知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-17
(45)【発行日】2024-06-25
(54)【発明の名称】給電装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20240618BHJP
B29C 45/17 20060101ALI20240618BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 B
B29C45/17
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020151042
(22)【出願日】2020-09-09
(65)【公開番号】P2022045441
(43)【公開日】2022-03-22
【審査請求日】2023-06-15
(73)【特許権者】
【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】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】大川内 亮
(72)【発明者】
【氏名】大谷 愛
【審査官】柳下 勝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１５３９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７３３０６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／１２
Ｂ２９Ｃ ４５／１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
３相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧が出力される２本の電源線の間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの容量値を算出する容量値算出部と、
前記容量値算出部が算出した容量値に基づいて、前記コンバータから出力される電力を制御するコンバータ制御部と、
前記３相交流電圧のそれぞれが供給される経路に並列に接続された、直列接続される抵抗及びスイッチを有する充電回路と、を備え、
前記容量値算出部は、
前記スイッチをオンにすることで、前記コンデンサを充電し、
前記コンバータに供給される電源電圧をＶ Ａ 、前記コンデンサの充電を開始してから前記コンデンサの充電電圧が所定電圧Ｖとなるまでの時間をＴ、前記抵抗の抵抗値をＲとしたとき、前記抵抗と前記コンデンサによるＲＣ時定数に基づいて、前記コンデンサの容量値Ｃを以下の式［１］に基づいて算出し、
【数1】
給電装置。
【請求項2】
３相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧が出力される２本の電源線の間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの容量値を算出する容量値算出部と、
前記容量値算出部が算出した容量値に基づいて、前記コンバータから出力される電力を制御するコンバータ制御部と、を備え、
第１の状態のコンデンサの状態の既知の容量値をＣ０、経時変化によって容量値が前記第１の状態よりも低下した第２の状態のコンデンサの容量値をＣ１としたとき、
前記コンバータから出力される前記直流電圧が供給される負荷が一定のエネルギーを消費する条件下において、前記容量値算出部は、前記一定のエネルギー消費が生じたときの前記第１の状態のコンデンサにおける前記直流電圧の変動幅をΔＶ０、前記一定のエネルギー消費が生じたときの前記第２の状態のコンデンサにおける前記直流電圧の変動幅をΔＶ１としたとき、前記第２の状態のコンデンサの容量値Ｃ１は、以下の式［２］に基づいて算出される、
【数2】
【請求項3】
３相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧が出力される２本の電源線の間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサの容量値を算出する容量値算出部と、
前記容量値算出部が算出した容量値に基づいて、前記コンバータから出力される電力を制御するコンバータ制御部と、を備え、
第１の状態のコンデンサの既知の容量値をＣ０、経時変化によって容量値が前記第１の状態よりも低下した第２の状態のコンデンサの容量値をＣ１、前記コンバータから出力される前記直流電圧に基づいて駆動されるモータのトルクをＴｒ、１分間あたりの回転数をＮ、動作時間をＴｄ［秒］、とし、
前記第２の状態のコンデンサを用いた場合において、前記モータが駆動する前の前記コンデンサの充電電圧をＶ０、前記モータが駆動することで変動した前記コンデンサの充電電圧をＶ１としたとき、前記容量値算出部は、以下の式［３］に基づいて、前記第２の状態のコンデンサの容量値Ｃ１を算出する、
【数3】
【請求項4】
前記コンバータは、前記２本の電源線の間に並列に接続された、直列接続される２つのスイッチ素子で構成される第１～第３のインバータを有し、前記第１～第３のインバータの前記２つのスイッチの間には、前記３相交流電圧の異なる相がそれぞれ供給され
前記コンバータ制御部が前記第１～第３のインバータの前記２つのスイッチをＰＷＭ制御することで、前記コンバータは前記３相交流電圧を前記直流電圧に変換し、
前記コンバータ制御部は、前記ＰＷＭ制御のデューティ比を変更することで、前記コンバータから出力される電力を制御する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の給電装置。
【請求項5】
前記コンバータ制御部は、前記ＰＷＭ制御のデューティ比をＣ１／Ｃ０とすることで、前記コンバータから出力される電力を制御する、
請求項４に記載の給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、給電装置に関し、例えば樹脂を射出成形する射出成形機の給電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
射出成形機は、樹脂を溶融して金型内に射出する射出装置を有するものとして構成される（特許文献１）。射出装置は加熱シリンダや加熱シリンダ内に回転可能かつ軸方向に駆動可能なスクリュが設けられ、スクリュが回転しながら駆動することで、材料である樹脂を加熱シリンダ内に導入し、かつ、溶融した樹脂を金型内に射出することができる。射出装置の各部を駆動するには、モータが広く用いられている。３相交流電源が出力する３相交流電圧は、交流直流変換回路によって直流電圧に変換され、変換された直流電圧は電圧変動を補償する電力貯蔵装置を経て、モータを駆動するサーボアンプに供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】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】
射出装置で成形品を作製する成形サイクルにおいては、樹脂を溶融して計量する計量工程や樹脂を射出する射出工程など工程を実行することとなる。計量工程においてスクリュを回転方向に駆動するモータ、つまり可塑化軸は長時間電力を消費するが瞬間的な消費電力は比較的小さい。これに対し、射出工程においてスクリュを軸方向に駆動するモータ、つまり射出軸の駆動時間は短時間であるが、大電力を消費する。つまり、成形サイクルにおいて消費される電力は、工程により大きく変動する。従って、射出成形機のコンバータ等の電源装置は、消費される最大電力に対応できるように十分な容量が要求される。また、消費電力の変動が大きいので工場の受電設備に対する負荷も大きくなってしまう。
【0005】
このように消費電力が急激に変動するとサーボアンプに供給される直流電圧も変動するが、特許文献１の射出成形機では、直流電圧の変動を緩和するために、サーボアンプの前段に平滑化コンデンサ又はＤＣリンクコンデンサと称されるコンデンサが、２本の直流電源の間に接続される。消費電力が急激に変動したときに、このコンデンサに蓄えられた電力を直流電源線に供給し、又は、コンデンサに電力を蓄えることで、直流電圧の変動を抑制することができる。
【0006】
しかし、一般に、コンデンサの容量は経年劣化により低下するため、同じ電力消費が生じた場合の直流電圧の応答が変化してしまう。つまり、劣化していないコンデンサを用いた場合には直流電圧の変動を小さくできるのに対し、劣化したコンデンサを用いた場合には直流電圧の変動がより大きくなってしまい、直流電圧の変動幅が変化してしまう。
【0007】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様である給電装置は、３相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧が出力される２本の電源線の間に接続されるコンデンサと、前記コンデンサの容量値を算出する容量値算出部と、前記容量値に基づいて、前記コンバータから出力される電力を制御するコンバータ制御部と、を有するものである。
【発明の効果】
【0009】
一実施の形態によれば、出力する直流電圧の変動を抑制できる給電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の形態１にかかる射出成形機の構成を模式的に示す図である。
【図2】実施の形態１にかかる射出成形機の電源系統を示す図である。
【図3】実施の形態１にかかる給電装置の構成を模式的に示す図である。
【図4】実施の形態１にかかる給電装置の出力電力の調整動作を示すフローチャートである。
【図5】実施の形態２にかかる給電装置の構成を模式的に示す図である。
【図6】実施の形態２にかかる給電装置の出力電力の調整動作を示すフローチャートである。
【図7】実施の形態３にかかる給電装置の構成を模式的に示す図である。
【図8】実施の形態３かかる給電装置の出力電力の調整動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、具体的な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。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0012】
実施の形態１
以下、実施の形態１について説明する。図１に、実施の形態１にかかる射出成形機１００の構成を模式的に示す。射出成形機１００は、基台１１０上に各種の装置及び部品が配置されている。本構成では、基台１１０上に、型締装置１２０及び射出装置１３０が設けられている。
以下、実施の形態１について説明する。図１に、実施の形態１にかかる射出成形機１００の構成を模式的に示す。射出成形機１００は、基台１１０上に各種の装置及び部品が配置されている。本構成では、基台１１０上に、型締装置１２０及び射出装置１３０が設けられている。
【0013】
型締装置１２０は、成形品の金型１４０を型締めする装置であり、型締めに用いられる型締モータＭ１と、成形品を金型から突き出すための突き出しモータＭ２と、が設けられる。型締装置１２０は、型締モータＭ１を駆動することで、例えば軸方向（Ｘ方向）に２つに分離している金型をＸ方向に締め付けて固定する。また、金型に樹脂を射出して成形された成形品は、突き出しモータＭ２を駆動することで、軸方向に駆動可能な突き出しピンを成形品に突き当てることで、例えばＸ＋方向に成形品を突き出す。
【0014】
射出装置１３０は、ホッパ１３１から加熱筒１３２に投入された樹脂ペレットを可塑化し、可塑化した樹脂を金型に注入する装置として構成される。加熱筒１３２内に投入された樹脂ペレットは、加熱筒１３２内でスクリュ１３３が回転しながら軸方向（Ｘ＋方向）に後退することで可塑化（溶融）され、その後、スクリュ１３３が回転しながら軸方向（Ｘ－方向）に前進することで、可塑化された材料が金型内に射出される。スクリュ１３３は、射出用モータＭ３によって軸方向に駆動され、可塑化用モータＭ４によって回転方向に駆動される。
【0015】
なお、図１では、型締モータＭ１、突き出しモータＭ２、射出用モータＭ３及び可塑化用モータＭ４は、それぞれベルトＢ１～Ｂ４を介して駆動力を伝達するものとしているが、これは例示に過ぎず、適宜所望の駆動力伝達手段を用いてもよい。
【0016】
射出成形機１００には、給電装置１から電源電圧が供給される複数のサーボアンプ１５０が設けられ、それぞれが型締モータＭ１、突き出しモータＭ２は、射出用モータＭ３及び可塑化用モータＭ４を含む複数のモータを駆動する。
【0017】
射出成形機１００の電源系統について説明する。図２に、射出成形機１００の電源系統を示す。射出成形機１００には、３相交流電源１６０から３相交流電圧が供給される。３相交流電圧は給電装置１によって直流電圧に変換されて、各サーボアンプ、すなわち図２のサーボアンプ１５０Ａ～１５０Ｄに供給される。サーボアンプ１５０Ａ～１５０Ｄは、それぞれ、型締モータＭ１、突き出しモータＭ２、射出用モータＭ３及び可塑化用モータＭ４を駆動するものとして構成される。
【0018】
上述したように、射出成形機１００では、樹脂を溶融して計量する計量工程や樹脂を射出する射出工程などが実行される。計量工程においてスクリュ１３３を回転方向に駆動する可塑化用モータＭ４は、長時間電力を消費するが瞬間的な消費電力は比較的小さい。これに対し、射出工程においてスクリュ１３３を軸方向に駆動する射出用モータＭ３は、駆動時間は短時間であるが大電力を消費する。つまり、射出成形機１００が消費する電力は、工程により大きく変動する。従って、射出成形機１００のモータに電力を供給する給電装置１は、消費される最大電力に対応可能な容量を有するものとして構成される。
【0019】
射出成形機１００に設けられたモータを駆動するために、射出成形機１００の給電装置１にはコンバータが設けられ、供給される３相交流電圧を直流電圧に変換して、各モータに対して設けられたインバータに供給する。インバータは、直流電圧を、所定の周波数及び電圧の３相交流電圧に変換して、モータに供給する。
【0020】
続いて、実施の形態１にかかる給電装置１について具体的に説明する。図３に、実施の形態１にかかる給電装置１の構成を模式的に示す。給電装置１には、３相交流電圧が供給され、これを直流電圧に変換してインバータに供給するものとして構成される。給電装置１は、充電回路１０、コンバータ２０、コンデンサ３０、容量値算出部４０及びコンバータ制御部５０を有する。
【0021】
充電回路１０は、３相交流電源１６０とコンバータ２０との間に挿入され、後述するように、コンデンサ３０の充電に用いられる回路である。ここでは、３相交流電源１６０が出力する３相交流電圧のそれぞれを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相とする。充電回路１０は、抵抗Ｒ１～Ｒ３、スイッチＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１及びＳ３２を有する。
【0022】
スイッチＳ１２は、Ｕ相に接続される電源線（以下、Ｕ相電源線）に挿入される。直列接続された抵抗Ｒ１及びスイッチＳ１１は、スイッチＳ１２に対して並列に接続される。つまり、抵抗Ｒ１の一端はスイッチＳ１２の高電圧側の端部と接続され、他端はスイッチＳ１１の一端と接続される。スイッチＳ１１の他端は、スイッチＳ１２の低電圧側の端部と接続される。
【0023】
スイッチＳ２２は、Ｖ相に接続される電源線（以下、Ｖ相電源線）に挿入される。直列接続された抵抗Ｒ２及びスイッチＳ２１は、スイッチＳ２２に対して並列に接続される。つまり、抵抗Ｒ２の一端はスイッチＳ２２の高電圧側の端部と接続され、他端はスイッチＳ２１の一端と接続される。スイッチＳ２１の他端は、スイッチＳ２２の低電圧側の端部と接続される。
【0024】
スイッチＳ３２は、Ｗ相に接続される電源線（以下、Ｗ相電源線）に挿入される。直列接続された抵抗Ｒ３及びスイッチＳ３１は、スイッチＳ３２に対して並列に接続される。つまり、抵抗Ｒ３の一端はスイッチＳ３２の高電圧側の端部と接続され、他端はスイッチＳ３１の一端と接続される。スイッチＳ３１の他端は、スイッチＳ３２の低電圧側の端部と接続される。
【0025】
スイッチＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１及びＳ３２のオン／オフは、後述するように、容量算出部４０のスイッチ制御部４１によって制御される。
【0026】
コンバータ２０は、３相交流電圧を直流電圧に変換する回路として構成される。図３に示すように、コンバータ２０は、スイッチ素子ＴＲ１～ＴＲ６及びダイオードＤ１～Ｄ６を有する。スイッチ素子ＴＲ１～ＴＲ６のコレクタとエミッタとの間には、それぞれ、ダイオードＤ１～Ｄ６が逆の極性で接続されている。すなわち、スイッチ素子ＴＲ１～ＴＲ６のコレクタには、それぞれ、ダイオードＤ１～Ｄ６のカソードが接続されている。スイッチ素子ＴＲ１～ＴＲ６のエミッタには、それぞれ、ダイオードＤ１～Ｄ６のアノードが接続されている。スイッチ素子ＴＲ１～ＴＲ６は、例としてＮＰＮ型トランジスタを用いているが、スイッチ素子ＴＲ１～ＴＲ６の構成はこれに限定されない。
【0027】
スイッチ素子ＴＲ１、ＴＲ３及びＴＲ５のコレクタは高電圧側の直流電源線ＤＨと接続される。スイッチ素子ＴＲ２、ＴＲ４及びＴＲ６のエミッタは低電圧側の直流電源線ＤＬと接続される。スイッチ素子ＴＲ１のエミッタ及びスイッチ素子ＴＲ２のコレクタは、Ｕ相電源線と接続される。スイッチ素子ＴＲ３のエミッタ及びスイッチ素子ＴＲ４のコレクタは、Ｖ相電源線と接続される。スイッチ素子ＴＲ５のエミッタ及びスイッチ素子ＴＲ６のコレクタは、Ｗ相に接続される電源線と接続される。
【0028】
スイッチ素子ＴＲ１及びＴＲ２とダイオードＤ１及びＤ２は、インバータ回路（第１のインバータ）を構成している。スイッチ素子ＴＲ１のベースにはＵ相のＰＷＭ信号ＳＵ１が印加され、スイッチ素子ＴＲ２のベースにはＵ相の逆相のＰＷＭ信号ＳＵ２が印加される。これにより、スイッチ素子ＴＲ１とスイッチ素子ＴＲ２とは、相補的に（択一的に）オン／オフされる。
【0029】
スイッチ素子ＴＲ３及びＴＲ４とダイオードＤ３及びＤ４は、インバータ回路（第２のインバータ）を構成している。スイッチ素子ＴＲ３のベースにはＶ相のＰＷＭ信号ＳＶ１が印加され、スイッチ素子ＴＲ４のベースにはＶ相の逆相のＰＷＭ信号ＳＶ２が印加される。これにより、スイッチ素子ＴＲ３とスイッチ素子ＴＲ４とは、相補的に（択一的に）オン／オフされる。
【0030】
スイッチ素子ＴＲ５及びＴＲ６とダイオードＤ５及びＤ６は、インバータ回路（第３のインバータ）を構成している。スイッチ素子ＴＲ５のベースにはＷ相のＰＷＭ信号ＳＷ１が印加され、スイッチ素子ＴＲ６のベースにはＷ相の逆相のＰＷＭ信号ＳＷ２が印加される。これにより、スイッチ素子ＴＲ５とスイッチ素子ＴＲ６とは、相補的に（択一的に）オン／オフされる。
【0031】
コンデンサ３０は、コンバータ２０が出力する直流電圧を平滑化する平滑化コンデンサであり、直流電圧の入力部に配置されることからＤＣリンクコンデンサとも呼ばれる。コンデンサ３０は、高電圧側の直流電源線ＤＨと、低電圧側の直流電源線ＤＬと、の間に接続される。
【0032】
容量値算出部４０は、スイッチ制御部４１、充電時間算出部４２、直流電圧検出部４３及び演算部４４を有する。
【0033】
スイッチ制御部４１は、制御信号ＣＯＮ１を与えることで、充電回路１０のスイッチのオン／オフを制御する。スイッチＳ１１及びＳ１２のオン／オフは、制御信号ＣＯＮ１によって制御される。スイッチＳ２１及びＳ２２のオン／オフは、制御信号ＣＯＮ２によって制御される。スイッチＳ３１及びＳ３２のオン／オフは、制御信号ＣＯＮ３によって制御される。後述するように、容量を算出するためにコンデンサ３０の充電を行う場合、スイッチＳ１１、Ｓ２１及びＳ３１をオン、スイッチＳ１２、Ｓ２２及びＳ３２をオフにする。充電を行わない場合、スイッチＳ１１、Ｓ２１及びＳ３１をオフ、スイッチＳ１２、Ｓ２２及びＳ３２をオンにする。
【0034】
充電時間算出部４２は、コンデンサ３０の充電を開始してからコンデンサ３０の電圧が所定値に到達するまでの時間を計測し、計測結果を演算部４４へ出力する。
【0035】
直流電圧検出部４３は、コンデンサ３０の充電電圧、すなわち高電圧側の直流電源線ＤＨの電圧を検出可能に構成され、検出結果を演算部４４へ出力する。
【0036】
演算部４４は、充電時間算出部４２からの計測結果と、直流電圧検出部４３からの検出結果とに基づいて、コンデンサ３０の容量値を算出して、コンバータ制御部５０へ出力する。
【0037】
コンバータ制御部５０は、ＰＷＭ信号出力部５１、電力算出部５２、ＰＷＭ制御部５３及び電流検出部５４を有する。
【0038】
ＰＷＭ信号出力部５１は、コンバータ２０へ、上述したＰＷＭ信号ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ、ＳＷ１及びＳＷ２を出力して、各スイッチ素子のオン／オフを制御することで、コンバータ２０をＰＷＭ制御する。
【0039】
電力算出部５２は、コンバータ２０が出力すべき電力の値を、演算部４４が算出した容量値に基づいて算出する。
【0040】
ＰＷＭ制御部５３は、電力算出部５２が算出した電力値に基づいて、ＰＷＭ信号出力部５１が出力すべきＰＷＭ信号、すなわちＰＷＭ信号のデューティ比（トランジスタがオンとなる時間幅）を、ＰＷＭ信号出力部５１に指示する。
【0041】
電流検出部５４は、Ｕ相電源線及びＶ相電源線の電流値を監視可能に構成され、検出結果をＰＷＭ信号出力部５１へ出力する。これにより、ＰＷＭ信号出力部５１は、ＰＷＭ信号の出力タイミングを調整することができる。
【0042】
続いて、給電装置１の出力電力の調整動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる給電装置１の出力電力の調整動作を示すフローチャートである。
【0043】
ステップＳＴ１１：充電開始
スイッチ制御部４１は、充電回路のスイッチを制御して、コンデンサ３０の充電を開始する。充電時間算出部４２は、充電時間のカウントを開始する。
スイッチ制御部４１は、充電回路のスイッチを制御して、コンデンサ３０の充電を開始する。充電時間算出部４２は、充電時間のカウントを開始する。
【0044】
ステップＳＴ１２：充電時間算出
直流電圧検出部４３は、充電開始後、コンデンサ３０の電圧（充電電圧）Ｖを検出する。具体的には、直流電圧検出部４３は、コンデンサ３０の充電電圧である直流電源線ＤＨの電圧を監視する。これにより、充電時間算出部４２は、コンデンサ３０の充電の開始時刻ｔｓから充電電圧が所定値に到達するまでの時刻ｔｅまでに要した時間Ｔ＝ｔｅ－ｔｓを取得することができる。
直流電圧検出部４３は、充電開始後、コンデンサ３０の電圧（充電電圧）Ｖを検出する。具体的には、直流電圧検出部４３は、コンデンサ３０の充電電圧である直流電源線ＤＨの電圧を監視する。これにより、充電時間算出部４２は、コンデンサ３０の充電の開始時刻ｔｓから充電電圧が所定値に到達するまでの時刻ｔｅまでに要した時間Ｔ＝ｔｅ－ｔｓを取得することができる。
【0045】
ステップＳＴ１３：容量値算出
演算部４４は、充電に要した時間Ｔを用いて、コンデンサ３０の容量を算出する。ここで、抵抗Ｒ１～Ｒ３の抵抗値をＲ、電源電圧をＶＡ、コンデンサ３０の容量値をＣとすると、コンデンサの充電電圧Ｖは以下の式［１］で表される。
よって、コンデンサ３０の容量値Ｃは、以下の式［２］で表される。
これにより、コンデンサ３０の容量値Ｃを算出することができる。したがって、経年劣化がない初期状態（第１の状態とも称する）のコンデンサ３０を電圧Ｖまで充電するまでの充電時間Ｔ０を測定することで、初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０を算出することができる。また、経年劣化した（第２の状態とも称する）コンデンサ３０を電圧Ｖまで充電するまでの充電時間Ｔ１を測定することで、経年劣化により低下したコンデンサ３０の容量値Ｃ１（Ｃ１＜Ｃ０）を算出することができる。
演算部４４は、充電に要した時間Ｔを用いて、コンデンサ３０の容量を算出する。ここで、抵抗Ｒ１～Ｒ３の抵抗値をＲ、電源電圧をＶＡ、コンデンサ３０の容量値をＣとすると、コンデンサの充電電圧Ｖは以下の式［１］で表される。
【数1】
【数2】
【0046】
ステップＳＴ１４：電力値算出
コンデンサ３０の充電電圧がＶになるまでに要する時間は、式［２］より、以下の式［３］で表される。
よって、初期のコンデンサ３０の充電時間Ｔ０と劣化後のコンデンサ３０の充電時間Ｔ１との間には、以下の関係が成り立つ。
つまり、経年劣化したコンデンサ３０の容量値Ｃ１は、初期のコンデンサ３０の容量値Ｃ１よりも小さい（Ｃ１＜Ｃ０）ので、劣化後のコンデンサ３０を電圧Ｖまで充電するのに要する充電時間は、初期状態よりも短くなる。すなわち、初期状態のコンデンサ３０を用いて射出成形機に給電しているときと同じ電力を劣化後のコンデンサ３０に供給すると、コンデンサ３０の応答がより急峻になることが理解できる。換言すれば、初期状態のコンデンサ３０を用いて射出成形機に給電しているときと同じデューティ比のＰＷＭ信号（トランジスタがオンとなる時間幅）を用いると、コンデンサ３０の電圧の応答がより急峻になってしまう。
コンデンサ３０の充電電圧がＶになるまでに要する時間は、式［２］より、以下の式［３］で表される。
【数3】
【数4】
【0047】
式［４］に示すように、劣化後のコンデンサ３０に対しては初期状態のＣ１／Ｃ０の電力を供給すればよいので、電力算出部５２は、コンバータ２０が出力する電力がＣ１／Ｃ０となるように、ＰＷＭ制御部５３に指示する。
【0048】
ステップＳＴ１５：デューティ比算出
ＰＷＭ制御部５３は、コンバータ２０が出力する電力をＣ１／Ｃ０とするため、ＰＷＭ信号のデューティ比が初期状態デューティ比のＣ１／Ｃ０となるように、ＰＷＭ信号出力部５１に指示する。ただし、指令するデューティ比は一例に過ぎず、必要に応じて、劣化後のコンデンサ３０の過渡応答を所望の応答にするため算出したデューティ比に対して、定の係数の乗算及び所定の定数の加算の一方又は両方を行ってもよい。
ＰＷＭ制御部５３は、コンバータ２０が出力する電力をＣ１／Ｃ０とするため、ＰＷＭ信号のデューティ比が初期状態デューティ比のＣ１／Ｃ０となるように、ＰＷＭ信号出力部５１に指示する。ただし、指令するデューティ比は一例に過ぎず、必要に応じて、劣化後のコンデンサ３０の過渡応答を所望の応答にするため算出したデューティ比に対して、定の係数の乗算及び所定の定数の加算の一方又は両方を行ってもよい。
【0049】
ステップＳＴ１６：デューティ比調整
ＰＷＭ信号出力部５１は、ＰＷＭ信号のデューティ比を指示された比に調整する。これにより、劣化後のコンデンサ３０の電圧変化時の応答が、初期状態のコンデンサ３０の電圧変化時の応答に一致又は近似するように調整される。
ＰＷＭ信号出力部５１は、ＰＷＭ信号のデューティ比を指示された比に調整する。これにより、劣化後のコンデンサ３０の電圧変化時の応答が、初期状態のコンデンサ３０の電圧変化時の応答に一致又は近似するように調整される。
【0050】
ステップＳＴ１７：充電完了
スイッチ制御部４１は、充電回路１０のスイッチを制御して、コンデンサ３０の充電動作を完了する。
スイッチ制御部４１は、充電回路１０のスイッチを制御して、コンデンサ３０の充電動作を完了する。
【0051】
以上説明したように、本構成によれば、コンデンサ３０の容量の低下に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を低下させることで、コンデンサ３０に供給する電力を調整して、コンデンサ３０の電圧変化時の応答を所望の状態に調整することが可能である。
【0052】
本実施の形態では、劣化後のコンデンサ３０の電圧変化時の応答を劣化していない初期状態のコンデンサ３０の電圧変化時の応答に一致又は近似させる例について説明したが、これは一例に過ぎない。射出成形機の使用状態に応じて、コンデンサ３０の電圧変化時の応答をより鋭敏又はより鈍感に調整してもよいことは、言うまでもない。
【0053】
実施の形態２
本実施の形態は、実施の形態１とは異なる方法でコンデンサ３０の容量を算出して、コンデンサ３０の電圧変化時の応答を調整する給電装置について説明する。図５に、実施の形態２にかかる給電装置２の構成を模式的に示す。給電装置２は、実施の形態１にかかる給電装置１の充電回路１０を除去し、かつ、容量値算出部４０を容量値算出部６０に置換した構成を有する。
本実施の形態は、実施の形態１とは異なる方法でコンデンサ３０の容量を算出して、コンデンサ３０の電圧変化時の応答を調整する給電装置について説明する。図５に、実施の形態２にかかる給電装置２の構成を模式的に示す。給電装置２は、実施の形態１にかかる給電装置１の充電回路１０を除去し、かつ、容量値算出部４０を容量値算出部６０に置換した構成を有する。
【0054】
容量値算出部６０は、直流電圧検出部６１及び演算部６２を有する。直流電圧検出部６１は、容量値算出部４０の直流電圧検出部４３と同様に、コンデンサ３０の充電電圧、すなわち高電圧側の直流電源線ＤＨの電圧を検出可能に構成され、検出結果を演算部６２へ出力する。演算部６２は、直流電圧検出部６１からの検出結果に基づいて、コンデンサ３０の容量値を算出して、電力算出部５２へ出力する。
【0055】
以下、本実施の形態における容量値の算出について説明する。例えば射出成形機において所定の工程を開始した場合、サーボアンプに接続したモータが起動し、大きな電力を消費することが考え得る。このとき、急激に大きな電力が消費されると、直流電源線ＤＨの電圧が一時的に変動する。同じ工程の同じモータが起動する場合には消費される電力は一定であるが、直流電源線ＤＨの電圧の変動幅は、コンデンサ３０の容量によって変化する。
【0056】
劣化していない初期状態のコンデンサ３０は大きな容量値を有するのに対し、劣化後のコンデンサ３０の容量値は低下している。したがって、消費される電力が一定であっても、劣化していない初期状態のコンデンサ３０を用いたときの電圧変動に比べて、劣化後のコンデンサ３０を用いたときの電圧変動は大きくなる。本実施の形態では、両者の電圧変動の相違に基づいて、コンデンサ３０の容量値を算出する。
【0057】
以下、コンデンサ３０の容量値の算出について説明する。電圧Ｖでコンデンサ３０を充電したときのエネルギーＥは、以下の式［５］で表される。
【数5】
【0058】
モータ等の起動によって一定の電力、すなわち一定のエネルギーが消費されて直流電源線ＤＨの電圧が降下した場合の、初期状態のコンデンサ３０の電圧変動をΔＶ０、劣化後のコンデンサ３０の電圧変動をΔＶ１（ΔＶ１＞ΔＶ０）とする。このとき、コンデンサ３０から放出されるエネルギーはいずれの場合でも等しいので、コンデンサ３０のエネルギーは同じ値Ｅ０となる。よって、以下の式［６］が成立する。
【数6】
【0059】
ここで、初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０が既知であれば、以下の式［７］を用いて劣化後のコンデンサ３０の容量値Ｃ１を算出することができる。
【数7】
【0060】
続いて、給電装置２の出力電力の調整動作について説明する。図６は、実施の形態２にかかる給電装置２の出力電力の調整動作を示すフローチャートである。
【0061】
ステップＳＴ２１：電圧変動検出
直流電圧検出部６１は、所定のエネルギー消費が有ったときの直流電源線ＤＨの電圧、すなわち、劣化後のコンデンサ３０の電圧変動ΔＶ１を検出する。
直流電圧検出部６１は、所定のエネルギー消費が有ったときの直流電源線ＤＨの電圧、すなわち、劣化後のコンデンサ３０の電圧変動ΔＶ１を検出する。
【0062】
ステップＳＴ２２：容量値検出
演算部６２は、検出した電圧変動ΔＶ１と、予め取得していた初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０及び電圧変動ΔＶ０とから、式［７］に基づき、劣化後のコンデンサ３０の容量値Ｃ１を算出する。コンデンサ３０の容量値Ｃ０及び電圧変動ΔＶ０は、例えば、演算部６２の内部又は外部に設けられた図示しない記憶装置に格納され、必要に応じて演算部６２が読み出し可能に構成されてもよい。
演算部６２は、検出した電圧変動ΔＶ１と、予め取得していた初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０及び電圧変動ΔＶ０とから、式［７］に基づき、劣化後のコンデンサ３０の容量値Ｃ１を算出する。コンデンサ３０の容量値Ｃ０及び電圧変動ΔＶ０は、例えば、演算部６２の内部又は外部に設けられた図示しない記憶装置に格納され、必要に応じて演算部６２が読み出し可能に構成されてもよい。
【0063】
ステップＳＴ２３～ＳＴ２５
ステップＳＴ２３～ＳＴ２５は、実施の形態１（図４）のステップＳＴ１４～ＳＴ１６とそれぞれ同様であるので、説明を省略する。
ステップＳＴ２３～ＳＴ２５は、実施の形態１（図４）のステップＳＴ１４～ＳＴ１６とそれぞれ同様であるので、説明を省略する。
【0064】
以上、本構成によれば、実施の形態１と同様に、劣化後のコンデンサ３０の容量の低下に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を低下させることで、コンデンサ３０に供給する電力を調整して、コンデンサ３０の電圧変化時の応答を所望の状態に調整することが可能である。
【0065】
実施の形態３
本実施の形態は、実施の形態１及びとは異なる方法でコンデンサ３０の容量を算出して、コンデンサ３０の電圧変化時の応答を調整する給電装置について説明する。図７に、実施の形態３にかかる給電装置３の構成を模式的に示す。給電装置３は、実施の形態２にかかる給電装置２の容量値算出部６０を容量値算出部７０に置換した構成を有する。
本実施の形態は、実施の形態１及びとは異なる方法でコンデンサ３０の容量を算出して、コンデンサ３０の電圧変化時の応答を調整する給電装置について説明する。図７に、実施の形態３にかかる給電装置３の構成を模式的に示す。給電装置３は、実施の形態２にかかる給電装置２の容量値算出部６０を容量値算出部７０に置換した構成を有する。
【0066】
容量値算出部７０は、直流電圧検出部７１、演算部７２及びモータ消費電量算出部７３を有する。直流電圧検出部７１は、容量値算出部６０の直流電圧検出部６１と同様に、コンデンサ３０の充電電圧、すなわち高電圧側の直流電源線ＤＨの電圧を検出可能に構成され、検出結果を演算部７２へ出力する。モータ消費電量算出部７３は、後述するように、起動した所定のモータから、モータのトルク、回転数及び動作時間を含む信号ＩＮＦを受け取り、モータの消費電力を算出し、演算部７２へ出力する。演算部７２は、直流電圧検出部７１からの検出結果と、モータ消費電量算出部７３からのモータの消費電力とに基づいて、コンデンサ３０の容量値を算出して、電力算出部５２へ出力する。
【0067】
以下、本実施の形態における容量値の算出について説明する。実施の形態２と同様に、射出成形機において所定の工程を開始した場合、モータの起動によって大きな電力が消費され、コンデンサ３０の充電電圧（直流電源線ＤＨの電圧）が一時的に変動する。このとき、同じ工程の同じモータが起動する場合には消費される電力は一定であるが、劣化していない初期状態のコンデンサ３０は大きな容量値を有するのに対し、劣化後のコンデンサ３０の容量値は低下している。したがって、消費される電力が一定であっても、劣化していない初期状態のコンデンサ３０を用いたときの電圧変動に比べて、劣化後のコンデンサ３０を用いたときの電圧変動は大きくなる。本実施の形態では、モータの起動の消費電量を算出して、その結果を用いてコンデンサ３０の容量値を算出する。
【0068】
以下、コンデンサ３０の容量値の算出について説明する。モータのトルクをＴｒ、モータの１分間あたりの回転数をＮ、動作時間をＴｄ［秒］としたとき、モータの消費電力Ｅ０は、以下の式［８］で表される。
【数8】
【0069】
ここで、モータが起動する前の変動していないコンデンサ３０の充電電圧をＶ０、モータ起動後の電圧変動時のコンデンサ３０の充電電圧をＶ１（Ｖ１＜Ｖ０）とする。この場合、電圧変動前にコンデンサ３０に蓄えられているエネルギーと、電圧変動時にコンデンサ３０に残存しているエネルギーとの差は、モータの消費電力Ｅ０と等しい。よって、以下の式［９］が成立する。
【数9】
【0070】
よって、式［９］より、劣化後のコンデンサ３０の容量値Ｃ１は、以下の式［１０］で表される。
【数10】
【0071】
続いて、給電装置３の出力電力の調整動作について説明する。図８は、実施の形態３にかかる給電装置３の出力電力の調整動作を示すフローチャートである。
【0072】
ステップＳＴ３１：モータ消費電力算出
モータ消費電量算出部７３は、対象となる起動したモータから信号ＩＮＦを受け取り、式［８］に基づいてモータの消費電力Ｅ０を算出する。
モータ消費電量算出部７３は、対象となる起動したモータから信号ＩＮＦを受け取り、式［８］に基づいてモータの消費電力Ｅ０を算出する。
【0073】
ステップＳＴ３２：電圧検出
直流電圧検出部７１は、対象となるモータが起動によって変動したときの電圧Ｖ１を検出し、検出結果を演算部７２へ出力する。
直流電圧検出部７１は、対象となるモータが起動によって変動したときの電圧Ｖ１を検出し、検出結果を演算部７２へ出力する。
【0074】
ステップＳＴ３３：容量値検出
演算部７２は、検出した電圧Ｖ０及び電圧Ｖ１と、予め取得していた初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０とから、式［１０］に基づき、劣化後のコンデンサ３０の容量値Ｃ１を算出する。初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０は、例えば、演算部７２の内部又は外部に設けられた図示しない記憶装置に格納され、必要に応じて演算部７２が読み出し可能に構成されてもよい。
演算部７２は、検出した電圧Ｖ０及び電圧Ｖ１と、予め取得していた初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０とから、式［１０］に基づき、劣化後のコンデンサ３０の容量値Ｃ１を算出する。初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０は、例えば、演算部７２の内部又は外部に設けられた図示しない記憶装置に格納され、必要に応じて演算部７２が読み出し可能に構成されてもよい。
【0075】
ステップＳＴ３４～ＳＴ３６
ステップＳＴ３４～ＳＴ３６は、実施の形態１（図４）のステップＳＴ１４～ＳＴ１６とそれぞれ同様であるので、説明を省略する。
ステップＳＴ３４～ＳＴ３６は、実施の形態１（図４）のステップＳＴ１４～ＳＴ１６とそれぞれ同様であるので、説明を省略する。
【0076】
以上、本構成によれば、実施の形態１及び２と同様に、劣化後のコンデンサ３０の容量の低下に応じてＰＷＭ信号のデューティ比を低下させることで、コンデンサ３０に供給する電力を調整して、コンデンサ３０の電圧変化時の応答を所望の状態に調整することが可能である。
【0077】
また、本構成によれば、予め取得すべき情報を初期状態のコンデンサ３０の容量値Ｃ０のみにすることができるので、前もって電圧測定を行わなくてもよいので、事前の作業を軽減することが可能となる。
【0078】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、劣化後のコンデンサ３０の電圧変化時の応答を劣化していない初期状態のコンデンサ３０の電圧変化時の応答に一致又は近似させる例について説明したが、これは一例に過ぎない。射出成形機の使用状態に応じて、コンデンサ３０の電圧変化時の応答をより鋭敏又はより鈍感に調整してもよいことは、言うまでもない。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、劣化後のコンデンサ３０の電圧変化時の応答を劣化していない初期状態のコンデンサ３０の電圧変化時の応答に一致又は近似させる例について説明したが、これは一例に過ぎない。射出成形機の使用状態に応じて、コンデンサ３０の電圧変化時の応答をより鋭敏又はより鈍感に調整してもよいことは、言うまでもない。
【0079】
実施の形態２及び３では、一定の消費電力が生じたときの電圧変動を用いてコンデンサ３０の容量を算出していたが、一定の消費電力が消失したときの電圧変動を用いてコンデンサ３０の容量を算出してもよいことは、言うまでもない。
【0080】
上述の実施の形態では、充電回路においてＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれに抵抗及びスイッチを設け、３相交流によってコンデンサ３０を充電している。３相交流により充電することで、比較的短時間でコンデンサ３０の充電を行うことができる。これに対し、例えば、Ｗ相に挿入した抵抗Ｒ３とスイッチＳ３１及びＳ３２を除去して、Ｕ相及びＶ相だけを用いてコンデンサ３０を充電してもよい。具体的には、スイッチＳ１１及びＳ２１をオン、スイッチＳ１２及びＳ２２をオフにし、かつ、Ｗ相を用いないのでスイッチ素子ＴＲ５及びＴＲ６をオフとすることで、コンデンサ３０をＵ相とＶ相との間に接続する。これにより、コンデンサ３０を単相交流で充電することができる。この場合には、Ｗ相のスイッチ及び抵抗を削減することができるので、給電装置の低コスト化を実現できる点で、有利である。
【0081】
なお、コンデンサ３０を単相で充電するときに用いる２つの相はＵ相及びＶ相に限られず、コンデンサ３０をＵ相、Ｖ相及びＷ相のうちの任意の２つの相の間に接続することで、単相交流でコンデンサ３０を充電できることは、言うまでもない。
【符号の説明】
【0082】
１～３ 給電装置
１０ 充電回路
２０ コンバータ
３０ コンデンサ
４０、６０、７０ 容量値算出部
４１ スイッチ制御部
４２ 充電時間算出部
４３、６１、７１ 直流電圧検出部
４４、６２、７２ 演算部
５０ コンバータ制御部
５１ ＰＷＭ信号出力部
５２ 電力算出部
５３ ＰＷＭ制御部
５４ 電流検出部
７３ モータ消費電量算出部
１００ 射出成形機
１１０ 基台
１２０ 型締装置
１３０ 射出装置
１３１ ホッパ
１３２ 加熱筒
１３３ スクリュ
１４０ 金型
１５０、１５０Ａ～１５０Ｄ サーボアンプ
１６０ ３相交流電源
Ｂ１～Ｂ４ ベルト
Ｄ１～Ｄ６ ダイオード
Ｍ１ 型締モータ
Ｍ２ 突き出しモータ
Ｍ３ 射出用モータ
Ｍ４ 可塑化用モータ
ＤＨ、ＤＬ 直流電源線
Ｒ１～Ｒ３ 抵抗
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２ スイッチ
ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＷ１、ＳＷ２ ＰＷＭ信号
ＴＲ１～ＴＲ６ スイッチ素子
１０ 充電回路
２０ コンバータ
３０ コンデンサ
４０、６０、７０ 容量値算出部
４１ スイッチ制御部
４２ 充電時間算出部
４３、６１、７１ 直流電圧検出部
４４、６２、７２ 演算部
５０ コンバータ制御部
５１ ＰＷＭ信号出力部
５２ 電力算出部
５３ ＰＷＭ制御部
５４ 電流検出部
７３ モータ消費電量算出部
１００ 射出成形機
１１０ 基台
１２０ 型締装置
１３０ 射出装置
１３１ ホッパ
１３２ 加熱筒
１３３ スクリュ
１４０ 金型
１５０、１５０Ａ～１５０Ｄ サーボアンプ
１６０ ３相交流電源
Ｂ１～Ｂ４ ベルト
Ｄ１～Ｄ６ ダイオード
Ｍ１ 型締モータ
Ｍ２ 突き出しモータ
Ｍ３ 射出用モータ
Ｍ４ 可塑化用モータ
ＤＨ、ＤＬ 直流電源線
Ｒ１～Ｒ３ 抵抗
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２ スイッチ
ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＷ１、ＳＷ２ ＰＷＭ信号
ＴＲ１～ＴＲ６ スイッチ素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】