特開 2024-5064 電源装置およびそれを備えた射出成形機システム、ならびに、射出成形機に駆動電力を供給する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024005064

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】電源装置およびそれを備えた射出成形機システム、ならびに、射出成形機に駆動電力を供給する方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/76 20060101AFI20240110BHJP

   B29C 45/17 20060101ALI20240110BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20240110BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20240110BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B29C45/76

B29C45/17

H02M7/12 A

H02M3/28 H

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105061

(22)【出願日】2022-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩田 啓

【テーマコード（参考）】

4F206

5H006

5H730

5H770

【Ｆターム（参考）】

4F206AM20

4F206AP15

4F206AR16

4F206JA07

4F206JL02

4F206JP11

4F206JP13

4F206JP30

4F206JT31

4F206JT32

5H006BB05

5H006CB01

5H006CC01

5H006DB01

5H006DC02

5H006DC05

5H730AA14

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB27

5H730CC02

5H730DD03

5H730EE04

5H730EE57

5H730EE59

5H730FD01

5H730FD11

5H730FD31

5H730FD41

5H770BA01

5H770CA01

5H770CA05

5H770DA03

5H770DA22

5H770DA30

5H770DA41

(57)【要約】

【課題】射出成形機に用いられる、バッテリが搭載された電源装置において、射出成形機からの回生動作時にバッテリを保護しながらエネルギの損失を抑制する。
【解決手段】射出成形機１００用の電源装置２００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０と、バッテリ２３０と、制御装置３００とを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータは、系統電源２０からの交流電力を直流電力に変換して直流バス２６０に供給する。バッテリは、直流バスの直流電力を用いて充電可能である。射出成形機は、サーボモータ１５１～１５４と、直流バス２６０の電力を用いてサーボモータを駆動するサーボアンプ１４０とを含む。サーボアンプは、サーボモータの回生動作時に、回生電力を直流バスに供給する。制御装置は、サーボモータの回生動作時において、直流バスの電力がバッテリの充電許容電力を上回る場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータを制御して充電許容電力を超過する電力を系統電源に出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

系統電源からの電力を用いて射出成形機の駆動電力を供給するための電源装置であって、
前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して直流バスに供給するように構成された第１電力変換装置と、
前記直流バスの直流電力を用いて充電が可能に構成されたバッテリと、
前記第１電力変換装置を制御するための制御装置とを備え、
前記射出成形機は、電動機、および、前記直流バスの電力を用いて前記電動機を駆動するための駆動装置を含み、
前記駆動装置は、前記電動機の回生動作時に、発生した回生電力を前記直流バスに供給するように構成されており、
前記制御装置は、前記電動機の回生動作時において、前記直流バスの電力が前記バッテリの充電許容電力を上回る場合には、前記第１電力変換装置を制御して、前記充電許容電力を超過する電力を前記系統電源に出力する、電源装置。

【請求項2】

前記第１電力変換装置は、複数のスイッチング素子を含む、フルブリッジタイプのＡＣ／ＤＣコンバータであり、
前記制御装置は、
前記直流バスの電圧が所定の目標電圧になるように、前記直流バスを流れる電流を制御するように構成された電流制御回路と、
前記第１電力変換装置に含まれるスイッチング素子の駆動信号を生成するように構成された第１駆動制御回路とを含み、
前記電流制御回路は、前記バッテリの定格電流に基づいて上限値が定められたリミッタ回路を含み、
前記電流制御回路は、
前記直流バスの電圧および前記目標電圧から目標電流値を演算し、
前記リミッタ回路通過後の前記目標電流値を、前記バッテリの充電電流指令値として設定し、
前記目標電流値と前記充電電流指令値との差分を、前記第１駆動制御回路の指令値として設定し、
前記第１駆動制御回路は、前記指令値を用いて前記第１電力変換装置の駆動信号を生成する、請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

前記直流バスの直流電力を用いて前記バッテリを充電するとともに、前記バッテリに蓄えらえた電力を変換して前記直流バスに供給することが可能に構成された第２電力変換装置をさらに備える、請求項１または２に記載の電源装置。

【請求項4】

前記第２電力変換装置は、絶縁型のＤＡＢ（Dual Active Bridge）コンバータを含む、請求項３に記載の電源装置。

【請求項5】

前記第２電力変換装置は、
各々が複数のスイッチング素子を含んで構成された第１変換回路および第２変換回路と、
前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続された絶縁トランスとを含み、
前記制御装置は、前記第１変換回路におけるスイッチング素子の駆動信号と、前記第２変換回路におけるスイッチング素子の駆動信号との間の位相差を制御することによって、前記バッテリと前記直流バスとの間の電力の授受を制御する第２駆動制御回路を含む、請求項３に記載の電源装置。

【請求項6】

前記電源装置は、自然エネルギを用いた発電装置からの直流電力を受電可能に構成されている、請求項１に記載の電源装置。

【請求項7】

前記発電装置は、前記直流バスに接続されている、請求項６に記載の電源装置。

【請求項8】

前記発電装置は、前記バッテリに接続されている、請求項６に記載の電源装置。

【請求項9】

前記第１電力変換装置は、複数のスイッチング素子を含む、フルブリッジタイプのＡＣ／ＤＣコンバータであり、
前記制御装置は、
前記直流バスの電圧が所定の目標電圧になるように、前記直流バスを流れる電流を制御するように構成された電流制御回路と、
前記第１電力変換装置に含まれるスイッチング素子の駆動信号を生成するように構成された第１駆動制御回路とを含み、
前記電流制御回路は、前記バッテリの定格電流および前記発電装置から供給される発電電流に基づいて上限値が定められたリミッタ回路を含み、
前記電流制御回路は、
前記直流バスの電圧および前記目標電圧から目標電流値を演算し、
前記リミッタ回路通過後の前記目標電流値を、前記バッテリの充電電流指令値として設定し、
前記目標電流値と前記充電電流指令値との差分を、前記第１駆動制御回路の指令値として設定し、
前記第１駆動制御回路は、前記指令値を用いて前記第１電力変換装置の記駆動信号を生成する、請求項８に記載の電源装置。

【請求項10】

射出成形機と、
系統電源からの電力を用いて前記射出成形機の駆動電力を供給するための電源装置とを備え、
前記電源装置は、
前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して直流バスに供給するように構成された第１電力変換装置と、
前記直流バスの直流電力を用いて充電が可能に構成されたバッテリと、
前記第１電力変換装置を制御するための制御装置とを含み、
前記射出成形機は、電動機、および、前記直流バスの電力を用いて前記電動機を駆動するための駆動装置を含み、
前記駆動装置は、前記電動機の回生動作時に、発生した回生電力を前記直流バスに供給するように構成されており、
前記制御装置は、前記電動機の回生動作時において、前記直流バスの電力が前記バッテリの充電許容電力を上回る場合には、前記第１電力変換装置を制御して、前記充電許容電力を超過する電力を前記系統電源に出力する、射出成形機システム。

【請求項11】

以下のステップを含む、系統電源からの電力を用いて電源装置から射出成形機に駆動電力を供給する方法：
前記電源装置は、
前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して直流バスに供給するように構成された第１電力変換装置と、
前記直流バスの直流電力を用いて充電が可能に構成されたバッテリとを含み、
前記射出成形機は、電動機、および、前記直流バスの電力を用いて前記電動機を駆動するための駆動装置を含み、
前記駆動装置は、前記電動機の回生動作時に、発生した回生電力を前記直流バスに供給するように構成されており、
（ａ）前記電動機が回生動作中であるか否かを判定するステップ；
（ｂ）前記直流バスの電力および前記バッテリの充電許容電力の情報を取得するステップ；
（ｃ）前記電動機の回生動作時において、前記直流バスの電力が前記充電許容電力を上回るか否かを判定するステップ；
（ｄ）前記直流バスの電力が前記充電許容電力を上回る場合に、前記第１電力変換装置を制御して、前記充電許容電力を超過する電力を前記系統電源に出力するステップ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源装置およびそれを備えた射出成形機システム、ならびに、射出成形機に駆動電力を供給する方法に関し、より特定的には、バッテリを有する射出成形機用電源装置における電力制御に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１８－００８３９７号公報（特許文献１）および特開２０１７－２１７８３６号公報（特許文献２）には、射出成形機のサーボアンプへの電力供給ラインに蓄電装置（バッテリ）が設けられた構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－００８３９７号公報

【特許文献2】特開２０１７－２１７８３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなバッテリを備えた射出成形機においては、外部電源（たとえば、系統電源）からの交流電力を変換して得られた直流電力は、射出成形機を駆動するための駆動電力、および、バッテリを充電するための充電電力として用いられる。

【0005】

一方で、射出成形機において各装置の駆動にモータが用いられる場合に、当該モータが回生動作を行なうと、モータで発電された回生電力が電源装置の直流バスに供給される。このとき、射出成形機から供給される電力が、バッテリの充電許容電力を超過してしまうと、過電圧となってバッテリの故障の要因になる可能性がある。また、このような超過電力を、放熱抵抗などで消費させると、エネルギを無駄に消費してしまうことになってしまう。

【0006】

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、射出成形機に用いられる、バッテリが搭載された電源装置において、射出成形機からの回生動作時に、バッテリを保護しながらエネルギの損失を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示における射出成形機用の電源装置においては、射出成形機に含まれる電動機の回生動作の際に、電源装置の直流バスの電力がバッテリの充電許容電力を上回る場合には、当該充電許容電力を超過する電力を系統電源に出力する。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る電源装置によれば、射出成形機に用いられる、バッテリが搭載された電源装置において、射出成形機からの回生動作時に、バッテリを保護しながらエネルギの損失を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に従う電源装置が用いられる射出成形機システムの全体概略図である。

【図2】図１における射出成形機の構成を説明するための図である。

【図3】電源装置を説明するための機能ブロック図である。

【図4】実施の形態１の射出成形機システムの電源回路構成を説明するための図である。

【図5】電源装置における制御回路を説明するための第１図である。

【図6】電源装置における制御回路を説明するための第２図である。

【図7】電源装置における制御回路を説明するための第３図である。

【図8】図７の位相シフタを説明するための図である。

【図9】ＤＡＢコンバータの動作を説明するためのタイムチャートである。

【図10】実施の形態１における回生時電力制御の詳細を説明するためのフローチャートである。

【図11】バッテリ充電時の第１制御例の制御回路を説明するための第１図である。

【図12】バッテリ充電時の第１制御例の制御回路を説明するための第２図である。

【図13】バッテリ充電時の第２制御例の制御回路を説明するための図である。

【図14】実施の形態２の射出成形機システムの電源回路構成を説明するための図である。

【図15】実施の形態２の電源装置における制御回路を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

［実施の形態１］
＜射出成形機システムの構成＞
図１は、実施の形態１における電源装置２００が用いられる射出成形機システム１０の全体概略図である。図１を参照して、射出成形機システム１０は、射出成形機１００と、射出成形機１００に電源電力を供給するための電源装置２００とを含む。

【0012】

電源装置２００は、バッテリ２３０を含んでいる。バッテリ２３０は、たとえば系統電源２０などの外部電源から受電した電力の一部によって充電される。電源装置２００は、外部電源から受電した電力および／またはバッテリ２３０に蓄えられた電力を射出成形機１００へ出力する。射出成形機１００においては、電源装置２００から供給された電力を用いて、ヒータおよびサーボモータ（図２参照）などの機器が駆動される。

【0013】

また、外部電源として、系統電源２０に代えてあるいは加えて、自然エネルギ発電装置３０を用いてもよい。図１の例においては、自然エネルギ発電装置３０は、太陽光発電装置３１、および、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、太陽光発電装置３１によって発電された直流電力を所定の電圧に調整して、電源装置２００へ供給する。なお、自然エネルギ発電装置３０には、自然エネルギを用いて発電する装置であれば、上記の太陽光発電装置３１に代えてあるいは加えて、他の形態の発電装置が含まれていてもよい。たとえば、風力発電装置、水力発電装置、地熱発電装置、あるいは、潮力発電装置などが、自然エネルギ発電装置３０に含まれていてもよい。

【0014】

＜射出成形機の構成＞
図２は、図１における射出成形機１００の構成を説明するための図である。なお、説明の便宜上、射出成形機１００が配置される床面をＸＹ平面とし、当該床面に垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸の正方向を上面側または上方、負方向を下面側または下方と称する場合がある。なお、実施の形態１における射出成形機１００は、横型の射出成形機として示されているが、横型に限られず、竪型の射出成形機であってもよい。

【0015】

射出成形機１００は、金型を型締めするための型締装置１１０、射出材料を溶融して射出するための射出装置１２０、操作盤１３０、および、制御装置１４０を含んで構成されている。図２においては、型締装置１１０は、射出装置１２０に対してＸ軸の負方向側に配置されている。

【0016】

型締装置１１０は、ベッド１１１と、固定盤１１２と、型締ハウジング１１３と、可動盤１１４と、タイバー１１５と、型締機構１１６と、金型１１７，１１８と、ボールねじ１１９とを含む。ベッド１１１は床面に配置されており、その上面に、固定盤１１２、型締ハウジング１１３、可動盤１１４等の機器が搭載されている。

【0017】

固定盤１１２は、ベッド１１１上において、射出装置１２０に近い側（すなわち、Ｘ軸の正方向）の端部に固定されている。型締ハウジング１１３は、ベッド１１１上におけるＸ軸の負方向の端部に配置されている。固定盤１１２と型締ハウジング１１３とは、複数のバーを含むタイバー１１５によって連結されている。型締ハウジング１１３は、ベッド１１１上において、Ｘ軸方向に移動可能である。

【0018】

可動盤１１４は、ベッド１１１上において、固定盤１１２と型締ハウジング１１３との間に配置されている。可動盤１１４は、Ｘ軸方向に移動可能に構成されている。型締ハウジング１１３と可動盤１１４とは、型締機構１１６によって連結されている。型締機構１１６はトグル機構を有している。トグル機構には、ボールねじ１１９が連結されており、型締ハウジング１１３に配置されるサーボモータ１５１を駆動して当該ボールねじ１１９を回転させることによって、型締ハウジング１１３に対して可動盤１１４をＸ軸方向に相対移動させることができる。なお、型締機構１１６として、油圧によって駆動される直動式のシリンダを用いてもよい。

【0019】

可動盤１１４および固定盤１１２には、金型１１７，１１８がそれぞれ配置されている。金型１１７および金型１１８は、可動盤１１４と固定盤１１２との間において互いに対向して配置されている。型締機構１１６を用いて金型１１７をＸ軸方向に移動させることによって、金型１１７と金型１１８とを密着させたり、金型１１７を金型１１８から離間させたりすることができる。以降の説明においては、金型１１７および金型１１８が離間した状態から密着する状態へ移行させる工程を「型締」と称する。また、金型１１７および金型１１８が密着している状態から離間した状態へ移行させる工程を「型開」と称する。

【0020】

型締工程によって金型１１７と金型１１８とが密着させた状態で、金型内部に溶融材料（樹脂）を充填し、冷却して固化させることによって、所望の形状の製品を成形することができる。製品の成形後、型開工程によって金型１１７を金型１１８から離間させた状態で、可動盤１１４に配置された突出機構（図示せず）を動作させることによって、成形された製品を金型１１７から取り出すことができる。突出機構は、可動盤１１４に配置されたサーボモータ１５２によって駆動される。なお、突出機構を用いて製品を取り出す工程を「突出」工程と称する。

【0021】

射出装置１２０は、基台１２１と、加熱シリンダ１２２と、駆動装置１２４と、ホッパ１２５と、ノズルタッチ装置１２７と、温度センサ１２８とを含む。基台１２１は、ベッド１１１のＸ軸の正方向側の床面に配置され、その上面に駆動装置１２４が搭載されている。駆動装置１２４には、サーボモータ１５３，１５４が配置されている。

【0022】

駆動装置１２４には、Ｘ軸方向に延在する加熱シリンダ１２２が配置されている。加熱シリンダ１２２は、内部を加熱するためのヒータ（図示せず）と、スクリュ１２３と、射出ノズル１２６とを含む。スクリュ１２３は、駆動装置１２４内のサーボモータ１５３によって駆動され、Ｘ軸方向を回転軸として回転可能に構成される。また、スクリュ１２３は、サーボモータ１５４によって駆動され、Ｘ軸方向に移動可能に構成されている。射出ノズル１２６は、加熱シリンダ１２２における型締装置１１０側の端部（すなわち、Ｘ軸の負方向の端部）に配置されている。加熱シリンダ１２２は、ホッパ１２５から投入されたビーズ状の樹脂材料を加熱溶融し、スクリュ１２３を用いて混練することによって溶融材料を生成する。このように、樹脂材料を溶融する工程を「可塑化」工程と称する。

【0023】

ノズルタッチ装置１２７は、たとえば油圧シリンダを用いた機構、あるいは、ボールねじを用いた機構によって構成されており、駆動装置１２４と、型締装置１１０の固定盤１１２とを連結している。ノズルタッチ装置１２７がボールねじを用いた機構によって構成されている場合には、ノズルタッチ装置１２７は、駆動装置１２４によって駆動され、駆動装置１２４および加熱シリンダ１２２をＸ軸方向に移動させる。ノズルタッチ装置１２７によって、射出ノズル１２６を型締装置１１０における金型１１８のスプルーブッシュに接触させ、射出ノズル１２６から溶融材料を射出することによって、金型１１７，１１８のキャビティ内に溶融材料が充填される。サーボモータ１５４は、加熱シリンダ１２２内のスクリュ１２３をＸ軸の負方向に移動させることによって溶融材料に圧力を付与し、金型１１７，１１８内への溶融材料の注入、および、注入後の溶融材料の圧力を一定に保持する。

【0024】

なお、ノズルタッチ機構の構成については、上記のように固定盤１１２と駆動装置１２４との間に配置されたボールねじによって射出装置全体を移動させる構成には限らず、他の構成であってもよい。たとえば、装置フレームと加熱シリンダ後部の固定部材とをボールねじを用いて連結し、加熱シリンダ自体を金型方向へ移動させる構成であってもよい。あるいは、射出装置が搭載されたスライドベースと装置フレームとをボールねじを用いて連結し、スライドベースとともに射出装置を移動させて射出ノズルを金型へ接触させる構成であってもよい。

【0025】

なお、金型１１７，１１８内に溶融材料を注入する工程を「射出」工程と称する。また、射出工程後、金型１１７，１１８内に充填された溶融材料を一定圧力に保持して冷却する工程を「保圧」工程と称する。

【0026】

温度センサ１２８は、加熱シリンダ１２２における射出ノズル１２６の近傍に配置されている。温度センサ１２８は、加熱シリンダ１２２内部の溶融材料の温度を検出し、制御装置１４０へ出力する。制御装置１４０は、温度センサ１２８の検出値に基づいてヒータを制御して、溶融材料の温度を所望の温度に調整する。

【0027】

保圧工程が完了すると、型開工程および突出工程が実行されて、成形された製品が取り出される。

【0028】

射出成形機１００は、型締工程、射出工程、保圧工程、可塑化工程、型開工程および突出工程をサイクリックに繰り返し実行することによって、製品を連続的に形成することができる。

【0029】

制御装置１４０は、基台１２１の内部に格納されている。制御装置１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４１と、メモリ１４２と、サーボモータ１５１～１５４を駆動するためのサーボアンプ１４３とを含む。制御装置１４０は、射出成形機１００に配置された各種センサの検出値を取得し、射出成形機１００を統括的に制御する。

【0030】

操作盤１３０は、オペレータが射出成形機１００を操作するための機器であり、液晶ディスプレイのような表示装置、および、キーボードなどの入力装置を含む。操作盤１３０は制御装置１４０に接続されており、射出成形機１００の状態を取得して表示したり、入力装置からのユーザ操作信号を制御装置１４０に出力したりすることができる。操作盤１３０は、表示装置および入力装置が一体化されたタッチパネルであってもよい。また、操作盤１３０は、射出成形機１００のベッド１１１あるいは基台１２１に取り付けられていてもよいし、射出成形機１００とは独立した位置に配置されていてもよい。

【0031】

＜電源装置の構成＞
次に図３を用いて、図１における電源装置２００の詳細を説明する。図３を参照して、電源装置２００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０と、バッテリ２３０と、インバータ２４０と、電圧センサ２７０と、制御装置３００とを含む。また、制御装置３００は、ＣＰＵ３１０およびメモリ３２０を含む。

【0032】

ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０は、外部電源である系統電源２０から供給された交流電力を直流電力に変換して直流バス２６０に供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０によって変換された直流電力は、バッテリ２３０を充電するための充電電力、および／または、射出成形機１００を駆動するための駆動電力として用いられる。また、直流バス２６０には、上述の自然エネルギ発電装置３０からの電力も供給される。

【0033】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、直流バス２６０の直流電力をバッテリ２３０の充電に適した電圧に変換する。バッテリ２３０は、たとえばリチウムイオン電池あるいは鉛蓄電池などの充放電が可能な二次電池である。バッテリ２３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０から供給される直流電力を用いて充電される。バッテリ２３０に蓄えられた電力は、射出成形機１００の駆動電力として用いられる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、バッテリ２３０からの直流電力の電圧を調整して直流バス２６０へ供給する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、電力を双方向に変換することができる双方向型のＤＣ／ＤＣコンバータである。図４で後述するように、実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、絶縁型のＤＡＢ（Dual Active Bridge）コンバータである。

【0034】

直流バス２６０は、射出成形機１００に接続されている。直流バス２６０から射出成形機１００に供給される直流（ＤＣ）電力は、たとえば、射出成形機１００におけるサーボモータ１５１～１５４の駆動電力として用いられる。電圧センサ２７０は、直流バス２６０の電圧を検出して制御装置３００に出力する。

【0035】

インバータ２４０はＤＣ／ＡＣコンバータであり、直流バス２６０に接続されている。インバータ２４０は、直流バス２６０の直流電力を交流電力に変換して、射出成形機１００へ供給する。インバータ２４０によって変換された交流（ＡＣ）電力は、たとえば、射出成形機１００におけるヒータの駆動電力、および／または、制御電源などに用いられる。

【0036】

制御装置３００は、電源装置２００に含まれる各機器を統括的に制御する。より具体的には、制御装置３００は、系統電源２０から供給される交流電力の電圧Ｖ_Ｓおよび電流Ｉ_ＬＳをＡＣ／ＤＣコンバータ２１０から取得する。また、制御装置３００は、バッテリ２３０から、バッテリ２３０の端子間電圧Ｖ_ｂａｔ、および、バッテリ２３０に流入／流出する電流ｉ_{ｐ＿ｂａｔ}を取得する。さらに、制御装置３００は、電圧センサ２７０から、直流バス２６０の直流電圧Ｖ_ＤＣを取得する。そして、制御装置３００は、これらの情報に基づいて、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０の制御信号ＣＯＮ１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の制御信号ＣＯＮ２、およびインバータ２４０の制御信号ＣＯＮ３を生成して、対応する機器へ出力する。

【0037】

このような構成の射出成形機システム１０（図１参照）においては、系統電源２０から供給される交流電力および／または自然エネルギ発電装置３０で発電された直流電力を用いてバッテリ２３０が充電されるとともに、系統電源２０、自然エネルギ発電装置３０およびバッテリ２３０からの電力を用いて射出成形機１００が駆動される。

【0038】

一方で、射出成形機１００においては、図２で説明したように、型締装置１１０および射出装置１２０の各機器の駆動にはサーボモータ１５１～１５４が用いられる。後述するように、サーボモータ１５１～１５４を駆動するサーボアンプ１４３には、ＰＷＭ型のインバータが用いられており、減速時のような回生動作時には、サーボモータ１５１～１５４が発電機として機能する。サーボモータで発電された電力は、射出成形機１００内の他のサーボモータの駆動にも用いられるが、射出成形機１００によって消費しきれない電力は、結果的に、インバータを介して直流バス２６０（図３参照）に供給される。

【0039】

この場合、図３に示されているように、直流バス２６０に供給された電力は、バッテリ２３０の充電にのみ使用されることになる。しかしながら、バッテリ２３０には、通常、装置保護のために充電許容電力が定められており、当該充電許容電力を超える電力を充電することはできない。そのため、射出成形機１００の回生動作時において、直流バス２６０に供給される電力がバッテリ２３０の充電許容電力を超える場合に、余剰の電力を処理できないと、過電圧となって機器の劣化あるいは故障の要因となる可能性がある。特に、自然エネルギ発電装置３０（太陽光発電装置）の発電タイミングと、サーボモータの回生タイミングとが重なった場合には、直流バス２６０に供給される電力がバッテリ２３０の充電許容電力を超過しやすくなる。

【0040】

余剰電力を放熱抵抗によって熱として消費することも考えられるが、エネルギを無駄に消費してしまうことになるので、省エネルギの観点からは推奨されない。

【0041】

そこで、本実施の形態１においては、上記のように、直流バス２６０に供給される電力がバッテリ２３０の充電許容電力を超える場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０をインバータとして動作させることによって余剰電力を系統電源へ戻す「バッテリ保護制御」を実行する。このバッテリ保護制御によって、射出成形機１００の回生動作の際に、バッテリ２３０を保護しながらエネルギの損失を抑制する。

【0042】

＜回路構成の詳細＞
以下においては、本実施の形態１におけるバッテリ保護制御を実現するための回路構成の詳細について説明する。

【0043】

（電気回路の説明）
図４は、本実施の形態１の射出成形機システム１０の電気回路構成の詳細を示す図である。図３で説明したように、系統電源２０からの交流電力がＡＣ／ＤＣコンバータ２１０によって直流電力に変換され、直流バス２６０に供給される。また、自然エネルギ発電装置３０において太陽光発電装置３１によって発電された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５によって所定の電圧に変換されて直流バス２６０に供給される。直流バス２６０に供給された電力は、射出成形機１００に駆動電力として供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０を介してバッテリ２３０を充電するために用いられる。

【0044】

ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０は、フィルタ回路２１１および変換回路２１２を含む、フィルタ回路２１１は、各相において、直列に接続されたインダクタＬ_ｆ，Ｌ_ｓと、インダクタＬ_ｆおよびインダクタＬ_ｓの間において各相間に接続されたキャパシタＣ_ｆとを含む。フィルタ回路２１１によって、系統電源２０から供給される交流電源における高周波のノイズ成分が除去される。

【0045】

変換回路２１２は三相フルブリッジタイプのＰＷＭ型整流器であり、直流バス２６０の電源ラインＰＬ１，ＮＬ１間に配置されたスイッチング素子Ｑ_１～Ｑ_６を含む。電源ラインＰＬ１，ＮＬ１間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_２の接続ノードには、フィルタ回路２１１のａ相が接続される。電源ラインＰＬ１，ＮＬ１間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ_３，Ｑ_４の接続ノードには、フィルタ回路２１１のｂ相が接続される。電源ラインＰＬ１，ＮＬ１間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ_５，Ｑ_６の接続ノードには、フィルタ回路２１１のｃ相が接続される。変換回路２１２は、制御装置３００からの制御信号ＣＯＮ１によって制御され、フィルタ回路２１１を通過した交流電源を整流して、直流バス２６０に直流電力を供給する。また、変換回路２１２はインバータとしても機能することができ、直流バス２６０の直流電力を変換して、系統電源２０へ交流電力を供給することもできる。

【0046】

また、図４には示されていないが、フィルタ回路２１１には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０側の各相の電流を検出するための電流センサ、および、系統電源２０側の各線間電圧を検出するための電圧センサが配置されている。これらのセンサによって検出された電流値ｉ_ＬＳａ，ｉ_ＬＳｂ、および、電圧値Ｖ_Ｓａｂ，Ｖ_Ｓｂｃは、制御装置３００へ出力される。なお、三相交流電源は、各相の位相が互いに１２０°ずれているため、上記の電流値および電圧値は、２つの相電流および２つの線間電圧を検出すればよい。

【0047】

直流バス２６０において、電源ラインＰＬ１，ＮＬ１間には、平滑用のキャパシタＣ_ｄｃが配置される。キャパシタＣ_ｄｃの端子間電圧Ｖ_ＤＣは、電圧センサ２７０（図３）によって検出され、制御装置３００へと出力される。

【0048】

自然エネルギ発電装置３０のＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、いわゆる昇圧チョッパ回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３５は、制御装置３００からの制御信号ＣＯＮ２によって制御され、太陽光発電装置３１によって発電された直流電力を昇圧して、直流バス２６０へ供給する。

【0049】

射出成形機１００には、図２で説明したように複数のサーボモータが配置されている。各サーボモータには対応するサーボアンプによって駆動される。図４においては、一例として、サーボモータ１５１，１５２に対して、サーボアンプ１４３１，１４３２がそれぞれ接続された構成が記載されている。各サーボアンプは、三相フルブリッジタイプのインバータを含んでおり、直流バス２６０に対して並列に接続されている。各サーボアンプは、射出成形機１００のＣＰＵ１４１によって制御され、直流バス２６０からの直流電力を交流電力に変換して、対応するサーボモータを駆動する。

【0050】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、変換回路２２１と、変換回路２２１およびバッテリ２３０の間に配置されたフィルタ回路２２２とを含む。変換回路２２１は、双方向タイプのコンバータであり、直流バス２６０からの直流電力の電圧を変換してバッテリ２３０を充電するとともに、バッテリ２３０に蓄えらえた直流電力の電圧を変換して直流バス２６０へ出力することが可能に構成されている。

【0051】

変換回路２２１は、上述のように、絶縁型のＤＡＢコンバータである。変換回路２２１は、巻線比がＮ_１：Ｎ_２の絶縁トランスＴＲと、絶縁トランスＴＲの一次側および二次側にそれぞれ配置されたブリッジ回路２２１１，２２１２を含む。ブリッジ回路２２１１は、スイッチング素子Ｑ_１１～Ｑ_１４を含み、ブリッジ回路２２１２は、スイッチング素子Ｑ_２１～Ｑ_２４を含む。

【0052】

ブリッジ回路２２１１において、スイッチング素子Ｑ_１１，Ｑ_１２は電源ラインＰＬ２，ＮＬ２の間に直列に接続されている。同様に、スイッチング素子Ｑ_１３，Ｑ_１４は電源ラインＰＬ２，ＮＬ２の間に直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ_１１，Ｑ_１２の接続ノードは、インダクタＬ_１を介して絶縁トランスＴＲの一次巻線の正極側端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ_１３，Ｑ_１４の接続ノードは、絶縁トランスＴＲの一次巻線の負極側端子に接続されている。

【0053】

ブリッジ回路２２１２において、スイッチング素子Ｑ_２１，Ｑ_２２は電源ラインＰＬ１，ＮＬ１の間に直列に接続されている。同様に、スイッチング素子Ｑ_２３，Ｑ_２４は電源ラインＰＬ１，ＮＬ１の間に直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ_２１，Ｑ_２２の接続ノードは、インダクタＬ_２を介して絶縁トランスＴＲの二次巻線の正極側端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ_２３，Ｑ_２４の接続ノードは、絶縁トランスＴＲの二次巻線の負極側端子に接続されている。

【0054】

フィルタ回路２２２は、バッテリ２３０の正極端子と電源ラインＰＬ２との間に接続されたインダクタＬ_ｂと、電源ラインＰＬ２，ＮＬ２の間に接続されたキャパシタＣ_ｂとを含むローパスフィルタである。フィルタ回路２２２は、変換回路２２１のスイッチング等によって電源ラインに生じる高周波ノイズを除去するように構成されている。

【0055】

バッテリ２３０には、バッテリ２３０の端子間電圧Ｖ_ｂａｔを検出するための電圧センサ、および、バッテリ２３０に入出力される電流ｉ_{ｐ＿ｂａｔ}を検出するための電流センサが設けられている。

【0056】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０においては、ブリッジ回路２２１１のスイッチング素子Ｑ_１１～Ｑ_１４の制御パルスと、ブリッジ回路２２１２のスイッチング素子Ｑ_２１～Ｑ_２４の制御パルスとの位相を調整することによって、バッテリ２３０への充電およびバッテリ２３０からの放電を制御することができる。

【0057】

＜制御回路の説明＞
次に、図４に示した制御装置３００において実行されるバッテリ保護制御の具体的な制御方法について説明する。なお、以下の制御回路の説明では、図４についても適宜参照するものとする。図５～図８は、バッテリ保護制御を説明するための制御回路の機能ブロック図である。図５は、直流バス２６０を指令電圧に制御するための電流指令値およびバッテリ２３０の充電電流指令値を算出する電流制御回路４００についての機能ブロック図である。図６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０におけるスイッチング素子の制御信号を生成する駆動制御回路５００についての機能ブロック図である。図７は、電流指令値に基づく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０におけるスイッチング素子の制御信号を生成する駆動制御回路６００についての機能ブロック図である。図８は、図７における位相シフタ６３０の詳細な回路についての機能ブロック図である。

【0058】

（電流制御回路）
まず、図５の電流制御回路４００について説明する。図５を参照して、電流制御回路４００は、減算部４１０，４６０と、ＰＩ制御部４２０と、リミッタ回路４３０と、乗算部４４０と、除算部４５０とを含む。

【0059】

減算部４１０において、予め定められた直流バス２６０の電圧指令値Ｖ_ＤＣ ^＊から、電圧センサ２７０で検出された直流バス２６０の電圧Ｖ_ＤＣが差し引かれる。ＰＩ制御部４２０は、減算部４１０で算出された差電圧にＰＩ（比例積分）制御を施すことによって、電流指令値ｉ_ｐを算出する。

【0060】

そして、リミッタ回路４３０において、ＰＩ制御部４２０によって算出された電流指令値ｉ_ｐが、バッテリ２３０の充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}によって制限される。充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}は、以下の式（１）によって定められる。

【0061】

ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}＝ｉ_{ｂａｔ＿ｒａｔｉｎｇ}×Ｖ_ｂａｔ／Ｖ_ｅｆｆ （１）
ここで、ｉ_{ｂａｔ＿ｒａｔｉｎｇ}はバッテリの定格電流値を示しており、Ｖ_ｂａｔはバッテリ電圧を示しており、Ｖ_ｅｆｆは交流電力における実効電圧を示している。リミッタ回路４３０によって、電流指令値ｉ_ｐが充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}以内であれば、出力される指令値ｉ_{ｐ＿ｓｕｂ} ^＊＝ｉ_ｐとなる。一方で、電流指令値ｉ_ｐが充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}を超えていれば、指令値ｉ_{ｐ＿ｓｕｂ} ^＊＝ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}となる。

【0062】

リミッタ回路４３０通過後の指令値ｉ_{ｐ＿ｓｕｂ} ^＊は、乗算部４４０において、系統電源２０からの三相交流電圧の実効値と掛け合わされることによって、バッテリ２３０の充電電力指令値Ｐ_ｂａｔ ^＊が算出される。その後、除算部４５０において、充電電力指令値Ｐ_ｂａｔ ^＊をバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔで除すことによって、バッテリ２３０の目標充電電流指令値ｉ_ｂａｔ ^＊が算出される。この目標充電電流指令値ｉ_ｂａｔ ^＊を用いて、図７で後述する駆動制御回路６００によって、バッテリ２３０を充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の制御信号ＣＯＮ２（図３参照）が生成される。

【0063】

また、減算部４６０においては、ＰＩ制御部４２０によって算出された電流指令値ｉ_ｐから、リミッタ回路４３０通過後の指令値ｉ_{ｐ＿ｓｕｂ} ^＊が差し引かれることによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０における電流指令値ｉ_{ｐ＿ｄｉｆ} ^＊が算出される。電流指令値ｉ_{ｐ＿ｄｉｆ} ^＊は、図６で後述する駆動制御回路５００によって用いられて、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０の制御信号ＣＯＮ１（図３参照）が生成される。

【0064】

（ＡＣ／ＤＣコンバータ駆動制御回路）
次に、図６の駆動制御回路５００について説明する。図６を参照して、駆動制御回路５００は、三相－二相変換部５１０，５４０と、減算部５２０，５３０と、ＰＩ制御部５２５，５３５と、二相変調器５５０と、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路５６０と、オシレータ５７０と、比較器５８０と、反転器５９０とを含む。

【0065】

ＰＬＬ回路５６０は、系統電源２０から供給される交流電力の線間電圧Ｖ_Ｓａｂ，Ｖ_Ｓｂｃ，Ｖ_Ｓｃａを受け、各相の位相差から同期信号θ_Ｒを生成する。

【0066】

三相－二相変換部５１０は、系統電源２０から供給される交流電力の相電流ｉ_ＬＳａ，ｉ_ＬＳｂ，ｉ_ＬＳｃを受ける。三相－二相変換部５１０は、ＰＬＬ回路５６０からの同期信号θ_Ｒに従って、三相の相電流ｉ_ＬＳａ，ｉ_ＬＳｂ，ｉ_ＬＳｃをｄｑ変換により、有効電力成分の電流ｉ_ｄおよび無効電流成分の電流ｉ_ｑの二相電流を算出する。

【0067】

そして、減算部５２０，５３０において、ｄ軸およびｑ軸における電流指令値との差分がそれぞれ算出される。ここで、ｄ軸の指令値は、図５の電流制御回路４００で算出された電流指令値ｉ_{ｐ＿ｄｉｆ} ^＊である。なお、無効電流成分のｑ軸の指令値ｉ_ｑ ^＊はゼロである。その後、ＰＩ制御部５２５，５３５によって、ｄ軸およびｑ軸の各々についての指令値との差分がＰＩ制御され、さらに三相－二相変換部５４０によって同期信号θ_Ｒに従って三相変換が施されて、三相電圧指令値が生成される。

【0068】

そして、スイッチング損失の低減と電圧利用率を向上するために、算出された三相電圧指令値が二相変調器５５０によって二相変調され、比較器５８０においてオシレータ５７０からの三角波と比較することによって、各相の上アームのスイッチング素子Ｑ_１，Ｑ_３，Ｑ_５のＰＷＭ制御信号が生成される。また、反転器５９０によりこれらの信号を反転することによって、下アームのスイッチング素子Ｑ_２，Ｑ_４，Ｑ_６のＰＷＭ制御信号がそれぞれ生成される。生成されたＰＷＭ制御信号ＣＯＮ１（図３参照）に従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０が制御される。

【0069】

図５で説明したように、電流指令値ｉ_ｐが充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}を超えない場合には、電流制御回路４００においてｉ_ｐ＝ｉ_{ｐ＿ｓｕｂ} ^＊となるため、電流指令値ｉ_{ｐ＿ｄｉｆ} ^＊はゼロになる。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０による電力変換は行なわれない。一方で、電流指令値ｉ_ｐが充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}を超えて電流指令値ｉ_{ｐ＿ｄｉｆ} ^＊がゼロではなくなると、電流指令値ｉ_{ｐ＿ｄｉｆ} ^＊に従ってＡＣ／ＤＣコンバータ２１０が駆動される。これによって、直流バス２６０の余剰電力がＡＣ／ＤＣコンバータ２１０によって系統電源２０に出力される。

【0070】

（ＤＣ／ＤＣコンバータ駆動制御回路）
次に、図７および図８を用いて駆動制御回路６００について説明する。図７を参照して、駆動制御回路６００は、減算部６１０と、ＰＩ制御部６２０と、位相シフタ６３０とを含む。また、図８を参照して、位相シフタ６３０は、オシレータ６３１と、比較器６３２，６３４と、フリップフロップ回路６３３，６３５とを含む。

【0071】

減算部６１０において、電流制御回路４００で算出された目標充電電流指令値ｉ_ｂａｔ ^＊から、バッテリ２３０の電流センサで検出された電流値ｉ_ｂａｔが差し引かれる。減算部６１０による差分は、ＰＩ制御部６２０によってＰＩ制御が施されて、充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮが生成される。

【0072】

位相シフタ６３０においては、充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮとオシレータ６３１からの三角波Ｖ_ｔｒｉとの比較によって、ＤＡＢコンバータの変換回路２２１におけるブリッジ回路２２１２のスイッチング素子Ｑ_２１～Ｑ_２４を駆動するためのＰＷＭ制御信号が生成される。また、一定値の基準信号Ｖ_ｆと三角波Ｖ_ｔｒｉとの比較によって、ＤＡＢコンバータのブリッジ回路２２１１のスイッチング素子Ｑ_１１～Ｑ_１４を駆動するためのＰＷＭ制御信号が生成される。

【0073】

より詳細には、充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮと三角波Ｖ_ｔｒｉとを比較器６３４で比較することによってＰＷＭ信号を（ＰＷＭ２）生成し、当該ＰＷＭ信号をフリップフロップ回路６３５に入力することによって、スイッチング素子Ｑ_２１，Ｑ_２４の制御信号と、これらを反転させたスイッチング素子Ｑ_２２，Ｑ_２３の制御信号とが生成される。また、基準信号Ｖ_ｆと三角波Ｖ_ｔｒｉとを比較器６３２で比較することによってＰＷＭ信号（ＰＷＭ１）を生成し、当該ＰＷＭ信号をフリップフロップ回路６３３に入力することによって、スイッチング素子Ｑ_１１，Ｑ_１４の制御信号と、これらを反転させたスイッチング素子Ｑ_１２，Ｑ_１３の制御信号とが生成される。

【0074】

図９は、ＤＡＢコンバータ（変換回路２２１）の動作を説明するためのタイムチャートである。図９においては、横軸には時間が示されており、縦軸には三角波Ｖ_ｔｒｉ（ＬＮ１０）、充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮ（ＬＮ１１）、基準信号Ｖ_ｆ（ＬＮ１２）と、各ブリッジ回路２２１１，２２１２におけるＰＷＭ信号ＰＷＭ１（ＬＮ２０），ＰＷＭ２（ＬＮ３０）と、スイッチング素子Ｑ_１１，Ｑ_１４の駆動信号ＯｕｔＡ（ＬＮ４０）と、スイッチング素子Ｑ_１２，Ｑ_１３の駆動信号ＯｕｔＢ（ＬＮ５０）と、スイッチング素子Ｑ_２１，Ｑ_２４の駆動信号ＯｕｔＣ（ＬＮ６０）と、スイッチング素子Ｑ_２２，Ｑ_２３の駆動信号ＯｕｔＤ（ＬＮ７０）とが示されている。

【0075】

図９を参照して、最上段のグラフにおいて、搬送波である三角波Ｖ_ｔｒｉが実線ＬＮ１０で示されており、ＰＩ制御部６２０で生成される充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮが一点鎖線ＬＮ１１で示され、基準電圧Ｖ_ｆが破線ＬＮ１２で示されている。基準電圧Ｖ_ｆは、振幅ゼロの固定値に設定されており、三角波Ｖ_ｔｒｉと基準電圧Ｖ_ｆとの比較によって、ＤＡＢコンバータのブリッジ回路２２１１のスイッチング素子Ｑ_１１～Ｑ_１４を駆動するための制御信号ＰＷＭ１が生成される。制御信号ＰＷＭ１は、デューティ５０％の方形波パルスである（ＬＮ２０）。

【0076】

また、充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮと三角波Ｖ_ｔｒｉとの比較によって、ＤＡＢコンバータのブリッジ回路２２１２のスイッチング素子Ｑ_２１～Ｑ_２４を駆動するための制御信号ＰＷＭ２が生成される。充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮは、直流バス２６０の電力によって変化する。図９の例においては、充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮは時間とともに増加している。このため、時間の経過とともに、三角波Ｖ_ｔｒｉと充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮとの重なり部分が変化し、制御信号ＰＷＭ２の各パルスのパルス幅、および、立ち上がり／立ち下がりのタイミングが変化している（ＬＮ３０）。

【0077】

制御信号ＰＷＭ１が図８のフリップフロップ回路６３３に入力されることにより、パルスの立ち上がりのタイミングごとに振幅が反転する駆動信号ＯｕｔＡ，ＯｕｔＢ（ＬＮ４０，ＬＮ５０）が生成される。駆動信号ＯｕｔＢは、駆動信号ＯｕｔＡを反転させた信号である。駆動信号ＯｕｔＡによってスイッチング素子Ｑ_１１，Ｑ_１４が駆動され、駆動信号ＯｕｔＢによってスイッチング素子Ｑ_１２，Ｑ_１３が駆動される。

【0078】

同様に、制御信号ＰＷＭ２が図８のフリップフロップ回路６３５に入力されることにより、パルスの立ち上がりのタイミングごとに振幅が反転する駆動信号ＯｕｔＣ，ＯｕｔＤ（ＬＮ６０，ＬＮ７０）が生成される。駆動信号ＯｕｔＤは、駆動信号ＯｕｔＣを反転させた信号である。駆動信号ＯｕｔＣによってスイッチング素子Ｑ_２１，Ｑ_２４が駆動され、駆動信号ＯｕｔＤによってスイッチング素子Ｑ_２２，Ｑ_２３が駆動される。

【0079】

図９に示されるように、充電電圧指令値Ｖ_ＣＯＮが大きくなると、制御信号ＰＷＭ２の立ち上がりのタイミングが、制御信号ＰＷＭ１の立ち上がりのタイミングよりも遅れる。すなわち、制御信号ＰＷＭ１に対する制御信号ＰＷＭ２の位相（φ_１～φ_４）のずれが大きくなる。ＤＡＢコンバータにおいては、一次側のブリッジ回路のスイッチングの位相と二次側のブリッジ回路のスイッチングの位相が同位相である場合（すなわち、位相差φ＝０°の場合）には伝送される電力はゼロとなり、位相差が大きくなるにつれて伝送される電力は大きくなり、位相差φ＝９０°において最大となる。

【0080】

伝送される電力をＰとし、スイッチング周波数をｆとすると、電力Ｐは以下の式（２）のように表すことができる。ここで、ω＝２πｆである。

【0081】

【数1】

【0082】

このように、電流制御回路４００で算出された目標充電電流指令値ｉ_ｂａｔ ^＊に応じて、変換回路２２１の２つのブリッジ回路２２１１，２２１２のスイッチングの位相差を調整することによって、所望の電力を用いてバッテリ２３０を充電することができる。

【0083】

なお、上記の例においては、一次側（すなわち、バッテリ２３０側）のブリッジ回路２２１１の制御信号ＰＷＭ１は一定であり、二次側（すなわち、直流バス２６０側）のブリッジ回路２２１２の制御信号ＰＷＭ２の位相を変化させる構成であったが、一次側の制御信号ＰＷＭ１についても、たとえばバッテリ２３０の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）に応じて位相を変化させるように制御してもよい。

【0084】

以上のような制御回路を用いて制御を行なうことによって、直流バス２６０に供給される電力がバッテリ２３０の充電許容電力を超える場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０をインバータとして動作させて余剰電力を系統電源へ戻すことによって、射出成形機１００の回生動作の際に、バッテリ２３０を保護しながらエネルギの損失を抑制することができる。

【0085】

なお、本開示における「ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０」は、本開示における「第１電力変換装置」に対応する。本開示における「サーボアンプ１４３，１４３１，１４３２」の各々は、本開示における「駆動装置」に対応する。本開示における「駆動制御回路５００」および「駆動制御回路６００」は、本開示における「第１駆動制御回路」および「第２駆動制御回路」にそれぞれ対応する。本開示における「ブリッジ回路２２１１」および「ブリッジ回路２２１２」は、本開示における「第１ブリッジ回路」および「第２ブリッジ回路」にそれぞれ対応する。

【0086】

＜制御フローの説明＞
図１０は、実施の形態１におけるバッテリ保護制御の処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下の制御フローの説明では、図４についても適宜参照するものとする。図１０に記載された処理は、上述の制御装置３００における電流制御回路４００（図５参照）および駆動制御回路５００（図６参照），６００（図７参照）によって実行される。

【0087】

制御装置３００は、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す。）１００にて、射出成形機１００が回生動作中であるか否かを判定する。回生動作中の判定については、たとえば、射出成形機１００の制御装置３００からの信号、あるいは、直流バス２６０から射出成形機１００へ供給される電流の方向などに基づいて行なうことができる。

【0088】

射出成形機１００が回生動作中である場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められ、制御装置３００は、直流バス２６０に供給される電力Ｐ_ＤＣと、バッテリ２３０の許容充電電力Ｐ_＿ｌｉｍを取得する。直流バス２６０に供給される電力Ｐ_ＤＣは、図５の電流制御回路４００で説明したように、直流バス２６０の電圧Ｖ_ＤＣと、直流バス２６０の目標電圧Ｖ_ＤＣ ^＊とから算出される電流指令値ｉ_ｐに基づいて算出することができる。また、バッテリ２３０の許容充電電力Ｐ_＿ｌｉｍについても、バッテリ２３０の電圧Ｖ_ｂａｔ、および、定格電流ｉ_{ｂａｔ＿ｒａｔｉｎｇ}から算出される充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}に基づいて算出される。そして、制御装置３００は、Ｓ１２０にて、直流バス２６０に供給される電力Ｐ_ＤＣが、バッテリ２３０の許容充電電力Ｐ_＿ｌｉｍを超過しているか否かを判定する。

【0089】

直流バス２６０の電力Ｐ_ＤＣが許容充電電力Ｐ_＿ｌｉｍを超過している場合（Ｐ_ＤＣ＞Ｐ_＿ｌｉｍ：Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０の処理が進められ、制御装置３００は、図７の駆動制御回路６００で説明したように、許容充電電力Ｐ_＿ｌｉｍに対応する電力を用いてバッテリ２３０を充電するようにＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の制御信号を生成する。さらに、制御装置３００は、図６の駆動制御回路５００で説明したように、許容充電電力Ｐ_＿ｌｉｍを超過する電力を系統電源２０に出力するようにＡＣ／ＤＣコンバータ２１０の制御信号を生成する。直流バス２６０の電力Ｐ_ＤＣが許容充電電力Ｐ_＿ｌｉｍ以下の場合（Ｐ_ＤＣ≦Ｐ_＿ｌｉｍ：Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理が後述するＳ１４０に進められる。

【0090】

一方、射出成形機１００が回生動作中でない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に進められて、制御装置３００は、後述する充電制御モードにより、系統電源２０および／または自然エネルギ発電装置３０からの外部電力を用いて、バッテリ２３０を充電するとともに射出成形機１００を駆動する。

【0091】

＜充電制御モードの説明＞
次に、充電制御モードにおける制御回路の例について説明する。なお、以下の充電制御モードの説明では、図４についても適宜参照するものとする。

【0092】

（第１制御例）
充電制御モードの第１制御例は、工場の休止時のように射出成形機１００が停止している状態で、外部電源（系統電源２０および自然エネルギ発電装置３０）を用いて、バッテリ２３０を充電する場合に適用される制御である。第１制御例においては、自然エネルギ発電装置３０からの電力をバッテリ２３０の充電電力として最大限利用しつつ、天候等によって変動し得る発電電力を系統電源２０からの電力により補填するように制御する。これによって、系統電源２０からの電力の使用を抑制して、電気料金および二酸化炭素の排出量を低減しつつ、バッテリ２３０を最大電力（すなわち、充電許容電力）で充電することが可能となる。

【0093】

なお、第１制御例においては、直流バス２６０の電圧制御は、自然エネルギ発電装置３０のＤＣ／ＤＣコンバータ３５によって実行される。

【0094】

図１１は、第１制御例における電流制御回路７００を示す図であり、図１２は、バッテリ２３０の充電に用いるＤＣ／ＤＣコンバータ２２０を駆動する駆動制御回路８００を示す図である。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０の駆動制御回路については、図６で示した駆動制御回路５００と同様の構成である。

【0095】

図１１を参照して、電流制御回路７００は、減算部７１０と、乗算部７２０，７４０と、除算部７３０，７５０とを含む。

【0096】

乗算部７４０は、自然エネルギ発電装置３０に設けられた電圧センサおよび電流センサ（いずれも図示せず）から取得した、太陽光発電装置３１の発電電圧Ｖ_ｐｖおよび供給電流ｉ_ｐｖを掛け合わせて発電電力Ｐ_ｐｖを算出する。除算部７５０は、太陽光発電装置３１の発電電力Ｐ_ｐｖを、バッテリ２３０のバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔで除すことによって、太陽光発電装置３１の発電電力に対応した充電電流ｉ_{ｂａｔ＿ｐｖ}を算出する。

【0097】

減算部７１０は、バッテリの定格電流値ｉ_{ｂａｔ＿ｒａｔｉｎｇ}から、除算部７５０で算出された充電電流ｉ_{ｂａｔ＿ｐｖ}を差し引く。そして、乗算部７２０において、減算部７１０で算出された差分ｉ_{ｂａｔ＿ｄｉｆｆ}にバッテリ電圧Ｖ_ｂａｔを掛け合わせることによって、系統電源２０から供給すべき充電電力ｐ_{ｂａｔ＿ｄｉｆｆ}が算出される。その後、除算部７３０におて、充電電力ｐ_{ｂａｔ＿ｄｉｆｆ}を系統電源２０からの三相交流電圧の実効値で除すことによって、図６の駆動制御回路５００に対する電流指令値ｉ_{ｄ＿ｒｅｆ} ^＊が算出される。電流指令値ｉ_{ｄ＿ｒｅｆ} ^＊を、駆動制御回路５００における三相－二相変換後のｄ軸の減算部５２０に入力することによって、自然エネルギ発電装置３０の発電電力がバッテリ２３０の充電許容電力に対して不足する場合に、当該不足電力を系統電源２０から供給することができる。

【0098】

次に、図１２を参照して、駆動制御回路８００について説明する。駆動制御回路８００は、減算部８１０，８３０と、ＰＩ制御部８２０，８４０と、位相シフタ８５０とを含む。なお、図１２において、減算部８１０およびＰＩ制御部８２０は、図５の電流制御回路４００における減算部４１０およびＰＩ制御部４２０にそれぞれ対応し、減算部８３０、ＰＩ制御部８４０および位相シフタ８５０は、図７の駆動制御回路６００における減算部６１０、ＰＩ制御部６２０および位相シフタ６３０にそれぞれ対応している。そのため、駆動制御回路８００の各要素の詳細な説明は繰り返さない。

【0099】

駆動制御回路８００においては、減算部８１０およびＰＩ制御部８２０によって生成された目標充電電流指令値ｉ_ｂａｔ ^＊と、バッテリ電流ｉ_ｂａｔとの差分に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の制御信号ＣＯＮ２（図３参照）が生成される。

【0100】

充電制御モードの第１制御例においては、基本的には、バッテリ２３０の充電許容電力に一致する電力が、系統電源２０および／または自然エネルギ発電装置３０から供給される。そのため、仮に射出成形機１００から回生電力が供給されると、直流バス２６０に供給される電力がバッテリ２３０の充電許容電力を超過してしまい、直流バス２６０が過電圧となる可能性がある。そのため、当該第１制御例の構成は、基本的には射出成形機１００が停止している場合に適用することが望ましい。

【0101】

（第２制御例）
上述の第１制御例においては、基本的には、バッテリ２３０は常に最大電力で充電するような構成であった。充電制御モードの第２制御例においては、任意の充電電力でバッテリ２３０を充電する構成について説明する。

【0102】

図１３は、第２制御例における制御回路を説明するための図である。図１３においては、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０を駆動するための駆動制御回路と、当該駆動制御回路の指令値を生成するための電流制御部９００とが示されている。なお、第２制御例における駆動制御回路の構成は、基本的には図６で示した駆動制御回路５００の構成と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0103】

第２制御例において、駆動制御回路５００の減算部５２０には、電流制御部９００で算出された電流指令値ｉ_ｄ ^＊が入力される。電流制御部９００は、減算部９１０と、ＰＩ制御部９２０とを含んでいる。そして、直流バス２６０の電圧指令値Ｖ_ＤＣ ^＊と電圧センサ２７０で検出された直流バス２６０の電圧Ｖ_ＤＣとの差分を、ＰＩ制御部９２０によってＰＩ制御することによって、電流指令値ｉ_ｄ ^＊が生成される。

【0104】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０を駆動するための駆動制御回路は、基本的には図７で説明した駆動制御回路６００と同様である。第２制御例においては、バッテリ２３０の目標充電電流指令値ｉ_ｂａｔ ^＊は、バッテリ２３０の定格電流を上限として任意に設定することができる。また、自然エネルギ発電装置３０は電流源と見なすことができる。第２制御例においては、自然エネルギ発電装置３０で発電される発電電力、射出成形機１００による消費電力、および、バッテリ２３０における充電電力に基づく、直流バス２６０の電力収支（すなわち、電圧Ｖ_ＤＣ）に従って、系統電源２０から供給される電力が決定される。

【0105】

第２制御例の構成においては、射出成形機１００からの回生電力に対してもある程度は対処することができるが、自然エネルギ発電装置３０および射出成形機１００から直流バス２６０へ供給される電力の合計が、バッテリ２３０の充電許容電力を超過する場合には対処することができない。したがって、第２制御例の構成は、たとえば、バッテリ２３０の充電許容電力が、射出成形機１００の回生能力よりも十分大きい場合に適用することができる。

【0106】

［実施の形態２］
実施の形態１においては、図３に示すように、自然エネルギ発電装置３０が、電源装置２００の直流バス２６０に接続される構成について説明した。

【0107】

実施の形態２においては、自然エネルギ発電装置３０が、バッテリ２３０に直接接続される構成の場合におけるバッテリ保護制御について説明する。

【0108】

図１４は、実施の形態２に係る射出成形機システムの電源回路構成を説明するための図である。実施の形態２の射出成形機システムにおいては、インダクタＬ_ｂ＿２を介して、自然エネルギ発電装置３０がバッテリ２３０に接続されている。また、インダクタＬ_ｂ＿２を流れる電流、すなわち、自然エネルギ発電装置３０から供給される充電電流ｉ_{ｐ＿ｂａｔ２}を検出するための電流センサが設けられている。なお、その他の回路構成については、図４の実施の形態１の場合と同様であるので、重複する要素の説明は繰り返さない。

【0109】

図１５は、実施の形態２における電流制御回路４００Ａを示す機能ブロック図である。電流制御回路４００Ａに含まれる要素は、実質的には、図５の電流制御回路４００と同じであるが、リミッタ回路４３０において設定されるバッテリ２３０の充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}が図５の場合と異なっている。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の駆動制御回路については、図６～図８と同様である。

【0110】

電流制御回路４００Ａにおいては、自然エネルギ発電装置３０がバッテリ２３０に接続されているため、バッテリ２３０が直流バス２６０から受容可能な充電電力は、自然エネルギ発電装置３０から供給される電力をバッテリ２３０の充電許容電力から差し引いた電力となる。したがって、バッテリ２３０の充電許容電流ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}は、自然エネルギ発電装置３０からの充電電流ｉ_{ｐ＿ｂａｔ２}を用いて、以下の式（３）によって定められる。

【0111】

ｉ_{ｐ＿ｌｉｍ}＝（ｉ_{ｂａｔ＿ｒａｔｉｎｇ}－ｉ_{ｐ＿ｂａｔ２}）×Ｖ_ｂａｔ／Ｖ_ｅｆｆ （３）
このような構成とすることによって、バッテリ２３０を直接充電する自然エネルギ発電装置３０の発電状態を考慮しつつ、バッテリ２３０を充電することが可能となる。そして、直流バス２６０に供給される電力がバッテリ２３０の充電許容電力を超える場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１０をインバータとして動作させて余剰電力を系統電源へ戻すことによって、射出成形機１００の回生動作の際に、バッテリ２３０を保護しながらエネルギの損失を抑制することができる。

【0112】

［態様］
（第１項）一態様に係る電源装置は、系統電源からの電力を用いて射出成形機の駆動電力を供給するために用いられる電源装置である。電源装置は、第１電力変換装置と、バッテリと、第１電力変換装置を制御するための制御装置とを備える。第１電力変換装置は、系統電源からの交流電力を直流電力に変換して直流バスに供給するように構成される。バッテリは、直流バスの直流電力を用いて充電が可能に構成されている。射出成形機は、電動機、および、直流バスの電力を用いて電動機を駆動するための駆動装置を含む。駆動装置は、電動機の回生動作時に、発生した回生電力を直流バスに供給するように構成されている。制御装置は、電動機の回生動作時において、直流バスの電力がバッテリの充電許容電力を上回る場合には、第１電力変換装置を制御して、充電許容電力を超過する電力を系統電源に出力する。

【0113】

（第２項）第１項に記載の電源装置において、第１電力変換装置は、複数のスイッチング素子を含む、フルブリッジタイプのＡＣ／ＤＣコンバータである。制御装置は、直流バスの電圧が所定の目標電圧になるように、直流バスを流れる電流を制御するように構成された電流制御回路と、第１電力変換装置に含まれるスイッチング素子の駆動信号を生成するように構成された第１駆動制御回路とを含む。電流制御回路は、バッテリの定格電流に基づいて上限値が定められたリミッタ回路を含む。電流制御回路は、直流バスの電圧および目標電圧から目標電流値を演算し、リミッタ回路通過後の目標電流値を、バッテリの充電電流指令値として設定し、目標電流値と充電電流指令値との差分を、第１駆動制御回路の指令値として設定する。第１駆動制御回路は、指令値を用いて第１電力変換装置の駆動信号を生成する。

【0114】

（第３項）第１項または第２項に記載の電源装置は、直流バスの直流電力を用いてバッテリを充電するとともに、バッテリに蓄えらえた電力を変換して直流バスに供給することが可能に構成された第２電力変換装置をさらに備える。

【0115】

（第４項）第３項に記載の電源装置において、第２電力変換装置は、絶縁型のＤＡＢコンバータを含む。

【0116】

（第５項）第３項に記載の電源装置において、第２電力変換装置は、各々が複数のスイッチング素子を含んで構成された第１変換回路および第２変換回路と、第１変換回路と第２変換回路とに接続された絶縁トランスとを含む。制御装置は、第１変換回路におけるスイッチング素子の駆動信号と、第２変換回路におけるスイッチング素子の駆動信号との間の位相差を制御することによって、バッテリと直流バスとの間の電力の授受を制御する第２駆動制御回路を含む。

【0117】

（第６項）第１項に記載の電源装置において、電源装置は、自然エネルギを用いた発電装置からの直流電力を受電可能に構成されている。

【0118】

（第７項）第６項に記載の電源装置において、発電装置は直流バスに接続されている。
（第８項）第６項に記載の電源装置において、発電装置はバッテリに接続されている。

【0119】

（第９項）第８項に記載の電源装置において、第１電力変換装置は、複数のスイッチング素子を含む、フルブリッジタイプのＡＣ／ＤＣコンバータである。制御装置は、直流バスの電圧が所定の目標電圧になるように、直流バスを流れる電流を制御するように構成された電流制御回路と、第１電力変換装置に含まれるスイッチング素子の駆動信号を生成するように構成された第１駆動制御回路とを含む。電流制御回路は、バッテリの定格電流および発電装置から供給される発電電流に基づいて上限値が定められたリミッタ回路を含む。電流制御回路は、直流バスの電圧および目標電圧から目標電流値を演算し、リミッタ回路通過後の目標電流値をバッテリの充電電流指令値として設定し、目標電流値と充電電流指令値との差分を、第１駆動制御回路の指令値として設定する。第１駆動制御回路は、指令値を用いて第１電力変換装置の記駆動信号を生成する。

【0120】

（第１０項）他の態様に係る射出成形機システムは、射出成形機と、系統電源からの電力を用いて射出成形機の駆動電力を供給するための電源装置とを備える。電源装置は、第１電力変換装置と、バッテリと、第１電力変換装置を制御するための制御装置とを含む。第１電力変換装置は、系統電源からの交流電力を直流電力に変換して直流バスに供給するように構成されている。バッテリは、直流バスの直流電力を用いて充電が可能に構成されている。射出成形機は、電動機、および、直流バスの電力を用いて電動機を駆動するための駆動装置を含む。駆動装置は、電動機の回生動作時に、発生した回生電力を直流バスに供給するように構成されている。制御装置は、電動機の回生動作時において、直流バスの電力がバッテリの充電許容電力を上回る場合には、第１電力変換装置を制御して、充電許容電力を超過する電力を系統電源に出力する。

【0121】

（第１１項）他の態様に係る方法は、系統電源からの電力を用いて電源装置から射出成形機に駆動電力を供給する方法に関する。電源装置は、第１電力変換装置と、バッテリとを含む。第１電力変換装置は、系統電源からの交流電力を直流電力に変換して直流バスに供給するように構成されている。バッテリは、直流バスの直流電力を用いて充電が可能に構成されている。射出成形機は、電動機、および、直流バスの電力を用いて電動機を駆動するための駆動装置を含む。駆動装置は、電動機の回生動作時に、発生した回生電力を直流バスに供給するように構成されている。方法は、（ａ）電動機が回生動作中であるか否かを判定するステップと、（ｂ）直流バスの電力およびバッテリの充電許容電力の情報を取得するステップと、（ｃ）電動機の回生動作時において、直流バスの電力が充電許容電力を上回るか否かを判定するステップと、（ｄ）直流バスの電力が充電許容電力を上回る場合に、第１電力変換装置を制御して、充電許容電力を超過する電力を系統電源に出力するステップとを含む。

【0122】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。

【符号の説明】

【0123】

１０ 射出成形機システム、２０ 系統電源、３０ 自然エネルギ発電装置、３１ 太陽光発電装置、３５，２２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２６０ 直流バス、１００ 射出成形機、１１０ 型締装置、１１１ ベッド、１１２ 固定盤、１１３ 型締ハウジング、１１４ 可動盤、１１５ タイバー、１１６ 型締機構、１１７，１１８ 金型、１１９ ボールねじ、１２０ 射出装置、１２１ 基台、１２２ 加熱シリンダ、１２３ スクリュ、１２４ 駆動装置、１２５ ホッパ、１２６ 射出ノズル、１２７ ノズルタッチ装置、１２８ 温度センサ、１３０ 操作盤、１４０，３００ 制御装置、１４２，３２０ メモリ、１４３，１４３１，１４３２ サーボアンプ、１５１～１５４ サーボモータ、２００ 電源装置、２１０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２１１，２２２ フィルタ回路、２１２，２２１ 変換回路、２３０ バッテリ、２４０ インバータ、２７０ 電圧センサ、３６１，５７０，６３１ オシレータ、４００，４００Ａ，７００ 電流制御回路、４１０，４６０，５２０，５３０，６１０，７１０，８１０，８３０，９１０ 減算部、４２０，５２５，５３５，６２０，８２０，８４０，９２０ ＰＩ制御部、４３０ リミッタ回路、４４０，７２０，７４０ 乗算部、４５０，７３０，７５０ 除算部、５００，６００，８００ 駆動制御回路、５１０，５４０ 三相－二相変換部、５５０ 二相変調器、５６０ ＰＬＬ回路、５８０，６３２，６３４ 比較器、５９０ 反転器、６３０，８５０ 位相シフタ、６３３，６３５ フリップフロップ回路、９００ 電流制御部、２２１１，２２１２ ブリッジ回路、Ｃ_ｂ，Ｃ_ｄｃ，Ｃ_ｆ キャパシタ、Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_ｂ，Ｌ_ｆ，Ｌ_ｓ インダクタ、ＮＬ１，ＮＬ２，ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ_１～Ｑ_６，Ｑ_１１～Ｑ_１４，Ｑ_２１～Ｑ_２４ スイッチング素子、ＴＲ 絶縁トランス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】