サーボプレスおよびサーボプレスの制御方法
【課題】加工対象の負荷の大きさに適した駆動系でプレス機械を駆動することで、省エネルギー化を図った低コストのサーボプレスを提供する。
【解決手段】スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作する第１サーボモータと、フライホイールを駆動する第２サーボモータと、前記第２サーボモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチと、前記第１サーボモータと第２サーボモータの回転を制御すると共に、前記クラッチの連結・開放を制御するプレスコントローラを備え、前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記第１サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記第１サーボモータと第２サーボモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とする。
【解決手段】スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作する第１サーボモータと、フライホイールを駆動する第２サーボモータと、前記第２サーボモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチと、前記第１サーボモータと第２サーボモータの回転を制御すると共に、前記クラッチの連結・開放を制御するプレスコントローラを備え、前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記第１サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記第１サーボモータと第２サーボモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小形化とコスト低減を図った、サーボプレスおよびサーボプレスの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のサーボプレスは、サーボモータがプレス加工で必要とする大きなエネルギーを発生しなければならず、そのためにサーボモータ用インバータと同容量のコンバータを用いた場合、一次側電源の設備容量が大きくなる問題がある。このため、エネルギー蓄積用のコンデンサを設けて、一次電力のピークカットを行うことで電源設備容量を抑えている。しかしながら、プレス加圧能力の増加に伴いサーボモータも大型化されるため、プレスのスライドが起動・停止、或いはモーションを指定するモーションデータにより加速・減速する際に、サーボモータ自身の大きな回転イナーシャと機械駆動部のイナーシャの合計イナーシャを制御するために大きなエネルギーが必要となる。このエネルギーの出し入れのためにコンデンサの容量を大型化して吸収していた。
【０００３】
サーボプレスの従来技術として、サーボプレスの加工時の電源電流の変動を少なくできるエネルギー蓄積装置及びプレス機械が、特許文献１に開示されている。通常のサーボプレスはプレス加工時にモータへ大きな駆動電流が必要とされるために電源電流の変動が大きくなる問題に対し、コンデンサやフライホイールからなるエネルギー蓄積部を設けて、この電源電流の変動を抑制するための技術である。
【０００４】
特許文献１は、電源電流の変動の抑制により、電源設備容量も抑えられるという利点が有るが、大容量モータを必要とすることに変りは無く、サーボプレスのコストが高いという問題は解決されない。
【０００５】
また、プレス加工に適した最適加工速度とエネルギーを確保できるプレス機械が、特許文献２に開示されている。特許文献２の技術は、サーボプレスにおいてサーボモータが大型化する問題に対し、フライホイールを有する機械プレスにサーボモータを追加し、各々を切り替えて使用している。プレス加工時はフライホイールの回転エネルギーを用い、プレス加工前後のスライド昇降運動は、サーボモータで行う切替機能を有し、サーボモータの小型化が図れる利点が有る。しかし、単に機械プレスにサーボモータを追加して相互を単独で動かすように構成したものであり、フライホイールは従来と同じ大きさのものが必要となって、電源設備等でその分コストが高いという問題は解決されない。
【０００６】
また、特許文献３には、複数のモータと、エネルギーを蓄積するフライホイールと、前記フライホイールと前記複数のモータがそれぞれ異なる回転体に接続された差動機構と、前記回転体のうちの１つが回転することにより昇降するスライドを備え、前記複数のモータのうち、少なくとも１つを発電させ、少なくとも他の１つを駆動するようにしたプレス機械が開示されている。
【０００７】
具体的には２個のモータを備え、高速区間では、一方のモータでクランク軸を制御すると共に他方のモータでフライホイールを加速し、減速区間では、一方のモータで回生を行いながら、フライホイールにエネルギーを蓄積し、プレス区間では、一方のモータを駆動すると共に他方のモータで減速することで、差動機構の原理でフライホイールから一方のモータにエネルギーが供給され、クランク軸には一方のモータのトルクとフライホイールのトルクが加わって大きなトルクを発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２３０９９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４１１９号公報
【特許文献３】特開２００８−３０７５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、プレス加工は専用金型のみで作業するケースより、１台のプレスに対して複数の金型を入替ながら作業するケースが多く、使用する金型や材料により負荷（トルクとエネルギー）は大きく変動する。
【００１０】
従来のサーボプレスは、サーボモータのトルクでプレス加工に必要な大きな加圧能力を発生させるため、サーボモータ自体が大きくなる。この結果、ロータの慣性も大きくなり、プレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としてしまう。前記した先行技術文献に示される技術でも、プレス加工対象の負荷が最も大きい時に合わせて、モータとフライホイールの能力を決めているので、プレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としている。また、複数のモータを差動機構で接続して駆動するプレス機械では、駆動系の慣性が大きくなるため、プレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としている。
【００１１】
もし、プレス加工対象の負荷が小さい時サーボモータを小さくできれば、ロータの慣性も小さくでき、上記のようにプレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としなくても良い。
【００１２】
本発明は、上記の点にかんがみ、加工対象の負荷の大きさに適した駆動系でプレス機械を駆動することで、省エネルギー化を図った低コストのサーボプレスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するため、スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチと、
前記サーボモータとフライホイールモータの回転と前記クラッチの連結・開放を制御するプレスコントローラを備え、
前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とする。
【００１４】
また、上記に記載のサーボプレスにおいて、さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とする。
【００１５】
また、上記に記載のサーボプレスにおいて、さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するため、スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチを備え、
前記各部を制御するプレスコントローラによりプレスを行うサーボプレスの制御方法において、
前記プレスコントローラにより、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とする。
【００１７】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、前記一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とする。
【００１８】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とする。
【００１９】
本発明は、スライドの駆動用サーボモータ（以下、ＳＭという）とは別に、従来の機械プレスが持つフライホイールのイナーシャと比較して小さいイナーシャを持つフライホイールモータ（以下、ＦＭという）と、このＦＭがスライド駆動軸と連結・開放が可能なクラッチを設けることで、加工対象の負荷状況に応じて最適な省エネルギー化が実現できる低コストのサーボプレスを提供する。
【００２０】
プレス加工対象の負荷が小さい時にはＦＭのクラッチを開放してＳＭのみでプレスを駆動し、ＳＭが力行運転時にＦＭは回生制動を行い、ＳＭが回生制動時にＦＭは力行運転を行うことで、ＦＭはＳＭの駆動に必要なエネルギーの逐電機能を待たせることができる。また、プレス加工対象の負荷が大きい時にはＦＭのクラッチを連結して、ＳＭと同じ回転速度でＦＭを回すことにより、ＳＭのトルクとＦＭのトルク、そして、ＦＭのイナーシャによる回転エネルギーを利用して加工することができる。
【００２１】
また、プレス加工負荷の大小に応じて運転動作モードを切替えることで、ＳＭとフライホイールの小型化が可能で、且つ、ＳＭやＦＭが持つモータトルクとＦＭのフライホイールのイナーシャによる回転エネルギを上手く利用することで、一次側電源の負担を低減することができる。また、ＳＭ大型化に伴う機械的損失や電気的損失も低減することができるため、省エネルギーで低コストのサーボプレスを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、サーボプレスの加工対象の負荷が変わったとき、その大きさに適した駆動系に切換えて駆動すると共に、複数駆動系の起動停止時の相互のエネルギーの授受を効率よく行えるので、サーボプレスの省エネルギーと低コストを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明実施例のサーボプレスの正面から見た断面図である。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図３】同じく制御システムの構成図である。
【図４】サーボプレスのエネルギー状態を説明するための参考図であり、（a）はプレスのスライド位置を表し、（b）はＳＭの回転速度、（c）はＳＭの発生トルク、（d）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（e）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【図５】本発明実施例の小負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【図６】本発明実施例の大負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明実施例のサーボプレスの正面から見た断面図である。図1において、１はサーボプレスを支持するベッド、２はベッド上に設けられたボルスタ、３はベッド上に立設されたコラム、４は昇降動作するスライド、５はクランク軸６とスライド４を接続するコンロッド、７はクランク軸６を回転駆動するメインギア、８はクランク軸６の回転角度を検出するプレスエンコーダである。９は上記コラム３上に固定されたクラウンで、上記各部を収納・固定する。
【００２５】
図２は図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。図２において、１０はスライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータ（以下、ＳＭと称す）、１１はＳＭ１０の回転角度を検出するサーボエンコーダ、１２はＳＭ１０で回転駆動される駆動軸で、スライド４の駆動軸となっている。１３は駆動軸と共に回転するピニオンギアで、前記メインギア７に噛合って、メインギアを回転駆動する。１４はＳＭ１０と駆動軸１２を連結するカップリングである。
【００２６】
２０は、フライホイール本体２１を回転駆動するフライホイールモータ（以下、ＦＭと称す）で、内側に配置されたステータ２３とその外側の配置されたロータ２２で構成される。ロータ２３はフライホイール２１の内周側に固定されている。フライホイール本体２１は、従来の機械プレスが持つイナーシャと比べて小さなイナーシャを持つ。
【００２７】
３０はＦＭ２０とスライド４の駆動軸１２とを連結・開放するクラッチで、クラッチ電磁弁３１によって連結・開放の動作が制御される。駆動軸１２に固定された円盤３２がクラッチ３０内に配置され、この円盤３２の両側を駆動部３３で掴むことで、フライホイール２１と円盤３２が連結され、駆動部３３で掴みを解除することで開放される。フライホイール２１と円盤３２が連結されると、フライホイール２１と駆動軸１２が連結され、同じ速度で回転駆動される。
【００２８】
３５はメインギア７の回転軸に接続されたブレーキ機構で、ブレーキ電磁弁３６によって駆動され、メインギア７の回転軸に制動を与える。
【００２９】
４０はプレスコントローラで、破線で示す制御信号によってＳＭ１０とＦＭ２０の回転を制御すると共に、前記クラッチ３０の連結・開放を制御し、さらにブレーキ機構３５を制御する。プレスコントローラ４０には、プレスエンコーダ８とサーボエンコーダ１１から入力信号が入力される。
【００３０】
ＳＭ１０とピニオンギア１３は、カップリング１４で連結あるいは一体で構成され、プレスコントローラ４０の指令によるＳＭ１０の回転力は、ピニオンギア１３からメインギア７、クランク軸６の順番で伝達される。クランク軸６にはコンロッド５が回動自在に連結され、コンロッド５によってスライド４を上下に駆動させる。一方、プレスコントローラ４０の指令によるＦＭ２０の回転力は、クラッチ３０を介してピニオンギア１３へ伝達される。クラッチ３０へのエアー供給／遮断は、プレスコントローラ４０の指令によって電磁弁３１を作動させて行う。２０ＦＭはフライホイール本体２１とロータ２２，ステータ２３，軸受けから構成される。
【００３１】
プレス機械のクランク角度はクランク軸６に連動して設けられたプレスエンコーダ８によって検出されており、加工領域での送り装置の送り角度に対する各々のクランク角度はあらかじめプレスコントローラ４０に設定されているものとする。
【００３２】
プレス機械は、例えば上死点等の設定点よりスタートし、プレス加工対象の負荷が小さい時には、クラッチ３０を開放してＳＭ１０のみでプレスを駆動し、ＳＭ１０が力行運転時にＦＭ２０は回生制動を行い、逆にＳＭ１０が回生制動時にＦＭ２０は力行運転を行うことで、ＦＭ２０にＳＭ１０を駆動させるために必要なエネルギーの逐電機能を待たせることができる。また、プレス加工対象の負荷が大きい時には、クラッチ３０を連結してＳＭ１０とＦＭ２０を同一回転速度で回すことにより、ＳＭ１０とＦＭ２０のトルク、および、ＦＭ２０とライホイール本体２１のイナーシャによる回転エネルギーを利用して加工することができる。
【００３３】
図３は、制御システムの構成図である。４１は商用の交流電源を直流に変換するコンバータで、変換された直流エネルギーはコンデンサ４２に充電される。４３は直流を任意の周波数に変換してＳＭ１０を速度制御するＳＭ用インバータ、４４は直流を任意の周波数に変換してＦＭ２０を速度制御するＦＭ用インバータである。更に、ＳＭ１０はサーボエンコーダ１１により、プレス駆動部のピ二オンギア１３とメインギア７からなる減速機構や倍力機構を経由してスライド位置を間接的に読み取ることができるため、これにより速度制御や位置制御がなされる。
【００３４】
プレスコントローラ４０には、プレススライド４のモーションを指定するためのモーションデータ、プレスの負荷の大小に基いてＦＭ２０の要否を選択するための運転モード、スライド４を動かすための起動指令等が入力される。また、プレスコントローラ４０からは、各モータの速度制御や位置制御を行うための指令、ブレーキ作動用電磁弁３６、ＦＭ２０用クラッチ電磁弁３１等への指令が出力される。
【００３５】
図４は、一般のサーボプレスのエネルギー状態を説明する参考図であり、（a）はプレスの移動状態を表すためのスライド位置を表し、（b）はＳＭの回転速度、（c）はＳＭの発生トルク、（d）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（e）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【００３６】
図４は、プレスの一行程運転でプレス加工した場合を示し、プレスのスライド４が上死点に停止した状態から起動し、下死点手前で加工域に入り、プレス加工後に再び上死点で停止する動きを想定している。ＳＭ１０は（１）の起動後の加速域で、スライド４を動かし始めるが、ＳＭ１０の起動時のトルクを発生させるのにコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーを使用するため、コンデンサ電圧は低下する。コンデンサ電圧の低下に伴い一次電源側からコンバータ４１を通してコンデンサを充電するが、プレス起動時の加速エネルギーが大きいため、充電エネルギーより放電エネルギーが大きくなる。その結果、（１）の起動区間中は、コンデンサ電圧が低下してしまう。
【００３７】
（２）の成形域は、プレス加工による負荷トルクが発生するため、加速域（１）と同様にコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーを使用する。（３）の減速域では、加工後にスライド４を停止しようとするが、ＳＭ１０の減速に伴う回生エネルギーがＳＭ用インバータ４３を介してコンデンサ４２を充電する方向に働くため、コンデンサ電圧が上昇する。
【００３８】
次に、本発明実施例の小負荷時のプレス成形動作を説明する。図５は、本発明実施例の小負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。前提として、予め、操作者によってプレスコントローラ４０に小負荷の運転モードが設定されており、プレスコントローラ４０からの制御信号で、ＦＭ２０のクラッチ３０が開放状態となっている。
【００３９】
図５は図４と同様にプレスの一行程運転でプレス加工した場合を示し、ＳＭ１０の起動前に、ＦＭ２０が定格状態で運転されているものとする。
【００４０】
プレスコントローラ４０の制御により、ＳＭ１０は起動後の加速域（１）で回転を加速してスライド４を動かし始める。ＳＭ１０の加速に合せてＦＭ２０は減速制御され、この減速により回生電力エネルギーを発生する。この回生電力エネルギーは、図５（ｆ）に（１）で示されるように、ＦＭ用インバータ４４からＳＭ用インバータ４３を通じてＳＭ１０に供給され、加速に必要なエネルギーとして利用される。この様子は、ＳＭ１０の加速時のＳＭトルクが図５（ｂ）にプラス方向で示され、回生エネルギーによるＦＭ２０のＦＭトルクが図５（ｄ）にマイナス方向で示される。
【００４１】
（２）の成形域では、クラッチ３０が開放されているため、プレス加工による負荷トルクがＳＭ１０のみに発生し、図４と同様にコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーを使用する。この負荷トルクは小さいので、ＳＭ１０のみでスライド４を下降してプレス加工を行う。
【００４２】
（３）の減速域では、プレス加工後にスライド４を停止すべく、プレスコントローラ４０によりＳＭ１０が減速制御される。ＳＭ１０が減速されると回生電力エネルギーが発生し、回生電力エネルギーは、図５（ｆ）に（３）で示されるように、ＳＭ用インバータ４３からＦＭ用インバータ４４を通じてＦＭ２０に供給され、加速に必要なエネルギーとして利用される。この様子は、ＳＭ１０の加速時のＳＭトルクが図５（ｂ）にマイナス方向で示され、回生エネルギーによるＦＭ２０のＦＭトルクが図５（ｄ）にプラス方向で示される。ＦＭ２０は加速された後、定格状態で運転される。
【００４３】
次に、プレス成形の大負荷時の動作を説明する。図６は、本発明実施例の大負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。前提として、予め、操作者によってプレスコントローラ４０に大負荷の運転モードが設定されており、プレスコントローラ４０からの制御信号で、ＦＭ２０のクラッチ３０が連結状態となっている。
【００４４】
図６は図５と同様にプレスの一行程運転でプレス加工した場合を示す。プレス成形の負荷が大きい場合、図６の例では、ＳＭ１０の起動前にＦＭ２０も停止している。加速域（１）で、プレスコントローラ４０の制御で連結状態となっているＳＭ１０とＦＭ２０は、共に起動して同一速度で加速し、スライド４を動かし始める。
【００４５】
（２）の成形域では、プレス加工による大きな負荷トルクを必要とするため、図４と同様にコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーをＳＭ１０とＦＭ２０に供給して使用する。ＳＭ１０とＦＭ２０の２台のモータトルクと、ＦＭ２０自身のフライホイール２１のイナーシャによる回転運動の運動エネルギーが加算されたトルクで、プレス加工のトルクを賄う。これらのトルクは、図６（ｂ）、（ｄ）の成形域（２）のＳＭトルクとＦＭトルクでプラス方向に示される。
【００４６】
このように、ＦＭ２０が持つモータトルクとフライホイール２１の回転運動の運動エネルギーが、ＳＭ１０のモータトルクをアシストしてくれるため、ＳＭ１０及びＦＭ２０のそれぞれのモータトルクが少なくて済み、コンデンサ電圧も図４に示す一般のサーボプレスと比べて低下が少ない。
【００４７】
（３）の減速域では、プレス加工後にスライド４を停止すべく、プレスコントローラ４０により、ＳＭ１０とＦＭ２０の減速制御がなされる。減速されるとＳＭ１０とＦＭ２０から回生電力エネルギーが発生し、それぞれＳＭ用インバータ４３とＦＭ用インバータ４４を通じてコンデンサ４２に充電される。回生電力エネルギーの流れは図６（ｆ）に（３）で示され、また、各回生電力エネルギーは、図６（ｂ）、（ｄ）の減速域（３）にマイナス方向のＳＭトルクとＦＭトルクで示される。
【００４８】
なお、上記実施例では、小負荷時と大負荷時の運転モードを予め操作者が切換えているが、プレス荷重の積分で算出されたプレス加工に必要なエネルギーから、自動的に運転モードを切換えるように構成すれば、操作者の操作が不要となる。また、ＦＭクラッチの開放・連結も運転途中で自動的に切替えることで、プレス負荷に合った運転モードに合わせることができる。
【００４９】
また、上記図６の例では、ＳＭ１０の起動前にＦＭ２０も停止しているが、ＦＭ２０を常時回転させても良い。この場合、ＳＭ１０の起動時にクラッチ３０を開放しておき、ＳＭ１０が加速してＦＭ２０と同一速度になったときクラッチ３０を連結するようにする。連続してプレス加工しているときは、ＦＭ２０を常時回転させる方が効率がよく、省エネルギーになる。
【００５０】
以上説明したように本実施例では、スライドの駆動用ＳＭとは別に、従来と比較して小さいイナーシャを持つＦＭと、このＦＭがスライド駆動軸と連結・開放が可能なクラッチを設けることで、加工対象の負荷状況に応じて省エネルギー化が実現できる低コストのサーボプレスを提供することができる。
【００５１】
プレス加工対象の負荷が小さい時にはＦＭのクラッチを開放してＳＭのみでプレスを駆動し、ＳＭが力行運転時にＦＭは回生制動を行い、ＳＭが回生制動時にＦＭは力行運転を行うことで、ＦＭはＳＭの駆動に必要なエネルギーの逐電機能を待たせることができる。また、プレス加工対象の負荷が大きい時にはＦＭのクラッチを連結して、ＳＭと同じ回転速度でＦＭを回すことにより、ＳＭのトルクとＦＭのトルク、そして、ＦＭのイナーシャによる回転エネルギーを利用して加工することができる。
【００５２】
また、プレス加工負荷の大小に応じて運転動作モードを切替えることで、ＳＭの小形化とＦＭ及びフライホイールの小型化が可能で、且つ、ＳＭやＦＭが持つモータトルクとフライホイールのイナーシャによる回転エネルギを上手く利用することで、一次側電源の負担を低減することができる。また、ＳＭ大型化に伴う機械的損失や電気的損失も低減することができるため、省エネルギーで低コストのサーボプレスを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
４…スライド、１０…サーボモータ（ＳＭ）、１２…駆動軸、２０…フライホイールモータ（ＦＭ）、２１…フライホイール、３０…クラッチ、４０…プレスコントローラ、４３…サーボモータ制御用のインバータ（ＳＭ用インバータ）、４４…フライホイールモータ制御用のインバータ（ＦＭ用インバータ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小形化とコスト低減を図った、サーボプレスおよびサーボプレスの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のサーボプレスは、サーボモータがプレス加工で必要とする大きなエネルギーを発生しなければならず、そのためにサーボモータ用インバータと同容量のコンバータを用いた場合、一次側電源の設備容量が大きくなる問題がある。このため、エネルギー蓄積用のコンデンサを設けて、一次電力のピークカットを行うことで電源設備容量を抑えている。しかしながら、プレス加圧能力の増加に伴いサーボモータも大型化されるため、プレスのスライドが起動・停止、或いはモーションを指定するモーションデータにより加速・減速する際に、サーボモータ自身の大きな回転イナーシャと機械駆動部のイナーシャの合計イナーシャを制御するために大きなエネルギーが必要となる。このエネルギーの出し入れのためにコンデンサの容量を大型化して吸収していた。
【０００３】
サーボプレスの従来技術として、サーボプレスの加工時の電源電流の変動を少なくできるエネルギー蓄積装置及びプレス機械が、特許文献１に開示されている。通常のサーボプレスはプレス加工時にモータへ大きな駆動電流が必要とされるために電源電流の変動が大きくなる問題に対し、コンデンサやフライホイールからなるエネルギー蓄積部を設けて、この電源電流の変動を抑制するための技術である。
【０００４】
特許文献１は、電源電流の変動の抑制により、電源設備容量も抑えられるという利点が有るが、大容量モータを必要とすることに変りは無く、サーボプレスのコストが高いという問題は解決されない。
【０００５】
また、プレス加工に適した最適加工速度とエネルギーを確保できるプレス機械が、特許文献２に開示されている。特許文献２の技術は、サーボプレスにおいてサーボモータが大型化する問題に対し、フライホイールを有する機械プレスにサーボモータを追加し、各々を切り替えて使用している。プレス加工時はフライホイールの回転エネルギーを用い、プレス加工前後のスライド昇降運動は、サーボモータで行う切替機能を有し、サーボモータの小型化が図れる利点が有る。しかし、単に機械プレスにサーボモータを追加して相互を単独で動かすように構成したものであり、フライホイールは従来と同じ大きさのものが必要となって、電源設備等でその分コストが高いという問題は解決されない。
【０００６】
また、特許文献３には、複数のモータと、エネルギーを蓄積するフライホイールと、前記フライホイールと前記複数のモータがそれぞれ異なる回転体に接続された差動機構と、前記回転体のうちの１つが回転することにより昇降するスライドを備え、前記複数のモータのうち、少なくとも１つを発電させ、少なくとも他の１つを駆動するようにしたプレス機械が開示されている。
【０００７】
具体的には２個のモータを備え、高速区間では、一方のモータでクランク軸を制御すると共に他方のモータでフライホイールを加速し、減速区間では、一方のモータで回生を行いながら、フライホイールにエネルギーを蓄積し、プレス区間では、一方のモータを駆動すると共に他方のモータで減速することで、差動機構の原理でフライホイールから一方のモータにエネルギーが供給され、クランク軸には一方のモータのトルクとフライホイールのトルクが加わって大きなトルクを発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２３０９９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１４１１９号公報
【特許文献３】特開２００８−３０７５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、プレス加工は専用金型のみで作業するケースより、１台のプレスに対して複数の金型を入替ながら作業するケースが多く、使用する金型や材料により負荷（トルクとエネルギー）は大きく変動する。
【００１０】
従来のサーボプレスは、サーボモータのトルクでプレス加工に必要な大きな加圧能力を発生させるため、サーボモータ自体が大きくなる。この結果、ロータの慣性も大きくなり、プレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としてしまう。前記した先行技術文献に示される技術でも、プレス加工対象の負荷が最も大きい時に合わせて、モータとフライホイールの能力を決めているので、プレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としている。また、複数のモータを差動機構で接続して駆動するプレス機械では、駆動系の慣性が大きくなるため、プレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としている。
【００１１】
もし、プレス加工対象の負荷が小さい時サーボモータを小さくできれば、ロータの慣性も小さくでき、上記のようにプレスの起動停止を行う際に大きなエネルギーを必要としなくても良い。
【００１２】
本発明は、上記の点にかんがみ、加工対象の負荷の大きさに適した駆動系でプレス機械を駆動することで、省エネルギー化を図った低コストのサーボプレスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するため、スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチと、
前記サーボモータとフライホイールモータの回転と前記クラッチの連結・開放を制御するプレスコントローラを備え、
前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とする。
【００１４】
また、上記に記載のサーボプレスにおいて、さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とする。
【００１５】
また、上記に記載のサーボプレスにおいて、さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するため、スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチを備え、
前記各部を制御するプレスコントローラによりプレスを行うサーボプレスの制御方法において、
前記プレスコントローラにより、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とする。
【００１７】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、前記一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とする。
【００１８】
また、上記に記載のサーボプレスの制御方法において、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とする。
【００１９】
本発明は、スライドの駆動用サーボモータ（以下、ＳＭという）とは別に、従来の機械プレスが持つフライホイールのイナーシャと比較して小さいイナーシャを持つフライホイールモータ（以下、ＦＭという）と、このＦＭがスライド駆動軸と連結・開放が可能なクラッチを設けることで、加工対象の負荷状況に応じて最適な省エネルギー化が実現できる低コストのサーボプレスを提供する。
【００２０】
プレス加工対象の負荷が小さい時にはＦＭのクラッチを開放してＳＭのみでプレスを駆動し、ＳＭが力行運転時にＦＭは回生制動を行い、ＳＭが回生制動時にＦＭは力行運転を行うことで、ＦＭはＳＭの駆動に必要なエネルギーの逐電機能を待たせることができる。また、プレス加工対象の負荷が大きい時にはＦＭのクラッチを連結して、ＳＭと同じ回転速度でＦＭを回すことにより、ＳＭのトルクとＦＭのトルク、そして、ＦＭのイナーシャによる回転エネルギーを利用して加工することができる。
【００２１】
また、プレス加工負荷の大小に応じて運転動作モードを切替えることで、ＳＭとフライホイールの小型化が可能で、且つ、ＳＭやＦＭが持つモータトルクとＦＭのフライホイールのイナーシャによる回転エネルギを上手く利用することで、一次側電源の負担を低減することができる。また、ＳＭ大型化に伴う機械的損失や電気的損失も低減することができるため、省エネルギーで低コストのサーボプレスを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、サーボプレスの加工対象の負荷が変わったとき、その大きさに適した駆動系に切換えて駆動すると共に、複数駆動系の起動停止時の相互のエネルギーの授受を効率よく行えるので、サーボプレスの省エネルギーと低コストを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明実施例のサーボプレスの正面から見た断面図である。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図３】同じく制御システムの構成図である。
【図４】サーボプレスのエネルギー状態を説明するための参考図であり、（a）はプレスのスライド位置を表し、（b）はＳＭの回転速度、（c）はＳＭの発生トルク、（d）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（e）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【図５】本発明実施例の小負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【図６】本発明実施例の大負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明実施例のサーボプレスの正面から見た断面図である。図1において、１はサーボプレスを支持するベッド、２はベッド上に設けられたボルスタ、３はベッド上に立設されたコラム、４は昇降動作するスライド、５はクランク軸６とスライド４を接続するコンロッド、７はクランク軸６を回転駆動するメインギア、８はクランク軸６の回転角度を検出するプレスエンコーダである。９は上記コラム３上に固定されたクラウンで、上記各部を収納・固定する。
【００２５】
図２は図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。図２において、１０はスライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータ（以下、ＳＭと称す）、１１はＳＭ１０の回転角度を検出するサーボエンコーダ、１２はＳＭ１０で回転駆動される駆動軸で、スライド４の駆動軸となっている。１３は駆動軸と共に回転するピニオンギアで、前記メインギア７に噛合って、メインギアを回転駆動する。１４はＳＭ１０と駆動軸１２を連結するカップリングである。
【００２６】
２０は、フライホイール本体２１を回転駆動するフライホイールモータ（以下、ＦＭと称す）で、内側に配置されたステータ２３とその外側の配置されたロータ２２で構成される。ロータ２３はフライホイール２１の内周側に固定されている。フライホイール本体２１は、従来の機械プレスが持つイナーシャと比べて小さなイナーシャを持つ。
【００２７】
３０はＦＭ２０とスライド４の駆動軸１２とを連結・開放するクラッチで、クラッチ電磁弁３１によって連結・開放の動作が制御される。駆動軸１２に固定された円盤３２がクラッチ３０内に配置され、この円盤３２の両側を駆動部３３で掴むことで、フライホイール２１と円盤３２が連結され、駆動部３３で掴みを解除することで開放される。フライホイール２１と円盤３２が連結されると、フライホイール２１と駆動軸１２が連結され、同じ速度で回転駆動される。
【００２８】
３５はメインギア７の回転軸に接続されたブレーキ機構で、ブレーキ電磁弁３６によって駆動され、メインギア７の回転軸に制動を与える。
【００２９】
４０はプレスコントローラで、破線で示す制御信号によってＳＭ１０とＦＭ２０の回転を制御すると共に、前記クラッチ３０の連結・開放を制御し、さらにブレーキ機構３５を制御する。プレスコントローラ４０には、プレスエンコーダ８とサーボエンコーダ１１から入力信号が入力される。
【００３０】
ＳＭ１０とピニオンギア１３は、カップリング１４で連結あるいは一体で構成され、プレスコントローラ４０の指令によるＳＭ１０の回転力は、ピニオンギア１３からメインギア７、クランク軸６の順番で伝達される。クランク軸６にはコンロッド５が回動自在に連結され、コンロッド５によってスライド４を上下に駆動させる。一方、プレスコントローラ４０の指令によるＦＭ２０の回転力は、クラッチ３０を介してピニオンギア１３へ伝達される。クラッチ３０へのエアー供給／遮断は、プレスコントローラ４０の指令によって電磁弁３１を作動させて行う。２０ＦＭはフライホイール本体２１とロータ２２，ステータ２３，軸受けから構成される。
【００３１】
プレス機械のクランク角度はクランク軸６に連動して設けられたプレスエンコーダ８によって検出されており、加工領域での送り装置の送り角度に対する各々のクランク角度はあらかじめプレスコントローラ４０に設定されているものとする。
【００３２】
プレス機械は、例えば上死点等の設定点よりスタートし、プレス加工対象の負荷が小さい時には、クラッチ３０を開放してＳＭ１０のみでプレスを駆動し、ＳＭ１０が力行運転時にＦＭ２０は回生制動を行い、逆にＳＭ１０が回生制動時にＦＭ２０は力行運転を行うことで、ＦＭ２０にＳＭ１０を駆動させるために必要なエネルギーの逐電機能を待たせることができる。また、プレス加工対象の負荷が大きい時には、クラッチ３０を連結してＳＭ１０とＦＭ２０を同一回転速度で回すことにより、ＳＭ１０とＦＭ２０のトルク、および、ＦＭ２０とライホイール本体２１のイナーシャによる回転エネルギーを利用して加工することができる。
【００３３】
図３は、制御システムの構成図である。４１は商用の交流電源を直流に変換するコンバータで、変換された直流エネルギーはコンデンサ４２に充電される。４３は直流を任意の周波数に変換してＳＭ１０を速度制御するＳＭ用インバータ、４４は直流を任意の周波数に変換してＦＭ２０を速度制御するＦＭ用インバータである。更に、ＳＭ１０はサーボエンコーダ１１により、プレス駆動部のピ二オンギア１３とメインギア７からなる減速機構や倍力機構を経由してスライド位置を間接的に読み取ることができるため、これにより速度制御や位置制御がなされる。
【００３４】
プレスコントローラ４０には、プレススライド４のモーションを指定するためのモーションデータ、プレスの負荷の大小に基いてＦＭ２０の要否を選択するための運転モード、スライド４を動かすための起動指令等が入力される。また、プレスコントローラ４０からは、各モータの速度制御や位置制御を行うための指令、ブレーキ作動用電磁弁３６、ＦＭ２０用クラッチ電磁弁３１等への指令が出力される。
【００３５】
図４は、一般のサーボプレスのエネルギー状態を説明する参考図であり、（a）はプレスの移動状態を表すためのスライド位置を表し、（b）はＳＭの回転速度、（c）はＳＭの発生トルク、（d）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（e）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。
【００３６】
図４は、プレスの一行程運転でプレス加工した場合を示し、プレスのスライド４が上死点に停止した状態から起動し、下死点手前で加工域に入り、プレス加工後に再び上死点で停止する動きを想定している。ＳＭ１０は（１）の起動後の加速域で、スライド４を動かし始めるが、ＳＭ１０の起動時のトルクを発生させるのにコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーを使用するため、コンデンサ電圧は低下する。コンデンサ電圧の低下に伴い一次電源側からコンバータ４１を通してコンデンサを充電するが、プレス起動時の加速エネルギーが大きいため、充電エネルギーより放電エネルギーが大きくなる。その結果、（１）の起動区間中は、コンデンサ電圧が低下してしまう。
【００３７】
（２）の成形域は、プレス加工による負荷トルクが発生するため、加速域（１）と同様にコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーを使用する。（３）の減速域では、加工後にスライド４を停止しようとするが、ＳＭ１０の減速に伴う回生エネルギーがＳＭ用インバータ４３を介してコンデンサ４２を充電する方向に働くため、コンデンサ電圧が上昇する。
【００３８】
次に、本発明実施例の小負荷時のプレス成形動作を説明する。図５は、本発明実施例の小負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。前提として、予め、操作者によってプレスコントローラ４０に小負荷の運転モードが設定されており、プレスコントローラ４０からの制御信号で、ＦＭ２０のクラッチ３０が開放状態となっている。
【００３９】
図５は図４と同様にプレスの一行程運転でプレス加工した場合を示し、ＳＭ１０の起動前に、ＦＭ２０が定格状態で運転されているものとする。
【００４０】
プレスコントローラ４０の制御により、ＳＭ１０は起動後の加速域（１）で回転を加速してスライド４を動かし始める。ＳＭ１０の加速に合せてＦＭ２０は減速制御され、この減速により回生電力エネルギーを発生する。この回生電力エネルギーは、図５（ｆ）に（１）で示されるように、ＦＭ用インバータ４４からＳＭ用インバータ４３を通じてＳＭ１０に供給され、加速に必要なエネルギーとして利用される。この様子は、ＳＭ１０の加速時のＳＭトルクが図５（ｂ）にプラス方向で示され、回生エネルギーによるＦＭ２０のＦＭトルクが図５（ｄ）にマイナス方向で示される。
【００４１】
（２）の成形域では、クラッチ３０が開放されているため、プレス加工による負荷トルクがＳＭ１０のみに発生し、図４と同様にコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーを使用する。この負荷トルクは小さいので、ＳＭ１０のみでスライド４を下降してプレス加工を行う。
【００４２】
（３）の減速域では、プレス加工後にスライド４を停止すべく、プレスコントローラ４０によりＳＭ１０が減速制御される。ＳＭ１０が減速されると回生電力エネルギーが発生し、回生電力エネルギーは、図５（ｆ）に（３）で示されるように、ＳＭ用インバータ４３からＦＭ用インバータ４４を通じてＦＭ２０に供給され、加速に必要なエネルギーとして利用される。この様子は、ＳＭ１０の加速時のＳＭトルクが図５（ｂ）にマイナス方向で示され、回生エネルギーによるＦＭ２０のＦＭトルクが図５（ｄ）にプラス方向で示される。ＦＭ２０は加速された後、定格状態で運転される。
【００４３】
次に、プレス成形の大負荷時の動作を説明する。図６は、本発明実施例の大負荷時のエネルギー状態を説明するための図であり、（ａ）はＳＭの回転速度、（ｂ）はＳＭの発生トルク、（ｃ）はＦＭの回転速度、（ｄ）はＦＭの発生トルク、（ｅ）はエネルギー蓄積量の目安となるコンデンサ電圧、そして（ｆ）は制御ブロック上でエネルギーの流れを表す。前提として、予め、操作者によってプレスコントローラ４０に大負荷の運転モードが設定されており、プレスコントローラ４０からの制御信号で、ＦＭ２０のクラッチ３０が連結状態となっている。
【００４４】
図６は図５と同様にプレスの一行程運転でプレス加工した場合を示す。プレス成形の負荷が大きい場合、図６の例では、ＳＭ１０の起動前にＦＭ２０も停止している。加速域（１）で、プレスコントローラ４０の制御で連結状態となっているＳＭ１０とＦＭ２０は、共に起動して同一速度で加速し、スライド４を動かし始める。
【００４５】
（２）の成形域では、プレス加工による大きな負荷トルクを必要とするため、図４と同様にコンデンサ４２に蓄えられたエネルギーをＳＭ１０とＦＭ２０に供給して使用する。ＳＭ１０とＦＭ２０の２台のモータトルクと、ＦＭ２０自身のフライホイール２１のイナーシャによる回転運動の運動エネルギーが加算されたトルクで、プレス加工のトルクを賄う。これらのトルクは、図６（ｂ）、（ｄ）の成形域（２）のＳＭトルクとＦＭトルクでプラス方向に示される。
【００４６】
このように、ＦＭ２０が持つモータトルクとフライホイール２１の回転運動の運動エネルギーが、ＳＭ１０のモータトルクをアシストしてくれるため、ＳＭ１０及びＦＭ２０のそれぞれのモータトルクが少なくて済み、コンデンサ電圧も図４に示す一般のサーボプレスと比べて低下が少ない。
【００４７】
（３）の減速域では、プレス加工後にスライド４を停止すべく、プレスコントローラ４０により、ＳＭ１０とＦＭ２０の減速制御がなされる。減速されるとＳＭ１０とＦＭ２０から回生電力エネルギーが発生し、それぞれＳＭ用インバータ４３とＦＭ用インバータ４４を通じてコンデンサ４２に充電される。回生電力エネルギーの流れは図６（ｆ）に（３）で示され、また、各回生電力エネルギーは、図６（ｂ）、（ｄ）の減速域（３）にマイナス方向のＳＭトルクとＦＭトルクで示される。
【００４８】
なお、上記実施例では、小負荷時と大負荷時の運転モードを予め操作者が切換えているが、プレス荷重の積分で算出されたプレス加工に必要なエネルギーから、自動的に運転モードを切換えるように構成すれば、操作者の操作が不要となる。また、ＦＭクラッチの開放・連結も運転途中で自動的に切替えることで、プレス負荷に合った運転モードに合わせることができる。
【００４９】
また、上記図６の例では、ＳＭ１０の起動前にＦＭ２０も停止しているが、ＦＭ２０を常時回転させても良い。この場合、ＳＭ１０の起動時にクラッチ３０を開放しておき、ＳＭ１０が加速してＦＭ２０と同一速度になったときクラッチ３０を連結するようにする。連続してプレス加工しているときは、ＦＭ２０を常時回転させる方が効率がよく、省エネルギーになる。
【００５０】
以上説明したように本実施例では、スライドの駆動用ＳＭとは別に、従来と比較して小さいイナーシャを持つＦＭと、このＦＭがスライド駆動軸と連結・開放が可能なクラッチを設けることで、加工対象の負荷状況に応じて省エネルギー化が実現できる低コストのサーボプレスを提供することができる。
【００５１】
プレス加工対象の負荷が小さい時にはＦＭのクラッチを開放してＳＭのみでプレスを駆動し、ＳＭが力行運転時にＦＭは回生制動を行い、ＳＭが回生制動時にＦＭは力行運転を行うことで、ＦＭはＳＭの駆動に必要なエネルギーの逐電機能を待たせることができる。また、プレス加工対象の負荷が大きい時にはＦＭのクラッチを連結して、ＳＭと同じ回転速度でＦＭを回すことにより、ＳＭのトルクとＦＭのトルク、そして、ＦＭのイナーシャによる回転エネルギーを利用して加工することができる。
【００５２】
また、プレス加工負荷の大小に応じて運転動作モードを切替えることで、ＳＭの小形化とＦＭ及びフライホイールの小型化が可能で、且つ、ＳＭやＦＭが持つモータトルクとフライホイールのイナーシャによる回転エネルギを上手く利用することで、一次側電源の負担を低減することができる。また、ＳＭ大型化に伴う機械的損失や電気的損失も低減することができるため、省エネルギーで低コストのサーボプレスを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
４…スライド、１０…サーボモータ（ＳＭ）、１２…駆動軸、２０…フライホイールモータ（ＦＭ）、２１…フライホイール、３０…クラッチ、４０…プレスコントローラ、４３…サーボモータ制御用のインバータ（ＳＭ用インバータ）、４４…フライホイールモータ制御用のインバータ（ＦＭ用インバータ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチと、
前記サーボモータとフライホイールモータの回転と、前記クラッチの連結・開放を制御するプレスコントローラを備え、
前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とするサーボプレス。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボプレスにおいて、
さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とするサーボプレス。
【請求項３】
請求項１に記載のサーボプレスにおいて、
さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とするサーボプレス。
【請求項４】
スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチを備え、
前記各部を制御するプレスコントローラによりプレスを行うサーボプレスの制御方法において、
前記プレスコントローラにより、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のサーボプレスの制御方法において、
プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、前記一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項６】
請求項４に記載のサーボプレスの制御方法において、
プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項１】
スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチと、
前記サーボモータとフライホイールモータの回転と、前記クラッチの連結・開放を制御するプレスコントローラを備え、
前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とするサーボプレス。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボプレスにおいて、
さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とするサーボプレス。
【請求項３】
請求項１に記載のサーボプレスにおいて、
さらに、前記サーボモータ制御用のインバータとフライホイールモータ制御用のインバータを備え、前記プレスコントローラは、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とするサーボプレス。
【請求項４】
スライドの駆動軸に連結してスライドを昇降動作するサーボモータと、
フライホイールを駆動するフライホイールモータと、
前記フライホイールモータと前記スライドの駆動軸とを連結・開放するクラッチを備え、
前記各部を制御するプレスコントローラによりプレスを行うサーボプレスの制御方法において、
前記プレスコントローラにより、プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの駆動により前記スライドを昇降動作し、プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータとの駆動により前記スライドを昇降動作させることを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のサーボプレスの制御方法において、
プレスの小負荷時に前記クラッチを開放して前記サーボモータの加速時に前記フライホイールモータを減速させ、前記サーボモータの減速時に前記フライホイールモータを加速させ、前記一方の減速時のモータの回生電力を他方の加速時のモータに供給することを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【請求項６】
請求項４に記載のサーボプレスの制御方法において、
プレスの大負荷時に前記クラッチを連結して前記サーボモータとフライホイールモータを同じ回転速度に制御することを特徴とするサーボプレスの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７１１２３（Ｐ２０１３−７１１２３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９６１１（Ｐ２０１１−２０９６１１）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００１００８６１）アイダエンジニアリング株式会社 (153)
【Ｆターム（参考）】
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