KR20140052565A - 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩 및 그 프레스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상의 유도 전동기에 벡터 제어 방식의 컨트롤러를 적용함으로써, 부하의 속도와 토크를 감지하여 부하의 변동에 대해서도 일정한 회전 속도를 유지하면서도 넓은 속도 범위에 걸쳐 안정적인 토크를 얻고 동시에 속도의 빠른 가감속과 함께 정역방향으로 회전할 수 있게 한 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩 및 그 프레스를 제공하는데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩은, 유도 전동기에 벡터 제어 방식의 컨트롤러를 장착하여 구성하되, 상기 벡터 제어 방식의 컨트롤러는 부하의 속도와 토크를 감지하여 유도 전동기의 속도를 가감시켜 정역방향으로 회전시켜 주는 것을 특징으로 한다.

Description

양방향 토출 방식의 유압 파워 팩 및 그 프레스{BIDIRECTIONAL DISCHARGING -TYPED HYDRAULIC POWER PACK AND THE PRESS USING THE SAME}

본 발명은 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩 및 그 프레스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상의 유도 전동기에 벡터 제어가 가능한 컨트롤러를 구비하여 양방향 유압 펌프를 이용하여 유압식 액츄에이터를 제어할 수 있게 함으로써, 부하에 의한 속도와 토크를 감지하여 유도 전동기의 회전 속도와 회전방향을 제어할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 프레스에는 금형과 금형의 합형 및 이형시켜 주는 실린더를 제어하기 위하여 유압 생성을 위한 유압 파워 팩이 이용된다. 도 1에는 종래의 유압 파워 팩이 적용된 프레스의 일 예를 보여준다.

도 1에서, 종래의 유압식 액츄에이터(20)는 구동모터(10)의 구동에 의해 동작하는 유압 펌프(30)로부터 작동에 필요한 유압을 공급받는다. 이때, 구동모터(10)는 일방향으로 회전하면서 유압 펌프(30)를 동작시켜 필요한 유압을 생성한다.

한편, 유압 펌프(30)에서 생성된 유압은 유압식 액츄에이터(20)의 상승과 하강 동작에 따라 로드측 포트(21)와 헤드측 포트(22)로 공급방향을 제어하기 위하여 방향전환 밸브(40)가 구비된다. 그리고, 이 방향 전환 밸브(40)에는 상승과 하강 동작시의 실질적으로 유압의 공급방향을 결정시켜 주도록 제어하는 솔레노이드(S2,S3)가 구비된다.

또한, 유압 파워 팩에는 유압식 액츄에이터(20)가 가압된 상태를 유지할 수 있도록 유량조절밸브(50)가 더 구비된다. 그리고, 이 유량조절밸브(50)는 솔레노이드(S1)로 제어되며 유압식 액츄에이터(20)가 일정한 상태를 지속적으로 유지시켜 주도록 유압의 공급을 제어하게 된다.

이와 같이 이루어진 종래의 유압 파워 팩은, 도 2와 같이, 필요한 유압을 생성하기 위해서는 구동모터(10)가 항상 일정한 속도(1800RPM)로 회전해야 한다. 또한, 구동모터(10)는 유압식 액츄에이터(20)의 하강과 상승 동작이 있을 때마다 정회전을 하며 오일 압력을 가감시켜주게 된다. 또한, 이처럼 유압의 공급 및 토출을 위해서는 각 솔레노이드(S1,S2,S3)가 함께 동작하게 된다. 도 2에서, 각 솔레노이드(S1,S2,S3)는 "+"로 표시된 경우 해당 솔레노이드가 작동함을 보여주고 있다.

도 2에서, 그래프는 유압식 액츄에이터의 승하강에 따른 행정거리의 변화를 시간 변화에 따라 보여주는 것이다.

하지만, 이러한 구동모터를 액츄에이터로 사용하는 종래의 유압 파워 팩은 다음과 같은 문제가 발생하였다.

(1) 구동모터가 일방향으로만 회전하기 때문에 유압 펌프를 통해 생성된 유압이 재사용할 수 없게 되어 유압식 액츄에이터의 승하강시 필요로 하는 유압을 공급하기 위해서는 구동모터가 항상 일정한 속도로 동작해야 한다. 이는 시스템의 전력 소비량을 증가시키는 요인으로 작용하였다.

(2) 이를 해결하기 위한 방법으로 양방향 회전이 가능한 서보 모터를 채택할 수 있으나, 서보 모터는 희토류를 이용한 영구자석을 적용하기 때문에 유압 파워 팩의 제조단가를 높이는 요인이 된다.

(3) 유압 펌프로부터 생성된 유압을 유압식 액츄에이터의 승하강 동작에 따라 헤드측 또는 로드측 포트로 유압 공급을 하기 위한 방향 전환 밸브와 유압식 액츄에이터가 일정한 형태를 지속하기 위한 유압 조절 밸브 등에 밸브를 필요로 하기 때문에 유압 라인이 복잡해지고, 유량의 제어손실은 많은 열의 발생으로 냉각을 필요로 하게 된다.

(4) 이처럼 복잡해지는 구성 때문에 구성 전체에 대하여 통합적인 제어를 필요로 하게 되어 유압 제어에 있어서도 어려움이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 통상의 유도 전동기에 벡터 제어 방식의 컨트롤러를 적용함으로써, 부하의 속도와 토크를 감지하여 부하의 변동에 대해서도 일정한 회전 속도를 유지하면서도 넓은 속도 범위에 걸쳐 안정적인 토크를 얻고 동시에 속도의 빠른 가감속과 함께 정역방향으로 회전할 수 있게 한 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩 및 그 프레스를 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩은, 벡터 제어 방식의 컨트롤러가 구비된 일정용량의 유도 전동기; 및 상기 유도 전동기에 의해 구동되며, 오일 탱크로부터 오일 공급 및 배출이 이루어지는 양방향 유압 펌프;를 포함하고, 상기 벡터 제어 방식의 컨트롤러는 부하의 속도와 토크를 감지하여 유도 전동기의 속도를 가감시켜 정역방향으로 회전시켜 주는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩을 적용한 프레스는, 한 쌍의 급유 포트가 구비된 유압식 액츄에이터; 상기 급유 포트로 유압유를 분배하기 위하여 정역방향으로 동작가능한 양방향 유압펌프; 및 상기 유압펌프를 구동시켜 주기 위한 일정용량의 유도 전동기;를 포함하고;, 상기 유도 전동기에는 부하의 속도와 토크를 통해 이 유도 전동기의 속도를 가감시켜 정역방향으로 회전시킬 수 있도록 벡터 제어 방식의 컨트롤러가 구비된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 양방향 유압펌프는 정역방향으로 회전 가능한 기어 펌프, 스크류 펌프, 또는 피스톤 펌프인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 양방향 유압펌프는 오일 공급 밑 배출이 이루어질 수 있도록 오일탱크와 연결된 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 유도 전동기와 양방향 유압 펌프는 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩 및 그 프레스에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 유압식 액츄에이터에서 필요로 하는 유량에 맞게 펌프의 회전수를 적절하게 조절하여 동작이 이루어지기 때문에 전력량의 소비량을 최소화할 수 있다. 또한, 유도 전동기의 동작을 최소화할 수 있기 때문에 유압유의 발열량이 줄어들고 이로 인하여 냉각장치의 용량을 줄일 수 있다.

(2) 방향 전환 밸브나 유량 조절 밸브 등을 구비하지 않아도 되기 때문에 유압 파워 팩의 전체적인 구성을 간단하게 구성하면서도 보다 정확한 동작이 이루어지게 된다.

(3) 고가의 서보 모터 등을 이용하지 않고서도 이와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 유압 파워 팩이 적용된 실린더의 일 예를 보여주기 위한 개략도.
도 2는 종래의 유압 파워 팩을 통해 실린더가 제어되는 상태를 보여주기 위한 동작 시퀀스를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩의 구성을 보여주기 위한 구성도.
도 4는 본 발명의 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩에 적용된 벡터 제어 방식의 컨트롤러의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩이 적용된 유압 프레스의 일 예를 보여주기 위한 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩이 적용된 프레스의 동작 시퀀스를 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(양방향 토출식 유압 파워 팩의 구성)

본 발명에 따른 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩은, 도 3 및 도 4와 같이, 컨트롤러(110)에 의해 제어되는 유도 전동기(100)와, 이 유도 전동기(100)를 통해 양방향으로 유압을 토출시켜 주는 양방향 유압 펌프(300)를 포함하여 구성된다. 여기서, 유도 전동기(100)는 통상 0.125kw~150kw용량을 갖는 것을 이용하고 있으나, 150kw 이상의 용량을 갖는 유도 전동기를 이용할 수도 있다.

특히, 상기 컨트롤러(110)는 벡터 제어 방식을 채택함으로써, 벡터 제어의 특성인 부하의 속도와 토크를 감지하여 유도 전동기(100)의 속도 가감과 정역방향으로 회전제어할 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 컨트롤러(110)는, 도 4와 같이, 잔류 편차를 없애기 위하여 미소 잔류편차를 시간적으로 누적하여 미리 설정된 크기로 된 곳에서 조작량을 증가하여 편차를 없애 빠른 응답이 가능하게 하는데 필요한 비례 적분 제어(PI 제어)와, 전류를 피드백 받아서 부하의 속도와 토크를 감지하여 속도의 가감 및 회전방향을 설정하기 위한 벡터 연산을 통해 유도 전동기(100)의 정역회전방향과 회전 속도를 제어하게 된다. 이러한 벡터 제어 방식에 대해서는 통상의 기술로 이루어지는 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

양방향 유압 펌프(300)는 유도 전동기(100)에 의해 구동되며 상기 급유 포트(210,220)에 선택적으로 유압을 공급한다. 이러한 양방향 유압 펌프(300)는 정역방향으로 회전가능한 유압 펌프라면 어떠한 것이라도 이용할 수 있으며, 예시적으로 기어 펌프, 스크류 펌프, 또는 피스톤 펌프를 들 수 있다.

또한, 양방향 유압펌프(300)는 오일 탱크(310)를 더 구비하여 오일의 공급 및 보충 등이 용이하게 이루어질 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 3에서, 미설명 부호 "C"는 양방향 유압 펌프(300)로부터 오일 탱크(310)로의 오일이 누유되지 않도록 차단시켜 주는 체크 밸브를 나타낸다.

본 발명에 따른 유압 파워 팩은 유압을 사용하는 유압기계의 파워 공급장치로 사용될 수 있으며 특히 프레스장치에 이용될 수 있다.

(양방향 토출 유압 파워 팩이 적용된 프레스)

본 발명에 따른 유압 파워 팩이 적용된 파워 팩은, 도 5와 같이, 정역방향과 회전 속도가 제어되는 유도 전동기(100), 이 유도 전동기(100)에 의해 구동되는 양방향 유압 펌프(300), 그리고 양방향 유압 펌프(300)에 의해 실질적으로 유압을 공급받아 프레스 가공이 이루어지게 하는 유압식 액츄에이터(200)를 포함한다.

유도 전동기(100)는 벡터 제어 방식의 컨트롤러(110)가 구비된 것으로, 이에 대한 구성은 상술한 바와 같기 때문에 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

유압식 액츄에이터(200)는 실질적으로 금형을 합형 및 이형시켜 주기 위한 것으로, 양단부에 각각 급유 포트(210,220)가 구비된다. 이들 급유 포트(210,220)는 통상적으로 헤드측 및 로드측 포트라고 불리우며 유압을 공급받거나 배출함에 따라서 로드를 승강 또는 하강시키는 역할을 한다. 도면에서는 유압식 실린더의 예를 보여준다.

양방향 유압 펌프(300)는 상술한 바와 같이, 유압 파워 팩에서 이미 설명한 것으로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

한편, 이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 프레스는, 도 6과 같이, 유압식 액츄에이터(200)를 승하강시켜 주기 위해 유도 전동기(100)가 다음과 같은 동작 시퀀스에 따라 작동한다. 도 6은 유압식 액츄에이터의 승하강에 따른 행정거리의 변화를 시간 변화에 따라 보여주는 그래프이고, 이 그래프에 따른 동작 시퀀스를 함께 보여준다.

우선, 유도 전동기(100)는 유압식 액츄에이터(200)를 하강(유압 감소)시키기 위하여 정방향으로 회전하며 이때의 회전 속도는 상승시의 속도(1800RPM)보다 낮은 속도(800RPM)로 회전하게 된다. 이러한 회전 속도는 하강 속도가 낮을수록 점차 낮은 속도(500RPM)로 정방향 회전을 한다.

또한, 유도 전동기(100)는 유압식 액츄에이터(200)의 현재 상태를 유지시키는 경우, 유도전동기(100)는 저속 상태(300RPM)으로 구동한다.

그리고, 유도 전동기(100)는 유압식 액츄에이터(200)가 상승(유압 증가)시 역방향으로서 회전 속도(1800RPM)가 증가하게 된다.

마지막으로, 대기시에는 유도 전동기(100)는 회전하지 않는다.

이상과 같은 동작 시퀀스를 통해 종래의 구동모터와 비교해 보면, 본 발명의 유도 전동기는 항상 일정한 속도(1800RPM)를 유지해야 하는 종래의 구동모터와 달리, 승하강 조건에 따라 회전속도가 0~1800RPM으로 가변됨을 알 수 있다. 특히, 기존의 일정한 회전속도(1800RPM)와 달리 필요한 경우에만 속도가 증가하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 프레스는, 종래와 달리 복수의 밸브 등의 구성없이도, 양방향 유압 펌프만을 통해 유압식 액츄에이터의 동작 제어가 이루어지게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 유도 전동기(100)와 양방향 유압 펌프(300)는 별도로 구성된 것으로 설명하고 있다. 그러나, 이들 유도 전동기(100)와 양방향 유압 펌프(300)는 모듈로서 일체로 제작함으로써, 본 발명에 따른 프레스의 제조시 조립성 및 제작을 용이하게 할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 통상의 유도 전동기에 벡터 제어가 가능한 컨트롤러를 이용하여 정역 방향 및 그 회전속도를 조절할 수 있게 함으로써, 구조가 간단하고 제조 비용을 줄일 수 있으면서도 정밀하게 프레스 등 유압기계에 이용되는 유압식 액츄에이터를 제어할 수 있게 되는 것이다.

100 : 유도 전동기
110 : 컨트롤러
200 : 유압식 액츄에이터
300 : 양방향 유압 펌프
310 : 오일 탱크

Claims (5)

1. 벡터 제어 방식의 컨트롤러(110)가 구비된 일정용량의 유도 전동기(100); 및 상기 유도 전동기(100)에 의해 구동되며, 오일 탱크(310)로부터 오일 공급 및 배출이 이루어지는 양방향 유압 펌프(300);를 포함하고,
   상기 벡터 제어 방식의 컨트롤러(110)는 부하의 속도와 토크를 감지하여 유도 전동기(100)의 속도를 가감시켜 정역방향으로 회전시켜 주는 것을 특징으로 하는 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 양방향 유압펌프(300)는 정역방향으로 회전 가능한 기어 펌프, 스크류 펌프, 또는 피스톤 펌프인 것을 특징으로 하는 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유도 전동기(100)와 양방향 유압 펌프(300)는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 양방향 토출 방식의 유압 파워 팩.
   
4. 한 쌍의 급유 포트(210,220)가 구비된 유압식 액츄에이터(200); 상기 급유 포트(210,220)로 유압유를 분배하기 위하여 정역방향으로 동작가능한 양방향 유압펌프(300); 및 상기 유압펌프(300)를 구동시켜 주기 위한 일정용량의 유도 전동기(100);를 포함하고,
   상기 유도 전동기(100)에는 부하의 속도와 토크를 통해 이 유도 전동기(100)의 속도를 가감시켜 정역방향으로 회전시킬 수 있도록 벡터 제어 방식의 컨트롤러(110)가 구비된 것을 특징으로 하는 프레스.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 양방향 유압펌프(300)는 오일 공급 밑 배출이 이루어질 수 있도록 오일탱크(310)와 연결된 것을 특징으로 하는 프레스.
   

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