JP2019013966A - プレス装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施の形態に係るプレス装置1は、上金型7と下金型8を用いて材料に対してプレス成形を行うプレス装置であって、スライド2と、ボルスタ3と、サーボモータ21と、電気二重層キャパシタ42と、キャパシタ冷却部10と、を備えている。スライド2は、下面に上金型7が取り付けられる。ボルスタ3は、スライド2の下方に配置され下金型8が載置される。サーボモータ21は、スライド2を駆動する。電気二重層キャパシタ42は、蓄電した電力をサーボモータ21に供給可能である。キャパシタ冷却部10は、電気二重層キャパシタ42を冷却する。
【選択図】図1
Description
このようなサーボモータ駆動方式のプレス機械では、プレス成形時に大きなピーク電力が発生し、工場電圧又は工場外電圧が降下しフリッカ等の問題が発生する場合がある。
本発明は、電圧降下を抑制することが可能なプレス装置を提供することを目的とする。
<1.構成>
(1−1.プレス装置の概要)
図1は、本発明にかかる実施の形態1のプレス装置1の構成を示す模式図である。
本実施の形態のプレス装置1は、上金型7と下金型8を用いて材料にプレス加工を行う。プレス装置1は、スライド2と、ボルスタ3と、スライド駆動部4と、サーボ電源部5と、蓄電システム部6と、メインブレーカ9と、キャパシタ冷却部10と、収納ボックス11(図5参照)と、ボックス冷却部12と、コントローラ13と、を主に備える。
スライド駆動部4は、サーボモータ21と、サーボアンプ22と、ピニオンギヤ23と、メインギヤ24と、クランクシャフト25と、コンロッド26とを有する。サーボモータ21は、スライド2の駆動源である。サーボアンプ22は、サーボモータ21に駆動電流を供給する。ピニオンギヤ23は、サーボモータ21と連結されており、サーボモータ21の回転によって回転する。メインギヤ24は、ピニオンギヤ23と噛み合っており、ピニオンギヤ23の回転に伴って回転する。クランクシャフト25は、メインギヤ24と連結されており、メインギヤ24の回転によって回転する。コンロッド26は、クランクシャフト25とスライド2を連結する。本実施の形態では、コンロッド26は2つ設けられている。
サーボ電源部5は、高調波フィルタモジュール31と、リアクトル32と、PWMコンバータ33とを有する。高調波フィルタモジュール31は、PWMコンバータ33において発生する高調波が工場電源100側に戻ることを防ぐ。
リアクトル32とPWMコンバータ33はチョッパー回路を構成し、交流を直流に変換し昇圧する。工場電源100からは所定電圧の交流が供給されており、PWMコンバータ33からは所定電圧よりも高い電圧の直流が出力される。PWMコンバータ33とサーボアンプ22は、DCバスライン14によって接続されている。また、PWMコンバータ33は、DCバスライン14における電圧を監視する。
蓄電システム部6は、初期充電回路41と、複数の電気二重層キャパシタ42と、短絡コンタクタ43と、を有する。初期充電回路41は、DCバスライン14上に設けられており、複数の電気二重層キャパシタ42を充電するための回路である。すなわち、プレス装置1を動作する前には、電気二重層キャパシタ42は充電されていないため、工場電源100から供給される電力を充電する。初期充電回路41は、DC/DCコンバータ51と、リアクトル52とを有している。初期充電回路41は、充電の際に電気二重層キャパシタ42に急激に電流が流れ込まないように電流を絞る。
キャパシタ冷却部10は、電気二重層キャパシタ42を冷却する。図2は、電気二重層キャパシタ42が複数設けられたキャパシタユニット60を示す図である。図3は、キャパシタユニット60の分解斜視図である。図2および図3に示すように、キャパシタ冷却部10は、チラー66と、ヒートシンク61と、を有する。ヒートシンク61は、板形状の部材であり、アルミによって形成されている。チラー66は冷却水を循環させる装置であって、ヒートシンク61に冷却水を供給する。ヒートシンク61の内部には、後述の図4に示すように冷却水が流通する流路62が形成されている。
図4は、ヒートシンク61に形成された流路62の構成を示す図である。上段のヒートシンク61と下段のヒートシンク61は同様の構成である。ヒートシンク61は、平面視において概ね四角形であり、その内部に流路62が形成されている。図4に示すように、流路62は、ヒートシンク61の主面61aの全体に渡って蛇行して形成されている。流路62は、所定の辺61bの一方の角61c近傍から、その辺61bに対向する辺61dに向かって進み、辺61d近傍で辺61bに向かって折り返されて辺61bに向かって進み、辺61b近傍で辺61dに向かって折り返される。流路62は、辺61bおよび辺61d近傍での折り返しが繰り返され、辺61bの他方の角61e近傍に達している。
上段のヒートシンク61と下段のヒートシンク61は、図2に示すようにチューブ63によって接続されている。
ヒートシンク61の流路62には、チラー66から第1の所定温度(例えば20度〜30度)に冷却された冷却水が供給される。図2に示すように、冷却水は、チラー66から入口64を経由して下段のヒートシンク61に流入し、下段のヒートシンク61の流路62を経由してチューブ63に流出する。そして、冷却水は、チューブ63から上段のヒートシンク61に入り、上段のヒートシンク61の流路62を経由して、出口65から流出してチラー66へと戻る。
このように、チラー66から供給された冷却水によって、アルミ製のヒートシンク61が冷却され、ヒートシンク61上に接触した状態で配置されている電気二重層キャパシタ42が冷却される。
図5は、収納ボックス11を示す斜視図である。図6は、収納ボックス11の正面図である。図5および図6では、収納ボックス11の前面扉が取り外されている。
収納ボックス11は、箱形状であって、左右方向における中央に、複数の中央左フレーム71aと、複数の中央右フレーム71bが設けられている。複数の中央左フレーム71aと複数の中央右フレーム71bは、上下方向に沿って設けられた細長い部材である。複数の中央左フレーム71aは、収納ボックス11の前後方向に並んで配置されている。複数の中央右フレーム71bは、収納ボックス11の前後方向に並んで配置されている。複数の中央左フレーム71aと複数の中央右フレーム71bの間には、左右方向において所定の間隔が設けられている。
収納ボックス11の天井には、ボックス72が設けられている。このボックス72には、電気二重層キャパシタ42を強制放電させるための抵抗器が収納されている。
ボックス冷却部12は、収納ボックス11内を冷却し、キャパシタ冷却部10による結露を防ぐ。ボックス冷却部12は、クーラ81と、ファン82と、を有している。
クーラ81は、収納ボックス11の左側面11aに配置されている。左側面11aには、送風口11bが開口されており、クーラ81からの冷却風が収納ボックス11内に供給される。
なお、本実施の形態では、冷却水の温度はチラー66によって第1の所定温度に設定されており、クーラ81から供給される冷却風の温度は第2の所定温度に設定されている。第2の所定温度は、キャパシタ冷却部10による結露を防ぐ温度に設定されている。
このように、クーラ81から供給される冷却風の温度は、冷却水の温度に基づいて結露が発生しないように設定されている。
コントローラ13は、サーボ電源部5のPWMコンバータ33によって電気二重層キャパシタ42の電圧が所定電圧に達すると、短絡コンタクタ43をONしてバイパスライン15を接続状態にする。コントローラ13は、設定されたモーションに従ってサーボアンプ22に信号を出力してスライド2の昇降動作を制御する。
次に、本発明のプレス装置1の動作について説明する。図7Aおよび図7Bは、プレス装置1の動作を示すフロー図である。
はじめに、ステップS10において、コントローラ13からプレス運転準備信号が出力されているか否かが検出される。プレス運転準備信号は、プレス装置1を運転する際にユーザによってボタンが押されて出力される信号であり、プレス装置1を正常に動作させる準備が出来たことを示す信号である。
次に、ステップS15において、設定されたモーションに従いサーボモータ21を動作してスライド2を上下動作させる。なお、スライド2の下方への移動の際、サーボモータ21は所定速度に達するまで加速し、その後一定速度で駆動する。サーボモータ21の駆動によるクランクシャフト25の回転に伴って、スライド2は下死点に達してから上昇する。そして、上死点でスライド2を停止させるために所定位置からサーボモータ21が減速される。
プレス加工の際の消費電力の変化について図8を用いて説明する。図8は、プレス加工の際の電力の変化を示す図である。図8には、点線L1と実線L2が示されている。点線L1は、プレス成形時におけるプレス装置1の消費電力の時間変化を示す。実線L2は、工場電源100から供給された電力の時間変化を示す。
そして、スライド2が所定位置に達すると、コントローラ13は、スライド2を上死点で停止するためにサーボモータ21を減速させる。図8における、時刻t5がサーボモータ21の減速開始時刻を示し、時刻t6が減速終了を示す。図8に示すように、時刻t5からt6では、出力がマイナス側になっており、サーボモータ21において回生電力が発生している。この回生電力は、電気二重層キャパシタ42に充電される。
そして、次のステップS19では、PWMコンバータ33が、DCバスライン14の電圧が所定電圧以上になるか否かを判定している。そして、DCバスライン14の電圧が所定電圧以上になった場合、制御はステップS20へと進み、電力は、PWMコンバータ33の電源回生機能により工場電源100に回生される。DCバスライン14の電圧は電気二重層キャパシタ42の電圧と等しいため、PWMコンバータ33は、電気二重層キャパシタ42の電圧を検出していることになる。すなわち、電気二重層キャパシタ42の充電量が所定量以上になると、サーボモータ21で発生した回生電力は工場電源100へと回生される。また、ステップS19において、DCバスライン14の電圧が、所定電圧よりも小さい場合には、ステップS21において電気二重層キャパシタ42が充電される。
なお、初めに電気二重層キャパシタ42に充電を行った後は、サーボモータ21の減速時の回生電力等によって電気二重層キャパシタ42に充電が行われる。このため、工場電源100から入力を行わなくてもよい。
なお、電気二重層キャパシタ42の代わりに同等の設置体積のアルミ電解コンデンサを用いた場合の工場電源100からの供給電力について図9に示す。なお、図9では、工場電源100からの供給電力が実線L3で示されており、図8と同じ点線L1も示されている。アルミ電解コンデンサは電気二重層キャパシタ42と比較して容量が小さいため、図9の比較例に示すようにピーク電力の一部を供給するに留まり、電圧降下の低減効果が小さくなる。また、図9に示すように、工場電源100からの供給電力(実線L3)を一定にすることが出来ず、消費電力も大きくなる。
ステップS23において、電気二重層キャパシタ42の冷却水が第1の所定温度以上と検出された場合、ステップS24においてキャパシタ冷却部10が動作し、チラー66によって循環されている冷却水が冷却される。一方、ステップS23において、電気二重層キャパシタ42の冷却水が第1の所定温度よりも低いことが検出された場合、キャパシタ冷却部10は停止状態となり、循環されている冷却水の冷却が行われない。これによって循環されている冷却水の温度が第1の所定温度に制御される。
(3−1)
本実施の形態に係るプレス装置1は、上金型7と下金型8を用いて材料に対してプレス成形を行うプレス装置であって、スライド2と、ボルスタ3と、サーボモータ21と、電気二重層キャパシタ42と、キャパシタ冷却部10(冷却部の一例)と、を備えている。スライド2は、下面に上金型7が取り付けられる。ボルスタ3は、スライド2の下方に配置され下金型8が載置される。サーボモータ21は、スライド2を駆動する。電気二重層キャパシタ42は、蓄電した電力をサーボモータ21に供給可能である。キャパシタ冷却部10は、電気二重層キャパシタ42を冷却する。
また、電気二重層キャパシタ42の容量が大きいため、工場電源100からの供給電力を一定にすることができるため、電源容量を小さくすることができる。
本実施の形態に係るプレス装置1は、電気二重層キャパシタ42は、工場電源100(外部の一例)からの供給電力を蓄電可能である。
これにより、予め電気二重層キャパシタ42に蓄電しておくことにより、電力の消費がピークに達するときに電気二重層キャパシタ42から電力を供給することができる。
本実施の形態に係るプレス装置1は、電気二重層キャパシタ42は、サーボモータ21の回生電力を蓄電可能である。
電気二重層キャパシタ42は容量が大きいため、サーボモータ21の減速時に発生する回生電力を十分に蓄電でき、サーボモータ21の力行運転時に蓄電した電力を供給することができるため、消費電力を低減することができる。
本実施の形態に係るプレス装置1では、キャパシタ冷却部10(冷却部の一例)は、冷却水(液体の一例)を用いて電気二重層キャパシタ42を冷却する。
これにより、液体として例えば水を用いて効率よく電気二重層キャパシタを冷却することができる。
本実施の形態に係るプレス装置1は、ヒートシンク61を更に備える。ヒートシンク61は、電気二重層キャパシタ42に接触して配置される。ヒートシンク61には、冷却水(液体の一例)が流通する流路62が形成されている。
これにより、流路62を流通する液体によってヒートシンク61を介して電気二重層キャパシタ42を冷却することができる。
本実施の形態に係るプレス装置1は、クーラ81(冷却風供給部の一例)を備える。クーラ81は、複数の電気二重層キャパシタ42と、複数の電気二重層キャパシタ42に接触して配置されるヒートシンク61と、を有するキャパシタユニット60に冷却風を供給する。
外部から冷却風をキャパシタユニット60に送風することによってキャパシタユニット60周囲の温度を下げることができる。これによって、周囲温度とヒートシンク61の温度差を抑制し、結露を防ぐことができる。
本実施の形態に係るプレス装置1は、収納ボックス11と、ファン82と、を備える。収納ボックス11は、複数のキャパシタユニット60を収納し、クーラ81(冷却風供給部の一例)から冷却風が送り込まれる。ファン82は、収納ボックス11内に設けられ、クーラ81から供給された冷却風を拡散する。
このように、ファン82を設けることにより、冷却風を収納ボックス11内で拡散させ、温度ムラの発生を低減することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施の形態では、キャパシタ冷却部10は、冷却水を用いて電気二重層キャパシタ42を冷却しているが、ラジエータ液等であってもよい。さらに流路62を流通させる液体として油が使用されてもよい。このような油冷の場合、上記実施の形態のように、流路62に油を流通させなくてもよく、電気二重層キャパシタ42を油に浸けることによって冷却してもよい。
上記実施の形態では、キャパシタ冷却部10は、液体によって電気二重層キャパシタ42を冷却しているが、空冷であってもよい。
(C)
上記実施の形態では、24個の電気二重層キャパシタ42が直列接続されたキャパシタユニット60が4つ設けられ、4つのキャパシタユニット60が並列に接続されているが、これらの数および接続構成に限定されるものではない。
上記実施の形態では、4つのキャパシタユニット60が収納ボックス11内に配置されており、クーラ81が収納ボックス11内に冷却風を吹き込んでいるが、このような配置構成に限らなくてもよい。4つのキャパシタユニット60が横並び若しくは縦並びに配置されていても良い。
また、ファン82の数および位置についても上記実施の形態に構成に限られるものではない。
要するに、キャパシタユニット60の雰囲気温度とキャパシタ冷却部10による冷却温度の差を少なくでき結露の発生を抑制できればよい。
上記実施の形態では、収納ボックス11を冷却するためのボックス冷却部12が設けられているが、キャパシタ冷却部10のヒートシンク61によって結露が発生しないような状況下にキャパシタユニット60が配置されている場合には、ボックス冷却部12は設けられていなくてもよい。
2 :スライド
3 :ボルスタ
4 :スライド駆動部
5 :サーボ電源部
6 :蓄電システム部
7 :上金型
8 :下金型
10 :キャパシタ冷却部
11 :収納ボックス
12 :ボックス冷却部
13 :コントローラ
14 :DCバスライン
15 :バイパスライン
21 :サーボモータ
42 :電気二重層キャパシタ
Claims (7)
- 上金型と下金型を用いて材料に対してプレス成形を行うプレス装置であって、
下面に前記上金型が取り付けられるスライドと、
前記スライドの下方に配置され前記下金型が載置されるボルスタと、
前記スライドを駆動するサーボモータと、
蓄電した電力を前記サーボモータに供給可能な電気二重層キャパシタと、
前記電気二重層キャパシタを冷却する冷却部と、を備えた、
プレス装置。 - 前記電気二重層キャパシタは、外部からの供給電力を蓄電可能である、
請求項1に記載のプレス装置。 - 前記電気二重層キャパシタは、前記サーボモータの回生電力を蓄電可能である、
請求項1または2に記載のプレス装置。 - 前記冷却部は、液体を用いて前記電気二重層キャパシタを冷却する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のプレス装置。 - 前記電気二重層キャパシタに接触して配置されるヒートシンクを更に備え、
前記ヒートシンクには、前記液体が流通する流路が形成されている、
請求項4に記載のプレス装置。 - 複数の前記電気二重層キャパシタと、前記複数の電気二重層キャパシタに接触して配置される前記ヒートシンクと、を有するキャパシタユニットに冷却風を供給する冷却風供給部を更に備えた、
請求項5に記載のプレス装置。 - 複数の前記キャパシタユニットを収納し、前記冷却風供給部から冷却風が送り込まれる収納ボックスと、
前記収納ボックス内に設けられ、前記冷却風供給部から供給された前記冷却風を拡散するファンと、を備えた、請求項6に記載のプレス装置。
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