JP7195904B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関する。

従来、作業機械に搭載され、モータ等に駆動電流を出力して作業機械を動作させる電力変換装置がある。電力変換装置は、電力用スイッチング素子のスイッチング動作により駆動電流を出力する。特許文献１には、電力用スイッチング素子の消耗度を監視するシステムが開示されている。

特開２０１２－０７６４５４号公報

作業機械を動作させる複数のモータの中には、例えばトルクリップルの解消、あるいは、回転ムラの解消など、トルク又は運動の精度に高い要求が課されるものと、さほど高い要求が課されないものとが混在する。そして、要求に応じて、異なるモータの制御方式を採用し、必要なものについてはモータの制御性能を向上させる必要がある。しかしながら、複数のモータの制御方式を採用する場合に、個々の制御方式ごとに駆動回路の回路構成を設計していたのでは、駆動回路の開発コスト及び製造コストが高騰するという課題がある。

本発明は、複数の制御方式が採用される場合でも、モータに駆動電流を出力する回路構成の開発コスト及び製造コストを抑制できる作業機械及び電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る作業機械は、
複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸をそれぞれ駆動する複数のモータに電力を出力する複数の電力変換装置と、を備える作業機械であって、
前記複数の電力変換装置の少なくとも１つは、オプション機能回路が搭載されたオプションカードの取付部を備え、
前記取付部には、前記電力変換装置の三相出力電圧を検出するためのオプションカードと、前記電力変換装置内で伝送されるスイッチングパルスのパルス幅を計測するためのオプションカードとが取り付け可能である。
本発明に係るもう一態様の作業機械は、
複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸をそれぞれ駆動する複数のモータに電力を出力する複数の電力変換装置と、を備える作業機械であって、
前記複数の電力変換装置の少なくとも１つは、オプション機能回路が搭載されたオプションカードの取付部と、前記取付部が含まれる基板とを備え、
前記基板には、出力電流の電流センサが設けられ、
前記取付部は、前記基板の中央よりも、前記電流センサを挟んで、前記基板の縁側に配置されている。

本発明に係るもう一態様の作業機械は、
複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸をそれぞれ駆動する複数のモータに電力を出力する複数の電力変換装置と、を備える作業機械であって、
前記複数の電力変換装置の少なくとも１つは、オプション機能回路が搭載されたオプションカードの取付部を備え、
前記取付部は、強電系の信号が伝送される第１端子群と、弱電系の信号が伝送される第２端子群とを含み、
前記第１端子群と前記第２端子群との間隔が、前記第２端子群に含まれる複数の端子の間隔よりも大きい。

本発明によれば、複数の制御方式が採用される場合でも、モータに駆動電流を出力する回路構成の開発コスト及び製造コストを抑制できる作業機械及び電力変換装置を提供できる。

本発明の実施形態の作業機械を示す図である。 図１の電力変換装置を示す回路図である。 図１の電力変換装置の基板構成を示す斜視図である。 図１の電力変換装置のハウジングを含めた構成を示す斜視図である。 図１の電力変換装置を下方から見た斜視図（Ａ）と、その一部拡大図（Ｂ）である。 温度センサの配置例を説明するパワーモジュールの平面図である。 パワーモジュールの底面の温度分布の一例を示す図である。 制御部によって実行される温度監視処理の一例を示すフローチャートである。 オプションカードの一例を示す図である。 ドライブモジュールを示す上面図である。 ドライブモジュールに搭載されるトランスの一例を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の作業機械を示す図である。

本実施形態の作業機械１は、例えば射出成形機であり、成形材料を溶解及び射出する射出装置１１と、射出装置１１を搬送する可塑化移動装置２０と、成形材料が充填される金型装置を動かす型締装置１２と、固化した成形品を金型装置４３から押し出すエジェクタ装置７１とを備える。

金型装置４３は、固定プラテン５１に保持される固定金型４４と、可動プラテン５４に保持される可動金型４５とを含む。型締装置１２は、三相モータである型締用モータ５７を有し、型締用モータ５７が駆動することで、可動金型４５を保持した可動プラテン５４が動いて金型装置４３の開閉と型締とが行われる。射出装置１１は、三相モータである射出用モータ８６を有し、射出用モータ８６の駆動によりスクリュ２６が並進移動して加熱シリンダ１５から成形材料が射出される。また、射出装置１１は、三相モータである計量用モータ８３を有し、計量用モータ８３の駆動によりスクリュ２６が回転してホッパ１７から加熱シリンダ１５に成形材料が供給される。可塑化移動装置２０は、三相モータである可塑化移動用モータ２２を有し、可塑化移動用モータ２２の駆動により可動部が動作する。エジェクタ装置７１は、三相モータであるエジェクト用モータ７２を有し、エジェクト用モータ７２の駆動により可動部が動作する。図１では、型締用モータ５７、射出用モータ８６、計量用モータ８３、可塑化移動用モータ２２、エジェクト用モータ７２を、第１モータ～第ｎモータと記している。これらの各モータが回転駆動する軸が、本発明に係る複数の駆動軸に相当する。

作業機械１は、さらに、型締用モータ５７、射出用モータ８６、計量用モータ８３、可塑化移動用モータ２２、エジェクト用モータ７２に、それぞれに電力を出力して、各モータを駆動する複数の電力変換装置１００Ａ、１００Ｂ～１００Ｘを備える。

さらに、作業機械１は、モーション制御部２０１を備える。モーション制御部２０１は、所定の制御プログラムに従って作業機械１の複数の電力変換装置１００Ａ、１００Ｂ～１００Ｘに動作指令（具体的には速度指令）を出力する。複数の電力変換装置１００Ａ～１００Ｘは、速度指令に応じて各モータを駆動する。これらにより、作業機械１の各部が連携して動作し、所定の成形処理が実行される。

図２は、電力変換装置を示す回路図である。図３は、電力変換装置の基板配置を示す斜視図である。図４は、電力変換装置のハウジングを含めた構成を示す斜視図である。図５は、電力変換装置を下方から見た斜視図（Ａ）と、その一部拡大図（Ｂ）である。以下、電力変換装置１００Ａについて説明するが、他の電力変換装置１００Ｂ～１００Ｘも同様の構成を有する。

電力変換装置１００Ａは、図２に示すように、複数の電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷが搭載されたパワーモジュール１１０と、複数の電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷの制御端子（ゲート端子）を駆動するドライブモジュール１２０と、ドライブモジュール１２０を制御する制御モジュール１３０と、これらを収容するハウジング１００ｈ（図４）とを備える。

パワーモジュール１１０は、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷと、これらを収容するモジュールハウジング１１０ｈ（図３）と、を有する。パワーモジュール１１０は、外部から直流電圧を受け、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷがスイッチング動作することで、出力端子ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷに三相交流の電流を出力する。電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、モジュールハウジング１１０ｈの底面から放熱が行われるよう、モジュールハウジング１１０ｈに収容される。図５（Ａ）に示すように、モジュールハウジング１１０ｈの底面は、ヒートシンク取付面１１６であり、所定の厚みの熱伝導性グリースを介してヒートシンクが取り付けられるように規定されている。

ドライブモジュール１２０は、各種の電源電圧を生成するトランス１２１と、ゲート駆動信号（スイッチングパルス）を出力する出力回路１２２と、パワーモジュール１１０の出力電流の電流検出を行う絶縁型の電流センサ１２３と、オプションカードが接続可能なカード接続用端子１２４と、温度センサ１２５を接続するためのコネクタ１２６と、これらを搭載する基板１２０ａ（図３）とを備える。絶縁型の電流センサ１２３は、例えばカレントトランス型、ホール素子型の電流センサなどである。

トランス１２１は、複数（３つ以上）の二次巻線を有し、制御系の電源電圧、アナログ信号を出力するセンサ用の電源電圧、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷのゲート駆動用の電源電圧など、複数の電源電圧を生成する。

ドライブモジュール１２０においては、強電系の配線、端子及び信号と、弱電系の配線、端子及び信号とが混在する。強電系の配線、端子及び信号とは、パワーモジュール１１０の回路から電気的に絶縁されていない配線、端子及び信号を意味する。弱電系の配線、端子及び信号とは、パワーモジュール１１０の回路から電気的に絶縁された配線、端子及び信号を意味する。強電系の信号には、ゲート駆動信号、出力端子ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷの三相交流電圧などが含まれる。弱電系の信号には、制御モジュール１３０に伝送される制御信号、各種の強電系の信号を計測又は検出した信号などが含まれる。強電系の信号と、これらの信号を計測又は検出した弱電系の信号とは、例えばフォトカプラなどのアイソレーションアンプを介して絶縁される。

制御モジュール１３０は、上位の制御装置（モーション制御部２０１など）と通信する通信部１３１と、制御処理を行う電力変換制御部１３２と、これらを搭載した基板１３０ａ、１３０ｂ（図３）とを有する。電力変換制御部１３２は、例えば、上位の制御装置から受信した速度指令と、ドライブモジュール１２０から送られてきた各種の検出信号とに基づいて、速度指令が達成されるように、ゲート駆動用の制御信号をドライブモジュール１２０に出力する。すなわち、電力変換制御部１３２は、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷのスイッチング制御を行う。ドライブモジュール１２０の出力回路１２２は、制御信号に応じてケート駆動信号を出力する。

＜温度センサ＞
温度センサ１２５は、ドライブモジュール１２０から離れた箇所に固定され、配線を介してドライブモジュール１２０のコネクタ１２６に接続される。温度センサ１２５の検出信号は基板１２０ａの配線及び基板間コネクタ１２７、１３５を介して制御モジュール１３０に送られる。温度センサ１２５の検出信号（温度情報）は、図１の破線に示すように、制御モジュール１３０を介して上位の制御装置（モーション制御部２０１）に送られてもよい。温度センサ１２５、並びに、その検出信号を伝送する構成（温度センサ１２５の配線、コネクタ１２６及び基板間コネクタ１２７、１３５など）を含めて温度検出部と呼んでもよい。

温度センサ１２５の配線は、図４及び図５（Ａ）に示すように、ハウジング１００ｈの開口窓１０２から出て、ハウジング１００ｈの外周あるいはハウジング１００ｈに側壁内に設けられた貫通孔１０３を介して、モジュールハウジング１１０ｈの底面まで延びる。ハウジング１００ｈの裏面には、図５（Ｂ）に示すように、配線をモジュールハウジング１１０ｈの底面に導く溝１０４が設けられていてもよい。

温度センサ１２５は薄型のセンサである。温度センサ１２５及び配線は、好ましくは、ヒートシンクとモジュールハウジング１１０ｈとの間の熱伝導性グリースの厚み以下であってもよい。温度センサ１２５及び配線は、電力変換装置１００Ａにヒートシンクが取り付けられた場合に、これらの間の熱伝導性グリースに埋まって固定される。なお、温度センサ１２５及び配線の厚みが、熱伝導性グリースの厚みよりも大きい場合には、ヒートシンクの温度センサ１２５及び配線と重なる部分に溝を設け、溝内に温度センサ１２５及び配線を配置してもよい。

図６は、温度センサの配置例を説明するパワーモジュールの平面図である。図７は、パワーモジュールの底面の温度分布の一例を示す図である。図７中、範囲Ｗ１はパワーモジュール１１０の底面を示し、範囲Ｗ２はパワーモジュール１１０が接続されるヒートシンクの主面を示す。

温度センサ１２５は、パワーモジュール１１０に含まれる複数の電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷのうち、代表の一つ（電力用スイッチング素子ＭＬＮ）の直下に配置される。図６の配置箇所Ｐ１～Ｐ６は、複数の電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷの配置箇所を表わす。図５に示したように、温度センサ１２５の配線は、温度センサ１２５を配置箇所Ｐ２の直下に配置したときに、過不足のない長さを有する。なお、本明細書において直下とは、ヒートシンク取付面１１６（図５（Ａ））に垂直で、かつ、ヒートシンク取付面１１６を下方とした方向を意味する。直下とは、電力変換装置１００Ａが実際に配置された状態における鉛直下方と異なっていてもよい。

図７に示すように、配置箇所Ｐ２の直下からずれた位置では、電力用スイッチング素子ＭＬＮから四方に分散された熱が伝わる。このため、ここで温度を検出すると、電力用スイッチング素子ＭＬＮの正確な温度が得られない。一方、配置箇所Ｐ２の直下では、電力用スイッチング素子ＭＬＮの温度が直接的に伝わるため、電力用スイッチング素子ＭＬＮの温度を高い精度で検出できる。

図８は、制御部によって実行される温度監視処理の一例を示すフローチャートである。なお、図８に示す具体的な処理手順は一例に過ぎず、様々な方式の温度監視処理が適用されてもよい。

制御モジュール１３０の電力変換制御部１３２あるいは上位の制御装置（例えばモーション制御部２０１）は、温度センサ１２５からの検出信号に基づいて、図８の温度監視処理を実行する。以下、温度監視処理を実行する主体を制御部と呼ぶ。温度監視処理は、例えば、電力変換装置１００Ａの動作中、制御部によって常に実行される。

温度監視処理では、先ず、制御部は、ステップＳ１～Ｓ３のループ処理により、パターン識別用の単位サンプリング期間が経過するまで（ステップＳ３）、温度センサ１２５の検出信号のサンプリング（ステップＳ１）を繰り返す。さらに、このループ処理中、制御部は、サンプリングされた検出信号が異常温度を示していないか判別する（ステップＳ２）。そして、パターン識別用の単位サンプリング期間が経過して、この期間の検出信号のサンプリングデータが取得されたら、制御部は、処理をステップＳ４に進める。また、ステップＳ２で、異常温度に達したと判別されたら、制御部は、異常の報知又はシステムの動作を中断させるなどのエラー処理へ処理を移行する。

単位サンプリング期間のサンプリングデータが取得されて、ステップＳ１～Ｓ３のループ処理を抜けると、制御部は、この期間のサンプリングデータから、温度の変化パターンを識別する（ステップＳ４）。電力用スイッチング素子の温度変化パターンと、電力用スイッチング素子の劣化度（「疲労度」と呼んでもよい）とは、予め決まった関係を有する。制御部には、これらの関係を表わすデータテーブル又は関数が予め与えられている。制御部は、このデータテーブル又は関数を参照して、単位サンプリング期間ごとに、電力用スイッチング素子ＭＬＮの劣化度を算出する（ステップＳ５）。さらに、制御部は、過去から現在までの劣化度を積算し、累積された劣化度を算出する（ステップＳ６）。そして、制御部は、累積された劣化度から電力用スイッチング素子ＭＬＮの寿命が警告段階の閾値を超えているか判別する（ステップＳ７）。ステップＳ７の判別の結果がＹＥＳであれば、制御部は、処理を寿命警告処理へ移行する。一方、ステップＳ７の判別結果がＮＯであれば、制御部は、そのまま処理をステップＳ１に戻す。そして、制御部は、ステップＳ１からの処理を繰り返す。

このような温度監視処理により、制御部は、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷが寿命で破損に至る前に、寿命に近いことを使用者等に警告することができる。また、制御部は、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷが異常温度に達している場合に、異常温度の発生に速やかに対応することができる。

＜カード接続用端子及びオプションカード＞
先にも説明したが、ドライブモジュール１２０の基板１２０ａには、オプションカードが接続可能なカード接続用端子１２４が設けられている。オプションカードの端子を半田等の接合部材を介してカード接続用端子１２４に接合することで、基板１２０ａにオプションカードを実装することができる。なお、カード接続用端子１２４の代わりに、オプションカードを脱着可能なコネクタが採用されてもよい。カード接続用端子１２４又はコネクタは、オプションカードを取り付け可能な取付部の一例に相当する。

オプションカードは、電力変換装置１００Ａにオプション機能を追加するオプション機能回路が搭載されたカードである。オプションカードには、例えば、デッドタイム補償を行うために各ゲート駆動信号（スイッチングパルス）のパルス幅を計測するデッドタイム補償用のカード１２８、並びに、出力端子ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷの電圧を検出するＵＶＷ出力電圧検出用のカード１２９が含まれる。

ドライブモジュール１２０は、オプションカードが接続されていない状態で、パワーモジュール１１０を駆動することのできる基本構成を有する。基本構成には、制御モジュール１３０からの制御信号に応じてゲート駆動信号を出力する出力回路１２２と、出力電流を検出する電流センサ１２３とが含まれる。このような基本構成により、モータのベクトル制御が可能となる。すなわち、ドライブモジュール１２０の基本構成と、制御モジュール１３０に搭載されるベクトル制御用のプログラムとを用いて、ベクトル制御によって電力変換装置１００Ａからモータへ駆動電流を出力し、モータの速度を制御することができる。

一方、ベクトル制御以外のモータの制御方式の中には、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷのデッドタイム補償を必要とする制御方式がある。あるいは、モータ静止時又は回転時のロータの磁極位置を、各出力端子ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷの電圧から推定することで、モータの速度制御を実現する制御方式がある。ここでは、これらを第２制御方式と第３制御方式と呼ぶ。

第２制御方式を採用する場合、カード接続用端子１２４にはデッドタイム補償用のカード１２８が接続される。さらに、制御モジュール１３０の制御部には、第２制御方式のプログラムが搭載される。カード１２８には、カード接続用端子１２４を介して各ゲート駆動信号が入力され、カード１２８内で、各ゲート駆動信号（スイッチングパルス）のパルス幅の計測が行われ、計測結果の信号がカード接続用端子１２４を介して出力される。計測結果の信号は、ドライブモジュール１２０の基板１２０ａの配線と、基板間コネクタ１２７、１３５とを介して、制御モジュール１３０へ送られる。制御モジュール１３０の制御部は、カード１２８からの計測結果の信号に基づきデッドタイム補償を行うことで、パワーモジュール１１０をデッドタイムが生じないように駆動し、第２制御方式によりモータの速度制御を行うことができる。

第３制御方式を採用する場合、カード接続用端子１２４にはＵＶＷ出力電圧検出用のカード１２９が接続される。さらに、制御モジュール１３０の制御部には、第３制御方式のプログラムが搭載される。カード１２９には、カード接続用端子１２４を介して、三相の出力端子ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷの電圧が入力され、カード１２９内でこれらの電圧の検出が行われる。そして、カード１２９からカード接続用端子１２４を介して検出信号が出力され、検出信号がドライブモジュール１２０の基板１２０ａの配線と、基板間コネクタ１２７、１３５とを介して、制御モジュール１３０へ送られる。制御モジュール１３０の制御部は、カード１２９からの出力電圧の検出信号に基づいてモータの磁極の位置を認識し、第１制御方式によってモータを速度制御できる。

図９は、オプションカードの一例を示す図である。図１０は、ドライブモジュールを示す上面図である。以下、オプションカードとして、デッドタイム補償用のカード１２８について説明するが、他のオプションカードについても同様の構成を有する。

カード１２８は、図９に示すように、強電系の信号が入力される第１端子群１２８ａ（例えば入力ピン）と、弱電系の信号が入出力される第２端子群１２８ｂ（例えば入出力ピン）と、強電系の信号線と弱電系の信号線との間を絶縁するアイソレーションアンプ１２８ｃと、時間計測又は電圧検出等を行う信号処理部１２８ｄとを備える。その他、カード１２８には、高電圧を分圧する分圧抵抗が設けられている場合もある。

基板１２０ａ側のカード接続用端子１２４には、図３に示したように、第１端子群１２８ａに対応する強電系の第１端子群１２４Ａと、第２端子群１２８ｂに対応する弱電系の第２端子群１２４Ｂとが含まれる。基板１２０ａ側の第１端子群１２４Ａの端子数は、カード１２８の第１端子群１２８ａの端子数よりも多く、第１端子群１２８ａの端子の位置に応じてカード１２８に入力される強電系の信号を選択できる。

カード１２８において、強電系の第１端子群１２８ａと弱電系の第２端子群１２８ｂとの間隔は、第２端子群１２８ｂの端子間距離よりも大きい。同様に、基板１２０ａ側のカード接続用端子１２４において、強電系の第１端子群１２４Ａと、弱電系の第２端子群１２４Ｂとの間隔は、弱電系の第１端子群１２４Ａの端子間距離よりも大きい。さらに、カード１２８は、強電系の信号が伝送されるエリア１２８Ｍと、弱電系の信号が伝送されるエリア１２８Ｎとに２分割され、エリア１２８Ｍに第１端子群１２８ａが設けられ、エリア１２８Ｎに第２端子群１２８ｂが設けられている。また、エリア１２８Ｍ、１２８Ｎの間にアイソレーションアンプ１２８ｃなどの信号間を絶縁する素子が設けられている。

このように、カード１２８の端子及び配線エリアが強電系と弱電系とで分離されていることで、弱電系の配線と強電系の配線との絶縁距離を確保しつつ、分離されていない場合と比較して、複数の配線を密に設けられる。したがって、弱電系と強電系との絶縁を確保しつつ、カード１２８のコンパクト化を図ることができる。

なお、強電系の信号はドライブモジュール１２０の基板１２０ａ上で分圧抵抗により１回分圧されてカード１２８に入力され、カード１２８上でさらに分圧抵抗により分圧されて計測等の処理が行われてもよい。このように分圧抵抗を、基板１２０ａとカード１２８とに分けて配置することで、カード１２８の第１端子群１２８ａに入力される電圧を低くして、第１端子群１２８ａの耐圧設定を低くし、カード１２８の製造コストの低下を図ることができる。

図１０に示すように、カード１２８、１２９が接続可能なカード接続用端子１２４は、基板１２０ａの中央よりも、電流センサ１２３を挟んで、基板１２０ａの縁側に配置されている。基板１２０ａのカード接続用端子１２４の上方には、カード１２８、１２９を配置できる間隙が設けられている。具体的には、ドライブモジュール１２０の基板１２０ａと、制御モジュール１３０の基板１３０ａとの間に、カード１２８、１２９を配置できる間隙が設けられている。さらに、ハウジング１００ｈには、カード接続用端子１２４の上方にカード１２８、１２９を収容できる間隙Ｇ１（図４）が設けられている。本明細書においてカード接続用端子１２４の上方とは、基板１２０ａのカード接続用端子１２４側を意味し、電力変換装置１００Ａが実際に配置された状態における上方とは異なっていてもよい。

カード接続用端子１２４が、電流センサ１２３の近傍に設けられていることで、パワーモジュール１１０の出力電圧を短い配線でカード接続用端子１２４まで導くことができ、基板１２０ａの強電系の配線をより単純化できる。

さらに、図１０に示すように、ドライブモジュール１２０の基板１２０ａにおいて、強電系の信号が伝送されるエリアＡ１と、弱電系の信号が伝送されるＡ２とは基板１２０ａの一方と他方とに２分割されており、カード接続用端子１２４のうち、強電系の信号が伝送される第１端子群１２４Ａは強電系のエリアＡ１に配置され、弱電系の信号が伝送される第２端子群１２４Ｂは弱電系のエリアＡ２に配置される。このような構成により、基板１２０ａにおいても、エリアＡ１、Ａ２が混在している場合と比較して、強電系の配線と弱電系の配線との絶縁距離を確保しつつ、複数の配線を密に配置できる。したがって、基板１２０ａのコンパクト化を図ることができる。

＜トランス＞
図１１は、ドライブモジュールに搭載されるトランスの一例を示す縦断面図である。

トランス１２１は、外部からの電源電圧が入力される一次巻線ｍ１と、電力変換装置１００Ａ内で使用される各種の電源電圧を生成するための複数の二次巻線ｍ２～ｍ９とが、コアＣ１に巻回されて構成される。ドライブモジュール１２０には、各電源電圧を生成するためのスイッチング素子を有する電源回路が搭載され、スイッチング素子が動作して一次巻線ｍ１に流れる電流がオン・オフに切り替えられることで、トランス１２１の複数の二次巻線ｍ２～ｍ９から電源電圧を出力する。複数の電源電圧には、先にも述べたが、制御系の電源電圧、アナログ信号を出力するセンサ用の正負の電源電圧、上アームの３つの電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷの各ケード駆動用の電源電圧、下アームの電力用スイッチング素子ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷの共通のゲート駆動用の電源電圧などが含まれる。複数の電源電圧には、電力変換装置１００Ａの外部に供給される電源電圧、例えばモータの回転を検出するエンコーダ用の電源電圧などが含まれていてもよい。トランス１２１が生成する複数の電源電圧のうち、ゲート駆動用の４つの電源電圧が強電系の電源電圧に相当し、その他の電源電圧が弱電系の電源電圧に相当する。

トランス１２１は、さらに、弱電系の電源電圧を出力する複数の出力ピンｑ１～ｑｎと、強電系の電源電圧を出力する複数の被覆導線ｒ１～ｒｍとを備える。図１０に示すように、出力ピンｑ１～ｑｎは、基板１２０ａのスルーホールに配置されて、基板１２０ａの複数種の電源ラインと電気的に接続される。すなわち、出力ピンｑ１～ｑｎは、基板１２０ａにピン接続される。被覆導線ｒ１～ｒｍは、基板１２０ａの接続パッドに半田接続されて、基板１２０ａの強電系の電源ラインと電気的に接続される。

弱電系の電源電圧が出力ピンｑ１～ｑｎを介して出力され、強電系の電源電圧が被覆導線ｒ１～ｒｍを介して出力されることで、基板１２０ａに対するトランス１２１の搭載面積が小さくても、弱電系の電源ラインと強電系の電源ラインとの絶縁距離を容易に確保することができる。すなわち、絶縁距離の確保を阻害することなく、トランス１２１の小型化を図ることができる。トランス１２１が小型化されることで、ドライブモジュール１２０の基板１２０ａ及び電力変換装置１００Ａの小型化を図ることができる。

被覆導線ｒ１～ｒｍの半田接続される露出した導線部分は、撚り線でかつ折返し線に加工され、強度が確保されている。

図１０に示したように、トランス１２１は、基板１２０ａの強電系のエリアＡ１と弱電系のエリアＡ２との間に挟まれて配置される。このような配置により、基板１２０ａに設けられる電源ラインにおいても、強電系の電源ラインと弱電系の電源ラインとを分離することができ、強電系の電源ラインと弱電系の電源ラインとが混在する場合と比較して、これらの絶縁距離を確保しつつ、複数の電源ラインを密に配置できる。したがって、基板１２０ａのコンパクト化を図ることができる。

＜作業機械及び電力変換装置の動作＞
モーション制御部２０１は、所定の制御プログラムに従って、各電力変換装置１００Ａ～１００Ｘに速度指令を出力する。速度指令が入力されると、各電力変換装置１００Ａ～１００Ｘは速度指令に応じた速度が発生するように、第１～第ｎモータ（型締用モータ５７、射出用モータ８６、計量用モータ８３、可塑化移動用モータ２２、エジェクト用モータ７２）それぞれに電力を出力し、第１～第ｎモータを駆動する。これにより、作業機械１の射出装置１１、可塑化移動装置２０、型締装置１２、金型装置４３及びエジェクタ装置７１が連携して動作し、所定の射出成形が行われる。

以上のように、本実施形態の作業機械１及び電力変換装置１００Ａ～１００Ｘによれば、温度センサ１２５が電力用スイッチング素子ＭＬＮの直下で温度を検出するので、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷの温度を高い精度で検出することができる。そして、高い精度の温度情報を用いることで、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷの寿命を高い精度で予測できる。したがって、寿命に近づいたときに警告を発するなどして、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷが予期せず破損し、作業機械１の稼動が突発的に停止してしまうことを抑制することができる。加えて、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷに異常な温度が生じたときに速やかにそれを判別し、異常温度に対応することができる。

また、上記実施形態によれば、電力変換制御部１３２又はモーション制御部２０１が、電力用スイッチング素子ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷの寿命推定又は異常温度の監視を行う。したがって、異常温度が検出された際などに、電力変換装置１００を停止するなどの対処を速やかに実行できるという効果が得られる。

また、本実施形態の電力変換装置１００Ａ～１００Ｘによれば、温度センサ１２５がパワーモジュール１１０のヒートシンク取付面１１６、さらには、電力用スイッチング素子ＭＬＮの直下に配置されるので、より高精度な温度の検出が可能となる。さらに、ハウジング１００ｈには、温度センサ１２５の配線を外部に通す開口窓１０２と、ハウジング１００ｈの裏面側まで貫通した貫通孔１０３とを有するので、これらに配線を通して温度センサ１２５をヒートシンク取付面１１６へ配置することができる。

さらに、本実施形態の作業機械１及び電力変換装置１００Ａ～１００Ｘによれば、オプションカードを取付け可能なカード接続用端子１２４を備える。したがって、電力変換装置１００Ａ～１００Ｘの基本構成を共通化させつつ、オプションカードの追加と、制御プログラムの変更とで、モータの駆動方式を幾つかの中から適宜選定することができる。

さらに、本実施形態では、カード接続用端子１２４に接続可能なオプションカードとして、スイッチングパルスのバルス幅を計測するデッドタイム補償用のカード１２８と、ＵＶＷ三相出力の電圧を検出するカード１２９とを有する。これにより、ベクトル制御以外のモータの制御方式、並びに、静止時のロータの磁極の位置を認識したモータの制御方式を採用することができる。また、ハウジング１００ｈ及び基板１２０ａのカード接続用端子１２４の上方には、オプションカードの配置スペースが確保されているので、オプションカードを追加する際に、ハウジング１００ｈ及び基板１２０ａの共通化を図れる。

さらに、本実施形態の作業機械１及び電力変換装置１００Ａ～１００Ｘによれば、複数の電源電圧を生成するトランス１２１において、強電系の電源電圧が被覆導線ｒ１～ｒｍから出力され、弱電系の電源電圧が出力ピンｑ１～ｑｎから出力される。これにより、強電系の電源ラインと弱電系の電源ラインとの絶縁距離を確保しつつ、トランス１２１の基板搭載面の面積縮小を図ることができる。さらに、これらによって、ドライブモジュール１２０の基板面積の縮小と電力変換装置１００Ａ～１００Ｘの小型化を図ることができる。

また、トランス１２１は、基板１２０ａの強電系のエリアＡ１と弱電系のエリアＡ２との間に挟まれて配置されるので、基板１２０ａにおける強電系の電源ラインと、弱電系の電源ラインとを分離しやすく、これにより、基板１２０ａの面積をより縮小できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、作業機械として射出成形機を一例とした構成について説明したが、本発明に係る作業機械には、例えば、クレーン装置、又はフィルム搬送装置（所謂ロールｔｏロール搬送機）など、様々な装置が含まれる。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 作業機械
２２、５７、７２、８３、８６ モータ
１００Ａ、１００Ｂ～１００Ｘ 電力変換装置
１００ｈ ハウジング
１０２ 開口窓
１０３ 貫通孔
１０４ 溝
１１０ パワーモジュール
ＭＨＵ、ＭＨＶ、ＭＨＷ、ＭＬＵ、ＭＬＶ、ＭＬＷ 電力用スイッチング素子
１１０ｈ モジュールハウジング
１１６ ヒートシンク取付面
ＯＵＴＵ、ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷ 出力端子
１２０ ドライブモジュール
１２０ａ 基板
Ａ１ 強電系のエリア
Ａ２ 弱電系のエリア
１２１ トランス
ｍ１ 一次巻線
ｍ２～ｍ９ 二次巻線
ｑ１～ｑｎ 出力ピン
ｒ１～ｒｍ 被覆導線
１２２ 出力回路
１２３ 電流センサ
１２４ カード接続用端子
１２４Ａ 第１端子群
１２４Ｂ 第２端子群
１２５ 温度センサ
１２６ コネクタ
１２７ 基板間コネクタ
１２８、１２９ カード
１２８ａ 第１端子群
１２８ｂ 第２端子群
１２８ｃ アイソレーションアンプ
１２８ｄ 信号処理部
１２８Ｍ 強電系のエリア
１２８Ｎ 弱電系のエリア
１３０ 制御モジュール
１３０ａ、１３０ｂ 基板
１３１ 通信部
１３２ 電力変換制御部
１３５ 基板間コネクタ
２０１ モーション制御部

Claims (6)

1. 複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸をそれぞれ駆動する複数のモータに電力を出力する複数の電力変換装置と、を備える作業機械であって、
   前記複数の電力変換装置の少なくとも１つは、オプション機能回路が搭載されたオプションカードの取付部を備え、
   前記取付部には、前記電力変換装置の三相出力電圧を検出するためのオプションカードと、前記電力変換装置内で伝送されるスイッチングパルスのパルス幅を計測するためのオプションカードとが取り付け可能である、
   作業機械。
2. 複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸をそれぞれ駆動する複数のモータに電力を出力する複数の電力変換装置と、を備える作業機械であって、
   前記複数の電力変換装置の少なくとも１つは、オプション機能回路が搭載されたオプションカードの取付部と、前記取付部が含まれる基板とを備え、
   前記基板には、出力電流の電流センサが設けられ、
   前記取付部は、前記基板の中央よりも、前記電流センサを挟んで、前記基板の縁側に配置されている、
   作業機械。
3. 複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸をそれぞれ駆動する複数のモータに電力を出力する複数の電力変換装置と、を備える作業機械であって、
   前記複数の電力変換装置の少なくとも１つは、オプション機能回路が搭載されたオプションカードの取付部を備え、
   前記取付部は、強電系の信号が伝送される第１端子群と、弱電系の信号が伝送される第２端子群とを含み、
   前記第１端子群と前記第２端子群との間隔が、前記第２端子群に含まれる複数の端子の間隔よりも大きい、
   作業機械。
4. 前記取付部が含まれる基板と、前記基板を収容するハウジングとを備え、
   前記基板及び前記ハウジングには、前記取付部の上方に前記オプションカードを配置可能な間隙が設けられている、
   請求項１又は請求項３に記載の作業機械。
5. 前記基板を収容するハウジングとを備え、
   前記基板及び前記ハウジングには、前記取付部の上方に前記オプションカードを配置可能な間隙が設けられている、
   請求項２記載の作業機械。
6. 前記作業機械は、射出成形機、クレーン装置又はフィルム搬送装置である、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械。

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