JP2018051859A

JP2018051859A - 電動射出成形機用の電力貯蔵装置および電動射出成形機

Info

Publication number: JP2018051859A
Application number: JP2016189121A
Authority: JP
Inventors: 啓岩田; Hiroshi Iwata
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】工場内の消費電力を平滑化できる電動射出成形機用の電力貯蔵装置を提供する。【解決手段】電動射出成形機（１）用の電力貯蔵装置（２）を、蓄電池（１７）と、成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（２０）と、外部入出力用インバータ（２１）と、外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）と、制御装置（４０）とから構成する。成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ（２０）は、成形機内直流電圧線（７）と蓄電池（１７）が設けられている蓄電池側直流電圧線とに接続し、直流電圧を変換して双方向に供給可能にする。外部入出力用インバータ（２１）は、蓄電池側直流電圧線（１８）と外部の交流電圧線（２４）とに接続し、電圧を変換して双方向に直流電圧または交流電圧を供給できるようにする。外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）は、蓄電池側直流電圧線（１８）と外部の直流電圧線（２５）とに接続し、直流電圧を変換して双方向に供給可能にする。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池を備えた電力貯蔵装置、およびそのような電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機に関するものである。

電動射出成形機は、金型を型締めする型締装置、樹脂を溶融して金型内に射出する射出装置、成形品を突き出す突出装置等から構成され、これらの装置がモータによって駆動されるようになっている。電動射出成形機はコンバータを備え、工場から供給される三相交流電圧が直流電圧に変換され、電動射出成形機内に設けられている直流電圧線に供給される。電動射出成形機においては、それぞれのモータに対応してインバータが設けられ、この直流電圧が供給される。インバータは、直流電圧を任意の周波数で任意の電圧の三相交流電圧に変換してモータに供給する。すなわちモータが駆動され、装置が駆動される。

特開２０１３−１８１５２号公報

特許文献１には、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。電力貯蔵装置は、電動射出成形機内の直流電圧線に設けられている。電力貯蔵装置はコイルとコンデンサと２個のスイッチと２個のダイオードとからなる電力貯蔵回路を備えており、直流電圧線からの直流電圧を昇圧してコンデンサに貯蔵したり、コンデンサに貯蔵された電力を必要に応じて降圧し直流電圧線に供給するようになっている。従って成形サイクルにおいて比較的電力の消費が少ない工程において電力貯蔵装置に電力を貯蔵し、大電力が必要な工程において電力を供給し、成形サイクル全体で消費電力を平滑化することができる。この文献に記載の電動射出成形機は、停電時に安全に電動射出成形機を停止することもできる。つまり停電時は、電力貯蔵装置からの電力によって制御装置を駆動し、電力貯蔵装置に貯蔵された電力によって各モータを所定時間だけ駆動する。各装置が安全な状態になったら停止する。

特許文献１に記載の電動射出成形機は、直流電圧線に電力貯蔵装置を備えているので、電力に余裕があるときには電力を蓄電し、大電力が必要なときには直流電圧線に供給して、成形サイクル全体として消費される電力を平滑化することができる。そして停電時であっても所定時間運転することができ、電動射出成形機を安全な状態にして停止することができる。つまり特許文献１に記載の電動射出成形機は優れていると言える。しかしながら、改善すべき点も見受けられる。特許文献１に記載の電動射出成形機は単独でみると電力の平滑化が実現できるようになっているが、一般的な工場には、従来の電動射出成形機や他の産業機械も存在している。従来の電動射出成形機や他の産業機械は、必ずしも電力の平滑化が考慮されているわけではないので、工場全体として見ると電力の平滑化は実現できない。工場に設置されている全ての電動射出成形機と産業機械に対して、特許文献１に記載の電力貯蔵装置を備えるようにすれば、それぞれの機械が単独で電力を平滑化させようとするので、工場全体として電力の平滑化が実現できそうである。しかしながら、このようにするとコストが大きくなるという問題がある。また、全ての電動射出成形機と産業機械に対して、特許文献１に記載の電力貯蔵装置を備えたとしても、ある機械においては一時的に電力が余剰となる一方で、他の機械において一時的に電力が不足することもあり得る。このような場合に、互いに電力を融通することができれば工場全体として十分に電力の平滑化が達成できると考えられる。しかしながら特許文献１に記載の電力貯蔵装置は電力の融通については考慮されていないので、工場全体についての電力の平滑化は十分に達成できない。

本発明は、上記したような問題点を解決した電動射出成形機用の電力貯蔵装置および電動射出成形機を提供することを目的とし、具体的には、電力貯蔵装置が設けられている電動射出成形機について、単独で電力の平滑化を実現できるだけでなく、工場に設置されている他の電動射出成形機や産業機械についても電力の平滑化がはかれる電動射出成形機用の電力貯蔵装置および電動射出成形機を提供することを目的としている。また停電が発生したときに、電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機に電力を供給して安全に電動射出成形機を停止できるだけでなく、他の電動射出成形機や産業機械にも所定の電力を供給してこれらを安全に停止させるようにできるようにすることも目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、電動射出成形機用の電力貯蔵装置として構成し、電力貯蔵装置は、蓄電池と、成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータと、外部入出力用インバータと、外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータと、これらを制御する制御装置とから構成する。蓄電池は電力貯蔵装置内の蓄電池側直流電圧線に設ける。成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、成形機内直流電圧線と蓄電池側直流電圧線とに接続し、直流電圧を変換して双方向に供給できるようにする。外部入出力用インバータは、蓄電池側直流電圧線と外部の交流電圧線とに接続し、電圧を変換して双方向に直流電圧または交流電圧を供給できるようにする。外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータは、蓄電池側直流電圧線と外部の直流電圧線とに接続し、直流電圧を変換して双方向に供給できるようにする。電力貯蔵装置には、蓄電池の蓄電量を監視する蓄電量監視装置と、外部と通信する通信手段と、外部入出力用インバータが接続されている外部の交流電圧線と外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている外部の直流電圧線のそれぞれの電圧を監視して必要により遮断する外部電圧監視遮断装置も設ける。

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、電動射出成形機のコンバータとインバータを接続している成形機内直流電圧線に接続されるようになっている電力貯蔵装置であって、前記電力貯蔵装置は、蓄電池と、成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータと、外部入出力用インバータと、外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備え、前記蓄電池は前記電力貯蔵装置内の蓄電池側直流電圧線に設けられ、前記成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記制御装置によって制御されて前記成形機内直流電圧線の直流電圧を降圧して前記蓄電池側直流電圧線に供給したり前記蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を昇圧して前記成形機内直流電圧線に供給するようになっており、前記外部入出力用インバータは、前記制御装置によって制御されて前記蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を所望の交流電圧に変換して外部に供給したり外部からの交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電池側直流電圧線に供給するようになっており、前記外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記制御装置によって制御されて前記蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を所望の直流電圧に変換して外部に供給したり外部からの直流電圧を変換して前記蓄電池側直流電圧線に供給するようになっていることを特徴とする、電動射出成形機用の電力貯蔵装置として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力貯蔵装置において、前記電力貯蔵装置は、前記蓄電池の蓄電量を監視する蓄電量監視装置と、外部と通信する通信手段とを備えていることを特徴とする、電動射出成形機用の電力貯蔵装置として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電力貯蔵装置において、前記電力貯蔵装置は、前記外部入出力用インバータが接続されている外部の交流電圧線と前記外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている外部の直流電圧線のそれぞれの電圧を監視すると共に前記外部の交流電圧線と前記外部の直流電圧線とを遮断する外部電圧監視遮断装置を備えていることを特徴とする、電動射出成形機用の電力貯蔵装置として構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機として構成される。

以上のように本発明は、電動射出成形機のコンバータとインバータを接続している成形機内直流電圧線に接続されるようになっている電力貯蔵装置として構成される。そして電力貯蔵装置は、蓄電池と、成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータと、外部入出力用インバータと、外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備え、蓄電池は電力貯蔵装置内の蓄電池側直流電圧線に設けられている。成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、制御装置によって制御されて成形機内直流電圧線の直流電圧を降圧して蓄電池側直流電圧線に供給したり蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を昇圧して成形機内直流電圧線に供給するようになっている。つまり電動射出成形機から直流電圧を得て降圧して蓄電池に蓄電したり、蓄電地に蓄電された電力を直流電圧として昇圧して電動射出成形機に供給でき、双方向に電力を供給できるようになっている。従って電動射出成形機において消費される電力を平滑化することができる。また、停電時にも電動射出成形機に電力を供給して安全に停止できる。そして外部入出力用インバータは、制御装置によって制御されて蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を所望の交流電圧に変換して外部に供給したり外部からの交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池側直流電圧線に供給するようになっている。つまり、蓄電池に蓄電された電力を所望の交流電圧に変換して外部に供給したり、外部からの交流電圧を変換して直流電圧にし、これによって蓄電池に蓄電できるようになっている。さらに、外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータは、制御装置によって制御されて蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を所望の直流電圧に変換して外部に供給したり外部からの直流電圧を変換して蓄電池側直流電圧線に供給するようになっている。つまり蓄電池に蓄電された電力を所望の直流電圧に変換して外部に供給したり、外部からの直流電圧を変換して蓄電池に蓄電できるようになっている。このように本発明に係る電力貯蔵装置は、外部に対して所望の交流電圧と所望の直流電圧を供給できるので、外部に設けられている産業機械や色々な装置に対して交流電圧と直流電圧の区別無く電力を供給することができるし、外部から電力を融通してもらって蓄電池に蓄電することもできる。すなわち双方向に電力を融通し合うことができるので、工場全体として電力を平滑化することができる。また、停電時にも外部に交流電圧や直流電圧を供給できるので、外部に設けられている産業機械や色々な装置を安全に停止することもできる。他の発明によると、電力貯蔵装置は、蓄電池の蓄電量を監視する蓄電量監視装置と、外部と通信する通信手段とを備えている。そうすると本発明に係る電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機が複数台相互に接続されている場合、それぞれの電力貯蔵装置に貯蔵された蓄電量を送信しあって、蓄電量の多寡に鑑みて電力を融通し合うことができる。他の発明によると、電力貯蔵装置は、外部入出力用インバータが接続されている外部の交流電圧線と外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている外部の直流電圧線のそれぞれの電圧を監視すると共に外部の交流電圧線と外部の直流電圧線とを遮断する外部電圧監視遮断装置を備えている。外部の交流電圧や直流電圧に異常な電圧が発生したら電力貯蔵装置や蓄電池に影響するが、外部電圧監視遮断装置を備えているので、異常な電圧を検出したら外部の交流電圧線や外部の直流電圧線を遮断して電力貯蔵装置や蓄電池を保護することができる。

本発明の実施の形態に係る電力貯蔵装置を備えた、電動射出成形機を模式的に示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１に示されているように、本実施の形態に係る電動射出成形機１は、次に説明する本実施の形態に係る電力貯蔵装置２を備えている点を除けば、従来の電動射出成形機と同様に構成されている。すなわち、電動射出成形機１は、金型を型締めする型締装置、樹脂を溶融して射出する射出装置、成形品を突き出す突出装置、等から構成されている。これらはサーボモータ等のモータＭ、Ｍ、…によって駆動され、図１には射出装置のスクリュを駆動する射出軸、可塑化軸、型締装置を駆動する型開閉軸、突出装置を駆動する突出軸のみが示されているが、他の装置を駆動するモータも備えている。これらのモータＭ、Ｍ、…には、三相交流電圧を生成して供給するインバータつまりサーボアンプ１２、１３、…が設けられている。電動射出成形機１には、交流直流変換器６が設けられ、工場電源４から供給される三相交流電圧が直流電圧に変換され、これが電動射出成形機１内の直流電圧線、つまり成形機内直流電圧線７に供給されている。サーボモータ１２、１３、…はこの成形機内直流電圧線７に接続され、直流電圧が供給されるようになっている。成形機内直流電圧線７には、従来の電動射出成形機と同様に平滑化コンデンサ８が設けられている。

本実施の形態に係る電動射出成形機１は、本実施の形態に係る電力貯蔵装置２を備えている点に特徴がある。電力貯蔵装置２は、成形機内直流電圧線７に接続されているが、成形機内直流電圧線７に対して着脱自在に構成されている。つまり従来の電動射出成形機に対しても、その成形機内直流電圧線７に接続するだけで本実施の形態に係る電力貯蔵装置２を設けることができる。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置２は、電力を貯蔵したり貯蔵した電力を外部に供給する蓄電池１７を備えている。蓄電池１７は装置内の直流電圧線つまり蓄電池側直流電圧線１８に設けられている。電力貯蔵装置２は、成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を備えており、成形機内直流電圧線７と蓄電池側直流電圧線１８はこの成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介して接続されている。成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は従来周知のＤＣ／ＤＣコンバータからなり、成形機内直流電圧線７に供給されている直流電圧、例えば１５０〜３００Ｖの直流電圧を充電に適した直流電圧、例えば４０〜５０Ｖに降圧して蓄電池側直流電圧線１８に供給し、これによって蓄電池１７に充電することができる。また蓄電池側直流電圧線の直流電圧を昇圧して成形機内直流電圧線７に供給することができる。従って、電動射出成形機１において実施される成形サイクルにおいて、消費される電力が小さいときには成形機内直流電圧線７から余剰の電力を得て蓄電池１７に蓄電し、消費される電力が大きいときには蓄電池１７からの直流電圧を昇圧して成形機内直流電圧線７に供給し、電動射出成形機１において消費される電力を平滑化することができる。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置２は、工場内に設けられている産業機械、あるいは他の電動射出成形機、各種装置に対して交流電圧や直流電圧を供給することができるようになっている。また、外部から交流電圧や直流電圧の電力の供給を受けて、蓄電池１７に蓄電することもできるようになっている。このような交流電圧、直流電圧の電力の入出力を行うために、本実施の形態に係る電力貯蔵装置２は外部入出力用インバータ２１と、外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２とが設けられている。外部入出力用インバータ２１は、蓄電池側直流電圧線１８と外部の交流電圧線２４に接続され、直流電圧を交流電圧に変換して外部の交流電圧線２４に供給したり、外部の交流電圧線２４の交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池側直流電圧線１８に供給することができる。この交流電圧は単相交流電圧であっても三相交流電圧であってもよい。外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、蓄電池側直流電圧線１８と外部の直流電圧線２５とに接続され、蓄電池側直流電圧線１８の直流電圧を変換して外部の直流電圧線２５に供給したり、外部の直流電圧線２５の直流電圧線を変換して蓄電池側直流電圧線１８に供給することができる。つまり、本実施の形態に係る電力貯蔵装置２は、成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、外部入出力用インバータ２１、そして外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介して、電動射出成形機１や外部から電力を取り込んで蓄電池１７に蓄電したり、蓄電池１７に蓄電されている電力を電動射出成形機１や、外部の産業機械等に供給できるようになっている。当業者であれば容易に理解されるように、電動射出成形機１からの電力を成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により直流電圧に変換し、これを蓄電池１７に蓄電することなく外部入出力用インバータ２１や外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から外部の産業機械等に電力を供給することもできるし、その逆も可能である。電力貯蔵装置２はこのように構成されているので、本実施の形態に係る電動射出成形機１と外部の産業機械等とは互いに電力を融通し合うことができる。なお、外部入出力用インバータ２１、外部入出力ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、そして成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータには、図に示されていないが、それぞれの内部回路に絶縁トランスを備えているので、成形機内直流電圧線７、外部の交流電圧線２４、あるいは外部の直流電圧線２５に異常な電圧が発生しても、蓄電池１７が保護されるようになっている。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置２は、外部からの異常な電圧から蓄電池１７を保護するため、さらに保護機構が設けられている。具体的には、外部の交流電圧線２４と外部の直流電圧線２５のそれぞれに設けられている電圧センサ２８、２９と、電磁接触器３１、３２と、外部電圧監視遮断装置３５とから構成されている。外部電圧監視遮断装置３５は、電圧センサ２８、２９からの電圧を監視して異常を検出したら電磁接触器３１、３２を駆動して、外部の交流電圧線２４や外部の直流電圧線２５から異常な電圧が装置内に入らないように遮断する。

電力貯蔵装置２は、蓄電池１７の蓄電量を監視する機構も備えている。具体的には蓄電池１７の電圧を監視する電圧センサ３７とこの電圧センサ３７からの電圧を得て蓄電量を計算する蓄電量監視装置３８である。

本実施の形態に係る電力貯蔵装置２は、制御装置４０を備えている。制御装置４０は外部電圧監視遮断装置３５から外部の電圧に関する情報を、蓄電量監視装置３８からは蓄電池１７の蓄電量に関する情報を得、そして成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、外部入出力用インバータ２１、そして外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。制御装置４０は制御用直流電圧で駆動されるが、この実施の形態に係る電力貯蔵装置２は成形機内直流電圧線７からの直流電圧を制御装置用ＤＣ／ＤＣコンバータ４１によって変換して制御用直流電圧を得ている。しかしながら、制御用直流電圧は、蓄電池側直流電圧線１８から得るようにしてもよい。このような制御装置４０には外部通信ポート４２が設けられ、これにより電力貯蔵装置２は工場内ＬＡＮに接続されている。電力貯蔵装置２は工場内の他の産業機械等と通信することにより、工場内の電力を平滑化することができる。例えば、工場内に管理用のコンピュータが設置されている場合には、管理用のコンピュータに蓄電量、消費される電力等の情報を上げる。管理用のコンピュータは工場内の電力の消費傾向から判断して、電力貯蔵装置２に電力を貯蔵させたり、電力貯蔵装置２から電力を供給させるようにする。これによって工場内の電力を平滑化できる。工場に管理用のコンピュータが設けられていない場合でも、工場の電力を平滑化することは可能である。例えば、工場内に本実施の形態に係る電力貯蔵装置２を備えた電動射出成形機１が複数台設置されている場合に、ＬＡＮを介して互いに必要な電力を通信し合う。電力が余剰な電力貯蔵装置２は電力が不足している電力貯蔵装置２に対して電力を融通する。さらには蓄電池１７の蓄電量に応じて負担を分散することもできる。具体的には、工場内に本実施の形態に係る電力貯蔵装置２を備えた電動射出成形機１が複数台設置されている場合、相互に蓄電量の情報をやりとりする。蓄電量が不足している電力貯蔵装置２は、蓄電量が十分な他の電力貯蔵装置２から電力を融通するようにすれば、それぞれの電力貯蔵装置２の蓄電池１７の負担が分散することになる。

１電動射出成形機２電力貯蔵装置
４工場電源６交流直流変換器
７成形機内直流電圧線１７蓄電池
１８蓄電池側直流電圧線２０成形機側ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１外部入出力用インバータ２２外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４外部の交流電圧線２５外部の直流電圧線
２８、２９、３７電圧センサ
３１、３２電磁接触器
３５外部電圧監視遮断装置３８蓄電量監視装置
４０制御装置４２外部通信ポート

Claims

電動射出成形機のコンバータとインバータを接続している成形機内直流電圧線に接続されるようになっている電力貯蔵装置であって、
前記電力貯蔵装置は、蓄電池と、成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータと、外部入出力用インバータと、外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備え、
前記蓄電池は前記電力貯蔵装置内の蓄電池側直流電圧線に設けられ、
前記成形機接続ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記制御装置によって制御されて前記成形機内直流電圧線の直流電圧を降圧して前記蓄電池側直流電圧線に供給したり前記蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を昇圧して前記成形機内直流電圧線に供給するようになっており、
前記外部入出力用インバータは、前記制御装置によって制御されて前記蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を所望の交流電圧に変換して外部に供給したり外部からの交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電池側直流電圧線に供給するようになっており、
前記外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記制御装置によって制御されて前記蓄電池側直流電圧線からの直流電圧を所望の直流電圧に変換して外部に供給したり外部からの直流電圧を変換して前記蓄電池側直流電圧線に供給するようになっていることを特徴とする、電動射出成形機用の電力貯蔵装置。
請求項１に記載の電力貯蔵装置において、前記電力貯蔵装置は、前記蓄電池の蓄電量を監視する蓄電量監視装置と、外部と通信する通信手段とを備えていることを特徴とする、電動射出成形機用の電力貯蔵装置。
請求項１または２に記載の電力貯蔵装置において、前記電力貯蔵装置は、前記外部入出力用インバータが接続されている外部の交流電圧線と前記外部入出力用ＤＣ／ＤＣコンバータが接続されている外部の直流電圧線のそれぞれの電圧を監視すると共に前記外部の交流電圧線と前記外部の直流電圧線とを遮断する外部電圧監視遮断装置を備えていることを特徴とする、電動射出成形機用の電力貯蔵装置。
請求項１〜３のいずれかの項に記載の電力貯蔵装置を備えた電動射出成形機。