(57)【要約】【課題】サーボプレスのモータに対する電力指令値と、エネルギ蓄積部への電力指令値との分配を簡易な構成で安定して行なうことができるサーボプレスシステムを提供する。【解決手段】インバータ回路ＩＶでモータ１１を駆動してプレス加工を行なうサーボプレスシステムであって、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換してインバータ回路に供給するコンバータＣＶと、直流電源ＰＳとを備え、コンバータは、直流電圧検出値と直流電電圧目標値とを比較して電力指令値を形成する調節器４２と、この調節器から出力される電力指令値を、電力指令値に基づいてコンバータ自体の主回路４１と前記直流電源とに分配する分配器４３とを備えている。【選択図】図１
2018122317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路でモータを駆動してプレス加工を行なうサーボプレス装置であって、
前記インバータ回路と直流ラインを介して接続され、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記インバータ回路に供給するコンバータと、
前記直流ラインに接続される直流電源とを備え、
前記コンバータは、前記直流ラインの直流電圧検出値と直流電圧目標値とを比較して電力指令値を形成する調節器と、該調節器から出力される電力指令値を、当該電力指令値に基づいて当該コンバータ自体の主回路と前記直流電源とに分配する分配器とを備えていることを特徴とするサーボプレス装置。
【請求項２】
前記分配器は、前記調節器から入力された前記電力指令値を設定値に制限するリミッタを有し、該リミッタから出力される電力指令制限値と入力された前記電力指令値との差分を前記直流電源に分配することを特徴とする請求項１に記載のサーボプレス装置。
【請求項３】
前記分配器は、前記調節器から入力された前記電力指令値の急激な変化を抑制するローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタから出力される電力指令値と、入力された前記電力指令値との差分を前記直流電源に分配することを特徴とする請求項１又は２に記載のサーボプレス装置。
【請求項４】
前記分配器は、前記調節器から入力された前記電力指令値に対して前記主回路の実効値を低減させる係数を乗算する係数乗算器を有し、該係数乗算器から出力される電力指令値と、入力された前記電力指令値との差分を前記直流電源に分配することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のサーボプレス装置。
【請求項５】
前記分配器は、前記調節器から入力された前記電力指令値に対してコンバータの実効値を低減させる係数を乗算する係数乗算器と、該係数乗算器から出力される電力指令値を設定値に制限するリミッタと、該リミッタから出力される電力指令制限値の急激な変化を抑制したコンバータ電力指令値を出力するローパスフィルタと、前記調節器から入力された前記電力指令値から前記ローパスフィルタから出力されるコンバータ電力指令値を減算する減算器とを備え、前記ローパスフィルタから出力されるコンバータ電力指令値を前記主回路に供給し、前記減算器から出力される減算結果を前記直流電源に出力することを特徴とする請求項１に記載のサーボプレス装置。
【請求項６】
前記直流電源は、コンデンサ、バッテリ、フライホイール蓄積装置の何れか１つで構成されるエネルギ蓄積部を備えていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のサーボプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動してプレス加工を行なうサーボプレスの瞬時的な電力を補償するサーボプレスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のサーボプレスシステムとしては、特許文献１及び２に記載されている構成が知られている。
特許文献１に記載されたサーボプレスシステムでは、複数のサーボプレスを駆動するインバータに電力を供給する電力供給回路と、複数のサーボプレスの動作を制御する制御部とを備えている。電力供給回路は、交流電源とこの交流電源に接続されたコンバータ及びコンデンサを有するエネルギ蓄積部とで構成されている。制御部は、複数のサーボプレスの加工領域が重複する場合、重複した加工領域における消費電力がエネルギ蓄積部の許容供給電力を超えると判定すると、重複した加工領域がエネルギ蓄積部の許容供給電力の範囲内に収まるように少なくとも１以上のサーボプレスの加工領域の加工開始時期を遅らせて効率のよい電力供給を行なうようにしている。
【０００３】
特許文献２に記載されたサーボプレスでは、電力グリッドから入力される交流電力を整流器で直流電力に変換してＤＣ電圧中間回路に供給する。このＤＣ電圧中間回路には直流電力を交流電力に変換する電力変換器を介して複数のサーボプレスのモータが接続されている。
また、ＤＣ電圧中間回路には、電力変換器を介してフライホイール蓄積装置が接続されている。このフライホイール蓄積装置には複数のサーボモータで生じるピーク負荷を緩衝するのに必要な量のエネルギであるバッファエネルギが充電される。そして、フライホイール蓄積装置に充電されたバッファエネルギがピーク負荷の発生時に、ＤＣ電圧中間回路に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１００８０７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載されているサーボプレスシステムでは、インバータの入力側にコンバータ及びコンデンサを含むエネルギ蓄積部が設けられているので、コンデンサの充放電のために直流電圧の変動が生じるが、システム上直流電圧の変動幅を広くすることはできないため、コンデンサ容量を大きくしなければならないという課題がある。
また、上記特許文献２に記載されているサーボプレスシステムでは、直流電源に対する電力指令が必要であり、サーボプレス用モータ駆動用インバータなどから電力情報を得る必要がある。この場合でも、交流電源に接続されるコンバータとの電力分担等を考慮することが難しく、システム全体を効率よく運用できないという課題がある。
【０００６】
さらに、特許文献２に記載されているサーボプレスでは、全てのプレスモータの挙動を中央監視装置が監視し、最適なフライホイール制御を行なうが、システムが複雑であり、電源として独立できないという問題点がある。
そこで、本発明は、上記従来例の課題に着目してなされたものであり、サーボプレスのモータに対する電力指令値と、直流電源への電力指令値との分配を簡易な構成で安定して行なうことができるサーボプレスシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るサーボプレスシステムの一態様は、インバータ回路でモータを駆動してプレス加工を行なうサーボプレスシステムであって、前記インバータ回路と直流ラインを介して接続され、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換してインバータ回路に供給するコンバータと、前記直流ラインに接続される直流電源とを備え、コンバータは、前記直流ラインの直流電圧検出値と直流電圧目標値とを比較して電力指令値を形成する調節器と、この調節器から出力される電力指令値を、電力指令値に基づいてコンバータ自体の主回路と前記直流電源とに分配する分配器とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、コンバータの主回路に対する電力指令値と、エネルギ蓄積部に対する電力指令値とを分配するので、電圧指令値を設定値に維持しながらエネルギ蓄積部の充放電をサーボプレスモータと独立して制御することができ、システム構成を簡略化することができる。また、コンバータの分配器で主回路に対する電力指令値の分配態様を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るサーボプレスシステムの一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の分配器の構成を示すブロック線図である。
【図３】本発明に係るサーボプレスシステムの変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
以下、本発明の一の実施の形態に係るサーボプレスシステムについて図面を参照して説明する。
サーボプレスシステム１０は、プレス加工を行うサーボプレスＳＰを備えている。ここで、サーボプレスＳＰは、サーボモータ１１によって駆動されるスライド駆動機構１２でスライド１３を上下動させることにより、スライド１３に支持した上金型とベース１４に支持された下金型とでブランクをプレス加工する。
【００１２】
ここで、サーボモータ１１は、インバータと組み合わせてトルク・回転数が可変で、電力回生が可能であれば、任意の方式のモータを使用可能である。たとえば、三相誘導モータ、三相同期モータ、永久磁石同期モータなどを適用できる。
また、スライド駆動機構１２は、クランク方式、クランクレス方式、トグル方式、ボールスクリュー方式等を適用できる。
【００１３】
このサーボプレスＳＰのサーボモータ１１が個別に複数例えば３つのインバータＩＶ１〜ＩＶ３によって回転制御される。ここで、インバータは３つ設ける場合に限らず、サーボモータ１１が必要とする電流を賄えれば良く、１つでも２つでも４つ以上でもよい。
各インバータＩＶ１〜ＩＶ３は、共通のコンバータＣＶ及び直流電源ＰＳに直流ラインＤＬを介して接続されている。そして、インバータＩＶ１〜ＩＶ３は、直流ラインＤＬから供給される直流電力をプレス制御装置ＰＣの制御信号によって交流電力に変換して各サーボプレスＳＰのサーボモータ１１に供給する。なお、図１では、インバータＩＶ１〜ＩＶ３に対して１台のプレス制御装置ＰＣから制御信号を与えるようにしているが、各インバータＩＶ１〜ＩＶ３にそれぞれ制御装置を設け、不図示の上位コントローラからの指令値（例えば、位置指令値）に基づいて、各インバータＩＶ１〜ＩＶ３にそれぞれ設けられた制御装置の制御信号によって各インバータＩＶ１〜ＩＶ３を制御するようにしてもよい。
【００１４】
直流電源ＰＳは、例えば電気エネルギを蓄積可能な電気二重層コンデンサ、バッテリ，フライホイール等で構成されるエネルギ蓄積部５１と、直流電圧を可変するためのＤＣ／ＤＣコンバータ、昇降圧チョッパ等の直流電圧変換部（不図示）を備え、このエネルギ蓄積部５１が上記直流電圧変換部を介してコンバータＣＶと各インバータＩＶ１〜ＩＶ３との間の直流ラインＤＬに接続されている。また、直流電源ＰＳは、エネルギ蓄積部５１に対して充放電制御を行う充放電制御部５２を備えている。
【００１５】
コンバータＣＶは、交流電源３０から入力される交流電力をインバータＩＶ１〜ＩＶ３で使用する直流電力に変換するとともに、インバータＶ１〜Ｖ３から回生される直流電力を交流電力に変換する主回路４１を備えており、この主回路４１から出力される直流電力がインバータＩＶ１〜ＩＶ３に供給され、交流電力が交流電源３０に回生される。
また、コンバータＣＶは、電力指令値Ｗｔを生成する調節器としての直流電圧調節器４２と、この直流電圧調節器４２から出力される電力指令値Ｗｔを主回路４１及びエネルギ蓄積部ＥＡに分配する分配器４３とを備えている。
【００１６】
直流電圧調節器４２は、各インバータＩＶ１〜ＩＶ３の接続点における直流ラインＤＬの直流電圧を検出する電圧検出部４４から入力される直流電圧検出値Ｖｄと、予め設定した直流電圧目標値Ｖｓとを比較し、その比較結果に対して例えばＰＩ（比例・積分）制御を行なって電力指令値Ｗｔを算出する。
分配器４３は、図２に示すように、直流電圧調節器４２から出力される電力指令値Ｗｔが入力される係数乗算器４３ａと、この係数乗算器４３ａの出力が入力されるリミッタ４３ｂと、このリミッタ４３ｂの出力が入力されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）４３ｃとが直列に接続されている。
【００１７】
ここで、係数乗算器４３ａは、入力される電力指令値Ｗｔに“１”以下の値に設定される係数ｋを乗算して主回路４１の実効値を低減させて、コンバータＣＶの容量を低減できる。
リミッタ４３ｂは、主回路４１に対する電力指令値を設定値で制限し、電源電力のピークカットを行なうことができる。
【００１８】
ローパスフィルタ４３ｃは、リミッタ４３ｂの出力に対してローパスフィルタ動作を行なって、主回路４１に対する電力指令値を緩やかに変化させて電源負荷の急変を防止し、フリッカ対策を行なう。このローパスフィルタ４３ｃから出力されるフィルタ出力が主回路４１に対する電力指令値Ｗｔｃとして出力される。
また、分配器４３は、直流電圧調節器４２から出力される電力指令値Ｗｔからローパスフィルタ４３ｃから出力される電力指令値Ｗｔｃを減算して直流電源ＰＳの充放電制御部５２に対する電力指令値Ｗｔｅを出力する減算器４３ｄを備えている。
【００１９】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、サーボプレスシステムについて説明する。
サーボプレスＳＰでブランクをプレス加工する場合には、プレス時に負荷が急増して使用電力が最大となり、最大使用電力と最小使用電力の差が大きくなるとともに、最大使用電力が高くなる。
【００２０】
そこで、本実施形態では、直流ラインＤＬの直流電圧を電圧検出部４４で検出し、検出した直流電圧検出値ＶｄをコンバータＣＶの直流電圧調節器４２に入力する。
このため、直流電圧調節器４２では、入力される直流電圧検出値Ｖｄと予め設定された直流電圧目標値Ｖｓとを比較し、その差分をＰＩ制御することにより、サーボプレスシステムで使用する直流電圧を直流電圧目標値Ｖｓに一致させる電力指令値Ｗｔを算出する。
【００２１】
この直流電圧調節器４２から出力される電力指令値Ｗｔを分配器４３に供給することにより、この分配器４３で、主回路４１の電力指令値Ｗｔｃと直流電源ＰＳの充放電制御部５２の電力指令値Ｗｔｅとに分配する。
すなわち、例えば電力負荷が少なくコンバータＣＶの主回路４１における実効値を低減する必要がない場合には、分配器４３の係数乗算器４３ａで係数ｋを“１”に設定する。この場合には、直流電圧調節器４２から入力される電力指令値Ｗｔがそのままリミッタ４３ｂに供給されることになる。このリミッタ４３ｂでも電力のピークカットを行なわない場合には、直流電圧調節器４２から入力される電力指令値Ｗｔがそのままローパスフィルタ４３ｃに供給される。
【００２２】
したがって、ローパスフィルタ４３ｃによる電力指令値Ｗｔの急変を抑制して緩やかな変化となる電力指令値が主回路４１に対する電力指令値Ｗｔｃとして出力される。
このため、直流電圧調節器４２から出力される電力指令値Ｗｔが、緩やかな変化を繰り返している状態から急激な変化となったときに、ローパスフィルタ４３ｃから出力される主回路４１に対する電力指令値Ｗｔｃは緩やかな変化を継続する。
【００２３】
また、電力指令値Ｗｔと主回路４１に対する電力指令値Ｗｔｃとの差分が直流電源ＰＳの充放電制御部５２に対する電力指令値Ｗｔｅとなる。この電力指令値Ｗｔｅが充放電制御部５２に入力されることにより、エネルギ蓄積部５１から電力指令値Ｗｔｅに応じて充放電される。例えば、電圧検出部４４で検出する直流電圧検出値Ｖｄが予め設定された直流電圧目標値Ｖｄよりも小さい場合、エネルギ蓄積部５１から出力される直流電力がコンバータＣＶの主回路４１から出力される直流電力に加算されて直流ラインＤＬの直流電力は電力指令値Ｗｔに相当するものとなり、この直流電力が各インバータＩＶ１〜ＩＶ３に供給される。したがって、インバータＩＶ１〜ＩＶ３で消費する電力が瞬時に増加した場合には、エネルギ蓄積部５１によって補充することができる。
【００２４】
また、交流電源３０の電力ピークカットを行なう場合には、コンバータＣＶの分配器４３のリミッタ４３ｂの制限値ＷｔＬＩＭを所望値に設定する。これにより、直流電圧調節器４２から出力される電力指令値Ｗｔが制限値ＷｔＬＩＭ未満であるときには、リミッタ４３ｂの出力は電力指令値Ｗｔと同じになる。
しかしながら、電力指令値Ｗｔが制限値ＷｔＬＩＭを超えたときに、リミッタ４３ｂの出力は、制限値ＷｔＬＩＭに制限される。このため、ローパスフィルタ４３ｃから出力される直流電力が制限値ＷｔＬＩＭに制限される。このとき、電力指令値Ｗｔと制限値ＷｔＬＩＭとの差分を表す電力指令値Ｗｔｅが直流電源ＰＳの充放電制御部５２に出力される。このため、充放電制御部５２で電力指令値Ｗｔｅに応じて充放電され、直流ラインＤＬの直流電圧を直流電圧目標値Ｖｓに維持することができる。
【００２５】
さらに、コンバータＣＶの主回路４１の実効値を低下させる場合には、分配器４３の係数乗算器４３ａで、係数ｋを所望値例えばｋ＝０．７に設定すると、この係数乗算器４３ａから出力される電力指令値Ｗｔａは、Ｗｔａ＝ｋ・Ｗｔ＝０．７×Ｗｔとなる。
そして、必要に応じてリミッタ４３ｂで制限され、ローパスフィルタ４３ｃで電力指令値の急激な変動が緩やかな変動に抑制される。このため、主回路４１で、電力指令値Ｗｔの７割を分担することになり、残りの３割を直流電源ＰＳで分担することになり、コンバータＣＶの容量を低減することができる。
【００２６】
また、サーボプレスＳＰで、サーボモータ１１が減速制御されることにより、回生電力が発生すると、これがインバータＩＶ１〜ＩＶ３から直流ラインＤＬに出力される。このとき、インバータＩＶ１〜ＩＶ３からの回生電力により直流ラインＤＬの直流電圧が上昇し、電圧検出部４４で検出する直流電圧検出値Ｖｄが予め設定された直流電圧目標値Ｖｄよりも大きくなる。直流電圧調節器４２では、直流電圧検出値Ｖｄと直流電圧目標値Ｖｓとの差分をＰＩ制御することにより、電力指令値Ｗｔを算出する。コンバータＣＶでは、分配器４３において算出された電力指令値Ｗｔｃに基づいて主回路４１で直流ラインＤＬの回生電力を交流電力に変換して交流電源３０側へ回生する。これと同時にエネルギ蓄積部５１では、分配器４３で算出された電力指令Ｗｔｅに基づいて回生電力を充電する。
【００２７】
このように、上記実施形態によると、交流電源３０に接続されるコンバータＣＶは、出力する直流電圧を一定に制御するため、システムを安定化できる。
また、コンバータＣＶから出力する直流電力と、エネルギ蓄積部ＥＡから出力する直流電力との分配比率を、インバータＩＶ１〜ＩＶ３の動作状況を把握することなく、独立して制御することができる。
【００２８】
さらに、コンバータＣＶ内の直流電圧調節器４２の出力は全体の電力指令値となっているが、これを分配器４３に供給してコンバータの主回路４１と外部の直流電源ＰＳの充放電制御部５２とに分配している。このため、分配器４３の分配条件を設定することにより、目的に合わせたシステム運用が可能となる。
例えば、コンバータＣＶの主回路４１が出力する直流電力を一定以下に制限するリミッタ４３ｂを設けることにより、電源の電力ピークをカットすることができる。また、電源の電力変動を抑制するローパスフィルタ４３ｃを設けることにより、電源周辺に発生するフリッカを抑制することができる。さらに、主回路４１の実効値を設定する係数乗算器４３ａを設けることにより、コンバータＣＶの実効値を低減して抑制してコンバータＣＶ自体の容量を小さくすることができる。
【００２９】
さらに、分配器４３は、係数乗算器４３ａ、リミッタ４３ｂ及びローパスフィルタ４３ｃを設ける場合には、電力指令値Ｗｔの入力側から上記の順序で配置することにより、係数乗算器４３ａで発揮する実効値低減機能、リミッタ４３ｂで発揮する電力ピークカット機能及びローパスフィルタ４３ｃで発揮する電力指令値変動抑制機能を、他の機能の影響を受けることなく最適状態に設定することができる。
【００３０】
ちなみに、リミッタ４３ｂ、係数乗算器４３ａ及びローパスフィルタ４３ｃの順に配置すると、リミッタ４３ｂで制限された値に対して係数乗算器４３ａで係数ｋを乗算することになり、実効値低減効果が制限される。同様に、ローパスフィルタ４３ｃ、係数乗算器４３ａ、リミッタ４３ｂの順に配置した場合には、ローパスフィルタ４３ｃで変動を緩和した電力指令値Ｗｔに対して係数ｋの乗算や制限をかけることになり、実効値低減機能及び電力ピークカット機能を十分に発揮することができない。
【００３１】
なお、上記実施形態では、１台のサーボプレスＳＰをコンバータＣＶ及び直流電源ＰＳで駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図３に示すように、複数ｎ台のサーボプレスＰＳ１、ＰＳ２・・・ＰＳｎを１台のコンバータＣＶ及び直流電源ＰＳで駆動することもできる。
この場合、各サーボプレスＰＳ１〜ＰＳｎのサーボモータ１１毎にインバータ回路ＩＶ１〜ＩＶｎが設けられ、各インバータ回路ＩＶ１〜ＩＶｎが個別のプレス制御装置ＰＣ１〜ＰＣｎによって制御される。各インバータＩＶ１〜ＩＶｎには、１台のコンバータＣＶ及び直流電源ＰＳから直流ラインＤＬを介して直流電力が供給される。そして、複数のサーボプレスＳＰ１〜ＳＰｎが１つのプレス加工ラインに配置されているものとすると、各サーボプレスＳＰ１〜ＳＰｎが同期制御される。このため、各サーボプレスＳＰ１〜ＳＰｎのサーボモータ１１が同時にプレス加工するタイミングで瞬時使用電力が最大となり、このような制御を行うと、瞬時最大使用電力がより高くなる。
【００３２】
このため、コンバータＣＶに加えて直流電源ＰＳを設けることにより、コンバータＣＶの最大出力電力を制限しながら、瞬時最大使用電力を直流電源ＰＳで賄うことができる。
また、上記実施形態では、サーボプレスＳＰが１つのサーボモータ１１を備えている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、サーボプレスＳＰが複数のサーボモータを備えている場合には、この複数のサーボモータのそれぞれにインバータ回路を設ければよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、分配器４３に係数乗算器４３ａ、リミッタ４３ｂ及びローパスフィルタ４３ｃを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、目的に合わせて係数乗算器４３ａ、リミッタ４３ｂ及びローパスフィルタ４３ｃの少なくとも１つを選択することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０…サーボプレスシステム、ＳＰ１〜ＳＰｎ…サーボプレス、１１…サーボモータ、１２…スライド駆動機構、１３…スライド、ＩＶ，ＩＶ１〜ＩＶｎ…インバータ、ＣＶ…コンバータ、３０…交流電源、４１…主回路、４２…直流電圧調節器、４３…分配器、４３ａ…係数乗算器、４３ｂ…リミッタ、４３ｃ…ローパスフィルタ、４３ｄ…減算器、ＰＳ…直流電源、５１…エネルギ蓄積部、５２…充放電制御部、ＰＣ、ＰＣ１〜ＰＣｎ…プレス制御装置
【図１】
2018122317.tif 000003
【図２】
2018122317.tif 000004
【図３】
2018122317.tif 000005