注射成型机及电力转换装置 技术领域 本申请主张基于 2010 年 9 月 22 日申请的日本专利申请第 2010-212670 号的优先 权。其申请的所有内容通过参考援用于该说明书中。
本发明涉及一种具备具有将交流电力正向转换为直流电力的转换功能及将直流 电力逆向转换为交流电力的逆变功能的电力转换装置的注射成型机及其电力转换装置， 尤 其涉及一种具备被物理分割为多个单元的分割单元式电力转换装置的注射成型机及其分 割单元式电力转换装置。
背景技术 以往公知有由放热片、 主体单元、 电容器单元及操作面板单元这 4 个独立的单元 构成的逆变器装置。( 例如， 参考专利文献 1)。
该逆变器装置中的这 4 个单元分别以被组合而一体化的状态安装于控制对象设 备， 或者配合控制对象设备的形状自由地改变各自的安装位置、 安装角度或安装方向而被 安装于该控制对象设备。
通过这种结构， 该逆变器装置可安装于各种控制对象设备， 并且能够提高放热性 或操作性。
专利文献 1 ： 日本特开平 6-351260 号公报
然而， 引用文献 1 中的逆变器装置由于将整流用二极管或功率晶体管等各种半导 体元件汇集配置在 4 个单元之一即主体单元的主电路基板上， 所以当变更这些半导体元件 中的 1 个额定时或这些半导体元件中 1 个发生故障时， 则须更换整个主体单元， 在通用性 ( 向各种控制对象设备的安装可能性 ) 或维护性 ( 部件更换的局部化 ) 的点上存在问题。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种具备进一步提高通用性及维护性的电力转换装 置的注射成型机及该电力转换装置。
为了实现上述目的， 本发明的实施例所涉及的注射成型机具备使用电力用半导体 元件， 并具有将交流电力转换为直流电力的正向转换功能及将直流电力转换为交流电力的 逆向转换功能的电力转换装置， 其特征在于， 所述电力转换装置被物理分割成多个单元， 所 述多个单元中具备所述电力用半导体元件的单元单独具有用于向外部放出由所述电力用 半导体元件产生的余热的余热放出系统， 所述多个单元可分别单独装卸。
并且， 本发明的实施例所涉及的电力转换装置使用电力用半导体元件， 并具有将 交流电力转换为直流电力的正向转换功能及将直流电力转换为交流电力的逆向转换功能， 其特征在于， 所述电力转换装置被物理分割为多个单元， 所述多个单元中具备所述电力用 半导体元件的单元单独具有用于向外部放出由所述电力用半导体元件产生的余热的余热 放出系统， 所述多个单元能够分别单独装卸。
发明效果 ：根据上述构件， 本发明能够提供一种具备进一步提高通用性及维护性的电力转换 装置的注射成型机及该电力转换装置。 附图说明
图 1 是表示本发明的实施例所涉及的注射成型机的结构例的图。 图 2 是表示构成本发明的实施例所涉及的电力转换装置的 4 个单元的图。 图 3 是本发明的实施例所涉及的电力转换装置中的 4 个单元的组合配置图 ( 其 图 4 是本发明的实施例所涉及的电力转换装置中的 4 个单元的组合配置图 ( 其 图 5 本发明的实施例所涉及的电力转换装置中的 4 个单元的组合配置图 ( 其 3)。 图 6 是本发明的实施例所涉及的电力转换装置中的 4 个单元的组合配置图 ( 其 图 7 是本发明的实施例所涉及的电力转换装置中的 4 个单元的组合配置图 ( 其1)。
2)。
4)。
5)。 图中 ： 5- 注射装置， 6- 合模装置， 10- 转换器单元， 11- 冷却扇， 12- 电磁接触器， 13- 动态制动用 IPM， 14- 整流器， 15- 散热片， 16- 壳体， 16a、 16b- 壳体部件， 20、 20-1、 20-2、 20A、 20A-1、 20A-2- 电容器单元， 28a ～ 28d- 电容器， 26- 壳体， 26a、 26b- 壳体部件， 30- 第 1 逆变器单元， 31L、 31R- 冷却扇， 32a、 32b- 注射马达用 IPM， 35- 散热片， 36- 壳体， 40- 第 2 逆变器单元， 41L、 41R- 冷却扇， 42- 合模马达用 IPM， 43- 计量马达用 IPM， 44- 顶出马达用 IPM， 45- 散热片， 46- 壳体， 50- 料斗， 51- 注射缸， 52- 模具装置， 52a- 定模， 52b- 动模， 53- 注 射罩， 54- 固定压板， 55- 可动压板， 56- 运动转换机构， 57- 合模马达， 58- 系杆， 59- 增压机 构， 60- 顶出马达， 61- 固定式安全罩， 62- 滑动式安全罩， 63- 设定或操作面板部， 64- 框架， 65- 容纳部， 100、 100A ～ 100D- 电力转换装置。
具体实施方式
以下， 边参考附图边对本发明的实施例进行说明。
[ 实施例 1]
图 1 是表示本发明的实施例所涉及的注射成型机的结构例的图。注射成型机主要 由注射装置 5 及合模装置 6 构成。
注射装置 5 在通过加热器控制温度的注射缸 51 内熔融或增塑通过料斗 50 供给的 树脂屑片。具体而言， 注射装置 5 通过计量马达 ( 未图示。) 使螺杆 ( 未图示。) 在注射缸 51 内旋转， 并将熔融树脂供料至注射缸 51 的前端部。
并且， 注射装置 5 将供料至注射用缸 51 的前端部的熔融树脂注射至模具装置 52 内的型腔空间 ( 未图示。)。具体而言， 注射装置 5 通过设置于注射罩 53 内的注射马达 ( 未 图示。 ) 使螺杆朝向注射缸 51 的前端部轴向移动， 并从注射缸 51 的前端部向型腔空间内注 射熔融树脂。模具装置 52 由安装于固定压板 54 的定模 52a 和安装于可动压板 55 的动模 52b 构成。通过使动模 52b 与定模 52a 接触来形成型腔空间。
合模装置 6 执行开闭模动作及合模动作。 具体而言， 合模装置 6 通过滚珠丝杠机构等运动转换机构 56 将基于合模马达 57 的旋转运动转换为开闭模方向的直线运动。而且， 合模装置 6 沿系杆 58 使可动压板 55 以靠近固定压板 54 的方式移动， 并使动模 52b 与定模 52a 接触。
之后， 合模装置 6 通过肘节机构等增压机构 59 增大基于运动转换机构 56 的合模 方向的力， 以更大的力将动模 52b 压紧在定模 52a。 注射装置 5 在该状态下将供料至注射缸 51 的前端部的熔融树脂注射至模具装置 52 内的型腔空间内。
之后， 经过预定时间， 型腔空间内的熔融树脂变冷而硬化之后， 合模装置 6 沿系杆 58 使可动压板 55 以远离固定压板 54 的方式移动， 分离动模 52b 与定模 52a。
之后， 合模装置 6 通过顶出马达 60 使顶出销 ( 未图示。) 向动模 52b 内突出， 从动 模 52b 顶出已硬化的树脂 ( 成型品 )。
另外， 运动转换机构 56、 合模马达 57、 增压机构 59、 顶出马达 60 等被容纳于固定式 安全罩 61 内。从防止危险的观点来讲， 这是为了限制操作员的接近。另一方面， 模具装置 52 被容纳于滑动式安全罩 62 内。这是为了使由操作员的模具更换等工作容易进行。具体 而言， 操作员将滑动式安全罩 62 向图的左方向滑动而将其容纳于固定式安全罩 61 内， 并露 出模具装置 52 的周围。
并且， 操作员通过设定或操作面板部 63 控制包括基于注射装置 5 及合模装置 6 的 动作在内的注射成型机的各种动作。
而且， 注射装置 5 及合模装置 6 在框架 64 上被设置为操作员容易工作的高度。另 外， 框架 64 包含容纳电力转换装置 100 的容纳部 65 等。
电力转换装置 100 为具有将交流电力转换为直流电力的正向转换功能、 将其直流 电力平滑化的平滑化功能及将其已平滑化的直流电力转换为交流电力的逆向转换功能的 装置。 在本实施例中， 电力转换装置 100 构成向各种马达供给电力的伺服驱动器 ( 逆变器 )。
图 2 表示构成电力转换装置 100 的 4 个单元， 即转换器单元 10、 电容器单元 20、 第 一逆变器单元 30 及第 2 逆变器单元 40， 图 2(A) 表示各单元的主视图， 图 2(B) 表示从箭头 X 方向 ( 铅垂上方 ) 观察各单元的顶视图， 图 2(C) 表示各单元的 Y-Y 线截面图。
转换器单元 10 为从交流电源 ( 未图示。) 接受交流电力的供给并将该交流电 力转换为直流电力的可装卸的单元， 主要由冷却扇 11、 电磁接触器 12、 动态制动器用 IPM (Intelligent Power Module)13、 整流器 14、 散热片 15 及壳体 16 构成。
冷却扇 11 为用于向外部放出由动态制动器用 IPM13 及整流器 14 产生的余热的装 置， 例如设置于壳体 16 的上端， 将外部空气从铅垂上方强制地送入壳体 16 内， 并从壳体 16 的下端放出该外部空气。另外， 冷却扇 11 也可以吸入壳体 16 内的空气， 从壳体 16 的上端 强制地向外侧放出其吸入的空气。
电磁接触器 12 为进行电气电路的开闭的装置， 在本实施例中控制流入到整流器 14 的交流电流的流动。
动态制动器用 IPM13 为用于控制使各种马达作为发电机工作的动态制动器的电 力用半导体元件， 配置成使其背面与散热片 15 接触， 并使其余热向外部放出。
整流器 14 为用于将交流电力转换为直流电力的装置， 例如由整流二极管等电力 用半导体元件构成， 配置成使其背面与散热片 15 接触， 并使其余热向外部放出。
散热片 15 为用于向外部放出由动态制动器用 IPM13 或整流器 14 产生的余热的部件， 用螺栓安装于壳体 16 且具备多个放热片。
壳体 16 为中空棱柱状的筐体， 具有切开一面 ( 图 2(A) 的前面 ) 的截面， 构成为在 其内部容纳电磁接触器 12 及散热片 15， 能够使动态制动器用 IPM13 及整流器 14 的背面与 从其切开的面之处露出的散热片 15 的表面接触。
并且， 壳体 16 的上端 ( 图 2(A) 的顶面 ) 及下端 ( 图 2(A) 的底面 ) 开口， 以便空 气能够流通， 在其上端设置冷却扇 11。
并且， 如图 2(C) 所示， 壳体 16 由 2 个壳体部件 16a 及 16b 构成。另外， 壳体 16 还 可以由将 2 个壳体部件一体化的一个部件构成。
而且， 转换器单元 10 可以具备用于抑制对电容器单元 20 的冲击电流的充电电阻 或对从交流电源供给的交流电力的电压高度进行转换的变压器。
电容器单元 20 为从转换器单元 10 接受直流电力并将该直流电力平滑化的可装卸 单元， 主要由电容器 28a ～ 28d 及壳体 26 构成。
在本实施例中， 电容器 28a ～ 28d 采用圆筒形铝电解电容器， 但是还可采用双电层 电容器等具有其他形状的电容器。
壳体 26 与转换器单元 10 的壳体 16 相同， 为中空棱柱状的筐体， 具有切开一面的 截面， 在其内部容纳电容器 28a ～ 28d。并且， 如图 2(C) 所示， 壳体 26 与转换器单元 10 的 壳体 16 相同， 由 2 个壳体部件 26a 及 26b 构成。另外， 壳体 26 还可以由将 2 个壳体部件一 体化的一个部件构成。 第 1 逆变器单元 30 为将来自电容器单元 20 的直流电力逆向转换为交流电力并供 给至注射马达 ( 未图示。 ) 的可装卸单元， 主要由冷却扇 31L、 31R、 注射马达用 IPM32a、 32b、 散热片 35 及壳体 36 构成。
冷却扇 31L、 31R 分别使用与转换器单元 10 的冷却扇 11 相同的部件来谋求部件的 共有化。
但是， 冷却扇 31L、 31R 也可分别使用与转换器单元 10 的冷却扇 11 不同的部件。 这 是为了能够实现与由第 1 逆变器单元 30 产生的余热相适应的风量。
注射马达用 IPM32a、 32b 为用于控制注射马达的电力用半导体元件， 配置成使其 背面与散热片 35 接触， 并使其余热向外部放出。
并且， 注射马达用 IPM32a、 32b 与后述的合模马达用 IPM42、 计量马达用 IPM43 或顶 出马达用 IPM44 相比， 为了处理比较大的输出电流而由 2 个相同 IPM 构成， 但是也可以由 1 个 IPM 构成， 或者也可以由 3 个以上的相同或不同的 IPM 构成。关于合模马达用 IPM42、 计 量马达用 IPM43 或顶出马达用 IPM44 也相同。
散热片 35 为用于向外部放出由注射马达用 IPM32a、 32b 产生的余热的部件， 用螺 栓安装于壳体 36 上并具备多个放热片。
壳体 36 与转换器单元 10 的壳体 16 或电容器单元 20 的壳体 26 相同， 为中空 棱柱状的筐体， 具有切开一面的截面， 构成为在其内部容纳散热片 35， 能够使注射马达用 IPM32a、 32b 的背面与从该切开的面之处露出的散热片 35 的表面接触。另外， 壳体 36 由一 个部件构成， 但是也可以如转换器单元 10 的壳体 16 或电容器单元 20 的壳体 26， 由 2 个壳 体部件构成。
并且， 壳体 36 的上端 ( 图 2(A) 的顶面 ) 及下端 ( 图 2(A) 的底面 ) 开口， 以便流
体能够流通， 在其上端设置冷却扇 31L、 31R。
第 2 逆变器单元 40 为将来自电容器单元 20 的直流电力逆向转换为交流电力并供 给至合模马达 ( 未图示。)、 计量马达 ( 未图示。) 及顶出马达 ( 未图示。) 的可装卸单元， 主要由冷却扇 41L、 41R、 合模马达用 IPM42、 计量马达用 IPM43、 顶出马达用 IPM44、 散热片 45 及壳体 46 构成。
冷却扇 41L、 41R 分别使用与转换器单元 10 的冷却扇 11( 第 1 逆变器单元 30 的冷 却扇 31L、 31R) 相同的部件来谋求部件的共有化。
但是， 冷却扇 41L、 41R 也可分别使用与转换器单元 10 的冷却扇 11 不同的部件。 这 是为了能够实现与由第 2 逆变器单元 40 产生的余热相适应的风量。
合模马达用 IPM42、 计量马达用 IPM43 及顶出马达用 IPM44 分别为用于对合模马 达、 计量马达及顶出马达分别进行控制的电力用半导体元件， 配置成使其背面与散热片 45 接触， 并使其余热向外部放出。
散热片 45 为用于向外部放出分别由合摸马达用 IPM42、 计量马达用 IPM43 及顶出 马达用 IPM44 引起的余热的部件， 用螺栓安装于壳体 46 并具备多个放热片。
并且， 本实施例中， 散热片 45 使用与第 1 逆变器单元 30 中的散热片 35 相同的部 件来谋求部件的共有化。但是， 散热片 45 也可使用与散热片 35 不同尺寸的部件。这是为 了得到与由第 2 逆变器单元 40 产生的余热相适应的放热性。 壳体 46 使用与第 1 逆变器单元 30 中的壳体 36 相同的部件， 构成为在其内部容纳 散热片 45， 能够使合模马达用 IPM42、 计量马达用 IPM43 及顶出马达用 IPM44 各自的背面与 从其切开的面之处露出的散热片 45 的表面分别接触。但是， 壳体 46 也可使用与壳体 36 不 同尺寸的部件。
图 3 是电力转换装置 100 的主视图， 表示电力转换装置 100 中的 4 个单元 ( 转换 器单元 10、 电容器单元 20、 第 1 逆变器单元 30 及第 2 逆变器单元 40) 的组合配置。
如图 3 所示， 电力转换装置 100 从图的左侧依次使第 1 逆变器单元 30、 第 2 逆变器 单元 40、 电容器单元 20 及转换器单元 10 相互邻接配置。
这 4 个单元优选为通过螺栓等紧固件相互被紧固的状态， 同样通过螺栓等紧固件 直接紧固于注射成型机， 但是也可以以相互被紧固的状态被容纳并被紧固于其他筐体， 且 该其他筐体紧固于注射成型机。另外， 各单元之间设为通过未图示的导线或连接器等被适 当连接。
并且， 这 4 个单元可通过螺栓等紧固件分别直接紧固于注射成型机。
根据以上的结构， 电力转换装置 100 可以使按功能分类的 4 个单元的每个装卸， 因 此能够提高通用性 ( 向各种控制对象设备安装的可能性 ) 或维护性 ( 部件更换的局部化 )。
并且， 电力转换装置 100 分别将承担其正向转换功能的构成部件分类汇集在转换 器单元 10、 将承担其平滑化功能的构成部件分类汇集在电容器单元 20、 且将承担其逆向转 换功能的构成部件分类汇集在第 1 逆变器单元 30 及第 2 逆变器单元 40， 因此能够灵活地对 应对这 3 个功能的每个的要求不同的各种控制对象设备。
并且， 电力转换装置 100 以在转换器单元 10、 第 1 逆变器单元 30 及第 2 逆变器单元 40 分别具备散热片和冷却扇的方式构成， 因此能够设计为了放出各单元中由构成部件产生 的余热而所需且充分的余热放出系统， 且能够实现由各单元产生的余热放出的最佳化。
另外， 电力转换装置 100 可仅由冷却扇构成余热放出系统， 还可以仅由散热片构 成余热放出系统， 或者可仅由除冷却扇或散热片以外的其他构成部件 ( 例如为热管、 放热 片、 珀尔帖元件等。 ) 构成余热放出系统， 而且， 还可将这些其他构成部件组合在冷却扇或散 热片来构成余热放出系统。
并且， 电力转换装置 100 构成为谋求散热片、 冷却扇及壳体等部件的共有化， 所以 能够实现制造成本的下降。
另外， 电力转换装置 100 除了基于上述 3 个功能的分类之外， 还可按照基于各构成 部件的寿命的分类或基于所处理的电流大小的分类等， 将构成部件组分别分类汇集在多个 单元。这是为了避免导致寿命较长的构成部件配合寿命较短的构成部件的交换而被交换， 或者， 避免导致故障频度低的构成部件配合故障频度高的构成部件的交换而被交换。
并且， 电力转换装置 100 将承担其逆向转换功能的构成部件分类汇集在第 1 逆变 器单元 30 及第 2 逆变器单元 40 这 2 个逆变器单元， 但也可汇集在单一的逆变器单元， 还可 分类汇集在 3 个以上的逆变器单元。
具体而言， 电力转换装置 100 可在拆卸第 1 逆变器单元 30 或第 2 逆变器单元 40 的基础上， 代替安装具有与其第 1 逆变器单元 30 或其第 2 逆变器单元 40 中的 1 个同等功 能的多个逆变器单元， 或者， 也可在拆卸第 1 逆变器单元 30 及第 2 逆变器单元 40 双方的基 础上， 代替安装具有与这 2 个逆变器单元同等功能的 1 个逆变器单元。 并且， 电力转换装置 100 可在拆卸 3 个以上的逆变器单元的基础上， 代替安装具有 与这 3 个以上的逆变器单元同等功能的 1 个逆变器单元或数量少于拆卸数量的多个逆变器 单元， 也可代替安装数量多于拆卸数量的多个逆变器单元。
关于转换器单元 10 及电容器单元 20 也相同。
接着， 参考图 4 ～图 7 对本发明的实施例所涉及的电力转换装置的其他实施例进 行说明。
图 4 是电力转换装置 100 的第 1 变形例 100A 的主视图， 电力转换装置 100A 在 4 个单元的配置顺序及电容器单元 20A 的高度高于电容器单元 20 的高度这一点 ( 电容器单 元 20A 的高度与其他 3 个单元的高度一致的这一点 ) 上与电力转换装置 100 不同， 但其他 方面相同。
如图 4 所示， 电力转换装置 100A 从图的左侧依次使第 1 逆变器单元 30、 电容器单 元 20A、 第 2 逆变器单元 40 及转换器单元 10 相互邻接配置。
如此， 电力转换装置 100A 将电容器单元 20A 配置于第 1 逆变器单元 30 与第 2 逆 变器单元 40 之间， 因此与图 3 所示的组合配置相比， 进一步具有能够缩短电容器单元 20A 与第 1 逆变器单元 30 及第 2 逆变器单元 40 各自之间的导线长度之类的效果。
并且， 电力转换装置 100A 通过有效地利用死空间 ( 高度进一步变低的部分 ) 使电 容器单元的高度变高， 能够扩大各个电容器 28a ～ 28d 的设置间隔， 且能够提高电容器单元 20A 的放热性。
图 5 是电力转换装置 100 的第 2 变形例 100B 的主视图， 电力转换装置 100B 在具 备 2 个电容器单元这一点上与电力转换装置 100A 不同， 但其他方面相同。
如图 5 所示， 电力转换装置 100B 从图的左侧依次使第 1 电容器单元 20A-1、 第1逆 变器单元 30、 第 2 电容器单元 20A-2、 第 2 逆变器单元 40 及转换器单元 10 相互邻接配置。
该组合配置通过在电力转换装置 100A 上追加 1 个电容器单元 20A 即可容易实现。
如此， 本发明的实施例所涉及的电力转换装置能够通过按照作为控制对象设备的 注射成型机的使用条件等增减电容器单元的数量而容易地增减每一个逆变器单元或每一 个 IPM 的电容值， 例如， 能够通过增大电容器单元的数量防止马达减速时产生过电压 ( 冲击 电压 )， 或抑制电容器电压 (DC 链路电压 ) 的变动。
图 6 是电力转换装置 100 的第 3 变形例 100C 的顶视图， 电力转换装置 100C 在背 靠背地组合配置转换器单元 10 和电容器单元 20， 并与该组合邻接而背靠背地组合配置第 1 逆变器单元 30 和第 2 逆变器单元 40 这一点上与电力转换装置 100 不同， 但其他方面相同。
图 7 是电力转换装置 100 的第 4 变形例 100D 的主视图， 电力转换装置 100D 使转 换器单元 10 和电容器单元 20-1 和电容器单元 20-2 邻接配置， 且使第 1 逆变器单元 30 和 第 2 逆变器单元 40 邻接配置， 并且， 使转换器单元 10、 电容器单元 20-1 及电容器单元 20-2 的长边轴与第 1 逆变器单元 30 及第 2 逆变器单元 40 的长边轴正交， 这一点上与电力转换 装置 100 不同， 但其他方面相同。
如此， 本发明的实施例所涉及的电力转换装置背靠背地组合配置多个单元， 或重 叠配置多个单元， 或互相倾斜配置多个单元等， 能够相互独立自由地设定多个单元各自的 配置方向， 因此能够灵活地对应注射成型机中的、 用于容纳电力转换装置的各种形状及大 小的容纳空间， 且能够促进注射成型机的小型化。
以上， 对本发明的优选实施例进行了详细说明， 但是本发明并不限于上述实施例， 在不脱离本发明的范围内可对上述实施例加以各种变更及调换。
例如， 在上述实施例中， 多个单元分别相互邻接配置， 但是也可互相隔开间隔配 置。
并且， 在上述实施例中， 电力转换装置被搭载于作为控制对象设备的注射成型机， 但是也可搭载于具备多个电动驱动器 ( 例如为电动马达。) 的其他控制对象设备。