KR102500950B1

KR102500950B1 - 프레스 장치의 에너지 회생 시스템 및 이를 포함하는 프레스 장치

Info

Publication number: KR102500950B1
Application number: KR1020200146839A
Authority: KR
Inventors: 김동옥; 한창수; 김용태; 강형석; 정경근
Original assignee: 한국자동차연구원
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2023-02-17
Also published as: KR20220060822A

Abstract

본 발명은 프레스 장치의 블랭크 홀더 구동장치를 전동화하고, 프레스 성형 시 사용되는 에너지를 회생하여 프레스 장치의 에너지를 절감할 수 있는 프레스 장치의 에너지 회생 시스템 및 이를 포함하는 프레스 장치에 관한 것으로서, 고정된 하부 금형 및 상기 하부 금형을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 상부 금형을 포함하는 프레스 장치에 설치되어, 상기 하부 금형과 상기 상부 금형 사이에 위치한 소재를 지지하는 블랭크 홀더를 적어도 하나의 프레스 핀에 의해 승하강 가능하게 지지하는 쿠션 플레이트와, 상기 쿠션 플레이트와 랙(Rack)과 피니언(Pinion)의 기어 조합으로 연결되어, 상기 상부 금형의 하강 운동 시에는 발전기로서 상기 소재를 가압하는 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시에는 전동기로서 상기 블랭크 홀더가 원위치로 상승할 수 있도록 상기 쿠션 플레이트를 상승 구동시키는 회생 모터와, 상기 기어 조합의 상기 피니언과 상기 회생 모터 사이에 설치되어, 상기 피니언의 회전속도 대비 상기 회생 모터의 회전속도를 선택적으로 증속시키는 증속기 및 상기 회생 모터 및 상기 증속기와 전기적으로 연결되어 상기 회생 모터 및 상기 증속기의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

프레스 장치의 에너지 회생 시스템 및 이를 포함하는 프레스 장치{Energy regeneration system of press device and press device including same}

본 발명은 프레스 장치의 에너지 회생 시스템 및 이를 포함하는 프레스 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 프레스 장치의 블랭크 홀더 구동장치를 전동화하고, 프레스 성형 시 사용되는 에너지를 회생하여 프레스 장치의 에너지를 절감할 수 있는 프레스 장치의 에너지 회생 시스템 및 이를 포함하는 프레스 장치에 관한 것이다.

현재 국내에서는 프레스를 이용한 부품 제조 산업이 이미 성숙기에 접어들고 있어서, 중국, 인도, 동남아 등 개발도상국에서의 저임금 기반 또는 대량 설비투자에 기반한 시장 후발국 추격에 의해 점차 생존을 위한 사업의 지속가능성이 크게 위협 받고 있다. 특히, 프레스 산업은, 대형설비 특성상 에너지 사용량이 높아 이로 인한 원가 상승 요인이 있으며, 화석연료에 기반한 에너지원 사용은 지구온난화, 미세먼지 등 많은 문제를 발생시키고 있어 에너지 절약이 국내 프레스 산업의 경쟁력을 높일 수 있다.

일반적으로, 프레스는, 서로 대응되는 하부 금형과 상부 금형을 이용하여 금형의 사이에 금속이나 플라스틱 등의 가공 소재를 놓은 후, 소재를 금형이 강한 힘으로 압축시킴으로써 굽힘, 드로잉, 압축, 절단, 천공 등의 가공작업을 할 수 있다. 이러한, 프레스의 하부에는 금형에 의해 소재를 성형 시 소재를 탄성적으로 홀딩해주는 블랭크 홀더에 가해지는 충격을 완충시키기 위한 다이 쿠션 장치가 통상적으로 설치되고 있다.

일본 공개특허공보 특개2008-006459호(공개일자 2008년 01월 17일)

그러나, 이러한 종래의 프레스 장치의 다이 쿠션 장치는, 구동이 복잡한 유압 시스템으로 이루어져 있어 유압설비, 냉각장치 등을 포함한 설비의 대형화로 인한 공간문제와, 주기적인 유압유의 교체와 오일 씰링 노후 등으로 인한 유압설비의 유지보수 작업의 어려움 및 유지보수비가 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 블랭크 홀더를 지지하는 쿠션 플레이트 구동이 유압 방식으로 이루어져 있어, 상부 금형의 하강 시 블랭크 홀더에 작용되고 있는 힘과 하강운동(변위)으로 인해 발생하는 에너지가 유압유의 열로써 단순 소모되어 에너지 손실이 발생하는 문제점 및 블랭크 홀더의 하중 제어가 유압으로 이루어져 정밀한 하중 제어가 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 프레스 장치의 쿠션 플레이트 구동을 전동화함으로써, 프레스 성형 시 버려지는 에너지를 회생하여 에너지를 절감하고, 블랭크 홀더 하중의 정밀 제어를 통해 양질의 제품을 생산할 수 있는 프레스 장치의 에너지 회생 시스템 및 이를 포함하는 프레스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레스 장치의 에너지 회생 시스템이 제공된다. 상기 프레스 장치의 에너지 회생 시스템은, 고정된 하부 금형 및 상기 하부 금형을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 상부 금형을 포함하는 프레스 장치에 설치되어, 상기 하부 금형과 상기 상부 금형 사이에 위치한 소재를 지지하는 블랭크 홀더를 적어도 하나의 프레스 핀에 의해 승하강 가능하게 지지하는 쿠션 플레이트; 상기 쿠션 플레이트와 랙(Rack)과 피니언(Pinion)의 기어 조합으로 연결되어, 상기 상부 금형의 하강 운동 시에는 발전기로서 상기 소재를 가압하는 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시에는 전동기로서 상기 블랭크 홀더가 원위치로 상승할 수 있도록 상기 쿠션 플레이트를 상승 구동시키는 회생 모터; 상기 기어 조합의 상기 피니언과 상기 회생 모터 사이에 설치되어, 상기 피니언의 회전속도 대비 상기 회생 모터의 회전속도를 선택적으로 증속시키는 증속기; 및 상기 회생 모터 및 상기 증속기와 전기적으로 연결되어 상기 회생 모터 및 상기 증속기의 구동을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 증속기는, 기어비의 변속이 가능한 적어도 하나의 유성 기어(Planetary Gear)의 조합으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 유성 기어는, 출력축 또는 입력축의 기어로서, 상기 회생 모터의 구동축과 동기화되도록 연결되어 자전 운동을 하는 썬 기어; 상기 썬 기어와 치합되어 상기 썬 기어의 자전 운동에 따라 자전 운동을 하거나, 상기 썬 기어의 외경을 따라 공전 운동을 하는 복수개의 플래닛 기어; 상기 복수개의 플래닛 기어와 치합될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 자전 운동 또는 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 링 기어; 입력축 또는 출력축의 기어로서, 상기 피니언의 회전축과 동기화되도록 연결되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동이 동기화될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 연결하여, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 플래닛 캐리어; 및 상기 링 기어 또는 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동을 선택적으로 구속하여 상기 유성 기어의 기어비를 변속하는 변속 장치;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 변속 장치는, 상기 링 기어와 나란하게 배치되고, 외경면의 적어도 일부분에 상기 링 기어의 외경면에 형성된 기어 이(Gear Tooth)와 동일한 치형의 기어 이가 형성되며, 상기 유성 기어의 하우징의 내면에 고정되는 고정 기어; 상기 링 기어 및 상기 고정 기어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 고정 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 선택적으로 동기화시키는 제 1 클러치; 상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 1 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 1 구동부; 상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 선택적으로 동기화시키는 제 2 클러치; 및 상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 2 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 2 구동부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 구동부는, 제 1 모터; 상기 제 1 모터의 구동축과 연결되어 상기 제 1 모터의 구동에 따라 회전하는 제 1 나사봉; 및 일측이 상기 제 1 클러치의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈에 삽입되고, 타측이 상기 제 1 나사봉과 나사결합되어 상기 제 1 나사봉의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 1 구동체;를 포함하고, 상기 제 2 구동부는, 제 2 모터; 상기 제 2 모터의 구동축과 연결되어 상기 제 2 모터의 구동에 따라 회전하는 제 2 나사봉; 및 일측이 상기 제 2 클러치의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈에 삽입되고, 타측이 상기 제 2 나사봉과 나사결합되어 상기 제 2 나사봉의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 2 구동체;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 상부 금형의 하강 운동 시, 상기 제 1 클러치가 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하고, 상기 제 2 클러치가 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하여, 상기 링 기어의 자전 운동은 구속되고 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동은 가능할 수 있도록 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 제어하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시, 상기 제 1 클러치가 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하고, 상기 제 2 클러치가 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하여, 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동이 동기화될 수 있도록 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 하강 운동한 상기 상부 금형이 하사점에 도달 후 상승 운동으로 전환 시, 상기 회생 모터를 소정 각도로 역회전시켜 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어의 외경면에 형성된 기어 이의 치형을 정렬한 후 상기 제 2 클러치를 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동시키고, 상기 제 2 클러치가 슬라이딩 이동되면 상기 회생 모터를 소정 각도로 추가 역회전시켜 싱기 링 기어와 상기 고정 기어의 외경면에 형성된 기어 이의 치형을 정렬한 후 상기 제 1 클러치를 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 회생 모터에서 발전된 상기 전기 에너지를 상기 회생 모터가 전동기로서 동작 시 상기 회생 모터로 재분배하거나, 상기 프레스 장치의 상기 상부 금형을 승하강시키는 프레스 램을 구동하는 구동 모터에 분배하는 전기 회로부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 쿠션 플레이트의 일측에 설치되어 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더에 인가되는 하중을 측정하는 센서부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 센서부에서 측정되는 상기 블랭크 홀더의 하중에 따라 상기 블랭크 홀더의 상기 쿠션압을 조절할 수 있도록 상기 회생 모터를 피드백 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 상부 금형의 하강 운동 시, 상기 상부 금형과 상기 블랭크 홀더에 지지된 상기 소재의 접촉이 시작되는 구간에서는 상기 블랭크 홀더의 상기 쿠션압이 사전에 설정된 하중의 5% 내지 10%로 되도록 상기 회생 모터를 제어하고, 상기 상부 금형의 나머지 하강 구간에서는 상기 블랭크 홀더의 상기 쿠션압이 상기 사전에 설정된 하중의 95% 내지 100%로 되도록 상기 회생 모터를 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프레스 장치가 제공된다. 상기 프레스 장치는, 하부 금형이 설치되는 고정 플레이트; 상기 하부 금형과 대향되게 상부 금형이 설치되고, 상기 고정 플레이트의 상부에서 상기 하부 금형을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 프레스 램; 상기 프레스 램과 크랭크 축에 의해 연결되어 상기 프레스 램을 승하강 구동시키는 구동 모터; 상기 고정 플레이트의 하부에 설치되고, 상기 하부 금형과 상기 상부 금형 사이에 위치한 소재를 지지하는 블랭크 홀더를 적어도 하나의 프레스 핀에 의해 승하강 가능하게 지지하는 쿠션 플레이트; 상기 쿠션 플레이트와 랙(Rack)과 피니언(Pinion)의 기어 조합으로 연결되어, 상기 상부 금형의 하강 운동 시에는 발전기로서 상기 소재를 가압하는 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시에는 전동기로서 상기 블랭크 홀더가 원위치로 상승할 수 있도록 상기 쿠션 플레이트를 상승 구동시키는 회생 모터; 상기 기어 조합의 상기 피니언과 상기 회생 모터 사이에 설치되어, 상기 피니언의 회전속도 대비 상기 회생 모터의 회전속도를 선택적으로 증속시키는 증속기; 및 상기 구동 모터와 상기 회생 모터 및 상기 증속기와 전기적으로 연결되어, 상기 구동 모터와 상기 회생 모터 및 상기 증속기의 구동을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레스 장치의 블랭크 홀더를 탄성적으로 지지 및 구동하는 쿠션 플레이트의 구동을 전동화함으로써, 전체적인 프레스 장치의 구조를 단순화하여 프레스 장치의 설치 공간을 절감하고 유지보수를 원활하게 할 수 있다. 또한, 상부 금형의 하강 시 블랭크 홀더에 작용되고 있는 힘과 하강운동으로 발생하는 에너지를 전동 모터에 의해 회생하고 이를 프레스 장치의 구동에 활용함으로써 에너지를 절감할 수 있으며, 블랭크 홀더의 하중을 전동 모터에 의해 정밀 제어할 수 있다.

이에 따라, 프레스 장치의 에너지 절감을 통해 발생되는 공해를 줄임으로써 지구온난화와 미세먼지 발생 등을 저감할 수 있는 친환경적이며, 정밀 제어를 통해 생산되는 제품의 제조원가 절감 및 품질 향상을 달성함으로써, 프레스 산업의 전반적인 경쟁력을 향상시키는 효과를 가지는 프레스 장치의 에너지 회생 시스템 및 이를 포함하는 프레스 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 에너지 회생 시스템을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 프레스 장치의 고정 플레이트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 프레스 장치의 에너지 회생 시스템의 증속기 및 회생 모터를 개략적으로 나타내는 사시도 및 절단 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 증속기의 유성 기어를 개략적으로 나타내는 분해 사시도 및 절단 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 프레스 장치의 상부 금형의 하강 운동을 단계별로 나타내는 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 프레스 장치의 상부 금형의 하강 운동 시 변속 장치의 구동 및 유성 기어의 구동을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.
도 12는 프레스 장치의 상부 금형의 상승 운동을 나타내는 단면도이다.
도 13 및 도 14는 프레스 장치의 상부 금형의 상승 운동 시 변속 장치의 구동 및 유성 기어의 구동을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 에너지 회생 시스템(1000)을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 프레스 장치(800)의 고정 플레이트(850)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 3 및 도 4는 도 1의 프레스 장치의 에너지 회생 시스템(1000)의 증속기(300) 및 회생 모터(200)를 개략적으로 나타내는 사시도 및 절단 단면도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 증속기(300)의 유성 기어를 개략적으로 나타내는 분해 사시도 및 절단 단면도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 에너지 회생 시스템(1000)은, 판재 형태의 소재(S)를 프레스 성형할 수 있는 프레스 장치(800)에 설치되는 것으로서, 크게, 쿠션 플레이트(100)와, 회생 모터(200)와, 증속기(300)와, 제어부(400)와, 전기 회로부(500) 및 센서부(600)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 프레스 장치의 에너지 회생 시스템(1000)가 설치되는 프레스 장치(800)는, 고정 플레이트(850)와 고정 플레이트(850)를 향해 왕복 운동하는 프레스 램(840)에 성형 금형을 부착하여, 상기 성형 금형의 하부 금형(810)과 상부 금형(820) 사이에 위치한 소재(S)를 가압 또는 타격하는 구조로 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 프레스 장치(800)는, 프레스 램(840)을 승하강시키는 구조에 따라 크랭크 프레스, 너클 프레스, 마찰 프레스, 스크류 프레스, 랙 프레스, 링크 프레스 및 캡 프레스 등으로 분류될 수 있으며, 본 발명의 프레스 장치(800)와 같은 크랭크 프레스는, 프레임의 상부에 구동 모터(860)를 설치하고 구동 모터(860)의 회전축을 크랭크축(870)으로 하여 프레스 램(840)과 연계시킴으로써, 상기 프레임에서 프레스 램(840)이 상승 및 하강하면서 고정 플레이트(850)에 설치된 하부 금형(810)과 프레스 램(840)에 설치된 상부 금형(820) 사이에서 소재(S)를 가압하여 프레스 성형할 수 있다. 본 실시예에서는 프레스 장치(800)가 크랭크 프레스 구조에 의해 구동하는 것을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고 하부 금형(810) 및 상부 금형(820)을 포함하는 상기 성형 금형에 의해 소재(S)를 프레스 성형할 수 있는 상술한 다양한 구동 방식이 적용될 수 있다.

이러한, 프레스 장치(800)에 장착되어 소재(S)를 프레스 성형할 수 있는 상기 성형 금형은, 하부 금형(810)의 양측에 형성되어, 상부 금형(820)이 소재(S)를 가압 시 소재(S)의 홀딩 영역을 탄성적으로 홀딩하는 블랭크 홀더(830)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 에너지 회생 시스템(1000)은, 프레스 장치(800)가 소재(S)를 프레스 성형 시, 상부 금형(820)을 하강 운동시키는 프레스 램(840)의 이동 스트로크에 따라 소재(S)의 상기 홀딩 영역의 홀딩력을 조절할 수 있도록, 쿠션 플레이트(100)에 의해 블랭크 홀더(830)를 탄성적으로 지지하고 쿠션압을 적절히 조절할 수 있으며, 소재(S)의 프레스 성형 완료 후 상부 금형(820)의 상승 운동 시, 쿠션 플레이트(100)를 상승시켜 블랭크 홀더(830)를 원위치로 상승시킬 수 있다.

이때, 블랭크 홀더(830)는, 고정 플레이트(850)의 관통홀(851)을 관통하도록 형성되는 적어도 하나의 프레스 핀(831)에 의해 고정 플레이트(850)의 하부에 설치된 쿠션 플레이트(100)에 지지될 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정 플레이트(850)에는 복수의 관통홀(851)이 형성되어 있으며, 프레스 핀(831)은 하부 금형(810)의 둘레를 따라 형성되는 블랭크 홀더(830)를 균일하게 지지할 수 있도록, 블랭크 홀더(830)의 모양을 따라 복수개가 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 쿠션 플레이트(100)는, 고정된 하부 금형(810) 및 하부 금형(810)을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 상부 금형(820)을 포함하는 프레스 장치(800)의 하부에 설치되어, 하부 금형(810)과 상부 금형(820) 사이에 위치한 소재(S)를 지지하는 블랭크 홀더(830)를 적어도 하나의 프레스 핀(831)에 의해 승하강 가능하게 지지할 수 있다.

또한, 회생 모터(200)는, 쿠션 플레이트(100)의 하부에 적어도 하나가 설치되고, 쿠션 플레이트(100)와 랙(Rack)(110)과 피니언(Pinion)(120)의 기어 조합으로 연결되어, 상부 금형(820)의 하강 운동 시에는 발전기로서 소재(S)를 가압하는 상부 금형(820)에 의해 하강하는 블랭크 홀더(830)의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상부 금형(820)의 상승 운동 시에는 전동기로서 블랭크 홀더(830)가 원위치로 상승할 수 있도록 쿠션 플레이트(100)를 상승 구동시킬 수 있다.

예컨대, 프레스 장치(800)가 소재(S)를 프레스 성형 시, 상부 금형(820)이 소재(S)와 접촉을 시작하여 이를 지지하는 블랭크 홀더(830)가 가압되기 시작하면, 상부 금형(820)과 블랭크 홀더(830)가 하강 운동을 하는 동안 상부 금형(820)과 블랭크 홀더(830) 사이에 위치한 소재(S)의 홀딩 영역의 홀딩력을 일정하게 제어할 수 있도록, 회생 모터(200)에 의해 블랭크 홀더(830)의 상기 쿠션압을 적절히 제어할 수 있다.

더욱 구체적으로, 쿠션 플레이트(100)의 일측에 설치된 센서부(600)가 상부 금형(820)에 의해 하강하는 블랭크 홀더(830)에 인가되는 하중을 측정하고, 회생 모터(200)와 전기적으로 연결되어 회생 모터(200)를 제어하는 제어부(400)가 센서부(600)에서 측정되는 블랭크 홀더(830)의 하중에 따라 블랭크 홀더(830)의 쿠션압을 조절할 수 있도록 회생 모터(200)를 피드백 제어할 수 있다.

예컨대, 제어부(400)는, 상부 금형(820)의 하강 운동 시, 상부 금형(820)과 블랭크 홀더(830)에 지지된 소재(S)의 접촉이 시작되는 구간에서는 블랭크 홀더(830)의 상기 쿠션압이 사전에 설정된 하중의 5% 내지 10%로 되도록 회생 모터(200)를 제어함으로써, 상부 금형(820)과 소재(S)의 접촉이 시작되어 블랭크 홀더(830)가 가압되지 시작하는 순간에 발생되는 순간적인 충격을 완화시킬 수 있다.

이어서, 상부 금형(820)의 나머지 하강 구간에서는 블랭크 홀더(830)의 상기 쿠션압이 상기 사전에 설정된 하중의 95% 내지 100%로 되도록 회생 모터(200)를 제어함으로써, 상부 금형(820)과 블랭크 홀더(830)가 하강 운동을 하는 동안 상부 금형(820)과 블랭크 홀더(830) 사이에 위치한 소재(S)의 홀딩력이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

아울러, 상부 금형(820)의 하강 운동 시에는 회생 모터(200)가 발전기로서의 역할을 하여, 상부 금형(820)에 의해 하강하는 블랭크 홀더(830)에 작용되고 있는 힘과 하강운동의 변위차로 발생하는 에너지를 회생할 수 있다.

이때, 회생 모터(200)는, 인버터(510), 버퍼(520), 정류기(530) 및 그리드 전극(540)을 포함하는 전기 회로부(500)에 의해 프레스 장치(800)의 구동 모터(860)와 연결됨으로써, 회생 모터(200)에서 발전된 전기 에너지를 회생 모터(200)가 전동기로서 동작 시 회생 모터(200)로 재분배하거나, 프레스 램(840)을 구동하는 구동 모터(860)에 분배함으로써, 프레스 장치(800)에서 소모되는 에너지를 절감시킬 수 있다.

이어서, 상부 금형(820)의 상승 운동 시에는 회생 모터(200)가 전동기로서의 역할을 하여, 쿠션 플레이트(100)를 상승 구동시킴으로써 블랭크 홀더(830)를 원위치로 상승시킬 수 있다.

이와 같이, 상부 금형(820)의 하강 운동 및 상승 운동에 따라서 발전기와 전동기의 역할을 수행하는 회생 모터(200)가 발전기로서 동작 시 에너지 회생 효율을 높일 수 있도록, 쿠션 플레이트(100)의 하강 시 증속기(300)에 의해 회생 모터(200)의 회전횟수 및 회전속도를 높일 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 증속기(300)는, 쿠션 플레이트(100)와 회생 모터(200)를 연결하는 랙(110)과 피니언(120)의 기어 조합 중 피니언(120)과 회생 모터(200) 사이에 설치되어, 피니언(120)의 회전속도 대비 회생 모터(200)의 회전속도를 선택적으로 증속시킬 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 증속기(300)는, 기어비의 변속이 가능한 적어도 하나의 유성 기어(Planetary Gear)(PG)의 조합으로 이루어질 수 있다.

예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 증속기(300)는, 피니언 기어(120)와 연결되는 제 1 유성 기어(PG-1) 및 기어비의 변속이 가능하고 제 1 유성 기어(PG-1)와 회생 모터(200) 사이를 연결하는 제 2 유성 기어(PG-1)를 포함할 수 있다. 그러나, 증속기(300)는, 반드시 도 4에 국한되지 않고 기어비의 변속이 가능한 하나의 유성 기어로 구성되거나 기어비의 변속이 가능한 적어도 하나의 유성 기어를 포함하는 적어도 두 개 이상의 유성 기어의 조합으로 구성될 수도 있다.

이러한, 증속기(300)의 유성 기어(PG)를 더욱 구체적으로 설명하면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 증속기(300)의 유성 기어(PG)는, 출력축 또는 입력축의 기어로서, 회생 모터(200)의 구동축(210)과 동기화되도록 연결되어 자전 운동을 하는 썬 기어(310)와, 썬 기어(310)와 치합되어 썬 기어(310)의 자전 운동에 따라 자전 운동을 하거나, 썬 기어(310)의 외경을 따라 공전 운동을 하는 복수개의 플래닛 기어(320)와, 복수개의 플래닛 기어(320)와 치합될 수 있도록 복수개의 플래닛 기어(320)를 둘러싸도록 형성되고, 복수개의 플래닛 기어(320)의 자전 운동 또는 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 링 기어(330)와, 입력축 또는 출력축의 기어로서, 피니언(120)의 회전축과 동기화되도록 연결되고, 복수개의 플래닛 기어(320)의 공전 운동이 동기화될 수 있도록 복수개의 플래닛 기어(320)를 연결하여, 복수개의 플래닛 기어(320)의 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 플래닛 캐리어(340) 및 링 기어(330) 또는 플래닛 캐리어(340)의 자전 운동을 선택적으로 구속하여 유성 기어(PG)의 기어비를 변속하는 변속 장치(350)를 포함할 수 있다.

여기서, 복수개의 플래닛 기어(320)는, 제 1 플래닛 기어(320-1), 제 2 플래닛 기어(320-2) 및 제 3 플래닛 기어(320-3)와 같이 3개의 플래닛 기어가 플래닛 캐리어(340)의 중심을 기준으로 방사상으로 등각 배치된 고정축(341)에 회전 가능하게 삽입되어 설치되는 구성을 예로 들었지만, 반드시 이에 국한되지 않고, 유성 기어(PG)의 전체적인 크기나 요구되는 기어비에 따라 매우 다양한 개수의 플래닛 기어로 구성될 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 변속 장치(350)는, 링 기어(330)와 나란하게 배치되고, 외경면의 적어도 일부분에 링 기어의 외경면에 형성된 기어 이(Gear Tooth)와 동일한 치형의 기어 이가 형성되며, 유성 기어(PG)의 하우징(360)의 내면에 고정되는 고정 기어(351)와, 링 기어(330) 및 고정 기어(351)의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 링 기어(330) 및 고정 기어(351)를 둘러싸도록 형성되고, 링 기어(330)의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 링 기어(330)와 고정 기어(351)를 선택적으로 동기화시키는 제 1 클러치(352)와, 하우징(360)의 외면에 설치되어 제 1 클러치(352)를 슬라이딩 이동시키는 제 1 구동부(353)와, 링 기어(330) 및 플래닛 캐리어(340)의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 링 기어(330) 및 플래닛 캐리어(340)를 둘러싸도록 형성되고, 링 기어(330)의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)를 선택적으로 동기화시키는 제 2 클러치(354) 및 하우징(360)의 외면에 설치되어 제 2 클러치(354)를 슬라이딩 이동시키는 제 2 구동부(355)를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 제 1 구동부(353)는, 제 1 모터(353a)와, 제 1 모터(353a)의 구동축과 연결되어 제 1 모터(353a)의 구동에 따라 회전하는 제 1 나사봉(353b) 및 일측이 제 1 클러치(352)의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈(352a)에 삽입되고, 타측이 제 1 나사봉(353b)과 나사결합되어 제 1 나사봉(353b)의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 1 구동체(353c)를 포함할 수 있다.

또한, 제 2 구동부(355)는, 제 2 모터(355a)와, 제 2 모터(355a)의 구동축과 연결되어 제 2 모터(355a)의 구동에 따라 회전하는 제 2 나사봉(355b) 및 일측이 제 2 클러치(354)의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈(354a)에 삽입되고, 타측이 제 2 나사봉(355b)과 나사결합되어 제 2 나사봉(355b)의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 2 구동체(355c)를 포함할 수 있다.

이하에서는 상술한 프레스 장치의 에너지 회생 시스템(1000)의 증속기(300)가 상부 금형(820)의 하강 운동 또는 상승 운동에 따라 변속 장치(350)에 의해 변속되는 과정에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 7 내지 도 9는 프레스 장치(800)의 상부 금형(820)의 하강 운동을 단계별로 나타내는 단면도들이고, 도 10 및 도 11은 프레스 장치(800)의 상부 금형(820)의 하강 운동 시 변속 장치(350)의 구동 및 이에 따른 유성 기어(PG)의 구동을 개략적으로 나타내는 단면도들이다. 그리고, 도 12는 프레스 장치(800)의 상부 금형(820)의 상승 운동을 나타내는 단면도이고, 도 13 및 도 14는 프레스 장치(800)의 상부 금형(820)의 상승 운동 시 변속 장치(350)의 구동 및 이에 따른 유성 기어(PG)의 구동을 개략적으로 나타내는 단면도들이다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 소재(S)가 하부 금형(810)과 상부 금형(820) 사이에 위치할 수 있도록, 블랭크 홀더(830)에 소재(S)를 안착시킬 수 있다. 이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 금형(820)이 하강하여 블랭크 홀더(830)에 안착된 소재(S)와 접촉을 시작한 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 상부 금형(820)과 소재(S)의 접촉이 시작된 성형시작점부터 상부 금형(820)이 계속 하강하여 소재(S)와 함께 블랭크 홀더(830)를 가압하기 시작함으로써, 블랭크 홀더(830)가 상부 금형(820) 및 소재(S)와 함께 하강할 수 있다.

이러한, 블랭크 홀더(830)의 하강 과정에서, 블랭크 홀더(830)는, 쿠션 플레이트(100)와 랙(110)과 피니언(120)의 기어 조합 및 증속기(300)를 통해 연결된 회생 모터(200)로부터 힘을 지탱받으며 소재(S)의 유입을 제어하며 하강 운동을 하고, 이때, 회생 모터(200)는, 발전기로서의 역할을 하여 하강 운동을 하는 블랭크 홀더(830)의 힘과 하강운동의 변위차로 발생하는 에너지를 회생하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.

이와 같이, 블랭크 홀더(830)의 쿠션압 제어를 회생 모터(200)에 의해 전동화함으로써, 상부 금형(820)에 의해 블랭크 홀더(830)가 하강 시에 정밀한 쿠션압 제어와 함께 에너지 회생이 가능할 수 있다. 여기서, 회생된 전기 에너지는 프레스 장치(800)의 프레스 램(840)의 상하 운동을 구동하는 구동 모터(860)에 분배되어 사용되거나, 회생 모터(200)가 전동기로서의 역할을 하여 쿠션 플레이트(100)를 상승 구동 시 회생 모터(200)로 재분배할 수 있다.

또한, 블랭크 홀더(830)의 하강 과정에서, 증속기(300)가 블랭크 홀더(830)를 지지하는 쿠션 플레이트(100)의 랙(110)과 기어 조합으로 연결된 피니언(120)의 회전속도 대비 회생 모터(200)의 회전속도를 증속시킴으로써, 회생 모터(200)의 에너지 회생 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 블랭크 홀더(830)의 하강 과정에서 회생 모터(200)의 발전 시, 제어부(400)는, 제 1 클러치(352)가 링 기어(330)와 하우징(360)에 고정된 고정 기어(351)를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하고, 제 2 클러치(354)가 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하여, 링 기어(330)의 자전 운동은 구속되고 플래닛 캐리어(340)의 자전 운동은 가능할 수 있도록 제 1 구동부(353) 및 제 2 구동부(355)를 제어할 수 있다.

따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 링 기어(330)는 하우징(360)에 고정된 고정 기어(351)와 동기화되어 함께 구속됨으로써 고정된 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 피니언(120) 측과 연결되어 입력축인 플래닛 캐리어(340)가 자전 운동을 하면, 플래닛 캐리어(340)에 의해 동기화 된 복수의 플래닛 기어(320)가 자전 운동과 함께 썬 기어(310) 외경을 따라 공전 운동을 하여, 회생 모터(200)의 구동축(210)과 연결되어 출력축인 썬 기어(310)를 회전시킴으로써, 입력축인 플래닛 캐리어(340)의 회전횟수 및 회전속도 대비 출력축인 썬 기어(310)의 회전횟수 및 회전속도를 증속시킬 수 있다.

이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 소재(S)의 프레스 성형이 완료된 후, 상부 금형(820)이 상승 운동을 하고, 에너지 회생을 수행하던 회생 모터(200)가 전동기로서 작동을 하여 쿠션 플레이트(100)를 상승 구동시킴으로써, 블랭크 홀더(830)를 원위치로 상승시킬 수 있다.

이러한, 블랭크 홀더(830)의 상승 과정에서, 증속기(300)에서 변속이 일어나 회생 모터(200)의 회전속도 대비 피니언(120)의 회전속도를 증속시키거나 동일하게할 수 있다.

예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이, 블랭크 홀더(830)의 상승 과정에서 회생 모터(200)의 구동 시, 제어부(400)는, 제 1 클러치(352)가 링 기어(330)와 고정 기어(351)를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하고, 제 2 클러치(354)가 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하여, 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)의 자전 운동이 동기화될 수 있도록 제 1 구동부(353) 및 제 2 구동부(355)를 제어할 수 있다.

따라서, 도 14에 도시된 바와 같이, 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)는 동기화되어 동일한 속도로 자전 운동을 할 수 있다. 이에 따라, 생 모터(200)의 구동축(210)과 연결되어 입력축인 썬 기어(310)가 회전에 의해 자전 운동을 하면, 플래닛 캐리어(340)에 의해 동기화 된 복수의 플래닛 기어(320)가 썬 기어(310)와 맞물린 상태로 썬 기어(310)의 외경을 따라 공전 운동을 하여, 피니언(120) 측과 연결되어 출력축인 플래닛 캐리어(340)를 회전시킴으로써, 입력축인 썬 기어(310)의 회전횟수 및 회전속도 대비 출력축인 플래닛 캐리어(340)의 회전횟수 및 회전속도를 증속시키거나 동일하게할 수 있다.

또한, 제어부(400)는, 하강 운동한 상부 금형(820)이 하사점에 도달 후 상승 운동으로 전환 시 각 클러치(352, 354)의 이동이 원활하게 이루어지도록, 회생 모터(200)를 소정 각도로 역회전시켜 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)의 외경면에 형성된 기어 이의 치형을 정렬한 후 제 2 클러치(354)를 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동시키고, 제 2 클러치(354)가 슬라이딩 이동되면 회생 모터(200)를 소정 각도로 추가 역회전시켜 링 기어(330)와 고정 기어(351)의 외경면에 형성된 기어 이의 치형을 정렬한 후 제 1 클러치(352)를 링 기어(330)와 고정 기어(351)를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동시킬 수 있다.

예컨대, 상부 금형(820)이 하강하여 소재(S)의 프레스 성형이 완료되는 하사점에서는, 제 1 클러치(352)와 링 기어(330) 및 고정 기어(351)가 하중에 의해 치면에 강하게 맞물려 있는 상태로, 상부 금형(820)이 상승 시에는 제 2 클러치(354)가 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동을 해야 하지만, 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)의 기어열 정렬이 이루어지지 않으면, 제 2 클러치(354)의 슬라이딩 이동이 어려울 수 있다.

따라서, 프레스 성형이 완료되는 하사점 직후에 기어치형이 정렬될 수 있도록, 회생 모터(200)에 설치된 엔코더(미도시)를 이용하여 회생 모터(200)를 반대방향으로 미세하게 역회전시켜, 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)의 기어 이의 치형을 정렬시키고, 정렬이 완료되면 제 2 클러치(354)를 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동시킬 수 있다.

이어서, 제 2 클러치(354)의 슬라이딩 이동이 완료되면, 제 1 클러치(352)가 고정 기어(351)로부터 벗어날 수 있도록, 추가적인 회생 모터(200)의 역회전을 통해 링 기어(330)와 플래닛 캐리어(340)가 동기화되어 힘을 받아주도록 한 후, 제 1 클러치(352)가 고정 기어(351)로부터 벗어나 링 기어(330)와 고정 기어(351)를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하게 할 수 있다.

원활한 변속을 위한 상술한 증속기(300)의 구동 제어는, 상승 운동한 상부 금형(820)이 상사점에 도달 후 하강 운동으로 전환시에도 동일한 메커니즘으로 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레스 장치의 에너지 회생 시스템(1000)은, 프레스 장치(800)의 블랭크 홀더(830)를 탄성적으로 지지 및 구동하는 쿠션 플레이트(100)의 구동을 전동화함으로써, 전체적인 프레스 장치(800)의 구조를 단순화하여 프레스 장치(800)의 설치 공간을 절감하고 유지보수를 원활하게 할 수 있다. 또한, 상부 금형(820)의 하강 시 블랭크 홀더(830)에 작용되고 있는 힘과 하강운동으로 발생하는 에너지를 회생 모터(200)에 의해 회생하고 이를 프레스 장치(800)의 구동에 활용함으로써 에너지를 절감할 수 있으며, 블랭크 홀더(830)의 하중을 회생 모터(200)에 의해 정밀 제어할 수 있다.

그러므로, 프레스 장치(800)의 에너지 절감을 통해 프레스 장치(800) 구동 시 발생되는 공해를 줄임으로써 지구온난화와 미세먼지 발생 등을 저감할 수 있는 친환경적이며, 정밀 제어를 통해 생산되는 제품의 제조원가 절감 및 품질 향상을 달성함으로써, 프레스 산업의 전반적인 경쟁력을 향상시키는 효과를 가질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 쿠션 플레이트
110: 랙
120: 피니언
200: 회생 모터
210: 구동축
300: 증속기
310: 썬 기어
320: 복수개의 플래닛 기어
330: 링 기어
340: 플래닛 캐리어
350: 변속 장치
360: 하우징
400: 제어부
500: 전기 회로부
600: 센서부
800: 프레스 장치
810: 하부 금형
820: 상부 금형
830: 블랭크 홀더
840: 프레스 램
850: 고정 플레이트
860: 구동 모터
870: 크랭크 축
S: 소재
PG: 유성 기어
1000: 프레스 장치의 에너지 회생 시스템

Claims

고정된 하부 금형 및 상기 하부 금형을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 상부 금형을 포함하는 프레스 장치에 설치되어, 상기 하부 금형과 상기 상부 금형 사이에 위치한 소재를 지지하는 블랭크 홀더를 적어도 하나의 프레스 핀에 의해 승하강 가능하게 지지하는 쿠션 플레이트;
상기 쿠션 플레이트와 랙(Rack)과 피니언(Pinion)의 기어 조합으로 연결되어, 상기 상부 금형의 하강 운동 시에는 발전기로서 상기 소재를 가압하는 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시에는 전동기로서 상기 블랭크 홀더가 원위치로 상승할 수 있도록 상기 쿠션 플레이트를 상승 구동시키는 회생 모터;
상기 기어 조합의 상기 피니언과 상기 회생 모터 사이에 설치되어, 상기 피니언의 회전속도 대비 상기 회생 모터의 회전속도를 선택적으로 증속시킬 수 있도록, 기어비의 변속이 가능한 적어도 하나의 유성 기어(Planetary Gear)의 조합으로 이루어지는 증속기; 및
상기 회생 모터 및 상기 증속기와 전기적으로 연결되어 상기 회생 모터 및 상기 증속기의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 유성 기어는,
출력축 또는 입력축의 기어로서, 상기 회생 모터의 구동축과 동기화되도록 연결되어 자전 운동을 하는 썬 기어;
상기 썬 기어와 치합되어 상기 썬 기어의 자전 운동에 따라 자전 운동을 하거나, 상기 썬 기어의 외경을 따라 공전 운동을 하는 복수개의 플래닛 기어;
상기 복수개의 플래닛 기어와 치합될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 자전 운동 또는 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 링 기어;
입력축 또는 출력축의 기어로서, 상기 피니언의 회전축과 동기화되도록 연결되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동이 동기화될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 연결하여, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 플래닛 캐리어; 및
상기 링 기어 또는 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동을 선택적으로 구속하여 상기 유성 기어의 기어비를 변속하는 변속 장치;를 포함하고,
상기 변속 장치는,
상기 링 기어와 나란하게 배치되고, 외경면의 적어도 일부분에 상기 링 기어의 외경면에 형성된 기어 이(Gear Tooth)와 동일한 치형의 기어 이가 형성되며, 상기 유성 기어의 하우징의 내면에 고정되는 고정 기어;
상기 링 기어 및 상기 고정 기어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 고정 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 선택적으로 동기화시키는 제 1 클러치;
상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 1 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 1 구동부;
상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 선택적으로 동기화시키는 제 2 클러치; 및
상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 2 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 2 구동부;를 포함하고,
상기 제 1 구동부는,
제 1 모터;
상기 제 1 모터의 구동축과 연결되어 상기 제 1 모터의 구동에 따라 회전하는 제 1 나사봉; 및
일측이 상기 제 1 클러치의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈에 삽입되고, 타측이 상기 제 1 나사봉과 나사결합되어 상기 제 1 나사봉의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 1 구동체;를 포함하고,
상기 제 2 구동부는,
제 2 모터;
상기 제 2 모터의 구동축과 연결되어 상기 제 2 모터의 구동에 따라 회전하는 제 2 나사봉; 및
일측이 상기 제 2 클러치의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈에 삽입되고, 타측이 상기 제 2 나사봉과 나사결합되어 상기 제 2 나사봉의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 2 구동체;
를 포함하는, 프레스 장치의 에너지 회생 시스템.
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삭제
고정된 하부 금형 및 상기 하부 금형을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 상부 금형을 포함하는 프레스 장치에 설치되어, 상기 하부 금형과 상기 상부 금형 사이에 위치한 소재를 지지하는 블랭크 홀더를 적어도 하나의 프레스 핀에 의해 승하강 가능하게 지지하는 쿠션 플레이트;
상기 쿠션 플레이트와 랙(Rack)과 피니언(Pinion)의 기어 조합으로 연결되어, 상기 상부 금형의 하강 운동 시에는 발전기로서 상기 소재를 가압하는 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시에는 전동기로서 상기 블랭크 홀더가 원위치로 상승할 수 있도록 상기 쿠션 플레이트를 상승 구동시키는 회생 모터;
상기 기어 조합의 상기 피니언과 상기 회생 모터 사이에 설치되어, 상기 피니언의 회전속도 대비 상기 회생 모터의 회전속도를 선택적으로 증속시킬 수 있도록, 기어비의 변속이 가능한 적어도 하나의 유성 기어(Planetary Gear)의 조합으로 이루어지는 증속기; 및
상기 회생 모터 및 상기 증속기와 전기적으로 연결되어 상기 회생 모터 및 상기 증속기의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 유성 기어는,
출력축 또는 입력축의 기어로서, 상기 회생 모터의 구동축과 동기화되도록 연결되어 자전 운동을 하는 썬 기어;
상기 썬 기어와 치합되어 상기 썬 기어의 자전 운동에 따라 자전 운동을 하거나, 상기 썬 기어의 외경을 따라 공전 운동을 하는 복수개의 플래닛 기어;
상기 복수개의 플래닛 기어와 치합될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 자전 운동 또는 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 링 기어;
입력축 또는 출력축의 기어로서, 상기 피니언의 회전축과 동기화되도록 연결되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동이 동기화될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 연결하여, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 플래닛 캐리어; 및
상기 링 기어 또는 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동을 선택적으로 구속하여 상기 유성 기어의 기어비를 변속하는 변속 장치;를 포함하고,
상기 변속 장치는,
상기 링 기어와 나란하게 배치되고, 외경면의 적어도 일부분에 상기 링 기어의 외경면에 형성된 기어 이(Gear Tooth)와 동일한 치형의 기어 이가 형성되며, 상기 유성 기어의 하우징의 내면에 고정되는 고정 기어;
상기 링 기어 및 상기 고정 기어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 고정 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 선택적으로 동기화시키는 제 1 클러치;
상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 1 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 1 구동부;
상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 선택적으로 동기화시키는 제 2 클러치; 및
상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 2 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 2 구동부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 상부 금형의 하강 운동 시, 상기 제 1 클러치가 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하고, 상기 제 2 클러치가 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하여, 상기 링 기어의 자전 운동은 구속되고 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동은 가능할 수 있도록 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 제어하고,
상기 상부 금형의 상승 운동 시, 상기 제 1 클러치가 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하고, 상기 제 2 클러치가 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동하여, 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동이 동기화될 수 있도록 상기 제 1 구동부 및 상기 제 2 구동부를 제어하는, 프레스 장치의 에너지 회생 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는,
하강 운동한 상기 상부 금형이 하사점에 도달 후 상승 운동으로 전환 시, 상기 회생 모터를 소정 각도로 역회전시켜 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어의 외경면에 형성된 기어 이의 치형을 정렬한 후 상기 제 2 클러치를 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동시키고, 상기 제 2 클러치가 슬라이딩 이동되면 상기 회생 모터를 소정 각도로 추가 역회전시켜 싱기 링 기어와 상기 고정 기어의 외경면에 형성된 기어 이의 치형을 정렬한 후 상기 제 1 클러치를 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 비동기화시키는 위치로 슬라이딩 이동시키는, 프레스 장치의 에너지 회생 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 회생 모터에서 발전된 상기 전기 에너지를 상기 회생 모터가 전동기로서 동작 시 상기 회생 모터로 재분배하거나, 상기 프레스 장치의 상기 상부 금형을 승하강시키는 프레스 램을 구동하는 구동 모터에 분배하는 전기 회로부;
를 더 포함하는, 프레스 장치의 에너지 회생 시스템.
삭제
고정된 하부 금형 및 상기 하부 금형을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 상부 금형을 포함하는 프레스 장치에 설치되어, 상기 하부 금형과 상기 상부 금형 사이에 위치한 소재를 지지하는 블랭크 홀더를 적어도 하나의 프레스 핀에 의해 승하강 가능하게 지지하는 쿠션 플레이트;
상기 쿠션 플레이트와 랙(Rack)과 피니언(Pinion)의 기어 조합으로 연결되어, 상기 상부 금형의 하강 운동 시에는 발전기로서 상기 소재를 가압하는 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시에는 전동기로서 상기 블랭크 홀더가 원위치로 상승할 수 있도록 상기 쿠션 플레이트를 상승 구동시키는 회생 모터;
상기 기어 조합의 상기 피니언과 상기 회생 모터 사이에 설치되어, 상기 피니언의 회전속도 대비 상기 회생 모터의 회전속도를 선택적으로 증속시키는 증속기;
상기 회생 모터 및 상기 증속기와 전기적으로 연결되어 상기 회생 모터 및 상기 증속기의 구동을 제어하는 제어부; 및
상기 쿠션 플레이트의 일측에 설치되어 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더에 인가되는 하중을 측정하는 센서부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 센서부에서 측정되는 상기 블랭크 홀더의 하중에 따라 상기 블랭크 홀더의 상기 쿠션압을 조절할 수 있도록 상기 회생 모터를 피드백 제어하되,
상기 상부 금형의 하강 운동 시, 상기 상부 금형과 상기 블랭크 홀더에 지지된 상기 소재의 접촉이 시작되는 구간에서는 상기 블랭크 홀더의 상기 쿠션압이 사전에 설정된 하중의 5% 내지 10%로 되도록 상기 회생 모터를 제어하고, 상기 상부 금형의 나머지 하강 구간에서는 상기 블랭크 홀더의 상기 쿠션압이 상기 사전에 설정된 하중의 95% 내지 100%로 되도록 상기 회생 모터를 제어하는, 프레스 장치의 에너지 회생 시스템.
하부 금형이 설치되는 고정 플레이트;
상기 하부 금형과 대향되게 상부 금형이 설치되고, 상기 고정 플레이트의 상부에서 상기 하부 금형을 향하는 방향으로 승하강 운동하는 프레스 램;
상기 프레스 램과 크랭크 축에 의해 연결되어 상기 프레스 램을 승하강 구동시키는 구동 모터;
상기 고정 플레이트의 하부에 설치되고, 상기 하부 금형과 상기 상부 금형 사이에 위치한 소재를 지지하는 블랭크 홀더를 적어도 하나의 프레스 핀에 의해 승하강 가능하게 지지하는 쿠션 플레이트;
상기 쿠션 플레이트와 랙(Rack)과 피니언(Pinion)의 기어 조합으로 연결되어, 상기 상부 금형의 하강 운동 시에는 발전기로서 상기 소재를 가압하는 상기 상부 금형에 의해 하강하는 상기 블랭크 홀더의 쿠션압을 제어하면서 전기 에너지를 발전하고, 상기 상부 금형의 상승 운동 시에는 전동기로서 상기 블랭크 홀더가 원위치로 상승할 수 있도록 상기 쿠션 플레이트를 상승 구동시키는 회생 모터;
상기 기어 조합의 상기 피니언과 상기 회생 모터 사이에 설치되어, 상기 피니언의 회전속도 대비 상기 회생 모터의 회전속도를 선택적으로 증속시킬 수 있도록, 기어비의 변속이 가능한 적어도 하나의 유성 기어(Planetary Gear)의 조합으로 이루어지는 증속기; 및
상기 구동 모터와 상기 회생 모터 및 상기 증속기와 전기적으로 연결되어, 상기 구동 모터와 상기 회생 모터 및 상기 증속기의 구동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 유성 기어는,
출력축 또는 입력축의 기어로서, 상기 회생 모터의 구동축과 동기화되도록 연결되어 자전 운동을 하는 썬 기어;
상기 썬 기어와 치합되어 상기 썬 기어의 자전 운동에 따라 자전 운동을 하거나, 상기 썬 기어의 외경을 따라 공전 운동을 하는 복수개의 플래닛 기어;
상기 복수개의 플래닛 기어와 치합될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 자전 운동 또는 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 링 기어;
입력축 또는 출력축의 기어로서, 상기 피니언의 회전축과 동기화되도록 연결되고, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동이 동기화될 수 있도록 상기 복수개의 플래닛 기어를 연결하여, 상기 복수개의 플래닛 기어의 공전 운동에 따라 자전 운동을 하는 플래닛 캐리어; 및
상기 링 기어 또는 상기 플래닛 캐리어의 자전 운동을 선택적으로 구속하여 상기 유성 기어의 기어비를 변속하는 변속 장치;를 포함하고,
상기 변속 장치는,
상기 링 기어와 나란하게 배치되고, 외경면의 적어도 일부분에 상기 링 기어의 외경면에 형성된 기어 이(Gear Tooth)와 동일한 치형의 기어 이가 형성되며, 상기 유성 기어의 하우징의 내면에 고정되는 고정 기어;
상기 링 기어 및 상기 고정 기어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 고정 기어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 고정 기어를 선택적으로 동기화시키는 제 1 클러치;
상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 1 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 1 구동부;
상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어의 외경면에 형성된 기어 이와 치합될 수 있도록 상기 링 기어 및 상기 플래닛 캐리어를 둘러싸도록 형성되고, 상기 링 기어의 축 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치되어, 상기 링 기어와 상기 플래닛 캐리어를 선택적으로 동기화시키는 제 2 클러치; 및
상기 하우징의 외면에 설치되어 상기 제 2 클러치를 슬라이딩 이동시키는 제 2 구동부;를 포함하고,
상기 제 1 구동부는,
제 1 모터;
상기 제 1 모터의 구동축과 연결되어 상기 제 1 모터의 구동에 따라 회전하는 제 1 나사봉; 및
일측이 상기 제 1 클러치의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈에 삽입되고, 타측이 상기 제 1 나사봉과 나사결합되어 상기 제 1 나사봉의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 1 구동체;를 포함하고,
상기 제 2 구동부는,
제 2 모터;
상기 제 2 모터의 구동축과 연결되어 상기 제 2 모터의 구동에 따라 회전하는 제 2 나사봉; 및
일측이 상기 제 2 클러치의 외경면을 따라 형성된 슬롯 홈에 삽입되고, 타측이 상기 제 2 나사봉과 나사결합되어 상기 제 2 나사봉의 회전 운동에 따라 전후진 운동을 하는 제 2 구동체;
를 포함하는, 프레스 장치.