２３に必要な目標速度及び／又はトルクを決定する。これら要件は、コマンドの形で、毎秒数メガビット程度で動作する高速双方向フィールドバスインタフェース２６を介して駆動装置コントローラ２４に送られる。駆動装置コントローラ２４は、インバータ２２のＩＧＢＴを切り替えて（マイクロ秒単位で）、射出成形機システムの電気軸（油圧ポンプモータ、押出機スクリュー回転モータ、エジェクタアクチュエータ、クランプアクチュエータ、クランプロックアクチュエータ、金型ストロークアクチュエータ、射出アクチュエータ、及び製品運搬機の軸等）を駆動するモータ２３に必要な電圧及び電流を発生して、機械コントローラ２５が要求する速度及びトルクを満足させる。切り替え制御は、駆動装置コントローラ２４にインストールされる制御アルゴリズム（後述）によって確立されるパターン及びタイミングシーケンスに従って実行される。
【００５７】
制御アルゴリズムは、機械コントローラ２５からのコマンドをとり、ＤＣリンク電圧、負荷位相電流、負荷位相電圧、及びオプションとしてモータ２３の回転子位置の測定値を使用して、ＩＧＢＴの切り替えパターン及びタイミングシーケンスを計算する。計算は、１）電圧−周波数（Ｖ／Ｈｚ）比を一定に保つことに基づくスカラー周波数制御、２）直接回転子位置測定に基づく直接ＦＯＣ、３）速度測定からの回転子位置推定に基づく間接ＦＯＣ、４）モータの電流値及び電圧値から計算される速度からの回転子位置推定に基づくセンサレスＦＯＣ、５）直接回転子位置測定に基づくＤＴＣ、６）速度測定からの回転子位置推定に基づくＤＴＣ、及び７）センサレスＤＴＣ等の先端技術のモータ制御方法の１つに基づく。たとえば、「Digital Signal Processing Solution for AC Induction Motor」（Texas Instruments Application Note BPRA043, 1996）、「Field Oriented Control of 3-Phase AC-Motors（Texas Instruments Application Note BPRA073, February 1998）、「High performance Direct Torque Control Induction Motor Drive Utilising TMS320C31 Digital Signal Processor」（Inter University DSP Solutions Challenge '99, Texas Instruments April 22, 2000）、「A Variable-Speed Sensorless Drive System for Switched Reluctance Motors」（Texas Instruments Application report SPRA600 - October 1999）、「AC Induction Motor Control Using Constant V/Hz Principle and Space Vector PWM Technique with TMS320C240」（Texas Instruments Application report SPRA284A, April 1998）、「Sensorless Control with Kalman Filter on TMS320 Fixed-Point DSP」（Texas Instruments BPRA057, July 1997）、Frank J. Bartos著「The 3 (or more) faces of ac variable-speed drives」（Control Engineering November 1, 2001）、及びFrank J. Bartos著「Sensorless AC Drives Fill Price/Performance Niche」（Control Engineering March 1, 2001）を参照のこと。これら制御方法はすべて、既製のＶＳＩ駆動装置と共に利用することが可能である。選択は主に、用途要件及び経済的側面に基づく。
【００５８】
３．好ましい実施形態
図３は、本発明の好ましい実施形態の全体の概略である。駆動装置３０は、コンバータ３１、ＤＣリンク３２、並びに複数のインバータ３３、３４、及び３５を備える。駆動装置コントローラ３６は、図１の電流測定１３を介して測定される等の実際の供給電流Ｉｓｕｐｐｌｙ（ｔ）及び図１の電圧測定１８を介して測定される等の実際のＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）を監視する。インバータ３３は、ＡＣ供給を、機械の装置を作動させるモータ３７に提供する。この回路及びその関連部品は、ハイブリット式及び全電動式の両方の射出成形システムのアクチュエータに典型的な駆動装置を形成する。複数のこのような装置をハイブリット式射出成形システムに設置してもよい。インバータ３４は、ＡＣ供給を、ＩＭ又はＳＲＭのいずれであってもよく、可変若しくは固定の容量油圧ポンプ３９又は複数のこのようなポンプを駆動するＡＣモータ３８に提供する。ポンプ（複数可）は、アキュムレータ４０を含み、システムの少なくとも１つの油圧式アクチュエータ（図示せず）を駆動する回路に加圧油を供給する。オプションのインバータ３５は、パルス幅変調（ＰＷＭ）電力を少なくとも１つの押出機ヒータ４１に提供する。各インバータは、ＤＣ供給電圧、実際の負荷電流、実際の負荷電圧、オプションとして回転子の速度又は位置を監視し、ＩＧＢＴ切り替え回路を制御してそれぞれの装置への電流を調整する各自の駆動装置コントローラ４２、４３、及び４４をそれぞれ有する。
【００５９】
すべての駆動装置コントローラは好ましくは、１ｍＳよりも高速なサイクル更新時間を有する高速双方向通信フィールドバス（４５で概略的に示す）で共に接続され、このフィールドバスは駆動装置コントローラを機械コントローラ４６に接続もする。好ましくは、機械コントローラ４６は、高速双方向通信フィールドバス４５へのインタフェースを有する１つ又は複数の汎用コンピュータを含む。もちろん、１つ又は複数の汎用コンピュータに加えて、又はこれ（ら）に代えて、いかなる種類のコントローラ又はプロセッサを使用してもよい。たとえば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ゲートアレイ、アナログ回路、専用デジタル及び／又はアナログプロセッサ、ハードワイヤード回路等を、本明細書において述べる制御機能を行うために使用してもよい。このようなコントローラ又はプロセッサのうちの１つ又は複数を制御するための命令は、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＡＭ、フラッシュＲＡＭ記憶装置、ＥＥＰＲＯＭ、磁気媒体、光媒体、光磁気媒体、又はネットワーク接続された記憶装置等の望ましい任意のコンピュータ可読媒体に、且つ／又は任意の望ましいデータ構造で記憶してもよい。
【００６０】
油圧トランスデューサ４８がアキュムレータ４０の油圧を測定し、その測定値がＡ／Ｄコンバータ４９によってアナログ形態からデジタル形態にリアルタイムで変換され、その後、デジタル信号線４７を介して機械コントローラ４６に送られる。信号線４７はコンピュータ４６の直接デジタルインタフェース又は異なるフィールドバスのものであってもよいが、同じ高速双方向通信フィールドバス４５のものであることが好ましい。
【００６１】
ハイブリッド式又は全電動式射出成形機の複数の駆動装置が共通ＤＣリンク３２を共用する場合（図３に示すように）、ＤＣリンクコンデンサの貯蔵エネルギーの変化は、コンバータ３１の入力電力Ｐｃｏｎ（ｔ）とインバータ３３、３４、及び３５の出力電力の和Σｎ ｉ＝１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）との電力差によるものであり、ここで、Ｐｉｎｖｉ（ｔ）は時間ｔでのｉ番目のインバータの瞬間電力であり、ｎはＤＣリンク３２に接続されたインバータの総数である。Ｐｉｎｖｉ（ｔ）は、インバータ出力の測定された電流及び電圧から、又はインバータの電流コマンド及び電圧コマンドから計算することができる。
【００６２】
各部品の固有の切り替え損失及び導電損失を無視して、以下の式を使用してＤＣリンク３２での各種電力間の関係を記述することができる。
【００６３】
【数１】
（１）
【００６４】
式中、ＣはＤＣリンクコンデンサの容量であり、Ｖｄｃ（ｔ）はＤＣリンク３２の瞬間電圧であり、ΔＶｄｃ（ｔ）は短い時間間隔ΔｔでのＤＣリンク電圧変化である。
【００６５】
電力がＤＣリンク３２で平衡化されているとき、入力電力はすべての出力電力の和に等しく、ＤＣリンクコンデンサの貯蔵エネルギーは変化せず、ＤＣリンク電圧にばらつきはもたらされない。すなわち、Ｐｃｏｎ（ｔ）＝Σｎ ｉ−１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）の場合、ΔＶｄｃ（ｔ）／Δｔ＝０である。ＤＣリンク３２での電力平衡を狂わせるいくつかの状況がある。
【００６６】
状況１
Σｎ ｉ＝１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）が負であり、Ｖｄｃ（ｔ）＋ΔＶｄｃ（ｔ）がＤＣリンクの設計高電圧限界Ｖｄｃ_ＭＡＸ（ｔ）よりも高い場合。この状況は、減速軸からの回生電力をその他のアクティブな軸で再利用することができず、ＤＣリンクの電力貯蔵容量を超えた場合に発生する。このような余剰エネルギーを取り除く何等かの手段が好ましくは使用される。
【００６７】
状況２
Σｎ ｉ＝１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）がコンバータ３１の馬力限界を超える場合。好ましい実施形態は、すべての軸がそれぞれのピーク需要に同時にあるわけではなく、これが設置部品のコストを低減することを利用する。共通のコンバータ３１を共用する複数の駆動装置があるため、すべての軸の総需要はコンバータ３１の馬力限界を超え得る。需要を馬力限界よりも低く制限する何等かの手段が好ましくは使用される。
【００６８】
状況３
電力供給源が瞬間的に電圧低下を受ける場合（これは結果として、ＤＣリンクコンデンサの放電により、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）を設計低電圧限界Ｖｄｃ＿ＭＩＮ（ｔ）よりも下げる）。この状況は供給源による。この結果は、共通ＤＣリンク３２に貯蔵されているエネルギーの完全な枯渇に繋がり得る。駆動装置コントローラの制御電力を共通ＤＣリンク３２から供給することができるため、これは共通ＤＣリンク３２の充電時間が遅いことによりシャットダウン及び起動時間が延びることに繋がる。したがって、いくらかの限られたライドスルー能力を提供して、共通ＤＣリンク３２の電圧を許容可能な低レベルに維持することが望ましい。
【００６９】
状況４
電力供給源が瞬間的な電圧サージを受ける場合（これは結果として、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）を設計高低電圧限界Ｖｄｃ＿ＭＡＸ（ｔ）よりも上昇させる）。この状況は供給源による。過電圧が電子部品に害を与える恐れがある。この状況を瞬間的に軽減する好ましい手段は、射出成形プロセスに悪影響を及ぼすことなく可能な限り大きな電力を吸収することである。
【００７０】
重要な特徴は、１つ又は複数の軸を駆動して、正確な量の電力を提供し、且つ／又は回収して、ＤＣリンクでの電力平衡を維持することである。上記諸状況を鑑みて、好ましい実施形態は、ＤＣリンク３２での電力平衡を維持する以下の属性を有するスレーブ軸（油圧ポンプモータ又は機械はずみ車を駆動する高速モータ等）を使用する。
１．軸の機能は、射出成形プロセスにとって重要ではない。すなわち、軸の速度又はトルクを瞬間的に変更してもプロセスに悪影響がない。
２．軸は、運動エネルギー量を増大させてＤＣリンク３２からの電力を吸収することが可能であり、且つ運動エネルギー量を低減させて電力をＤＣリンク３２に回生することが可能な高い慣性を有する。
３．軸は、機械コントローラ４６からのコマンド変更に対して素早い応答を提供することが可能である。
【００７１】
ＦＯＣ又はＤＴＣのアルゴリズムを使用して、エネルギーを油圧アキュムレータに供給するＡＳＤ駆動式ポンプモータ軸は、ハイブリッド式射出成形システムにおいてスレーブ軸の機能を果たすことが可能である。たとえば、図３では、モータ３８及びアキュムレータ４０はスレーブ軸として機能することができる。全電動式射出成形システムでは、機械はずみ車を駆動するＡＳＤ駆動式モータを、スレーブ軸と同じ機能を果たすために実装することができる。たとえば、図４では、モータ３７及びはずみ車２９はスレーブ軸として機能することができる。プロセス要件の限界内で、金型ストロークアクチュエータ、クランプアクチュエータ、及びパーツ取り出しロボットの特定の他の軸も同様に、重要ではない（金型エリア内で作業しない）作業を実行している間にスレーブ軸として使用することができる。油圧アキュムレータ、はずみ車、電池、コンデンサ、ウルトラコンデンサ、カーボンコンデンサ、金属酸化物コンデンサ、能動フロントエンド整流器（ＡＦＥ）、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、動的電圧回復（ＤＶＲ）、燃料電池、モータと発電機（Ｍ−Ｇ）の組、及び機械的吊り負荷等のいかなる形態のエネルギーアキュムレータを使用してもよい。
【００７２】
図５は、スレーブ軸のトルクコントローラ５０の好ましい実施形態の制御構造を示す。トルクコントローラ５０は、機械コントローラ４６及び／又は駆動装置コントローラ３３、３４、及び３５の任意の組み合わせで具現することができる。
【００７３】
【数２】
【００７４】
５１との差５８をとる。フィードバック速度信号５１が、センサ測定値、又は駆動装置コントローラ６７のセンサレス駆動アルゴリズムに基づいた別の推定技法のいずれかによりスレーブ軸駆動装置コントローラ６７から得られて、高速双方向通信フィールドバス４５を介してスレーブ軸駆動装置コントローラ６７にトルクコマンドを生成する。
【００７５】
トルクコントローラ５０は、上記諸状況（１〜４）のうちのいずれか１つが発生したとき、速度制御５６からＤＣリンク電圧制御７０に切り替える。ＤＣリンク電圧制御７０は、機械コントローラ４６の一部を成し、２つのコマンド信号を生成する。すなわち、ロジック切り替えコマンド７１を生成して、スイッチ７８、６１、及び５４を介して制御を別の閉ループＰＩコントローラ８９（比例ゲイン７６及び積分ゲイン７７を含む）及びフィードフォーワード補償制御に切り替え、トルクコマンドをスレーブ軸駆動装置コントローラ６７に生成し、目標ＤＣリンク電圧Ｖ＊ ｄｃを閉ループＰＩコントローラ８９に生成する。ＰＩコントローラ８９は目標値Ｖ＊ ｄｃとフィードバックＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）との差７３をとり、トルクコマンドを生成する。ＤＣリンク電圧とトルクとの間の関係は非線形である。閉ループコントローラ８９は、ファジィコントローラ又はルックアップテーブル手段により生成されて性能をさらに向上させる可変ゲインを有する非線形コントローラであることができる。
【００７６】
目標ＤＣリンク電圧Ｖ＊ ｄｃは、Ｖｄｃ＿ＭＩＮ（ｔ）及びＶｄｃ＿ＭＡＸ（ｔ）という限度内の値を有する。ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）は通常、特定の限度内でＶ＊ ｄｃからの変更が許されて、残留高調波リップル、供給電圧の変動、及び負荷依存電圧変化を考慮に入れる。ＤＣリンク電圧制御７０はこれを考慮に入れて、不適当なトルク遷移又はロジック切り替え信号７１の変動を回避する。Ｖｄｃ（ｔ）がＶ＊ ｄｃよりも低い場合、ＤＣリンク３２での電力平衡を維持するためにスレーブ軸に負の電磁力が必要である。同様に、Ｖｄｃ（ｔ）がＶ＊ ｄｃよりも高い場合、正の電磁力がスレーブ軸によって吸収されて、ＤＣリンク３２での電力平衡を維持する。スレーブ軸への正のトルクコマンドはＤＣリンク電圧を低減するため、このループでの電圧差７３の符号は反転する。
【００７７】
コントローラの動的挙動を向上させるために、フィードフォーワード補償を追加することができる。フィードフォーワード補償の原理は、共通ＤＣリンク３２での安定状態電力平衡に基づいて、スレーブ軸に対して補償電力要件を確立する。すべてのインバータの電流及び電圧の測定値、すべてのインバータの電流及び電圧のコマンド値、実際の供給電流Ｉｓｕｐｐｌｙ（ｔ）、並びに実際のＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）、モータ速度（実測又は推定）が、駆動装置コントローラ３６、４２、４４により、高速双方向通信フィールドバス４５を介して機械コントローラ４６にリアルタイムで通信される。したがって、機械コントローラ４６は、共通ＤＣリンク３２での電力平衡を維持するためにスレーブ軸に対する電力要件を推定する際に必要な情報の大半を有する。このような１つの計算は以下のように実行することができる。
１≦ｉ≦ｎ、且つｉ≠ｊであるすべてのｉに対して（但し、ｊは指定されたスレーブ軸）
【００７８】
【数３】
（２）
【００７９】
リードフィルタ（lead filter）を上記式（２）の各電力項に組み込んで、測定値の遅延時間を取り除く等の他の計算を実行して、補償の精度を増大させて性能をさらに向上させることができる。次いで、電力補償装置５２の出力が、５３においてスレーブ軸の実際のモータ速度
【００８０】
【数４】
【００８１】
５１（実測又は推定のいずれか）で除算されて、フィードフォーワードトルク補償Ｔ＊ ｅｌｃを生成する。次いで、フィードフォーワードトルク補償Ｔ＊ ｅｌｃは、６５において、ＤＣリンク電圧ＰＩコントローラ８９により生成されたトルクコマンドから減算されて、スレーブ軸駆動装置コントローラ６７に提供される実際のトルクコマンドを形成する。
【００８２】
図５に示すように、スレーブ軸のトルクコントローラ５０の制御構造は好ましくは、速度制御ループ及びＤＣリンク電圧制御ループの両方に、回路６２及び６３によって形成された、アンチワインドアップ機能を有する積分器６４を有する。この制御方式は、制御ループ切り替え中にバンプレス移行を提供する。さらに、トルクリミッタ｜Ｔ＊ ｅｌ｜＜Ｔｍａｘ６６が好ましくは実装されて、トルク制御の飽和を回避する。上記制御方式が、上記の諸状況（１〜４）のいずれにおいても共通ＤＣリンク３２において電力を平衡化する手段を提供できることが明らかになる。
【００８３】
好ましくは、この実施形態は状況２に対処するさらなる手段を提供する。機械コントローラ４６は、（高速双方向通信フィールドバス４５から受け取るリアルタイム情報に基づいて）、状況２が発生していることを検出した場合、同じ通信フィールドバス４５を介して適切な速度及び／又はトルクコマンドをアクティブな各軸に送り、アクティブなすべての軸の総出力電力がコンバータ３１の馬力限界内であるようなレベルにその電力を低減する。
【００８４】
電気モータ駆動式アクチュエータの高速減速中、モータは、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機として機能する。この電気エネルギーは、ポンプモータの駆動装置も接続された共通ＤＣリンク３２に回生される。ＡＳＤによってポンプモータを駆動し、これを共通ＤＣリンク３２に接続することで、いかなる回生電気エネルギーも変換して油圧アキュムレータ４０に分配する簡易な変換及び伝送手段が確立される。制動抵抗器を通してこのエネルギーを消費する（これは有用な動作を行わずに環境への熱を増大させる）のではなく、機械コントローラ４６は、ポンプモータの駆動装置に、ポンプ流体の流量を増大することによってエネルギーを位置エネルギーに変換して油圧アキュムレータ４０に貯蔵するように命令し、それによってＤＣリンク３２が高電圧限界に達しないようにする。油圧回路により、流体は油圧アキュムレータ４０にポンプ注入されてその位置エネルギーを増大させる。
【００８５】
機械コントローラ４６によって生成されるポンプモータ駆動コマンドは、共通ＤＣリンク３２に一定のＤＣ電圧を維持するという目的に基づく。ポンプモータ３８は時折アキュムレータ４０を充填する必要があるだけであり、貯蔵するエネルギーの搬送時間は、射出成形サイクルにおいてあまり重要でない。エネルギー回生能力のいくらかの割合を、電圧低下中にライドスルーを共通ＤＣリンク３２に提供する（電圧中断中に電気駆動式装置の動作を持続させる）ために使用することができる。
【００８６】
好ましい実施形態は、機械コントローラ４６に実装される制御戦略を用いて、共通ＤＣリンク３２において、共通ＤＣリンク３２に接続されたすべての装置間での電力平衡を管理する。ＤＣリンク電圧の調整が必要な場合、ＤＣ電圧制御ループに切り替えて、ポンプモータ３８等の高い慣性負荷を有する重要でない軸のＡＳＤに対してトルクコマンドを生成する。機械コントローラ４６は、システムのセンサ及びアクチュエータを接続する高速フィールドバス４５と共に、ＤＣリンク３２の状態に従ってこのような切り替えのための論理判断を下すために必要なすべての情報を有する。この手段により、制動抵抗器のコストがなくなり、熱の形で無駄になるエネルギーが低減され、減速エネルギーがエネルギー貯蔵装置に回収されて、他の油圧作動によって再利用される。オプションとして、バレルヒータ４１の一部が、ソリッドステート切り替え装置を介して共通ＤＣリンク３２に接続され、制動エネルギーを消費してＤＣリンク電圧を制限する目的を果たす。機械コントローラ４６は、ＤＣリンク３２の感知された状態に従ってこのような制御を実行する。したがって、この実施形態の上記方法のいずれか一方又は両方の使用により、制動抵抗器の必要がなくなり、制動エネルギーを、熱として環境中に放散させるのではなく有用な動作に再利用することができる。
【００８７】
好ましい実施形態のさらに別の特徴によれば、機械コントローラ４６は、ポンプモータ３８のＡＳＤに対して、制御コマンドを生成して、油圧アキュムレータ４０の充填状態（ＳＯＣ）及びその充填速度に基づいて流量を調整する。ＡＳＤは好ましくは、ＳＯＣが低い場合にはポンプモータ３８をより高速で稼働させ、ＳＯＣが高い場合にはポンプモータ３８をより低速で稼働させるように機械コントローラ４６により命令される。さらに、機械コントローラ４６は好ましくは、ＳＯＣの充填速度を考慮に入れて、適切な充填速度を提供するようにポンプモータの速度を命令する。
【００８８】
エネルギー貯蔵装置として働く油圧アキュムレータ４０は、貯蔵されたエネルギーを供給して、他の射出成形機油圧アクチュエータ（図示せず）のうちの１つ又は複数の他の油圧作動を支援する。この油圧アキュムレータ４０から容易に利用可能な電力は、ポンプ３９によってのみ作動されるアクチュエータからアクチュエータの応答性を向上させる。薄壁プラスチック射出成形（金型を充填するために高い流量が必要とされる）等の需要の高いプロセスの場合、機械コントローラ４６は、設置されているモータポンプアセンブリの馬力限界に基づいてコマンドを生成して、ポンプモータ３８を、通常の固定速度ポンプモータにより駆動される速度よりも高速で駆動して、より高い射出速度を実現する。これは、本発明を使用しない場合には通常の固定速度ポンプモータによって制限されるシステムの機能性能を増大させる。
【００８９】
好ましい実施形態によれば、複数の電気駆動式装置が共通ＤＣリンク３２に接続され、共通のコンバータを共用する。すべての駆動装置に対して同時に十分に負荷がかかるわけではないため、コンバータ及びＤＣリンク３２を含むコンバータセクションは、共通に接続されない場合、すべての駆動装置の和よりも小さくサイズ決めすることができる。
【００９０】
さらに、好ましい実施形態によれば、機械コントローラ４６は、設置されている駆動装置及び共通コンバータの馬力限界並びに共通ＤＣリンク３２のＤＣ電圧を引き続き監視し制御する。その結果、各駆動装置の個々の過負荷回路保護は必要ない。より小さいサイズのコンバータを使用することによる設置電力の低減により、コンバータ、関連する保護スイッチギヤ、及び配線のコストが低減する。制動抵抗器がなくなることにより、保護ケース及び冷却装置もなくなる。固定速度ポンプモータのモータスタータがなくなり、各駆動装置の個々の過負荷保護が減少して単一の組の保護スイッチギヤになることにより、システムが大幅に簡易化し、部品コストが低減する。こういったコスト低減をすべて合わせると、ポンプモータのＡＳＤの追加コストを補って余りある。
【００９１】
好ましい実施形態の別の特徴によれば、射出ユニットの加熱アセンブリの少なくとも１つのヒータ４１が、インバータを通して共通ＤＣリンク３２に接続され、インバータは上記ヒータに電力を供給して調整し、関連する加熱ゾーンの温度を制御する。これは、共通に接続された電気駆動式作動の制動中又は減速中に回生エネルギーを再利用する手段を提供する。
【００９２】
本発明による有利な諸特徴は、
複数の機械駆動装置を回生制御する装置、及びこのような駆動装置が構成された射出成形機への装置、
或る装置からの回生エネルギーを、エネルギーを必要としている他の装置に切り替えることによって無駄なエネルギー消費を最小に抑えるように、接続された原動機からの回生電力を制御する電気駆動式装置構成、
好ましい実施形態が、
少なくとも１つの油圧軸アクチュエータ、
少なくとも１つの電気軸アクチュエータ、
共通ＤＣリンク、
機械コントローラ、
フィールドバス等の高速作動双方向通信リンク、
制御アルゴリズム、
少なくとも１つの油圧ポンプ及びアキュムレータであって、ポンプは、固定容量及び可変容量のうちの１つであってもよい少なくとも１つの油圧ポンプ及びアキュムレータ。エネルギーアキュムレータ装置は、ヒータ、はずみ車、機械的位置エネルギーアキュムレータ、電池、コンデンサ、燃料電池等のうちの１つ又は複数を含んでもよく、
少なくとも１つの油圧ポンプモータであって、モータは誘導モータ、ＳＲＭ、及びＰＭＳＭのうちの１つであってもよい少なくとも１つの油圧ポンプモータ
少なくとも１つのモータ駆動装置であって、駆動方法は、一定の電圧−周波数Ｖ／Ｈｚ比を有するスカラー周波数、直接ＦＯＣ、間接ＦＯＣ、又はセンサレスＦＯＣ、直接ＤＴＣ、間接ＤＴＣ、又はセンサレスＤＴＣのうちの１つであってもよい、少なくとも１つのモータ駆動装置
を使用して容易に具現することができること
を含む。
【００９３】
４．おわりに
したがって、説明したのは、成形機構造を結合して、射出成形システムに対してより高いエネルギー効率を実現する経済的且つ効率的な手段を提供する方法及び装置が必要である。
【００９４】
添付図面において輪郭で示される、又はブロックで示される個々の部品はすべて、射出成形分野において既知であり、それぞれの固有の構造及び動作は本発明を実行するための動作又は本発明を実行するための最良の形態にとって重要ではない。
【００９５】
本発明を、現時点で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。これとは対照的に、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる各種の変更及び均等の構成を包含するものである。添付の特許請求の範囲は、このような変更並びに均等の構造及び機能をすべて包含するように最も広い解釈に従うべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】既知の電圧源インバータ駆動装置（ＶＳＩ）の概略図である。
【図２】射出成形システムにおいて既知のＶＳＩがどのように機能するかを示す簡易図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態の概略図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態の別の概略図である。
【図５】共通ＤＣリンクでの電力平衡化の制御設計の概略図である。
【０００１】
本発明は、射出成形システムに関し、特に（ｉ）油圧ポンプアセンブリの電気駆動式原動機と、（ｉｉ）複数の油圧及び／又は電気で駆動されるアクチュエータ（パーツ運搬ロボット、押出機、射出ユニット、成形用金型ストローク、及びクランプユニット等）とを備えるハイブリッド式射出成形システムのエネルギー管理、並びに複数の電気駆動式アクチュエータ（パーツ運搬ロボット、押出機、射出ユニット、成形用金型ストローク、及びクランプユニット等）を備える全電動式射出成形機システムのエネルギー管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
従来の射出成形機及びのアクチュエータは通常、油圧動力源を用いる。油圧システムのエネルギー効率がよくないことは既知である。これは主に、固有の容積損失及びトルク損失による。容積損失には、層流漏れ損失、乱流漏れ損失、及び油圧縮性による損失が含まれる。トルク損失には、流体粘度及び機械摩擦による損失が含まれる。
【０００３】
電気油圧装置及び制御機構は、２つの主要動作原理、すなわち（ｉ）導電部での流れへの抵抗を変更することによる弁制御、及び（ｉｉ）油圧系統の発電部での体積流量を変更することによるポンプ制御に基づく。弁制御される駆動装置が、余剰エネルギーを消費することによってエネルギー流を調整する。これはエネルギー効率的ではないが、高性能射出成形機に求められるより高速の応答性及びよりよい制御性を実現することができる。
【０００４】
ポンプ制御される駆動装置では、エネルギー流は需要に従って調整される。これは、可変容量ポンプのスイベル角度、固定容量ポンプの速度、又は可変容量ポンプの速度及びスイベル角度を変更することにより制御を実現する。速度依存損失及び騒音放射の両方を、速度制御される固定容量ポンプを適用することによりかなり低減することができる。ポンプ／モータの効率は、容量、圧力差、及び回転速度等の変数に依存する。可変容量ポンプが小容量で動作している場合、層流漏れ損失及びトルク損失は両方とも比較的大きく、そのためポンプ／モータの効率が低減する。可変容量ポンプを駆動する可変速原動機を使用する作動システムでは、油圧状態（すなわち容積、流れ、及び圧力）を、駆動速度の調整と共にポンプのスイベル角度の調整を通して通常通り制御することができる。この自由度２の調整により、射出成形機へのエネルギー供給を最小に抑えながら小容量でのポンプ／モータ効率の改善が支援される。
【０００５】
近年、コスト低減及びパワーエレクトロニクスの信頼性向上により、サーボ電気モータによって駆動されるアクチュエータが、射出成形機に向けてより実用的になった。電圧源インバータ（ＶＳＩ）がこのような１つの駆動装置である。ＶＳＩ駆動装置は、ＡＣ電力をＤＣ源に変換するコンバータ、整流されたＤＣ電圧をコンデンサ及びオプションのインダクタと共に平滑化する電圧制御ＤＣリンク、並びに制御信号発生器付きの、モータを制御する調整済み電力を供給するインバータを備える。推進手段として電気モータのみを使用する射出成形機は一般に全電動機と呼ばれる。油圧モータ及びサーボ電気モータの両方を推進手段として使用する射出成形機は一般に、ハイブリッド式射出成形機と呼ばれる。
【０００６】
従来の油圧射出成形機では、ポールの数及び原動機（多くの場合に誘導モータ（ＩＭ））の供給周波数は固定されている。そのため、油圧ポンプは、需要がサイクル中にかなり変化する場合であっても一定速度で駆動される。必要流量が低減した場合、余剰流量が安全弁によりアキュムレータタンクにバイパスされる。変化する需要を満たす１つの方法は、可変速駆動装置（ＡＳＤ）をモータに嵌合させることである。ＡＳＤは、ＡＣモータの速度を変化させ、したがってポンプ出力を変化する需要に合わせることができる。ＡＳＤの利点は、出力をニーズに合わせることによるエネルギーコストの低減、モータ及びポンプをより遅い速度で作動させることによる雑音の低減、絞り損失及びバイパス損失の低減、並びにオイル冷却コストの低減である。
【０００７】
１つの制御戦略は、米国特許第５，０５２，９０９号に開示されるもの等、各機械動作段階の需要を合わせることに基づく。機械コントローラが、各プロセスポイントで速度を変更するようにポンプモータを制御する。コントローラの命令する速度が、各プロセスポイントでの実際の要件に密接に合った正しい速度であるほど、節約されるエネルギーは大きくなる。しかし、この手法には欠点がある。駆動装置がゆっくりと加速又は減速する場合、必要とされたときに正しい流量を運搬するために、所望の流量を生成するための速度を、その流量が必要になる前にうまく命令しなければならない。このような加速時に生成される余剰流量は、機械がまだその流量を受け取る準備ができていないため、有用な動作を生み出さない。同じことが減速時にも発生する。より低い新流量への減速は、より高い流量が必要ないときにのみ開始することができる。駆動装置が非常に高速に低速化することができない場合も余剰流量が無駄になる。モータが高速に加減速できる場合であっても、高い慣性を有する原動機の場合、加速中に蓄えられる相当な運動エネルギーが、減速中に無駄になることが多い。したがって、単にＡＳＤを使用して、変化する需要に合うようにポンプモータの速度を変更することは、エネルギー効率を向上させる最も有効な方法ではない。
【０００８】
減速中、電気モータは発電機として機能し、エネルギーは駆動装置にフィードバックされ、電気モータが管理されない場合には、ＤＣリンクの電圧を、駆動装置を動作不能にする許容できないレベルまで増大させてしまう恐れがある。既知のシステムは制動抵抗器及びチョッピング回路を使用して、回生エネルギーを消費する。このエネルギーは熱の形で消費され、再利用することができない。他の既知のシステムでは、能動フロントエンド（active front end）（ＡＦＥ）の形の回生ユニットが使用されて、回生エネルギーをＡＣ電力に変換し、これを供給システムに供給し戻す。ＡＦＥは、供給源とインバータとの間で双方向エネルギー交換を提供し、ダイオードブリッジ整流器よりも低い高調波を発生させる。しかし、ＤＣバス電圧がＡＣ入力電圧のピークよりも大きいことが必要であり、大きくない場合には、出力電流の正弦波形状を保持することができない。
【０００９】
有効であるために、ＡＦＥを備えるＡＳＤは一般に、ダイオードブリッジ整流器を備えるＡＳＤよりも高いＤＣリンク電圧で動作し、これはモータ端子での電圧変化率を高くする。ＡＦＥは、ＡＳＤにさらに１組の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＴＧＢＴ）インバータを追加し、ダイオードブリッジ整流器の２倍のコストを有し、絶縁変圧器及び／又はインダクタの追加等の濾波対策をとらない限りＡＳＤに電磁干渉（ＥＭＩ）の純増加を発生させる。機械製造業者の視点から、費用効率的な機器を顧客に供給することが有利である。それぞれの動作可能な付属品（enabling accessory）と共に、制動抵抗器又はＡＦＥのいずれかを使用する解決策はすべて、システムにコストを付加し、すべての用途で支持されるわけでも、又は望ましいわけでもない。システムの安全性のためのこういった回生エネルギーの管理及び回生エネルギーを再利用のために取り込むことが、全電動式射出成形機及びハイブリッド式射出成形機の両方が直面しなければならない問題であることは明らかである。したがって、射出成形システムのための、より高いエネルギー効率を実現するより経済的且つ効率的な手段が必要である。
【００１０】
射出成形サイクル中の電力需要は一定でなく、平均電力要件は実質的にピーク需要より低い。機械設計者は多くの場合、アキュムレータ等のエネルギー貯蔵装置を設置することによってこのような電力要件パターンを利用し、設置電力（installed power）を低減する。適宜容量の場合、エネルギー貯蔵装置には、低電力需要動作中に機械サイクルのエネルギーが充たされる。高電力需要が必要なときには、エネルギー貯蔵装置は、設置されている電力装置に加えてエネルギーを供給する。このようにして、設置電力を低減することができる。いくつかの既知のシステムは、電気エネルギー貯蔵装置を、電気駆動式装置のＤＣリンクに接続される充電及び放電手段と共に使用して、回生エネルギーを後に使用するために貯蔵する。
【００１１】
電気化学電池及び電解コンデンサが、このような目的で一般に使用される先端技術の電気エネルギー貯蔵装置である。エネルギーを電気化学セルに貯蔵する電池は、いくつかの制約を受ける。このような１つの制約は、所与のセルに可能な充電及び放電のサイクル数である耐用年数である。別の制約は放電深度であり、これは貯蔵されているエネルギーの引き出し可能な割合である。さらに、周囲温度及び適切な充電電流を監視し、限度内に保たなければならない。減損物質は危険であり、その廃棄に追加コストが必要である。
【００１２】
エネルギー貯蔵装置として使用される電解コンデンサも、サイズ、重量、コスト、及び信頼性の面でいくつかの欠点を有する。特に、信頼性は大きな問題である。連続したガス放出により、電解コンデンサは時間の経過に伴って徐々に劣化し、これは通常、システム信頼性の低下の主要因であり、したがって駆動システムの耐用年数を制限する。サイクル時間が短く、ピーク需要が高い射出成形サイクル（薄壁パーツの成形等）では、大容量のエネルギー貯蔵装置が必要である。しかし、大容量電解コンデンサ及び電池の耐用年数は短く、ピークエネルギーの頻繁な引き出しによって制限される。したがって、電解コンデンサは射出成形用途への使用に好ましくない。
【特許文献１】
米国特許第５，０５２，９０９号公報
【特許文献２】
米国特許公開第２００３／００８９５５７Ａ１公報
【特許文献３】
米国特許第６，６１１，１２６号公報
【特許文献４】
米国特許第６，６４７，７１９号公報
【特許文献５】
米国特許第６，３７９，１１９号公報
【特許文献６】
米国特許第６，３３３，６１１号公報
【特許文献７】
米国特許第６，２９９，４２７号公報
【特許文献８】
米国特許第６，２８９，２５９号公報
【特許文献９】
米国特許第６，２７５，７４１号公報
【特許文献１０】
米国特許第６，２７２，３９８号公報
【特許文献１１】
米国特許第６，１２０，２７７号公報
【特許文献１２】
米国特許第６，０８９，８４９号公報
【特許文献１３】
米国特許第６，０３４，４９２号公報
【特許文献１４】
米国特許第５，８１１，０３７号公報
【特許文献１５】
米国特許第５，５８２，７５６号公報
【特許文献１６】
米国特許第５，５８０，５８５号公報
【特許文献１７】
米国特許第５，５２２，４３４号公報
【特許文献１８】
米国特許第５，４８６，１０６号公報
【特許文献１９】
米国特許第５，４７０，２１８号公報
【特許文献２０】
米国特許第５，３６２，２２２号公報
【特許文献２１】
米国特許第５，１２５，４６９号公報
【特許文献２２】
米国特許第５，０９３，０５２号公報
【特許文献２３】
米国特許第５，０５２，９０９号公報
【特許文献２４】
米国特許第４，９８８，２７３号公報
【特許文献２５】
米国特許第４，９０４，９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
油圧アキュムレータは、エネルギー貯蔵装置として、電気化学電池及び電解コンデンサでは利用できない高頻度及び高速の充電及び放電を許容する性能を有する。油圧アキュムレータの典型的な平均効率は９５％〜９７％である。油圧アキュムレータを射出成形機のエネルギー貯蔵装置として使用することは既知である。しかし、これをハイブリッド式射出成形機での回生電気エネルギーの取り込みに適用することは新規である。これは部分的には、回生電気エネルギーを変換して油圧アキュムレータに分流させる簡易な変換手段及び伝達手段がないことによる。仮にこのような手段が存在する場合であっても、いかなる射出成形システムにも、安全、有効、且つ効率的なエネルギーの交換及び調整を管理する制御手段はない。したがって、新しい解決策が必要である。本発明は、こういった問題を解決する新しい方法及び手段を開示する。
【００１４】
Ellingerに付与された米国特許公開第２００３／００８９５５７Ａ１には、スーパーキャパシタを使用してエネルギーを貯蔵するエレベータ動作システムが記載されている。この出願は、共通ＤＣリンクで電力平衡化する方法も教示していなければ、その開示が射出成形機器にどのように関連し得るかも教示していない。
【００１５】
Mizunoに付与された米国特許第６，６１１，１２６号には、電力を貯蔵してモータに供給することができ、同じモータを制御するインバータと同じＤＣリンクに接続される充電器の使用が記載されている。この特許は、電気軸の減速中での回生エネルギーの貯蔵に油圧アキュムレータを使用することを考察していない。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００１６】
Truningerに付与された米国特許第６，６４７，７１９号には、機械の電力制御システムが記載されている。電気モータがポンプを駆動し、システムが振動子のように動作するように、ポンプは加圧油を、アクチュエータ及びアキュムレータを備える油圧回路に供給する。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００１７】
Truningerに付与された米国特許第６，３７９，１１９号には、可変速電気モータにより駆動されるポンプによって供給される鉛直荷重が参照される開放油圧回路が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００１８】
Shibuyaに付与された米国特許第６，３３３，６１１号には、蓄電手段を使用してモータからの回生電気エネルギーを蓄えて、同モータの駆動電圧よりも高い蓄電電圧に充電し、同モータの加速期間中にこのような蓄電エネルギーを同モータに供給することが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクの管理、複数の電気サーボ軸を供給することを考察しておらず、油圧アキュムレータを使用して、電気軸の減速中に回生エネルギーを貯蔵することを考察していない。
【００１９】
Bulgrinに付与された米国特許第６，２９９，４２７号には、可変速モータ駆動式ポンプの制御機構が記載されている。この特許の開示によれば、射出成形機の軸を駆動する各モータ／ポンプが、サイクル要件に合うように独立して制御される。この特許は、油圧エネルギー貯蔵手段を使用することの利点を考察しておらず、共通ＤＣリンクを管理して射出成形機のエネルギー効率を向上させることを考察していない。
【００２０】
Choiに付与された米国特許第６，２８９，２５９号には、射出成形機の油圧アクチュエータを制御する手段が記載されている。マイクロコントローラがアクチュエータに隣接して配置され、システム制御プロセッサに電気的に接続される。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供していない。マイクロコントローラは、適宜配置されたセンサから受け取る信号に応答してアクチュエータの動作を制御するに過ぎない。
【００２１】
Choiに付与された米国特許第６，２７５，７４１号には、オペレータ制御パネル、複数の射出成形装置及び射出成形機能に結合される汎用コンピュータを含む射出成形システムの動作を制御する手段が記載されている。したがってこのコンピュータは、射出成形及びオペレータ制御機能の両方のマルチタスク制御を行うことができる。この特許は電力管理を考察していない。
【００２２】
Osborneに付与された米国特許第６，２７２，３９８号には、成形プロセスを制御するプロセッサを有する第１のコンピュータ、及びオペレータがプロセスに関連するパラメータを閲覧できるようにする特定用途向けプログラムを有する第２のコンピュータを含む射出成形機のプロセス制御システムが記載されている。この特許は電力管理に関連しない。
【００２３】
Klausに付与された米国特許第６，１２０，２７７号には、射出成形機のスクリュー又は油圧ポンプを駆動してアキュムレータを充電する可変速モータが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２４】
Bulgrinに付与された米国特許第６，０８９，８４９号には、可変速モータ駆動式ポンプの制御機構が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２５】
Saitoに付与された米国特許第６，０３４，４９２号には、ＤＣモータ発電機とコンデンサとの組み合わせが記載されている。ＤＣモータ発電機は回転して、電気エネルギーをコンデンサに提供して貯蔵する。貯蔵された電気エネルギーは、緊急時電源を提供する。この特許は、非常に不完全な形の電力管理システムを記載している。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２６】
Ludwigに付与された米国特許第５，８１１，０３７号には、成形サイクルの冷却時間長が所定の時間よりも長い場合に電気駆動式装置をオフにすることが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２７】
Koyamaに付与された米国特許第５，５８２，７５６号には、サーボ駆動装置からのＤＣ源を使用して射出成形機のヒータを制御することが記載されている。この特許は、ヒータを使用して、インバータにより制御されるモータの減速中に回生されるエネルギーを再利用することも考察していなければ、共通ＤＣリンクでの電力平衡化を管理することも考察していない。
【００２８】
Holzschuhに付与された米国特許第５，５８０，５８５号には、各種アクチュエータを供給する可変速モータ駆動式ポンプが記載されているが、アキュムレータは示されていない。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００２９】
Lindblomに付与された米国特許第５，５２２，４３４号には、直流電流動作ユニットを含む駆動ユニットにより駆動される非常に大型の製織機械が記載されている。ＤＣユニットは、駆動装置が加速中であるか、それとも減速中であるかに応じてモータ又は発電機として動作する。減速時、電気エネルギーは給電ネットワークにフィードバックされる。駆動ユニットの制御ユニットは、マイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータユニットであってもよい。この特許は、駆動ユニットの減速中に発生された余剰エネルギーが電気エネルギーとして再び取り込まれる電力管理システムを開示している。この特許は２つのＤＣモータの使用を開示しており、これらＤＣモータは発電機として転換して、無駄なエネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３０】
Hehlに付与された米国特許第５，４８６，１０６号には、周波数調整可能なコンバータに接続されて速度を制御する回転電流モータにより駆動され、一定の動作圧力勾配を保持するように動作する可変容量ポンプが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３１】
Hillmanに付与された米国特許第５，４７０，２１８号には、複数の射出成形用金型及び吹き込み成形用金型をそれぞれ有する複数の射出吹き込み成形機を含む射出吹き込み成形装置が記載されている。プロセスコントローラが各機械に結合され、マスタプロセッサが各コントローラに結合される。この特許は、電力管理のためのいずれのメカニズムも記載していない。
【００３２】
Faigに付与された米国特許第５，３６２，２２２号には、ベクトル制御ＡＣ誘導モータをサーボ機構駆動システムに使用する全電動式射出成形機が記載されている。各駆動手段のベクトルコントローラ手段は、機械的スイッチ又はソリッドステートスイッチのいずれかの形のスイッチバンクを通して多重化された、パルス幅変調トリガ信号を各ＡＣモータに関連する電力増幅器の電力モジュールに一度に１つずつ提供する共通のＣＰＵを共用する。機械的スイッチ又はソリッドステートスイッチのいずれかの使用により、すべてのサーボ軸をリアルタイムで同時制御することを回避することができる。しかし、‘２２２特許は、機械プロセスにより回生されるあらゆる余剰電力を回収する機構もそれを再利用する機構も提供せず、共通ＤＣリンクでの電力平衡化を管理する機構も提供しない。さらに、‘２２２特許のベクトル制御ＡＣ誘導モータは、ＡＣ誘導モータの回転子の角度位置を検出するためにエンコーダ又は速度センサ等のセンサを必要とする。これとは対照的に、センサ付き駆動装置と同じトルク力学を有するセンサレスの技法が既知である。たとえば、J. Holtz著「Methods for speed sensorless control of AC Drives」（Proc. IEEE IECON'93, Yokohama, Japan, 1993, pp. 415-420）、A. Ferrah、K. J. Bradley、P. Hogben-Laing、M. Woolfson、G. Asher、及びM. Summer著「A speed identifier for induction motor drives using real-time adaptive digital filtering」（IEEE Trans. Ind. Applicat. Vol 34, pp. 156-162, Jan/Feb. 1998）を参照のこと。さらに、ベクトル制御方法ではなく直接トルク制御方法を使用してコントローラにより制御される誘導モータも、‘２２２の開示と同じ機能及び性能を提供することができる。たとえば、「Technical Guide NO. 1 - Direct Torque Control」（ABB Industry Oy, 3BFE 58056685 R0125 REV B, EN 30.6.1999）参照のこと。
【００３３】
Scottに付与された米国特許第５，１２５，４６９号には、自動車両からの減速エネルギーを貯蔵し、貯蔵された減速エネルギーを使用して自動車両の加速を支援するシステムが記載されている。この特許は、電力回収システムの別の用途を示すのに有用である。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３４】
Wurlに付与された米国特許第５，０９３，０５２号には、電気駆動式ポンプの可変速駆動装置が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３５】
Hertzerに付与された米国特許第５，０５２，９０９号には、可変速度モータを使用してポンプを駆動する油圧射出成形機が記載されている。可変速度モータの動作信号は、機械の特定の動作段階に必要な作動油出力に従って計算される複数の記憶されている値のうちの１つに従って機械コントローラにより生成される。この特許は、アキュムレータ手段を使用して機械プロセスにより生成されるあらゆる余剰電力を再び取り込む機構を提供せず、アキュムレータを充たしてエネルギー効率を向上させるいずれの手段も提供しない。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３６】
Faigに付与された米国特許第４，９８８，２７３号には、ブラシレスＤＣモータをサーボ機構駆動システムに使用する全電動式射出成形機が記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【００３７】
Jonesに付与された米国特許第４，９０４，９１３号には、成形機の個々のステップを感知し、動作ステップ中に成形機が必要とする最小電力量をそれぞれ表す電圧レベルを時系列で生成し、各動作ステップ中にこのような電圧レベルに応答してモータの速度を変更して、サイクル中に機械が必要とする電力を低減する位相インバータを含むモータ制御システムが記載されている。この特許は、共通ＤＣリンクでの電力平衡化の方法に関する教示を提供しない。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
［発明の概要］
本発明の利点は、上記問題を解消する射出成形システム用のエネルギー管理システムを提供することである。本発明の利点は、システムのコストを安価に保ちながら、実際用途でシステムのエネルギー効率及び機能性能が高くなるように動作を制御し、エネルギーを処理する射出成形システム用のエネルギー管理システムを提供することでもある。
【００３９】
２つの重要な制御戦略を高性能モータ制御方式に使用することができる。１つは、Hasse及びBlaschkeにより１９７０年代初頭に開発された、ベクトル制御としても一般に知られているフィールドオリエンテッド制御（ＦＯＣ）の理論である。F. Blaschke著「The principle of field orientation as applied to the new Transvektor closed loop control system for rotating field machines」（Siemens Review, Vol. 34, 1972, pp. 217-220）を参照のこと。ＦＯＣは直接、間接、又はセンサレスに分類することができる。直接ＦＯＣは、モータの筐体に配置されたセンサで回転子角度を直接測定する。間接ＦＯＣは、たとえば、レゾルバ又はタコメータを使用して速度を測定し、次いで速度を積分することによってスリップ角を求める。直接ＦＯＣ及び間接ＦＯＣと異なり、センサレスＦＯＣは、すべての測定及び計算をモータの固定子変数に対して行う。高性能モータ制御方式で使用することができるその他の重要な制御戦略は、Takahaski及びDependbrockにより１９８０年代中盤に開発された直接トルク制御（ＤＴＣ）である。たとえば、Takahashi Isao、Noguchi Toshihiko著「A New Quick-Response and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor」（IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-22, No. 5, Sept/Oct 1986）、M. Depenbrock著「Direct Self-Control (DSC) of Inverter-Fed Induction Machine」（IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 3, No. 4, Oct. 1988）、及び「Technical Guide No. 1 - Direct Torque Control」（ABB Industry Oy, 3BFE 58056685 R0125 REV B, EN 30.6.1999）を参照のこと。ＤＴＣ駆動装置は通常、センサレス駆動装置として、すなわちエンコーダ又はタコメータ等のフィードバック装置を必要とすることなく非常に良好に動作する。回転子の速度又は位置がフィードバックとしてＤＴＣ駆動装置に提供される場合、その静的な性能及び動的な性能は他の任意のサーボ駆動装置の静的な性能及び動的な性能に合致することができる。ＤＴＣは卓越したトルク制御も提供するが、射出成形機には一般に使用されていない。ＦＯＣ又はＤＴＣのいずれかにより制御されるＡＳＤを使用して、本発明による利点を実現することができる。デジタルコンピュータの利点を用いて、これら制御戦略及びそれぞれの以後の向上を今や、産業用途で実現することができる。これらにより、かつてはより高コストの永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）に独占されていた高度な用途に対してより簡易な構造のモータの使用が可能になる。主に固定速度用途に使用されていた誘導モータ（ＩＭ）に、費用効率的なＡＳＤを装備して、可変速度用途を満足させることができる。スイッチドリラクタンスモータ（ＳＲＭ）に関する制御問題は、高度デジタル電力電子制御により解決することができる。ＳＲＭはここでＩＭと同様の性能を有することができるが、ＩＭよりもはるかに安価であり、且つ堅牢である。本発明の利点の実現に、ＩＭ、ＳＲＭ、及びＰＭＳＭを使用することができる。
【００４０】
典型的なハイブリッド式及び全電動式射出成形システムには通常、いくつかのモータが単一のシステムに設置されており、各モータには、各自のコンバータ、ＤＣリンク、及びインバータをそれぞれ有する個々の駆動装置が装備されている。本発明の一態様によれば、ハイブリッド式又は全電動式射出成形システムが、１つのコンバータがいくつかのインバータに供給する共通ＤＣリンク構成を備える構造及び／又はステップが提供される。これはシステム部品の数を低減し、それによってシステムの信頼性を増大させる。好ましくは、ＡＳＤを共通ＤＣリンク構造で動作させることは、システムコストの低減及びキャビネットスペースの低減に貢献する。ハイブリッド式又は全電動式射出成形機の複数の駆動装置が共通ＤＣリンクを共用する場合、慣性の中で蓄えられた運動エネルギーは好ましくは、電力シェアのためにＤＣリンクに回生される。電圧が低下すると、高慣性駆動装置が好ましくは制動モードになり、エネルギーを回生して、ＤＣリンク電圧を高く維持する。好ましくは、本発明は、ＦＯＣ又はＤＴＣのいずれかをそれぞれの制御方法として有する駆動装置をさらに含む。ＦＯＣ制御又はＤＴＣ制御されるモータの場合、発動力から発電へ、及びその逆への遷移を数ミリ秒以内で実現することができる。次いで、回生エネルギーを使用して同じＤＣバス上の他の駆動装置に給電し、供給源からのエネルギーの取り入れを低減する。同様に、高慣性負荷の高速減速による回生エネルギーの高サージを、重要でない負荷を加速することによりＤＣバスから除去することができる。
【００４１】
本発明の利点は、機械コントローラにより、重複する動きを低減するようにプロセスステップを変更すること、又は速度プロファイルを低減することのいずれかによりプロセス需要を低減して、設置電力を超えないように保証できることである。これは、設置電力に従って（Ｖ６又はＶ８エンジンを使用する自動車と比較して）同一の機能を異なる性能レベルで有する一連の製品を可能にする新規の特徴である。本発明の利点は、押出機ヒータを使用してスクリュー減速中に回生エネルギーを吸収できるようにすることでもある。これは、スクリュー減速中、スクリューによって生成される樹脂への加熱力が低減され、スクリューによる回生電力をヒータにより再利用して、溶融樹脂への加熱力を均一に保つことができるため有意味である。
【００４２】
本発明の別の利点は、電気モータ駆動式アクチュエータの高速減速中に回生電力を消費するためだけに設置されている制動抵抗器をなくすことができることである。本発明の別の利点は、有用な動作を行うために使用することができない余剰エネルギーの供給を制限することによりハイブリット式射出成形システムへの省電を実現できることである。本発明の別の利点は、回生電力を再利用して有用な動作を行えることである。
【００４３】
本発明のさらなる利点は、システムのコストを低く保ちながらエネルギー効率及び機能性能を向上できることである。
【００４４】
上記利点は、本発明の他の有利な特徴に加えて、システムのセンサ、トランスデューサ、アクチュエータ、及び分散コントローラとリアルタイムに通信して、システムから信号及び測定値を受け取り、予めプログラムされた制御ソフトウェアと共にこのような情報を使用してコマンド信号及び情報をシステム並びにシステム制御操作及びプロセスに向けてリアルタイムで生成するように構成される構造を有する機械コントローラを備えるハイブリッド式射出成形システムにより本発明の別の態様において実現される。共通ＤＣリンクは、ＤＣ電力をインバータに提供し、可変速駆動装置により制御される少なくとも２つの電気モータへの／からの電力を制御する。高速双方向通信フィールドバスが、すべての駆動装置のコントローラ及び機械コントローラと通信できるように構成される。スレーブ軸が、共通ＤＣリンクからの電力を供給及び吸収できるように構成される。トルクコントローラが、スレーブ軸を（ｉ）通常速度制御及び（ｉｉ）ＤＣリンク電圧制御で制御でき、制御を上記２つの制御間でバンプレス移行様式で切り替えられるように構成される。油圧ポンプアセンブリの電気駆動式原動機は、油圧駆動式作動構造を介して流量及び作動油供給電力を調整できるように構成される。エネルギー蓄積手段が、作動油の受け取り及び放出を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように動作可能である。
【００４５】
上記利点は、本発明の他の有利な特徴に加えて、システムのセンサ、トランスデューサ、アクチュエータ、及び分散コントローラとリアルタイムに通信して、システムから信号及び測定値を受け取り、予めプログラムされた制御ソフトウェアと共にこのような情報を使用してコマンド信号及び情報をシステム並びにシステム制御操作及びプロセスに向けてリアルタイムで生成するように構成されている機械コントローラを備える全電動式射出成形システムにより本発明のさらに別の態様において実現することもできる。共通ＤＣリンクは、ＤＣ電力源をインバータに提供し、可変速駆動装置により制御される少なくとも２つの電気モータへの／からの電力を制御するように構成される。高速双方向通信フィールドバスが、すべての駆動装置のコントローラ及び機械コントローラと通信できるように構成される。スレーブ軸が、共通ＤＣリンクから電力を供給及び吸収できるように構成される。トルクコントローラが、スレーブ軸を（ｉ）通常速度制御及び（ｉｉ）ＤＣリンク電圧制御で制御でき、制御を上記２つの制御間でバンプレス移行様式で切り替えられるように構成される。電気駆動式高速モータが機械はずみ車を駆動し、機械はずみ車の速度を調整することができ、エネルギー蓄積構造が、機械はずみ車の速度調整を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように構成される。
【００４６】
本発明のさらに別の態様によれば、少なくとも第１の成形機装置を駆動するように構成される第１の電気駆動式原動機及び少なくとも第２の成形機装置を駆動するように構成される第２の電気駆動式原動機を備える射出成形機のエネルギー管理制御装置のための構造及び／又はステップの一意の組み合せが提供される。共通ＤＣリンクが、ＤＣエネルギーを第１の電気駆動式原動機及び第２の電気駆動式原動機に提供するように構成される。スレーブ軸が、共通ＤＣリンクへエネルギーを供給するとともに、共通ＤＣリンクからエネルギーを吸収するように構成される。機械コントーラが、（ｉ）第１の電気駆動式原動機、第２の電気駆動式原動機、共通ＤＣリンク、及びスレーブ軸と通信し、（ｉｉ）第１の電気駆動式原動機及び第２の電気駆動式原動機のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、スレーブ軸に、エネルギーを共通ＤＣリンクに供給させ、（ｉｉｉ）第１の電気駆動式原動機及び第２の電気駆動式原動機のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、スレーブ軸に共通ＤＣリンクからエネルギーを吸収させるように構成される。
【００４７】
本発明のさらに別の態様によれば、（ｉ）第１の成形機装置を駆動するように構成される第１のモータ及び（ｉｉ）第２の成形機装置を駆動するように構成される第２のモータを有する成形機のエネルギー管理装置のための構造及び／又はステップの一意の組み合わせが提供される。電気リンクが、第１のモータ及び第２のモータに結合される。エネルギー貯蔵構造が、（ｉ）第１のモータ及び第２のモータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーを貯蔵し、（ｉｉ）貯蔵された余剰エネルギーを第１の成形機装置及び第２の成形機装置のうちの少なくとも一方に提供するように構成される。処理構造が、（ｉ）第１のモータからの余剰エネルギーをエネルギー貯蔵構造に貯蔵させ、（ｉｉ）エネルギー貯蔵構造に貯蔵されている余剰エネルギーを使用させて少なくとも第１の成形機装置を駆動させるように構成される。
【００４８】
本発明のさらに別の態様によれば、金型と、金型クランプアクチュエータを有する金型クランプと、金型スクリューアクチュエータを有する金型スクリューとを有する射出成形機のための構造及び／又はステップの一意の組み合わせが提供される。電気リンクが、金型クランプアクチュエータ及び上記金型スクリューアクチュエータを結合する。エネルギーアキュムレータが金型クランプアクチュエータ及び金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方に結合される。エネルギー管理処理構造が、（ｉ）金型クランプアクチュエータ及び金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーをエネルギーアキュムレータに貯蔵させ、（ｉｉ）エネルギーアキュムレータに貯蔵されたエネルギーを金型クランプアクチュエータ及び金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方に提供させるように構成される。
【００４９】
本発明の別の態様によれば、第１の成形装置を駆動する第１のアクチュエータ及び第２の成形装置を駆動する第２のアクチュエータを有する成形機でのエネルギー管理方法のためのステップの一意の組み合わせが提供される。ステップの組み合わせは、（ｉ）第１のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を第１のアクチュエータから受け取ること、（ｉｉ）第２のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を第２のアクチュエータから受け取ること、（ｉｉｉ）受け取った入力信号に基づいて第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー余剰状況を計算すること、（ｉｖ）受け取った入力信号に基づいて第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー不足状況を計算すること、（ｖ）計算に基づいて、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーをエネルギー蓄積装置に提供すること、並びに（ｖｉ）計算に基づいて、エネルギー蓄積装置からの余剰エネルギーを第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのうちの少なくも一方に提供することを含む。
【００５０】
本発明の現時点で好ましい特徴の例示的な実施形態について、添付図面を参照しつつこれより説明する。添付図面は機能サブシステムのブロック図を示す。図面中の制御信号及び部品は、理解し易くするために付番されている。これら番号は本開示全体を通して参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
本発明について、射出成形システムのアクチュエータが処理構造、共通ＤＣリンク、及びエネルギー管理構造を使用して制御されるいくつかの実施形態に関してこれより説明する。しかし、本発明には、複数の電気サーボ駆動式アクチュエータが使用される製品運搬ロボット、パッケージング機、ダイキャスト機、金属射出機、オートメーション機器、及び吹き込み成形機等の他の用途でも有用であることができる。
【００５２】
２．電圧源インバータ駆動装置
図１は、典型的なＶＳＩ駆動ユニットの主機能パーツを示す。ＶＳＩは、設備から提供される固定電圧及び固定周波数で三相電力をとり、可変速電気モータでの使用に望まれる可変電圧及び可変周波数の三相電力に変換する。ユニットは、３つの主機能セクションを有する。コンバータ１０は三相供給電力をとり、全波６ダイオードブリッジにより整流して単相ＤＣ出力電圧にする。整流は調整されないため、出力電圧は高いリップル含有量（ＡＣ供給５０〜６０Ｈｚに対応して３００〜３６０Ｈｚ）を有する。
【００５３】
第２のセクションはチョーク１２を含むＤＣリンク１１及びコンデンサ１４を含み、ＤＣ電圧のリップルを許容可能なレベルに平滑化する機能を行う。チョーク１２は、ＡＣ供給源からのコンデンサ１４への緩衝を助け、高調波を低減するように働く。負荷がＤＣリンク１１に加えられると、コンデンサ１４は放電を開始する。ＤＣリンク１１は、線間電圧がＤＣリンク電圧よりも大きい場合にのみ供給源からコンバータ１０のダイオードを通して電流を引き込む。これは供給電圧のピークで、又はピーク付近で発生し、電流パルスが供給電圧のピーク付近で入力サイクル毎に発生することになる。負荷がＤＣリンク１１に加えられると、コンデンサ１４は放電し、ＤＣ電圧が降下する。ＤＣ電圧が低いほど、ＤＣリンク電圧よりも高い供給電圧の持続時間が長くなる。このため、電流のパルス幅又は電力伝送量は部分的に、ＤＣリンク１１への負荷によって決まる。
【００５４】
第３のセクション中のインバータ１５は、駆動装置コントローラ２４（図２に示す）の制御下でＤＣリンク１１からのＤＣ電圧を可変電圧及び可変周波数の三相電力に反転させる。駆動装置コントローラ２４は、駆動ユニットの測定装置を通して得られる電圧測定値及び負荷電流測定値を使用して、インバータの６個の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１６の切り替えを制御する信号を構築する。先端技術の駆動装置コントローラは、高速（マイクロ秒単位）で行われる電流制御パルス幅変調（ＣＲＰＷＭ）又は空間ベクトル変調（ＳＶＭ）を用い、６個のＩＧＢＴ１６の切り換えを通して三相出力電圧及び周波数を発生する。
【００５５】
インバータ１５の各ＩＧＢＴ１６に対応して、モータの回生電力を再びＤＣリンク１１に伝送するための経路として機能するダイオード１７がある。ＤＣリンク１１は、限られたエネルギー貯蔵容量のみを有する。モータの高速減速又は負荷変更が求められる場合、通常、駆動装置を電力サージから保護するために制動抵抗器（図示せず）が必要である。この制動抵抗器は、ＤＣリンク１１でのエネルギーを熱の形で消費して、ＤＣリンク１１の電圧が設計限界を超えて上昇しないように保つ。本発明の好ましい実施形態によれば、制動抵抗器（及びその結果としてのエネルギーの無駄）は、駆動ユニットへの適切な保護を依然として提供しながらなくすことができる。
【００５６】
図２は、射出成形システムにおいて既知のＶＳＩがどのように機能するかを示す簡易図である。ＶＳＩ駆動ユニットは、説明し易くするために３つのブロック、すなわちコンバータ２０、ＤＣリンク２１、及びインバータ２２に抽象化されている。射出成形システムのプロセス及び動作に基づいて、機械コントローラ２５はモータ２３に必要な目標速度及び／又はトルクを決定する。これら要件は、コマンドの形で、毎秒数メガビット程度で動作する高速双方向フィールドバスインタフェース２６を介して駆動装置コントローラ２４に送られる。駆動装置コントローラ２４は、インバータ２２のＩＧＢＴを切り替えて（マイクロ秒単位で）、射出成形機システムの電気軸（油圧ポンプモータ、押出機スクリュー回転モータ、エジェクタアクチュエータ、クランプアクチュエータ、クランプロックアクチュエータ、金型ストロークアクチュエータ、射出アクチュエータ、及び製品運搬機の軸等）を駆動するモータ２３に必要な電圧及び電流を発生して、機械コントローラ２５が要求する速度及びトルクを満足させる。切り替え制御は、駆動装置コントローラ２４にインストールされる制御アルゴリズム（後述）によって確立されるパターン及びタイミングシーケンスに従って実行される。
【００５７】
制御アルゴリズムは、機械コントローラ２５からのコマンドをとり、ＤＣリンク電圧、負荷位相電流、負荷位相電圧、及びオプションとしてモータ２３の回転子位置の測定値を使用して、ＩＧＢＴの切り替えパターン及びタイミングシーケンスを計算する。計算は、１）電圧−周波数（Ｖ／Ｈｚ）比を一定に保つことに基づくスカラー周波数制御、２）直接回転子位置測定に基づく直接ＦＯＣ、３）速度測定からの回転子位置推定に基づく間接ＦＯＣ、４）モータの電流値及び電圧値から計算される速度からの回転子位置推定に基づくセンサレスＦＯＣ、５）直接回転子位置測定に基づくＤＴＣ、６）速度測定からの回転子位置推定に基づくＤＴＣ、及び７）センサレスＤＴＣ等の先端技術のモータ制御方法の１つに基づく。たとえば、「Digital Signal Processing Solution for AC Induction Motor」（Texas Instruments Application Note BPRA043, 1996）、「Field Oriented Control of 3-Phase AC-Motors（Texas Instruments Application Note BPRA073, February 1998）、「High performance Direct Torque Control Induction Motor Drive Utilising TMS320C31 Digital Signal Processor」（Inter University DSP Solutions Challenge '99, Texas Instruments April 22, 2000）、「A Variable-Speed Sensorless Drive System for Switched Reluctance Motors」（Texas Instruments Application report SPRA600 - October 1999）、「AC Induction Motor Control Using Constant V/Hz Principle and Space Vector PWM Technique with TMS320C240」（Texas Instruments Application report SPRA284A, April 1998）、「Sensorless Control with Kalman Filter on TMS320 Fixed-Point DSP」（Texas Instruments BPRA057, July 1997）、Frank J. Bartos著「The 3 (or more) faces of ac variable-speed drives」（Control Engineering November 1, 2001）、及びFrank J. Bartos著「Sensorless AC Drives Fill Price/Performance Niche」（Control Engineering March 1, 2001）を参照のこと。これら制御方法はすべて、既製のＶＳＩ駆動装置と共に利用することが可能である。選択は主に、用途要件及び経済的側面に基づく。
【００５８】
３．好ましい実施形態
図３は、本発明の好ましい実施形態の全体の概略である。駆動装置３０は、コンバータ３１、ＤＣリンク３２、並びに複数のインバータ３３、３４、及び３５を備える。駆動装置コントローラ３６は、図１の電流測定１３を介して測定される等の実際の供給電流Ｉｓｕｐｐｌｙ（ｔ）及び図１の電圧測定１８を介して測定される等の実際のＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）を監視する。インバータ３３は、ＡＣ供給を、機械の装置を作動させるモータ３７に提供する。この回路及びその関連部品は、ハイブリット式及び全電動式の両方の射出成形システムのアクチュエータに典型的な駆動装置を形成する。複数のこのような装置をハイブリット式射出成形システムに設置してもよい。インバータ３４は、ＡＣ供給を、ＩＭ又はＳＲＭのいずれであってもよく、可変若しくは固定の容量油圧ポンプ３９又は複数のこのようなポンプを駆動するＡＣモータ３８に提供する。ポンプ（複数可）は、アキュムレータ４０を含み、システムの少なくとも１つの油圧式アクチュエータ（図示せず）を駆動する回路に加圧油を供給する。オプションのインバータ３５は、パルス幅変調（ＰＷＭ）電力を少なくとも１つの押出機ヒータ４１に提供する。各インバータは、ＤＣ供給電圧、実際の負荷電流、実際の負荷電圧、オプションとして回転子の速度又は位置を監視し、ＩＧＢＴ切り替え回路を制御してそれぞれの装置への電流を調整する各自の駆動装置コントローラ４２、４３、及び４４をそれぞれ有する。
【００５９】
すべての駆動装置コントローラは好ましくは、１ｍＳよりも高速なサイクル更新時間を有する高速双方向通信フィールドバス（４５で概略的に示す）で共に接続され、このフィールドバスは駆動装置コントローラを機械コントローラ４６に接続もする。好ましくは、機械コントローラ４６は、高速双方向通信フィールドバス４５へのインタフェースを有する１つ又は複数の汎用コンピュータを含む。もちろん、１つ又は複数の汎用コンピュータに加えて、又はこれ（ら）に代えて、いかなる種類のコントローラ又はプロセッサを使用してもよい。たとえば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ゲートアレイ、アナログ回路、専用デジタル及び／又はアナログプロセッサ、ハードワイヤード回路等を、本明細書において述べる制御機能を行うために使用してもよい。このようなコントローラ又はプロセッサのうちの１つ又は複数を制御するための命令は、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＡＭ、フラッシュＲＡＭ記憶装置、ＥＥＰＲＯＭ、磁気媒体、光媒体、光磁気媒体、又はネットワーク接続された記憶装置等の望ましい任意のコンピュータ可読媒体に、且つ／又は任意の望ましいデータ構造で記憶してもよい。
【００６０】
油圧トランスデューサ４８がアキュムレータ４０の油圧を測定し、その測定値がＡ／Ｄコンバータ４９によってアナログ形態からデジタル形態にリアルタイムで変換され、その後、デジタル信号線４７を介して機械コントローラ４６に送られる。信号線４７はコンピュータ４６の直接デジタルインタフェース又は異なるフィールドバスのものであってもよいが、同じ高速双方向通信フィールドバス４５のものであることが好ましい。
【００６１】
ハイブリッド式又は全電動式射出成形機の複数の駆動装置が共通ＤＣリンク３２を共用する場合（図３に示すように）、ＤＣリンクコンデンサの貯蔵エネルギーの変化は、コンバータ３１の入力電力Ｐｃｏｎ（ｔ）とインバータ３３、３４、及び３５の出力電力の和Σｎ ｉ＝１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）との電力差によるものであり、ここで、Ｐｉｎｖｉ（ｔ）は時間ｔでのｉ番目のインバータの瞬間電力であり、ｎはＤＣリンク３２に接続されたインバータの総数である。Ｐｉｎｖｉ（ｔ）は、インバータ出力の測定された電流及び電圧から、又はインバータの電流コマンド及び電圧コマンドから計算することができる。
【００６２】
各部品の固有の切り替え損失及び導電損失を無視して、以下の式を使用してＤＣリンク３２での各種電力間の関係を記述することができる。
【００６３】
【数１】
【００６４】
式中、ＣはＤＣリンクコンデンサの容量であり、Ｖｄｃ（ｔ）はＤＣリンク３２の瞬間電圧であり、ΔＶｄｃ（ｔ）は短い時間間隔ΔｔでのＤＣリンク電圧変化である。
【００６５】
電力がＤＣリンク３２で平衡化されているとき、入力電力はすべての出力電力の和に等しく、ＤＣリンクコンデンサの貯蔵エネルギーは変化せず、ＤＣリンク電圧にばらつきはもたらされない。すなわち、Ｐｃｏｎ（ｔ）＝Σｎ ｉ−１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）の場合、ΔＶｄｃ（ｔ）／Δｔ＝０である。ＤＣリンク３２での電力平衡を狂わせるいくつかの状況がある。
【００６６】
状況１
Σｎ ｉ＝１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）が負であり、Ｖｄｃ（ｔ）＋ΔＶｄｃ（ｔ）がＤＣリンクの設計高電圧限界Ｖｄｃ_ＭＡＸ（ｔ）よりも高い場合。この状況は、減速軸からの回生電力をその他のアクティブな軸で再利用することができず、ＤＣリンクの電力貯蔵容量を超えた場合に発生する。このような余剰エネルギーを取り除く何等かの手段が好ましくは使用される。
【００６７】
状況２
Σｎ ｉ＝１Ｐｉｎｖｉ（ｔ）がコンバータ３１の馬力限界を超える場合。好ましい実施形態は、すべての軸がそれぞれのピーク需要に同時にあるわけではなく、これが設置部品のコストを低減することを利用する。共通のコンバータ３１を共用する複数の駆動装置があるため、すべての軸の総需要はコンバータ３１の馬力限界を超え得る。需要を馬力限界よりも低く制限する何等かの手段が好ましくは使用される。
【００６８】
状況３
電力供給源が瞬間的に電圧低下を受ける場合（これは結果として、ＤＣリンクコンデンサの放電により、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）を設計低電圧限界Ｖｄｃ＿ＭＩＮ（ｔ）よりも下げる）。この状況は供給源による。この結果は、共通ＤＣリンク３２に貯蔵されているエネルギーの完全な枯渇に繋がり得る。駆動装置コントローラの制御電力を共通ＤＣリンク３２から供給することができるため、これは共通ＤＣリンク３２の充電時間が遅いことによりシャットダウン及び起動時間が延びることに繋がる。したがって、いくらかの限られたライドスルー能力を提供して、共通ＤＣリンク３２の電圧を許容可能な低レベルに維持することが望ましい。
【００６９】
状況４
電力供給源が瞬間的な電圧サージを受ける場合（これは結果として、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）を設計高低電圧限界Ｖｄｃ＿ＭＡＸ（ｔ）よりも上昇させる）。この状況は供給源による。過電圧が電子部品に害を与える恐れがある。この状況を瞬間的に軽減する好ましい手段は、射出成形プロセスに悪影響を及ぼすことなく可能な限り大きな電力を吸収することである。
【００７０】
重要な特徴は、１つ又は複数の軸を駆動して、正確な量の電力を提供し、且つ／又は回収して、ＤＣリンクでの電力平衡を維持することである。上記諸状況を鑑みて、好ましい実施形態は、ＤＣリンク３２での電力平衡を維持する以下の属性を有するスレーブ軸（油圧ポンプモータ又は機械はずみ車を駆動する高速モータ等）を使用する。
１．軸の機能は、射出成形プロセスにとって重要ではない。すなわち、軸の速度又はトルクを瞬間的に変更してもプロセスに悪影響がない。
２．軸は、運動エネルギー量を増大させてＤＣリンク３２からの電力を吸収することが可能であり、且つ運動エネルギー量を低減させて電力をＤＣリンク３２に回生することが可能な高い慣性を有する。
３．軸は、機械コントローラ４６からのコマンド変更に対して素早い応答を提供することが可能である。
【００７１】
ＦＯＣ又はＤＴＣのアルゴリズムを使用して、エネルギーを油圧アキュムレータに供給するＡＳＤ駆動式ポンプモータ軸は、ハイブリッド式射出成形システムにおいてスレーブ軸の機能を果たすことが可能である。たとえば、図３では、モータ３８及びアキュムレータ４０はスレーブ軸として機能することができる。全電動式射出成形システムでは、機械はずみ車を駆動するＡＳＤ駆動式モータを、スレーブ軸と同じ機能を果たすために実装することができる。たとえば、図４では、モータ３７及びはずみ車２９はスレーブ軸として機能することができる。プロセス要件の限界内で、金型ストロークアクチュエータ、クランプアクチュエータ、及びパーツ取り出しロボットの特定の他の軸も同様に、重要ではない（金型エリア内で作業しない）作業を実行している間にスレーブ軸として使用することができる。油圧アキュムレータ、はずみ車、電池、コンデンサ、ウルトラコンデンサ、カーボンコンデンサ、金属酸化物コンデンサ、能動フロントエンド整流器（ＡＦＥ）、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、動的電圧回復（ＤＶＲ）、燃料電池、モータと発電機（Ｍ−Ｇ）の組、及び機械的吊り負荷等のいかなる形態のエネルギーアキュムレータを使用してもよい。
【００７２】
図５は、スレーブ軸のトルクコントローラ５０の好ましい実施形態の制御構造を示す。トルクコントローラ５０は、機械コントローラ４６及び／又は駆動装置コントローラ３３、３４、及び３５の任意の組み合わせで具現することができる。
【００７３】
【数２】
５１との差５８をとる。フィードバック速度信号５１が、センサ測定値、又は駆動装置コントローラ６７のセンサレス駆動アルゴリズムに基づいた別の推定技法のいずれかによりスレーブ軸駆動装置コントローラ６７から得られて、高速双方向通信フィールドバス４５を介してスレーブ軸駆動装置コントローラ６７にトルクコマンドを生成する。
【００７５】
トルクコントローラ５０は、上記諸状況（１〜４）のうちのいずれか１つが発生したとき、速度制御５６からＤＣリンク電圧制御７０に切り替える。ＤＣリンク電圧制御７０は、機械コントローラ４６の一部を成し、２つのコマンド信号を生成する。すなわち、ロジック切り替えコマンド７１を生成して、スイッチ７８、６１、及び５４を介して制御を別の閉ループＰＩコントローラ８９（比例ゲイン７６及び積分ゲイン７７を含む）及びフィードフォーワード補償制御に切り替え、トルクコマンドをスレーブ軸駆動装置コントローラ６７に生成し、目標ＤＣリンク電圧Ｖ＊ ｄｃを閉ループＰＩコントローラ８９に生成する。ＰＩコントローラ８９は目標値Ｖ＊ ｄｃとフィードバックＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）との差７３をとり、トルクコマンドを生成する。ＤＣリンク電圧とトルクとの間の関係は非線形である。閉ループコントローラ８９は、ファジィコントローラ又はルックアップテーブル手段により生成されて性能をさらに向上させる可変ゲインを有する非線形コントローラであることができる。
【００７６】
目標ＤＣリンク電圧Ｖ＊ ｄｃは、Ｖｄｃ＿ＭＩＮ（ｔ）及びＶｄｃ＿ＭＡＸ（ｔ）という限度内の値を有する。ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）は通常、特定の限度内でＶ＊ ｄｃからの変更が許されて、残留高調波リップル、供給電圧の変動、及び負荷依存電圧変化を考慮に入れる。ＤＣリンク電圧制御７０はこれを考慮に入れて、不適当なトルク遷移又はロジック切り替え信号７１の変動を回避する。Ｖｄｃ（ｔ）がＶ＊ ｄｃよりも低い場合、ＤＣリンク３２での電力平衡を維持するためにスレーブ軸に負の電磁力が必要である。同様に、Ｖｄｃ（ｔ）がＶ＊ ｄｃよりも高い場合、正の電磁力がスレーブ軸によって吸収されて、ＤＣリンク３２での電力平衡を維持する。スレーブ軸への正のトルクコマンドはＤＣリンク電圧を低減するため、このループでの電圧差７３の符号は反転する。
【００７７】
コントローラの動的挙動を向上させるために、フィードフォーワード補償を追加することができる。フィードフォーワード補償の原理は、共通ＤＣリンク３２での安定状態電力平衡に基づいて、スレーブ軸に対して補償電力要件を確立する。すべてのインバータの電流及び電圧の測定値、すべてのインバータの電流及び電圧のコマンド値、実際の供給電流Ｉｓｕｐｐｌｙ（ｔ）、並びに実際のＤＣリンク電圧Ｖｄｃ（ｔ）、モータ速度（実測又は推定）が、駆動装置コントローラ３６、４２、４４により、高速双方向通信フィールドバス４５を介して機械コントローラ４６にリアルタイムで通信される。したがって、機械コントローラ４６は、共通ＤＣリンク３２での電力平衡を維持するためにスレーブ軸に対する電力要件を推定する際に必要な情報の大半を有する。このような１つの計算は以下のように実行することができる。
１≦ｉ≦ｎ、且つｉ≠ｊであるすべてのｉに対して（但し、ｊは指定されたスレーブ軸）
【００７８】
【数３】
【００７９】
リードフィルタ（lead filter）を上記式（２）の各電力項に組み込んで、測定値の遅延時間を取り除く等の他の計算を実行して、補償の精度を増大させて性能をさらに向上させることができる。次いで、電力補償装置５２の出力が、５３においてスレーブ軸の実際のモータ速度
【００８０】
【数４】
５１（実測又は推定のいずれか）で除算されて、フィードフォーワードトルク補償Ｔ＊ ｅｌｃを生成する。次いで、フィードフォーワードトルク補償Ｔ＊ ｅｌｃは、６５において、ＤＣリンク電圧ＰＩコントローラ８９により生成されたトルクコマンドから減算されて、スレーブ軸駆動装置コントローラ６７に提供される実際のトルクコマンドを形成する。
【００８２】
図５に示すように、スレーブ軸のトルクコントローラ５０の制御構造は好ましくは、速度制御ループ及びＤＣリンク電圧制御ループの両方に、回路６２及び６３によって形成された、アンチワインドアップ機能を有する積分器６４を有する。この制御方式は、制御ループ切り替え中にバンプレス移行を提供する。さらに、トルクリミッタ｜Ｔ＊ ｅｌ｜＜Ｔｍａｘ６６が好ましくは実装されて、トルク制御の飽和を回避する。上記制御方式が、上記の諸状況（１〜４）のいずれにおいても共通ＤＣリンク３２において電力を平衡化する手段を提供できることが明らかになる。
【００８３】
好ましくは、この実施形態は状況２に対処するさらなる手段を提供する。機械コントローラ４６は、（高速双方向通信フィールドバス４５から受け取るリアルタイム情報に基づいて）、状況２が発生していることを検出した場合、同じ通信フィールドバス４５を介して適切な速度及び／又はトルクコマンドをアクティブな各軸に送り、アクティブなすべての軸の総出力電力がコンバータ３１の馬力限界内であるようなレベルにその電力を低減する。
【００８４】
電気モータ駆動式アクチュエータの高速減速中、モータは、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機として機能する。この電気エネルギーは、ポンプモータの駆動装置も接続された共通ＤＣリンク３２に回生される。ＡＳＤによってポンプモータを駆動し、これを共通ＤＣリンク３２に接続することで、いかなる回生電気エネルギーも変換して油圧アキュムレータ４０に分配する簡易な変換及び伝送手段が確立される。制動抵抗器を通してこのエネルギーを消費する（これは有用な動作を行わずに環境への熱を増大させる）のではなく、機械コントローラ４６は、ポンプモータの駆動装置に、ポンプ流体の流量を増大することによってエネルギーを位置エネルギーに変換して油圧アキュムレータ４０に貯蔵するように命令し、それによってＤＣリンク３２が高電圧限界に達しないようにする。油圧回路により、流体は油圧アキュムレータ４０にポンプ注入されてその位置エネルギーを増大させる。
【００８５】
機械コントローラ４６によって生成されるポンプモータ駆動コマンドは、共通ＤＣリンク３２に一定のＤＣ電圧を維持するという目的に基づく。ポンプモータ３８は時折アキュムレータ４０を充填する必要があるだけであり、貯蔵するエネルギーの搬送時間は、射出成形サイクルにおいてあまり重要でない。エネルギー回生能力のいくらかの割合を、電圧低下中にライドスルーを共通ＤＣリンク３２に提供する（電圧中断中に電気駆動式装置の動作を持続させる）ために使用することができる。
【００８６】
好ましい実施形態は、機械コントローラ４６に実装される制御戦略を用いて、共通ＤＣリンク３２において、共通ＤＣリンク３２に接続されたすべての装置間での電力平衡を管理する。ＤＣリンク電圧の調整が必要な場合、ＤＣ電圧制御ループに切り替えて、ポンプモータ３８等の高い慣性負荷を有する重要でない軸のＡＳＤに対してトルクコマンドを生成する。機械コントローラ４６は、システムのセンサ及びアクチュエータを接続する高速フィールドバス４５と共に、ＤＣリンク３２の状態に従ってこのような切り替えのための論理判断を下すために必要なすべての情報を有する。この手段により、制動抵抗器のコストがなくなり、熱の形で無駄になるエネルギーが低減され、減速エネルギーがエネルギー貯蔵装置に回収されて、他の油圧作動によって再利用される。オプションとして、バレルヒータ４１の一部が、ソリッドステート切り替え装置を介して共通ＤＣリンク３２に接続され、制動エネルギーを消費してＤＣリンク電圧を制限する目的を果たす。機械コントローラ４６は、ＤＣリンク３２の感知された状態に従ってこのような制御を実行する。したがって、この実施形態の上記方法のいずれか一方又は両方の使用により、制動抵抗器の必要がなくなり、制動エネルギーを、熱として環境中に放散させるのではなく有用な動作に再利用することができる。
【００８７】
好ましい実施形態のさらに別の特徴によれば、機械コントローラ４６は、ポンプモータ３８のＡＳＤに対して、制御コマンドを生成して、油圧アキュムレータ４０の充填状態（ＳＯＣ）及びその充填速度に基づいて流量を調整する。ＡＳＤは好ましくは、ＳＯＣが低い場合にはポンプモータ３８をより高速で稼働させ、ＳＯＣが高い場合にはポンプモータ３８をより低速で稼働させるように機械コントローラ４６により命令される。さらに、機械コントローラ４６は好ましくは、ＳＯＣの充填速度を考慮に入れて、適切な充填速度を提供するようにポンプモータの速度を命令する。
【００８８】
エネルギー貯蔵装置として働く油圧アキュムレータ４０は、貯蔵されたエネルギーを供給して、他の射出成形機油圧アクチュエータ（図示せず）のうちの１つ又は複数の他の油圧作動を支援する。この油圧アキュムレータ４０から容易に利用可能な電力は、ポンプ３９によってのみ作動されるアクチュエータからアクチュエータの応答性を向上させる。薄壁プラスチック射出成形（金型を充填するために高い流量が必要とされる）等の需要の高いプロセスの場合、機械コントローラ４６は、設置されているモータポンプアセンブリの馬力限界に基づいてコマンドを生成して、ポンプモータ３８を、通常の固定速度ポンプモータにより駆動される速度よりも高速で駆動して、より高い射出速度を実現する。これは、本発明を使用しない場合には通常の固定速度ポンプモータによって制限されるシステムの機能性能を増大させる。
【００８９】
好ましい実施形態によれば、複数の電気駆動式装置が共通ＤＣリンク３２に接続され、共通のコンバータを共用する。すべての駆動装置に対して同時に十分に負荷がかかるわけではないため、コンバータ及びＤＣリンク３２を含むコンバータセクションは、共通に接続されない場合、すべての駆動装置の和よりも小さくサイズ決めすることができる。
【００９０】
さらに、好ましい実施形態によれば、機械コントローラ４６は、設置されている駆動装置及び共通コンバータの馬力限界並びに共通ＤＣリンク３２のＤＣ電圧を引き続き監視し制御する。その結果、各駆動装置の個々の過負荷回路保護は必要ない。より小さいサイズのコンバータを使用することによる設置電力の低減により、コンバータ、関連する保護スイッチギヤ、及び配線のコストが低減する。制動抵抗器がなくなることにより、保護ケース及び冷却装置もなくなる。固定速度ポンプモータのモータスタータがなくなり、各駆動装置の個々の過負荷保護が減少して単一の組の保護スイッチギヤになることにより、システムが大幅に簡易化し、部品コストが低減する。こういったコスト低減をすべて合わせると、ポンプモータのＡＳＤの追加コストを補って余りある。
【００９１】
好ましい実施形態の別の特徴によれば、射出ユニットの加熱アセンブリの少なくとも１つのヒータ４１が、インバータを通して共通ＤＣリンク３２に接続され、インバータは上記ヒータに電力を供給して調整し、関連する加熱ゾーンの温度を制御する。これは、共通に接続された電気駆動式作動の制動中又は減速中に回生エネルギーを再利用する手段を提供する。
【００９２】
本発明による有利な諸特徴は、
複数の機械駆動装置を回生制御する装置、及びこのような駆動装置が構成された射出成形機への装置、
或る装置からの回生エネルギーを、エネルギーを必要としている他の装置に切り替えることによって無駄なエネルギー消費を最小に抑えるように、接続された原動機からの回生電力を制御する電気駆動式装置構成、
好ましい実施形態が、
少なくとも１つの油圧軸アクチュエータ、
少なくとも１つの電気軸アクチュエータ、
共通ＤＣリンク、
機械コントローラ、
フィールドバス等の高速作動双方向通信リンク、
制御アルゴリズム、
少なくとも１つの油圧ポンプ及びアキュムレータであって、ポンプは、固定容量及び可変容量のうちの１つであってもよい少なくとも１つの油圧ポンプ及びアキュムレータ。エネルギーアキュムレータ装置は、ヒータ、はずみ車、機械的位置エネルギーアキュムレータ、電池、コンデンサ、燃料電池等のうちの１つ又は複数を含んでもよく、
少なくとも１つの油圧ポンプモータであって、モータは誘導モータ、ＳＲＭ、及びＰＭＳＭのうちの１つであってもよい少なくとも１つの油圧ポンプモータ
少なくとも１つのモータ駆動装置であって、駆動方法は、一定の電圧−周波数Ｖ／Ｈｚ比を有するスカラー周波数、直接ＦＯＣ、間接ＦＯＣ、又はセンサレスＦＯＣ、直接ＤＴＣ、間接ＤＴＣ、又はセンサレスＤＴＣのうちの１つであってもよい、少なくとも１つのモータ駆動装置
を使用して容易に具現することができること
を含む。
【００９３】
４．おわりに
したがって、説明したのは、成形機構造を結合して、射出成形システムに対してより高いエネルギー効率を実現する経済的且つ効率的な手段を提供する方法及び装置が必要である。
【００９４】
添付図面において輪郭で示される、又はブロックで示される個々の部品はすべて、射出成形分野において既知であり、それぞれの固有の構造及び動作は本発明を実行するための動作又は本発明を実行するための最良の形態にとって重要ではない。
【００９５】
本発明を、現時点で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。これとは対照的に、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる各種の変更及び均等の構成を包含するものである。添付の特許請求の範囲は、このような変更並びに均等の構造及び機能をすべて包含するように最も広い解釈に従うべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】既知の電圧源インバータ駆動装置（ＶＳＩ）の概略図である。
【図２】射出成形システムにおいて既知のＶＳＩがどのように機能するかを示す簡易図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態の概略図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態の別の概略図である。
【図５】共通ＤＣリンクでの電力平衡化の制御設計の概略図である。
Claims (64)
- （ｉ）少なくとも第１の成形機装置を駆動するように構成される第１の電気駆動式原動機（３８）及び（ｉｉ）少なくとも第２の成形機装置を駆動するように構成される第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも１つを制御する射出成形機のエネルギー管理制御装置であって、
ＤＣエネルギーを前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される共通ＤＣリンク（３２）と、
該共通ＤＣリンク（３２）へエネルギーを供給するとともに、該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるスレーブ軸と、
（ｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）、前記第２の電気駆動式原動機（３７）、前記共通ＤＣリンク（３２）、及び前記スレーブ軸と通信し、（ｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に、エネルギーを前記共通ＤＣリンク（３２）に供給させ、（ｉｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に前記共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収させるように構成される（４６）機械コントローラと
を備える、射出成形機のエネルギー管理制御装置。 - 前記機械コントローラ（４６）と、前記第１の電気駆動式原動機（３８）、前記第２の電気駆動式原動機（３７）、前記共通ＤＣリンク（３２）、及び前記スレーブ軸との間に通信を提供するように構成される高速双方向通信フィールドバス（４５）をさらに備える、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記機械コントローラ（４６）は、前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの前記入力に応答して、前記スレーブ軸に、前記共通ＤＣリンク（３２）にエネルギーを供給させるコマンド信号及び該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収させるコマンド信号をリアルタイムで生成する、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- （ｉ）前記スレーブ軸を通常速度制御モード及びＤＣリンク電圧制御モードで制御し、（ｉｉ）該２つの制御モードをバンプレス移行様式で切り替えるように構成されるトルクコントローラ（５０）をさらに備える、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 油圧ポンプアセンブリ（３９）を駆動するように構成される前記第１の電気駆動式原動機（３８）をさらに備え、前記機械コントローラは、前記油圧ポンプアセンブリの作動油供給の流量及び圧力を調整するように構成される、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 電気駆動式アクチュエータを駆動するように構成される前記第２の電気駆動式原動機（３７）をさらに備え、前記機械コントローラは、前記そのアクチュエータに供給される電流及び電圧を調整するように構成される、請求項５に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記共通ＤＣリンク（３２）にエネルギーを供給するとともに、該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー蓄積構造をさらに備える、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記エネルギー蓄積構造は電気エネルギー蓄積装置を含む、請求項７に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記電気エネルギー蓄積装置はコンデンサを含む、請求項８に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記エネルギー蓄積構造は機械的エネルギー蓄積装置を含む、請求項７に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記機械的エネルギー蓄積装置ははずみ車（２９）を含む、請求項１０に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記エネルギー蓄積構造は、作動油の受け入れ及び放出を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように構成される油圧エネルギー蓄積装置（４０）を含む、請求項７に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 作動油を前記油圧エネルギー蓄積装置（４０）に供給するように構成される固定容量ポンプをさらに備える、請求項１２に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 作動油を前記油圧エネルギー蓄積装置（４０）に供給するように構成される可変容量ポンプをさらに備える、請求項１２に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- ＡＣ電力を前記第１の電気駆動式原動機（３８）に提供するように構成される第１のインバータ（３４）と、
ＡＣ電力を前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される第２のインバータ（３３）と
をさらに備え、
前記共通ＤＣリンク（３２）はＤＣエネルギーを前記第１のインバータ（３４）及び前記第２のインバータ（３３）に提供するように構成される、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。 - 可変速駆動装置を前記第１の電気駆動式原動機（３８）に提供するように構成される第１の駆動装置コントローラ（４３）と、
可変速駆動装置を前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される第２の駆動装置コントローラ（４２）と
をさらに備え、
前記機械コントローラ（４６）は、前記第１の駆動装置コントローラ（４３）及び前記第２の駆動装置コントローラ（４２）を制御するように構成される、
請求項１１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。 - 前記第１の電気駆動式原動機（３８）をさらに備え、該第１の電気駆動式原動機（３８）は誘導モータを含む、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）をさらに備え、該第１の電気駆動式原動機（３８）は永久磁石同期モータを含む、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）をさらに備え、該第１の電気駆動式原動機（３８）はスイッチドリラクタンスモータを含む、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）をさらに備え、該第１の電気駆動式原動機（３８）は可変速駆動装置を含み、前記機械コントローラ（４６）は、フィールドオリエンテッド制御を用いて該可変速駆動装置を制御する、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）をさらに備え、該第１の電気駆動式原動機（３８）は可変速駆動装置を含み、前記機械コントローラ（４６）は、直接トルク制御を用いて該可変速駆動装置を制御する、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）の回転子位置を感知し、該感知された回転子位置を前記機械コントローラ（４６）に提供するように構成されるセンサ構造をさらに備える、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）の回転子位置を推定し、該推定された回転子位置を前記機械コントローラ（４６）に提供するように構成される推定構造をさらに備える、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。
- 前記共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるヒータ（４１）と、
前記機械コントローラ（４６）により制御されるインバータ（３５）であって、前記ヒータ（４１）への電力を調整して対応する加熱ゾーンの温度を制御するように構成される、インバータ（３５）と
をさらに備える、請求項１に記載の射出成形機のエネルギー管理制御装置。 - 射出成形システムの制御装置であって、
少なくとも第１の成形機装置を駆動するように構成される第１の電気駆動式原動機（３８）と、
少なくとも第２の成形機装置を駆動するように構成される第２の電気駆動式原動機（３７）と、
ＤＣエネルギーを前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される共通ＤＣリンク（３２）と、
該共通ＤＣリンク（３２）へエネルギーを供給するとともに、該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるスレーブ軸と、
（ｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）、前記第２の電気駆動式原動機（３７）、前記共通ＤＣリンク（３２）、及び前記スレーブ軸と通信し、（ｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に、エネルギーを前記共通ＤＣリンク（３２）に供給させ、（ｉｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に前記共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収させるように構成される機械コントローラ（４６）と
を備える、射出成形システムの制御装置。 - 前記機械コントローラ（４６）と、前記第１の電気駆動式原動機（３８）、前記第２の電気駆動式原動機（３７）、前記共通ＤＣリンク（３２）、及び前記スレーブ軸との間に通信を提供するように構成される高速双方向通信フィールドバス（４５）をさらに備える、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記機械コントローラ（４６）は、前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの前記入力に応答して、前記スレーブ軸に、前記共通ＤＣリンク（３２）にエネルギーを供給させるコマンド信号及び該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収させるコマンド信号をリアルタイムで生成する、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- （ｉ）前記スレーブ軸を通常速度制御モード及びＤＣリンク電圧制御モードで制御し、（ｉｉ）該２つの制御モードをバンプレス移行様式で切り替えるように構成されるトルクコントローラをさらに備える、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）は油圧ポンプアセンブリ（３９）を駆動するように構成され、前記機械コントローラ（４６）は、前記油圧ポンプアセンブリ（３９）の作動油供給の流量及び圧力を調整するように構成される、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記共通ＤＣリンク（３２）にエネルギーを供給するとともに、該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるエネルギー蓄積構造をさらに備える、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記エネルギー蓄積構造は電気エネルギー蓄積装置を含む、請求項３０に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記電気エネルギー蓄積装置はコンデンサを含む、請求項３１に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記エネルギー蓄積構造は機械的エネルギー蓄積装置を含む、請求項３０に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記機械的エネルギー蓄積装置ははずみ車（２９）を含む、請求項３３に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記エネルギー蓄積構造は、作動油の受け入れ及び放出を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように構成される油圧エネルギー蓄積装置（４０）を含む、請求項３０に記載の射出成形システムの制御装置。
- 作動油を前記油圧エネルギー蓄積装置（４０）に供給するように構成される固定容量ポンプをさらに備える、請求項３５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 作動油を前記油圧エネルギー蓄積装置（４０）に供給するように構成される可変容量ポンプをさらに備える、請求項３５に記載の射出成形システムの制御装置。
- ＡＣ電力を前記第１の電気駆動式原動機（３８）に提供するように構成される第１のインバータ（３４）と、
ＡＣ電力を前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される第２のインバータ（３３）と
をさらに備え、
前記共通ＤＣリンク（３２）はＤＣエネルギーを前記第１のインバータ（３４）及び前記第２のインバータ（３３）に提供するように構成される、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。 - 可変速駆動装置を前記第１の電気駆動式原動機（３８）に提供するように構成される第１の駆動装置コントローラ（４３）と、
可変速駆動装置を前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される第２の駆動装置コントローラ（４２）と
をさらに備え、
前記機械コントローラ（４６）は、前記第１の駆動装置コントローラ（４３）及び前記第２の駆動装置コントローラ（４２）を制御するように構成される、請求項３８に記載の射出成形システムの制御装置。 - 前記第１の電気駆動式原動機（３８）は誘導モータを含む、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）は永久磁石同期モータを含む、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）はスイッチドリラクタンスモータを含む、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）は可変速駆動装置を含み、前記機械コントローラ（４６）は、フィールドオリエンテッド制御を用いて該可変速駆動装置を制御する、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）は可変速駆動装置を含み、前記機械コントローラ（４６）は、直接トルク制御を用いて該可変速駆動装置を制御する、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）の回転子位置を感知し、該感知された回転子位置を前記機械コントローラ（４６）に提供するように構成されるセンサ構造をさらに備える、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記第１の電気駆動式原動機（３８）の回転子位置を推定し、該推定された回転子位置を前記機械コントローラ（４６）に提供するように構成される推定構造をさらに備える、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。
- 前記共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるヒータ（４１）と、
前記機械コントローラ（４６）により制御されるインバータ（３５）であって、前記ヒータ（４１）への電力を調整して対応する加熱ゾーンの温度を制御するように構成される、インバータ（３５）と
をさらに備える、請求項２５に記載の射出成形システムの制御装置。 - 射出成形システムの制御装置であって、
油圧成形機装置を駆動するように構成される第１の電気駆動式原動機（３８）と、
少なくとも１つの別の成形機装置を駆動するように構成される第２の電気駆動式原動機（３７）と、
ＤＣエネルギーを前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される共通ＤＣリンク（３２）と、
該共通ＤＣリンク（３２）へエネルギーを供給するとともに、該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるスレーブ軸と、
（ｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）、前記第２の電気駆動式原動機（３７）、前記共通ＤＣリンク（３２）、及び前記スレーブ軸と通信し、（ｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に、エネルギーを前記共通ＤＣリンク（３２）に供給させ、（ｉｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に前記共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収させるように構成される機械コントローラ（４６）と、
前記第１の電気駆動式原動機（３８）に結合される油圧エネルギー蓄積構造（４０）であって、作動油の受け入れ及び放出を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように構成される油圧エネルギー蓄積構造（４０）と
を備える、射出成形システムの制御装置。 - 射出成形システムの制御装置であって、
機械的成形機装置を駆動するように構成される第１の電気駆動式原動機（３８）と、
少なくとも１つの別の成形機装置を駆動するように構成される第２の電気駆動式原動機（３７）と、
ＤＣエネルギーを前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）に提供するように構成される共通ＤＣリンク（３２）と、
該共通ＤＣリンク（３２）へエネルギーを供給するとともに、該共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収するように構成されるスレーブ軸と、
（ｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）、前記第２の電気駆動式原動機（３７）、前記共通ＤＣリンク（３２）、及び前記スレーブ軸と通信し、（ｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に、エネルギーを前記共通ＤＣリンク（３２）に供給させ、（ｉｉｉ）前記第１の電気駆動式原動機（３８）及び前記第２の電気駆動式原動機（３７）のうちの少なくとも一方からの入力に応答して、前記スレーブ軸に前記共通ＤＣリンク（３２）からエネルギーを吸収させるように構成される機械コントローラ（４６）と、
前記第１の電気駆動式原動機（３８）に結合されるはずみ車（２９）であって、該はずみ車（２９）の運動を通してエネルギーを貯蔵及び放出するように構成されるはずみ車（２９）と
を備える、射出成形システムの制御装置。 - （ｉ）第１の成形機装置を駆動するように構成される第１のモータ（３８）及び（ｉｉ）第２の成形機装置を駆動するように構成される第２のモータ（３７）を有する成形機のエネルギー管理装置であって、
前記第１のモータ（３８）及び前記第２のモータ（３７）に結合される電気リンクと、
（ｉ）前記第１のモータ（３８）及び前記第２のモータ（３７）のうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーを貯蔵し、（ｉｉ）貯蔵された余剰エネルギーを前記第１の成形機装置及び前記第２の成形機装置のうちの少なくとも一方に提供するように構成されるエネルギー貯蔵構造と、
（ｉ）前記第１のモータ（３８）からの余剰エネルギーを前記エネルギー貯蔵構造に貯蔵させ、（ｉｉ）該エネルギー貯蔵構造に貯蔵されている余剰エネルギーを使用させて少なくとも前記第１の成形機装置（３８）を駆動させるように構成される処理構造と
を備える、成形機のエネルギー管理装置。 - 前記処理構造は、前記エネルギー貯蔵構造に貯蔵されている余剰エネルギーを、前記電気リンクを通して前記第２のモータ（３７）に送らせる、請求項５０に記載の成形機のエネルギー管理装置。
- 前記エネルギー貯蔵装置は前記第１のモータ（３８）に結合されるはずみ車（２９）を備え、該はずみ車（２９）に貯蔵されている余剰エネルギーは、前記第１のモータ（３８）に余剰電気を発生させ、該余剰電気は前記電気リンクに提供される、請求項５１に記載の成形機のエネルギー管理装置。
- 前記第１の成形機装置は油圧装置を含み、前記エネルギー貯蔵装置は余剰エネルギーをより大きな油圧として貯蔵するように構成される油圧アキュムレータ（４０）を含み、該より大きな油圧は前記油圧装置の駆動に使用される、請求項５０に記載の成形機のエネルギー管理装置。
- 前記処理構造は、前記第１のモータ（３８）により発生する余剰エネルギーを、前記電気リンクを通して前記第２のモータ（３７）に供給させる、請求項５０に記載の成形機のエネルギー管理装置。
- 前記処理構造は、前記第１のモータ（２８）及び第２のモータ（３７）により使用されるエネルギーをそれぞれの最低負荷要件で平衡させる、請求項５０に記載の成形機のエネルギー管理装置。
- 射出成形機であって、
金型と、
金型クランプアクチュエータを有する金型クランプと、
金型スクリューアクチュエータを有する金型スクリューと、
前記金型クランプアクチュエータ及び前記金型スクリューアクチュエータを結合する電気リンクと、
前記金型クランプアクチュエータ及び前記金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方に結合されるエネルギーアキュムレータと、
（ｉ）前記金型クランプアクチュエータ及び前記金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーを前記エネルギーアキュムレータに貯蔵させ、（ｉｉ）該エネルギーアキュムレータに貯蔵されているエネルギーを前記金型クランプアクチュエータ及び前記金型スクリューアクチュエータのうちの少なくとも一方に提供させるように構成されるエネルギー管理処理構造と
を備える、射出成形機。 - 前記エネルギー管理構造は、前記貯蔵されている余剰エネルギーを、前記電気リンクを通して送らせる、請求項５６に記載の射出成形機。
- 前記電気リンクはＤＣリンク（３２）を含み、前記射出成形機は、前記金型クランプアクチュエータに結合される第１のインバータと、前記金型スクリューアクチュエータに結合される第２のインバータとをさらに備える、請求項５６に記載の射出成形機。
- 成形機でのエネルギー管理方法であって、該成形機は第１の成形装置を駆動する第１のアクチュエータ及び第２の成形装置を駆動する第２のアクチュエータを有し、該方法は、
前記第１のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を該第１のアクチュエータから受け取るステップと、
前記第２のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を該第２のアクチュエータから受け取るステップと、
該受け取った入力信号に基づいて前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー余剰状況を計算するステップと、
前記受け取った入力信号に基づいて前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー不足状況を計算するステップと、
該計算に基づいて、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーをエネルギー蓄積装置に提供するステップと、
前記計算に基づいて、前記エネルギー蓄積装置からの余剰エネルギーを前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方に提供するステップと
を含む、成形機でのエネルギー管理方法。 - 前記エネルギー蓄積装置からの余剰エネルギーを提供するステップは、ＤＣリンク（３２）を介して該余剰エネルギーを前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方に提供するステップを含む、請求項５９に記載の成形機でのエネルギー管理方法。
- 前記余剰エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に提供するステップは、該余剰エネルギーを油圧アキュムレータ（４０）に提供するステップを含む、請求項５９に記載の成形機でのエネルギー管理方法。
- 前記余剰エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に提供するステップは、該余剰エネルギーを油圧アキュムレータ（４０）に提供するステップを含む、請求項５９に記載の成形機でのエネルギー管理方法。
- 前記余剰エネルギーを前記エネルギー蓄積装置に提供するステップは、該余剰エネルギーをはずみ車（２９）に提供するステップを含む、請求項５９に記載の成形機でのエネルギー管理方法。
- コンピュータ可読媒体であって、（ｉ）第１の成形装置を駆動する第１のアクチュエータ及び（ｉｉ）第２の成形装置を駆動する第２のアクチュエータを有する成形機の処理構造に、
前記第１のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を該第１のアクチュエータから受け取るステップと、
前記第２のアクチュエータのエネルギー状態に対応する入力信号を該第２のアクチュエータから受け取るステップと、
該受け取った入力信号に基づいて前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー余剰状況を計算するステップと、
前記受け取った入力信号に基づいて前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの任意のアクチュエータのエネルギー不足状況を計算するステップと、
該計算に基づいて、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方からの余剰エネルギーをエネルギー蓄積装置に提供させるステップと、
前記計算に基づいて、前記エネルギー蓄積装置からの余剰エネルギーを前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータのうちの少なくとも一方に提供させるステップと
を実行させる命令を含む、コンピュータ可読媒体。
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