JP2010167497A - ダイクッション駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス機のダイクッション駆動装置をサーボモータにより電動化し、そのサーボモータの回生エネルギーを電源に戻すことによりエネルギーの節約を実現する。
【解決手段】プレス機のダイクッション（５２）を駆動する駆動源としてのサーボモータ（１１）と、そのサーボモータからの回生エネルギーを交流電源（１３）へ回生する回生機能付き電源回路（１２）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はプレス機のダイクッション駆動装置に関し、特にサーボモータにより電動化したダイクッション駆動装置に関する。

従来のプレス機のダイクッションの駆動源としては油圧を用いていた。
図５は従来のプレス機のダイクッション駆動装置の構成を示す側面図である。同図において、５１は板金等の被加工物（図示せず）を押下するために上下に移動するスライド、５２は上記被加工物に対して上方に圧力をかけるダイクッション、５３はスライド５１を駆動するモータ、５４はモータの回転エネルギーを上下運動のエネルギーに変換する機構、５５はその上下運動エネルギーをスライド５１に与えるアーム、５６は油圧シリンダ、５７は油圧パイプ、５８は油圧装置である。
力行時は、モータ５３からのエネルギーによりスライド５１が下方に移動し、且つ油圧装置５８から油圧パイプ５７を通って油圧シリンダ５６に油が伝達されることによりダイクッション５２は上側に押し上げられて、被加工物が加工される。

上記従来の油圧式ダイクッション駆動方式では、スライド５１からダイクッション５２への力が、ダイクッション５２からスライド５１への力より上回っている場合には図示太線矢印の方向にエネルギーが伝達されて油圧装置５８から熱として放熱されていたので、エネルギーが無駄に消費されていたという課題があった。
本発明の目的は、ダイクッション駆動装置をサーボモータにより電動化し、そのサーボモータの回生エネルギーを電源に戻すことによりエネルギーの節約を実現することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様においては、プレス機のダイクッションを駆動する駆動源としてのサーボモータからの回生エネルギーを交流電源へ回生する回生機能付き電源回路を備えることを特徴としたダイクッション駆動装置が提供される。

本発明の第２の態様においては、回生機能付き電源回路は、交流電源からの交流を直流に変換するコンバータ回路と変換された直流をサーボモータに供給する交流に変換するインバータ回路とを備えたインバータ装置である。

本発明の第３の態様においては、コンバータ回路は、ダイオードとトランジスタとの対からなる素子を備え、ダイオードはトランジスタのエミッタとコレクタの間に順方向に接続されており、コンバータ回路の素子は、ダイオードの定格電流に対し、トランジスタの定格電流を大きくしている。

本発明の第４の態様においては、インバータ回路はダイオードとトランジスタとの対からなる素子を備え、ダイオードはトランジスタのエミックとコレクタの間に順方向に接続されており、インバータ回路の素子は、トランジスタの定格電流に対し、ダイオードの定格電流を大きくしている。

本発明の第５の態様においては、回生機能付き電源回路は、素子による電源回生機能が機能しなくなった場合でも、抵抗回生手段を備えることにより、ダイクッションの機能を維持するようにした。

本発明の第６の態様においては、回生機能付き電源回路はマトリクスコンバータである。

本発明の第７の態様においては、コンバータ回路は、電源電流を正弦波に制御する正弦波コンバータ回路である。

本発明の第１及び第２の態様によれば、プレス機のダイクッションは、スライドが持つエネルギーを動作サイクル毎に受け取るため、ダイクッションを駆動するサーボモータの動作の殆どは回生動作となる。そのため、そのエネルギーを、サーボモータを経由してインバータ装置から交流電源側に戻し、そのエネルギーが他の装置で利用される事で、省エネ化を達成できるという効果が得られる。

本発明の第３及び第４の態様においては、インバータ装置の設計において力行動作時にインバータ装置を流れる電流の大きさよりも回生動作時にインバータ装置を流れる電流の大きさが大きくなるように素子を構成することにより、サーボモータの動作に合わせた最適な設計を行う事で、インバータ装置の小型化および低価格化が実現出来るという効果も得られる。

本発明の第５の態様によれば、抵抗回生機能を併せ持つ事で、電源異常時などの電源回生機能が機能しなくなった場合でも、スライド側からのエネルギーを受け止め、ダイクッションの機能を維持する事で機械へのダメージを低減する事が出来るという効果が得られる。

本発明の実施例によるプレス機のダイクッション駆動装置の構成を示す側面図である。 図１に示したインバータ装置１２の１実施例による回路を示す回路図である。 図１に示したインバータ装置１２の他の実施例による回路を示す回路図である。 本発明のさらに他の実施例による回生機能付き電源回路を示す回路図である。 従来のプレス機のダイクッション駆動装置の構成を示す側面図である。

図１は本発明の実施例によるプレス機のダイクッション駆動装置の構成を示す側面図である。同図において、図５に示した従来の構成と同一部分には同一の参照番号を付してあり、ここでは説明を省略する。本実施例では、ダイクッション５２を駆動するためのサーボモータ１１と、サーボモータ１１に交流電力を供給するインバータ装置１２と、力行時にインバータ装置１２に電力を供給する三相交流電源１３とが設けられている。サーボモータ１１の回転エネルギーはボールねじ１４を介してダイクッション５２の軸１５に上下の運動エネルギーとして与えられる。

力行時には、モータ５３からのエネルギーによりスライド５１が下方に移動し、且つインバータ装置１２は三相交流電源１３からの交流をサーボモータ１２の駆動に最適な周波数および振幅を持った交流に変換してサーボモータ１１を駆動し、それによりダイクッション５２を上方向に押し上げる。
モータ５４からのエネルギーがサーボモータ１１からのエネルギーより大きい場合や、サーボモータの制動時等の回生時には、図示太線矢印の方向に回生エネルギーが流れて三相交流電源に回生される。この時の回生エネルギーＥはモータ５３がスライド５１に与える力Ｆとスライド５１の移動距離Ｌとの積である。

図２は図１に示したインバータ装置１２の１実施例による回路を示す回路図である。同図において、インバータ装置１２は三相交流電源１３からの三相交流を直流に変換するコンバータ回路２１と、その直流を平滑するコンデンサ２２と、平滑された直流をサーボモータ１１の駆動に最適な周波数の交流に変換するインバータ回路２３とを備えている。

コンバータ回路２１はダイオードとトランジスタを並列接続した６個の素子２１１〜２１６と制御回路２１７とからなっている。素子２１１〜２１６の各々はＮＰＮトランジスタとダイオードとを並列接続して構成されている。即ち、ＮＰＮトランジスタのエミッタとコレクタの間にダイオードが順方向に接続されている。トランジスタ２１１のエミッタとトランジスタ２１２のコレクタが接続されており、トランジスタ２１３のエミッタとトランジスタ２１４のコレクタが接続されており、トランジスタ２１５のエミッタとトランジスタ２１６のコレクタが接続されている。それらの接続点には三相交流電源１３の各相が接続されている。トランジスタ２１１、２１３、２１５のコレクタは接続されており、トランジスタ２１２、２１４、２１６のエミッタは接続されており、トランジスタ２１１〜２１６のベースには制御回路２１７から回生時にそれらのトランジスタを適切なタイミングでオンにする制御信号が供給される。

インバータ回路２３はダイオードとトランジスタを並列接続した６個の素子２３１〜２３６と制御回路２３７とからなっている。素子２３１〜２３６の各々もはＮＰＮトランジスタとダイオードとを並列接続して構成されている。即ち、ＮＰＮトランジスタのエミッタとコレクタの間にダイオードが順方向に正極が接続されている。トランジスタ２３１のエミッタとトランジスタ２３２のコレクタが接続されており、トランジスタ２３３のエミッタとトランジスタ２３４のコレクタが接続されており、トランジスタ２３５のエミッタとトランジスタ２３６のコレクタが接続されている。それらの接続点にはサーボモータ１１の各相が接続されている。トランジスタ２３１、２３３、２３５のコレクタは接続されており、トランジスタ２３２、２３４、２３６のエミッタは接続されており、トランジスタ２３１〜２３６のベースには制御回路２３７から力行時にそれらのトランジスタを適切なタイミングでオンにする制御信号が供給される。

次に図２に示した回路の動作を説明する。力行時には三相交流電源１３からの三相交流は素子２１１〜２１６のダイオードを流れることにより直流化される。これを平滑コンデンサ２２で平滑化し、インバータ回路にてサーボモータ１１の駆動に最適な周波数の交流に変換するように制御回路２３７からトランジスタ２３１〜２３６のベースに制御信号を供給し、それにより得られた交流をサーボモータ１１の各相に供給する。

回生時には、サーボモータ１１からの回生電流は図示太線矢印の方向に流れ、インバータ回路２３内では主としてダイオード内を流れ、コンバータ２１内では主としてトランジスタ内を流れて三相交流電源１３に回生される。

したがって、インバータ回路２３においては回生動作時により多くの期間、電流が流れるダイオードの許容電流の大きさをトランジスタのそれより大きくし、コンバータ回路２１においては回生動作時により多くの期間、電流が流れるトランジスタの許容電流の大きさをダイオードのそれより大きくする。このように、素子の設計を素子の使用条件を考慮し最適にする事で、発熱を低減させ装置の小型化が図られる。

図３は図１に示したインバータ装置１２の他の実施例による回路を示す回路図である。同図において、図２と異なるところは、抵抗放熱体３１と、スイッチング用トランジスタ３２と、制御回路３３とからなる抵抗回生手段が追加されていることである。抵抗放熱体３１の一方の端子は素子２１１、２１３、２１５、２３１、２３３、２３５の中のトランジスタのコレクタに接続されている。抵抗発熱体３１の他方の端子はＮＰＮトランジスタ３２のコレクタに接続されている。ＮＰＮトランジスタ３２のエミッタは素子２１２、２１４、２１６、２３２、２３４、２３６のコレクタに接続されている。ダイクッション駆動時には制御回路３３からの制御信号は、トランジスタ３２のベースに供給されてトランジスタ３２が導通状態になっている。この抵抗回生手段を設けたことにより、電源異常時などの電源回生機能が機能しなくなった場合でも、スライド５１の側からのエネルギーを受け止め、ダイクッションの機能を維持する事で機械へのダメージを低減する事ができる。

図２および図３の回路において、制御回路２１７および２３７による制御はPWM制御で行うが、本発明はPWM制御に限定されず他の任意のパルス制御で同様の回生動作が実現可能である。

また、本発明の他の実施例によれば、制御回路２１７および２３７による制御は、電源回生時の電源電流を正弦波に制御する正弦波コンバータを用いてもよい。

図４は本発明のさらに他の実施例による回生機能付き電源回路を示す回路図である。同図において、この回生機能付き電源回路は、AC-AC変換器であるマトリクスコンバータである。このマトリクスコンバータはサーボモータ１１のU相に接続された３つの双方向スイッチ４１と、V相に接続された３つの双方向スイッチ４２と、W相に接続された３つの双方向スイッチ４３と、三相交流電源のR相に接続されたインダクタ４４と、S相に接続されたインダクタ４５と、T相に接続されたインダクタ４６と、R相とS相の間に接続されたコンデンサ４７と、S相とT相の間に接続されたコンデンサ４８と、R相とT相の間に接続されたコンデンサ４９と、双方向スイッチ４１，４２及び４３を制御する制御回路４１１を備えている。双方向スイッチ４１、４２及び４３の第１のものは三相交流電源１３のR相側に接続されており、第２のものは三相交流電源１３のS相側に接続されており、第３のものは三相交流電源１３のT相側に接続されている。

双方向スイッチの各々は、２つのNPNトランジスタを並列接続して構成されている。即ち、NPNトランジスタ４１２のエミッタとNPNトランジスタ４１３のコレクタを接続し、NPNトランジスタ４１２のコレクタとNPNトランジスタ４１３のエミッタを接続して構成されている。

動作において、制御回路４１１からPWM制御信号等の適切な制御信号を双方向スイッチに与えることにより、力工時にはNPNトランジスタ４１２に電流が流れ、回生時にはNPNトランジスタ４１３に電流が流れて、力行時にはサーボモータ１１に適切な交流電流が供給され、回生時には図示太線矢印の方向に回生エネルギーが流れ、三相交流電源１３に戻される。

本発明によりプレス機のダイクッションを駆動するインバータ装置に電源回生機能を持たせたので、電源エネルギーの省エネ化が実現できる。

１１ サーボモータ
１２ インバータ装置
１３ 三相交流電源
２１ コンバータ回路
２３ インバータ回路
３１ 抵抗放熱体
３２ トランジスタ
３３ 制御回路
４１〜４３ 双方向スイッチ
５１ スライド
５２ ダイクッション

Claims (5)

1. プレス機のダイクッションをサーボモータで駆動し、該プレス機のスライドからのエネルギーがダイクッションへ伝達され、該サーボモータが回生動作を行うダイクッション駆動装置において、
   該サーボモータからの回生エネルギーを、交流電源へ回生し、かつ、交流電源からの交流を直流に変換し、さらに、電源電流を正弦波に制御する正弦波コンバータと、前記変換された直流を前記サーボモータに供給する交流に変換するインバータ回路とを備えたモータ駆動装置を適用することを特徴としたダイクッション駆動装置。
2. 前記正弦波コンバータは、ダイオードとトランジスタとの対からなる素子を備え、
   前記ダイオードは前記トランジスタのエミッタとコレクタの間に順方向に接続されており、
   前記正弦波コンバータの素子は、ダイオードの許容電流に対し、トランジスタの許容電流を大きくした事を特徴とする請求項１に記載のダイクッション駆動装置。
3. 前記インバータ回路は、ダイオードとトランジスタとの対からなる素子を備え、
   前記ダイオードは前記トランジスタのエミッタとコレクタの間に順方向に接続されており、
   前記インバータ回路の素子は、トランジスタの許容電流に対し、ダイオードの許容電流を大きくした事を特徴とする請求項１に記載のダイクッション駆動装置。
4. 前記正弦波コンバータは、前記素子によるサーボモータからの回生エネルギーを、交流電源へ回生しなくなった場合でも、抵抗回生手段を備えることにより、ダイクッションの機能を維持することを特徴とする請求項１に記載のダイクッション駆動装置。
5. 前記モータ駆動装置は、マトリクスコンバータである請求項１に記載のダイクッション駆動装置。

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