JP2011062725A - プレス機械及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ安価な構成でありながら、様々な要求特性に応じてプレス能力を可変に制御可能なプレス機械を提供する。
【解決手段】 本発明は、モータ１によりスライド６を駆動するプレス機械であって、モータ１の駆動を制御する制御装置を備えると共に、モータの界磁制御を利用してプレス機械の能力を可変制御可能に構成する。具体的には、スライド６を昇降可能かつ可変位置／速度制御する交流モータ１と、交流モータ１を駆動する電力変換器２１と、電力変換器を制御する制御装置を備え、能力設定部２０１ａでプレス能力の設定を行う。この選択に応じて、モータ１１のトルク指令制限２０４を実施し、トルク指令制限部２０４からの実トルク指令に応じてｄ／ｑ軸電流指令部２０５から電流指令を出す。これよって、交流モータ１の界磁制御を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プレス機械及び制御方法に関する。

例えば、特許文献１などに記載されているように、サーボプレス装置は、スライドの動作がさまざまな要求によって可変制御でき、その運転パターンを選択できることに特徴がある。

サーボプレス装置においては、適用するサーボモータの能力でプレス装置のトルク能力（下死点手前何ミリのところで、どれだけの圧力の発生が可能であるかという能力）や、そのときに達成し得るプレス動作速度（ＳＰＭ）が決まる。

すなわち、モータの最高回転速度や最大トルク特性によりプレス装置のトルク能力と生産速度の特性が決まるため、適用するモータではそれぞれ不足するときは、サーボモータとリニアモータの複数のモータを用いて加圧したり（特許文献２等参照）、プレス装置の工程によって複数のモータを切換えて使用する方法が提案されている（特許文献３等参照）。

特開２００６−１９２４６７号公報 特開２００１−１５０１９３号公報 特開２００８−１１９７３７号公報

特許文献２や特許文献３に記載された方法は、プレス加工を含むプレス工程の目的を達成することができるが、モータを複数使い、使い分けるために装置が複雑になるといった惧れがある。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、様々な要求特性に応じてトルク能力（或いは往復運動するスライドの１行程内における加圧力発生特性（以下、行程圧力特性とも称する））や生産速度などのプレス機械の能力（プレス能力）を可変に制御可能なプレス機械及び制御方法を提供することにある。

本発明は、モータによりスライドを駆動するプレス機械であって、
前記モータの駆動を制御する制御装置を備えると共に、モータの界磁制御を利用してプレス能力を可変制御可能に構成したことを特徴とする。

本発明において、前記プレス能力には、プレス機械のトルク能力（或いは行程圧力特性）が含まれることを特徴とすることができる。

本発明において、前記プレス能力には、ＳＰＭ或いはスライドの移動速度が含まれることを特徴とすることができる。

本発明において、前記プレス能力の可変制御は、スライド位置に対する加圧力発生特性、ワークに作用する最大加圧力、最大加圧力発生時の加工速度、最大加圧力を発生させる能力発生位置の少なくとも１つを可変制御することによりなされることを特徴とすることができる。

本発明において、プレス能力の可変制御の内容に基づいて、モータへのトルク指令に制限を加えることを特徴とすることができる。

本発明において、前記モータが交流モータである場合に、「モータの回転速度」及び／または「トルク指令」及び／または「モータを駆動する電力変換器の直流電圧」に基づいてｄ軸電流に関連する情報を取得して界磁制御を行うことを特徴とすることができる。

本発明において、プレス機械の運転パターンに応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とすることができる。

本発明において、作業頻度に応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とすることができる。

また、本発明は、モータによりスライドを駆動するプレス機械の制御方法であって、
前記モータの駆動を制御する一方で、モータの界磁制御を利用してプレス能力を可変制御可能に構成したことを特徴とする。

本発明において、プレス機械の運転パターンに応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とすることができる。

本発明において、作業頻度に応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とすることができる。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成とし、モータや制御装置、電源設備の大型化や複雑化を抑制しながら、様々な要求特性に応じてトルク能力（或いは往復運動するスライドの１行程内における加圧力発生特性（行程圧力特性））や生産速度などのプレス能力を可変に制御可能なプレス機械及び制御方法を提供することができる。

本発明では、例えば、界磁制御を利用してトルク能力（ワークに作用する加圧力の発生能力）を可変に制御可能であり、更には界磁制御を利用してモータの出力を可変に制御することで、プレスストローク中においてトルク能力（ワークに作用する加圧力の発生能力）を連続的に変更制御することができる。

なお、本発明においては、プレス加工の要求の中で、トルク能力を重視するか、加圧時の作業速度を重視するかによって能力を選択することなどが可能である。

また、本発明のようにプレス機械の能力の可変制御を可能にした場合でも、その可変制御の内容に応じてモータへのトルク指令に制限を加えるようにすれば、設定最大加圧力を越えないプレス機械を実現できる。

本発明が適用されるプレス機械の構成例である。 本発明の実施例１、２、３に係る制御装置の制御ブロック図である。 同上実施例の制御方式のｄ／ｑ軸電流指令の設定例を示す図（マップ）である。 図３のｄ／ｑ軸電流指令の有無（界磁制御の有無）によるモータ回転速度に対する最大（発生）トルクの特性の相違を例示した図である。 同上実施例の制御方式を適用したプレス機械のスライド動作の特性設定例を示す図である。 同上実施例の制御方式を適用したプレス機械のスライド動作の他の特性設定例を示す図である。 図６の特性を実現するトルク指令制限の例を示す図である。 同上実施例の制御方式を適用したプレス機械のスライド動作のさらに別の特性設定例を示す図である。 図８の特性を実現するトルク指令制限の例を示す図である。 本発明の実施例４に係る制御装置の制御ブロック図である。 同上実施例の制御方式のｄ軸電流指令の設定例を示す図（マップ）である。 本発明の実施例５に係る制御装置の制御ブロック図である。 同上実施例の制御方式のｄ軸電流指令の設定例を示す図（マップ）である。 図１３のｄ／ｑ軸電流指令の有無（界磁制御の有無）によるモータ回転速度に対する最大（発生）トルクの特性の相違を例示した図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図１〜図１１に基づいて説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明が適用される一例として簡易表現したサーボプレス機械を示す。
ここでは、プレス機械として、クランク機構を利用してサーボモータの出力である回転運動をスライドの往復運動に変換する構成のクランクプレスに適用した例を示す。交流モータ１の軸１Ｓに接続されたギヤ２にメインギヤ３が噛み合わされ、メインギヤ３にはクランク機構（クランク軸４、コンロッド５）が接続されている。

スライド６は、クランク機構により、静止側のボルスタ７に対して、図１中矢印方向に昇降（接離）可能に形成されている。

クランク軸４は、交流モータ１の正転、逆転、速度可変制御に連動して回転駆動されるので、定常的で一方向にのみ回転されるクランク機構によるスライド６のモーション（以下、スライド６のモーション（動作）をスライドモーションとも称する）以外のスライドモーションや、静止を含む成形体に適合したスライドモーションや、あるいは、正逆振り子モーションなど各種スライドモーションを自在に設定でき、これらの各種スライドモーションから適宜に選択して切替使用が可能である。

このために、プレス成形体に対する加工精度、更には生産性などに対する適応性を拡大できる。

交流モータ１としては、永久磁石を用いた同期モータや、誘導モータ、リラクタンスモータなどが利用できる。さらに、交流モータでなく直流モータを採用することもできる。ここでは、交流モータ１は永久磁石同期モータとして説明する。

また、図１はクランクプレスを例にとったが、他の構造のプレス機械、例えば、ボールネジを利用したものや、リニアモータを利用した構造でもよい。

図２は、図１のサーボプレス機械の制御を行なう装置の実施例を示す。
実施例１は、モータの最大発生（出力）トルクは同じであるが、界磁制御により、その発生位置（スライド６の下死点上位置（クランク角度位置））を変更、すなわちスライド６の下死点上位置（クランク角度位置）に対するトルクの発生態様を変更するようにした一例である。

なお、界磁制御については、モータ（電動機）の場合は回転速度が所定以上の高速回転速度域に入ると逆起電力（発電電圧）が増大して制御が困難となり出力低下を招くため、弱め界磁制御として界磁を弱めるなどの種々の手法が提案されており、本実施例ではこのような既知の界磁制御手法を利用することができる。

インバータ２１の直流側は図示しない直流電源に接続され、インバータ２１に電力が供給される。インバータ２１の交流側は交流モータ１に接続され、インバータ２１からの可変周波数、可変電圧の交流電圧により交流モータ１は駆動される。交流モータ１の回転速度や回転位置はエンコーダ２２で検出される。

次に制御装置について説明する。制御系はディジタル回路で構成され、演算はＣＰＵにより行われ、演算に必要なプログラムやパラメータはメモリに格納されている。この制御システムの構成は周知なので詳述は省略する。

交流モータ１に対する回転位置／回転速度の指令（以下、単に位置／速度指令とも称する）は、モーション指令部２０２から出される。モーション指令部２０２からの信号は次のようにして設定され出力される。

能力設定部２０１ａにおいて、プレス機械に要求される最大加圧力及びその発生位置（下死点上位置）、すなわちプレス機械のトルク能力が選択される。

さらに、加工条件にあわせたプレス運転パターンなどが運転条件設定部２０１で設定される。起動信号が入力されると設定されたプレス運転パターン、すなわちこれを実現するモータ運転パターンとして、交流モータ１を駆動するためのモーション指令がモーション指令部２０２から出力される。
能力設定部２０１ａについては後で詳述する。

位置／速度制御部２０３は、モーション指令部２０２からの位置／速度指令、およびエンコーダ２２からのフィードバック信号によって動作し、交流モータ１へのトルク指令を出力する。この信号はトルク制限部２０４に入力される。

トルク制限部２０４では、能力設定部２０１ａで選択された条件に従って実際に交流モータ１に与えるトルク指令に制限を加えることができるように機能する。位置／速度制御部２０３からのトルク指令信号が制限内であればトルク制限部２０４ではトルク制限を実施しない。ここでは、トルク制限部２０４の出力を実トルク指令と呼ぶ。トルク制限部２０４からの実トルク指令はｄ／ｑ軸電流指令部２０５に入力され、交流モータ１のｄ軸電流、ｑ軸電流を指令する信号が出力される。

図２のｄ／ｑ軸電流指令部２０５は、実トルク指令信号とモータ回転速度に応じてｄ／ｑ軸の電流指令を出力する。

図３は、トルク制限部２０４からの実トルク指令とモータ回転速度とに基づいて、マップ等を参照して、ｄ／ｑ軸電流指令部２０５において設定される信号（ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令）の設定例の一例を示す。ここでは、実トルク指令に対してモータ発生トルクが大きくなり、かつ、回転速度Ｎに対してモータの端子電圧が所定値を越えないように制御するパターンとしている。

図３に示したように、ｄ軸電流指令はモータ回転速度が増加すると負の値で絶対値が大きくなり、また、トルク指令が増加すると負の値で絶対値が大きくなるように決められる。このように、ｄ軸電流指令値が決められると（図３中に示す（式１））によって、ｑ軸電流指令値が決められる。図示のｄ軸電流指令のパターンは一例であって、モータの構造や所望トルク制御精度によって、理論式での計算、あるいは、簡易式での計算、実験式や実験値などが適宜選択される。図３中の（式１）の演算も同様に一例であり、この演算をせずに近似計算や実験式により求めてもよい。また、これらの実際のｄ／ｑ軸電流指令は、式によって演算しても、メモリマップを利用したパターンで実現してもよく、制御系の構成によって適宜選択される。

このようなｄ／ｑ軸電流指令により交流モータ１が制御されるが、図３のパターンにより永久磁石モータの磁束が変化する所謂交流モータの界磁制御を実現している。
ここでは、交流モータ１が永久磁石同期モータの場合について示したが、巻線型同期モータの場合は界磁巻線電流制御で界磁制御が実施できる。さらに界磁巻線電流制御とｄ／ｑ軸電流制御を併用してもよい。また、誘導モータ、リラクタンスモータの場合も同様の考え方で実施できる。さらに、直流モータの界磁巻線電流制御とすることもできる。

一方、交流モータの界磁制御は、直交座標上でｄ／ｑ軸電流指令として与えるのではなく、円筒座標上で電流の大きさと位相の指令として与えることによっても実現できる。

ここで、図３のようにｄ／ｑ軸電流を制御した場合のモータの回転速度と最大トルクの関係の一例を図４に示す。なお、図４において破線で示す曲線は、図３のようなｄ／ｑ軸電流を制御しない場合（界磁制御を行わない場合）におけるモータの回転速度と最大トルクの関係の一例を示している。

図４において実線で示したように、ｄ／ｑ軸電流を制御（界磁制御を実行）した場合には、回転速度が零からＮＡとなるＡ点まで最大トルクＴＡが保たれるが、ＮＡより回転速度が上がると、回転速度が上昇するに連れて最大トルクは低下し、回転速度ＮＢではＢ点のトルクＴＢとなる。
すなわち、回転速度零から回転速度ＮＡまでは電流制限で決まる最大トルクＴＡ、回転速度ＮＡ以上の回転速度域では電流および電圧制限で決まるトルクカーブを描く。このような界磁制御により回転速度ＮＡより高速側でも所定以上のトルクの発生を保証することができる。

界磁制御を実施しない場合、すなわち、ｄ軸電流指令＝０のときは、図４において破線で示したように、速度が零からＮＡまでの最大トルクはＴＡよりやや低下し、さらに、速度ＮＡより高速域では発生トルクは急激に低下して、速度ＮＡより高速域ではトルクの発生は期待できない。

図２に戻って、ｄ／ｑ軸電流指令部２０５からのｄ／ｑ軸電流指令は、ｄ／ｑ軸電流制御部２０６に入力される。

インバータ２１からの出力交流電流は電流検出器２０９により検出される。検出した電流検出器２０９の信号を、座標変換部２１０でｄ／ｑ軸上のｄ／ｑ軸電流検出信号として検出する。ｄ／ｑ軸電流制御部２０６は、ｄ／ｑ軸電流指令部２０５の指令信号と座標変換部２１０からのフィードバック信号によって動作し、ｄ／ｑ軸の電圧を指令する信号を出力する。この信号は、座標変換部２０７を介して静止座標系の電圧指令となってＰＷＭ制御部２０８に入力され、インバータ２１はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御される。

これら図２に示したｄ／ｑ軸電流制御部２０６、座標変換部２０７、ＰＷＭ制御部２０８、電流検出器２０９，座標変換部２１０の構成によりインバータ２１の交流電流を制御する方式は、交流モータ１のベクトル制御として周知であるので詳細な説明は省略する。

次に、能力設定部２０１ａの動作を、図５により説明をする。
図５は、図１のプレスでストローク長さなどの機械的な寸法を同じに固定した場合の行程圧力曲線を示し、縦軸はスライドの加圧力を、横軸はスライド昇降が一番下になったスライド下面位置（下死点）から現スライド下面までの距離を示す。このとき、交流モータ（サーボモータ）１は、図４の回転速度と最大トルクの曲線をもつものとする。

図５の例では、このサーボモータ１の発生トルクが図４のＴＡのとき下死点上位置Ｓ１以下でこのプレス機械の最大加圧力ＰＡ（圧力能力）が得られる。このときの行程圧力曲線はＡ１（実線）である。
行程圧力曲線Ａ１はモータトルクがＴＡのときの特性なので、図４に示したようにモータ回転速度がＮＡ以下であり、すなわち、これに対応するプレスの動作速度（以下、ＳＰＭ（Ｓｔｒｏｋｅ数 Ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅｓ）と略す）はＷＡ以下である。

一方、モータトルクがＴＢのとき下死点上位置Ｓ３以下でこのプレス機械の最大加圧力ＰＡが得られる。このときの行程圧力曲線はＢ１（破線）である。
行程圧力曲線Ｂ１はモータトルクがＴＢのときの特性なので、図４に示したようにモータ回転速度がＮＢ以下であり、すなわち、これに対応するプレスＳＰＭはＷＢ以下である。

ここで、能力設定部２０１ａは、ＳＰＭがＷＡの行程圧力特性Ａ１とするか、ＳＰＭがＷＢの行程圧力特性Ｂ１とするかを選択する。
Ａ１を設定したときは、下死点上位置Ｓ１までＷＡのＳＰＭでの最大加圧力ＰＡのプレス加工が保証され、Ｂ１と設定したときは、下位死点上位置Ｓ３までＷＢのＳＰＭでの最大加圧力ＰＡのプレス加工が保証される。

このとき、ＷＡ＜ＷＢである。すなわち、下死点上高い位置（下死点から遠い位置）から最大加圧力が必要な加工の場合、特性Ａ１を設定し、これに伴い保証されるＳＰＭはＷＡとなる。
一方、下死点上低い位置（下死点から近い位置）から最大加圧力を発揮できればよい場合は、特性Ｂ１を設定すれば、これに伴い保証されるプレスＳＰＭはＷＢに上げることができることとなり、プレス作業の効率、生産性の向上を図ることができる。

このように、最大加圧力を出す能力発生位置とこのときのＳＰＭのトレードオフに基づいてプレスの能力を選択することができる。すなわち、例えば、最大加圧力を出す能力発生位置（トルク能力）を重視するか、プレス作業速度を重視するかに応じて能力を選択することができる。本実施例の設定例では、モータの最大トルクは、図４のトルク特性に沿って運転されるので、トルク制限部２０４でのモータの実トルク指令制限は図４の回転速度対最大トルクの特性を設定する。

なお、例えば、特性Ａ１を選択した場合、モータ回転速度がＮＡより大きくなるモーションが指令されたとき、すなわち、ＳＰＭがＷＡより大きく指令されたとする。このときは、図４のように回転速度がＮＡより大きくなると最大トルクが低下するので、Ａ１の行程圧力曲線が保証されず、それよりトルクの小さな行程圧力曲線なる。要求される加圧力が高い場合には加工に支障を来たすことになるので、モーション設定時あるいは、運転時にアラームなどで警告をしてもよい。ただし、モータの運転自体には支障がないので、プレス時に速度低下しても問題がない加工であれば運転は継続できる。次に、特性Ｂ１を選択した場合も同様である。例えば、ＳＰＭがＷＢで本来ならＡ１の特性が必要なプレス時の位置がＳ１のとき最大加圧力が必要な加工の場合、ＷＢでの作業はできなくなるので、モーション設定時あるいは、運転時にアラームなどで警告をしてもよい。ただし、モータの運転自体には支障がないので、プレス時に速度低下しても問題ない加工であれば運転は継続できる。

高いＳＰＭ時に最大モータトルクが低下する運転特性は、特に大きなモータトルクが不要なスライドモーション、例えば、プレス加工時以外にプレス加工時よりスライドを高速で駆動するモーションに利用できる。すなわち、プレス加工時以外に高速でスライドを運転するために、スライドの加減速のトルクが必要な用途に利用できる。
このようなモーションは、プレス加工時の能力（スライド位置、速度、トルク能力）と生産性との両立を図ることができるモーションとして利用できる。

このようにして、本実施例では、行程圧力特性の選択によって、プレスの能力が選択される。この能力選択は、ｄ／ｑ軸電流制御を行う界磁制御を利用するので、インバータの最大電流や最大出力電圧の能力を変えず、また、モータ自体のサイズを上げたりすることなく、所望の加工を条件に応じて選択することができる。

界磁制御を実施しないときは、モータの発生トルクは図４の破線のように回転速度ＮＡ以上の回転速度域で急激に低下するから、行程圧力特性の設定変更自体に意味を持たない（行程圧力特性の差が小さいので、実質上意味がない）。

一方、本実施例のように界磁制御を用いてプレスのトルク能力を選択できるようにすると、目的に応じて、あるときは図５のＡ１のような能力を持ったプレスに、またあるときは図５のＢ１のような能力を持ったプレスへと、プレスの能力を選択的に可変とすることができる。

なお、ここでは２つの能力設定を選択切り換えする場合の例を示したが、２つ以上の能力設定から選択可能に構成することもでき、さらに連続的に（滑らかに）切換、設定できるようにしてもよい。能力選択は手動入力だけでなく、使用する金型に対応させて自動入力させることもでき、あるいは上位制御系から設定してもよい。また、プレスストローク中においてトルク能力（ワークに作用する加圧力の発生能力）を変更制御することも可能である。

また、本実施例では、能力設定部２０１ａでの設定は行程圧力曲線（トルク能力）を選択するようにしたが、上記説明から分かるように、能力設定部２０１ａでプレスのトルク能力を保証するプレスＳＰＭあるいはモータ回転速度を設定する（例えば、最大ＳＰＭを設定すれば最大モータトルクが決まり、行程圧力曲線が決まる）ようにしてもよい。

また、下死点上位置、すなわち、最大加圧力を保証する能力発生位置を適宜に変更するように行程圧力曲線（トルク能力）を選択可能に構成することもできる。さらに、ＳＰＭや能力発生位置などに対する要求に応じて、これらを適宜に組み合わせて設定変更可能に行程圧力曲線（トルク能力）を選択切り換えする構成とすることもできる。
なお、最大加圧力を保証する能力発生位置を変更可能に構成することは、単なるクランクプレスでは必要とされる加圧力に対し、ギヤ強度（耐トルク）によって能力発生位置が決まるため、有効なものである。
さらに、本実施例の主旨を活かせる他の設定とすることもできる。

図６は、図５とは異なる行程圧力曲線を設定した例を示す。
なお、実施例２は、界磁制御により、モータの最大発生（出力）トルクに制限を加えると共に、スライド６の下死点上位置（クランク角度位置）に対するトルクの発生態様を変更するようにした一例である。
本実施例に係る能力設定部２０１ａでは、スライド６の制御上の最大加圧力（圧力能力）が選択される。同じ能力発生位置、すなわち、同じ下死点上位置における制御上の最大加圧力が選択される。つまり、例えば、図６に示すＰＡまたはＰＢが選択される。

今、制御上の最大加圧力として、図６に示されるような、ＰＡに対応した行程圧力曲線Ａ１を設定すると、トルク制限部２０４は、トルク指令の最大値がＴＡ（図４等参照）となるよう制限する動作をする。このとき、モータトルクがＴＡのときの加圧力は、モータ速度ＮＡ（これに対応するプレスＳＰＭはＷＡ）以下の場合、下死点上位置がＳ１以上のとき、図６の曲線Ａ１（図５のＡ１と同じ）のような行程圧力曲線となり、スライド６の下死点上位置に応じて曲線Ａ１のカーブを描き、Ｓ１から下死点のとき、機械的な限界ＰＡの加圧力となる。

次に、能力選択部２０９ａで制御上の最大加圧力がＰＢの行程圧力曲線Ｂ２を設定すると、トルク制限部２０４はトルク指令の最大値がＴＢ（図４等参照）となるように制限する動作をする。モータ速度ＮＢ（これに対応するプレスＳＰＭはＷＢ）以下の場合、下死点上位置がＳ１以上のとき、図６の曲線Ｂ２のような行程圧力曲線となり、スライド６の下死点上位置に応じて曲線Ｂ２のカーブを描き、Ｓ１から下死点のとき、設定した値ＰＢの加圧力となる。

このとき、Ｓ１より下死点に近づくとモータの最大トルクをＴＢとしていると、加圧力はＰＢを越えるので、ＰＢを越えないようにスライド６の下死点上位置に応じてモータトルクの最大値をＴＢより下げるように制御する。これをトルク制限部２０４が実行する。

図７は、制御上の最大加圧力がＰＢ（図６参照）に設定されたときのトルク制限の一例である。このようにモータトルク制限をすると、得られる加圧力は、設定した加圧力（最大加圧力）以下に保たれるので、金型などに異常を生じさせることなどを防止することができる。

例えば、上死点上位置Ｓ１より下死点に近づくプレスストロークに応じて界磁を連続的に変化させてモータの最大トルクを連続的に低下させることにより、最大加圧能力（圧力能力）を一定に保つことができる。

行程圧力曲線をＡ１（制御上の最大加圧力をＰＡ）に設定したときは、ＷＡまでのＳＰＭで最大加圧力ＰＡが保証され、行程圧力曲線をＢ２（制御上の最大加圧力をＰＢ）と設定したときは、ＷＢまでのＳＰＭで最大加圧力ＰＢが保証される。

このとき、ＷＡ＜ＷＢである。すなわち、高い加圧力が必要な加工の場合、高い最大加圧力のＰＡの曲線Ａ１を設定すると、これを保証するＳＰＭはＷＡとなる。一方、低い加圧力でもよい場合は、加圧力ＰＢの曲線Ｂ２を設定すれば、これを保証するプレスＳＰＭはＷＢに上げることができ、プレス作業の効率、生産性を向上させることができる。

このように、制御上の最大加圧力と、このときのＳＰＭと、のトレードオフに基づいてプレスの能力を選択することができる。すなわち、加圧力を重視するか、プレス作業速度を重視するかに応じて能力を選択することができる。なお、例えば、行程圧力曲線Ａ１を選択した場合、モータ回転速度がＮＡ（図４等参照）より大きくなるモーションが指令されたとき、すなわち、ＳＰＭがＷＡより大きく指令されたとする。このときは、図４のように回転速度がＮＡより大きくなると最大トルクが低下するので、Ａ１の行程圧力曲線が保証されず、それよりトルクの小さな行程圧力曲線となり、高い加圧力が要求されるスライド位置にスライド６がある場合には加工に支障を来たすことになるので、実施例１と同様にモーション設定時あるいは、運転時にアラームなどで警告をしてもよい。ただし、モータの運転自体には支障がないので、プレス時に速度低下しても問題がない加工であれば運転は継続できる。行程圧力曲線Ｂ２を選択した場合も同様である。

従って、このような運転特性は、特に大きなモータトルクが不要なスライドモーション、例えば、プレス加工時以外にプレス加工時よりスライドを高速で駆動するモーションに利用できる。

すなわち、スライド６の一往復行程内においてプレス加工時以外に高速でスライド６を運転するような用途（スライド６を動作させるためのトルクを出力できれば足りるような用途）に利用できる。このようなモーションは、プレス加工と生産性の両立を図ることができるモーションとして利用できる。

なお、ここでは２つの能力設定を選択切り換えする場合の例を示したが、２つ以上の能力設定から選択可能に構成することもでき、さらに連続的に（滑らかに）切換、設定できるようにしてもよい。能力選択は手動入力だけでなく、使用する金型に対応させて自動入力させることもでき、あるいは上位制御系から設定してもよい。また、プレスストローク中においてトルク能力（ワークに作用する加圧力の発生能力）を変更制御することも可能である。

また、上記説明から分かるように、能力設定部２０１ａで制御上の最大の加圧力を設定したり、あるいは、これを保証するプレスＳＰＭあるいはモータ回転速度を設定するようにすることもできる。加えて、これらを組み合わせて設定することもできる。
さらに、本実施例の主旨を活かせる他の設定とすることもできる。

図８は、図５、図６とは異なる行程圧力曲線を設定した例を示す。
なお、実施例３は、界磁制御により、モータの最大発生（出力）トルクに制限を加える一方で、最大発生（出力）トルクに到るまでのスライド６の下死点上位置（クランク角度位置）に対するトルクの発生態様を種々選択し得るようにした一例である。
本実施例は、制御上の最大加圧力の設定を能力設定部２０１ａで行うのは実施例２と同様であるが、行程圧力曲線が実施例２で説明したものと異なる。制御上の最大加圧力（圧力能力）をＰＡと設定したときの行程圧力曲線はＡ１と変わりないが、制御上の最大加圧力をＰＢと設定したとき、行程圧力曲線がモータ速度（プレスＳＰＭ）によりＢ２〜Ｂ３の特性をとる。

制御上の最大加圧力をＰＡと設定したときは実施例１や実施例２の場合と変わりがないので説明を省略し、最大加圧力をＰＢと設定したときについて、以下説明する。

図６に示したように、ＷＢのプレスＳＰＭで運転しているときは、行程圧力曲線はＢ２で、加圧力ＰＢを出せる下死点上位置はＳ１以下あるが、ＳＰＭが低下する、すなわち、モータ回転速度がＮＢから低下するに従ってモータの最大トルクは増加するので、設定した加圧力が出せる下死点上位置が高くなる。

回転速度がＮＢからＮＡに低下すれば、モータの図４の回転速度対トルク曲線でＡ点に相当する運転域となる。このときのＳＰＭはＷＡになる。
すなわち、図８に示したように、ＳＰＭがＷＡの場合、設定された最大加圧力がＰＢのときは一点鎖線Ｂ３の曲線をたどる。

このように、下死点〜Ｓ１では、ＳＰＭをＷＢとすることが可能であるが、Ｓ１を越えて下死点から離れるとＳＰＭは徐々に下がり、Ｓ２ではＳＰＭはＷＡ（＜ＷＢ）である。ＳＰＭがＷＢからＷＡになるのに応じて、行程圧力曲線はＢ２からＢ３に徐々に移行する。

加圧力をＰＢに設定したときの下死点上位置に対するモータのトルク制限を図９に示す。
トルク制限は、図９のように下死点上Ｓ２以上は最大トルクのＴＡであり、Ｓ２からトルクを徐々に低下させ、Ｓ１ではＴＢに制限する。Ｓ１以下の下死点に近い領域は、図７と同じになる。

以上の例のように、スライド位置に応じてプレス能力を変える設定をすることできる。ここでは２つの能力設定を切り換える場合の例を示したが、２つ以上の能力設定から選択可能に構成することもでき、さらに連続的に（滑らかに）切換、設定できるようにしてもよい。他の実施例と同様に、能力選択は手動入力だけでなく、使用する金型に対応させて自動入力させることもでき、あるいは上位制御系から設定してもよい。

図１０に、本発明に係る実施例４の構成例を示す。
実施例４は、図２の実施例と比較してｄ／ｑ軸の電流指令の与え方が異なる。図１０において、符号が図２と同じものは同じ要素を表わす。

実施例４の構成では、図１０に示すように、インバータ２１に入力する主回路の直流電圧を電圧検出器１００１で検出し、検出した直流電圧（直流電圧値）をｄ／ｑ軸電流指令部１００２に入力する。

図１１は、ｄ軸電流指令パターンの一例である。図３と同様なｄ軸電流指令であるが、トルク指令が増大するのに応じて、図１１の実線の指令パターンとして指令され、これに加え、さらに直流電圧が所定値から低下すると、低下に応じて点線のようにｄ軸電流指令値が設定されるようになっている。
このように設定すると、直流電圧に応じてもｄ軸電流値が変更される。この方法は直流電圧の変動が大きい装置に有効である。

図１１のｄ軸電流指令のパターンは一例であって、モータの構造や所望トルク制御精度によって適宜選択される。ｑ軸電流指令は図３と同様に決められる。

また、ｄ／ｑ軸電流指令は、メモリマップを利用したパターンでして実現してもよいし、実験式によって導出してもよい。制御系の構成によって適宜選択される。このようにｄ／ｑ軸電流を指令しても交流モータ１の界磁制御が実現できる。

上記ｄ／ｑ軸電流指令において、能力設定部２０１ａでのプレス能力設定は先に述べたいろいろな設定方法が採用できる。なお、このとき、直流電圧値によってモータの回転速度に対するトルク特性が変化するので、当該変化を考慮して設定を行う。

図１２は、本発明に係る実施例５の構成例を示す。図２の実施例と比較してトルク制限の与え方と、ｄ／ｑ軸電流指令の与え方が異なる。図１２において、符号が図２と同じものは同じ要素を表わす。

プレス装置の負荷率によって交流モータ１の連続定格は異なる。同じプレス負荷を同じモーションで作業（プレス加工）させても、これを低頻度で繰り返すか、高頻度で繰り返すかによって、すなわち、平均ＳＰＭ（スライド位置などに応じて時々刻々と変化する概念ではなく、時間単位などの比較的長期間における平均値としてのＳＰＭ）によってモータの連続定格が異なる。

モータの連続定格の値は熱的要素、すなわち、損失で決まる。界磁制御を行うとｄ軸電流を流すために電機子電流が増加して銅損が増加する。しかもｄ軸電流を大きくするほど電機子電流が増加するので損失が増加する。一方、モータ定数によって決まるが、界磁制御の領域でｄ軸電流を適切に大きくした方が界磁制御の効果により最大トルクを増加できる。

低頻度でのプレス加工（作業）の場合、界磁制御を行う領域の最大トルクを大きくとれる界磁制御パターンが好ましい。一方、高頻度でのプレス加工（作業）の場合、界磁制御を行う領域の最大トルクを多少低下させても連続定格が高くとれる界磁制御パターンが好ましい。

図１２の制御ブロック図において、運転条件設定部２０１から、上述した実施例で説明したと同様の信号に加え、低頻度作業（低頻度プレス加工）か、高頻度作業（高頻度プレス加工）かを表す信号がトルク制限部２０４１とｄ／ｑ軸電流指令部２０５１に与えられる。

図１３は、実施例５の場合の界磁制御パターンの一例で、ｄ／ｑ軸電流指令部２０５１において生成されるｄ軸電流指令信号の例を示す。
本実施例では、低頻度作業のときは図１３中の実線、高頻度作業のときは図１３中の点線のようにパターンを選択する。

このときのモータの最大トルクの例を、図１４に示す。
図１４中の実線で示される低頻度作業の方が、図１４中の破線で示される高頻度作業の場合より最大トルクは大きく、回転速度ＮＢでの最大トルクは、低頻度トルクＴＢ１＞高頻度トルクＴＢ２である。

図１４に示すように、低頻度作業の場合は最大トルクは大きいものの、図１３のように、低頻度作業の方が高頻度作業よりｄ軸電流値（絶対値）は大きいため銅損が多くモータ損失は大きくなる。
ｑ軸電流指令は、上述した他の実施例と同じで、図３中の（式１）に基づき取得され、ｄ軸電流指令に応じて適切に指令される。

このように、本実施例では、高頻度作業の場合と、低頻度作業の場合と、で、ｄ／ｑ軸電流の指令パターンを図１３のように変更する。また、そのときのトルク特性に合わせてトルク制限部２０４１の制限値を、図１４のように変更する。

これを実現するため、本実施例では、能力設定部２０１ａにおいて、低頻度作業なのか高頻度作業なのかを設定するように構成される、あるいは、運転条件設定部２０１で繰り返しを含むプレス運転パターンからこれを判定するように構成される。

なお、上記の説明は、低頻度作業か、高頻度作業かの２つの形態の選択としたが、作業頻度の選択数をさらに増やしても、あるいは連続的に選択できるようにしてもよい。このときは、ｄ／ｑ軸電流指令部での界磁制御の選択パターンは選択に応じて変える。

さらに、ｄ軸電流指令のパターンの最適な選択は、プレス運転パターンの最高ＳＰＭによっても異なるので、最高ＳＰＭによって変更するように構成することができる。すなわち、運転パターンによりモータの最高回転速度が、図１４のＮＡより少し上まで到達する場合と、ＮＢまで到達する場合、あるいは、ＮＢを越える最高回転速度まで到達する場合とでは、ｄ軸電流指令の適正値が異なるため、これに対応して設定することが好ましい。また、特に、ｄ軸電流指令がメモリマップ等を参照して与えられる場合、設定されるパターンの数に制限があるときなどに有効となる。

このように、本実施例では、作業頻度やモータの最高回転速度などのプレス装置の運転パターンによってｄ／ｑ軸電流指令パターンを変更する。なお、本実施例は、先の実施例と組み合わせて実施させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、界磁制御を実施することにより、プレス能力の選択ができる。なお、前述の各実施例ではクランク機構を利用したプレス機械を代表的に述べたが、クランク機構以外の他の機構を利用したプレス機械（例えば、ボールネジを利用したものや、リニアモータを利用したもの）において同様の考え方で能力を可変にできるものである。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

本発明に係るプレス機械によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、様々な要求特性に応じて能力（トルク能力やＳＰＭなど）を可変に制御でき有益である。

１ 交流モータ
２ ギヤ
３ メインギヤ
４ クランク軸
５ コンロッド
６ スライド
７ ボルスタ
２１ インバータ
２２ エンコーダ
２０１ 運転条件設定部
２０１ａ 能力設定部
２０２ モーション指令部
２０３ 位置／速度制御部
２０４ トルク制限部
２０５ ｄ／ｑ軸電流指令部
２０６ ｄ／ｑ軸電流制御部
２０７ 座標変換部
２０８ ＰＷＭ制御部
２０９ 電流検出器
２１０ 座標変換部
１００１ 電圧検出器
１００２ ｄ／ｑ軸電流指令部
２０５１ ｄ／ｑ軸電流指令部

Claims (11)

1. モータによりスライドを駆動するプレス機械であって、
   前記モータの駆動を制御する制御装置を備えると共に、モータの界磁制御を利用してプレス能力を可変制御可能に構成したことを特徴とするプレス機械。
2. 前記プレス能力には、プレス機械のトルク能力が含まれることを特徴とする請求項１に記載のプレス機械。
3. 前記プレス能力には、ＳＰＭ或いはスライドの移動速度が含まれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレス機械。
4. 前記プレス能力の可変制御は、スライド位置に対する加圧力発生特性、ワークに作用する最大加圧力、最大加圧力発生時の加工速度、最大加圧力を発生させる能力発生位置の少なくとも１つを可変制御することによりなされることを特徴とする請求項１に記載のプレス機械。
5. 前記プレス能力の可変制御の内容に基づいて、モータへのトルク指令に制限を加えることを特徴とする請求項４に記載のプレス機械。
6. 前記モータが交流モータである場合に、「モータの回転速度」及び／または「トルク指令」及び／または「モータを駆動する電力変換器の直流電圧」に基づいてｄ軸電流に関連する情報を取得して界磁制御を行うことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載のプレス機械。
7. プレス機械の運転パターンに応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載のプレス機械。
8. 作業頻度に応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１つに記載のプレス機械。
9. モータによりスライドを駆動するプレス機械の制御方法であって、
   前記モータの駆動を制御する一方で、モータの界磁制御を利用してプレス能力を可変制御可能に構成したことを特徴とするプレス機械の制御方法。
10. プレス機械の運転パターンに応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とする請求項９に記載のプレス機械の制御方法。
11. 作業頻度に応じて、界磁制御におけるｄ軸電流の指令を変更することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプレス機械の制御方法。

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