JP6234869B2

JP6234869B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP6234869B2
Application number: JP2014074525A
Authority: JP
Inventors: 康介杉浦; 水野　博之; 博之水野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN104943109B; CN104943109A; JP2015196293A

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置の型閉、型締、型開を行う型締装置、金型装置内に成形材料を充填する射出装置、および金型装置から成形品を突き出すエジェクタ装置などを有する。型締装置や射出装置、エジェクタ装置は、モータを有する。

射出成形機は、電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置、コンバータ装置からの直流電力を交流電力に変換して各種モータに供給するインバータ装置、コンバータ装置とインバータ装置とを接続するＤＣリンクを備える。

コンバータ装置は、インバータ装置からの回生電力を交流電力に変換して電源に供給する回生コンバータなどで構成される（例えば特許文献１参照）。回生電力を回収し、再利用することができ、モータのエネルギー効率を高めることができる。

特開２０１３−０２７９８７号公報

従来、回生コンバータの回生負荷が定格を超えるとき、過負荷異常としてモータが停止させられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、回生コンバータの過負荷異常によるモータの停止を抑制できる、射出成形機の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
モータと、
該モータの駆動回路と、
該駆動回路からの回生電力を交流電力に変換して交流電源に供給する回生コンバータと、
該回生コンバータを制御するコントローラとを備え、
該コントローラは、前記回生コンバータから前記交流電源へ交流電力を出力するときの前記回生コンバータの回生負荷を監視し、前記回生負荷が閾値を超える場合に、前記回生コンバータから前記交流電源への出力を制限して、前記駆動回路からの回生電力の一部を前記交流電源に供給する、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、回生コンバータの過負荷異常によるモータの停止を抑制できる、射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。本発明の一実施形態によるコントローラの処理を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。射出成形機は、モータ１０、駆動回路としてのインバータ装置２０、ＤＣリンク３０、回生抵抗３７、制御スイッチ３８、コンバータ装置４０、およびコントローラ８０などを備える。

モータ１０は、型締モータ、射出モータ、計量モータ、エジェクタモータなどのいずれでもよい。型締モータは、固定プラテンに対して可動プラテンを進退させ、金型装置の型閉、型締、型開を行う。金型装置は例えば固定金型と可動金型とで構成され、固定金型が固定プラテンにおける可動プラテンとの対向面に取り付けられ、可動金型が可動プラテンにおける固定プラテンとの対向面に取り付けられる。射出モータは、加熱シリンダ内に配設されるスクリュを前進させることにより、スクリュ前方の成形材料を加熱シリンダから射出させ金型装置内に充填させる。計量モータは、加熱シリンダ内に配設されるスクリュを回転させることにより、スクリュに形成される螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送り、スクリュ前方に成形材料を溜める。加熱シリンダ内にはスクリュの代わりにプランジャが配設されてもよく、モータ１０はプランジャを進退させるものでもよい。エジェクタモータは、エジェクタロッドを進退させることにより金型装置内の可動部材を進退させ、金型装置から成形品を突き出す。図１では、モータ１０の数が１つであるが、複数でもよい。

尚、モータ１０の数が複数の場合、インバータ装置２０、ＤＣリンク３０、コンバータ装置４０からなる電力変換ユニットが複数設けられてもよいが、１つのみ設けられ、複数のモータ１０が並列に接続されてもよい。

インバータ装置２０は、ＤＣリンク３０やコンバータ装置４０からの直流電力を交流電力に変換してモータ１０に供給する。インバータ装置２０は、例えば２つのスイッチング素子で構成されるレグを３つ有する。尚、レグの数は特に限定されない。スイッチング素子の具体例としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Filed-Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタなどが挙げられる。各スイッチング素子に対して逆並列にダイオードが接続される。ダイオードは、各スイッチング素子に内蔵されてもよい。モータ１０の減速時に生じる回生電力は、ダイオードを介してコンバータ装置４０やＤＣリンク３０に供給される。

ＤＣリンク３０は、２本の直流電源ライン３１、およびコンデンサ３５を含む。２本の直流電源ライン３１は、インバータ装置２０とコンバータ装置４０とを接続する。各直流電源ライン３１は、分岐点において直流電源ライン３１−１と直流電源ライン３１−２とに分岐する。一方の直流電源ライン３１−１はコンバータ装置４０に備えられる第１電力変換部４１と接続され、他方の直流電源ライン３１−２はコンバータ装置４０に備えられる第２電力変換部４２と接続される。コンデンサ３５は、２本の直流電源ライン３１間の直流電圧（以下、ＤＣリンク電圧と呼ぶ）を平滑化させる。

回生抵抗３７は、インバータ装置２０からの回生電力を消費する。制御スイッチ３８は、回生抵抗３７の動作を制御する。回生抵抗３７と制御スイッチ３８とは、直列に接続され、コンデンサ３５に対して並列に接続される。制御スイッチ３８は、スイッチング素子などで構成される。制御スイッチ３８がオンの場合、回生抵抗３７に電流が流れ、回生電力が熱に変換され消費される。制御スイッチ３８がオフの場合、回生抵抗３７に電流が流れず、回生電力はコンデンサ３５に蓄積される。

コンバータ装置４０は、第１電力変換部４１および第２電力変換部４２を並列に有する。第１電力変換部４１は、電源１２からの交流電力を直流電力に変換して、インバータ装置２０やＤＣリンク３０に供給する。第１電力変換部４１は、例えば３相ブリッジ回路であり、６つのダイオードを含む。

第２電力変換部４２は、インバータ装置２０からの回生電力を交流電力に変換して電源１２に供給する。第２電力変換部４２は、例えば２つのスイッチング素子で構成されるレグを３つ有する。尚、レグの数は特に限定されない。各スイッチング素子に対して逆並列にダイオードが接続される。ダイオードは、各スイッチング素子に内蔵されてもよい。第２電力変換部４２が特許請求の範囲に記載の回生コンバータに相当する。

第２電力変換部４２は、第１電力変換部４１と同様に６つのダイオードを含むため、電源１２からの交流電力を直流電力に変換して、インバータ装置２０やＤＣリンク３０に供給することも可能である。

尚、本実施形態のコンバータ装置４０は、並列に接続される第１電力変換部４１と第２電力変換部４２とで構成されるが、第２電力変換部４２のみで構成されてもよく、その構成は特に限定されない。

交流電源ライン６１は、電源１２とコンバータ装置４０とを接続する。各交流電源ライン６１は、分岐点において交流電源ライン６１−１と交流電源ライン６１−２とに分岐する。一方の交流電源ライン６１−１は第１電力変換部４１と接続され、他方の交流電源ライン６１−２は第２電力変換部４２と接続される。

コントローラ８０は、メモリなどの記憶部およびＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、記憶部に記憶される制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、コンバータ装置４０、インバータ装置２０を制御する。

コントローラ８０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行うためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ装置２０に出力する。インバータ装置２０の各スイッチング素子は、コントローラ８０からのＰＷＭ信号に従ってスイッチングし、モータ１０を駆動する。

モータ１０の減速時には、モータ１０の誘導起電力によって回生電力が生じる。回生電力は、インバータ装置２０を介してＤＣリンク３０などに供給され、コンデンサ３５に充電される。その結果、ＤＣリンク電圧が上昇する。一方、モータ１０の加速時や定速時に、コンデンサ３５が放電されると、ＤＣリンク電圧が低下する。ＤＣリンク電圧は電圧検出器３６によって検出できる。電圧検出器３６は、ＤＣリンク電圧を示す信号をコントローラ８０に出力する。

コントローラ８０は、ＤＣリンク電圧を監視しており、ＤＣリンク電圧が第１閾値を超えると、ＰＷＭ信号などの制御信号を生成し、第２電力変換部４２に出力する。第２電力変換部４２の各スイッチング素子は、コントローラ８０からの制御信号に従ってスイッチングし、回生電力を交流電力に変換して電源１２に供給する。回生電力を回収して再利用することができ、モータ１０のエネルギー効率を高めることができる。また、コンデンサ３５の過充電を抑制することができ、コンデンサ３５の損傷を抑制することができる。電源回生によってコンデンサ３５が放電され、ＤＣリンク電圧が第２閾値（第２閾値≦第１閾値）以下になると、コントローラ８０は第２電力変換部４２の回生動作を停止させ、コンデンサ３５の放電を停止させる。

尚、第２電力変換部４２の制御は、ＰＷＭ制御でなくてもよく、例えば１２０°通電制御などでもよい。

図２は、本発明の一実施形態によるコントローラの処理を示すフローチャートである。図２のステップＳ１２において、コントローラ８０は、第２電力変換部４２の回生負荷Ｉを監視する。第２電力変換部４２の回生負荷Ｉは、第２電力変換部４２から電源１２へ出力される電流で表され、電流検出器８８によって監視できる。電流検出器８８は、各相の交流電源ライン６１−２の電流を検出し、その電流を示す信号をコントローラ８０に出力する。

尚、本実施形態の電流検出器８８は、各相の交流電源ライン６１−２の電流を検出するが、１相以上の交流電源ライン６１−２の電流を検出すればよい。また、電流検出器８８は、直流電源ライン３１−２の電流を検出してもよい。いずれの場合も、第２電力変換部４２の回生負荷Ｉを監視することができる。

ステップＳ１４において、コントローラ８０は、回生負荷Ｉが閾値Ｉ０を超えた否かをチェックする。回生負荷Ｉは電流の実効値で表されてよく、閾値Ｉ０は定格値であってよい。電流は、周期的に変化し、時間の関数ｆ（ｔ）で表される。電流の実効値は、関数ｆ（ｔ）を２乗した値を周期Ｔで積分し、その積分値Ｆを周期Ｔで割った値の平方根である。周期Ｔは成形サイクル時間である。定格値は、回生動作を連続的に続けた場合に第２電力変換部４２の温度が許容温度以下となる上限値である。実効値は定格値に対する割合として算出されてよく、その割合は百分率で表されてよい。尚、閾値は、定格値よりも低く設定されてもよい。

回生負荷Ｉが閾値Ｉ０以下の場合（ステップＳ１４、ＮＯ）、コントローラ８０はステップＳ１２に戻りステップＳ１２以降の処理を続行する。一方、回生負荷Ｉが閾値Ｉ０を超える場合（ステップＳ１４、ＹＥＳ）、コントローラ８０は第２電力変換部４２から電源１２への出力を制限する（ステップＳ１６）。

出力制限は、例えば回生負荷が閾値を超える場合に比べて、第２電力変換部４２から電源１２への電流の実効値を低下させることなどにより実現される。出力制限は、出力停止を含む。出力停止は、第２電力変換部４２の各スイッチング素子をオフ（サーボオフと呼ばれる）にすることで行われる。

電流の実効値の低下は、電流の波高値を低下させること、電流の流れる時間を短縮すること、またはその両方を行うことなどにより実現される。コントローラ８０は、電流の流れる時間を短縮するため、第２電力変換部４２の回生動作を間欠的に行ってもよい。

電流の実効値の低下は、モータ１０の待機時間を追加し、成形サイクル時間を長くすることでも実現できる。コントローラ８０は、成形サイクル時間を長くする場合、予定時間内に予定ショット数の成形が可能か否かを判断してよい。予定時間内に予定ショット数の成形が終わらない場合、コントローラ８０は、待機時間を調整してよい。

本実施形態によれば、回生負荷Ｉが閾値Ｉ０を超える場合に、コントローラ８０が第２電力変換部４２から電源１２への出力を制限する。よって、第２電力変換部４２の過負荷異常による停止を抑制することができる。

続いて、コントローラ８０は、制御スイッチ３８を制御して回生抵抗３７を作動させる（ステップＳ１８）。回生抵抗３７に電流が流れ、回生電力が熱に変換され消費される。よって、第２電力変換部４２から電源１２への出力制限によるＤＣリンク電圧の上昇を抑制することができる。

回生抵抗３７は、ＤＣリンク電圧が第３閾値を超える場合に回生電力を消費してよい。回生抵抗３７による電力消費によってコンデンサ３５が放電され、ＤＣリンク電圧が第４閾値（第４閾値≦第３閾値）以下になると、コントローラ８０は回生抵抗３７による電力消費を停止させる。

尚、回生抵抗３７の作動（ステップＳ１８）と、出力制限（ステップＳ１６）とは、どちらが先に行われてもよいし、同時に行われてもよい。

続いて、コントローラ８０は、所定条件成立後に、モータ１０を停止させ（ステップＳ２０）、成形品を繰り返し製造するサイクル運転を中止し、今回の処理を終了する。

モータ１０の停止条件としては、例えば射出成形機の工程が型開工程完了であること、または射出成形機の工程が突き出し工程完了であること等が挙げられる。これらの工程完了時には射出成形機の状態がサイクル運転終了時とほぼ同じ状態となっているため、サイクル運転中止の悪影響がほとんどない。

尚、電源回生の制限によって余る回生電力のうちの回生抵抗３７による電力消費分よりも回生抵抗３７の定格が大きい場合、モータ１０の停止（ステップＳ２０）は行われなくてもよく、サイクル運転が続行されてよい。

以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態では、電源回生の制限によって余る回生電力を、回生抵抗３７によって消費させるが、コンデンサ３５とは別のコンデンサ（以下、回生コンデンサという）に蓄積させてもよい。回生コンデンサは、回生抵抗３７と同様に、コンデンサ３５と並列に接続されてよく、制御スイッチによって制御されてよい。回生コンデンサは、蓄積した電力をインバータ装置２０に供給する。回生コンデンサと回生抵抗３７とが併用されてもよい。

１０モータ
２０インバータ装置
３０ＤＣリンク
３１直流電源ライン
３５コンデンサ
３７回生抵抗
３８制御スイッチ
４０コンバータ装置
４１第１電力変換部
４２第２電力変換部
８０コントローラ

Claims

モータと、
該モータの駆動回路と、
該駆動回路からの回生電力を交流電力に変換して交流電源に供給する回生コンバータと、
該回生コンバータを制御するコントローラとを備え、
該コントローラは、前記回生コンバータから前記交流電源へ交流電力を出力するときの前記回生コンバータの回生負荷を監視し、前記回生負荷が閾値を超える場合に、前記回生コンバータから前記交流電源への出力を制限して、前記駆動回路からの回生電力の一部を前記交流電源に供給する、射出成形機。
前記駆動回路からの回生電力を消費する回生抵抗を有し、
前記コントローラは、前記回生負荷が閾値を超える場合に前記回生抵抗を作動させる、請求項１に記載の射出成形機。
前記駆動回路からの回生電力を消費する回生抵抗と、
前記駆動回路と前記回生コンバータとを接続するＤＣリンクとを有し、
前記コントローラは、前記ＤＣリンクの電圧が閾値を超える場合に前記回生抵抗を作動させる、請求項１または２に記載の射出成形機。
前記駆動回路からの回生電力を蓄積する回生コンデンサを有し、
前記コントローラは、前記回生負荷が閾値を超える場合に前記回生コンデンサを作動させる、請求項１または２に記載の射出成形機。
前記駆動回路からの回生電力を蓄積する回生コンデンサと、
前記駆動回路と前記回生コンバータとを接続するＤＣリンクとを有し、
前記コントローラは、前記ＤＣリンクの電圧が閾値を超える場合に前記回生コンデンサを作動させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形機。
前記コントローラは、前記回生負荷が閾値を超える場合、所定条件の成立後に前記モータを停止させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の射出成形機。