KR100692423B1 - 사출성형기에서의 이중 모터 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

전기 모터 동력 스크류 구동 시스템(10)은 예정된 공간 내에서 증가된 출력 토크를 제공한다. 한 쌍의 전기 모터들(30,32)은 그들의 각각의 출력 축들(34,36)과 대향하고, 동축의 관계에서 끝단과 끝단이 연결되는 관계로 배열된다. 연결부재(38)는 각각의 모터 출력 축들(34,36) 사이에서 확장되어서 같은 회전 방향 및 같은 회전 속도로 회전하도록 함께 기계적으로 연결되도록 한다. 한 모터의 제어 회로는 다른 모터의 방향으로부터 반대의 방향으로 하나의 모터의 출력 축이 회전하도록 하는 인버터(52)를 포함하여, 연결 부재(38)에서의 조합된 모터들(30,32)의 출력에서의 토크가 각각의 독립의 모터들의 토크들의 합이 되도록 한다.

전기모터, 스크류, 토크, 인버터, 사출, 인젝션, 성형기, 몰딩, 몰드

Description

사출성형기에서의 이중 모터 구동 시스템 {DUAL MOTOR DRIVE SYSTEM FOR INJECTION MOLDING MACHINES}

본 발명은 사출성형기를 작동하기 위한 동력을 제공하는 구동 모터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 기계적으로 연결된 두개의 전기 모터를 사용하는 전기 모터 구동 시스템에 관한 것이다.

여러해동안 플라스틱을 성형하기 위한 사출성형기(injection molding machine)는 유압으로 작동되어 왔다. 이러한 장치는 선형 움직임을 제공하기 위한 선형 유압 액튜에이터 및 회전 움직임을 제공하기 위한 회전 유압 모터를 포함하였다. 작동 사이클동안 상기 장치의 각각의 요소들의 위치의 보다 큰 정확성의 요구가 증가하였기 때문에, 유압으로 구동되는 요소들은 유압 유체들의 압축성 및 유체의 온도가 변화함에 따른 유체들의 부피의 변화 때문에 위치의 정확성에 있어서 제한을 받는다는 것이 명확해진다. 따라서, 수년 전부터 전기모터가 이러한 장치들에 기계적 구동시스템으로 사용되기 시작하였고, 이는 축각(shaft angle) 엔코더(encoder)의 사용과, 다른 전기적으로 구동되는 위치 감지 장치의 사용을 통해 얻어질 수 있는 보다 정확한 위치 제어 때문이다. 특히, 서보모터(servomotor) 는 축각 및 공급 전류를 보다 정확하게 제어할 수 있는 능력 때문에 바람직한 제어 정확도를 제공하고, 개방 루프(open-loop) 또는 폐쇄 루프(closed-loop)제어 기법 중의 하나에 의해 모터 축 토크, 축 위치, 및 축 각속도의 정확한 제어를 가능하게 한다.

유압 동력 장치에 비하여 전기 동력 장치를 보다 정확하게 제어할 수 있는 능력에 더하여, 유압 장치는 종종 전기적 장치보다 시끄럽다. 또한, 상당한 에너지가 유압 장치에서는 버려지는데, 이는 유압 유체가 장치의 작동 동안에 가압될 때 유압 유체가 가열되고, 이로 인한 오일 또는 워터 쿨러(cooler) 또는 다른 열방산(heat sink)의 형태에 의해 상기 유체를 냉각할 필요가 생기기 때문이다. 그리고 환경적인 면에 더 큰 주의를 기울이는 현재에는, 유압 유체 내의 미네랄 오일들이 종종 특별한 용기 및 특별한 처리 기법을 요구하고 환경적으로 바람직하지 않게 되기도 한다.

전기적인 모터의 하나의 단점은 높은 동력 출력이 요구될 때 전기모터의 크기, 중량, 및 비용이 유압 모터보다 커진다는 것이다. 그러나, 기계적 및 유압 시스템보다 전기모터의 제어 정확도가 상당히 높기 때문에, 전기모터는 특히 약 300톤에 달하는 클램프(clamp) 톤을 갖는 소형의 사출 성형기에서 더욱 보편화된다. 큰 출력이 요구되는 때에는 동력 출력의 제한 및 더 큰 전기 모터의 지름의 증가는 전기 구동 시스템이 사용되는 사출 성형기의 크기에 따라 제한된다.

AC 서보모터들이 종종 사출성형기에 동력을 가하는데 사용된다. 그러나, 상업적으로 사용가능한 AC 서보모터들은 최대 출력 토크 면에서 제한된다. 그러므로 상기와 같은 AC 서보모터가 동력원으로서 작용할 수 있는 사출성형기의 용량은 상업적으로 사용가능한 모터의 출력 토크에 의해 제한된다. 그리고 비록 두개의 상기와 같은 모터들이 조합된 모터 토크 출력을 제공하기 위해 벨트 또는 기어에 의해 연결된다 하더라도, 상기와 같은 시스템들이 추가적인 공간을 차지하게 되고 더욱 복잡해지게 된다. 추가적으로, 상기와 같은 시스템들에는 또한 기계적인 요소들이 더해지는데, 이들은 기계적인 구동 요소들에 따르는 벨트 긁힘, 기계적인 마모, 및 이와 같은 요인들 때문에 조합된 모터들로부터의 출력의 정확한 제어를 저하시키게 된다.

본 발명의 목적은 전기모터가 단일의 상업적으로 사용가능한 모터를 사용하여 얻을 수 있는 것 보다 더 큰 최대 토크가 요구되는 경우 동력 장치로 사용되는 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고 출력 토크 전기 모터를 요구하는 전기적으로 구동되는 사출성형기의 전체 크기가 바람직한 공간 제한 내에 유지되는 구동 시스템을 제공하는 것이다.

간단히 설명하면, 본 발명의 한 측면에 의하면, 전기적으로 구동되는 사출성형기의 크기를 과도하게 증가시키지 않고 고 마력의 출력을 얻을 수 있는 전기적인 모터 구동 시스템이 제공된다.

제 1 및 제 2 전기 모터가 제공되고, 각각은 하우징과 하우징의 구동 끝단으로부터 축방향으로 뻗어있는 출력 축을 갖는다. 모터들은 서로 연관된 배열로 향해있고, 그 각각의 구동 끝단이 각각의 동축으로 배열된 출력 축과 마주보도록 한다.

모터 연결 부재가 제1 및 제2 모터의 출력축을 함께 연결하도록 그 사이에서 뻗어있어서, 모터 출력축이 같은 회전방향 및 같은 각속도에서 회전하도록 한다. 모터 제어부가 상기 제 1 및 제 2 모터들의 속도 및 토크를 제어하도록 제공되고, 상기 모터 제어부는 상기 제1 모터 출력축이 모터 출력 축에 대해 예정된 회전 방향으로 회전하도록 구동하기 위해 제 1 모터와 연결된 제 1 제어 회로를 포함한다.

제 2 제어 회로는 모터 출력 축에 대해 상기 제 1 모터 출력 축과 같이 제 2 모터 출력 축이 같은 예정된 회전 방향으로 회전하도록 구동하기 위해 제 2 모터와 연결되어 있다. 모터의 연결 및 그들의 각각의 제어부는 상기 제 1 및 제 2 모터의 출력 토크의 합이 되는 조합된 출력 토크를 모터 연결 부재에 제공한다. 이러한 면에서, 상기 제 2 모터 제어 회로는 제 2 모터에 공급되는 구동 전류의 상을 상기 제 1 모터에 공급되는 구동 전류의 상에 대해 180°로 변환하기위한 인버터를 포함하여, 상기 연결된 출력 구동 축이 상기 구동 축에 대해 같은 방향으로 회전하도록 한다.

도 1은 왕복 스크류 사출성형기에서의 성형 스크류 구동 시스템의 부분의, 측 단면도이다.

도 2는 도 1의 성형 스크류 구동 시스템의 부분의, 평 단면도이다.

도 3은 도 2에 도시한 타입의 이중 모터 구동을 위한 제어부 배열을 도시한 블록도이다.

도 4는 도 2에 도시한 타입의 이중 모터 구동을 위한 선택가능한 다른 제어부 배열을 도시한 블록도이다.

상기 도면들, 특히 도 1 및 도 2에서는, 사출성형기의 사출 유닛을 위한 구동 시스템(10)이 도시되어 있다. 상기 장치는 구동 하우징(12)을 포함하며, 이로부터 튜브형의 배럴(14)이 당업자에게 잘 알려진 타입의 회전하고 왕복하는 성형 스크류(도시되지 않음)를 운반하도록 뻗어있다. 재료 공급 호퍼(16)는 배럴(14)의 위에 위치하여 스크류에 의해 성형되고 배출되는 재료를 수용하고 배럴(14)의 내부로 공급하게 된다.

도 2에 대해서는, 상기 성형 스크류는 하우징(12)에 의해 전달되고 지지되는 브라켓(20)에 의해 지지되는 전기 모터(18)에 의해 회전된다. 모터(18)는 구동 풀리(24)가 체결되는 출력 구동 축(22)을 포함한다. 구동 벨트(26)는 구동 풀리(24)를 지나서, 성형 스크류와의 연결된 회전을 위하여 성형 스크류와 구동하도록 연결된 피동 풀리(28)를 회전시킨다.

상기 몰딩 재료가 성형된 후, 상기 성형 스크류는 성형 되는 성형 재료의 적당한 양을 몰드(도시되지 않음) 내로 사출하도록 사출 스트로크를 하기 위하여 축방향으로 배럴(14) 내에서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 왼쪽으로 움직인다.

상기 사출 스트로크를 위한 동력이 제 1 사출 모터(30) 및 제 2 사출 모터(32)인 한 쌍의 전기 모터를 포함하는 구동 시스템에 의해 제공된다. 모터(30)는 구동 하우징(12)에 의해 전달되고 지지되며, 모터(30)의 하우징으로부터 바깥쪽으로 뻗어있는 출력 구동 축(34)을 갖는 브라켓(31)에 의해 지지된다. 유사하게, 모터(32)는 또한 구동 하우징(12)에 의해 전달되고 지지되는 브라켓(33)에 의해 지지되며, 모터(32)는 모터(32)의 하우징으로부터 바깥쪽으로 뻗어있는 대응하는 출력 구동 축(36)을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 모터(30, 32)는 서로 관련있게 배열되어, 그들의 각각의 출력 축이 각각으로부터 배열되고 대향하는 관계로 서로 마주보며, 그들의 각각의 출력 축이 동축이 되도록 한다.

도시한 바와 같이 동심 슬리브의 형상이 될 수 있는, 구동 축 연결 부재(38)는 출력 구동 축(34, 36)들 사이로 뻗으며 함께 체결되어서, 같은 회전 방향 및 같 은 회전 속도로 함께 회전하도록 한다. 연결 부재(38)는 벨트(41)에 의해 구동되는 피동 풀리(40)를 회전 시키기 위해 구동 풀리를 형성한다. 피동 풀리(40)는 하우징(12)에 의해 유지되는 고정 너트(43) 내에서 회전하면서 전달되는 구동 스크류(42)와 구동하도록 연결된다. 구동 스크류(42)의 회전은 성형 스크류가 축방향으로 움직이도록 하고, 그에 의해 사출 스트로크 또는 성형 스크류의 수축 스트로크를 형성한다.

도시된 이중 모터 시스템은 단지 하나의 모터에 의해 얻어질 수 있는 출력 토크보다 더 높은 출력 토크를 제공하도록 연결되는 두개의 작은 출력 모터들을 허용한다. 이러한 점에서, 그 출력을 좀더 정확하게 제어할 수 있는 능력에 의해 상기와 같은 장치를 위한 바람직한 동력원이 되는, AC 서보모터가 그들의 최대 토크 출력이 약 1000nm 레벨로 제한되기 때문에, 또한 결과적으로 상기와 같은 모터들이 약 100 온즈(oz)의 몰딩 재료 사출량을 갖는 사출 성형기들에 한정되게 된다. 더 높은 모터 토크 출력이 더 많은 양의 성형 재료를 사출하도록 요구되고, 여기에서 설명되는 상기 이중 모터 구동 시스템이 보다 큰 용량의 사출 성형기에 상기와 같은 모터들을 사용하는 것을 가능하게 한다.

상기와 같은 이중 모터 구동 시스템의 제어는 도 3에 도시된 타입의 제어 시스템에 의해 형성될 수 있다. 모터(30, 32)의 출력 구동 축은 연결 부재(38)에 의해 연결 회전을 위하여 함께 연결된다. 모터 속도 코멘드는 각각의 속도 컨트롤러(44,46)들에 제공되는데, 이는 각각의 모터 구동 회로(48,50)들에 대응되는 전류 코멘드를 생성한다. 엔코더(54)는 모터(30)에 연결되고 모터 구동 회로(48,50)에 로터 위치 피드백을 제공하도록 사용된다. 엔코더(54)로부터의 로터 위치 피드백은 또한 속도 컨트롤러(44,46)에 공급되고, 속도 피드백을 얻기 위해서 사용된다.

모터 구동(50) 및 속도 컨트롤러(46)에 공급되는 위치 피드백은 신호 인버터(52)에서 변환되어서, 모터(32)가 모터(30)으로부터 반대 방향으로 회전하도록 하며, 각각의 모터 출력 축이 모터에 연결된 출력을 생성하도록 같은 방향으로 회전하는 것을 야기한다. 구동 회로(48,50)에 대한 속도 코멘드는 각각의 모터(30,32)의 바람직한 회전 스피드를 유지하는데 필요하도록 조정된다.

선택적으로는, 본 발명에 의한 이중 모터 구동 시스템은 도 4에 도시된 타입의 시스템에 의해 제어된다. 모터(30,32)의 출력 구동 축들은 연결 부재(38)에 의한 연결된 회전을 위해 상술한 바와 같이 함께 연결된다.

단일의 속도 컨트롤러(58)는 단일의 전류 코멘드를 생성하도록 제공된다. 반면에 컨트롤러(58)로부터의 지시는 직접적으로 모터(30)를 위한 모터 구동 회로(48)에 의해 얻어지고, 모터(32)의 구동 회로(50)을 위한 속도 코멘드는 단일 인버터(56)로 변환되어서, 모터(32)가 모터(30)으로부터 반대 방향으로 회전하도록 한다. 따라서, 상기 각각의 모터 출력 축은 모터(30,32)에 조합된 출력을 생성하도록 같은 방향으로 회전한다. 단일의 엔코더(54)는 속도 피드백을 생성하도록 사용되는 각각의 구동 회로(48,50)를 위한 로터 위치 제어를 제공하기 위해 모터(30)에 연결된다. 엔코더(54)에 의해 모터 구동 회로(50)에 공급되는 위치 피드백이 모터(32)의 적절한 정류를 제공하기 위해 신호 인버터(52)에 의해 변환된다는 것을 주의해야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전기 모터 구동 시스템은 상기 장치의 크기를 과도하게 증가시키지 않고, 전기적으로 구동되는 사출 성형기의 고 마력 출력을 제공한다. 제 1 및 제 2 전기 모터들은 그들 각각의 구동 끝단에 대향하는 관계로 연결되고 그들 각각의 출력 축들이 축방향으로 배열된다. 모터 연결 부재는 제 1 및 제 2 모터들의 출력축 사이에서 뻗고 함께 연결되어서, 상기 모터 출력 축들이 같은 회전 방향으로 또한 같은 회전 속도로 회전하도록 한다. 모터 제어부는 제 1 및 제 2 모터들의 속도 및 토크를 제어하기 위해 제공된다. 이러한 모터의 배열은 제 1 및 제 2 모터의 출력 토크의 합이 되는 조합된 출력 토크를 제공한다.

비록 본 발명의 특정의 실시예가 설명되고 도시되었지만, 수정된 변화들이 본 발명의 기술 사상을 벋어나지 않고 만들어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (8)

1. a. 하우징과 상기 하우징의 구동 끝단으로부터 축방향으로 뻗어있는 출력 축을 각각 갖고, 서로 공간적으로 떨어져서 위치하고, 그들 각각의 출력 축(34,36)들의 중심축이 동축으로 배열되면서 대향하는 관계인 각각의 구동 끝단을 갖는, 제 1 및 제 2 전기 모터들(30,32);

   b. 상기 제 1 및 제 2 모터들(30,32)의 출력 축(34,36)들 사이에서 확장되고 함께 연결되어서, 상기 모터 출력 축(34,36)들이 같은 회전 방향 및 같은 회전 속도로 회전하도록 하는 모터 연결 부재(38);

   c. 예정된 회전 방향으로 회전하도록 제 1 모터 출력 축(34)을 작동시키기 위해 제 1모터(30)와 연결되는 제 1 모터 구동 회로(48), 및 상기 제 1 모터 출력 축(34)과 같이 동일한 예정된 회전 방향으로 회전하도록 제 2 모터 출력 축(36)을 작동시키기 위해 제 2 모터(32)와 연결되는 제 2 모터 구동 회로(50)를 포함하여, 상기 모터 연결 부재(38)에 상기 제 1 및 제 2 모터(30,32)들의 출력 토크의 합인 조합된 출력 토크를 제공하는, 제 1 및 제 2 모터(30,32)들의 속도 및 토크를 제어하는 모터 제어부; 를 포함하고,

   상기 제 2 모터 구동 회로(50)는 제 1 모터(30)에 공급되는 구동 전류의 상에 대하여 제 2 모터(32)에 공급되는 구동 전류의 상을 변환하는 인버터(52)를 포함하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).
2. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 제 1 및 제 2 모터(30,32)들은 같은 회전 속도에서 거의 같은 최대 출력 토크를 갖는 것을 특징으로 하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).
3. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 제 1 및 제 2 모터(30,32)들은 같은 회전 속도에서 다른 최대 출력 토크를 갖는 것을 특징으로 하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).
4. 제 1항에 있어서, 상기 연결 부재(38)는

   상기 제 1 및 제 2 모터(30,32)들의 각각의 출력 축(34,36)들의 연결된 회전을 위하여 기계적으로 함께 연결하기 위한 연결 슬리브, 및 피동 부재(40)에 조합된 모터 출력 토크를 전달하기 위하여 상기 연결 부재(38)에 의하여 전달되는 구동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).
5. 제 4항에 있어서, 상기 구동 부재는 구동 벨트(41)를 수용하고 전달하는 풀리인 것을 특징으로 하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).
6. 제 4항에 있어서, 상기 피동 부재(40)는 사출 성형기의 사출 유닛 내의 메커니즘인 것을 특징으로 하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).
7. 제 6항에 있어서, 상기 메커니즘은 몰드 내로 성형 재료를 사출하기 위한 사출 부재에 축방향 움직임을 전하는 스크류(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).
8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 모터(30,32)들은 각각 AC 서보모터들인 것을 특징으로 하는 사출 성형기용 구동 시스템(10).

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