注射模制系统的能量管理装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于一模制机的能量管理控制装置，所述模制机包含：一第一电驱动原动机（３７），其经配置以驱动至少一个第一模制机器件；和一第二电驱动原动机（３８），其经配置以驱动至少一个第二模制机器件，所述能量管理控制装置包含一共用ＤＣ链路（３２），其经配置以将ＤＣ能量提供到所述第一电驱动原动机（３７）并提供到所述第二电驱动原动机（３８）。一从轴经配置以将能量供应到所述共用ＤＣ链路（３２）并从所述共用ＤＣ链路（３２）吸收能量。一机器控制器（４６）经配置以：（ｉ）与所述第一电驱动原动机（３７）、所述第二电驱动原动机（３８）、所述共用ＤＣ链路（３２）和所述从轴通信；（ｉｉ）响应于来自所述第一电驱动原动机（３７）和所述第二电驱动原动机（３８）的至少一者的输入，促使所述从轴将能量供应到所述共用ＤＣ链路（３２）；且（ｉｉｉ）响应于来自所述第一电驱动原动机（３７）和所述第二电驱动原动机（３８）的至少一者的输入，促使所述从轴从所述共用ＤＣ链路（３２）吸收能量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种注射模制系统，且更明确地说涉及混合注射模制系统的能量管理，所述混合注射模制系统包括：(i)液压抽吸组合件的电驱动原动机，和(ii)复数个液压和/或电驱动致动器(例如，零件装卸机器人、挤压机、注射单元、模行程和夹持单元等)；且涉及包括复数个电驱动致动器(例如，零件装卸机器人、挤压机、注射单元、模行程和夹持单元等)的全电动注射模制机系统的能量管理。
技术介绍
常规注射模制机的致动器通常使用液压动力源。众所周知，液压系统并非能量有效的。这首先归因于其固有的容积损耗和转矩损耗。容积损耗包含层状泄漏损耗、湍流泄漏损耗，和归因于流体可压缩性的损耗。转矩损耗包含归因于流体粘度和机械摩擦的损耗。电液压驱动和控制基于两个主要运作原理：(i)通过改变传导部分中的流动阻力的阀门控制，和(ii)通过改变液压动力系统的生成部分中的容积流量的泵控制。阀门控制的驱动通过消耗过剩能量来调节能量流。这并非能量有效，但可实现高性能注射模制机所需的较快响应和较好可控性。在泵控制的驱动中，根据需求调节能量流。其通过改变可变排量泵的摆动角，或固定排量泵的速度，或可变排量泵的速度和摆动角来实现控制。速度相关的损耗和噪音散发都可通过应用速度控制的固定排量泵来显著降低。泵/马达效率视例如排量、压力差和旋转速度的变量而定。当以小排量运作可变排量泵时，层状泄漏和转矩损耗均相对较大，因此降低泵/马达效率。在使用可调速原动机驱动可变排量泵的致动系统中，可照常通过泵的摆动角的调整连同驱动速度的调整来控制液压状态(即，容积、流量和压力)。这种两个自由度调节有助于改进小排量下的泵/马达效率，同时使对注射模制机的能量供应最小。更近来，功率电子设备的成本降低和改进的可靠性已经使得通过伺服电动马达驱动的致动器对于注射模制机更实用。电压源反相器(VSI)是一种这样的驱动器。VSI驱动器包含将AC电源转换为DC电源的转换器，通过电容器和任选的电感器使已整流的DC电-->压平稳化的电压控制的DC链路，和具有供应调节的功率以控制马达的控制发电机的反相器。单单使用电动马达作为推进构件的注射模制机通常称作全电动机器。使用液压装置和伺服电动马达两者作为推进构件的注射模制机通常称作混合注射模制机。在常规液压注射模制机中，电极的数目及其原动机(经常是感应马达(IM))的电源频率是固定的。因此，虽然需求在周期期间显著变化，但是液压泵以恒定速度被驱动。当流量需求减少时，通过安全阀将过剩流量分流到蓄能槽。满足变化的需求的一种方式是将可调速驱动器(ASD)安装到马达。ASD允许改变AC马达的速度，且因此可使泵输出与可变的需求匹配。ASD的益处在于：通过使输出与需要匹配而减少了能量成本；通过以较低速度运行马达和泵而减少了噪音；减少节流和分流损耗；和减少油冷却成本。一种控制策略是基于匹配每一机器运作阶段的需求，例如美国专利第5,052,909号中揭示的策略。机器控制器控制泵马达以在过程的每一时间点改变速度。控制器越严密地控制适当速度以匹配所述过程的每一时间点的实际需求，则节省越多能量。然而，此方法存在缺点。当驱动器缓慢地加速和减速时，在需要流量之前必须较好地控制产生所要流量的速度以便在需要所述流量时传递适当流量。因为机器尚未准备好接收在此加速时间期间产生的过剩流量，所以所述流量不产生有用功。相同情况发生于减速期间。减速到新的较低流量仅可在不需要较高流量时开始。如果驱动器不能很快减速，那么过剩流量也浪费了。即使马达可迅速加速和减速，对于具有高惯性的原动机来说，也经常在减速期间浪费加速期间所存储的大量动能。因此，为了匹配可变需求仅使用ASD来改变泵马达的速度不是改进能量效率的最有效的方式。在减速期间，电动马达充当发电机且能量被反馈到驱动器，如果不管理所述驱动器，那么可将DC链路的电压升高到使驱动器变得无效的不可接受的电平。已知系统使用制动电阻器和削波电路以消耗再生能量。此能量以热能形式被消耗且不可被重新使用。在其它已知系统中，使用有源前端(AFE)的形式的再生单元将再生能量转化为AC电源并将此反馈到供应系统。AFE提供供应源与反相器之间的双向能量交换，且其产生低于二极管桥接整流器的谐波。然而，需要DC总线电压大于AC输入电压的峰值；否则无法保持输出电流的正弦波形。为了有效，具有AFE的ASD通常在比具有二极管桥接整流器的ASD高的DC链路电压下运作，这导致在马达端子处较高的电压改变率。AFE将额外一组绝缘栅极双极晶体管(IGBT)反相器添加到ASD，且其具有二极管桥接整流器两倍的成本，且其导致ASD产生电磁干扰(EMI)的净增加，除非采取例如添加隔离变压器和/或电感器的过滤措施。从机器制造商的观点来看，向消费者供应具有成本效益的设备是有利的。连同其启用配-->件，使用制动电阻器或AFE的解决方案都会增加系统的成本，且可能并非对于所有应用均合理或合乎需要。显而易见的是，为了系统的安全对这些再生能量的管理和将其捕获用于重新使用是全电动和混合注射模制机必须面对的挑战。因此，需要用以实现用于注射模制系统的较高能量效率的更经济且有效的构件。在注射模制周期期间功率需求不是恒定的，且平均功率要求大体上少于峰值需求。机器设计者经常通过安装能量存储器件(例如，蓄能器)利用此功率要求模式来减少安装功率。当适当设定尺寸时，能量存储器件在低功率需求运作期间被充入有机器周期的能量。当需要高功率需求时，除了安装功率器件外，能量存储器件供应能量。以此方式，可减少安装功率。若干已知系统使用具有连接到电驱动器的DC链路的充电和放电构件的电能存储器件来蓄积再生能量供将来使用。电化电池和电解电容器是通常用于此目的的当前技术水平下的电能存储器件。在电化电池中存储能量的电池受到若干限制的影响。一个此种限制是使用寿命，其为给定电池的可能的充电和放电周期的数目。另一限制是放电深度，其为存储能量的可被回收的那部分。另外，周围温度和适当的充电电流必须被监控且保持在限度内。废弃材料可能为危险的且对于其处置需要额外成本。用作能量存储器件的电解电容器在尺寸、重量、成本和可靠性方面也具有若干缺点。明确地说，可靠性是主要问题。由于连续渗气(out-gassing)，电解电容器随时间逐渐劣化，且这通常是系统可靠性降级的首要因素，且因此其限制驱动系统的使用寿命。在周期时间短且峰值需求高(例如，薄壁件的模制)的注射模制周期中，需要大能量存储器件。然而，大电解电容器和电池的使用寿命短且由于峰值能量的频繁消退而受到限制。因此，在注射模制应用中使用电解电容器不是优选的。作为能量存储器件的液压蓄能器具有接受从电化电池和电解电容器均不可获得的充电和放电的高频率和高速率的能力。液压蓄能器的典型平均效率为95％到97％。在注射模制机中作为能量存储器件而使用的液压蓄能器是众所周知的。然而，将其应用于在混合注射模制机中捕获再生电能是新颖的。这部分地归因于缺乏用以将再生电能转换且转移到液压蓄能器的简单转换构件和传递构件。即使此类构件存在，但在任何注射模制系统中均不存在以安全、有效和高效方式管理能量的交换和调节的控制构件。因此，需要新的解决方案。本专利技术揭示解决这些问题的新方法和构件。Ellinger的美国专利公开案第2003/0089557A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注射模制机，其包括：　一模；　一模夹具，其具有一模夹具致动器；　一模螺杆，其具有一模螺杆致动器；　一电链路，其耦合所述模夹具致动器与所述模螺杆致动器；　一非电子蓄能器，其耦合到所述模夹具致动器和所述模螺杆致 动器的至少一者；和　能量管理处理结构，其经配置以促使（ｉ）将来自所述模夹具致动器和所述模螺杆致动器的至少一者的过剩能量存储在所述蓄能器中，且（ｉｉ）将存储在所述蓄能器中的能量提供到所述模夹具致动器和所述模螺杆致动器的至少一者。

【技术特征摘要】
US 2004-5-18 10/847,6631.一种注射模制机，其包括：一模；一模夹具，其具有一模夹具致动器；一模螺杆，其具有一模螺杆致动器；一电链路，其耦合所述模夹具致动器与所述模螺杆致动器；一非电子蓄能器，其耦合到所述模夹具致动器和所述模螺杆致动器的至少一者；和能量管理处理结构，其经配置以促使(i)将来自所述模夹具致动器和所述模螺杆致动器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗蔡伟明，
申请(专利权)人：赫斯基注射器成型系统有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]