JP2007168177A - 電動射出成形機のサーボ電源装置及び電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧階級の異なるサーボモータを一台の射出成形機に混載する場合でも、一つの電源系統内で構成することが可能となり、もって構成が簡単で低コストとなり、且つ高効率なサーボシステムを実現することができる電動射出成形機のサーボ電源装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】 サーボ電源の直流電圧ライン間Ｐ−Ｎに平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２を直列に構成することによって直流電圧の中間電位点Ｃを形成し、直流電圧ライン間Ｐ−Ｎにサーボモータ１１，１２を駆動する為のインバータ（１´，２´）を備えると共に、直流電圧ラインの高電圧側（Ｐ側）と中間電位点Ｃとの間、又は直流電圧ラインの低電圧側（Ｎ側）と中間電位点Ｃとの間にサーボモータ１３，１４を駆動する為のサーボアンプ３´，４´を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、サーボモータで駆動される射出成形機のサーボ電源装置および電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法に関する。

サーボモータで駆動される電動射出成形機の駆動軸は、溶融された樹脂を金型に注入する射出軸、樹脂を混錬計量する為のスクリュ回転軸、金型を開閉する型開閉軸、成形品を金型から突き出す突出し軸から構成され、通常４軸のサーボシステム（サーボアンプ、サーボモータ）を備えている。

サーボシステムの設計において、比較的小型の機械では、２００Ｖ系のサーボシステムで構成した方が効率的な設計ができるが、電動射出成形機の大型化が進むにつれ、２００Ｖ系のサーボシステムでは、電流容量が大きくなるため、電線サイズ等の問題から４００Ｖ系での構成が有利になる。

しかし、射出成形機のように、大きな出力を必要とする射出軸、スクリュ回転軸は大容量のものが必要であるが、型開閉軸、突出し軸はそれ程大容量でない機械においても、大容量のものに合わせたサーボシステムの設計が必要になり、全ての駆動軸を４００Ｖ系にする必要がある。

一方、小容量の駆動軸については、設計的に２００Ｖ系の利点を生かしたい場合や、部品管理の問題から２００Ｖ系を混在させなければならない場合には、図２のようにトランスを利用して２００Ｖ系を準備する必要があった。

以下、図２を用いて説明する。供給電源５は３相４００Ｖであり、４００Ｖ級のコンバータ１０Ａによって、４００Ｖ系統の直流電圧がＰ１−Ｎ１間に供給されている。Ｐ１−Ｎ１間には４００Ｖ級のサーボシステムが接続されており、一例として、射出用サーボアンプ１およびサーボモータ１１、スクリュ回転軸用サーボアンプ２およびサーボモータ１２が接続されている。

一方、トランス６によって得られた２００Ｖ系統の電圧は、２００Ｖ級のコンバータ１０Ｂによって、２００Ｖ系統の直流電圧がＰ２−Ｎ２間に供給されている。Ｐ２−Ｎ２間には２００Ｖ級のサーボシステムが接続されており、一例として、型開閉用サーボアンプ３およびサーボモータ１３、突出し用サーボアンプ４及びサーボモータ１４が接続されている。なお、関連技術としては、下記特許文献１が知られている。

特開平２００１−２３２６７２号公報

図２に示すように、４００Ｖ系と２００Ｖ系が混在したシステムを構成しようとすると、４００Ｖ給電の場合には、新たに２００Ｖ系を生成する為のトランス６が必要であり、さらに直流電圧を生成するコンバータ回路も、４００Ｖ系のコンバータ１，２だけでなく、２００Ｖ系のコンバータ３，４も必要となる。

以上のように、４００Ｖ系と２００Ｖ系が混在したシステムを構成しようとすると、電源系統を分けるためのトランスの設置が不可欠であり、さらに、それぞれの電源系統毎にコンバータ回路が必要となり、システム設計上非効率的なものになってしまう。

本発明は、上述した従来の技術に存在する問題点を解決するためになされたものであり、構成が簡単で低コストとなり、且つ高効率なサーボシステムを実現することができる電動射出成形機のサーボ電源装置及び電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明の電動射出成形機のサーボ電源装置は、サーボ電源の直流電圧ライン間に平滑用コンデンサを直列に構成することによって直流電圧の中間電位点を形成し、前記直流電圧ライン間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備えると共に、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、又は前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備えるものである。

また、本発明の電動射出成形機のサーボ電源装置において、前記直流電圧ライン間と中間電位点との間に前記中間電位点の電圧を任意の電圧に可変することができるバランサ回路を備え、該バランサ回路をスイッチング素子とコイルによって構成したことを特徴とする。

また、本発明の電動射出成形機のサーボ電源装置において、前記バランサ回路は、前記中間電位点の電位を検出し、該中間電位点の電圧が所定の電圧レベルになるようにスイッチング素子を制御することを特徴とする。

また、本発明の電動射出成形機のサーボ電源装置において、前記バランサ回路が前記中間電位点の電圧を変化させることによって、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、または前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間に設置されたサーボアンプへの供給電圧を変化させることを特徴とする。

また、本発明は、サーボ電源の直流電圧ライン間に平滑用コンデンサを直列に構成することによって直流電圧の中間電位点を形成し、前記直流電圧ライン間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備えると共に、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、又は前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備える電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法において、前記直流電圧ライン間と中間電位点との間に前記中間電位点の電圧を任意の電圧に可変することができるバランサ回路を備え、前記バランサ回路が前記中間電位点の電圧を変化させることによって、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、または前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間に設置されたサーボアンプへの供給電圧を変化させることを特徴とする。

また、本発明の電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法において、前記直流電圧ライン間電圧は、スイッチング素子を備えたコンバータによって生成され、該コンバータは、前記直流電圧ライン間電圧を一定になるように制御することを特徴とする。

本発明の実施の形態においては、４００Ｖ系の給電ラインから一定の直流電圧を生成するＰＷＭコンバータを備え、その直流電圧出力（直流電圧ライン）にコンデンサを直列接続することによってコンデンサの中間電位を備え、さらに中間電位の電圧を、自在に制御する小容量の昇降圧チョッパ回路を備えることによって、中間電位点とＰＷＭコンバータの直流電圧出力間に２００Ｖ系のサーボシステムを図１のように配置することによって、電源系統を分けるためのトランス、および２００Ｖ系のためのコンバータ回路を排除することを可能としたものである。

一定の直流電圧を生成するＰＷＭコンバータは、直流電圧を一定に制御する機能を備えており、供給電圧の変動や、負荷変化に対しても直流電圧が一定に制御される。直流電圧出力間に直列接続されたコンデンサの接続点には、スイッチング素子（トランジスタ、ダイオード）および制御用コイルで構成された昇降圧チョッパが接続され、直列接続されたコンデンサのそれぞれのチャージ電圧を自在に制御することができる。そのため、中間電位点と直流電圧ライン間に２００Ｖ系サーボシステムを配置し、負荷供給によって中間電位点が変動したとしてもそれを制御するようにチョッパ回路を動作させることによって、安定した中間電位を確保することができ、さらにＰＷＭコンバータによって直流電圧の安定化も確保されていることから、中間電位点と直流電圧ライン間を利用して２００Ｖ系サーボシステムを配置することができる。

本発明によれば、サーボ電源の直流電圧ライン間に、平滑用コンデンサを直列に構成することによって得られる直流電圧の中間電位点を有していることから、電圧階級の異なるサーボモータを一台の射出成形機に混載する場合でも、一つの電源系統内で構成することが可能となり、電圧階級の異なる電源系統を２種類用意する必要がなくなるという効果がある。さらに、バランサ回路を制御し、中間電位点の電圧を可変することによって、中間電位と直流電圧ライン間に配置したサーボアンプへの供給電圧を変化させることによって、ＰＷＭ制御を行うことが可能となり、電圧を下げることによるサーボアンプの損失の低減、または電圧を上げることによるサーボモータ出力の増大を行うことができ、高効率なサーボシステムを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す電動射出成形機のサーボ電源装置の構成図である。以下、図１に基づいて説明する。

サーボ電源装置への供給電源５は３相４００Ｖであり、コイルＬ１を通してＰＷＭコンバータ１０に接続されている。ＰＷＭコンバータ１０は、コイルＬ１に流れる電流を正弦波状に制御すると共に、あらかじめ設定された直流電圧をラインＰとラインＮの間に一定に出力するように制御する。

また、直流電圧出力端Ｐ，Ｎ間には、コンデンサＣ１、Ｃ２が直列接続されており、コンデンサの接続点Ｃが直流電圧の中間電位点として備えられている。

また、破線で囲まれた部分はバランサ回路７である。バランサ回路７は、パワートランジスタＴｒ１、Ｔｒ２およびフライホイールダイオードＤ１、Ｄ２、平滑用コイルＬ２、およびパワートランジスタの動作を制御するチョッパコントローラ８により構成される。チョッパコントローラ８は、中間電位点Ｃの電圧を検出し、Ｃの電位が所定の中間電圧よりも高い場合には、Ｔｒ２を導通状態とし、また中間電位よりも低い場合には、Ｔｒ１を導通状態になるようにパワートランジスタを制御することによって、中間電位点Ｃの電位を任意の値に保つように制御する。

通常、中間電位点Ｃの電位はＰ，Ｎ間の１／２の電位に制御するが、必要に応じてＣ１およびＣ２のチャージ電圧のバランスを変化させるバランサとしても動作させる。

このような構成によって得られる直流電圧系統（Ｐ、Ｎ、Ｃ）を有するサーボ電源に対し、射出成形機を駆動する４軸のサーボアンプ及びモーターを一例として図１のように配置している。

電圧階級が４００Ｖ級で構成されるサーボアンプ（インバータ）１´、２´およびサーボモータ１１、１２は、４００Ｖ級の直流電圧であるＰ−Ｎ間に配置する。また、電圧階級が２００Ｖ級で構成されるサーボアンプ（インバータ）３´、４´およびサーボモータ１３、１４はそれぞれ、２００Ｖ級の直流電圧であるＰ−Ｃ間またはＣ−Ｎ間に配置される。

本発明の実施の形態を示す回路図である。 従来の技術を示す回路図である。

符号の説明

１´〜４´サーボアンプ（インバータ）、５ 供給電源、７ バランサ回路、８ チョッパコントローラ、１０ ＰＷＭコンバータ、１１〜１４ サーボモータ。

Claims (6)

1. サーボ電源の直流電圧ライン間に平滑用コンデンサを直列に構成することによって直流電圧の中間電位点を形成し、前記直流電圧ライン間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備えると共に、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、又は前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備える電動射出成形機のサーボ電源装置。
2. 請求項１に記載の電動射出成形機のサーボ電源装置において、
   前記直流電圧ライン間と中間電位点との間に前記中間電位点の電圧を任意の電圧に可変することができるバランサ回路を備え、該バランサ回路をスイッチング素子とコイルによって構成したことを特徴とする電動射出成形機のサーボ電源装置。
3. 請求項２に記載の電動射出成形機のサーボ電源装置において、
   前記バランサ回路は、前記中間電位点の電位を検出し、該中間電位点の電圧が所定の電圧レベルになるようにスイッチング素子を制御することを特徴とする電動射出成形機のサーボ電源装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の電動射出成形機のサーボ電源装置において、
   前記バランサ回路が前記中間電位点の電圧を変化させることによって、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、または前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間に設置されたサーボアンプへの供給電圧を変化させることを特徴とする電動射出成形機のサーボ電源装置。
5. サーボ電源の直流電圧ライン間に平滑用コンデンサを直列に構成することによって直流電圧の中間電位点を形成し、前記直流電圧ライン間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備えると共に、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、又は前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間にサーボモータを駆動する為のサーボアンプを備える電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法において、
   前記直流電圧ライン間と中間電位点との間に前記中間電位点の電圧を任意の電圧に可変することができるバランサ回路を備え、
   前記バランサ回路が前記中間電位点の電圧を変化させることによって、前記直流電圧ラインの高電圧側と前記中間電位点との間、または前記直流電圧ラインの低電圧側と前記中間電位点との間に設置されたサーボアンプへの供給電圧を変化させることを特徴とする電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法。
6. 請求項２に記載の電動射出成形機のサーボ電源装置において、前記直流電圧ライン間電圧は、スイッチング素子を備えたコンバータによって生成され、該コンバータは、前記直流電圧ライン間電圧を一定になるように制御することを特徴とする電動射出成形機のサーボ電源装置の制御方法。

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