JPH09512761A - 電動モータの効率の変動の補償 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラスチック処理機械に使用される電動モータ（１２４、１５６）の運転効率の変動を補償するための方法が開示される。総ての運転期間の間に、モータ（１２４、１５６）に供給される電流を連続的に監視して、測定可能な機械の牲能に関係する実際のモータ効率の変動を認識する。電動モータ（１２４、１５６）の正常な運転を監視して、与えられた条件下の運転サイクルの種々の期間（２００、２２６）にわたって使用される基準電流を確立する。基準値を確立した状態で、特定のパラメータの閉ループ制御（２００、２２６）の間の電流を監視し、その結果を上記基準値と比較することにより、モータ効率の変動を検知することができる。上記パラメータは、閉ループにより一定に維持されるので、上記基準値からの電流の偏差は、効率の変化を示す。上記認識された変動に基づいて、他の（開ループ）運転（２１０、２４４）の間にモータ（１２４、１５６）に供給される電流を然るべく調節することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 電動モータの効率の変動の補償 技術分野 本発明は、電動モータの制御に関し、より詳細には、射出成形機の如きプラス チック処理機械の駆動系統に使用される電動モータの効率の変動を補償するため の方法に関する。 背景技術 電動モータが、その運転中に熱を発生することは、良く知られている。通常は 、発生する熱量は、電動モータの馬力が増大するに伴って、増大する。そのよう な熱は、モータの効率を減少させ、ある与えられた電流入力に関して、トルク出 力を低下させる。制御装置が、そのようなモータの性能の変動を補償するための 手段を備えていない場合には、モータによって駆動される機構の性能も影響を受 けることになる。プラスチック処理機械が、電動モータを用いて当該機械の駆動 系統を駆動することが多くなるに従って、運転効率における変動を補償するとい う問題がより明らかになってきている。 電気的に駆動されるプラスチック処理機械においては、３又はそれ以上の高馬 力電動モータを用いて、当該機械の一次機構を駆動することができる。例えば、 電気機械的に駆動される射出成形機も同様に電動モータを用いて、クランプユニ ット及び射出ユニットを駆動する（射出スクリューの並進運動及び回転運動の両 方）。そのような装置を作動するモータからのトルクが大きく変動する場合には 、成形機の性能が一定しない。すなわち、クランプ力、射出速度及び射出圧力、 可塑化時間（軟化時間）及び／又は背圧の変動が生ずる。 運転温度（作動温度）の範囲を狭めて、モータの性能の変動を制限するために 、電動モータ用の冷却装置が提案されている。モータを冷却するための種々の概 念は、何等かの利益をもたらすことができるが、単一のアプローチは、広範囲の 運転環境に対して完全に効果的ではない。射出成形機に冷却装置を設けることの 他 の欠点は、モータを空気冷却又は液体冷却に適合させるために、大幅な変更を必 要とすることが多く、そのような変更は、複雑であり且つ経費がかかる。追加の 構成要素に経費をかけることなくモータの性能を制御する手段が、極めて望まし い。 発明の開示 従って、本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解消し、プラスチック処理 機械に使用されるモータの運転効率における変動を自動的に補償して、より一定 した機械性能をもたらすための、電動モータの運転を制御する方法を提供するこ とである。 本発明は、総ての運転期間の間に、モータへの電流を絶えず監視して、性能に 関するモータの実際の効率の変動を確認し、電流を調節してそのような変動を補 償することによって、上述の目的を達成する。電流の測定は、種々の周知の方法 を用いて簡単に且つ信頼性をもって行うことができるので、高価な力トランスジ ューサ／圧力トランスジューサの使用が極めて少なくすることができ、恐らく、 完全に排除することができる。 例えば、本発明を電気式の射出成形機に用いて、クランプユニットの如き主要 な駆動装置における効率／性能の変動を補償することができる。クランプモータ の正常な運転を監視して、運転サイクルの種々の期間に用いられる基準電流を確 立する。すなわち、幾つかの期間においては、クランプの速度が制御され、別の 期間においては、クランプのトン数（力）が重要である。運転の基準を確立する と、閉ループの速度制御の間の電流を監視することにより、モータの効率の変動 を検知することができるが、その理由は、サイクル毎に速度が維持され、そのよ うなサイクルの間のインターバルの間の基準電流からの電流の偏差が、効率の変 化を表すからである。確認した分散に基づき、トン数が重要である時間の間のク ランプモータへの電流を然るべく調節することができる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法に従って制御される射出成形機の前方立面図である。 図２は、本発明の制御方法が、図１に示す射出成形機の運転サイクルに応用さ れた場合に起こる運転段階のフローチャートである。 図３は、図２の各段階に関する単一の運転サイクルの期間を確認する、図１に 示す射出成形機のシーケンス図である。 本発明を実施するための最善の形態 本発明は、種々のプラスチック処理機械に応用することができるが、以下の説 明は、電気機械的な駆動装置を有する射出成形機に関して行う。従って、そのよ うなタイプの機械を簡単に説明することが、本発明の理解に役立つ。 図１は、本発明の制御方法が適用される射出成形機を示している。この機械は 、クランプユニット１００と、射出ユニット１０２とを備えており、これらユニ ットは各々、ベース１０５の上に取り付けられている。 クランプユニット１００は、矩形状の固定プラテン１１０と、ダイハイトプラ テン１０８とを備えており、これら両プラテンは、プラテンの四隅に位置する４ 本のタイバーによって、接続されている。２本のタイバー１１２、１１４が図示 されている。タイバーは、可動プラテン１１６のためのガイドとして作用する。 モールド半部１１８、１２０が、プラテン１１６、１１０にそれぞれ取り付けら れており、クランプが図示の閉位置にある時には、上記両モールド半部の間にモ ールドキャビィティ１２２が形成される。ゲート開口１２３が、モールド半部１ ２０及び固定プラテン１１０を貫通していて、プラスチック融解物をモールドキ ャビィティ１２２の中に射出すなわち注入することを許容している。可動プラテ ン１１６は、固定プラテン１０８に取り付けられたクランプモータ１２４によっ て作動される。モータ１２４は、駆動ベルト１２７によって、ボールネジ１２６ に接続されている。歯車駆動装置又は他の機械的なカップリングすなわち継手を 用いることもできる。ボールネジのナット１２８が、トグル機構１３０に設けら れており、このトグル機構は、クランプユニット１００を作動する際のモータ１ ２４に機械的な利点をもたらす。 射出ユニット１０２は、管状の胴部１４０を有する押出し機構を備えており、 上記管状の胴部の中には、押出しスクリュー１４２が回転可能に且つ並進運動可 能に設けられている。上記スクリューは、固定部材１４４の孔を貫通しており、 スクリュー１４２の一端部は、可動部材１４６の中で回転可能に固定されている 。スクリュー１４２の回転運動は、駆動ベルト１５０によって当該スクリューに 機械的に接続されている押出しモータ１４８によって与えられ、そのような回転 運動は、他の適宜な機械的な装置によって与えることができる。可動部材１４６ は、一対の平行なバーガイド（一方のバーガイドが符号１５２で示されている） に乗っており、そのようなバーガイドは、固定部材１４４、１５４の間に接続さ れている。部材１５４に取り付けられている射出モータ１５６が、駆動ベルト１ ６０によって、ボールネジ１５８に接続されている。ボールネジのナット１６２ が、可動部材１４６に取り付けられており、従って、モータ１５６は、部材１４ ６及び押出しスクリュー１４２に対して、固定プラテン１１０に向かう方向及び 該固定プラテンから離れる方向の直線運動を与えるように作動する。 排出ユニット１７０が、モールドと一体化されていて、モールドが開いた時に 、完成された成形品を排出するように作用する。排出ユニット１７０は、排出モ ータ１０３に接続されている。機械の制御装置（図示せず）が、射出成形サイク ルにおける適宜な時に、モータ１０３を励起する。排出ユニット１７０は、異な るモールドの種々の要件及び作用を受け入れるように、サーボ制御されるのが好 ましい。 一般的には、ダイハイトユニット１７４が、図１に示すタイバー及びプラテン １０８と一体化される。ダイハイトユニット１７４は、固定プラテン１１０に対 するプラテン１０８（トグル機構１３０及び可動プラテン１１６を含む）の間隔 の調節を行い、閉位置にある時に種々のモールド厚みを有する異なるモールドを 受け入れるようにする。ダイハイトユニット１７４は、ダイハイトモータ１７６ によって制御される。ダイハイトの調節は、オペレータが手動操作によって制御 することができ、これにより、機械の制御装置は、モータ１７６に対して順方向 又は逆方向の命令信号を与える。 一般的には、射出スレッド１８０が、ベース１０５の軌道（図示せず）の上に 乗っていて、射出ユニット１０２全体を支持しており、これにより、射出ユニッ ト１０２が固定プラテン１１０に向かって及び該固定プラテンから離れる方向に 移動することを許容する。射出スレッドは、スレッドモータ１８２に機械的に接 続されている。このユニットの作動も、オペレータが手動操作で制御することが でき、これにより、機械の制御装置は、順方向又は逆方向の命令信号をモータ１ ８２に与える。上述の種々のモータは、特定の用途に最も適するような、ＡＣ（ 交流）誘導モータ、ブラシ型のＡＣ又はＤＣ（直流）モータ、ブラシレス（永久 磁石）ＡＣ又はＤＣモータ、あるいは、他のタイプのモータとすることができる ことを注記しておく。 本発明の制御方法に関連する特有の機械要素及び作動段階が、図１及び図２に 示されている。この制御方法は、通常のすなわち確立された状態における特に制 御が望まれる運転期間の間に、閏連するモータに与えられる電流の大きさを測定 してこれを記憶することによって、プラスチック処理機械の種々のモータに関す る運転基準を最初に確立する段階を含む。射出成形機においては、対象となるモ ータは、一般的に、クランプモータ１２４及び／又は射出モータ１５６であって 、その理由は、これらのモータは、ある力又は圧力を維持することが定期的に必 要とされるからである。本制御方法は、実際の性能に関連づけられるフィードバ ック及び補償を用いることなく力を維持する期間、すなわち、特定の機械の機能 に関して閉ループ制御を行わない期間に対して、特に適用することができる。 ここで図１乃至図３を参照して、運転サイクルを簡単に説明するが、クランプ ユニット１００は図示の閉位置にあり、モールドには全部の力（トン数）が加わ っているものとして説明を始める。この時点においては、ホッパ１６６からの固 体の熱可塑性材料、熱硬化性材料又は他の材料が、スクリュー１４２によって可 塑化すなわち軟化されていて、スクリューの前方に液相のプラスチック融解物す なわち「ショット」を形成している。可塑化時間は、一般的には、円周方向に設 けられた複数のヒータバンド１４１によって、胴部１４０に外部熱を与えること により、最適化される。第１のステップ２００を開始して射出シーケンスを始め るために、機械の制御装置は、モータ１５６に速度命令を与えて、部材１４６及 びネジ１４２をプラテン１１０に向けて前方に直線的に動かす。スクリュー１４ ２が、固定プラテン１１０に向かって胴部１４０の中で直線的に動くに連れて、 プラスチック融解物は、オリフィス１４３及びゲート開口１２３を通って、モー ルドキャビィティ１２２の中に射出される。ステップ２０２に示すように、この インターバルの間に、射出モータ１５６に与えられる電流を測定するが、その理 由は、スクリュー１４２の前進運動は、一般的に、位置フィードバックに基づい て制御された速度で実行されるからである。測定された電流は、ステップ２０４ において、同じ動作に関する基準データと比較される。もし基準値を超えていれ ば、その差の大きさを用いて、その後のモータ１５６の運転を行うために適正な 効率補償ファクタを決定する（ステップ２０６）。 スクリュー１４２がその直線運動を完了すると、機械の制御装置は、ステップ ２０８に示すように、充填インターバルに移行する。上記装填インターバル、並 びに、その後の充填インターバル及び保持インターバルの間には、押出しモータ 制御装置にはゼロの速度信号が与えられて、押出しスクリュー１４２が、該押出 しスクリューに作用する直線的な力によって回転しないようにする。上記充填イ ンターバルにおける目的は、材料を引き続きモールドの中に押し込んで、モール ド装填プロセスを完了することである。多くの場合には、そのようなプロセスは 、その期間の間に圧力制御を必要とすることになり、ステップ２０６で決定した 効率ファクタを用いて、所望の圧力を確実に得ることができる。 充填インターバルの終了を意味する所定期間の時間の終わりに、機械の制御装 置は、ステップ２１０で示す保持インターバルに移行し、このインターバルにお いては、射出圧力が維持される。上記充填インターバル及び保持インターバルは 、射出モータ１５６が、（高電流を用いて）大きなトルクを維持して、殆ど又は 全く回転しないことを必要とし、この状態は、モータ１５６、並びに、電子的な 駆動装置４６の要素の両方に多量の熱を発生する。モータの温度が上昇すると、 与えられた電流において得ることのできるトルクが減少するので、電流を増加さ せてトルクを維持する必要があり、これにより、追加の熱が発生する。従って、 ステップ２０６で決定した効率ファクタは、実際の圧力のフィードバックが行わ れない場合に、所望の圧力を得るために特に有用である。 所定の期間の後に保持インターバルが終了すると、機械の制御装置は、別の期 間にわたる冷却インターバルに移行し、その間に成形品（成形されている品物） が冷却される。冷却インターバルの間に、機械の制御装置は、エクストルーダ（ 押出機）を運転するステップ２１２を開始し、このインターバルにおいては、押 出しモータ１４８が励起されて、融解材料の新しいショットをスクリューの前方 に押し出す。これと同時に、射出モータ１５６は、スクリュー１４２をプラテン １１０から離れる方向に動かすと同時に、融解プラスチック材料に対して所定の 圧力を維持するように、すなわち、押出しスクリュー１４２に所定の背圧を維持 するように、作動しなければならない。この作動は、判断ブロック２１４、及び 、選択ステップ２１６、２１８に示されている。機械の制御装置は、押出しスク リューモータ１４８にスクリューを回転させて、より多くのプラスチック材料を 可塑化させ、そのようなプラスチック材料をオリフィス１４３に隣接するスクリ ューの前方部まで搬送し、背圧を生じさせる。そのような背圧を測定して、予め 選択された値と比較する（ステップ２１４）。測定した圧力が低い場合には、機 械の制御装置は、射出モータ１５６の回転を阻害して（ステップ２１６）、スク リュー１４２に作用する背圧を増大させる。背圧の読取り値が所望値よりも高い 場合には、モータ１５６の回転を増大させて、スクリュー１４２をプラテン１１ ０から離れる方向に動かし（逆転−ステップ２１８）、背圧を減少させる。いず れにしても、背圧が所望のレベルに到達すると、モータ１５６はボールネジ１５ ８の回転を制御して、供給スクリュー１４２をプラテン１１０から離れる方向に 動かし、これと同時に、所定の背圧を維持する。結局、スクリュー１４２が回転 して融解プラスチックのショットを形成する間、スクリューは、プラスチック材 料のショット全部が押し出されるまで、制御された背圧でプラテン１１０から離 れる方向に動くことになる。 スクリュー１４２が所定の最終位置に到達すると、機械の制御装置は、押出し モータ１４８の回転を停止し、射出モータ１５６用の駆動制御装置に速度命令を 与えてスクリューを更に後退させ、これにより、スクリュー１４２からの背圧に 起因して融解プラスチック材料に作用する圧力を解放する。この作用は、ステッ プ２２０に「減圧」として全体的に示されている。 成形品の冷却インターバルが終了すると、制御装置は、クランプモータ１２４ にも速度命令信号を与えて、可動プラテン１１６を固定プラテン１１０から離れ る方向に移動させ、クランプユニット１１０を開くことによりモールドを開く（ ステップ２２２）。クランプ１００がモールドを開いている間に、制御装置は、 排出ユニット１７０及び排出モータ１０３に命令信号を与えて、ステップ２２４ で示すように、モールド半部１１８によって担持されている成形品排出機構（図 示せず）を作動させる。完成された部品がモールドから排出され、その後、排出 モータ１０３は、成形品排出機構をその元の位置に戻す。クランプ開放シーケン スは、完全に開いたモールドクランプ位置が検知された時に、完了する。 次に、制御装置は、プラテン１１６を反対方向に動かしてモールド半部を再度 一緒にするための命令信号を与えることによって、クランプ閉止シーケンスを開 始する。制御装置は、クランプを迅速に閉じるための速度命令を発生して、モー ルド半部を一緒にする（ステップ２２６）。ステップ２２８に示すように、クラ ンプモータ１２４に対する電流は、このインターバルの間に測定されるが、その 理由は、プラテン１１６の前進運動は、一般的に、位置フィードバックに基づい て予め設定した速度を維持するように制御されるからである。測定した電流は、 上記同じ動作に関する所定の基準データと比較される（ステップ２３０）。測定 した電流が基準値を超えている場合には、その差の大きさを用いて、その後のモ ータ１２４の運転に関して適正な効率補償ファクタを決定する（ステップ２４０ ）。 可動プラテン１１６が、速い速度すなわち高速で固定プラテン１１０に向かっ て所定の位置まで移動した後に、予め設定した位置が検知されてモールド半部の 接触が間近に迫るまで、低速を表す命令信号が発生される。この低速の運動は、 モールドを保護するためである（ステップ２４２）。通常の環境においては、モ ールド半部は、完全に閉じた状態すなわち位置まで接近する。しかしながら、モ ールド半部の間に干渉物がある場合には、トルク制限制御が速度制御をオーバー ライドして、モータへの電流を減少させ、これにより、モータの速度及び運動を 減少させて、モールド半部が接触によって損傷を受けないようにする。 モールド半部が完全に閉じた位置に到達したと仮定すると、トルク命令値が増 大し、トグルをロックオーバー位置（図１に示す）へ動かすための命令が与えら れ、成形作業に必要なトン数（力）が形成される。より詳細に言えば、モールド クランプ力（モールドをクランプする力）は、所望のレベルに予め設定され、モ ータ１２４によってボールネジ１２６に与えられるトルクによって決定される。 最近の前進運動によって決定される効率ファクタに基づいて、モータへの電流は 、所望の力が与えられるように調節される。この時点において、機械は、クラン プ閉止シーケンスを完了し、別の運転サイクルを開始する準備が整う。 産業上の応用性 各モータは、結局は、安定な維持される運転温度に到達するが、そのようなモ ータの温度上昇は漸増的である。本発明の方法は、各運転サイクルの間に、モー タの運転温度の変化により生ずる効率の変化を補償する有効な手段を提供する。 従って、本方法は、モータの温度を制御するための手段が全く設けられない場合 に用いることができ、あるいは、限定された機能を有する冷却装置と組み合わせ て用いることができる。 添付の図面に示す好ましい実施例に従って、本発明を幾分詳細に説明し、また 、そのような好ましい実施例を幾分詳細に説明したが、ほをそのような細部に限 定する意図は全くない。反対に、添付の請求の範囲の記載の精神及び範囲に入る 総ての変更例、変形例及び均等例を含むことを意図するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． プラスチック処理機械が運転している間の電動モータ（１２４、１５６ ）の効率の変動を補償するための方法であって、 （ａ） 前記モータ（１２４、１５６）に供給される電流が運転パラメータに 応じて制御される期間である閉ループ制御期間と、所定の電流が前記モータに供 給される期間である開ループ制御期間とを含む運転サイクルにわたって、前記電 動モータ（１２４、１５６）を用いて、前記プラスチック処理機械の機構（１０ ０、１０２）を駆動する工程と、 （ｂ） 前記閉ループ期間（２００，２２６）の間に前記モータ（１２４、１ ５６）に供給される基準電流を、確立された運転条件の下で決定する工程と、 （ｃ） 各々の運転サイクルの間に前記モータ（１２４、１５６）に供給され る電流を監視して、前記決定した閉ループ基準電流からの変動を感知して測定す る工程と、 （ｄ） 前記開ループ期間（２１０、２４４）の間に、前記モータ（１２４、 １５６）に供給される所定の電流を、前記閉ループ基準値からの変動に基づいて 調節し、これにより、各々のサイクルにおける前記開ループ期間（２１０、２４ ４）の間に、一定のモータ性能を確保する工程とを備えることを特徴とする方法 。 ２． 射出成形機が運転している間の電動モータ（１２４）の効率の変動を補 償するための方法であって、 （ａ） 前記電動モータ（１２４）に供給される電流が予め選択されたクラン プ速度に基づいて閉ループ制御される期間であるクランプ閉止インターバル（２ ２６）と、所定の電流が前記モータ（１２４）に供給される期間であるトン数発 生インターバル（２４４）とを含む運転サイクルにわたって、前記電動モータ（ １２４）を用いて、前記射出成形機のクランプ機構（１００）を駆動する工程と 、 （ｂ）前記クランプ閉止インターバル（２２６）の間に前記モータ（１２４） に供給される基準電流を決定して、確立された運転条件の下で予め選択された速 度を達成する工程と、 （ｃ） 前記機械の各々の運転サイクルの間に前記モータ（１２４）に供給さ れる電流を監視し、前記決定された基準電流からの変動を検知して測定する工程 と、 （ｄ） 前記トン数発生インターバル（２４４）の間に前記モータ（１２４） に供給される所定の電流を、前記クランプ閉止インターバル（２２６）の間の前 記基準電流からの変動に基づいて調節し、これにより、各々のサイクルにおける 前記トン数発生インターバル（２４４）の間に一定のモータ性能を確保する工程 とを備えることを特徴とする方法。