(57)【要約】【課題】停電時に蓄電池等の電力によって安定的に成形サイクルを継続できる電動射出成形機を提供する。【解決手段】入力側にリアクトル（１６）を有するＰＷＭコンバータ（７）を備えた電動射出成形機（１）を対象とし、蓄電池等の直流電源（１８）を設ける。直流電源（１８）と三相交流電圧の外部電源（４）は所定の切換スイッチ（２０）により相互に切換え可能にＰＷＭコンバータ（７）に接続する。停電時に切換スイッチ（２０）により直流電源（１８）がＰＷＭコンバータ（７）に接続されるとき、その正の電圧線（ｐ）が、ＰＷＭコンバータ（７）のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３線全てに接続されるようにする。ＰＷＭコンバータを構成する６個のＩＧＢＴのうち３個を交互にスイッチングすると、直流電源（１８）からの直流電圧が昇圧されて内部直流電圧（８）が得られる。これをインバータ（１０、１１）に供給する。【選択図】  図１
2020069756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側にリアクトルを有するＰＷＭコンバータを備え、外部の三相交流電圧線からの三相交流電圧が該ＰＷＭコンバータによって変換されて内部直流電圧としてインバータに供給されるようになっている電動射出成形機であって、
前記電動射出成形機は直流電源を備え、前記直流電源からの直流電圧線と前記三相交流電圧線は、所定の切換スイッチを介して相互に切換え可能に前記ＰＷＭコンバータに接続されており、
前記切換スイッチが切り換えられて前記直流電圧線と前記ＰＷＭコンバータとが接続されるとき、前記直流電圧線の正の電圧線が前記ＰＷＭコンバータのＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３線全てに接続されると共に負の電圧線がＮ相に接続され、前記ＰＷＭコンバータを構成する６個のＩＧＢＴのうち３個が交互にスイッチングされて前記直流電源からの直流電圧が昇圧されて前記内部直流電圧として前記インバータに供給されるようになっていることを特徴とする、交流電源と直流電源の切換えが可能な電動射出成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動射出成形機において、前記直流電源は蓄電池からなることを特徴とする、交流電源と直流電源の切換えが可能な電動射出成形機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記電動射出成形機は所定の停電検出回路を備え、該停電検出回路によって前記三相交流電圧の停電が検出されると、前記切換スイッチが切換えられるようになっていることを特徴とする、交流電源と直流電源の切換えが可能な電動射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から供給される三相交流電圧により駆動される電動射出成形機に関するものであり、詳しくは、外部からの三相交流電圧を変換してインバータに供給する直流電圧を得るコンバータが、入力側にリアクトルを備えたＰＷＭコンバータから構成されている電動射出成形機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機は従来周知のように一対の金型、これらの金型を型締する型締装置、樹脂を溶融して金型内に射出する射出装置等から構成され、射出装置は射出シリンダ、この射出シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュ、プランジャ等から構成されている。電動射出成形機においては、これらの装置はサーボモータ等のＡＣモータによって駆動され、ＡＣモータにはインバータが生成する三相交流電圧が供給される。電動射出成形機にはインバータに直流電圧を供給するために、外部すなわち工場から供給される三相交流電圧を直流電力に変換するコンバータを備えている。コンバータには、ダイオードのみからなるダイオードブリッジ整流回路もあるが、入力側にリアクトルを備えたＰＷＭコンバータもある。入力側にリアクトルを備えたＰＷＭコンバータは、三相交流電圧を昇圧して直流電圧に変換することができる。また、直流電圧として回生された回生電力を三相交流電圧に変換して外部に戻すこともでき、優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１７８３６号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３１１号公報
【０００４】
特許文献１には、蓄電池からなる電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機が記載されている。この電動射出成形機には第１、２の直流電圧線が設けられている。コンバータの出力側に第１の直流電圧線が接続され、第１の直流電圧線には昇圧用のチョッパ回路が設けられ、この回路の出力側に第２の直流電圧線が接続されている。従って、外部から供給される三相交流電圧からコンバータによって変換された比較的低圧の第１の直流電圧が第１の直流電圧線に供給され、これがチョッパ回路によって昇圧されて第２の直流電圧に変換され、第２の直流電圧線によってインバータに供給される。蓄電池は第１の直流電圧線に設けられている。第１の直流電圧は比較的低圧なので蓄電池に適しており、適切に充電・放電ができる。一方、第２の直流電圧は高電圧なのでインバータにこれを供給してモータを高出力で駆動できる。この電動射出成形機は、停電時においても蓄電池から供給される電力によって所定時間駆動することができる。
【０００５】
特許文献２には、電動射出成形機ではないが、外部から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換し、これを内部のインバータに供給してモータを駆動し、エレベータを昇降するエレベータ制御装置が記載されている。このエレベータ制御装置は、入力側にリアクトルを備えたＰＷＭコンバータが設けられ、ＰＷＭコンバータの入力側には切換スイッチが設けられている。そして外部の三相交流電圧線、すなわちＲ線、Ｓ線、Ｔ線は、この切換スイッチを介してＰＷＭコンバータの入力側に接続されている。このエレベータ制御装置は蓄電池も備えており、蓄電池もこの切換スイッチを介してＰＷＭコンバータの入力側に接続できるようになっている。外部の三相交流電圧が正常なときには三相交流電圧がＰＷＭコンバータに供給されるようになっており、停電が検出されると切換スイッチが切換えられて、外部の三相交流電圧線とＰＷＭコンバータとが切断され、蓄電池がＰＷＭコンバータに接続される。蓄電池とＰＷＭコンバータとが接続されると、蓄電池の正負の端子がＲ線、Ｓ線、Ｔ線のうちの２線に接続される。例えば、蓄電池の正の端子がＲ線に、負の端子がＴ線に接続される。この場合ＰＷＭコンバータの入力側のＲ線に正の電圧が、Ｔ線に負の電圧が供給される。ここでＰＷＭコンバータの一部をチョッパ回路として使用する。すなわちＰＷＭコンバータを構成している６個のＩＧＢＴのうち、Ｒ線とＮ相との間に設けられている１個のＩＧＢＴをＯＮ／ＯＦＦする。そうすると電池から供給される直流電圧がリアクトルによって昇圧されて、インバータが必要とする直流電圧に変換される。停電時に階の途中でエレベータが停止しても、このようにして蓄電池から直流電圧を供給できるので、モータを駆動してエレベータを近くの階まで移動させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電動射出成形機は、蓄電池を備えているので停電時であっても電力を供給することができ、電動射出成形機を安全な状態にすることができる。蓄電池の容量が大きいときには、所定の成形サイクル分だけ運転を継続することもできる。しかしながら特許文献１に記載の電動射出成形機には解決すべき点も見受けられる。具体的には、第１、２の直流電圧線とチョッパ回路とを備えることが必要になるので、直流電圧線が１種類だけでチョッパ回路を備えていない従来の電動射出成形機に対しては実施することができないという問題がある。また、蓄電池を第１の直流電圧線に設けなければならないので、必然的に射出成形機の筐体内に設けなければならない。蓄電池の交換等のメンテナンスが大変であるし、射出成形機内にスペースを確保しなければならない。これに対して、例えば特許文献２に記載のエレベータ制御装置における蓄電池のように、蓄電池を切換スイッチを介してＰＷＭコンバータの入力側に設けるようにし、蓄電池からの直流電圧を供給するときＰＷＭコンバータの一部をチョッパ回路として使用することも考えられる。そうすると、従来の電動射出成形機であっても蓄電池を設置できるし、蓄電池のメンテナンスも容易に実施できそうである。しかしながら、電動射出成形機は停電時に安全に停止できるようにするだけでなく、可能であれば蓄電池からの電力によって成形サイクルを継続したい。そのようにするには、停電時であってもインバータが必要とする電力を余裕をもってカバーできるように、かつ電圧の変動がない高品質な直流電圧を供給する必要がある。しかしながら特許文献２に記載のエレベータ制御装置においては、蓄電池からの直流電圧を昇圧するとき、駆動するＩＧＢＴは１個だけである。つまり１個のチョッパ回路を駆動するだけである。そうすると、十分な電力の直流電力が供給できない場合もあるし、リップル電流により電圧変動が大きくなる可能性もある。エレベータにおいては、停電という緊急時に必要な距離だけモータを駆動すれば済むので、このような直流電圧でも十分であるが、電動射出成形機においてより高品質な成形を継続するには十分でない場合もある。
【０００７】
本発明は、上記したような従来の欠点あるいは問題点を解決した電動射出成形機を提供することを目的とし、具体的には、停電時であっても蓄電池等の直流電源からの電力によって安定的に成形サイクルを継続することができ、電動射出成形機が大型化することなく、また直流電源のメンテナンスも容易で、従来の電動射出成形機であっても実施することができる電動射出成形機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、入力側にリアクトルを有するＰＷＭコンバータを備え、外部の三相交流電圧線からの三相交流電圧が該ＰＷＭコンバータによって変換されて内部直流電圧としてインバータに供給されるようになっている電動射出成形機を対象とする。つまり従来の電動射出成形機でも実施できるようにする。そして本発明は、電動射出成形機に蓄電池等の直流電源を設け、直流電源からの直流電圧線と三相交流電圧線を相互に切換え可能な所定の切換スイッチによりＰＷＭコンバータに接続する。切換スイッチが切り換えられて直流電源がＰＷＭコンバータに接続されるとき、その正の電圧線がＰＷＭコンバータのＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３線全てに接続されると共に負の電圧線がＮ相に接続されるようにする。そしてＰＷＭコンバータを構成する６個のＩＧＢＴのうち３個を交互にスイッチングして、直流電源からの直流電圧を昇圧して内部直流電圧としてインバータに供給するように構成する。
【０００９】
すなわち請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、入力側にリアクトルを有するＰＷＭコンバータを備え、外部の三相交流電圧線からの三相交流電圧が該ＰＷＭコンバータによって変換されて内部直流電圧としてインバータに供給されるようになっている電動射出成形機であって、前記電動射出成形機は直流電源を備え、前記直流電源からの直流電圧線と前記三相交流電圧線は、所定の切換スイッチを介して相互に切換え可能に前記ＰＷＭコンバータに接続されており、前記切換スイッチが切り換えられて前記直流電圧線と前記ＰＷＭコンバータとが接続されるとき、前記直流電圧線の正の電圧線が前記ＰＷＭコンバータのＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３線全てに接続されると共に負の電圧線がＮ相に接続され、前記ＰＷＭコンバータを構成する６個のＩＧＢＴのうち３個が交互にスイッチングされて前記直流電源からの直流電圧が昇圧されて前記内部直流電圧として前記インバータに供給されるようになっていることを特徴とする、交流電源と直流電源の切換えが可能な電動射出成形機として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動射出成形機において、前記直流電源は蓄電池からなることを特徴とする、交流電源と直流電源の切換えが可能な電動射出成形機として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動射出成形機において、前記電動射出成形機は所定の停電検出回路を備え、該停電検出回路によって前記三相交流電圧の停電が検出されると、前記切換スイッチが切換えられるようになっていることを特徴とする、交流電源と直流電源の切換えが可能な電動射出成形機として構成される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明は、入力側にリアクトルを有するＰＷＭコンバータを備え、外部の三相交流電圧線からの三相交流電圧が該ＰＷＭコンバータによって変換されて内部直流電圧としてインバータに供給されるようになっている電動射出成形機を対象としている。すなわち、一般的な従来の電動射出成形機を対象としている。そして電動射出成形機は直流電源を備え、直流電源からの直流電圧線と三相交流電圧線は、所定の切換スイッチを介して相互に切換え可能にＰＷＭコンバータに接続される。つまり直流電源は電動射出成形機の外に設けられて、切換スイッチを介してＰＷＭコンバータに接続されることになる。本発明においては、切換スイッチが切り換えられて直流電圧線とＰＷＭコンバータとが接続されるとき、直流電圧線の正の電圧線がＰＷＭコンバータのＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３線全てに接続されると共に負の電圧線がＮ相に接続され、ＰＷＭコンバータを構成する６個のＩＧＢＴのうち３個が交互にスイッチングされて直流電源からの直流電圧が昇圧されて内部直流電圧としてインバータに供給されるように構成される。従って、三相交流電圧が停電しても、直流電源からの電力の供給により電動射出成形機を継続して運転することができる。また直流電源からの直流電圧線は、正の電圧線がＰＷＭコンバータのＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３線全てに接続されるので、全ての相に電力を供給できる。３相に対応する３個のＩＧＢＴを互いにずらしながらスイッチングすると、実質的に３個のチョッパ回路を互いにタイミングをずらしながら連続的に駆動することになる。そうすると、効率よく電圧を昇圧でき、リプル電流が抑制された高品質な内部直流電圧をインバータに供給できる。そしてＰＷＭコンバータのチョッパ回路としての使用は、ＰＷＭコンバータの制御プログラムの切換で実施できるので、従来の電動射出成形機において必要なソフトウエアをインストールするだけで本発明を実施できる。他の発明によると、直流電源は蓄電池からなる。蓄電池は大量の電力を貯蔵／放電できるので、停電時においても長時間の成形サイクルの実施が可能になる。さらに他の発明によると、電動射出成形機は所定の停電検出回路を備え、該停電検出回路によって三相交流電圧の停電が検出されると、切換スイッチが切換えられるようになっている。自動的に停電を検出して直流電源からの電力供給を開始できるので、成形サイクルを中断することなく連続して運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る電動射出成形機の電力供給システムの全体を示す回路図である。
【図２】本実施の形態に係る電動射出成形機の電力供給システムの一部を示す回路図である。
【図３】本実施の形態に係る電動射出成形機の電力供給システムの一部を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る電動射出成形機１も従来の電動射出成形機と同様に、サーボモータ等のＡＣモータで駆動されるようになっており、その電力供給システム２が図１に示されている。電力供給システム２は、従来の電力供給システムと同様に、外部電源４からの三相交流電圧線５が接続されるＰＷＭコンバータ７、ＰＷＭコンバータ７の出力側に接続されている成形機内部の直流電圧線すなわち内部直流電圧線８、この内部直流電圧線８に接続されている複数個のインバータ１０、１１、…、等を備えている。これらのインバータ１０、１１、…はそれぞれ射出軸１０、可塑化軸１１、型開閉軸１２、突出軸１３等の各モータに対応している。内部直流電圧線８には平滑化コンデンサ１５が設けられ、成形機内部の直流電圧つまり内部直流電圧が平滑化されるようになっている。ＰＷＭコンバータ７は入力側にリアクトル１６を備えており、外部電源４から供給される三相交流電圧は、リアクトル１６付きのＰＷＭコンバータ７によって所望の直流電圧に昇圧されて内部直流電圧線８に供給される。内部直流電圧線８が各インバータ１０、１１、…に供給され、三相交流電圧が生成されて各モータが駆動される。
【００１３】
本実施の形態に係る電力供給システム２は、所定の直流電源１８を備えている。正確には、電力供給システム２への入力電源として、直流電源１８が交換可能に外付けされている。外部電源４からの三相交流電圧線５とＰＷＭコンバータ７の間には所定の切換スイッチ２０が介装され、直流電源１８からの直流電圧線ｐも切換スイッチ２０に接続されている。切換スイッチ２０により、ＰＷＭコンバータ７に三相交流電圧と直流電圧とが切換えられて供給される。直流電源１８は、停電時に電動射出成形機１に電力を供給するためのものであり、蓄電池から構成することも電気二重層キャパシタ等のコンデンサから構成することもできる。蓄電池から構成するようにすると、比較的大容量の電力を供給することができ好ましい。電力供給システム２には停電検出回路２４が設けられ、三相交流電圧線５における電圧が監視される。停電が検出されると図示されないコントローラに通知される。コントローラは切換スイッチ２０を駆動してこれを切換え、直流電源１８からの直流電圧がＰＷＭコンバータ７に供給される。なお、直流電源１８には直流電圧検出回路２５が設けられ、停電時において適切に直流電圧の供給が可能か否かが監視されている。
【００１４】
本実施の形態に係る電力供給システム２は、停電時において直流電源１８からの電力がＰＷＭコンバータ７に供給されるようになっているが、そのときにおける直流電圧線ｐとＰＷＭコンバータ７との接続についても特徴がある。具体的には、直流電源１８の正の電圧線ｐはＲ相、Ｓ相、Ｔ相の３相の電圧線全てに接続されるようになっている。詳しく説明すると、ＰＷＭコンバータ７は図２に示されているように、ＩＧＢＴからなる６個のトランジスタ２１Ｒ１、２１Ｒ２…と、６個のダイオード２２Ｒ１、２２Ｒ２、…とから構成され、入力側にはＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相に対応する３個のリアクトル１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔが設けられている。切換スイッチ２０が切換えられると、直流電圧１８の正の電圧線ｐが、これら３個のリアクトル１６Ｒ、１６Ｓ、１６Ｔ全てに接続される。直流電源１８の負の電圧線ｎはＮ相に、ＰＷＭコンバータ７の出力側の内部直流電圧線８の負の電圧線ＮもＮ相にそれぞれ接続されているので、直流電源１８からの直流電圧がＰＷＭコンバータ７の３相全てに供給されることになる。
【００１５】
本実施の形態に係る電力供給システム２は、停電検出回路２４によって外部電源４の停電が検出されるとき、前記したように図示されないコントローラによって切換スイッチ２０が切換えられて、ＰＷＭコンバータ７に直流電源１８からの直流電圧が供給される。このとき、コントローラ内においてＰＷＭコンバータ７を制御する制御プログラムも切換えられ、ＰＷＭコンバータ７の運転方法が変わる。停電時におけるＰＷＭコンバータ７の運転方法を説明する。前記したように、ＰＷＭコンバータ７に直流電源１８からの直流電圧が供給されるとき、ＰＷＭコンバータ７のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の全ての電圧線に直流電圧が供給されるが、Ｒ相について見ると、図３のようになる。コントローラは、Ｒ相とＮ相の間に設けられている１個のトランジスタ２１Ｒ２をＯＮする。そうすると矢印Ｙ１で示されているように、直流電源１８、Ｒ相のリアクトル１６Ｒ、トランジスタ２１Ｒ２、負の電圧線Ｎの順で電流が流れ、リアクトル１６に磁気エネルギーが蓄積される。次いでコントローラはトランジスタ２１Ｒ２をＯＦＦする。そうするとリアクトル１６において蓄積された磁気エネルギーにより起電力が生じ、直流電源１８の直流電圧と合わせて高い直流電圧が得られる。すなわち昇圧される。これにより、矢印Ｙ２で示されているように、負の電圧線Ｎ、直流電源１８、Ｒ相のリアクトル１６、ダイオード２２Ｒ１、内部電圧線８の正の電圧線Ｐの順で直流電流が流れる。Ｓ相、Ｔ相においても同様にして、トランジスタ２１Ｓ２、２１Ｔ２をＯＮ／ＯＦＦすると、Ｒ相と同様にＳ相、Ｔ相においても直流電源１８の直流電圧が昇圧されて内部直流電圧線８に直流電流が供給されることになる。Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相に設けられているそれぞれのトランジスタ２１Ｒ２、２１Ｓ２、２１Ｔ２は、互いに位相が２／３πずれるようにして、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。そうすると、連続的に直流電源１８の直流電圧が昇圧され、内部直流電圧線８に滑らかに直流電流が流れる。これにより、変動の少ない品質の高い内部直流電圧が得られ、これをインバータ１０、１１、…に供給することができる。
【符号の説明】
【００１６】
１    電動射出成形機            ２    電力供給システム  
４    外部電源                  ５    三相交流電圧線
７    ＰＷＭコンバータ          ８    内部直流電圧線
１０    射出軸                  １１    可塑化軸
１２    型開閉軸                １３    突出軸
１５    平滑化コンデンサ        １６    リアクトル
１８    直流電源                ２０    切換スイッチ
２１    トランジスタ            ２２    ダイオード
２４    停電検出回路            ２５    直流電圧検出回路
【図１】
2020069756.tif 000003
【図２】
2020069756.tif 000004
【図３】
2020069756.tif 000005