DE112019003804T5

DE112019003804T5 - Elektrisches leistungsumsetzsystem und motorsteuerverfahren

Info

Publication number: DE112019003804T5
Application number: DE112019003804.4T
Authority: DE
Inventors: Hideto Takada; Masaki Sugiura; Takuya Ishigaki; Sumio Kobayashi
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-04-15
Also published as: JP2020036488A; CN112585862B; JP7092620B2; CN112585862A; WO2020044791A1; TWI743541B; TW202011683A

Abstract

Es wird eine Leistungsversorgungsvorrichtung 1 geschaffen, die elektrische Leistung zu einer elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2, die elektrische Leistung zu einem Motor 3 liefert, liefert. Die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 enthält einen Inversumsetzer 7, der elektrische Leistung umsetzt, eine Steuerschaltung 8, die den Inversumsetzer 7 steuert, und Stromsensoren 59 und 60, die einen Strom im Inversumsetzer 7 erfassen. Die Leistungsversorgungsvorrichtung 1 enthält eine Speichervorrichtung 6, die elektrische Leistung gemäß einer Spannung speichert, eine Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5, die die Spannung der Speichervorrichtung 6 auf der Grundlage einer Spannungsanweisung ändert, und eine Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15, die eine Energie berechnet, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert werden soll, und die berechnete Energie als die Spannungsanweisung zur Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 ausgibt. Die Energie, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert werden soll, wird auf der Grundlage der antreibenden Energie oder der regenerativen Energie des Motors 3, die unter Verwendung von Informationen von einem Codierer 10, der im Motor 3 enthalten ist, berechnet wird, und eines Stromwerts, der durch die Stromsensoren 59 und 60 erfasst wird, berechnet. Dadurch ist es möglich, die Steuerabweichung von Motorlasten, die Änderungen der Eigenschaften der Motorlasten aufgrund von Alterung und dergleichen begleiten, zu unterbinden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Leistungsumsetzsystem und ein Motorsteuerverfahren.
Technischer Hintergrund
Zum Beispiel offenbart das Patentdokument 1 als eine herkömmliche Technik eine Leistungsversorgungsvorrichtung und ein Leistungsversorgungssystem, die eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Leistungsversorgungssteuerschaltung und eine elektrische Energiespeichervorrichtung enthalten und elektrische Leistung zu einer Vorrichtung liefern, die eine Funktion des Speicherns von Energie besitzt. In der Leistungsversorgungsvorrichtung und dem Leistungsversorgungssystem wird ein Steueranweisungswert der elektrischen Energiespeichervorrichtung auf der Grundlage von Energie, die in der Vorrichtung gespeichert ist, veränderbar eingestellt.
Dokument des Stands der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: JP-2011-200048-A
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die herkömmliche Technik, die oben beschrieben ist, besitzt die Aufgabe des Schaffens einer kostengünstigen, verlustarmen und hochdichten Leistungsversorgungsvorrichtung durch veränderbares Einstellen und Steuern eines Steueranweisungswerts der Speichervorrichtung auf der Grundlage der Rotationsenergie oder der Federenergie, die in einem Motor gespeichert ist, und einer Trägheitslast wie z.B. einer Motorlast.
Im Allgemeinen ändern sich Eigenschaften von Motoren und Speichervorrichtungen aufgrund von Alterung und dergleichen. Es besteht ein Bedarf an der Realisierung einer hochgenauen Steuerung gemäß den Änderungen der Eigenschaften aufgrund derartiger verschiedener Faktoren.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf den oben beschriebenen Bedarf gemacht.
Mittel zum Lösen der Probleme.
Die vorliegende Anmeldung enthält mehrere Mittel zum Lösen der Probleme, die oben beschrieben wurden, und ein Beispiel davon ist ein elektrisches Leistungsumsetzsystem, das Folgendes enthält: eine elektrische Leistungsumsetzvorrichtung, die elektrische Leistung zu einem Motor liefert; und eine Leistungsversorgungsvorrichtung, die elektrische Leistung zur elektrischen Leistungsumsetzvorrichtung liefert. Die elektrische Leistungsumsetzvorrichtung besitzt Folgendes: einen elektrischen Leistungsumsetzabschnitt, der elektrischen Leistung umsetzt; einen Steuerabschnitt, der den elektrischen Leistungsumsetzabschnitt steuert; und einen Stromerfassungsabschnitt, der einen Strom im elektrischen Leistungsumsetzabschnitt erfasst. Die Leistungsversorgungsvorrichtung besitzt eine Speichervorrichtung, die elektrische Leistung gemäß einer Spannung speichert, eine Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung, die die Spannung der Speichervorrichtung auf der Grundlage einer Spannungsanweisung ändert, und eine Berechnungsschaltung, die Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, berechnet und die berechnete Energie zur Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung als die Spannungsanweisung ausgibt. Der Steuerabschnitt berechnet die antreibende Energie oder die regenerative Energie des Motors unter Verwendung von Informationen von einem Codierer, der im Motor enthalten ist, und eines Stromwerts, der durch den Stromerfassungsabschnitt erfasst wird. Die Berechnungsschaltung berechnet Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, auf der Grundlage der antreibenden Energie oder der regenerativen Energie des Motors, die durch den Steuerabschnitt berechnet wird.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Steuerabweichung von Motorlasten, die Änderungen der Eigenschaften der Motorlasten aufgrund von Alterung und dergleichen begleiten, zu unterbinden und eine Verschlechterung der Steuergenauigkeit zu unterbinden. Zusätzlich ist es möglich, eine übermäßige Speicherung elektrischer Leistung in einer Speichervorrichtung zu unterbinden und eine Verlustverringerung elektrischer Leistung und eine Größenverringerung der Speichervorrichtung zu realisieren.
Figurenliste

1 ist eine Figur, die die Gesamtkonfiguration eines elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht.
2 ist eine Figur zum Erläutern der Rotationsenergie oder der kinetischen Energie, die in einer Trägheitslast gespeichert ist.
3 ist eine Figur zum schematischen Erläutern der Struktur einer Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen.
4 ist eine Figur zum Erläutern von Energie, die in einem Pneumatikziehkissen gespeichert ist.
5 ist eine Figur zum Erläutern von Energie, die in einer Hebe-/Absenkvorrichtung gespeichert ist.
6 ist eine Figur zum Erläutern einer Beziehung zwischen einer Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit und einer Stößelgeschwindigkeit einer Kurbelpressmaschine.
7 ist eine Figur, die ein Beispiel eines elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
8 ist eine Figur, die ein Beispiel von Details eines Durchflussumsetzers, einer Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung und einer Speichervorrichtung einer Leistungsversorgungsvorrichtung veranschaulicht, wenn eine Schaltung zum Durchführen eines Hochsetzbetriebs als die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung verwendet wird.
9 ist eine Figur, die ein weiteres Beispiel von Details des Durchflussumsetzers, der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung und der Speichervorrichtung der Leistungsversorgungsvorrichtung veranschaulicht, wenn eine Schaltung zum Durchführen eines Tiefsetzbetriebs als die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung verwendet wird.
10 ist eine Figur, die Details eines Inversumsetzers und einer Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung einer elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung veranschaulicht.
11 ist eine Figur, die ein Beispiel der Wellenform eines Winkelgeschwindigkeitserfassungssignals eines Stößelmotors veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
12 ist eine Figur, die ein Beispiel der Wellenform eines Drehmomenterfassungssignals des Stößelmotors veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
13 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform einer Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
14 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform eines Addierers/Subtrahierers veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
15 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform einer Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
16 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform einer Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
17 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform eines Addierers in einer Speicherenergieberechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
18 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform einer Spannungsanweisungsberechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
19 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
20 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
21 ist eine Figur zum schematischen Erläutern der Struktur einer Pressmaschine mit installiertem Servoziehkissen gemäß der dritten Ausführungsform.
22 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß einer vierten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
23 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß einer fünften Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
24 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß einer sechsten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.

Arten der Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Zunächst wird das Grundprinzip eines elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß den vorliegenden Ausführungsformen erläutert.
1 ist eine Figur, die die Gesamtkonfiguration des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß den vorliegenden Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
Das elektrische Leistungsumsetzsystem der vorliegenden Ausführungsformen steuert den Betrieb eines Motors 3 durch Umsetzen elektrischer Leistung, die von einer Stromversorgung 11 zum Motor 3 geliefert wird, und enthält eine Leistungsversorgungsvorrichtung 1 und eine elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 (eine elektrische Leistungsumsetzvorrichtung). Die Leistungsversorgungsvorrichtung 1 enthält Folgendes: einen Durchflussumsetzer 4, der elektrische Leistung, die von der Stromversorgung 11 in Form einer Wechselspannung geliefert wird, in eine Gleichspannung VPN umsetzt; eine Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5, die die Spannung VPN der elektrischen Leistung, die beim Durchflussumsetzer 4 in die Gleichspannung umgesetzt wird, steuert; eine Speichervorrichtung 6 (einen Kondensator, eine Speicherbatterie und dergleichen), die während des Speicherns der elektrischen Leistung, die bei der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 spannungsgesteuert wird, die elektrische Leistung zur elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 liefert und elektrische Leistung, die durch den Regenerationsbetrieb des Motors 3 erzeugt wird und ihr über die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 geliefert wird, speichert; und eine Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15, die die Spannung VPN durch Steuern des Betriebs der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 steuert. Zusätzlich enthält die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 Folgendes: einen Inversumsetzer (einen Wechselrichter) 7 (einen elektrischen Leistungsumsetzabschnitt), der den Betrieb des Motors 3 durch Umsetzen der elektrischen Leistung, die von der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 mittels der Speichervorrichtung 6 geliefert wird, steuert und die umgesetzte elektrische Leistung zum Motor 3 liefert und außerdem die elektrische Leistung, die durch den Regenerationsbetrieb des Motors 3 erzeugt wird, zur Speichervorrichtung 6 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 liefert; eine Steuerschaltung 8 (einen Steuerabschnitt), die den Betrieb des Inversumsetzers 7 steuert und eine Speicherenergie, die die Energie ist, die im Motor 3 gespeichert ist, und eine Motorlast 120, die durch den Motor 3 angetrieben wird, auf der Grundlage einer Winkelgeschwindigkeit des Motors 3, die mittels eines Codierers 10, der am Motor 3 vorgesehen ist, erhalten wird, eines Drehmoments des Motors 3, das auf der Grundlage eines Stromwerts, der bei einem Stromsensor (einem Stromerfassungsabschnitt), der am Motor 3 vorgesehen ist, erfasst wird, berechnet wird, und eines voreingestellten Moments, das mit dem Motor 3 in Beziehung steht, berechnet; und die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15, die die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 auf der Grundlage der Speicherenergie, die durch die Steuerschaltung 8 berechnet wird, und einer maximalen elektrischen Energiemenge, die als ein Höchstwert der Menge elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert werden darf, bestimmt wird, steuert und die Menge elektrischer Energie steuert, die in der Speichervorrichtung 6 von der Stromversorgung 11 gespeichert werden soll. Hier sind die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 und die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 in einer Steuerschaltung für elektrische Energiespeichervorrichtungen enthalten, die die Menge elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung 6 von der Stromversorgung 11 gespeichert werden soll, auf der Grundlage der Speicherenergie und der maximalen elektrischen Leistungsmenge steuert.
Zum jetzigen Zeitpunkt dreht sich dann, wenn der Motor 3 ein Drehantriebsmotor 3 ist, der einen Wechselstrommotor 9 und den Codierer 10 enthält, die Antriebswelle des Motors 3 und die Rotationsenergie wird auf der Lastseite (der Motorlast 120), die die Motorwelle enthält, gespeichert. Zusätzlich bewegt sich dann, wenn der Motor 3 ein Linearmotor oder dergleichen ist, ein beweglicher Abschnitt, an dem eine Last montiert ist, auf einer geraden Linie und die kinetische Energie wird auf der Lastseite und im beweglichen Abschnitt (der Motorlast 120) gespeichert.
Außer für Lasten, die eine Drehung des Motors 3 bei einem sehr kleinen Drehwinkel (z.B. gleich oder kleiner als 10°) umfassen, oder bestimmte Lasten, die Bewegungen über lediglich eine sehr kurze Entfernung (gleich oder kürzer als 10 mm) entlang eine Gerade umfassen, resultieren Bewegungen von Gegenständen auf der Lastseite in allgemeinen Industriemaschinen wie z.B. Montagemaschinen für Elektronikteile, Halbleiter-/Flüssigkristall-Herstellungsvorrichtungen, Metallverarbeitungsmaschinen, Metallbearbeitungsmaschinen, Transportmaschinen oder Industrierobotern in einer Speicherung der Rotationsenergie oder der kinetischen Energie in den Gegenständen.
Wenn ein Trägheitsmoment eines sich drehenden Gegenstands J ist und eine Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Antriebswelle des Motors ω (rad/s) ist, wird das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment Tα durch (Formel 1), die unten beschrieben wird, repräsentiert.
[Gleichung 1] $T_{α} = J \cdot (\frac{d ω}{d t}) (N \cdot m)$
Zusätzlich wird dann, wenn die Drehbewegung durch Koppeln einer Kurbelwelle an die Antriebswelle des Motors in eine Wechselbewegung umgesetzt wird und dann ein Vorgang des Drückens gegen und des Zurückziehens von einer Last, die Federeigenschaften besitzt, wiederholt wird, das Elastizitätslastdrehmoment Td in Bezug auf die Federeigenschaften durch (Formel 2), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn das Motorlastdrehmoment, das das während einer Beschleunigung/Verzögerung enthält, Tq (N · m) ist. Es ist festzuhalten, dass angenommen wird, dass eine Reibungslast, eine Rollreibung und weitere Lasten zum jetzigen Zeitpunkt so klein sind, dass sie vernachlässigt werden können.
[Gleichung 2] $\begin{array}{l} T_{d} ≒ (Elastiklastdrehmoment au er Beschleunigungs-/Verz gerungs-Drehmoment) \\ = T_{q} - T_{α} (N \cdot m) \end{array}$
Zusätzlich wird die Trägheitslastsantriebsleistung Pα, die das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment in (Formel 1), die oben beschrieben ist, erzeugt, durch (Formel 3), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn die Drehzahl N (min^(-1)) ist.
[Gleichung 3] $\begin{array}{l} P_{α} = T_{α} \cdot ω \\ = \frac{2 π}{60} \cdot N \cdot T_{α} (W) \end{array}$
Dann wird die Elastizitätslastantriebsleistung Pd während eines Betriebs mit konstanter Winkelgeschwindigkeit durch (Formel 4), die unten beschrieben ist, repräsentiert.
[Gleichung 4] $\begin{array}{l} P_{d} ≒ (Elastizit tslastantriebsleistung au er Tr gheitslastantriebsleistung) \\ T_{d} \cdot ω (W) \end{array}$
Hier wird die Trägheitslastspeicherenergie, die während des Betriebs bei der Antriebsleistung Pα, die durch (Formel 3), die oben beschrieben ist, gegeben ist, in einer Trägheitslast gespeichert ist, durch (Formel 5), die unten beschrieben ist, durch Integrieren von (Formel 3), die oben beschrieben ist, in Bezug auf die Zeit repräsentiert.
[Gleichung 5] $E_{α} = \int (P_{α}) d t (J)$
Entsprechend wird die Elastizitätslastspeicherenergie, die in einer Elastizitätslast während des Betriebs bei der Antriebsleistung Pd, die durch (Formel 4), die oben beschrieben ist, gegeben ist, gespeichert ist, durch (Formel 6), die unten beschrieben ist, durch Integrieren von (Formel 4), die oben beschrieben ist, in Bezug auf die Zeit repräsentiert.
[Gleichung 6] $\begin{array}{l} E_{d} ≒ (Elastizit tslastspeicherenergie au er Tr gheitslastspeicherenergie) \\ = \int (P_{d}) d t (J) \end{array}$
Entsprechend wird die Gesamtlastspeicherenergie E, die die Summe der Trägheitslastspeicherenergie Eα und der Elastizitätslastspeicherenergie Ed ist, durch (Formel 7), die unten beschrieben ist, repräsentiert.
[Gleichung 7] $E = E_{α} + E_{d} (J)$
Wenn der Motor 3 in diesem Zustand verzögert und gestoppt wird, wird die Energie, die in der Trägheitslast und der Elastizitätslast (oder der Schwerkraftlast) gespeichert ist, z.B. als regenerative Energie aus der Motorlast 120 mittels des Motors 3 und des Inversumsetzers 7 zur Speichervorrichtung 6 wie z.B. einem Elektrolytkondensator oder einer Speicherbatterie zurückgeführt. Um den überladenen Zustand der Speichervorrichtung 6 zu vermeiden, berechnet zu diesem Zeitpunkt die Steuerschaltung 8 die Energiemenge, die in der Trägheitslast oder auf der Lastseite gespeichert ist, in jedem Moment vom Starten des Betriebs des Motors 3, subtrahiert die berechnete Energiemenge von der Energiemenge, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert ist, und steuert die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 derart, dass die Energiemenge, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert ist, eine festgelegte Energiemenge ist, selbst wenn die Energie, die durch die Regeneration erzeugt wird, in der Speichervorrichtung 6 gespeichert wird, wodurch eine veränderbare Steuerung der Speichermenge der elektrischen Leistung in der Speichervorrichtung 6 durchgeführt wird.
Es ist festzuhalten, dass die Menge der Energie, die in der Trägheitslast oder auf der Lastseite gespeichert ist, nicht aus einer physikalischen Antriebsleistung berechnet wird, sondern unter Verwendung eines Steuersignals berechnet wird, das durch ein Sensor oder dergleichen erfasst wird, der bei dem Motor 3 oder einer Konfiguration, um den Motor 3 anzutreiben, vorgesehen ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein Trägheitsmoment oder Elastizitätslasteigenschaften (oder Schwerkraftlasteigenschaften) aus dem Strom, der Spannung, der Stellung, der Drehzahl, der Winkelgeschwindigkeit, der Antriebsleistung, der Energie oder dergleichen des Motors 3 präzise erhalten werden können. Zum Beispiel weist im Fall der Elastizitätslast eine Feder, die die Rückstellkraft von Druckluft verwendet, eine Betriebsdauer hinsichtlich Eigenschaften oder dergleichen auf und es liegt eine Verschlechterung der Eigenschaften bis zum Ende der Betriebsdauer vor. Allerdings können in diesem Fall auch die Lasteigenschaften gemäß den Änderungen über die Jahre zuverlässig durch Sensoren des Motors 3 und der Konfiguration, die den Motor 3 antreibt, erfasst werden. Umgekehrt verwendet dann, wenn versucht wird, ein Betreiben und eine Berechnung aus einer physikalischen Antriebsleistung unter der Annahme, dass die Federeigenschaften bei den anfänglichen Eigenschaften gleichbleiben, durchzuführen, die Berechnung einen Zustand als Grundlage, der von den tatsächlichen Eigenschaften abweicht, und somit besteht die Befürchtung, dass sich die Präzision der Steuerung des Betreibens des Motors 3 und dergleichen verschlechtern oder Fehler beim Betreiben auftreten.
Auf der Grundlage des Energieerhaltungssatzes wird die geeignete Energiemenge Eref, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert ist, durch (Formel 8), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn die Energie, die zu der Zeit gespeichert ist, zu der die Speichervorrichtung 6 vollständig geladen ist, Emax (J) ist.
[Gleichung 8] $E_{r e f} = E_{m a x} - (E_{α} + E_{d}) (J)$
Zum Beispiel wird dann, wenn ein Elektrolytkondensator einer Kapazität C (F) als die Speichervorrichtung 6 verwendet wird, die geeignete Energie, die im Elektrolytkondensator gespeichert werden soll, durch (Formel 9), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn die geeignete Spannung des Elektrolytkondensators Vref (V) ist.
[Gleichung 9] $E_{r e f} = \frac{1}{2} \cdot C \cdot V_{r e f}^{2}$
Einsetzen von (Formel 9), die oben beschrieben ist, in (Formel 8), die oben beschrieben ist, und Ordnen der erhaltenen Formel ergibt (Formel 10), die unten beschrieben ist und die geeignete Spannung Vref des Elektrolytkondensators der Speichervorrichtung 6 zur Zeit der Elastizitätslast repräsentiert.
[Gleichung 10] $V_{r e f} = \sqrt{k {E_{m a x} - (E_{α} + E_{d})}}$
Hier wird die Konstante k in (Formel 10), die oben beschrieben ist, durch (Formel 11), die unten beschrieben ist, repräsentiert.
[Gleichung 11] $k = \frac{2}{C}$
Dann werden Drehmoment, Antriebsleistung und Speicherenergie hinsichtlich der Schwerkraftlast ähnlich der Elastizitätslast diskutiert. Es ist festzuhalten, dass das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment zur Zeit der Schwerkraftlast durch (Formel 1), die oben beschrieben ist, repräsentiert wird. In einem möglichen Fall der Schwerkraftlast ist z.B. eine Zugmaschine an die Antriebswelle des Motors 3 gekoppelt, sind ein Eimer oder Gegenstände an ein Ende eines Seils der Zugmaschine gehängt und wird ein Hebe- und Absenkbetrieb des Eimers oder der Gegenstände durchgeführt.
Das Schwerkraftlastdrehmoment Tw wird durch (Formel 12), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn das Motordrehmoment, das das Motordrehmoment während der Beschleunigung/Verzögerung enthält, Tq (N . m) ist. Es ist festzuhalten, dass angenommen wird, dass eine Reibungslast, eine Rollreibung und weitere Lasten zum jetzigen Zeitpunkt so klein sind, dass sie vernachlässigt werden können.
[Gleichung 12] $\begin{array}{l} T_{W} ≒ (Schwerkraftlastdrehmoment au er Beschleunigungs-/Verz gerungs-Drehmoment) \\ = T_{q} - T_{α} (N \cdot m) \end{array}$
Dann wird die Schwerkraftlastsantriebsleistung Pw während des Betriebs mit konstanter Winkelgeschwindigkeit durch (Formel 13), die unten beschrieben ist, repräsentiert.
[Gleichung 13] $\begin{array}{l} P_{w} ≒ (Schwerkraftlastantriebsleistung au er Tr gheitslastantriebsleistung) \\ = T_{w} \cdot ω (W) \end{array}$
Die Schwerkraftlastspeicherenergie, die in der Schwerkraftlast während des Betriebs bei der Schwerkraftlastsantriebsleistung Pw, die durch (Formel 13), die oben beschrieben ist, gegeben ist, gespeichert wird, wird durch (Formel 14), die unten beschrieben ist, durch Integrieren von (Formel 13), die oben beschrieben ist, in Bezug auf die Zeit repräsentiert.
[Gleichung 14] $\begin{array}{l} E_{w} ≒ (Schwerkraftlastenergie au er Tr gheitslastspeicherenergie) \\ = \int (P_{w}) d t (J) \end{array}$
Entsprechend wird die Gesamtlastspeicherenergie E, die die Summe der Trägheitslastspeicherenergie Eα und der Schwerkraftlastspeicherenergie Ew ist, durch (Formel 15), die unten beschrieben ist, repräsentiert.
[Gleichung 15] $E = E_{α} + E_{w} (J)$
Dann wird im Fall der Schwerkraftlast die geeignete Energiemenge Eref, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert ist, durch (Formel 16), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn die Energie, die zu dem Zeitpunkt, zu dem die Speichervorrichtung 6 vollständig geladen ist, gespeichert ist, Emax (J) ist.
[Gleichung 16] $E_{r e f} = E_{m a x} - (E_{α} + E_{w}) (J)$
Zusätzlich wird dann, wenn z.B. der Elektrolytkondensator der Kapazität C (F) als die Speichervorrichtung 6 verwendet wird, die geeignete Energie, die im Elektrolytkondensator gespeichert werden soll, durch (Formel 9), die oben beschrieben ist, repräsentiert. Entsprechend ergibt ein Einsetzen von (Formel 9), die oben beschrieben ist, in (Formel 16), die oben beschrieben ist, und Ordnen der erhaltenen Formel (Formel 17), die unten beschrieben ist und die geeignete Spannung Vref des Elektrolytkondensators der Speichervorrichtung 6 während der Schwerkraftlast repräsentiert. Es ist festzuhalten, dass die Konstante k durch (Formel 11), die oben beschrieben ist, repräsentiert wird.
[Gleichung 17] $V_{r e f} = \sqrt{k {E_{m a x} - (E_{α} + E_{w})}}$
Hier ist dann, wenn die Trägheitslastenergie Eα, die Elastizitätslastenergie Ed und die Schwerkraftlastenergie Ew während der Regeneration als regenerative Energie von der Lastseite mittels des Motors 3 und des Inversumsetzers 7 zur Speichervorrichtung 6 zurückgeführt werden, der Regenerationswirkungsgrad nicht 100 % und somit wird ein Teil der regenerativen Energie als ein Verlust verbraucht. In Anbetracht dessen werden in der Berechnung während der Regeneration die Trägheitslastenergie Eα, die Elastizitätslastenergie Ed und die Schwerkraftlastenergie Ew jeweils mit dem Regenerationswirkungsgrad X1 (< 1) multipliziert, derart, dass der Regenerationswirkungsgrad reflektiert wird. Ferner wird in einer Berechnung während des Antreibens X1 zu 1 gesetzt. Entsprechend kann eine präzisere Steuerung realisiert werden, da der Regenerationswirkungsgrad X1 (< 1) lediglich während der Regeneration gesetzt ist.
Zum Beispiel verringert dann, wenn eine Elastizitätslast, die die Rückstellkraft von Druckluft verwendet, als die Motorlast 120 verwendet wird, ein Stößel die Druckluft, um Energie in der Last zu speichern, und wenn der Stößel nächstes Mal beginnt anzusteigen, variiert die Menge regenerativer Energie abhängig von der Geschwindigkeit der ansteigenden Bewegung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Wiederherstellungszeit auch für ein Material, das die Druckluft einschließt, erzeugt wird und dann, wenn der Stößel früher getrennt wird, der Motor keine Rückwirkungskraft von der Elastizitätslast aufnimmt und somit den regenerativen Zustand nicht erzeugt. Tatsächlich wird, da der Stößel nicht von dem Material, das die Druckluft einschließt, getrennt wird, regenerative Energie erzeugt. Allerdings ist die Menge antreibender Energie während einer Absenkbewegung des Stößels nicht gleich der Menge regenerativer Energie während einer Anstiegsbewegung des Stößels und die Energiemenge während der Regeneration wird kleiner. In diesem Fall wird die Energiemenge, die auf der Lastseite gespeichert ist, in jedem Moment vom Starten des Betriebs des Motors berechnet, die berechnete Energiemenge wird von der Energiemenge, die in der Speichervorrichtung gespeichert ist, subtrahiert und die Energiemenge kehrt während der Regeneration nicht zurück zu einer festgelegten Energiemenge. In Anbetracht dessen wird in diesem Fall die Energie während des Antreibens mit einem Gewichtsfaktor X2 (≠ 1) entsprechend der Energiemenge während der Regeneration multipliziert. Zum Beispiel wird beim Start des Betreibens die Berechnung (auf der Lastseite gespeicherte Energiemenge) x (Gewichtsfaktor X2) durchgeführt, um die Energiemenge, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert ist, zu korrigieren, und die berechnete Energiemenge wird subtrahiert und wird während der Regeneration eine Berechnung (zu regenerierende Energiemenge) x (Gewichtsfaktor X2) (wobei X2 = 1) durchgeführt, wird die Energiemenge, die unverändert ist, zurückgeführt und wird dadurch die subtrahierte Menge derart ausgeglichen, dass die Energiemenge zum ursprünglichen Wert zurückkehrt.
Der Regenerationswirkungsgrad X1 während der Regeneration (wobei X1 < 1 während der Regeneration und X1 = 1 während des Antreibens) und der Gewichtsfaktor X2 während des Antreibens (wobei X2 ≠ 1 während des Antreibens und X2 = 1 während der Regeneration) werden gemeinsam als ein Koeffizient X durch (Formel 18), die unten beschrieben ist, repräsentiert.
[Gleichung 18] $X = X_{1} \cdot X_{2}$
Hier werden die geeignete Spannung Vref der Speichervorrichtung 6 (des Elektrolytkondensators) während der Elastizitätslast, die durch (Formel 10), die oben beschrieben ist, dargestellt wird, und die geeignete Spannung Vref der Speichervorrichtung 6 (des Elektrolytkondensators) während der Schwerkraftlast, die durch (Formel 17), die oben beschrieben ist, dargestellt wird, durch (Formel 19), die unten beschrieben ist, bzw. (Formel 20), die unten beschrieben ist, unter Verwendung des Koeffizienten X in (Formel 18), die oben beschrieben ist, repräsentiert.
[Gleichung 19] $V_{r e f} = \sqrt{k {E_{m a x} - (X \cdot E_{α} + X \cdot E_{d})}}$

[Gleichung 20] $V_{r e f} = \sqrt{k {E_{m a x} - (X \cdot E_{α} + X \cdot E_{w})}}$
Es ist festzuhalten, dass, obwohl der Gewichtsfaktor X2 in (Formel 18), die oben beschrieben ist, derart eingestellt ist, dass er während des Antreibens nicht 1 ist und dass er während der Regeneration 1 ist, kann der Gewichtsfaktor X2 während der Regeneration zu nicht 1 eingestellt sein und während des Antreibens zu 1 eingestellt sein.
Wie oben erwähnt wird, werden im Fall der Elastizitätslast und der Schwerkraftlast, Trägheitslasten auf beide Lasten auf dieselbe Weise aufgebracht und eine veränderbare Steuerung der geeigneten Spannung Vref der Speichervorrichtung (des Elektrolytkondensators), die eine Gleichspannung ist, kann derart durchgeführt werden, dass die Energiemenge, die in der Trägheitslast oder auf der Lastseite gespeichert ist, in jedem Moment vom Starten des Betriebs des Motors gemäß (Formel 19) und (Formel 20), die oben beschrieben sind, im Voraus berechnet wird, die berechnete Energiemenge von der Energiemenge, die in der Speichervorrichtung gespeichert ist, subtrahiert wird und die Energiemenge während der Regeneration zu einer festgelegten Energiemenge zurückkehrt.
Hier werden die Trägheitslast, die Elastizitätslast, die Schwerkraftlast und dergleichen durch Eingehen auf bestimmte Beispiele genau erläutert.
2 ist eine Figur zum Erläutern der Rotationsenergie oder der kinetischen Energie, die in einer Trägheitslast gespeichert ist.
Wie in 2 veranschaulicht ist, nimmt dann, wenn durch einen Motor oder dergleichen elektrische Energie für eine Zeit ta zu einem Trägheitskörper gegeben wird, der Trägheitskörper Rotationsenergie auf, die den Trägheitskörper bei einer Winkelgeschwindigkeit ω dreht. Hier dreht sich dann, wenn der Verlust, der durch eine elektrische Schaltung verursacht wird, Rollreibung, ein Wirbelungsverlust und dergleichen vernachlässigt werden, der Trägheitskörper dauerhaft, selbst wenn die Zufuhr der elektrischen Energie gestoppt wird. Allerdings sollte, da der Verlust tatsächlich nicht vernachlässigt werden kann, Energie, die der Menge des Verlusts entspricht, weiterhin als elektrische Energie zugegeben werden, um die Drehung des Trägheitskörpers aufrechtzuerhalten. Wenn dann ein regeneratives Bremsen im Zeitablauf td auf den Trägheitskörper gegeben wird, um die Rotationsenergie zu entfernen, stoppt der Trägheitskörper und die Rotationsenergie wird regeneriert, um als elektrische Energie zur Stromversorgung zurückgeführt zu werden. Das heißt, ein Drehen der Trägheitslast bedeutet ein Umsetzen der elektrischen Energie, die von der Stromversorgung geliefert wird, in die Rotationsenergie und ein Stoppen der Trägheitslast durch regeneratives Bremsen bedeutet ein Ändern der Rotationsenergie wieder zu elektrischer Energie. Diese können als die Wirkung des Verschiebens des Speicherorts von Energie bezeichnet werden.
In 2 ist eine Drehbewegung einer Kurbelwelle einer Kurbelpressmaschine als ein Beispiel von Drehbewegungen veranschaulicht.
2 veranschaulicht schematisch die Drehbewegung als eine Drehbewegung eines Schwungrads, wobei die Stößelmasse als bei einem Punkt A konzentriert veranschaulicht ist und der Massenpunkt, der der Ausgleichsmasse entspricht, die durch eine Gleichgewichtseinstellung erstellt wird, als ein Punkt B veranschaulicht ist. Die Energie E, die in einem Trägheitskörper gespeichert ist, wird durch (Formel 21), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ω (rad/s) ist und das Trägheitsmoment des Trägheitskörpers J (kg · m^2) ist. Es kann bekannt sein, dass die Energie E zum Trägheitsmoment J proportional ist und zum Quadrat der Winkelgeschwindigkeit ω proportional ist.
[Gleichung 21] $E = \frac{1}{2} \cdot J \cdot ω^{2} (J)$
Zusätzlich wird, wie in 2 veranschaulicht ist, im Fall einer geradlinigen Bewegung die Energie E, die als kinetische Energie gespeichert ist, durch (Formel 22), die unten beschrieben ist, repräsentiert, wenn die Masse des Trägheitskörpers m (kg) ist und die Bewegungsgeschwindigkeit VI ist. Es kann bekannt sein, dass die Energie E proportional zur Masse m und proportional zum Quadrat der Bewegungsgeschwindigkeit VI (m/s) ist.
[Gleichung 22] $E = \frac{1}{2} \cdot m \cdot {(V_{l})}^{2} (J)$
3 ist eine Figur zum schematischen Erläutern der Struktur einer Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen.
In 3 besitzt die Pressmaschine einen Stößel 25, der Anstiegs- und Absenkbewegungen durchführt, und ein festes Polster 27. Während der Stößel 25 durch eine Stößelstellleiste 26 geleitet wird, wird er durch Drehung eines Stößelmotors 20 durch ein Stößelantriebsmittel 21 und einen Kurbelmechanismus (eine Kurbelwelle 22 und einen exzentrischen Kurbelabschnitt 23) veranlasst, Anstiegs- und Absenkbewegungen durchzuführen. Das Polster 27 besitzt eine Struktur, in der es an einem Lager 28 befestigt ist, durch den Rahmen der Pressmaschine an einen Stößelmechanismus gekoppelt ist und eine Druckkraft von oben aufnimmt. Im Fall einer Kurbelpresse, die der am häufigsten verwendete Typ ist, als ein Beispiel des Stößelantriebsmittels 21, wird die Drehung des Stößelmotors 20 von der Kurbelwelle 22 zum exzentrischen Kurbelabschnitt 23 übertragen und der Stößel 25 wird über eine Pleuelstange 24 veranlasst, Anstiegs- und Absenkbewegungen durchzuführen. An der Pressmaschine sind Formen angebracht und es wird eine Pressbearbeitung durchgeführt. Eine Oberform 29 wird auf der Unterseite des Stößels 25 angeordnet, eine Unterform 30 wird auf der Oberseite des Polsters 27 angeordnet und das Paar der Oberform 29 und der Unterform 30 bilden eine Form. Formen können zum Bearbeiten wie z.B. Scheren, Biegung oder Ziehen von Eisenplatten und dergleichen und zum plastischen Verformen der Eisenplatten in gewünschte Formen verwendet werden. Die Qualität und die Leistungsfähigkeit der Formen spielen eine wichtige Rolle, die mit der Produktivität und der Qualität der Pressbearbeitung in Beziehung steht. Hinsichtlich einer Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 wird beim Ziehen eine Druckbeanspruchung in der Umfangsrichtung bei Flanschabschnitten geformter Artikel erzeugt, wenn das Bearbeiten z.B. im Fall von becherartigem Ziehen fortgesetzt wird, und wenn keine Gegenmaßnahmen vorgenommen werden, treten Falten auf. Die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 ist eine Vorrichtung, die einen erforderlichen Faltenpressdruck von unten erzeugt, derart, dass keine Falten auftreten. Die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 ist im Lager 28 eingebaut und der Verriegelungsvorgang der Unterform 30, eine Ziehkissenanschlussfläche (die nicht veranschaulicht ist) und ein Ziehkissenanschlussstift (der nicht veranschaulicht ist) betätigen die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31. Es ist festzuhalten, dass Beispiele der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 außer pneumatischen Typen, hydraulischen Typen und dergleichen Servoziehkissen enthalten, die Stellmotoren verwenden.
4 ist eine Figur, die erläutert, wie Energie im Pneumatikziehkissen gespeichert wird.
Wie in 4 veranschaulicht ist, ist das Ziehkissen eine Druckerhaltungsvorrichtung, die eine Faltenpressrückwirkungskraft und eine Formartikelhochstellkraft beim Ziehen erzeugt. Das Pneumatikziehkissen wird durch eine Luftfeder entsprechend ersetzt. Wenn die Feder verformt wird, wird die Energie in der Feder in Form von elastischer Energie gespeichert. Durch Freigeben der gespeicherten Energie ist es möglich, die Feder mechanische Arbeit durchführen zu lassen. Eine Luftfeder, die ein Material ist, das eine Rückstellkraft von Luft erzeugt, ist auch ein Typ derartiger Federn und wird für Pneumatikziehkissen verwendet.
Wenn Energie in der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 gespeichert wird, komprimiert eine Absenkbewegung des Stößels 25 Luft im Pneumatikziehkissen, wird elastische Energie in diesem Abschnitt gespeichert und tritt gleichzeitig eine Rückwirkungskraft auf den Stößel auf. Die Rückwirkungskraft 31E nimmt zu, während der Stößel 25 weiter heruntergedrückt wird. Entsprechend kann erwogen werden, dass dies einer Feder entspricht, die eine Federkonstante k (N/m) besitzt. Die gespeicherte elastische Energie E ist durch (Formel 23), die unten beschrieben ist, gegeben, wenn der Versatz, der durch das Pressen durch den Stößel 25 verursacht wird, x (m) ist.
[Gleichung 23] $E = \frac{1}{2} \cdot k \cdot x^{2} (J)$
5 ist eine Figur zum Erläutern von Energie, die in einer Hebe-/Absenkvorrichtung gespeichert ist.
Wie in 5 veranschaulicht ist, ist in einer Hebe-/Absenkvorrichtung 82 (die unten erwähnt wird) eine Zugmaschine 76 an eine Motorausgangswelle gekoppelt, werden Gegenstände (oder ein Eimer, der Gegenstände und dergleichen enthält) 77 an ein Ende eines Seils 78 gehängt und wird ein Hebe- und Absenkbetrieb durchgeführt. In 5 ist die Energie der Gegenstände 77, die eine Masse m (kg) besitzen, wenn sie auf dem Boden sind, in einem freigegebenen Zustand. Wenn die Gegenstände 77 in diesem Zustand zu einer Höhe h (m) aufgezogen werden, wird potenzielle Energie mgh (J) gespeichert. Da sich die Gegenstände 77 in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft, die während der Anstiegsbewegung der Gegenstände 77 auf die Gegenstände 77 wirkt, bewegen, wird der Motor im antreibenden Zustand betrieben und wird potenzielle Energie in den Gegenständen 77 gespeichert. Zusätzlich wird während einer Absenkbewegung der Gegenstände 77 der Motor im regenerativen Zustand betrieben, weil er die Gegenstände 77 absenkt, während der Fall der Gegenstände 77 aufgrund der Schwerkraft unterdrückt wird. Entsprechend wird die potenzielle Energie, die in den Gegenständen 77 gespeichert ist, freigegeben.
6 ist eine Figur zum Erläutern einer Beziehung zwischen einer Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit und einer Stößelgeschwindigkeit einer Kurbelpressmaschine.
6 veranschaulicht einen Fall, in dem die Kurbelwelle um 360° (eine Umdrehung) in der Drehrichtung vom oberen Totpunkt über den unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt gedreht wird. Die horizontale Achse repräsentiert die Zeit t (s) und die vertikale Achse repräsentiert eine Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit ω (rad/s), eine Stößelposition θs (mm) und eine Stößelgeschwindigkeit Vs (m/s). Die Stößelgeschwindigkeit Vs erreicht zu dem Zeitpunkt null, zu dem die Stößelposition beim Mittelpunkt liegt. Die positive Seite der Stößelgeschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit einer Anstiegsbewegung und die negative Seite der Stößelgeschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit einer Absenkbewegung. Obwohl die Stößelposition in 6 eine Kosinuskurve aufweist, weist die Stößelgeschwindigkeit eine Kosinuskurve auf, die eine Phasenverzögerung von 180° besitzt, weil sich der Verbindungspunkt der Kurbelstange der Kurbelwelle dreht.
Der Wirkablauf und Vorteile der derart konfigurierten vorliegenden Ausführungsformen werden erläutert.
In herkömmlichen Techniken ist eine kostengünstige, verlustarme und hochdichte Leistungsversorgungsvorrichtung vorhanden, die durch veränderbares Einstellen eines Steueranweisungswerts einer Speichervorrichtung auf der Grundlage von Rotationsenergie oder Federenergie, die in einem Motor und einer Motorlast gespeichert ist, ermöglicht wird. Diese herkömmliche Technik ist für eine Leistungsversorgungsvorrichtung, die eine veränderbare Steuerung der Spannung einer Speichervorrichtung durchführt, die auf Energie abzielt, die in einer Trägheitslast gespeichert ist, wirksam. Allerdings veranschaulicht sie nicht speziell, wie Energie, die in Elementen außer einer Trägheitslast gespeichert ist, behandelt wird, und sie ist nicht klar hinsichtlich Energie, die in einer Elastizitätslast wie z.B. einer Feder oder dergleichen gespeichert ist.
Zusätzlich ist als weitere herkömmliche Technik eine Technik hinsichtlich einer Servopressvorrichtung, die einen Stößel besitzt, der durch einen Wechselstrommotor veränderbar angetrieben wird, bekannt. Die Technik zielt auf ein Verringern der Größe eines Leistungsversorgungsumsetzers, was den Leistungsversorgungsumsetzer effizienter macht, und ein Optimieren der Kapazität einer Energiespeichervorrichtung durch Wählen eines Steuermusters, das zum Steuern des Lade-/Entlade-Zustands der Energiespeichervorrichtung auf der Grundlage eines Betriebsmusters einer Pressmaschine verwendet wird, ab. Diese herkömmliche Technik ist für ein System wirksam, in dem Betriebsmuster einer Pressmaschine und Steuermuster, die zum Steuern des Lade-/Entlade-Zustands einer Energiespeichervorrichtung auf der Grundlage des Betriebsmusters verwendet werden, vorregistriert sind und eine Betriebsanweisung, in der ein Betriebsmuster und ein Steuermuster miteinander synchronisiert sind, gegeben wird. Allerdings besteht das Problem, dass die herkömmliche Technik kein Verfahren darlegt, um auf eine unabhängige Einstellvorrichtung oder eine Betriebsanweisung zu antworten, in der ein Betriebsmuster und ein Steuermuster miteinander synchronisiert sind, wenn Betriebsanweisungen auf einer fallweisen Grundlage eingestellt werden.
Darüber hinaus ist als eine weitere herkömmliche Technik eine Technik vorhanden, die mit einer Anomaliebehandlung und einer Anzeigevorrichtung eines Zustands regenerativen Bremsens in Beziehung steht. In der Technik wird regenerierte Energie in einem Widerstand einer Schaltung zum regenerativen Bremsen in einem Wechselrichter verbraucht, wobei eine Gleichrichtung an einer Wechselstromversorgung durchgeführt wird, um durch Umsetzung eine feste Gleichspannung zu erzeugen. Diese herkömmliche Technik ist wirksam für eine Anomaliebehandlung und eine Anzeige eines Zustands regenerativen Bremsens des Wechselrichters, wobei die Gleichrichterschaltung eine Gleichrichtung an der Wechselstromversorgung durchführt, um eine feste Gleichspannung zu erzeugen. Allerdings besteht ein Problem hinsichtlich der Verbesserung des Umweltschutzes, das mit der Erderwärmung in Beziehung steht, weil die regenerierte Energie am Widerstand der Schaltung zum regenerativen Bremsen verbraucht wird.
Hinsichtlich derartiger Probleme in den herkömmlichen Techniken wird gemäß den vorliegenden Ausführungsformen eine Unterscheidung vorgenommen, ob eine Last, die betrieben wird, eine Trägheitslast oder eine Elastizitätslast ist, oder es wird eine Unterscheidung vorgenommen, ob die Last eine Trägheitslast oder eine Schwerkraftlast ist. Eine veränderbare Steuerung der Menge elektrischer Leistung, die in einer Speichervorrichtung gespeichert werden soll, wird abhängig davon durchgeführt, ob die Last eine Trägheitslast ist, die Last eine Elastizitätslast ist, die eine Rückwirkungskraft erzeugt, oder die Last eine Schwerkraftlast ist, die mit einem Anhebe- und Absenkbetrieb in Beziehung steht. Entsprechend ist es möglich, eine übermäßige Speicherung elektrischer Leistung in der Speichervorrichtung zu unterbinden und eine Verlustverringerung elektrischer Leistung und eine Größenverringerung der Speichervorrichtung zu realisieren. Zusätzlich ist es weder erforderlich, Betriebsmuster einer Pressmaschine, die eine Last ist, und Steuermuster, die zum Steuern des Lade-/Entlade-Zustands einer Energiespeichervorrichtung auf der Grundlage des Betriebsmusters verwendet werden, vorzuregistrieren, noch eine Betriebsanweisung zu geben, in der ein Betriebsmuster und ein Steuermuster miteinander synchronisiert sind. Zusätzlich ist es auch nicht erforderlich, regenerierte Energie an einem Widerstand einer Schaltung zum regenerativen Bremsen zu verbrauchen.
Das heißt, gemäß den vorliegenden Ausführungsformen werden im elektrischen Leistungsumsetzsystem, in dem Energie auf der Lastseite gleichzeitig mit dem Betreiben gespeichert wird, wenn eine Last am Motor 3 eine Trägheitslast, eine Elastizitätslast oder eine Schwerkraftlast ist, und das die Speichervorrichtung 6 auf der Eingangsseite des Inversumsetzers 7 besitzt, die Drehzahl und der Strom des Motors 3 durch einen Sensor zusammen mit dem Betreiben des Motors 3 erfasst, wird die Menge E von Energie, die auf der Lastseite gespeichert ist, berechnet und wird ein Energieanweisungswert Eref von Energie, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert werden soll, als (Emax - E) berechnet, wenn der Energieanweisungswert von Energie, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert werden soll, Eref ist und die Energie der Speichervorrichtung 6 im vollständig geladenen Zustand Emax ist. Dadurch wird die Energie, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert werden soll, optimiert und es ist möglich, eine Größenverringerung, einen höheren Wirkungsgrad und eine Kostenverringerung des elektrischen Leistungsumsetzsystems zu realisieren.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7 bis 18 erläutert.
7 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Die vorliegende Ausführungsform veranschaulicht einen Fall, in dem eine Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen als eine Last durch einen Motor angetrieben wird.
In 7 steuert das elektrische Leistungsumsetzsystem den Betrieb des Motors 3 durch Umsetzen elektrischer Leistung, die von der Stromversorgung 11 zum Motor 3 geliefert wird, und enthält die Leistungsversorgungsvorrichtung 1 und die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2.
Die Leistungsversorgungsvorrichtung 1 enthält Folgendes: den Durchflussumsetzer 4, der elektrische Leistung, die von der Stromversorgung 11 in Form einer Wechselspannung geliefert wird, in eine Gleichspannung VPN umsetzt; die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5, die die Spannung VPN der elektrischen Leistung, die beim Durchflussumsetzer 4 in die Gleichspannung umgesetzt wird, steuert; die Speichervorrichtung 6 (einen Kondensator, eine Speicherbatterie und dergleichen), die während des Speicherns der elektrischen Leistung, die bei der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 spannungsgesteuert wird, die elektrische Leistung zur elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 liefert und elektrische Leistung, die durch den Regenerationsbetrieb des Motors 3 erzeugt wird und ihr über die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 geliefert wird, speichert; und die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15, die die Spannung VPN durch Steuern des Betriebs der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 steuert. Hier sind die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 und die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 in einer Steuerschaltung für elektrische Energiespeichervorrichtungen enthalten, die die Menge elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung 6 von der Stromversorgung 11 gespeichert werden soll, auf der Grundlage der Speicherenergie und der maximalen elektrischen Leistungsmenge steuert.
Die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 enthält Folgendes: den Inversumsetzer (den Wechselrichter) 7, der den Betrieb des Motors 3 durch Umsetzen der elektrischen Leistung, die von der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 mittels der Speichervorrichtung 6 geliefert wird, steuert und die umgesetzte elektrische Leistung zum Motor 3 liefert und die elektrische Leistung, die durch den Regenerationsbetrieb des Motors 3 erzeugt wird, zur Speichervorrichtung 6 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 liefert; die Steuerschaltung 8, die den Betrieb des Inversumsetzers 7 steuert und Speicherenergie, die Energie ist, die im Motor 3 gespeichert ist, und eine Motorlast (hier eine Pressmaschine 12 mit installiertem Pneumatikziehkissen), die durch den Motor 3 angetrieben wird, auf der Grundlage einer Winkelgeschwindigkeit des Motors 3, die mittels des Codierers 10, der am Motor 3 vorgesehen ist, erhalten wird, des Drehmoments des Motors 3, das auf der Grundlage eines Stromwerts berechnet wird, der bei Stromsensoren 59 und 60 (die unten erwähnt werden), die am Motor 3 vorgesehen sind, erfasst wird, und eines voreingestellten Trägheitsmoments, das mit dem Motor 3 in Beziehung steht, berechnet; und die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15, die die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 auf der Grundlage der Speicherenergie, die durch die Steuerschaltung 8 berechnet wird, und einer maximalen elektrischen Energiemenge, die als ein Höchstwert der Menge elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung 6 gespeichert werden darf, vorbestimmt wird, steuert und die Menge elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung 6 von der Stromversorgung 11 gespeichert werden soll, steuert. Die Steuerschaltung 8 besitzt: eine Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16, die ein Gate-Signal auf der Grundlage von Erfassungsergebnissen von den Stromsensoren 59 und 60 des Inversumsetzers 7, des Codierers 10 des Motors 3 und dergleichen erzeugt, den Inversumsetzer 7 unter Verwendung des Gate-Signals steuert, das Ansteuern des Motors 3 steuert und eine Winkelgeschwindigkeit, ein Drehmoment und dergleichen des Motors 3 berechnet; und eine Speicherenergieberechnungsschaltung 14 (eine Berechnungsschaltung), die die Speicherenergie der Pressmaschine 12 mit installiertem Pneumatikziehkissen, die eine Motorlast ist, auf der Grundlage eines Ergebnisses der Berechnung durch die Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 berechnet.
Der Motor 3, der den Stößel 25 der Pressmaschine 12 mit installiertem Pneumatikziehkissen (die im Folgenden in einigen Fällen einfach als die Pressmaschine 12 bezeichnet wird) antreibt, enthält den Wechselstrommotor 9 und den Codierer 10, der am Wechselstrommotor 9 vorgesehen ist. Die Drehzahl, die Stellung und die Magnetpolposition des Wechselstrommotors 9 werden beim Codierer 10 erfasst und werden zur Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 der Steuerschaltung 8 der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 zurückgeführt. In der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 wird eine Berechnung durchgeführt, um das Signal (die Drehzahl, die Stellung und die Magnetpolposition), das vom Codierer 10 zurückgeführt wird, mit einer Motorantriebsanweisung, die von einer übergeordneten Vorrichtung 13 gegeben wird, zu vergleichen, und ein PWM-Signal wird erzeugt und zum Inversumsetzer 7 ausgegeben, derart, dass der Stößel 25 der Pressmaschine 12, der durch den Motor 3 angetrieben wird, der Motorantriebsanweisung folgt. Der Inversumsetzer 7 empfängt eine Gleichspannung (eine PN-Spannung), die von der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 geliefert wird, führt eine Umsetzung in eine veränderbare Wechselspannung und einen variablen Strom durch, um dadurch den Wechselstrommotor 9 anzutreiben, und steuert die Stellung, die Drehzahl und den Strom des Motors. Es ist festzuhalten, dass der Strom des Wechselstrommotors 9 bei den Stromsensoren 59 und 60 (die unten erwähnt werden) im Inversumsetzer 7 erfasst wird, zur Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 zurückgeführt wird und in einer Berechnung eines Drehmoments oder dergleichen verwendet wird.
Die Leistungsversorgungsvorrichtung 1 empfängt eine elektrische Wechselstromleistung von der Stromversorgung 11, führt eine Umsetzung von einer Wechselspannung zu einer Gleichspannung beim Durchflussumsetzer 4 durch und gibt die Gleichspannung in die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 ein. Die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 führt einen Hochsetzbetrieb, einen Tiefsetzbetrieb oder einen Hochsetz-/Tiefsetz-Vorgang an der Gleichspannung durch, um dadurch die veränderbare Gleichspannung an den Inversumsetzer 7 anzulegen. Die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 wird durch die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 gesteuert. Die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 empfängt ein Signal E, das bei der Steuerschaltung 8 der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 berechnet wurde, und führt eine veränderbare Spannungssteuerung der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 derart durch, dass die Gleichspannung VPN der Speichervorrichtung 6 eine optimale Spannung wird. Zusätzlich ist die Speichervorrichtung 6 zwischen der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 und dem Inversumsetzer 7 installiert und speichert elektrische Energie, die von der Stromversorgung 11 geliefert wird, und regenerative Energie, die von der Pressmaschine 12 mittels des Motors 3, des Inversumsetzers 7 und dergleichen geliefert wird.
Nachfolgend wird die Übersicht des Betriebs der Gesamtsteuerung des elektrischen Leistungsumsetzsystems erläutert. Zunächst wird Energie, die in einer Trägheitslast der Pressmaschine 12 gespeichert ist, erläutert. Wenn er eine Motorantriebsanweisung von der übergeordneten Vorrichtung 13 erhält, startet der Motor 3 einen Anhebe- und Absenkbetrieb des Stößels 25 gemäß der Anweisung. Wenn der Stößel 25 den Anhebe- und Absenkbetrieb startet, wird die Menge von Speicherenergie einer Trägheitslast, die im Trägheitsmoment eines Abschnitts gespeichert ist, der den Motor 3 und einen Mechanismusabschnitt, der mit einer Last am Motor 3 verbunden ist, enthält, in Echtzeit berechnet.
Zusätzlich wird dann, wenn der Stößel 25 und die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 einen Anhebe- und Absenkbetrieb gemeinsam starten, die Menge der Speicherenergie einer Trägheitslast, die im Trägheitsmoment, das Abschnitte hinunter zur Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 enthält, gespeichert ist, in Echtzeit berechnet. Selbst wenn regenerative Energie zurückgeführt wird, sollte während des nächsten regenerativen Stopps die Überschreitung der Speicherkapazität der Speichervorrichtung 6 verhindert werden. Deswegen wird eine Steuerung derart durchgeführt, dass die Kapazität der bereits in der Speichervorrichtung 6 gespeicherten Energie gleichzeitig mit dem Starten einer Bewegung im Voraus verringert wird. Selbst wenn eine regenerative Stoppanweisung als eine Motorantriebsanweisung von der übergeordneten Vorrichtung 13 in dem Zustand gegeben wird, dass die Steuerung auf diese Weise durchgeführt wird und regenerative Energie tatsächlich zurückgeführt wird, kehrt der Zustand zurück zum Niveau des ursprünglichen Energiezustands vor dem Starten des Betreibens. Entsprechend wird die Speichervorrichtung 6 nicht überladen.
Es ist festzuhalten, dass die Speicherenergieberechnung, die oben erwähnt wird, durch die Speicherenergieberechnungsschaltung 14 in der Steuerschaltung 8 der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 durchgeführt wird und die Steuerung des optimalen Werts der Energiekapazität der Speichervorrichtung 6 bei der Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 mittels einer PN-Spannungsanweisung Vref, die hinsichtlich der Spannung der Speichervorrichtung 6 berechnet wird, durchgeführt wird.
Nachfolgend wird der genaue Betrieb der Speicherenergieberechnungsschaltung 14 der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 und der Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 erläutert. Signale, die von der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 eingegeben werden sollen, sind ein Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω und ein Drehmomenterfassungssignal Tq, die beim Codierer 10 erfasst werden, und das Trägheitsmoment J. Zunächst wird Energie, die in der Trägheitslast gespeichert ist, erläutert. Das Winkelgeschwindigkeitssignal ω des Motors 3 wird zur Berechnung des Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoments Tα bei einer Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung42 gemäß einer Berechnung (Formel 1), die oben beschrieben ist, verwendet. Die Ausgabe Tα der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 42 wird zur Multiplikation mit dem Winkelgeschwindigkeitssignal ω bei der Beschleunigungs-/Verzögerungsantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 43 verwendet, um das Produkt in (Formel 3), die oben beschrieben ist, zu berechnen, und die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Antriebsleistung Pα wird ausgegeben. Die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Antriebsleistung Pα wird für eine Berechnung verwendet, die bei einer Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 44 zur Integration in Bezug auf die Zeit gemäß (Formel 5), die oben beschrieben ist, durchgeführt wird, und die Trägheitslastspeicherenergie Eα wird ausgegeben. Es ist festzuhalten, dass die Beschleunigungs-/Verzögerungsantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 43 und die Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 44 in einem Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsblock 40 enthalten sind.
Nachfolgend wird Energie, die in einer Elastizitätslast gespeichert ist, erläutert. Das Drehmomenterfassungssignal Tq und die Ausgabe Tα der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 42 werden für eine Differenzberechnung verwendet, die bei einem Addierer/Subtrahierer 51 durchgeführt wird, der durch (Formel 2), die oben beschrieben ist, veranschaulicht ist, und das Elastizitätslastdrehmoment Td wird ausgegeben. Das Elastizitätslastdrehmoment Td und das Winkelgeschwindigkeitssignal ω werden für eine Berechnung bei einer Elastizitätslastantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 45 des Produkts in (Formel 4), die oben beschrieben ist, verwendet und die Elastizitätslastantriebsleistung Pd wird ausgegeben. Die Elastizitätslastantriebsleistung Pd wird für eine Berechnung bei einer Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 46 einer Integration in Bezug auf die Zeit gemäß (Formel 6), die oben beschrieben ist, verwendet und die Elastizitätslastspeicherenergie Ed wird ausgegeben. Es ist festzuhalten, dass die Elastizitätslastantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 45 und die Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 46 in einem Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsblock 41 enthalten sind.
Es ist festzuhalten, dass Signale, die in die Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 44 und die Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 46 eingegeben werden sollen, CLR1 und CLR2, die aus der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 ausgegeben werden, enthalten. Die Integrationslöschsignale CLR1 und CLR2 sind Signale zum Löschen von Ausgaben einer Integrationsberechnungsschaltung, d. h. der Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 44 oder der Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 46. Zusätzlich wird der Gesamtwert J des Rotorträgheitsmoments des Wechselstrommotors 9 und des Trägheitsmoments auf der Lastseite des Motors 3, das durch eine Umsetzung in das Moment hinsichtlich seiner Motorwelle erhalten wird, von der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 zur Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 42 ausgegeben.
Die Ausgabe Eα des Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsblocks 40 und die Ausgabe Ed des Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsblocks 41 werden für die Addition verwendet, die bei einem Addierer 50 gemäß (Formel 7), die oben beschrieben ist, durchgeführt wird, und die Summe wird als die Gesamtlastspeicherenergie E zur Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 ausgegeben. In der Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 wird der Wert Emax in einem Vollladungsenergie-Einstellblock 47 als die Energie eingestellt, die zu dem Zeitpunkt gespeichert sein soll, zu dem die Speichervorrichtung 6 vollständig geladen ist, und die Differenz zwischen dem Wert Emax und der Gesamtlastspeicherenergie E, die aus der Speicherenergieberechnungsschaltung 14 der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 ausgegeben wird, d. h. die zum Speichern in der Speichervorrichtung 6 geeignete Energie Eref, wird beim Addierer/Subtrahierer 51 gemäß (Formel 8), die oben beschrieben ist, hergeleitet.
Hier wird dann, wenn ein Elektrolytkondensator C als die Speichervorrichtung 6 verwendet wird, z.B. Eref, was eine Ausgabe des Addierers/Subtrahierers 51 ist, im Proportionalbeiwertblock mit k = 2/C, das durch (Formel 11), die oben beschrieben ist, veranschaulicht wird, multipliziert und dann wird in einer Quadratwurzelberechnungsschaltung 49 eine Quadratwurzelberechnung durchgeführt. Dies ergibt die Spannungsanweisung Vref hinsichtlich der Speichervorrichtung 6, die in (Formel 10), die oben beschrieben ist, veranschaulicht ist. Zusätzlich wird die Spannung VPN (PN-Spannung) über der Speichervorrichtung 6 in einen Widerstand 56 (der unten erwähnt wird), der einen Widerstandswert R1 besitzt, und einen Widerstand 57 (der unten erwähnt wird), der einen Widerstandswert R2 besitzt, die in Reihe geschaltet sind, geteilt und wird als ein Erfassungswert (eine Rückkopplungsspannung) Vf erfasst. Die Spannung VPN wird zurückgeführt, nachdem eine elektrische Isolierung bei einem Isolationsverstärker 18 durchgeführt wurde. Danach werden die Spannungsanweisung Vref und die Rückkopplungsspannung Vf für die Speichervorrichtung 6 einer Differenzberechnung Vref - Vf beim Addierer/Subtrahierer 51 unterworfen. Diese Differenzspannung wird einer Proportionalintegrationsberechnung bei einer PI-Steuereinheit 17 unterworfen und der Inversumsetzer 7 wird durch eine Ansteuerschaltung 61 (die unten erwähnt wird) der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 gesteuert. Dadurch wird die Ausgangsspannung VPN der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5, d. h. die Ausgangsspannung der Speichervorrichtung 6, einer Rückkopplungssteuerung gemäß dem Wert der Spannungsanweisung Vref unterworfen.
8 ist eine Figur, die ein Beispiel von Details des Durchflussumsetzers, der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung und der Speichervorrichtung der Leistungsversorgungsvorrichtung veranschaulicht, wenn eine Schaltung zum Durchführen eines Hochsetzbetriebs als die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung verwendet wird.
Das heißt, die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 in 8 kann als eine Hochsetz-Leistungsversorgungsschaltung bezeichnet werden, die einen Hochsetzbetrieb durchführt.
Der Durchflussumsetzer 4 richtet eine Wechselspannung, die von der Wechselstromversorgung 11 geliefert wird, unter Verwendung eines Vollwellengleichrichters 55 gleich und die Wechselspannung wird in eine etwa konstante Gleichspannung umgesetzt, die gemäß einer empfangenen Spannung bestimmt wird, und wird durch einen Glättungskondensator 52 geglättet. Die geglättete Gleichspannung ist mit einem Schaltelement 53 verbunden, das durch eine Hochsetzdrosselspule 58 bei der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5, die die Hochsetz-Leistungsversorgungsschaltung ist, wiederholt ein- und ausgeschaltet wird. Wenn das Schaltelement 53 eingeschaltet wird, nimmt ein Strom, der durch die Hochsetzdrosselspule 58 fließen soll, zu. Wenn das Schaltelement das nächste Mal ausgeschaltet wird, wird der Strom, der von der Hochsetzdrosselspule 58 zum Schaltelement 53 geflossen ist, zu einer Diode 54 geschaltet. Die Ausgangsspannung VPN wird aufgrund einer Spannung e = -L · (dl/dt), die über die Hochsetzdrosselspule 58 erzeugt wird, hochgesetzt und wird zu der Gleichspannung (der PO-N Spannung) addiert. Das Schaltelement 53 wird wiederholt ein- und ausgeschaltet und die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5, die eine veränderbare Steuerung einer Hochsetzspannung durch Ändern des Stromflussverhältnisses durchführen kann, wird gebildet. Der Glättungskondensator 52 ist als die Speichervorrichtung 6 mit dem Ausgang der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 verbunden und elektrische Energie, die von der Wechselstromversorgung 11 geladen wird, und regenerative Energie, die von der Lastseite regeneriert wird, werden in der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 gespeichert. Es ist festzuhalten, dass, obwohl der Glättungskondensator 52 für die Speichervorrichtung 6 in 8 verwendet wird, ein Elektrolytkondensator mit hoher Kapazität parallelgeschaltet sein kann, um die Kapazität zu erhöhen, und außerdem eine Sekundärbatterie, ein elektrischer Doppelschichtkondensator und dergleichen verwendet werden können.
9 ist eine Figur, die ein weiteres Beispiel von Details des Durchflussumsetzers, der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung und der Speichervorrichtung der Leistungsversorgungsvorrichtung veranschaulicht, wenn eine Schaltung zum Durchführen eines Tiefsetzbetriebs als die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung verwendet wird.
Das heißt, eine Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5A in 9 kann als eine Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung, die einen Tiefsetzbetrieb durchführt, bezeichnet werden.
Der Durchflussumsetzer 4 richtet eine Wechselspannung, die von der Wechselstromversorgung 11 geliefert wird, unter Verwendung des Vollwellengleichrichter 55 gleich und die Wechselspannung wird in eine etwa konstante Gleichspannung umgesetzt, die gemäß einer empfangenen Spannung bestimmt wird, und wird durch den Glättungskondensator 52 geglättet. Dann weist die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5A bei ihrem Eingang das Schaltelement 53, das wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, auf. Da dann, wenn das Schaltelement 53 eingeschaltet ist, eine Tiefsetzdrosselspule 58A und die Last in Reihe geschaltet sind, wird eine geteilte Spannung angelegt. Die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5A arbeitet als eine Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung, die eine veränderbare Steuerung einer Tiefsetzspannung durch Ändern des EIN/AUS-Stromflussverhältnisses durchführen kann. Der Glättungskondensator 52 ist an seinen Ausgängen mit der Speichervorrichtung 6 verbunden und elektrische Energie, die von der Wechselstromversorgung 11 geladen wird, und regenerative Energie, die von der Lastseite regeneriert wird, werden gespeichert. Die Kapazitiätszunahme des Glättungskondensators 52 ist ähnlich der, die unter Verwendung von 8 erläutert wurde.
10 ist eine Figur, die Details des Inversumsetzers und der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung veranschaulicht.
In 10 werden ein Wechselstromservoverstärker, ein Vektorsteuerungswechselrichter, ein Wechselrichter und eine DCBL-Steuereinheit in der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 verwendet und diese werden gemeinsam als die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 bezeichnet.
Im Inversumsetzer 7 enthält ein Zweig zwei Sätze einer Antiparallelschaltung des Schaltelements 53 und der Diode 54, die in Reihe geschaltet sind, und drei Zweige sind parallelgeschaltet, um einen Dreiphasenwechselrichter zu bilden. Es ist festzuhalten, dass, obwohl 10 ein Beispiel veranschaulicht, in dem ein Dreiphasenwechselrichter gebildet ist, ein weiterer Mehrphasenwechselrichter gebildet sein kann. Der mittlere Anschluss jedes Zweigs ist mit dem Motoranschluss des Motors 3 verbunden und ein U-Phasenstromsensor 59 und ein W-Phasenstromsensor 60 sind mit zwei Phasen (U-Phase bzw. W-Phase) davon verbunden. Es ist festzuhalten, dass der U-Phasenstromsensor 59 und der W-Phasenstromsensor 60 in einigen Fällen einfach als die Stromsensoren 59 und 60 beschrieben werden.
Ein Permanentmagnetmotor, ein induktiver Motor, ein bürstenloser Gleichstrommotor (DCBL-Motor) oder dergleichen wird als der Wechselstrommotor 9 verwendet. Es ist festzuhalten, dass der Wechselstrommotor nicht lediglich auf einen Permanentmagnetmotor oder einen induktiven Motor, der eine Drehachse beim Zentrum einer zylindrische Form besitzt, beschränkt ist. Zum Beispiel kann er ein Linearmotor sein, der eine Konfiguration besitzt, die durch Ausschneiden und Öffnen in eine Gerade des Wechselstrommotors 9 bei einem Ort auf der Seite des Stators auf dem Umfang gebildet ist und eine geradlinige Wechselbewegung durchführt, statt einen Drehabschnitt aufzuweisen. Als ein Wechselstromservoverstärker, ein Vektorsteuerungswechselrichter, ein Wechselrichter und eine DCBL-Steuereinheit, die den Linearmotor antreiben, können für den Wechselstrommotor 9 verwendet werden, ohne dass Änderungen an ihnen vorgenommen werden. Hinsichtlich eines Sensors werden im Fall des Linearmotors die Stellung und die Drehzahl statt durch den Codierer 10 durch einen linearen Sensormaßstab, der am festen Abschnitt installiert ist, und einen linearen Sensorkopf, der am sich bewegenden Abschnitt derart installiert ist, dass der lineare Sensorkopf dem Bewegungspfad zugewiesen ist, erfasst. Zusätzlich kann der Fall, dass ein Magnetpolpositionserfassungssignal eines Magneten nötig ist, durch Anbringen eines Magnetpolpositionssensors bewältigt werden. Es ist festzuhalten, dass der Linearmotor, der durch den Wechselstromservoverstärker angetrieben wird, auch als ein linearer Stellmotor bezeichnet wird. In der folgenden Erläuterung wird angenommen, dass der Wechselstrommotor 9 einen Linearmotor enthält, sofern es nicht anders angegeben ist.
Eine Ausgabe des Codierers 10, der an der Antriebswelle des Wechselstrommotors 9 angebracht ist, wird in eine Stellungs-/DrehzahljMagnetpolpositions-Berechnungsschaltung 62 eingeben, eine Drehzahl N, die eines der Berechnungsergebnisse ist, wird als Rückmeldung ausgegeben und ein Magnetpolpositionssignal θ, das ein weiteres der Berechnungsergebnisse ist, wird zur einer Dreiphasen/dq-Umsetzschaltung 68 und einer dq/Dreiphasen-Umsetzschaltung 66 ausgegeben.
Die Drehzahl N wird beim Addierer/Subtrahierer 51 verwendet, um ihre Abweichung ε = Ns - N von einer Drehzahlanweisung Ns in der Motorantriebsanweisung, die von der übergeordneten Vorrichtung 13 ausgegeben wurde und durch einen Moduswahlschalter 74 (Mod2) verlaufen ist, zu berechnen. Die Abweichung ε wird bei einer Drehzahlsteuerschaltung (ASR) 63 verstärkt, durchläuft einen Moduswahlschalter (Mod1) und wird als eine Drehmomentstromanweisung Iq ausgegeben. Es ist festzuhalten, dass ein Moduswahlschalter 73 (Mod1) die Motorantriebsanweisung zu einer Drehmomentanweisung Ts schaltet, wenn er eingeschaltet wird, und die Motorantriebsanweisung zu einer Stellungsanweisung oder einer Drehzahlanweisung schaltet, wenn er ausgeschaltet wird. Zusätzlich schaltet der Moduswahlschalter 74 (Mod2) die Motorantriebsanweisung zu einer Stellungsanweisung θs, wenn er eingeschaltet wird, und schaltet die Motorantriebsanweisung zur Drehzahlanweisung Ns, wenn er ausgeschaltet wird. Es ist festzuhalten, dass die übergeordnete Vorrichtung 13 eine Anweisung dahingehend, zu welchem Modus der Motorantriebsanweisung geschaltet wird, zu einer CPU 72 der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 gibt und die CPU 72 die Motorantriebsanweisung zum angewiesenen Modus schaltet. Das heißt, die CPU 72 steuert nicht nur die Ausgabe der Integrationslöschsignale CLR1 und CLR2, sondern steuert auch den gesamten Betrieb von 16 auf der Grundlage der Anweisung, die von der übergeordneten Vorrichtung 13 gegeben wird.
Ergebnisse des Erfassens durch die Stromsensoren 59 und 60 werden als Stromrückkopplungssignale luf und Iwf des Wechselstrommotors 9 in die Dreiphasen/dq-Umsetzschaltung 68 eingegeben und werden in ein negatives d-Achsenstrom-Rückkopplungssignal Idf und ein Drehmomentstromrückkopplungssignal Iqf, die zwei Vektorsignale hinsichtlich senkrechter dq Achsen sind, umgesetzt. Die Drehmomentstromanweisung Iq wird in den Addierer/Subtrahierer 51 eingegeben, der ihre Differenz vom Drehmomentstromrückkopplungssignal Iqf berechnet, und die Abweichung wird bei einer q-Achsenstromsteuerschaltung (ACR) 65 verstärkt. Eine d-Achsenstromanweisung Id ist eine Stromanweisung, wenn eine schwächere Feldsteuerung durchgeführt wird, und wird in den Addierer/Subtrahierer 51 eingegeben, der ihre Differenz vom negativen d-Achsenstrom-Rückkopplungssignal Idf berechnet, und die Abweichung wird bei der d-Achsenstromsteuerschaltung (ACR) 64 verstärkt. Eine d-Achsenstromanweisung Vd, die eine Ausgabe der d-Achsenstromsteuerschaltung (ACR) 64 ist, und eine q-Achsenspannungsanweisung Vq, die eine Ausgabe der q-Achsenstromsteuerschaltung (ACR) 65 ist, werden in die dq/Dreiphasen-Umsetzschaltung 66 eingegeben und werden in Dreiphasenspannungsanweisungen Vu, Vv und Vw umgesetzt. Die Dreiphasenspannungsanweisungen Vu, Vv und Vw werden zu einer PWM Schaltung 67 ausgegeben, verlaufen von der PWM-Schaltung 67 durch die Ansteuerschaltung 61 und werden als Gate-Signale ausgegeben, um die sechs Schaltelemente 53 des Inversumsetzers 7 anzusteuern. Dadurch wird der Motor 3 gesteuert, der Motorantriebsanweisung zu folgen.
Es ist festzuhalten, dass der Gesamtwert J = Jm + JI des Trägheitsmoments Jm des Wechselstrommotors 9 und des Trägheitsmoments JI auf der Lastseite des Motors 3, der durch eine Umsetzung in das Moment hinsichtlich seiner Motorwelle erhalten wird, durch Eingeben des Trägheitsmoments J, das der berechnete Wert ist, zu einem Parameter der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 während eines Testlaufs abgestimmt werden kann oder durch die automatische Abstimmfunktion für das Trägheitsmoment J durch die Testlauffunktion der elektrischen Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 abgestimmt werden kann. Zusätzlich können dann, wenn die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2 die Funktion des Abstimmens des Trägheitsmoments J in Echtzeit während des Betriebs (eine automatische Echtzeitabstimmungsfunktion) besitzt, Werte, die in Echtzeit abgestimmt werden, aktualisiert werden, selbst wenn sich das Trägheitsmoment J aufgrund der Funktion ändert. Die CPU 72 der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 kann das Trägheitsmoment J, das in einem Parameterbereich 75 durch das Abstimmen oder dergleichen gespeichert und aktualisiert wurde, zur Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 42 der Speicherenergieberechnungsschaltung 14 ausgegeben und das Trägheitsmoment J, das bei der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 42 verwendet werden soll, in Echtzeit aktualisieren. Hinsichtlich dieser Parameter ist festzuhalten, dass Werte zu dem Zeitpunkt, zu dem die Stromversorgung ausgeschaltet wird, von einem RAM Speicher in einen nichtflüchtigen Speicher geschrieben werden und aus dem nichtflüchtigen Speicher zum RAM Speicher ausgelesen werden, wenn die Stromversorgung das nächste Mal ausgeschaltet wird, und das aktualisierte Trägheitsmoment J fortlaufend verwendet wird.
11 ist eine Figur, die ein Beispiel der Wellenform der Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal des Stößelmotors veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform werden das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω und das Drehmomenterfassungssignal Tq des Stößelmotors aus der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 ausgegeben. Beim Ziehen wird ein Rohmaterial zwischen der Oberform auf der Seite des Stößels 25 und der Unterform auf der Seite der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 eingeklemmt und das Stößeldrehmoment von oben und die nach oben drückende Rückwirkungskraft von unten, die durch die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 erzeugt wird, legen eine Druckkraft sowohl von oben als auch von unten an das Rohmaterial an. Wie in 11 veranschaulicht ist, beginnt der Stößel 25 zu Beginn des Ziehens mit einer hohen Geschwindigkeit vom oberen Totpunkt zu sinken und wird zu einer Zwischengeschwindigkeit verzögert, unmittelbar bevor er mit der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 in Kontakt gelangt. Nachdem die Geschwindigkeit die Zwischengeschwindigkeit erreicht hat, wird das Ziehen gestartet, durchläuft der Stößel 25 den unteren Totpunkt und beginnt dann, anzusteigen. Nachdem der Stößel 25 von der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 getrennt wurde, wird das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω wieder zu einer hohen Geschwindigkeit beschleunigt und der Stößel 25 stoppt beim oberen Totpunkt. Hier wechselt, obwohl die Drehrichtung des Stößelmotors (Motor 3) ein unidirektionales Betreiben ist, die Betätigungsrichtung des Stößels 25 zwischen der sinkenden Richtung und der ansteigenden Richtung (siehe 6). Es ist festzuhalten, dass der Bereich des Zeitpunkts des Ziehens in 11 durch den Pfeil als der Zeitraum des Ziehens zur Zeit der Zwischengeschwindigkeit angegeben ist.
12 ist eine Figur, die ein Beispiel der Wellenform des Drehmomenterfassungssignals des Stößelmotors veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
Wie in 12 veranschaulicht ist, wird hinsichtlich des Stößeldrehmoments (des Drehmomenterfassungssignals) Tq, das zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ziehen nicht durchgeführt wird, erzeugt wird, während der Beschleunigung ein Beschleunigungsdrehmoment zur positiven Seite erzeugt und wird während der Verzögerung ein Verzögerungsdrehmoment zur negativen Seite erzeugt. Das heißt, ein Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment wird lediglich zu der Zeit erzeugt, zu der sich die Winkelgeschwindigkeit ändert. Im Zeitraum des Ziehens drückt der sinkende Stößel 25 allmählich die Druckluft in die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31. Entsprechend wird elastische Energie gespeichert und das Drehmoment (das Drehmomenterfassungssignal Tq) des Stößelmotors nimmt in der positiven Richtung allmählich zu. Obwohl das Pressdrehmoment beim unteren Totpunkt null wird, nimmt der Stößel 25 in diesem Zustand eine Rückwirkungskraft von der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 auf. Nachdem der Stößel 25 den unteren Totpunkt durchlaufen hat, um zu beginnen, anzusteigen, wird das Stößeldrehmoment (das Drehmomenterfassungssignal) Tq zum regenerativen Bremsdrehmoment, das in der negativen Richtung angelegt wird, um die Zwischengeschwindigkeit während des Aufnehmens der erhöhten Rückwirkungskraft der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 aufrechtzuerhalten. Wenn der Stößel 25 von der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 getrennt wird, wird die gespeicherte elastische Energie freigegeben und das regenerative Drehmoment nimmt rasch ab und wird null. Es ist festzuhalten, dass das Ziehkissendrehmoment bei dem Abschnitt in dem Bereich, der durch einen Pfeil als der Zeitraum des Ziehens in 12 angegeben wird, erzeugt wird.
13 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
Die Ausgangswellenform der Beschleunigungs-/VerzögerungsDrehmoment-Berechnungsschaltung 42 ist eine Wellenform, die durch Differenzieren des Winkelgeschwindigkeitserfassungssignals ω des Stößelmotors und Multiplizieren des Trägheitsmoments J erhalten wird. Entsprechend wird, wie in 13 veranschaulicht ist, die Ausgabe null, wenn das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω konstant ist, und das Ziehkissendrehmoment erscheint während des Zeitraums des Ziehens nicht, weil das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω konstant ist. Deswegen wird die Wellenform lediglich des Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoments des Stößelmotors als die Ausgangswellenform der Beschleunigungs-/VerzögerungsDrehmoment-Berechnungsschaltung 42 einzeln erhalten. Da das Erfassen einer Stromwellenform des Motors 3 normalerweise eine Wellenform ergibt, die alle Lastströme enthält, ist es unmöglich, lediglich das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment einzeln zu erfassen. Das heißt, eines der Merkmale der vorliegenden Ausführungsform ist, dass es möglich ist, lediglich das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment durch Berechnungen abzutrennen.
14 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform des Addierers/Subtrahierers veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
Die Ausgabe Td des Addierers/Subtrahierers 51 wird durch (Drehmomenterfassungssignal Tq) - (Beschleunigungs-/VerzögerungsDrehmoment Tα) repräsentiert. Zum Beispiel besteht dann, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine 12 mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird, das Hauptdrehmoment des Stößelmotors im Allgemeinen aus zwei Typen eines Drehmoments, die das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment, das ein Lastträgheitsmoment beschleunigt/verzögert, und das Ziehkissendrehmoment, das für ein Ziehen durch den Stößel 25 und die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 verwendet wird, sind. Das Drehmomenterfassungssignal Tq des Motors 3 enthält im Allgemeinen Drehmomentkomponenten von allen Lasten, die an den Motor 3 angelegt werden, jedoch wird, da das Ziehkissendrehmoment während des Ziehens gleich dem Elastizitätslastdrehmoment Td ist, das Elastizitätslastdrehmoment Td durch (Stößelmotordrehmoment (Drehmomenterfassungssignal) Tq) - (Beschleunigungs-/VerzögerungsDrehmoment Tα) berechnet, wie in 14 veranschaulicht ist.
Wie in 13 und 14, die oben erwähnt werden, veranschaulicht ist, besitzt die vorliegende Ausführungsform das Merkmal, dass das Stößelmotordrehmoment (das Drehmomenterfassungssignal) Tq als zwei einzelne Typen eines Drehmoments, die das Beschleunigungs-/VerzögerungsDrehmoment Tα, das gemäß der Trägheitslast erzeugt wird, und das Elastizitätslastdrehmoment Td, das gemäß der Elastizitätslast erzeugt wird, sind, erfasst wird.
15 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform der Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
Die Trägheitslastspeicherenergie Eα, die eine Ausgabe der Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 44 ist, wird durch die Beschleunigungs-/Verzögerungsantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 43 durch Multiplizieren des Winkelgeschwindigkeitserfassungssignals ω und des Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoments Tα des Stößelmotors, um die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Antriebsleistung Pα zu berechnen, und Integrieren der Beschleunigungs-/Verzögerungs-Antriebsleistung Pα in Bezug auf die Zeit berechnet. Energie wird lediglich dann mit der Trägheitslastspeicherenergie Eα, deren Wellenform in 15 veranschaulicht ist, integriert oder von ihr subtrahiert, wenn sich das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω (siehe 11) des Stößelmotors ändert. Entsprechend wird während des Zeitraums des Ziehens dann, wenn das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω konstant ist, d. h. zu der Zeit, zu der das Ziehkissendrehmoment erzeugt wird, die Energie nicht integriert.
16 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform der Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
Die Elastizitätslastspeicherenergie Ed, die eine Ausgabe der Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 46 ist, wird durch die Elastizitätslastantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 45 durch Multiplizieren der Winkelgeschwindigkeit ω und des Elastizitätslastdrehmoments Td des Stößelmotors, um die Elastizitätslastantriebsleistung Pd zu berechnen, und Integrieren der Elastizitätslastantriebsleistung Pd in Bezug auf die Zeit berechnet. Die Elastizitätslastspeicherenergie Ed, deren Wellenform in 16 veranschaulicht ist, besitzt eine Wellenform mit einer Form, die durch Integrieren der Wellenform (siehe 14) des Elastizitätslastdrehmoments Td erhalten wird, weil das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal ω des Stößelmotors bei der Zwischengeschwindigkeit während des Zeitraums des Ziehens konstant ist.
Wie in 15 und 16, die oben erwähnt werden, veranschaulicht ist, besitzt die vorliegende Ausführungsform das Merkmal, dass die Trägheitslastspeicherenergie Eα, die im Stößelmotor und seiner Last gespeichert ist, und die Elastizitätslastspeicherenergie Ed, die in der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 gespeichert ist, einzeln berechnet werden.
17 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform des Addierers in der Speicherenergieberechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
Wie in 17 veranschaulicht ist, besitzt die Gesamtlastspeicherenergie E, die eine Ausgabe des Addierers 50 ist, eine Wellenform, die selbst durch miteinander Addieren der Trägheitslastspeicherenergie Eα (siehe 13) und der Elastizitätslastspeicherenergie Ed (siehe 14) erhalten wird.
18 ist eine Figur, die ein Beispiel der Ausgangswellenform der Spannungsanweisungsberechnungsschaltung veranschaulicht, wenn das Ziehen mit der Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen durchgeführt wird.
Die Ausgabe der Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 ist die Ausgangsspannungsanweisung Vref zum Steuern der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5. Bei der Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 subtrahiert zunächst der Addierer/Subtrahierer 51 die Gesamtlastspeicherenergie E, die eine Ausgabe der Speicherenergieberechnungsschaltung 14 (d. h. die Ausgabe des Addierers 50) der Steuerschaltung 8 ist, von der Energie Emax, die zu dem Zeitpunkt gespeichert wird, wenn die Speichervorrichtung 6 vollständig geladen ist. Die Energie Emax, die zu dem Zeitpunkt gespeichert wird, wenn die Speichervorrichtung 6 vollständig geladen ist, ist der Höchstwert zu dem Zeitpunkt, zu dem die Speichervorrichtung 6 vollständig geladen ist, und ist ein konstanter Wert. Entsprechend wird die Ausgabe des Addierers/Subtrahierers 51 von einem Wert in der Einheit Energie (J) in einen Wert in der Einheit Spannung (V) umgesetzt, nachdem sie einen Proportionalbeiwertblock 48, der eine Multiplikation mit dem Proportionalbeiwert k (= 2/C) durchführt, und eine Quadratwurzelberechnungsschaltung 49 passiert hat. Als Ergebnis wird die Ausgangsspannungsanweisung Vref als eine Wellenform erhalten, die durch Subtrahieren der Wellenform der Gesamtspeicherenergie E (siehe 17) vom konstanten Wert erhalten wird, wie in 18 veranschaulicht ist.
Wie in 18 veranschaulicht ist, wird beim Ziehen zunächst zusammen mit Änderungen des Winkelgeschwindigkeitserfassungssignals ω, Beschleunigung → hohe Geschwindigkeit → Zwischengeschwindigkeit, wenn der Stößelmotor eine Absenkbewegung durchführt, die Spannung Vref der Speichervorrichtung 6 in Vorbereitung für einen unmittelbaren Start der Regeneration allmählich abgesenkt, da Energie während der Beschleunigung allmählich in der Trägheitslast gespeichert wird, bis die hohe Geschwindigkeit erreicht wird. Die Spannung Vref wird aufrechterhalten, während der Winkelgeschwindigkeitserfassungswert ω konstant ist, und während der Verzögerung, bis die Zwischengeschwindigkeit erreicht ist, wird, da ein Teil der Energie regeneriert wird, die Spannung Vref um die Menge, die der Energie, die regeneriert werden soll, entspricht, derart erhöht, dass sie näher bei der ursprünglichen Spannung liegt. Während des nächsten Ziehens nimmt die Elastizitätslastenergie, die von der Stromversorgung 11 geliefert wird, in der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 zu und somit wird die Spannung Vref der Speichervorrichtung 6 um einen größeren Teil abgesenkt. Zusätzlich verwandelt sich dann, wenn die Gesamtenergie E ihren Spitzenwert überschritten hat, die Elastizitätslastenergie in regenerative Energie und deshalb kehrt die Spannung Vref der Speichervorrichtung 6 dieses Mal zurück zum Anstiegszustand. Dann, wenn das Ziehen endet, wird der Betrieb der Trägheitslastspeicherenergie erneut gestartet und ein Betrieb ähnlich dem während des anfänglichen Hochgeschwindigkeitsbetreibens wird in der Reihenfolge Zwischengeschwindigkeit → hohe Geschwindigkeit → Stopp durchgeführt.
Wie in 11 bis 18, die oben erwähnt werden, veranschaulicht ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Spannungsanweisung Vref der Speichervorrichtung 6 in Übereinstimmung mit Energie, die in der Trägheitslast gespeichert werden soll, und Energie, die in der Elastizitätslast gespeichert werden soll, veränderbar gesteuert.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 19 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform werden lediglich ihre Differenzen von der ersten Ausführungsform erläutert. Elemente bei dem Ziehen, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, die ähnlich denen der ersten Ausführungsform sind, erhalten dieselben Bezugszeichen und ihre Erläuterungen werden unterlassen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Leistungsversorgungsvorrichtung in die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung eingebaut und die Spannung der Speichervorrichtung wird auf der Grundlage der Trägheitslastspeicherenergie veränderbar gesteuert.
19 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein elektrisches Energiespeicherelement 6A statt der Speichervorrichtung 6 in der ersten Ausführungsform verwendet und eine Spritzgussmaschine wird als eine Last durch den Motor angetrieben.
In 19 enthält eine elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2A des elektrischen Leistungsumsetzsystems in der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: den Durchflussumsetzer 4, die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5, das elektrische Energiespeicherelement 6A, den Inversumsetzer 7, die Steuerschaltung 8 und die Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15. Zusätzlich enthält die Steuerschaltung 8 eine Speicherenergieberechnungsschaltung 14A (eine Berechnungsschaltung) und eine Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16A.
Die Speicherenergieberechnungsschaltung 14A in der vorliegenden Ausführungsform ist konfiguriert, das Beschleunigungs-/VerzögerungsDrehmoment Tα, das eine Ausgabe der Beschleunigungs-/VerzögerungsDrehmoment-Berechnungsschaltung 42 ist, und das Elastizitätslastdrehmoment Td (eine Ausgabe des Addierers/Subtrahierers 51) zur Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16A auszugegeben. Im Allgemeinen spiegelt ein Drehmomenterfassungssignal des Motors Drehmomentkomponenten von allen Lasten, die an den Motor angelegt werden, wider. Dagegen werden, da es in der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, zwei Typen eines Drehmoments, die das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment Tα, das gemäß der Trägheitslast erzeugt wird, und das Elastizitätslastdrehmoment Td, das gemäß der Elastizitätslast erzeugt wird, sind, zu trennen, das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment Tα und das Elastizitätslastdrehmoment Td zur Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16A zurückgeführt. Die Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16A besitzt die Funktion des Aufnehmens des Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoments Tα und des Elastizitätslastdrehmoments Td von der Speicherenergieberechnungsschaltung 14A, d. h. die getrennte Drehmomentüberwachungsfunktion.
Zusätzlich gibt die Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16A das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment Tα und das Elastizitätslastdrehmoment Td, die aufgenommen wurden, zur übergeordneten Vorrichtung 13 aus. Die übergeordnete Vorrichtung 13 verwendet das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment Tα und das Elastizitätslastdrehmoment Td, um als ein Versuch des Energiesparens zu prüfen, welche Antriebsleistung verringert werden soll. Das heißt, durch Durchführen eines Betreibens unter verschieden geänderten Bedingungen wie
z.B. einer abgesenkten Trägheitslastsantriebsleistung oder einer abgesenkten Elastizitätslastantriebsleistung oder einer verschiedenen Taktzeit oder einem verschiedenen Elastizitätslastdrehmoment ist es möglich, eine Prüfung unter Bezugnahme auf das Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment Tα und das Elastizitätslastdrehmoment Td, die einzeln messbar sind, auszuführen.
Es ist festzuhalten, dass eine Einspritzwelle 34 einer Spritzgussmaschine 35 in 19 als eine Last für allgemeine Industriemaschinen veranschaulicht ist. Da die Einspritzwelle 34 als eine Motorlast dann, wenn ein Trägheitslast ausgeschlossen wird, weder eine Elastizitätslast noch eine Schwerkraftlast ist und keine Energie speichert, hält die Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 46 CLR2, das das Integrationslöschsignal 2 ist, immer eingeschaltet und setzt ihre Ausgabe zu null, um deaktiviert zu sein. Allerdings wird die Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 44 aktiviert, um eine Energiespeicherberechnung durchzuführen. Die Integrationslöschsignale CLR1 und CLR2 können von einer externen Vorrichtung als Parameter derart gesetzt werden, dass sie sind immer eingeschaltet gehalten werden, und können derart gesetzt werden, dass sie eingeschaltet werden, wenn die Last eine ist, die keine Energie speichern kann. Zusätzlich kann die Einstellung zum Einschalten auch von der übergeordneten Vorrichtung 13 durchgeführt werden.
Sonst ist die Konfiguration ähnlich der in der ersten Ausführungsform.
Selbst wenn regenerative Energie zur elektrischen Energiespeichervorrichtung zurückgeführt wird, wird die elektrische Energiespeichervorrichtung in der vorliegenden Erfindung nicht überladen. Entsprechend ist es dann, wenn das elektrische Energiespeicherelement 6A
(z.B. ein Elektrolytkondensator) als die elektrische Energiespeichervorrichtung verwendet wird, möglich, die Marge der oberen Beschränkung des Spannungsbereichs, der für das elektrische Energiespeicherelement 6A voreingestellt ist, zu verringern, um die obere Beschränkung des Spannungsbereichs zu erhöhen und die speicherbare Energie zu erhöhen, ohne die Kapazität des Elektrolytkondensators zu erhöhen, wodurch ermöglicht wird, den Verlust weiter zu verringern. Entsprechend können der Durchflussumsetzer 4, die Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 und das elektrische Energiespeicherelement 6A (der Elektrolytkondensator) ähnlich der vorliegenden Ausführungsform in die elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung 2A eingebaut werden.
Zusätzlich werden der Block bis zur Ausgabe der geeigneten Spannung Vref der Speicherenergieberechnungsschaltung 14 in der Steuerschaltung 8 und dem elektrischen Energiespeicherelement 6A (dem Elektrolytkondensator) der Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15, die in 19 veranschaulicht ist, und die PI-Steuereinheit 17 durch einen Softwareprozess realisiert und werden durch die CPU 72 der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16A verarbeitet. Entsprechend ist es nicht nötig, eine neue CPU hinzuzufügen.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 20 und 21 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform werden lediglich ihre Differenzen von der ersten Ausführungsform erläutert. Elemente bei dem Ziehen, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, die ähnlich denen der ersten Ausführungsform sind, erhalten dieselben Bezugszeichen und ihre Erläuterungen werden unterlassen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird als die Motorlast eine Pressmaschine 12A mit installiertem Servoziehkissen verwendet, die den Stößel 25 und eine Servoziehkissenvorrichtung 32 besitzt und getrennte Stromversorgungen als Leistungsversorgungssysteme für den Stößel 25 und die Servoziehkissenvorrichtung 32 verwendet.
20 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
In der Konfiguration, die in 20 veranschaulicht ist, wird die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 in der ersten Ausführungsform (7) durch die Servoziehkissenvorrichtung 32 ersetzt, wird eine Rückwirkungskraft durch einen Ziehkissenmotor 103 von unten aufgebracht und wird der Ziehkissenmotor 103 durch eine elektrische Leistungsumsetzvorrichtung 121 für Ziehkissenmotoren (einen Wechselstromeingang) gesteuert.
Der Ziehkissenmotor 103 besitzt einen Codierer 110, der in einen Wechselstrommotor 109 eingebaut ist. Zusätzlich wird, da eine elektrische Motorleistungsumsetzschaltung 107 der elektrischen Leistungsumsetzvorrichtung 121 für Ziehkissenmotoren (eines Wechselstromeingangs) eine eingebaute Funktion (die nicht dargestellt ist) als ein Durchflussumsetzer, ein Inversumsetzer und dergleichen besitzt, elektrische Leistung von der Wechselstromversorgung 11, die eine elektrische Dreiphasenwechselstromleistung liefert, geliefert und der Eingang des Inversumsetzers erhält eine konstante Gleichspannung. Das heißt, die elektrische Motorleistungsumsetzschaltung 107 ist eine normale elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung ohne eine Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung.
Es ist festzuhalten, dass ein Draht zur Lieferung elektrischer Leistung von der Wechselstromversorgung 11 in 20 durch eine Linie veranschaulicht ist, über der drei schräge Linien gezeichnet sind, um anzugeben, dass die Linie ein Dreiphasendraht ist. Zusätzlich besitzt eine Steuerschaltung 108 der elektrischen Leistungsumsetzvorrichtung 121 für Ziehkissenmotoren eine Konfiguration ähnlich der Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16 (siehe 10), die in der ersten Ausführungsform veranschaulicht ist, und besitzt nicht die Funktion der Speicherenergieberechnungsschaltung 14. Es ist festzuhalten, dass die Steuerschaltung 108 der elektrischen Leistungsumsetzvorrichtung 121 für Ziehkissenmotoren (eines Wechselstromeingangs) eine Motorantriebsanweisung von der übergeordneten Vorrichtung 13 erhält und eine Rückwirkungskraft mittels einer Drehmomentsteuerung erhält, weil eine Oberform und eine Unterform ein Rohmaterial während des Zeitraums des Ziehens im Betriebsmodus des Ziehkissenmotors 103 einklemmen. Diese Drehmomentsteuerung gibt dasselbe Drehmoment als eine Rückwirkungskraft aus, das erzeugt wird, wenn die Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 verwendet wird. Es ist festzuhalten, dass das Betreiben mittels einer Stellungssteuerung oder einer Drehzahlsteuerung in Zeiträumen außer dem Zeitraum des Ziehens durchgeführt wird.
21 ist eine Figur zum schematischen Erläutern der Struktur der Pressmaschine mit installiertem Servoziehkissen gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Verglichen mit der Pressmaschine 12 mit installiertem Pneumatikziehkissen (siehe 3), die in der ersten Ausführungsform veranschaulicht ist, besitzt die Pressmaschine 12A mit installiertem Servoziehkissen in 21 die Servoziehkissenvorrichtung 32 statt der Pneumatikziehkissenvorrichtung 31 und besitzt den Ziehkissenmotor 103, der die Servoziehkissenvorrichtung 32 antreibt.
Sonst ist die Konfiguration ähnlich der in der ersten Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 22 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform werden lediglich ihre Differenzen von der dritten Ausführungsform erläutert. Elemente bei dem Ziehen, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, die ähnlich denen der dritten Ausführungsform sind, erhalten dieselben Bezugszeichen und ihre Erläuterungen werden unterlassen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Servoziehkissenvorrichtung 32 in der Pressmaschine 12A mit installiertem Servoziehkissen in der dritten Ausführungsform mit elektrischer Leistung von dem Eingang der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 (mit anderen Worten dem Ausgang des Durchflussumsetzers 4) versorgt.
22 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
In 22 ist die Eingangsstromversorgung einer elektrischen Leistungsumsetzvorrichtung 121A für Ziehkissenmotoren (der Gleichstromeingang) zwischen der Eingangsseite PO-N der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 in der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 verbunden. Das heißt, da die elektrische Leistungsumsetzvorrichtung 121A für Ziehkissenmotoren (der Gleichstromeingang) mit dem Ausgang des Durchflussumsetzers 4 verbunden ist, ist sie ein Gleichstromversorgungseingang und eine elektrische Motorleistungsumsetzschaltung 107A muss keine Funktion als ein Durchflussumsetzer aufweisen.
Sonst ist die Konfiguration ähnlich der in der dritten Ausführungsform.
Da der Motor 3 (der im Folgenden auch als ein Stößelmotor 3 beschrieben wird) und der Ziehkissenmotor 103 ein Drehmoment in derartigen Richtungen erzeugen, dass sie gegeneinander drücken, während das Ziehen und Schneiden durchgeführt wird, ist der Betriebsmodus des Ziehkissenmotors 103 ein regeneratives Betreiben, wenn der Stößelmotor 3 in Richtung des Antreibens läuft. Umgekehrt ist dann, wenn der Stößelmotor 3 in Richtung der Regeneration läuft, der Betriebsmodus des Ziehkissenmotors 103 das antreibende Betreiben. Zum Beispiel ist die Zeit, in der der Betriebsmodus des Stößelmotors 3 das antreibende Betreiben ist, die Zeit, in der gewünscht ist, dass diese elektrische Leistung von der Seite der Stromversorgung 11 geliefert wird, und zu dieser Zeit ist der Betriebsmodus des Ziehkissenmotors 103 das regenerative Betreiben und es liegt eine überschüssige Zufuhr elektrischer Leistung von der Stromversorgung vor. Da die elektrische Leistungsumsetzvorrichtung 121A für Ziehkissenmotoren (der Gleichstromeingang) keine Funktion als eine Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung aufweist, ist der Spannungspegel derselbe wie der Spannungspegel des Stößelmotors 3. Entsprechend können beide mit dem Durchflussumsetzer 4 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 verbunden werden. In diesem Zustand kann die regenerative elektrische Leistung des Ziehkissenmotors 103 z.B. bei der Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung 5 hochgesetzt werden und als elektrische Antriebsleistung für den Stößelmotor 3 geliefert werden und somit kann die Zufuhr elektrischer Leistung von der Seite der Stromversorgung 11 verringert werden oder überhaupt unnötig gemacht werden, wodurch ermöglicht wird, ein Energiesparen zu erreichen.
Zusätzlich wurde als ein entgegengesetzter Fall dann, wenn der Betriebsmodus des Stößelmotors 3 der Regenerationsbetrieb ist, die Spannung der Speichervorrichtung 6 bereits in Erwartung eines regenerativen Zustands abgesenkt und somit startet die Regeneration bei der Spannung. Da der Betriebsmodus des Ziehkissenmotors 103 zu diesem Zeitpunkt das antreibende Betreiben ist, kann elektrische Leistung von der Seite der Stromversorgung 11 geliefert werden und elektrische Leistung wird nicht von beiden geliefert.
Wie oben erwähnt wurde, werden Antreiben und Regeneration in einer ausgeglichenen Weise während des Ziehen und Schneidens wechselseitig geschaltet. Entsprechend wird die Gleichspannung PO-N der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 nahezu konstant gehalten, egal welche Seite sich im regenerativen Zustand befindet. Deswegen ist es vorteilhaft, dass keine Probleme vorliegen, selbst wenn ein Betreiben durchgeführt wird, während die Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 46 deaktiviert ist, d. h. das Löschsignal CLR2 eingeschaltet ist. Es ist festzuhalten, dass es, da am Ende des Ziehens und Schneidens Energie in der Trägheitslast im Stößelmotor 3 gespeichert ist, nötig ist, ein Betreiben durchzuführen, während die Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 44 aktiviert ist (das Löschsignal CLR1 ausgeschaltet ist).
Fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 23 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform werden lediglich ihre Differenzen von der ersten Ausführungsform erläutert. Elemente bei dem Ziehen, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, die ähnlich denen der ersten Ausführungsform sind, erhalten dieselben Bezugszeichen und ihre Erläuterungen werden unterlassen.
Die vorliegende Ausführungsform veranschaulicht einen Fall, in dem eine Hebe-/Absenkvorrichtung als eine Last durch den Motor angetrieben wird.
23 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
In der vorliegenden Ausführungsform,
In 23 enthält die Hebe-/Absenkvorrichtung 82 in der vorliegenden Ausführungsform die Zugmaschine 76 (siehe 5). Die Hebe-/Absenkvorrichtung 82 ist eine Last, deren regenerativer Zustand am einfachsten als eine Schwerkraftlast zu erklären ist. Es wird angenommen, dass die Anhebe-/Absenklast in der vorliegenden Ausführungsform keine Anhebe-/Absenk-Maschine ist, die ein Anheben und Absenken über eine große Entfernung in Richtung der Schwerkraft durchführt, sondern eine Hebe-/Absenkvorrichtung für einen Eimer oder Gegenstände auf einem Boden, eine Hebe-/Absenkvorrichtung zum Bewegen enthaltener Teile zwischen höheren und tieferen Regalen und ein vertikales Transportmittel von Teilen in einer Vorrichtung ist. Wenn die Gegenstände 77 angehoben werden, ist der Betriebsmodus des Motors 3 das antreibende Betreiben, weil die Betätigung in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft durchgeführt wird, und wenn die Gegenstände 77 abgesenkt werden, ist der Betriebsmodus des Motors 3 das regenerative Betreiben, weil die Gegenstände 77 abgesenkt werden, während das Fallen der Gegenstände 77 unterbunden wird.
Zusätzlich ist in 23 im Vergleich mit der Speicherenergieberechnungsschaltung 14 (siehe 7) in der ersten Ausführungsform der Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsblock 41 durch einen Schwerkraftlastspeicherenergie-Berechnungsblock 79 in einer Speicherenergieberechnungsschaltung 14B (einer Berechnungsschaltung) ersetzt. Zusätzlich besitzt der Schwerkraftlastspeicherenergie-Berechnungsblock 79 eine Schwerkraftlastantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 80 und eine Schwerkraftlastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 81. Allerdings ist das Schwerkraftlastdrehmoment Tw wie durch (Formel 12), die oben beschrieben ist, veranschaulicht ist, gleich Tq - Tα, die Schwerkraftlastsantriebsleistung Pw wird bei der Schwerkraftlastantriebsleistungs-Berechnungsschaltung 80 berechnet und die Schwerkraftlastspeicherenergie Ew wird bei der Schwerkraftlastspeicherenergie-Berechnungsschaltung 81 berechnet.
Die Ausgabe Eα des Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsblocks 40 und die Ausgabe Ew des Schwerkraftlastspeicherenergie-Berechnungsblocks 79 werden beim Addierer 50 miteinander addiert und die Gesamtlastspeicherenergie E wird zur Spannungsanweisungsberechnungsschaltung 15 der Leistungsversorgungsvorrichtung 1 ausgegeben.
Sonst ist die Konfiguration ähnlich der in der ersten Ausführungsform.
In der somit konfigurierten vorliegenden Ausführungsform kann auch die Spannungsanweisung Vref der Speichervorrichtung 6, die in (Formel 17), die oben beschrieben ist, veranschaulicht ist, entsprechend der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Sechste Ausführungsform
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 24 erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform werden lediglich ihre Differenzen von der ersten Ausführungsform erläutert. Elemente bei dem Ziehen, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, die ähnlich denen der ersten Ausführungsform sind, erhalten dieselben Bezugszeichen und ihre Erläuterungen werden unterlassen.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält der Motor einen Linearmotor und einen Codierer.
24 ist eine Figur, die ein Beispiel des elektrischen Leistungsumsetzsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
In 24 enthält ein Motor 3C einen Linearmotor 9C und einen Stellungssensor (einen Lineargeber; einen Hallsensor) 10C zum Erfassen der Stellung des Linearmotors 9C.
Physikalische Größen, die mit dem Linearmotor 9C der vorliegenden Ausführungsform in Beziehung stehen, und physikalische Größen, die mit dem Wechselstrommotor 9, der in der ersten Ausführungsform veranschaulicht ist, in Beziehung stehen, besitzen die folgenden Entsprechungen. Das heißt, die Geschwindigkeit v (m/s), der Schub Fq (N), die Masse M (kg) und (1/2)Mv^2 des Linearmotors 9C entsprechen der Winkelgeschwindigkeit ω (rad/s), dem Drehmoment Tq (N · m), dem Trägheitsmoment J (kg - m^2) bzw. der Trägheitslastenergie (1/2)Jω^2 des Wechselstrommotors 9 (d. h. des Drehstellmotors).
Zusätzlich werden die Trägheitslastsantriebsleistung Pα, die Fahrantriebsleistung Pd, die Trägheitslastenergie Eα und die Fahrenergie Ed (entsprechend (Formel 3) bis (Formel 6), die jeweils oben beschrieben sind, im Fall des Wechselstrommotors 9) in Bezug auf den Linearmotor 9C, der durch (Formel 24) bis (Formel 27), die jeweils unten beschrieben sind, repräsentiert.
[Gleichung 24] $P_{α} = M \cdot v (\frac{d v}{d t}) (W)$

[Gleichung 25] $P_{d} = F_{q} \cdot v (W)$
In (Formel 25), die oben beschrieben ist, gilt Bewegungsgeschwindigkeit v (m/s) = dl/dt und immer der Schub Fq (N).
[Gleichung 26] $\begin{array}{l} E_{α} = \int (P_{α}) d t \\ = \int {M \cdot v (\frac{d v}{d t})} d t \\ = \frac{1}{2} \cdot M \cdot v^{2} (J) \end{array}$

[Gleichung 27] $\begin{array}{l} E_{d} = \int (P_{d}) d t \\ = \int (F_{q} \cdot v) d t (J) \end{array}$
Das heißt, in 24 wird im Vergleich mit der Speicherenergieberechnungsschaltung 14 (siehe 7) in der ersten Ausführungsform die Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 42 in Bezug auf das Trägheitsmoment J durch eine Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 142 in Bezug auf die Masse M in einer Speicherenergieberechnungsschaltung 14C (einer Berechnungsschaltung) ersetzt. In einer Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung 16C wird die Masse M zur Beschleunigungs-/Verzögerungs-Drehmoment-Berechnungsschaltung 142 ausgegeben und ein Schub Fq wird statt einem Motorlastdrehmoment Tq ausgegeben.
Sonst ist die Konfiguration ähnlich der in der ersten Ausführungsform.
Wie oben erwähnt wird, kann eine Steuerung entsprechend der ersten Ausführungsform durchgeführt werden, selbst wenn der Linearmotor verwendet wird.
<Zusätzliche Hinweise>
Es ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Änderungsbeispiele und Kombinationen in dem Umfang enthält, der nicht von ihrem Hauptinhalt abweicht. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Ausführungsformen beschränkt, die alle Konfigurationen enthalten, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen erläutert werden, und enthält Ausführungsformen, aus denen einige der Konfigurationen entfernt werden. Zusätzlich kann jede Konfiguration, Funktion oder dergleichen, die oben beschrieben wird, durch Entwerfen eines Teils von oder der gesamten Konfiguration, Funktion oder dergleichen in einer integrierten Schaltung oder durch weitere Mittel realisiert werden. Zusätzlich kann jede Konfiguration, Funktion oder dergleichen, die oben beschrieben wird, durch Software realisiert werden, indem ein Prozessors verwendet wird, ein Programm zu interpretieren und auszuführen, um die Funktion der Konfiguration, Funktion oder dergleichen zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1:: Leistungsversorgungsvorrichtung
2, 2A:: elektrische Motorleistungsumsetzvorrichtung (elektrische Leistungsumsetzvorrichtung)
3:: Motor
3C:: Linearmotor
4:: Durchflussumsetzer
5:: Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung (Hochsetz-Leistungsversorgungsschaltung, Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung)
6:: elektrische Energiespeichervorrichtung
6A:: elektrisches Energiespeicherelement
7:: Inversumsetzer (elektrischer Leistungsumsetzabschnitt)
8, 108:: Steuerschaltung (Steuerabschnitt)
9:: Wechselstrommotor
9C:: Wechselstrommotor (Linearmotor)
10:: Codierer
10C:: Stellungssensor (Lineargeber, Hallsensor)
11:: Wechselstromversorgung
12:: Pressmaschine mit installiertem Pneumatikziehkissen
12A:: Pressmaschine mit installiertem Servoziehkissen
13:: übergeordnete Vorrichtung
14, 14A, 14B, 14C:: Speicherenergieberechnungsschaltung (Berechnungsschaltung)
15:: Spannungsanweisungsberechnungsschaltung
16, 16A:: Stellungs-/Drehzahl-/Strom-Steuerschaltung
17:: Steuereinheit
18:: Isolationsverstärker
20:: Stößelmotor
21:: Stößelantriebsmittel
22:: Kurbelwelle
23:: exzentrischer Kurbelabschnitt
24:: Pleuelstange
25:: Stößel
26:: Stößelstellleiste
27:: Polster
28:: Lager
29:: Oberform
30:: Unterform
31:: Pneumatikziehkissenvorrichtung
32:: Servoziehkissenvorrichtung
34:: Einspritzwelle
35:: Spritzgussmaschine
40:: Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsblock
41:: Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsblock
42, 142:: Beschleunigungs-/Verzögerungsdrehmoment-Berechnungsschaltung
43:: Beschleunigungs-/Verzögerungsantriebsleistungs-Berechnungsschaltung
44:: Trägheitslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung
45:: Elastizitätslastantriebsleistungs-Berechnungsschaltung
46:: Elastizitätslastspeicherenergie-Berechnungsschaltung
47:: Vollladungsenergie-Einstellblock
48:: Proportionalbeiwert
49:: Quadratwurzelberechnungsschaltung
50:: Addierer
51:: Addierer/Subtrahierer
52:: Glättungskondensator
53:: Schaltelement
54:: Diode
55:: Vollwellengleichrichter
56:: Widerstand
58:: Hochsetzdrosselspule
58A:: Tiefsetzdrosselspule
59:: U-Phasenstromsensor (Stromsensor)
60:: W-Phasenstromsensor (Stromsensor)
61:: Ansteuerschaltung
62:: Stellungs-/Drehzahl-/Magnetpolpositions-Berechnungsschaltung
63:: Drehzahlsteuerschaltung (ASR)
64:: Achsenstromsteuerschaltung (ACR)
65:: Achsenstromsteuerschaltung (ACR)
66:: Phasenumsetzschaltung
67:: Schaltung
68:: Umsetzschaltung
73, 74:: Moduswahlschalter
75:: Parameterbereich
76:: Zugmaschine
77:: Gegenstände (oder Eimer, um Gegenstände und dergleichen aufzunehmen)
78:: Seil
79:: Schwerkraftlastspeicherenergie-Berechnungsblock
80:: Schwerkraftlastantriebsleistungs-Berechnungsschaltung
81:: Schwerkraftlastspeicherenergie-Berechnungsschaltung
82:: Hebe-/Absenkvorrichtung
103:: Ziehkissenmotor
107, 107A:: elektrische Motorleistungsumsetzschaltung
109:: Wechselstrommotor
110:: Codierer
120:: Motorlast
121, 121A:: elektrische Leistungsumsetzvorrichtung für Ziehkissenmotoren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011200048 A [0003]

Claims

Elektrisches Leistungsumsetzsystem, das Folgendes umfasst: eine elektrische Leistungsumsetzvorrichtung, die elektrische Leistung zu einem Motor liefert; und eine Leistungsversorgungsvorrichtung, die elektrische Leistung zur elektrischen Leistungsumsetzvorrichtung liefert, wobei die elektrische Leistungsumsetzvorrichtung einen elektrischen Leistungsumsetzabschnitt, der elektrischen Leistung umsetzt, einen Steuerabschnitt, der den elektrischen Leistungsumsetzabschnitt steuert, und einen Stromerfassungsabschnitt, der einen Strom im elektrischen Leistungsumsetzabschnitt erfasst, besitzt, die Leistungsversorgungsvorrichtung eine Speichervorrichtung, die elektrische Leistung gemäß einer Spannung speichert, eine Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung, die die Spannung der Speichervorrichtung auf der Grundlage einer Spannungsanweisung ändert, und eine Berechnungsschaltung, die Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, berechnet und die berechnete Energie als die Spannungsanweisung zur Hochsetz-/Tiefsetz-Leistungsversorgungsschaltung ausgibt, besitzt, der Steuerabschnitt die antreibende Energie oder die regenerative Energie des Motors unter Verwendung von Informationen von einem Codierer, der im Motor enthalten ist, und eines Stromwerts, der durch den Stromerfassungsabschnitt erfasst wird, berechnet und die Berechnungsschaltung Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, auf der Grundlage der antreibenden Energie oder der regenerativen Energie des Motors, die durch den Steuerabschnitt berechnet wird, berechnet.
Elektrisches Leistungsumsetzsystem nach Anspruch 1, wobei der Steuerabschnitt eine Winkelgeschwindigkeit und ein Drehmoment des Motors unter Verwendung der Informationen vom Codierer und des Stromwerts, der durch den Stromerfassungsabschnitt erfasst wird, berechnet und die antreibende Energie oder die regenerative Energie des Motors unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeit und des Drehmoments und eines voreingestellten Trägheitsmomentwerts berechnet.
Elektrisches Leistungsumsetzsystem nach Anspruch 1, wobei die Berechnungsschaltung die Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, derart berechnet, dass eine Menge elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, aufgrund der regenerativen Energie eine maximale elektrische Leistungsmenge wird.
Elektrisches Leistungsumsetzsystem nach Anspruch 1, wobei der Steuerabschnitt die regenerative Energie auf der Grundlage der Trägheitsenergie, die im Motor gespeichert ist, und einer elastischen Energie, die in einer Motorlast, die durch den Motor angetrieben wird, gespeichert ist, berechnet.
Elektrisches Leistungsumsetzsystem nach Anspruch 1, wobei der Steuerabschnitt die regenerative Energie auf der Grundlage der Trägheitsenergie, die in einer Motorlast, die durch den Motor angetrieben wird, gespeichert ist, und der Gravitationsenergie, die in der Motorlast gespeichert ist, berechnet.
Elektrisches Leistungsumsetzsystem nach Anspruch 2, wobei der Trägheitsmomentwert zu einer Zeit eines Testlaufs oder einer automatischen Echtzeitabstimmung des Motors gespeichert wird.
Motorsteuerverfahren, das Folgendes umfasst: eine Prozedur zum Umsetzen elektrischer Leistung, die über eine Speichervorrichtung, die elektrische Leistung speichert, geliefert wird, und liefern der umgesetzten elektrischen Leistung zu einem Motor; eine Prozedur zum Berechnen der antreibenden Energie oder der regenerativen Energie des Motors unter Verwendung von Informationen von einem Codierer, der im Motor enthalten ist, und eines Werts eines Stroms, der zum Motor geliefert wird; eine Prozedur zum Berechnen der Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, auf der Grundlage der berechneten antreibenden Energie oder der berechneten regenerativen Energie des Motors; und eine Prozedur zum Ändern der elektrischen Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, auf der Grundlage eines Berechnungsergebnisses der Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, wobei eine Winkelgeschwindigkeit und ein Drehmoment des Motors unter Verwendung der Informationen vom Codierer und des Werts des Stroms, der zum Motor geliefert wird, berechnet werden und die antreibende Energie oder die regenerative Energie des Motors unter Verwendung der berechneten Winkelgeschwindigkeit und des berechneten Drehmoments und eines voreingestellten Trägheitsmomentwerts berechnet wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, wobei die Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, derart berechnet wird, dass eine Menge elektrischer Energie, die in der Speichervorrichtung gespeichert werden soll, aufgrund der regenerativen Energie eine maximale elektrische Leistungsmenge ist.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, wobei die regenerative Energie auf der Grundlage der Trägheitsenergie, die im Motor gespeichert ist, und der elastischen Energie, die in einer Motorlast, die durch den Motor angetrieben wird, gespeichert ist, berechnet wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 7, wobei die regenerative Energie auf der Grundlage der Trägheitsenergie, die in einer Motorlast, die durch den Motor angetrieben wird, gespeichert ist, und der Gravitationsenergie, die in der Motorlast gespeichert ist, berechnet wird.
Motorsteuerverfahren nach Anspruch 8, wobei der Trägheitsmomentwert zu einer Zeit eines Testlaufs oder einer automatischen Echtzeitabstimmung des Motors gespeichert wird.