JP7021862B2 - Motor drive system - Google Patents
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Description
本発明は、モータ駆動システムに関する。 The present invention relates to a motor drive system.
射出成形機、サーボプレスなどの装置、機械は、モータ駆動システムを備える。ハイブリッドショベルやフォークリフトなどの建設機械、作業車両にもモータ駆動システムが搭載される。 Devices and machines such as injection molding machines and servo presses are equipped with a motor drive system. Motor drive systems will also be installed in construction machinery such as hybrid excavators and forklifts, and work vehicles.
図1は、モータ駆動システム100Rの基本ブロック図である。モータ駆動システム100Rは、モータ(電動機)102、回転センサ104、モータドライバ110を備える。回転センサ104は、モータ102の状態を検出する。モータドライバ110は、回転センサ104が検出したモータ102の状態にもとづいて、モータ102をフィードバック制御する。
FIG. 1 is a basic block diagram of a
モータドライバ110は、通信回路112、モータ制御処理部114、モータ駆動回路116を含む。通信回路112と回転センサ104とはケーブル140を介して接続され、通信可能となっている。具体的には通信回路112は、回転センサ104に対して、リクエスト信号RQを送信する。回転センサ104は、通信回路112からのリクエスト信号RQに応答して、モータ102の状態、たとえば回転数を示す速度データDv(あるいはロータの位置を示す位置データ)を通信回路112に送信する。
The
モータ制御処理部114は、モータ制御処理を実行し、通信回路112が受信した速度情報にもとづいて、駆動指令REFを生成する。モータ制御処理の内容は、モータ駆動システム100Rの用途、使用箇所によってさまざまである。モータ駆動回路116はインバータを含み、駆動指令REFにもとづいて、モータ102を駆動する。
The motor
モータ駆動システムにおいて、装置の安全性、信頼性の観点から、モータの回転数が所定のしきい値を超えると速度超過状態と判定する機能(暴走検出機能という)が要求される場合がある。新規にモータ駆動システムを設計する場合、モータ制御処理部114に暴走検出機能を実装すればよいが、既存のモータ駆動システム100に暴走検出機能を追加したい場合、そう簡単ではない。本発明者らは、暴走検出機能を備えない図1のモータ駆動システム100Rに、暴走検出機能を追加することを検討した。
In a motor drive system, from the viewpoint of safety and reliability of the device, a function (referred to as a runaway detection function) for determining an overspeed state when the rotation speed of the motor exceeds a predetermined threshold value may be required. When designing a new motor drive system, a runaway detection function may be implemented in the motor
図2は、本発明者らが検討した比較技術に係るモータ駆動システム100Sのブロック図である。モータ駆動システム100Sは、暴走検出機能を備え、モータ102の暴走を検出すると、モータ102への給電を停止する。
FIG. 2 is a block diagram of the
モータ駆動システム100Sは、図1のモータ駆動システム100Rに加えて、第2の回転センサ106と、安全コントローラ120、電磁接触器108を備える。回転センサ106は、暴走検出を目的として追加されている。安全コントローラ120は、回転センサ106が検出したモータ102の状態(回転数)にもとづいて、暴走状態を検出する。そして暴走状態を検出すると、電磁接触器108を遮断し、モータ102の駆動を停止する。たとえば安全コントローラ120は、通信回路122、暴走検出処理部124を含む。通信回路122と回転センサ106とはケーブル141を介して接続され、通信可能となっている。通信回路122は、回転センサ106に対して、リクエスト信号RQ2を送信する。回転センサ106は、通信回路122からのリクエスト信号RQ2に応答して、モータ102の回転数を示す速度データDv2を通信回路122に送信する。暴走検出処理部124は、通信回路122が受信した速度情報にもとづいて、モータ102の回転数が所定値を超えているか否かを判定する。暴走検出処理部124は暴走状態と判定すると、電磁接触器108を遮断する。
In addition to the
図2のモータ駆動システム100Sでは、回転センサ104とは別に、暴走検出のための回転センサ106が必要であり、安全コントローラ120には回転センサ106と通信可能な通信回路122が必要となり、さらに回転センサ106と通信回路122を接続するケーブル141を引き回す必要がある。このように図1のモータ駆動システム100Rに、暴走検出機能を追加しようとすると、コストおよびサイズが増大する。
In the
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、異常を検出可能なモータ駆動システムの提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary objects of the embodiment is to provide a motor drive system capable of detecting an abnormality.
本発明のある態様はモータ駆動システムに関する。モータ駆動システムは、モータの駆動を制御するモータドライバと、モータドライバと通信線を介して接続されており、モータの状態を検出し、モータの状態を示す情報を含む通信データをモータドライバに送信する回転センサと、通信線と接続され、回転センサからモータドライバに送信される通信データを傍受する傍受回路を含む安全コントローラと、を備える。
この態様によると、少ない追加部品で安価に異常を検出できる。
One aspect of the invention relates to a motor drive system. The motor drive system is connected to the motor driver that controls the drive of the motor via a communication line, detects the state of the motor, and transmits communication data including information indicating the state of the motor to the motor driver. It comprises a rotation sensor that is connected to a communication line and a safety controller that includes an interception circuit that intercepts communication data transmitted from the rotation sensor to the motor driver.
According to this aspect, the abnormality can be detected inexpensively with a small number of additional parts.
安全コントローラは、傍受回路が傍受した通信データにもとづいて、モータの回転数、位置、加速度の少なくともひとつを示す検出値を生成可能であり、かつ検出値が所定の範囲を逸脱する暴走状態を検出する異常検出部をさらに含んでもよい。これにより、少ない追加部品点数で暴走検出機能を提供できる。暴走状態は、速度超過、位置超過、加速度超過を含みうる。 The safety controller can generate a detection value indicating at least one of the rotation speed, position, and acceleration of the motor based on the communication data intercepted by the interception circuit, and detects a runaway state in which the detection value deviates from a predetermined range. An abnormality detection unit may be further included. This makes it possible to provide a runaway detection function with a small number of additional parts. Runaway conditions can include overspeed, overposition, and overacceleration.
暴走検出処理部は、暴走状態を検出すると、モータへの電力供給の遮断を指示する遮断信号を出力してもよい。 When the runaway detection processing unit detects the runaway state, it may output a cutoff signal instructing the cutoff of the power supply to the motor.
安全コントローラは、傍受回路が傍受した通信データにもとづいて、回転センサとモータドライバの間の通信不良を検出可能であってもよい。 The safety controller may be able to detect a communication failure between the rotation sensor and the motor driver based on the communication data intercepted by the interception circuit.
安全コントローラは、通信不良を検出すると、モータへの電力供給の遮断を指示する遮断信号を出力してもよい。 When the safety controller detects a communication failure, it may output a cutoff signal instructing the cutoff of the power supply to the motor.
本発明の別の態様は射出成形機に関する。射出成形機は、上述のいずれかのモータ駆動システムを備えてもよい。本発明のさらに別の態様は建設機械に関する。建設機械は、上述のいずれかのモータ駆動システムを備えてもよい。 Another aspect of the invention relates to an injection molding machine. The injection molding machine may be equipped with any of the motor drive systems described above. Yet another aspect of the invention relates to construction machinery. The construction machine may be equipped with any of the motor drive systems described above.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components or expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.
本発明によれば、安価なシステムで異常を検出できる。 According to the present invention, an abnormality can be detected by an inexpensive system.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on the preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention, but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.
(第1実施例)
図3は、第1実施例に係るモータ駆動システム100Aのブロック図である。モータ駆動システム100Aは、図1のモータ駆動システム100Rに加えて、電磁接触器108および安全コントローラ130を備える。
(First Example)
FIG. 3 is a block diagram of the
回転センサ104は、モータドライバ110とケーブル140を介して接続される。ケーブル140は通信線142,144を含む。モータドライバ110の通信回路112は、通信線144を介して回転センサ104にリクエスト信号RQを送信する。回転センサ104はモータ102の状態を検出する。回転センサ104は、リクエスト信号RQに応答して、検出したモータ102の状態を示す情報を含む通信データDcを、通信線142を介してモータドライバ110に送信する。たとえば回転センサ104は、モータ102の回転数を検出する速度検出器であってもよく、この場合、通信データDcは、モータ102の回転数を示す情報を含む。回転センサ104は、モータ102のロータの位置を検出するエンコーダであってもよく、この場合、通信データDcは、モータ102のロータの位置情報を含んでもよい。あるいは通信データDcは、モータ102の加速度を示す加速度情報を含んでもよい。
The
通信回路112は、通信データDcを受信する。モータ制御処理部114は、通信回路112が受信した通信データDcに含まれる情報にもとづいて、駆動指令REFを生成する。モータ制御処理の内容は、モータ駆動システム100Aの用途、使用箇所によってさまざまである。たとえばモータ制御処理部114は、位置制御を行ってもよいし、速度制御を行ってもよいし、圧力制御を行ってもよい。モータ駆動回路116はインバータを含み、駆動指令REFにもとづいて、モータ102を駆動する。
The
安全コントローラ130は、傍受回路132および異常検出部134を含む。傍受回路132は通信線142と接続され、回転センサ104からモータドライバ110に送信される通信データDcを傍受する。傍受回路132は、通信回路112および回転センサ104を含む既存の通信システムに追加されたブロックであり、したがって傍受回路132は通信回路112や回転センサ104と通信することはない。通信はあくまでも通信回路112と回転センサ104の間で行われており、それらが傍受回路132を意識することはない。一方、傍受回路132は、回転センサ104と通信回路112の通信プロトコルを知っており、通信データDcに含まれる情報をのぞき見ることができる。
The
本実施例において、異常検出部134は、2つの機能、すなわち暴走検出機能と通信異常検出機能を備える。異常検出部134は、傍受した通信データDcにもとづいて、モータ102の回転数に応じた検出値(速度情報)を生成可能となっている。通信データDcがモータ102の速度を示す場合その値から、位置を示す場合その微分値から、加速度を示す場合その積分値から、速度情報を得ることができる。暴走検出機能に関連して異常検出部134は、速度情報が示す回転数が所定の範囲を逸脱すると暴走状態と判定する。より具体的には回転数がしきい値より高いか低いかを判定し、モータ102の回転数がしきい値を超えている場合、速度超過の暴走状態と判定する。異常検出部134は暴走状態を検出すると、モータ102への電力供給の遮断を指示する遮断信号SDを生成する。電磁接触器108は、モータ駆動回路116の出力とモータ102の間に設けられており、遮断信号SDが入力されると、遮断状態となる。
In this embodiment, the
また異常検出部134は通信異常検出機能に関連して、傍受回路132が傍受した通信データDcにもとづいて、回転センサ104とモータドライバ110の間の通信不良を検出可能である。通信不良の検出方法は特に限定されないが、たとえば(i)通信線142の信号レベルが所定時間にわたって変動しないこと、(ii)回転センサ104から通信回路112に送信される通信フレームに、期待されるプリアンブルが含まれないこと、(iii)通信データが誤り検出訂正可能な態様で符号化されている場合に、誤り訂正が所定回数以上、連続して発生した場合などが例示される。異常検出部134は、通信不良を検出すると、電磁接触器108に遮断信号SDを出力し、モータ102への給電を遮断させる。
Further, the
以上がモータ駆動システム100Aの構成である。
このモータ駆動システム100Aによれば、モータ102の暴走を検出し、緊急停止させることができる。また、回転センサ104とモータドライバ110の間の通信異常を検出できるため、通信異常によってモータドライバ110がモータ102を制御不能となった場合に、モータ102を緊急停止させることができる。このようにモータ駆動システム100Aは、図1のモータ駆動システム100Rに比べて、安全性、信頼性の観点で優れている。
The above is the configuration of the
According to the
またモータ駆動システム100Aは、図2のモータ駆動システム100Sに比べて、以下の利点を有する。
第1に、モータ駆動システム100Aはモータ駆動システム100Sよりも追加のハードウェアが少なくてよいという利点がある。具体的には図2のモータ駆動システム100Sは、2つの回転センサ104,106が必要であるのに対して、図3のモータ駆動システム100Aでは、回転センサは1個でよい。回転センサは高価であるため、図3のモータ駆動システム100Aは図2のモータ駆動システム100Sよりも低コストで安全性、信頼性を高めることができる。加えて、図3のモータ駆動システム100Aでは、図2のモータ駆動システム100Sで必要であった追加のケーブル141が不要であるため低コスト化、省スペース化が可能である。
Further, the
First, the
第2に、図2のモータ駆動システム100Sにおける通信回路122には、回転センサ106と通信する機能が必要であり、具体的には、リクエスト信号RQを送信する機能と、速度データDvを受信する機能が必要であった。これに対して図3のモータ駆動システム100Aの傍受回路132には、リクエスト信号RSを送信する機能は不要であるから、傍受回路132のハードウェアの構成は、通信回路122よりも簡素化することができる。
Secondly, the
(第2実施例)
図4は、第2実施例に係るモータ駆動システム100Bのブロック図である。モータ駆動システム100Bは、図3のモータ駆動システム100Aに加えて非常停止スイッチ150を備える。安全コントローラ130は、非常停止スイッチ150と接続され、非常停止スイッチ150が押されて、非常停止信号STOPが入力されると、シャットダウン信号SDを電磁接触器108に出力する。OR回路136は、異常検出部134が生成する停止のトリガと非常停止信号STOPの少なくとも一方が停止を指示するときシャットダウン信号SDを出力する。
(Second Example)
FIG. 4 is a block diagram of the
(第3実施例)
図5は、第3実施例に係るモータ駆動システム100Cのブロック図である。このモータ駆動システム100Cは、電磁接触器108に代えて、モータドライバ110にSTO(セーフティトルクオフ)回路118が設けられている。異常検出部134は異常を検出すると、遮断信号(STO信号)を出力する。STO回路118はSTO信号を受信すると、モータ102のトルクが減少するように、モータ駆動回路116に入力される駆動指令REFを変化させる。
(Third Example)
FIG. 5 is a block diagram of the
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that this embodiment is an example, and that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. be. Hereinafter, such a modification will be described.
(変形例1)
実施の形態では異常検出部134が速度超過に関する暴走状態を検出することとしたがその限りではない。異常検出部134は、傍受した通信データDcにもとづいて、モータ102のロータの位置に応じた検出値(位置情報)を生成可能であってもよい。通信データDcがモータ102の速度を示す場合その積分値から、位置を示す場合その値から、加速度を示す場合その2回積分値から、位置情報を得ることができる。暴走検出機能に関連して異常検出部134は、位置情報の値が所定の範囲を逸脱すると暴走状態と判定してもよい。これにより位置超過の暴走状態を検出できる。もちろん位置不足を暴走状態に含めてもよい。
(Modification 1)
In the embodiment, the
あるいは異常検出部134は、傍受した通信データDcにもとづいて、モータ102のロータの加速度に応じた検出値(加速度情報)を生成可能であってもよい。通信データDcがモータ102の速度を示す場合その微分値から、位置を示す場合2回微分値から、加速度を示す場合その値から、加速度情報を得ることができる。暴走検出機能に関連して異常検出部134は、加速度情報の値が所定の範囲を逸脱すると暴走状態と判定してもよい。これにより加速度超過(あるいは加速度不足)の暴走状態を検出できる。
Alternatively, the
(変形例2)
実施の形態では、異常検出部134が、暴走検出と、通信異常検出の両方を行う場合について説明したがその限りではない。異常検出部134は暴走検出のみを行ってもよいし、通信異常検出のみを行ってもよい。さらに言えば、安全コントローラ130が検出する異常の種類は、暴走検出や通信異常検出に限定されず、その他の異常(たとえば回転センサ104の故障や異常)を検出してもよい。
(Modification 2)
In the embodiment, the case where the
(変形例3)
実施の形態では、既存のモータ駆動システムに暴走検出機能が実装されていないことを前提としたが、その限りでない。たとえばモータ制御処理部114に暴走検出機能が実装されている場合に、暴走検出機能付きの安全コントローラ130を追加して、暴走検出を二重化してもよい。あるいは既存のモータ駆動システムにおいて、モータ制御処理部114に暴走検出機能が実装済みの場合に、通信異常検出付きの安全コントローラ130を追加してもよい。
(Modification 3)
In the embodiment, it is assumed that the runaway detection function is not implemented in the existing motor drive system, but this is not the case. For example, when the runaway detection function is implemented in the motor
(変形例4)
実施の形態では、異常検出時に、電磁接触器108またはSTO回路118に、遮断信号を出力してモータ102を停止させることとしたが、モータ102を停止させる方式は限定されない。たとえば安全コントローラ130は、モータドライバ110の上位のコントローラに、アラート信号を出力し、上位のコントローラがモータ駆動システム100を停止してもよい。モータ駆動システム100は図示しないメカブレーキを備えてもよく、遮断信号の出力に応じて、メカブレーキを動作させてもよい。
(Modification example 4)
In the embodiment, when an abnormality is detected, a cutoff signal is output to the
(変形例5)
上述のように本技術は、既存のモータ駆動システムに安全機能を追加する場合に有効であるが、新たにモータ駆動システムを設計・開発する場合においても本技術は有効である。
(Modification 5)
As described above, this technology is effective when adding a safety function to an existing motor drive system, but it is also effective when designing and developing a new motor drive system.
(用途)
続いて、モータ駆動システム100の用途を説明する。モータ駆動システム100は、射出成形機に好適に用いることができる。
(Use)
Subsequently, the use of the motor drive system 100 will be described. The motor drive system 100 can be suitably used for an injection molding machine.
(用途1. 射出成形機)
図6は、実施の形態に係る射出成形機600を示す図である。射出成形機600は主として、射出装置611、型締装置612、エジェクタ装置671を備える。これらはベースフレーム613の上に支持されている。また射出装置611には着脱可能な金型装置643が取り付けられる。
(Application 1. Injection molding machine)
FIG. 6 is a diagram showing an
金型装置643は固定金型644および可動金型645を含み、型締装置612に取り付けられる。射出装置611は、樹脂を加熱して溶かし、金型装置643の内部空間に流し込む(射出)。型締装置612は、固定金型644と可動金型645とを締結し、内部の樹脂に圧力を加え、冷却し、樹脂を金型に応じた形状に成形する。エジェクタ装置671は、成形された樹脂を金型装置643から取り出す。
The
射出成形機600の具体的な構成を説明する。
(射出装置)
射出装置611は、射出装置フレーム614によって支持されている。ガイド681は、射出装置フレーム614の長手方向に配設される。そして、射出装置フレーム614によってボールねじ軸621が回転自在に支持され、ボールねじ軸621の一端が可塑化移動用モータ622に連結される。また、ボールねじ軸621とボールねじナット623とが螺合させられ、ボールねじナット623と射出装置611とがスプリング624およびブラケット625を介して連結される。したがって、可塑化移動用モータ622を正方向あるいは逆方向に駆動すると、可塑化移動用モータ622の回転運動は、ボールねじ軸621とボールねじナット623との組合せ、すなわち、ねじ装置691によって直線運動に変換され、この直線運動がブラケット625に伝達される。そして、ブラケット625がガイド681に沿って矢印A方向に移動させられ、射出装置611が進退させられる。
A specific configuration of the
(Injection device)
The
また、ブラケット625には、前方(図における左方)に向けて加熱シリンダ615が固定され、加熱シリンダ615の前端(図における左端)に射出ノズル616が配設される。そして、加熱シリンダ615にホッパ617が配設されるとともに、加熱シリンダ615の内部にはスクリュ626が進退(図における左右方向に移動)自在に、かつ、回転自在に配設され、スクリュ626の後端(図における右端)が支持部材682によって支持される。
Further, a
支持部材682には計量装置駆動用サーボモータ(以下、計量用サーボモータと略称する)683が取り付けられ、この計量用サーボモータ683を駆動することによって発生させられた回転がタイミングベルト684を介してスクリュ626に伝達されるようになっている。
A servomotor for driving a weighing device (hereinafter abbreviated as a servomotor for weighing) 683 is attached to the
射出装置フレーム614には、スクリュ626と平行にボールねじ軸685が回転自在に支持されるとともに、ボールねじ軸685と射出装置駆動用サーボモータ(以下、射出用サーボモータと略称する)686とがタイミングベルト687を介して連結される。そして、ボールねじ軸685の前端は、支持部材682に固定されたボールねじナット674と螺合させられる。したがって、射出用サーボモータ686を駆動すると、その回転運動は、ボールねじ軸685とボールねじナット674との組合せ、すなわち、ねじ装置692によって直線運動に変換され、直線運動が支持部材682に伝達される。
The
次に、射出装置611の動作について説明する。まず、計量工程においては、計量用サーボモータ683を駆動し、タイミングベルト684を介してスクリュ626を回転させ、射出用サーボモータ686を駆動し、タイミングベルト687を介してスクリュ626を所定の位置まで後退(図における右方に移動)させる。このとき、ホッパ617から供給された樹脂は、加熱シリンダ615内において加熱されて溶融させられ、スクリュ626の後退に伴ってスクリュ626の前方に溜められる。
Next, the operation of the
次に、射出工程においては、射出ノズル616を固定金型644に押し付け、射出用サーボモータ686を駆動し、タイミングベルト687を介してボールねじ軸685を回転させる。このとき、支持部材682はボールねじ軸685の回転に伴って移動させられ、スクリュ626を前進(図における左方に移動)させるので、スクリュ626の前方に溜められた樹脂は射出ノズル616から射出され、固定金型644と可動金型645との間に形成されたキャビティ空間647に充填される。
Next, in the injection process, the
(型締装置)
次に、型締装置612について説明する。型締装置612は、射出装置611と対向するようにしてベースフレーム613に支持される。型締装置612は、固定プラテン651、トグルサポート652、固定プラテン651とトグルサポート652との間に架設されたタイバー653、固定プラテン651と対向して配設され、タイバー653に沿って進退自在に配設された可動プラテン654、および、可動プラテン654とトグルサポート652との間に配設されたトグル機構656を備える。そして、固定プラテン651および可動プラテン654に、互いに対向させて固定金型644および可動金型645がそれぞれ取り付けられる。
(Molding device)
Next, the
トグル機構656は、図示されない型締用サーボモータによってクロスヘッド658をトグルサポート652と可動プラテン654との間で進退させることによって、可動プラテン654をタイバー653に沿って進退させ、可動金型645を固定金型644に対して接離させて、型閉、型締および型開を行うようになっている。
The
そのために、トグル機構656は、クロスヘッド658に対して揺動自在に支持されたトグルレバー661、トグルサポート652に対して揺動自在に支持されたトグルレバー662、可動プラテン654に対して揺動自在に支持されたトグルアーム663から成り、トグルレバー661とトグルレバー662との間、およびトグルレバー662とトグルアーム663との間がそれぞれリンク結合される。
Therefore, the
また、ボールねじ軸664がトグルサポート652に対して回転自在に支持され、ボールねじ軸664と、クロスヘッド658に固定されたボールねじナット665とが螺合させられる。そして、ボールねじ軸664を回転させるために、トグルサポート652の側面に型締用サーボモータ(図示省略)が取り付けられる。
Further, the
したがって、型締用サーボモータを駆動すると、型締用サーボモータの回転運動が、ボールねじ軸664とボールねじナット665との組合せ、すなわち、ねじ装置693によって直線運動に変換され、直線運動がクロスヘッド658に伝達され、クロスヘッド658は矢印C方向に進退させられる。すなわち、クロスヘッド658を前進(図における右方に移動)させると、トグル機構656が伸展して可動プラテン654が前進させられ、型閉および型締が行われ、クロスヘッド658を後退(図における左方に移動)させると、トグル機構656が屈曲して可動プラテン654が後退させられ、型開が行われる。
Therefore, when the mold clamping servomotor is driven, the rotational movement of the mold clamping servomotor is converted into a linear motion by the combination of the
図7は、射出成形機600の電気系統を示すブロック図である。整流器702は交流電源と接続され、交流を整流して直流電圧を生成する。コンバータ704は、整流器702からの直流電圧を、所定の電圧レベルに安定化し、DCリンクバス708にDCリンク電圧VDCを発生する。DCリンクバス708には、DCリンク電圧VDCを安定化するための平滑コンデンサ706が接続される。DCリンクバス708には、複数のインバータ720が接続される。各インバータ720は対応するモータ722を駆動する。モータ722A~722Cは、上述の可塑化移動用モータ622、計量用サーボモータ683、射出用サーボモータ686、型締用サーボモータであってもよい。そのほか射出成形機600にはさまざまなサーボ機構が設けられており、各軸に、インバータ720とモータ722が設けられる。
FIG. 7 is a block diagram showing an electric system of the
双方向コンバータ710は、DCリンクバス708と蓄電モジュール712の間に設けられる。蓄電モジュール712は主としてバックアップ電源として機能し、交流電源が遮断された場合などに、双方向コンバータ710は、コンバータ704に変わって、蓄電モジュール712の電力を平滑コンデンサ706に供給する。また、インバータ720が回生運転を行い、余剰なエネルギーが発生した場合には、双方向コンバータ710はその余剰なエネルギーで蓄電モジュール712を充電する。双方向コンバータ710および蓄電モジュール712を具備しない射出成形機600もある。
The
実施の形態に係るモータ駆動システム100は、型締用サーボモータ、可塑化移動用モータ、計量用サーボモータ、射出用サーボモータなど、任意の軸のモータ駆動システムに採用することができる。具体的には図7のインバータ720とモータ722の組み合わせが、モータ駆動システム100に対応する。 The motor drive system 100 according to the embodiment can be adopted for a motor drive system of any axis such as a mold clamping servo motor, a plasticized moving motor, a weighing servo motor, and an injection servo motor. Specifically, the combination of the inverter 720 and the motor 722 in FIG. 7 corresponds to the motor drive system 100.
モータ駆動システム100の別の用途は、建設機械である。
(用途2. ショベル)
図8は、実施の形態に係る建設機械の一例であるショベル500の外観を示す斜視図である。ショベル500は、主として下部走行体(クローラ)502と、下部走行体502の上部に旋回機構503を介して回動自在に搭載された上部旋回体504とを備えている。
Another use of the motor drive system 100 is construction machinery.
(Use 2. Excavator)
FIG. 8 is a perspective view showing the appearance of the
旋回体504には、アタッチメント510が取り付けられる。アタッチメント510は、ブーム512と、ブーム512の先端にリンク接続されたアーム514と、アーム514の先端にリンク接続されたバケット516とを備える。ブーム512、アーム514、およびバケット516は、それぞれブームシリンダ520、アームシリンダ522、およびバケットシリンダ524によって油圧駆動される。また、旋回体504には、オペレータを収容するための運転室508や、油圧を発生するためのエンジン506といった動力源が設けられている。
An
図9は、実施の形態に係るショベル500の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図9では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。
FIG. 9 is a block diagram of an electric system, a hydraulic system, and the like of the
エンジン506および電動発電機530の回転軸は、共に減速機532の入力軸に接続され、互いに連結されている。エンジン506の負荷が大きいときには、電動発電機530が自身の駆動力によりエンジン506の駆動力を補助(アシスト)し、電動発電機530の駆動力が減速機532の出力軸を経てメインポンプ534に伝達される。一方、エンジン506の負荷が小さいときには、エンジン506の駆動力が減速機532を経て電動発電機530に伝達されることにより、電動発電機530が発電を行う。
The rotating shafts of the
電動発電機530はアシスト用インバータ531の2次側(出力)端に接続される。アシスト用インバータ531は、コントローラ540(アシスト用インバータコントローラ)からの指令にもとづき、電動発電機530の運転制御を行う。電動発電機530の駆動と発電との切りかえは、ショベル500における電気系統の駆動制御を行うコントローラ540により、エンジン506の負荷等に応じて行われる。
The
減速機532の出力軸にはメインポンプ534およびパイロットポンプ536が接続されており、メインポンプ534には高圧油圧ライン542を介してコントロールバルブ544が接続されている。コントロールバルブ544は、ショベル500における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ544には、図8に示した下部走行体502を駆動するための油圧モータ550Aおよび550Bの他、ブームシリンダ520、アームシリンダ522およびバケットシリンダ524が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ544は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
A
パイロットポンプ536には、パイロットライン552を介して操作手段554が接続されている。操作手段554は、旋回用電動機560、下部走行体502、ブーム512、アーム514およびバケット516を操作するためのレバーやペダルであり、オペレータによって操作される。
An operating means 554 is connected to the
操作手段554には、油圧ライン556を介してコントロールバルブ544が接続され、また、油圧ライン558を介して圧力センサ559が接続される。操作手段554は、パイロットライン552を通じて供給される油圧(1次側の油圧)をオペレータの操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作手段554から出力される2次側の油圧は、油圧ライン556を通じてコントロールバルブ544に供給されるとともに、圧力センサ559によって検出される。
A control valve 544 is connected to the operating means 554 via the
圧力センサ559は、操作手段554に対して旋回機構503を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン558内の油圧の変化として検出する。圧力センサ559は、油圧ライン558内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、旋回指令としてコントローラ540に入力され、旋回用電動機560の駆動制御に用いられる。
When an operation for turning the
コントローラ540(旋回用インバータコントローラ)は、操作入力に応じた回転速度指令を受け、レゾルバ562により検出される旋回用電動機560の旋回速度が、回転速度指令と一致するように、旋回用インバータ561を制御する。たとえば旋回用電動機560は、PWM(Pulse Width Modulation)制御指令により旋回用インバータ561によって交流駆動される。
The controller 540 (turning inverter controller) receives a rotation speed command according to the operation input, and sets the turning
コントローラ540は、CPU(Central Processing Unit)および内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをCPUが実行することにより実現される。コントローラ540は、各種センサおよび操作手段554等からの操作入力を受けて、アシスト用インバータ531、旋回用インバータ561および蓄電手段570等の駆動制御を行う。
The
旋回用電動機560は、図8の旋回機構503に設けられ、上部旋回体504を回動させる交流電動機である。旋回用電動機560の回転軸566には、レゾルバ562、メカニカルブレーキ563および旋回減速機564が接続される。
The
旋回用電動機560が力行運転を行う際には、旋回用電動機560の回転駆動力の回転力が旋回減速機564にて増幅され、旋回体504が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体504の慣性回転により、旋回減速機564にて回転数が増加されて旋回用電動機560に伝達され、回生電力を発生させる。
When the turning
レゾルバ562は、旋回用電動機560と機械的に連結され、旋回用電動機560の回転軸566の回転位置および回転角度を検出する。メカニカルブレーキ563は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ540からの指令によって、旋回用電動機560の回転軸566を機械的に停止させる。旋回減速機564は、旋回用電動機560の回転軸566の回転速度を減速して旋回機構503に機械的に伝達する。
The
蓄電手段570は、旋回用インバータ561の電源であり、DCリンク電圧を供給する。蓄電手段570は、蓄電手段を含み、アシスト用インバータ531や旋回用インバータ561が回生運転を行う際には、それらからの回生エネルギーを蓄電可能に構成される。
The power storage means 570 is a power source for the turning
実施の形態に係るモータ駆動システム100は、旋回用電動機560の駆動システムに好適に用いることができる。
The motor drive system 100 according to the embodiment can be suitably used for the drive system of the turning
そのほかモータ駆動システム100は、プレス機械、クレーン、電動フォークリフト、AGV(無人搬送車)の電動機の駆動に用いることができる。 In addition, the motor drive system 100 can be used to drive a press machine, a crane, an electric forklift, and an electric motor of an AGV (automated guided vehicle).
100…モータ駆動システム、102…モータ、104,106…回転センサ、108…電磁接触器、110…モータドライバ、112…通信回路、114…モータ制御処理部、116…モータ駆動回路、118…STO回路、130…安全コントローラ、132…傍受回路、134…異常検出部、136…OR回路、500…ショベル、502…下部走行体、503…旋回機構、504…旋回体、506…エンジン、508…運転室、510…アタッチメント、512…ブーム、514…アーム、516…バケット、520…ブームシリンダ、522…アームシリンダ、524…バケットシリンダ、530…電動発電機、531…アシスト用インバータ、532…減速機、534…メインポンプ、536…パイロットポンプ、540…コントローラ、542…高圧油圧ライン、544…コントロールバルブ、550A,550B…油圧モータ、552…パイロットライン、554…操作手段、556…油圧ライン、560…旋回用電動機、561…旋回用インバータ、562…レゾルバ、563…メカニカルブレーキ、564…旋回減速機、566…回転軸、558…油圧ライン、559…圧力センサ、570…蓄電手段、600…射出成形機、611…射出装置、612…型締装置、613…メインフレーム、614…射出装置フレーム、615…加熱シリンダ、616…射出ノズル、617…ホッパ、621…ボールねじ軸、622…可塑化移動用モータ、623…ボールねじナット、624…スプリング、625…ブラケット、626…スクリュ、643…金型装置、644…固定金型、645…可動金型、647…キャビティ空間、651…固定プラテン、652…トグルサポート、653…タイバー、654…可動プラテン、656…トグル機構、658…クロスヘッド、661,662…トグルレバー、663…トグルアーム、664…ボールねじ軸、665…ボールねじナット、671…エジェクタ装置、674…ボールねじナット、681…ガイド、682…支持部材、683…計量用サーボモータ、684…タイミングベルト、685…ボールねじ軸、686…射出用サーボモータ、687…タイミングベルト、691,692,693…ねじ装置。 100 ... motor drive system, 102 ... motor, 104, 106 ... rotation sensor, 108 ... electromagnetic contactor, 110 ... motor driver, 112 ... communication circuit, 114 ... motor control processing unit, 116 ... motor drive circuit, 118 ... STO circuit , 130 ... Safety controller, 132 ... Interception circuit, 134 ... Abnormality detector, 136 ... OR circuit, 500 ... Excavator, 502 ... Lower traveling body, 503 ... Swivel mechanism, 504 ... Swivel body, 506 ... Engine, 508 ... Driver's cab 5,510 ... Attachment, 512 ... Boom, 514 ... Arm, 516 ... Bucket, 520 ... Boom Cylinder, 522 ... Arm Cylinder, 524 ... Bucket Cylinder, 530 ... Motor Motor, 513 ... Assist Inverter, 532 ... Reducer, 534 ... main pump, 536 ... pilot pump, 540 ... controller, 542 ... high pressure hydraulic line, 544 ... control valve, 550A, 550B ... hydraulic motor, 552 ... pilot line, 554 ... operating means, 556 ... hydraulic line, 560 ... for turning Motor, 561 ... Swivel inverter, 562 ... Resolver, 563 ... Mechanical brake, 564 ... Swivel speed reducer, 566 ... Rotating shaft, 558 ... Hydraulic line, 559 ... Pressure sensor, 570 ... Power storage means, 600 ... Injection molding machine, 611 ... Injection device, 612 ... Mold clamping device, 613 ... Main frame, 614 ... Injection device frame, 615 ... Heating cylinder, 616 ... Injection nozzle, 617 ... Hopper, 621 ... Ball screw shaft, 622 ... Plasticization transfer motor, 623 ... ball screw nut, 624 ... spring, 625 ... bracket, 626 ... screw, 643 ... mold device, 644 ... fixed mold, 645 ... movable mold, 647 ... cavity space, 651 ... fixed platen, 652 ... toggle support, 653 ... Tie bar, 654 ... Movable platen, 656 ... Toggle mechanism, 658 ... Cross head, 661, 662 ... Toggle lever, 663 ... Toggle arm, 664 ... Ball screw shaft, 665 ... Ball screw nut, 671 ... Ejector device, 674 ... Ball screw nut, 681 ... Guide, 682 ... Support member, 683 ... Weighing servo motor, 684 ... Timing belt, 685 ... Ball screw shaft, 686 ... Injection servo motor, 687 ... Timing belt, 691, 692, 693 ... Screw Device.
Claims (6)
前記モータドライバと通信線を介して接続されており、前記モータドライバとの間で、所定のプロトコルにしたがって通信可能であり、前記モータの状態を検出し、前記モータの状態を示す情報を含む通信データを前記モータドライバからのリクエストに応答して前記モータドライバに送信する回転センサと、
前記通信線と接続され、前記回転センサから前記モータドライバに送信される前記通信データを傍受する傍受回路を含み、傍受した前記通信データにもとづき、異常を検出する安全コントローラと、
を備え、
前記モータドライバは、前記リクエスト信号を送信する機能と、前記通信データを受信する機能を有する通信回路を含み、
前記傍受回路は、前記リクエスト信号を送信する機能を有さず、前記傍受回路のハードウェアの構成は前記通信回路よりも簡素化されていることを特徴とするモータ駆動システム。 A motor driver that controls the drive of the motor,
It is connected to the motor driver via a communication line, can communicate with the motor driver according to a predetermined protocol, detects the state of the motor, and communicates with information indicating the state of the motor. A rotation sensor that sends data to the motor driver in response to a request from the motor driver,
A safety controller that is connected to the communication line and includes an interception circuit that intercepts the communication data transmitted from the rotation sensor to the motor driver, and detects an abnormality based on the intercepted communication data.
Equipped with
The motor driver includes a communication circuit having a function of transmitting the request signal and a function of receiving the communication data.
The motor drive system is characterized in that the interception circuit does not have a function of transmitting the request signal, and the hardware configuration of the interception circuit is simplified as compared with the communication circuit .
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