特許 7550028 給電装置

(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】2024-09-04

(45)【発行日】2024-09-12

(54)【発明の名称】給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 B

H02M7/12 H

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020188446

(22)【出願日】2020-11-12

(65)【公開番号】P2022077586

(43)【公開日】2022-05-24

【審査請求日】2023-08-24

(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】中▲崎▼ 友喜

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０３８５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２３０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２８６７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０３２７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８９２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３２５６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２２８００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相交流電源から出力される３相交流電圧が３つの電源線のそれぞれを介して入力され、入力された前記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、
前記コンバータから出力される電力をＰＷＭ制御により制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記３相交流電源のいずれかの相をモニタして、モニタした相の電圧の位相を示す位相角度を出力する位相角度検出部と、
前記３つの電源線の電圧の正負を示す相信号を出力する相信号生成部と、
前記３つの電源線のうちの第１の電源線の相信号である第１の相信号が所定の位相となるタイミングと、前記３つの電源線のうちの前記第１の電源線とは異なる第２の電源線の相信号である第２の相信号が所定の位相となるタイミングと、の間の時間を検出し、検出した時間に基づいて、前記第１の電源線の電圧及び前記第２の電源線の電圧が正相及び逆相のいずれで供給されているかを判定する正相逆相判定部と、
前記３つの電源線の電流と、正相の場合の前記位相角度又は逆相の場合の前記位相角度とを用いて、有効電流及び無効電流を算出する３相２相変換部と、
前記直流電圧を所定の値とするための有効電流の目標値を示す有効電流指令を出力する電圧制御部と、
逆相の場合に前記有効電流指令が示す電流値の符号を反転させる電流指令部と、
前記電流指令部から出力される前記有効電流指令と、前記３相２相変換部が算出した前記有効電流及び前記無効電流と、から有効電流及び無効電流の指令値を算出する電流制御部と、
前記有効電流及び無効電流の指令値に基づき、前記コンバータをＰＷＭ制御するための電圧値を算出する２相３相変換部と、
前記コンバータをＰＷＭ制御するための信号を出力するＰＷＭ信号出力部と、を備え、
正相の場合の前記位相角度は１サイクルの間の位相を０から２πへ向けてモニタして検出した位相角度であり、逆相の場合の前記位相角度は１サイクルの間の位相を２πから０へ向けてモニタして検出した位相角度である、
給電装置。

【請求項2】

前記位相角度検出部は、
正相の場合に前記モニタした相の１サイクル間で値が単調増加し、逆相の場合に前記モニタした相の１サイクル間で値が単調減少する信号を生成し、
前記生成した信号のレベルに応じて前記モニタした相の位相を検出する、
請求項１に記載の給電装置。

【請求項3】

前記位相角度検出部は、前記モニタした相の１サイクル間で値が単調変化する信号を生成して、前記生成した信号のレベルに応じて前記モニタした相の位相を検出し、
前記３相２相変換部及び前記２相３相変換部は、逆相の場合には２πから前記位相角度を減じた値を、前記位相角度の代わりに用いる、
請求項１に記載の給電装置。

【請求項4】

前記第１の相信号及び前記第２の相信号は、位相が前記所定の位相となった時に立ち上がる信号であり、
前記正相逆相判定部は、前記第１の相信号が立ち上がったタイミングと、前記第２の相信号が立ち上がったタイミングと、の間の時間を検出する、
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】

前記正相逆相判定部は、検出した前記時間が２π／３の位相差に対応する場合には正相、前記検出した時間が２π／３の位相差に対応しない場合には逆相と判定する、
請求項４に記載の給電装置。

【請求項6】

前記３つの電源線のそれぞれを通じて前記コンバータに入力される電流をＩ_Ｕ、Ｉ_Ｖ及びＩ_Ｗ、前記位相角度θとしたとき、前記３相２相変換部は、前記有効電流Ｉ_ｄ及び前記無効電流Ｉ_ｑを以下の式［１］及び［２］を用いて算出する、

【数1】

【数2】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の給電装置。

【請求項7】

前記コンバータは、前記３つの電源線のそれぞれが入力に接続された、前記２本の電源線の間に挿入される３つのインバータ回路を有し、
前記２相３相変換部は、前記有効電流Ｉ_ｄに対応する電圧をＶ_ｄ、前記無効電流Ｉ_ｑに対応する電圧をＶ_ｑとしたとき、前記３つのインバータ回路が出力すべき電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ及びＶ_Ｗを、以下の式［３］～［５］を用いて算出する、

【数3】

【数4】

【数5】

請求項６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、交流直流変換回路からなる給電装置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。このような給電装置としては、ＰＷＭ制御によって出力電力を制御するものが提案されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２１７８３６号公報

【文献】特開２００４－３１２８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のような射出成形機では、３相交流電源から３相交流電圧が供給される。３相交流電圧の受電端には内部電圧を所望の電圧に昇圧しつつ、３相交流電圧に対する３相交流電流の力率を１にすることを目的としたＰＷＭコンバータが採用されることがしばしばある。このとき、３相交流電源のＲ相、Ｓ相及びＴ相が、給電装置の入力側のＵ相、Ｖ相及びＷ相に正しく対応して接続されていれば（この状態を正相と称する）、直流電圧は所望の電圧に制御され、力率は１に制御される。

【0005】

しかし、射出成形機の据え付け工事において３相交流電源を射出成形機に接続するときに、誤って、３相交流電源の各相を逆順で、すなわちＲ相、Ｓ相及びＴ相のそれぞれを給電装置の入力側のＷ相、Ｖ相及びＵ相に接続してしまう事態が生じ得る（この状態を逆相と称する）。この場合、逆相に接続されてことを検知できないままコンバータを駆動すると誤った電源位相に対する制御を行ってしまうため、装置の故障等の問題が発生するか、あるいは、アラーム機能により正常に動作せず停止してしまうため再度据え付け工事を行う必要がある。

【0006】

こうした問題を回避するため、給電装置にて３相交流電源が正相及び逆相のいずれで接続されているかを自律的に検知して、逆相で接続されている場合でも正相で接続されている場合と同様に直流電圧を出力できることが望ましい。

【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相交流電圧が３つの電源線のそれぞれを介して入力され、入力された前記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、前記コンバータから出力される電力をＰＷＭ制御により制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記３相交流電源のいずれかの相をモニタして、モニタした相の電圧位相角度を出力する位相角度検出部と、 前記３つの電源線の電圧の正負を示す相信号を出力する相信号生成部と、前記第１の相信号が所定の位相となるタイミングと、前記第２の相信号が所定の位相となるタイミングと、の間の時間を検出し、検出した時間に基づいて、前記第１の電源線の電圧及び前記第２の電源線の電圧が正相及び逆相のいずれであるかを判定する正相逆相判定部と、前記３つの電源線の電流と、前記位相角度とを用いて、有効電流及び無効電流を算出する３相２相変換部と、前記直流電圧を所定値とするための有効電流指令を出力する電圧制御部と、逆相の場合に前記有効電流指令が示す電流値の符号を反転させる電流指令部と、前記電流指令部から出力される前記有効電流指令と、前記３相２相変換部が算出した前記有効電流及び前記無効電流と、から有効電流及び無効電流の指令値を算出する電流制御部と、前記有効電流及び無効電流の指令値に基づき、前記コンバータをＰＷＭ制御するための電圧値を算出する２相３相変換部と、前記コンバータをＰＷＭ制御するための信号を出力するＰＷＭ信号出力部と、を有し、正相の場合の前記位相角度は１サイクルの間の位相を０から２πへ向けてモニタして検出した位相角度であり、逆相の場合の前記位相角度は１サイクルの間の位相を２πから０へ向けてモニタして検出した位相角度であるものである。

【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ＰＷＭ制御部の動作を示すフローチャートである。

【図5】Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が正相で接続されている場合の相信号を示す図である。

【図6】Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が逆相で接続されている場合の給電装置を模式的に示す図である。

【図7】Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が逆相で接続されている場合の相信号を示す図である。

【図8】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。

【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。

【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電力の大きさは比較的小さい。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は、３相交流電源１６０から３相交流電圧が供給され、これを直流電圧に変換してモータなどの負荷に供給するものとして構成される。

【0021】

給電装置１は、ＰＷＭ制御部１０、ＰＷＭコンバータ２０、交流リアクトル３０及び平滑コンデンサ４０を有する。

【0022】

ＰＷＭコンバータ２０は、ＩＧＢＴやＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子とダイオードとを逆並列し、これをブリッジ接続して構成される。以下、具体的に説明する。

【0023】

ＰＷＭ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、ＰＷＭ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。

【0024】

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ＳＬＰ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ＳＬＬ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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

交流リアクトル３０は、３相交流電源１６０とＰＷＭコンバータ２０との間の各相に挿入されたリアクトル（インダクタ）により構成される。

【0029】

平滑コンデンサ４０は、ＰＷＭコンバータ２０が出力する直流電圧を平滑化するコンデンサであり、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。平滑コンデンサ４０は、高電圧側の直流電源線ＳＬＰと低電圧側の直流電源線ＳＬＬとの間に接続される。

【0030】

次いで、ＰＷＭ制御部１０の構成及び動作について説明する。図４は、ＰＷＭ制御部の動作を示すフローチャートである。

【0031】

ＰＷＭ制御部１０は、相信号生成部１１、正相逆相判定部１２、位相角度検出部１３、３相２相変換部１４、電圧制御部１５、電流指令部１６、電流制御部１７、２相３相変換部１８及びＰＷＭ信号出力部１９を有する。

【0032】

相信号生成部１１は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の電圧をモニタし、電圧が正の値の場合にＨＩＧＨ、電圧が負の値の場合にＬＯＷとなる相信号を生成する。相信号は、正弦波状に変動する相電圧が増加してゼロになるタイミングで立ち上がり、相電圧が減少してゼロになるタイミングで立ち下がる方形波として観測される。言うまでもないが、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の相信号は、２／３π（１２０°）ずつ位相が異なる信号として観測される。

【0033】

正相逆相判定部１２は、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相の相信号から、３相交流信号が正相で入力されているか、逆相で入力されているかを判定し、判定結果を示す正相逆相判定信号ＤＥＴを出力する（図４のステップＳ１）。以下、具体的に説明する。

【0034】

正相逆相判定部１２は、隣接する２つの相、例えば３相電源線ＳＬ１、ＳＬ２及びＳＬ３のうちの隣接する２つに対応する相信号をモニタし、両者の立ち上がりエッジ間の時間をカウントする。この例では、３相電源線ＳＬ１及びＳＬ２に対応する相信号をモニタする例について説明する。

【0035】

まず、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が正相で接続されている場合について説明する。ここで言う正相とは、図３に示すように、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相のそれぞれが接続されるものとして設けられている給電装置１の３相電源線ＳＬ１、ＳＬ２及びＳＬ３に、規定通りにＲ相、Ｓ相及びＴ相が接続されている状態を指す。図５に、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が正相で接続されている場合の相信号を示す。この場合には、相回転は右回り（時計回り）となるので、正相逆相判定部１２は、３相電源線ＳＬ１及びＳＬ２に対して規定通りに接続されたＲ相の相信号及びＳ相の相信号をモニタしていることが理解できる。正相の場合には、Ｒ相の相信号とＳ相の相信号の立ち上がりエッジ間には２π／３（１２０°）の位相差が存在するので、それに見合う期間Ｔ１において正相逆相判定信号のカウントが行われる。なお、３相電源線ＳＬ２の電圧（Ｓ相）と３相電源線ＳＬ３（Ｔ相）の電圧とを比較した場合、及び、３相電源線ＳＬ３の電圧（Ｔ相）と３相電源線ＳＬ１（Ｒ相）の電圧とを比較した場合でも、相信号の立ち上がりエッジ間には２π／３（１２０°）の位相差が存在することは、いうまでもない。

【0036】

次いで、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が逆相で接続されている場合について説明する。図６に、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が逆相で接続されている場合の給電装置１を模式的に示す。ここで言う逆相とは、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相のそれぞれが接続されるものとして設けられている給電装置１の３相電源線ＳＬ１、ＳＬ２及びＳＬ３に、規定とは逆の順序でＴ相、Ｓ相及びＲ相が接続されている状態を指す。図７に、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相が逆相で接続されている場合の相信号を示す。この場合には、相回転は左回り（反時計回り）となるので、正相逆相判定部１３は、３相電源線ＳＬ１及びＳＬ２に対して誤って接続されたＴ相の相信号及びＳ相の相信号をモニタしていることが理解できる。逆相の場合には、Ｔ相の相信号とＳ相の相信号の立ち上がりエッジ間には２π－２π／３＝４π／３（３６０°－１２０°＝２４０°）の位相差が存在するので、それに見合う期間Ｔ２において正相逆相判定信号のカウントが行われる。つまり、逆相の場合のカウント期間Ｔ２は、正相の場合のカウント期間Ｔ１の期間の２倍になり、両者の差異を容易に判別することができる。なお、３相電源線ＳＬ２の電圧（Ｓ相）と３相電源線ＳＬ３（Ｒ相）の電圧とを比較した場合、及び、３相電源線ＳＬ３の電圧（Ｒ相）と３相電源線ＳＬ１（Ｔ相）の電圧とを比較した場合でも、相信号の立ち上がりエッジ間には４π／３（２４０°）の位相差が存在することは、いうまでもない。

【0037】

正相の場合の位相差２π／３（１２０°）に対応するカウント期間Ｔ１は、３相交流電圧の周期から求めることができる。よって、正相逆相判定部１３は、正相逆相判定信号のカウント期間がＴ１の場合には正相、Ｔ１以外の値の場合には逆相であると判定することができる。正相逆相判定部１３は、判定結果を示す正相逆相判定信号ＤＥＴを出力する。

【0038】

位相角度検出部１３は、３相交流電圧をモニタし、３相電源線ＳＬ１に接続される相を１サイクル分の間で固定時間ごとにカウントし、正相逆相判定信号ＤＥＴに応じて位相角度θを出力する。位相角度θは、例えば、ゼロクロス検出によって生成される。以下、正相の場合と逆相の場合とに分けて、位相角度検出部１３における位相角度θの取得について説明する

【0039】

正相の場合（図４のステップＳ２）、３相電源線ＳＬ１はＲ相が接続されているので、位相角度カウント信号は、Ｒ相の電圧が増加してゼロになるタイミングから上昇を開始してから１カウントごとに値が所定値だけ増加し、その後再び電圧が増加してゼロになるタイミングで立ち下がる、のこぎり波状の信号として取得される。よって、位相が０から２πへ変化する１サイクルの間に一定時間ごとにカウントを行い、カウントされた値（縦軸の値）を参照することで、交流電源１サイクル（２π）間の任意のタイミングにおける位相角度を判別することができる。

【0040】

これに対し、図６に示す例の逆相の場合（図４のステップＳ４）、３相電源線ＳＬ１はＴ相が接続されているので、角度カウント信号は、Ｔ相の電圧が増加してゼロになるタイミングで立ち上ってから１カウントごとに値が所定値だけ減少し、その後再び電圧が増加したタイミングで値が０となる、のこぎり波状の信号となる。したがって、逆相の場合に得られる１サイクル分の波形は、正相の場合に得られる１サイクル分の波形を左右反転した波形となっている。よって、位相が２πから０へ変化する１サイクルの間に一定時間ごとにカウントを行い、カウントされた値（縦軸の値）を参照することで、逆相の場合においても、交流電源１サイクル（２π）間の任意のタイミングにおける位相角度を判別することができる。

【0041】

このように、正相の場合と逆相の場合とで、位相角度カウント信号の波形を左右反転させることで、３送電源線ＳＬ１の相の位相角度を正確に検出することが可能となる。

【0042】

３相２相変換部１４（図４のステップＳ６）は、３相のそれぞれの電流値及び位相角度θを一般的な３相２相変換であるｄｑ変換を示す以下の式［１］及び［２］に代入することで、有効電流Ｉ_ｄ及び無効電流Ｉ_ｑを算出する（図４のステップＳ３）。以下、正相接続の場合に３相電源線ＳＬ１～ＳＬ３を通じてＰＷＭコンバータ２０に入力される電流を、それぞれＩ_Ｕ、Ｉ_Ｖ及びＩ_Ｗと表記する。

【数1】

【数2】

なお、３相２相変換部１４は、３相のそれぞれの電流値を電流センサによって直接検出してもよいし、３相の電流の合計がゼロ（Ｉ_Ｕ＋Ｉ_Ｖ＋Ｉ_Ｗ＝０）となることを利用して、２相の電流のみを電流センサによって検出して計算によって他の１相の電流を算出してもよい。計算を利用して３相の電流を取得する場合には、３相の電流を直接検出する場合と比べて、電流センサを１つ削減することが可能となる。

【0043】

正相及び逆相のいずれの場合でも、位相角度θは、位相角度検出部１３において正相及び逆相の違いを反映した値として取得されているので、位相角度検出部１３から出力された位相角度θを、そのまま式［１］及び［２］に代入すればよい。その後、３相２相変換部１４は、算出した有効電流Ｉ_ｄ及び無効電流Ｉ_ｑを示す信号を出力する。

【0044】

電圧制御部１５は、直流電圧Ｖをモニタし、直流電圧Ｖを目標電圧Ｖ_Ｔとするために必要な有効電流の目標値を指令する有効電流指令Ｓ_ｄを出力する。有効電流指令Ｓ_ｄは、サーボアンプがモータに電力を供給する場合は力行方向に出力され、モータの減速時など電力がＳＬＰラインへ回生してくる場合はＳＬＰ－ＳＬＬ間の電圧が上昇するため電源への回生方向へ出力される。

【0045】

電流指令部１６は、正相逆相判定信号ＤＥＴに基づき、有効電流指令信号Ｓ_ｄの符号を決定する（図４のステップＳ３及びＳ５）。このとき、正相逆相判定信号ＤＥＴが逆相を示している場合には、正相に対応する有効電流指令信号Ｓ_ｄの符号を反転させて、逆相に対応する有効電流指令値を算出し（図４のステップＳ５）、逆相に対応した符号判定後有効電流指令信号Ｓ_ｄ’を出力する。

【0046】

電流制御部１７は、検出された有効電流Ｉ_ｄと無効電流Ｉ_ｑとを受けとり、有効電流が符号判定後有効電流指令信号Ｓ_ｄ’で指令された値になるように、かつ、無効電流が無効電流指令信号Ｓ_ｑで指令された値となるように調整した有効電圧指令信号Ｖ_ｄ及び無効電圧指令信号Ｖ_ｑを出力する（図４のステップＳ７）。なお無効電流はゼロであることが望ましいので、ここでは無効電流指令信号Ｓ_ｑが示す値はゼロとなっている。無効電流指令信号Ｓ_ｑは、ＰＷＭ制御部１０内に設けられた図示しない記憶装置等から与えられてもよいし、ＰＷＭ制御部１０の外部から与えられてもよい。

【0047】

２相３相変換部１８は、位相角度θ及び有効電圧指令信号Ｖ_ｄ及び無効電圧指令信号Ｖ_ｑに基づいて、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相に対応するＰＷＭコンバータ２０の３つのインバータが出力すべき電圧を算出する（図４のステップＳ８）。

【0048】

２相について求めた有効電流Ｉ_ｄに対応する電圧Ｖ_ｄ及び無効電流Ｉ_ｑに対応する電圧Ｖ_ｑを用いて、３つのインバータが出力すべき電圧の電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ及びＶ_Ｗは、以下の式［３］～［５］で表される。

【数3】

【数4】

【数5】

【0049】

正相及び逆相のいずれの場合でも、位相角度θは、位相角度検出部１３において相の違いを反映した値として取得されているので、位相角度検出部１３から出力された位相角度θを、そのまま式［３］～［５］に代入すればよい。

【0050】

２相３相変換部１８は、算出した３相（ｕ相、ｖ相及びｗ相）の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを示す信号を、ＰＷＭ信号出力部１９へ出力する。

【0051】

ＰＷＭ信号出力部１９は、３相（ｕ相、ｖ相及びｗ相）の電圧Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに基づいて、各電圧を実現できるデューティ比（トランジスタがオンとなる時間幅）を有するＰＷＭ信号を出力する（図４のステップＳ９）。すなわち、適切なデューティ比を有するＰＷＭ信号ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ、ＳＷ１及びＳＷ２をＰＷＭコンバータ２０へ出力して各スイッチ素子のオン／オフを制御することで、ＰＷＭコンバータ２０をＰＷＭ制御する。

【0052】

以上、本構成によれば、これにより、据え付け時の誤配線を自動的に検出して、誤配線の影響を補償することが可能となる。これにより、３相交流電源が逆相で接続されても、正相で接続された場合と同様に、直流電圧を出力することができる給電装置を提供することができる。

【0053】

また、本構成では、給電装置の制御を変更するだけでよいので、誤配線の復旧作業などの作業が発生することを防止できる。また、据え付け時に自動的に誤配線対策が行われるので、据え付け時の作業の軽減の観点からも有利である。

【0054】

実施の形態２
実施の形態２にかかる給電装置２について説明する。給電装置２は、実施の形態１にかかる給電装置１の変形例であり、ＰＷＭ制御部での位相角度θにかかる演算方法が異なるものである。図８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ＰＷＭ制御部１０を、ＰＷＭ制御部５０に置換した構成を有する。

【0055】

ＰＷＭ制御部５０の構成及び動作について説明する。ＰＷＭ制御部５０は、実施の形態１にかかるＰＷＭ制御部１０の位相角度検出部１３、３相２相変換部１４及び２相３相変換部１８を、それぞれ位相角度検出部５３、３相２相変換部５４及び２相３相変換部５８に置換した構成を有する。ＰＷＭ制御部５０のその他の構成は、ＰＷＭ制御部１０と同様であるので、重複する説明については省略する。

【0056】

なお、本構成では、正相逆相判定部１２は、正相逆相判定信号ＤＥＴを、電流指令部１６、３相２相変換部５４及び２相３相変換部５８へ出力する。

【0057】

位相角度検出部５３は、位相角度検出部１３と同様に、３相交流電圧をモニタし、３相電源線ＳＬ１に接続される相を１サイクル分の間で固定時間ごとにカウントして、位相角度θを出力する。但し、位相角度検出部５３は、位相角度検出部１３における正相時の角度カウント信号に基づいて、位相角度θを出力する。

【0058】

つまり、正相の場合には位相角度θが示す位相は正しい。これに対し、逆相の場合には、位相角度θが示す位相は正しくなく、正しい位相は２π－θとなる。

【0059】

３相２相変換部５４は、まず、正相逆相判定信号ＤＥＴに基づいて３相交流が正相で供給されているか、逆相で供給されているかを判定する。

【0060】

正相と判定した場合、３相２相変換部５４は、位相角度検出部５３から出力された位相角度θをそのまま式［１］及び［２］に代入して、有効電流Ｉ_ｄ及び無効電流Ｉ_ｑを算出する。

【0061】

そして、３相２相変換部５４は、逆相における位相角度θ’を、位相角度検出部５３から出力された位相角度θの代わりに式［１］及び［２］に代入することで、有効電流Ｉ_ｄ及び無効電流Ｉ_ｑを算出する。

【0062】

逆相と判定した場合、３相２相変換部５４は、位相角度検出部５３から出力された位相角度θの補正処理を行う。上述のように、逆相の場合には、位相角度検出部５３から出力された位相角度θは、交流電圧の位相を正しく示していない。そこで、位相角度検出部５３は、以下の式［６］に示す様に、位相角度検出部５３から出力された位相角度θを、逆相における位相角度θ’に補正する。

【数6】

【0063】

以上の処理を行うことで、３相２相変換部５４は、３相２相変換部１４と同様に、有効電流Ｉ_ｄ及び無効電流Ｉ_ｑを算出することができる。

【0064】

２相３相変換部５８は、まず、正相逆相判定信号ＤＥＴに基づいて３相交流が正相で供給されているか、逆相で供給されているかを判定する。

【0065】

正相と判定した場合、２相３相変換部５８は、位相角度検出部５３から出力された位相角度θをそのまま式［３］～［５］に代入して、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相に対応するＰＷＭコンバータ２０の３つのインバータが出力すべき電圧を算出する。

【0066】

逆相と判定した場合、２相３相変換部５８は、３相２相変換部５４と同様に、式［６］に基づき、位相角度検出部５３から出力された位相角度θの補正処理を行う。そして、２相３相変換部５８は、逆相における位相角度θ’を、位相角度検出部５３から出力された位相角度θの代わりに式［３］～［５］に代入することで、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相に対応するＰＷＭコンバータ２０の３つのインバータが出力すべき電圧を算出する。

【0067】

以上の処理を行うことで、２相３相変換部５８は、２相３相変換部１８と同様に、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相に対応するＰＷＭコンバータ２０の３つのインバータが出力すべき電圧を算出することができる。

【0068】

以上、本構成によれば、実施の形態１にかかる給電装置１と同様に、据え付け時の誤配線を自動的に検出して、誤配線の影響を補償することが可能となる。これにより、３相交流電源が逆相で接続されても、正相で接続された場合と同様に、直流電圧を出力することができる給電装置を提供することができる。

【0069】

また、本構成では、実施の形態１にかかる給電装置１と同様に、給電装置の制御を変更するだけでよいので、誤配線の復旧作業などの作業が発生することを防止できる。また、据え付け時に自動的に誤配線対策が行われるので、据え付け時の作業の軽減の観点からも有利である。

【0070】

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、給電装置の構成は例示に過ぎず、同様の演算を行える限り、適宜、他の構成としてもよい。

【0071】

上述の実施の形態では、ＰＷＭ制御部１０は３相電源線の電圧及びＰＷＭコンバータ２０が出力する電圧をモニタしているが、電源系統とＰＷＭ制御部１０との間の絶縁を確保するため、例えばフォトカプラを介して電圧をモニタしてもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ 給電装置
１０、５０ ＰＷＭ制御部
１１ 相信号生成部
１２ 正相逆相判定部
１３、５３ 位相角度検出部
１４、５４ ３相２相変換部
１５ 電圧制御部
１６ 電流指令部
１７ 電流制御部
１８、５８ ２相３相変換部
１９ ＰＷＭ信号出力部
２０ ＰＷＭコンバータ
３０ 交流リアクトル
４０ 平滑コンデンサ
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
ＤＥＴ 正相逆相判定信号
Ｉ_ｄ 有効電流
Ｉ_ｑ 無効電流
ＳＬ１～ＳＬ３ ３相電源線
Ｓ_ｄ 有効電流指令信号
Ｓ_ｄ’ 符号判定後有効電流指令信号
Ｓ_ｑ 無効電流指令信号
ＳＬＰ、ＳＬＬ 直流電源線
ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＷ１、ＳＷ２ ＰＷＭ信号
ＴＲ１～ＴＲ６ スイッチ素子
Ｔ１、Ｔ２ カウント期間
Ｖ 直流電圧
Ｖ_Ｔ 目標電圧
Ｖ_ｄ 有効電圧指令信号
Ｖ_ｑ 無効電圧指令信号
θ 位相角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】