專利名稱：壓力機和控制方法
技術領域：
本發明涉及壓力機和控制方法。
背景技術：
例如，如專利文獻1 (日本特開2006-192467號公報)等所記載的那樣，伺服沖 壓裝置具有能夠根據各種各樣的要求可變地控制滑動件(slide)的工作并能夠選擇其運行 模式的特征。在伺服沖壓裝置中，沖壓裝置的轉矩能力(能夠在下止點前幾毫米的位置產生 多大的壓力這樣的能力)和此時能夠達到的沖壓工作速度(SPM)由使用的伺服電動機的 能力決定。S卩，提出了以下方法由于沖壓裝置的轉矩能力和生產速度的特性由電動機的 最高轉速和最大轉矩特性決定，因此當由于使用的電動機而導致轉矩能力和生產速度分 別不足時，使用作為多個電動機的伺服電動機和線性電動機來進行加壓(參照專利文獻 2(日本特開2001-150193號公報)等)，或者根據沖壓裝置的工序來切換使用多個電動機 (參照專利文獻3 (日本特開2008-119737號公報)等)。專利文獻2或專利文獻3所記載的方法，雖然能夠實現包括沖壓加工在內的沖壓 工序的目的，但是可能會由于分開使用多個電動機而導致裝置變得復雜。
發明內容
本發明是鑒于上述實際情況而完成的，其目的在于提供以下的壓力機和控制方 法結構簡單且成本低廉，同時能夠根據各種各樣的要求特性可變地控制轉矩能力(或 往復運動的滑動件的一個行程內的加壓力產生特性(以下也稱為行程壓力特性))和生產 速度等壓力機的能力(壓制能力)。本發明是一種壓力機，所述壓力機通過電動機來驅動滑動件，其特征在于，具 有控制所述電動機的驅動的控制裝置，并且構成為能夠利用電動機的勵磁控制來可變地 控制壓制能力。本發明的特征可以是所述壓制能力包括壓力機的轉矩能力(或行程壓力特 性)。本發明的特征可以是所述壓制能力包括SPM或滑動件的移動速度。本發明的特征可以是通過可變地控制關于滑動件位置的加壓力產生特性、作 用于工件的最大加壓力、最大加壓力產生時的加工速度、產生最大加壓力的能力產生位 置中的至少一個來執行所述壓制能力的可變控制。本發明的特征可以是基于壓制能力的可變控制的內容向對于電動機的轉矩指 令施加限制。本發明的特征可以是在所述電動機為交流電動機的情況下，基于“電動機的 轉速”和/或“轉矩指令”和/或“驅動電動機的電力變換器的直流電壓”來獲得與d軸電流相關的信息并執行勵磁控制。本發明的特征可以是根據壓力機的運行模式來改變勵磁控制中的d軸電流的 指令。本發明的特征可以是根據作業頻率來改變勵磁控制中的d軸電流的指令。另外，本發明是一種壓力機的控制方法，所述壓力機通過電動機來驅動滑動 件，所述壓力機的控制方法的特征在于，控制所述電動機的驅動，并且能夠利用電動機 的勵磁控制來可變地控制壓制能力。本發明的特征可以是根據壓力機的運行模式來改變勵磁控制中的d軸電流的 指令。本發明的特征可以是根據作業頻率來改變勵磁控制中的d軸電流的指令。根據本發明，能夠提供以下的壓力機和控制方法結構簡單且成本低廉，并且 能夠抑制電動機、控制裝置、電源設備的大型化、復雜化，同時能夠根據各種各樣的要 求特性可變地控制轉矩能力(或往復運動的滑動件的一個行程內的加壓力產生特性(行程 壓力特性))和生產速度等壓制能力。在本發明中，例如能夠利用勵磁控制來可變地控制轉矩能力(作用于工件的加 壓力的產生能力)，并且通過利用勵磁控制來可變地控制電動機的輸出，能夠在沖壓行程 中連續地可變地控制轉矩能力(作用于工件的加壓力的產生能力)。另外，在本發明中，能夠根據在沖壓加工的要求中是重視轉矩能力還是重視加 壓時的作業速度來選擇能力。另外，在如本發明那樣能夠可變地控制壓力機的能力的情況下，如果根據該可 變控制的內容向對于電動機的轉矩指令施加限制，則也能夠實現不會超過設定最大加壓 力的壓力機。
圖1是應用本發明的壓力機的結構示例。圖2是本發明的實施例1、2、3的控制裝置的控制框圖。圖3是表示實施例1、2、3的控制方式的d/q軸電流指令的設定示例的圖(映射 圖)。圖4是例示了由于圖3的d/q軸電流指令的有無(勵磁控制的有無)而產生的、 與電動機轉速相關的最大(產生)轉矩的特性的差異的圖。圖5是表示應用了實施例1、2、3的控制方式的壓力機的滑動件工作的特性設定 示例的圖。圖6是表示應用了實施例1、2、3的控制方式的壓力機的滑動件工作的其他特性 設定示例的圖。圖7是表示實現圖6的特性的轉矩指令限制的示例的圖。圖8是表示應用了實施例1、2、3的控制方式的壓力機的滑動件工作的其他特性 設定示例的圖。圖9是表示實現圖8的特性的轉矩指令限制的示例的圖。圖10是表示本發明的實施例4的控制裝置的控制框圖。
圖11是表示實施例4的控制方式的d軸電流指令的設定示例的圖(映射圖)。圖12是本發明的實施例5的控制裝置的控制框圖。圖13是表示實施例5的控制方式的d軸電流指令的設定示例的圖(映射圖)。圖14是例示了由于圖13的d/q軸電流指令的有無(勵磁控制的有無)而產生 的、最大(產生)轉矩對電動機轉速的的特性的差異的圖。
具體實施例方式以下，基于圖1 圖11來說明本發明的實施方式。本發明不限于以下說明的實 施方式。圖1表示了作為應用本發明的一個示例而簡單地進行了圖示的伺服沖壓裝置。這里，表示了應用于作為壓力機的曲柄式沖床的示例，該曲柄式沖床具有利用 曲柄機構將作為伺服電動機的輸出的旋轉運動轉換為滑動件的往復運動的結構。與交流 電動機1的軸IS連接的齒輪2與主齒輪3嚙合，主齒輪3與曲柄機構(曲柄軸4、連桿 5)連接。滑動件6形成為能夠通過曲柄機構相對于靜止側的墊板7在圖1中的箭頭方向上 升降(接近、遠離)。與交流電動機1的正轉、反轉、變速控制相聯動地旋轉驅動曲柄軸4，因此能 夠自由地設定通過在穩定狀態下僅向一個方向旋轉的曲柄機構而產生的滑動件6的運動 (motion)(以下也將滑動件6的運動(工作)稱為滑動件運動)以外的滑動件運動、包括 靜止在內的適合于成形體的滑動件運動、或者正反擺運動等各種滑動件運動，并且能夠 從這各種滑動件運動中適當地選擇滑動件運動來切換使用。因此，能夠擴大對于沖壓成形體的加工精度、以及對于生產率等的適應性。作為交流電動機1，可以使用應用了永磁鐵的同步電動機、感應電動機、磁阻電 動機等。并且，也可以采用直流電動機而不是交流電動機。這里，將交流電動機1作為 永磁鐵電動機來進行說明。另外，圖1以曲柄式沖床為例，但是也可以是其他結構的壓力機，例如應用了 滾珠絲杠的構造、應用了線性電動機的構造。(實施例1)圖2表示了對圖1的伺服壓力機進行控制的裝置的實施例。實施例1是如下的一個示例電動機的最大產生(輸出)轉矩相同，但是通過勵 磁控制來改變其產生位置(滑動件6的下止點上方的位置(曲柄角度位置))，即改變關于 滑動件6的下止點上方的位置(曲柄角度位置)的轉矩產生方式。關于勵磁控制，在為電動機(motor)的情況下，如果轉速進入了大于等于預定值 的高轉速區域，則反電動勢(發電電壓)增大，控制會變得困難，并會導致輸出下降，因 此提出了作為弱磁控制而減弱勵磁等各種方法，在本實施例中可以利用這樣的已知的勵 磁控制方法。變換器(inverter) 21的直流側與未圖示的直流電源連接，由此向該變換器21供應 電力。變換器21的交流側與交流電動機1連接，由此通過來自變換器21的頻率可變、 電壓可變的交流電壓來驅動交流電動機1。通過編碼器22來檢測交流電動機1的轉速和旋轉位置。接下來，說明控制裝置。控制系統包括數字電路，通過CPU來進行運算，運算 所需要的程序和參數存儲在存儲器中。由于該控制系統的結構是公知的，因此省略詳細 的說明。從運動指令部202輸出對于交流電動機1的旋轉位置/轉速的指令(以下也簡稱 為位置/轉速指令)。從運動指令部202輸出的信號經過了如下設定。在能力設定部201a中，選擇壓力機所要求的最大加壓力及其產生位置(下止點 上方的位置)、即壓力機的轉矩能力。并且，在運行條件設定部201中設定與加工條件相匹配的沖壓運行模式等。當 輸入了起動信號時，作為已設定的沖壓運行模式、即實現該沖壓運行模式的電動機運行 模式，從運動指令部202輸出用于驅動交流電動機1的運動指令。后面將詳細地說明能力設定部201a。位置/轉速控制部203根據來自運動指令部202的位置/轉速指令、以及來自編 碼器22的反饋信號而工作，向交流電動機1輸出轉矩指令。該信號被輸入到轉矩限制部 204。轉矩限制部204能夠發揮按照在能力設定部201a中選擇了的條件對實際提供給 交流電動機1的轉矩指令施加限制的功能。如果來自位置/轉速控制部203的轉矩指令信 號位于限制內，則在轉矩限制部204中不執行轉矩限制。這里，將轉矩限制部204的輸 出稱為實際轉矩指令。來自轉矩限制部204的實際轉矩指令被輸入到d/q軸電流指令部 205，從該d/q軸電流指令部205輸出指示交流電動機1的d軸電流、q軸電流的信號。圖2的d/q軸電流指令部205根據實際轉矩指令信號和電動機轉速而輸出d/q軸 的電流指令。圖3表示了在d/q軸電流指令部205中基于來自轉矩限制部204的實際轉矩指令 和電動機轉速并參照映射圖等設定的信號(d軸電流指令和q軸電流指令)的設定示例的 一個例子。這里，采用執行控制使得電動機產生轉矩比實際轉矩指令大、并且相對于轉 速N電動機的端子電壓不超過預定值的模式。如圖3所示，d軸電流指令被確定為如果電動機轉速增大，則為負值且絕對值 增大，另外如果轉矩指令增大，則為負值且絕對值增大。當這樣確定了 d軸電流指令值 時，根據圖3中所示的(式1)，q軸電流指令值也被確定。圖示的d軸電流指令的模式 是一個示例，可以根據電動機的構造、期望的轉矩控制精度來適當地選擇基于理論公式 的計算或基于簡易公式的計算、實驗式、實驗值等。圖3中的(式1)的運算也同樣是 一個示例，也可以不進行該運算而通過近似計算或實驗式來求出。另外，這些實際的d/ q軸電流指令，可以根據公式來計算，也可以通過利用了存儲器映射圖的模式來實現，可 以根據控制系統的結構適當地選擇。通過這樣的d/q軸電流指令來控制交流電動機1，通過圖3的模式來實現永磁鐵 電動機的磁通發生變化的所謂的交流電動機的勵磁控制。這里，對交流電動機1為永磁鐵同步電動機的情況進行了圖示，在為繞組型同 步電動機的情況下，可以通過勵磁繞組電流控制來執行勵磁控制。并且，也可以并用勵 磁繞組電流控制和d/q軸電流控制。另外，在為感應電動機、磁阻電動機的情況下，也可以按照同樣的想法來實施。并且，也可以采用直流電動機的勵磁繞組電流控制。另一方面，交流電動機的勵磁控制也可以通過在圓柱坐標系中給出電流的大小 和相位的指令而實現，而不是在直角坐標系中給出d/q軸電流指令。這里，圖4表示了在如圖3所示那樣控制了 d/q軸電流的情況下的電動機的轉速 與最大轉矩之間的關系的一個例子。另外，在圖4中虛線所示的曲線表示了在不如圖3 所示那樣控制d/q軸電流的情況下(不執行勵磁控制的情況下)的電動機的轉速與最大轉 矩之間的關系的一個例子。如在圖4中通過實線表示的那樣，在控制了 d/q軸電流(執行勵磁控制)的情況 下，雖然在轉速從零變為NA的A點之前保持了最大轉矩TA，但是如果轉速高于NA，則 最大轉矩會隨著轉速的上升而下降，并在轉速為NB時變為B點的轉矩TB。S卩，描繪了在轉速為零到轉速為NA之間由電流限制所決定的最大轉矩TA、在 轉速大于等于NA的轉速區域中由電流限制和電壓限制所決定的轉矩曲線。通過這樣的 勵磁控制，即使在轉速高于NA的高速側，也能夠保證產生大于等于預定值的轉矩。在不執行勵磁控制的情況下、即當d軸電流指令=0時，如在圖4中通過虛線表 示的那樣，轉速為零到轉速為NA之間的最大轉矩比TA稍低，并且產生的轉矩在轉速高 于NA的高速區域中會急劇地下降，無法期待在轉速高于NA的高速區域中產生轉矩。返回到圖2，來自d/q軸電流指令部205的d/q軸電流指令被輸入到d/q軸電流 控制部206。來自變換器21的輸出交流電流由電流檢測器209檢測。將電流檢測器209檢測 到的的信號，在坐標轉換部210中作為d/q軸上的d/q軸電流檢測信號來進行檢測。d/q 軸電流控制部206根據d/q軸電流指令部205的指令信號和來自坐標轉換部210的反饋信 號工作，輸出指示d/q軸的電壓的信號。該信號經由坐標轉換部207變為靜止坐標系的 電壓指令并被輸入到PWM控制部208，對變換器21執行PWM (Pulse Width Modulation, 脈寬調制)控制。通過圖2所示的這些d/q軸電流控制部206、坐標轉換部207、PWM控制部 208、電流檢測器209、坐標轉換部210的構成來控制變換器21的交流電流的方式作為交 流電動機1的矢量控制是公知的，因此省略詳細的說明。接下來，通過圖5來說明能力設定部201a的工作。圖5表示了在圖1的沖床中使行程長度等機械性的尺寸固定為相同值時的行程壓 力曲線，縱軸表示了滑動件的加壓力，橫軸表示了從滑動件升降量處于最下方的滑動件 下表面位置(下止點)到當前滑動件下表面的距離。此時，假定交流電動機1(伺服電動 機)1具有圖4所示的轉速和最大轉矩的曲線。在圖5的例子中，當該伺服電動機1的產生轉矩為圖4的TA時，在下止點上方 的位置Sl以下，能夠獲得該壓力機的最大加壓力PA(壓力能力)。此時的行程壓力曲線 是Al (實線)。由于行程壓力曲線Al是電動機轉矩為TA時的特性，因此如圖4所示電動機轉 速小于等于NA，即與此對應的沖壓的工作速度(以下簡稱為SPM (每分鐘的行程次數))
小于等于WA。另一方面，當電動機轉矩為TB時，在下止點上方的位置S3以下能夠獲得該壓力機的最大加壓力PA。此時的行程壓力曲線是Bl (虛線)。由于行程壓力曲線Bl是電動機轉矩為TB時的特性，因此如圖4所示電動機轉 速小于等于NB，即與此對應的沖壓SPM小于等于WB。這里，能力設定部201a選擇是將轉矩能力設定為SPM為WA的行程壓力特性 Al、還是設定為SPM為WB的行程壓力特性Bi。當設定成了 Al時，能夠保證SPM為WA的狀態下的最大加壓力為PA的沖壓加 工直到下止點上方的位置Sl為止，當設定成了 Bl時，能夠保證SPM為WB的狀態下的 最大加壓力為PA的沖壓加工直到下止點上方的位置S3為止。此時，WA<WB。即，在進行從下止點上方的高的位置(距離下止點遠的位 置)起就需要施加最大加壓力的加工的情況下，設定為特性Al，與此相伴能夠保證的 SPM 為 WA。另一方面，在能夠從下止點上方的低的位置(距離下止點近的位置)起發揮最大 加壓力即可的情況下，如果設定為特性Bi，則與此相伴能夠將可以保證的沖壓SPM提高 至WB，從而能夠謀求沖壓作業的效率、生產率的提高。這樣，能夠基于發揮出最大加壓力的能力產生位置和此時的SPM的平衡 (trade-off)來選擇壓制能力。即，例如能夠根據是重視發揮出最大加壓力的能力產生位 置(轉矩能力)、還是重視沖壓作業速度來選擇能力。在本實施例的設定示例中，由于電 動機的最大轉矩按圖4的轉矩特性運行，因此轉矩限制部204中的電動機的實際轉矩指令 限制是對圖4的轉速對最大轉矩的特性的設定。另外，例如在選擇了特性Al的情況下，當指示了電動機轉速大于NA的運動 時、即指示了 SPM大于WA時，由于如圖4所示當轉速變為大于NA時最大轉矩就下降， 無法保證Al的行程壓力曲線，因此變為轉矩更小的行程壓力曲線。在要求的加壓力高 的情況下，會給加工帶來障礙，因此可以在設定運動時或運行時通過警報器等來進行警 告。但是，由于電動機的運行自身沒有障礙，因此如果是即使在沖壓時速度下降了也沒 有問題的加工，則能夠繼續運行。另外，在選擇了特性Bl的情況下也是相同的。例如， 在SPM為WB的狀態下進行本來需要Al的特性的在沖壓時的位置為Sl時就需要最大加 壓力的加工的情況下，由于無法進行WB狀態的作業，因此可以在運動設定時或運行時 通過警報器等來進行警告。但是，由于電動機的運行自身沒有障礙，因此如果是即使在 沖壓時速度下降了也沒有問題的加工，則能夠繼續運行。在SPM高時最大電動機轉矩下降的運行特性，可以利用于不需要特別大的電動 機轉矩的滑動件運動，例如在沖壓加工時以外以高于沖壓加工時的速度驅動滑動件的運 動。即，能夠利用于為了在沖壓加工時以外高速運行滑動件而需要滑動件的加減速的轉 矩的用途。這樣的運動可以作為能夠謀求沖壓加工時的能力(滑動件位置、速度、轉矩能 力)和生產率的兼顧的運動來利用。這樣一來，在本實施例中，通過選擇行程壓力特性來選擇沖壓的能力。由于利 用執行d/q軸電流控制的勵磁控制來進行該能力選擇，因此能夠在不改變變換器的最大 電流和最大輸出電壓的能力、并且不會提高電動機自身的尺寸的情況下、按照條件來選 擇期望的加工。
當不執行勵磁控制時，由于電動機的產生轉矩如圖4的虛線那樣在轉速大于等 于NA的轉速區域中急劇地下降，因此行程壓力特性的設定變更本身不具有意義(由于行 程壓力特性的差異非常小，因此實質上不具有意義)。另一方面，當如本實施例那樣能夠利用勵磁控制來選擇沖壓的轉矩能力時，能 夠按照目的來可變地選擇沖壓的能力，從而有時選擇具有如圖5的Al的能力的沖壓，有 時選擇具有如圖5的Bl的能力的沖壓。另外，這里表示了選擇切換兩個能力設定的情況下的示例，但是也可以構成為 能夠從兩個以上的能力設定中進行選擇，還可以連續地(平滑地)進行切換、設定。能 力選擇不僅可以手動輸入，也可以與所使用的金屬模具相對應地自動輸入，或者還可以 從上位控制系統設定。另外，也可以在沖壓行程中控制改變轉矩能力(作用于工件的加 壓力的產生能力)。另外，在本實施例中，能力設定部201a中的設定就是選擇行程壓力曲線(轉矩 能力)，但是根據上述說明可知，也可以在能力設定部201a中設定能夠保證沖壓的轉矩 能力的沖壓SPM或電動機轉速(例如，如果設定了最大SPM，則確定了最大轉矩指令， 并確定了行程壓力曲線)。另外，也可以構成為能夠選擇行程壓力曲線(轉矩能力)以適當地改變下止點上 方的位置、即能夠保證最大加壓力的能力產生位置。并且，也可以構成為與對于SPM和 能力產生位置等的要求相應地、能夠適當地組合設定SPM和能力產生位置等并改變設定 地來選擇切換行程壓力曲線(轉矩能力)。另外，在單純的曲柄式沖床中對于所需要的加壓力來說能力產生位置由齒輪強 度(耐轉矩)決定，因此構成為能夠改變可保證最大加壓力的能力產生位置是有效的。并且，也可以進行靈活地利用了本實施例的主旨的其他設定。(實施例2)圖6表示設定了與圖5不同的行程壓力曲線的示例。實施例2是如下的一個示例通過勵磁控制，對電動機的最大產生(輸出)轉矩 施加限制，并且改變關于滑動件6的下止點上方的位置(曲柄角度位置)的轉矩的產生方 式。在本實施例的能力設定部201a中，選擇滑動件6的控制方面的最大加壓力(壓 力能力)。選擇相同的能力產生位置、即相同的下止點上方的位置處的控制方面的最大加 壓力。即，選擇圖6所示的PA或PB。現在，作為控制方面的最大加壓力，如果設定了如圖6所示的對應于PA的行程 壓力曲線Al，則轉矩限制部204執行限制工作使得轉矩指令的最大值成為TA(參照圖4 等)。此時，在電動機轉速小于等于NA(與此對應的沖壓SPM為WA)的情況下，當下 止點上方的位置為Sl以上時，電動機轉矩為TA時的加壓力變為如圖6的曲線Al (與圖 5的Al相同)那樣的行程壓力曲線，與滑動件6的下止點上方的位置相應地來描繪曲線 Al的彎曲，在從Sl到下止點期間，加壓力變為機械性的極限PA。然后，當在能力選擇部209a中設定了控制方面的最大加壓力為PB的行程壓力曲 線B2時，轉矩限制部204執行限制工作使得轉矩指令的最大值成為TB(參照圖4等)。 在電動機轉速小于等于NB (與此對應的沖壓SPM為WB)的情況下，當下止點上方的位置為Sl以上時，電動機轉矩為TB時的加壓力變為如圖6的曲線B2那樣的行程壓力曲 線，與滑動件6的下止點上方的位置相應地來描繪曲線B2的彎曲，在從Sl到下止點期 間，加壓力變為設定了的值PB。此時，如果在比Sl接近下止點時使電動機的最大轉矩為TB，則加壓力會超過 PB,因此執行控制以與滑動件6的下止點上方的位置相應地使電動機轉矩的最大值低于 TB,從而使加壓力不超過PB。轉矩限制部204執行該控制。圖7是將控制方面的最大加壓力設定成了 PB(參照圖6)時的轉矩限制的一個示 例。當這樣執行了電動機轉矩限制時，能夠將獲得的加壓力保持在設定了的加壓力(最 大加壓力)以下，因此能夠防止金屬模具等產生異常等。例如，與比下止點上方的位置Sl接近下止點的沖壓行程相應地使勵磁連續地改 變而使電動機的最大轉矩連續地降低，由此能夠將最大加壓能力(壓力能力)保持為恒定。當將行程壓力曲線設定成了 Al (將控制方面的最大加壓力設定成PA)時，能夠 以直至WA的SPM來保證最大加壓力PA，當將行程壓力曲線設定成了 B2 (將控制方面的 最大加壓力設定成PB)時，能夠以直至WB的SPM來保證最大加壓力PB。此時，WA<WB。S卩，在進行需要高加壓力的加工的情況下，當設定了最大加 壓力為高的PA的曲線Al時，保證該最大加壓力的SPM變為WA。另一方面，在低加壓 力也可以的情況下，如果設定了加壓力為PB的曲線B2，則保證該加壓力的沖壓SPM能 夠提高至WB，從而能夠使沖壓作業的效率、生產率上升。這樣，能夠基于控制方面的最大加壓力和此時的SPM的平衡來選擇沖壓的能 力。即，能夠根據是重視加壓力還是重視沖壓作業速度來選擇能力。例如，在選擇了行 程壓力曲線Al的情況下，當指示了電動機轉速大于NA(參照圖4等)的運動時、即指示 了 SPM大于WA時，由于如圖4所示當轉速變得大于NA時最大轉矩就下降，因此無法 保證Al的行程壓力曲線而變為轉矩小的行程壓力曲線，由于在滑動件6位于要求高加壓 力的滑動件位置的情況下會給加工造成障礙，因此可以與實施例1同樣地在設定運動時 或運行時通過警報器等來進行警告。但是，由于電動機的運行自身沒有障礙，因此如果 是即使在沖壓時速度下降了也沒有問題的加工，則能夠繼續運行。在選擇了行程壓力曲 線B的情況下也是同樣的。因此，這樣的運行特性可以利用于不需要特別大的電動機轉矩的滑動件運動， 例如在沖壓加工時以外以高于沖壓加工時的速度驅動滑動件的運動。S卩，能夠利用于如“在滑動件6的一個往復行程內在沖壓加工時以外以高速運 行滑動件6”這樣的用途(如“若能夠輸出用于使滑動件6工作的轉矩就足夠了”這樣 的用途)。這樣的運動可以作為能夠謀求沖壓加工和生產率的兼顧的運動來利用。另外，這里表示了選擇切換兩個能力設定的情況下的示例，但是也可以構成為 能夠從兩個以上的能力設定中進行選擇，還可以連續地(平滑地)進行切換、設定。能 力選擇不僅可以手動輸入，也可以與所使用的金屬模具相對應地自動輸入，或者還可以 從上位控制系統設定。另外，也可以在沖壓行程中控制改變轉矩能力(作用于工件的加 壓力的產生能力)。另外，根據上述說明可知，也可以在能力設定部201a中設定控制方面的最大的加壓力或者設定能夠保證該加壓力的沖壓SPM或電動機轉速。此外，也可以組合設定這 些數據。并且，也可以進行靈活地利用了本實施例的主旨的其他設定。(第三實施方式)圖8表示設定了與圖5、圖6不同的行程壓力曲線的示例。實施例3是如下的一個示例通過勵磁控制，對電動機的最大產生(輸出)轉矩 施加限制，另一方面能夠選擇各種關于直到達到最大產生(輸出)轉矩為止的滑動件6的 下止點上方的位置(曲柄角度位置)的轉矩的產生方式。本實施例在通過能力設定部201a來設定控制方面的最大加壓力這一點上與實施 例2相同，但是行程壓力曲線與實施例2中說明的不同。將控制方面的最大加壓力(壓 力能力)設定成了 PA時的行程壓力曲線仍為Al，但是當將控制方面的最大加壓力設定成 了 PB時，行程壓力曲線根據電動機轉速(沖壓SPM)而采用B2 B3的特性。當將控制方面的最大加壓力設定成了 PA時，與實施例1或實施例2的情況相 同，因此省略說明，以下說明將最大加壓力設定成了 PB時的情況。如圖6所示，當以WB的沖壓SPM運行時，行程壓力曲線為B2，能夠產生加 壓力PB的下止點上方的位置為Sl以下，但是由于電動機的最大轉矩隨著SPM下降、即 隨著電動機轉速從NB下降而增大，因此能夠產生設定了的加壓力的下止點上方的位置變 尚ο如果轉速從NB降低至NA，則在電動機的圖4的轉速對轉矩曲線中變為與A點 相當的運行區域。此時的SPM變為WA。S卩，如圖8所示，在SPM為WA的情況下，當設定了的最大加壓力為PB時，行 程壓力曲線遵循單點劃線B3的曲線。這樣，在下止點 Sl中，能夠使SPM為WB，但是當超過Sl而遠離了下止點 時，SPM逐漸下降，在S2處SPM為WA(< WB)。與SPM從WB變為WA相應地，
行程壓力曲線從B2逐漸轉變為B3。圖9表示了將加壓力設定成了 PB時的、關于下止點上方的位置的電動機的轉矩 限制。轉矩限制，如圖9所示，在下止點上方的位置S2以上為最大的轉矩TA，從S2 開始使轉矩逐漸地下降，在Sl處限制為TB。在Sl以下的接近下止點的區域中，變為與 圖7相同。能夠如上述示例那樣進行與滑動件位置相應地改變壓制能力的設定。這里，表 示了切換兩個能力設定的情況下的示例，但是也可以構成為能夠從兩個以上的能力設定 中進行選擇，還可以連續地(平滑地)進行切換、設定。與其他的實施例相同，能力選 擇不僅可以手動輸入，也可以與所使用的金屬模具相對應地自動輸入，或者還可以從上 位控制系統設定。(第四實施方式)圖10表示了本發明的實施例4的結構示例。實施例4與圖2的實施例相比，d/q軸的電流指令的給出方式不同。在圖10中， 與圖2相同的附圖標記表示相同的要素。
在實施例4的結構中，如圖10所示，通過電壓檢測器1001來檢測輸入到變換器 21的主電路的直流電壓，并將檢測到的直流電壓(直流電壓值)輸入到d/q軸電流指令部 1002。圖11是d軸電流指令模式的一個示例。是與圖3相同的d軸電流指令，但是與 轉矩指令增大相應地作為圖11的實線的指令模式而給出指令，此外當直流電壓進一步從 預定值降低了時，與降低相應地如虛線那樣來設定d軸電流指令值。當這樣進行了設定時，d軸電流值還根據直流電壓而改變。該方法對于直流電 壓的變動大的裝置來說是有效的。圖11的d軸電流指令的模式是一個示例，可以根據電動機的構造、期望的轉矩 控制精度來適當地選擇。與圖3同樣地來決定q軸電流指令。另外，d/q軸電流指令既可以通過利用了存儲器映射圖的模式來實現，也可以根 據實驗式導出。可以根據控制系統的構成來適當地選擇。即使這樣指示了 d/q軸電流， 也能夠實現交流電動機1的勵磁控制。在上述d/q軸電流指令中，能力設定部201a中的壓制能力設定可以采用先前說 明了的各種設定方法。另外，此時由于關于電動機的轉速的轉矩特性根據直流電壓值而 改變，因此考慮該變化來進行設定。(第五實施方式)圖12表示了本發明的實施例5的結構示例。與圖2的實施例相比，轉矩限制的 給出方式和d/q軸電流指令的給出方式不同。在圖12中，與圖2相同的附圖標記表示相 同的要素。交流電動機1的持續運轉額定值根據沖壓裝置的負荷率而不同。即使以相同的 沖壓負荷以相同的運動進行作業(沖壓加工)，電動機的持續運轉額定值也根據是以低頻 率重復該作業還是以高頻率重復該作業、即根據平均SPM(不是根據滑動件位置等時刻 發生變化的概念，而是作為時間單位等較長的期間內的平均值的SPM)而不同。電動機的持續運轉額定值的值由熱要素、即損耗決定。當執行了勵磁控制時， 由于d軸電流流動，因此電樞電流增大，銅損增大。并且，越是增大d軸電流，電樞電 流越是增大，因此損耗也隨之增大。另一方面，雖然最大轉矩由電動機常數決定，但是 在勵磁控制的區域中適當地增大d軸電流的方式由于勵磁控制的效果也能夠增大最大轉 矩。在進行低頻率的沖壓加工(作業)的情況下，優選的是能夠增大執行勵磁控制的 區域的最大轉矩的勵磁控制模式。另一方面，在進行高頻率的沖壓加工(作業)的情況 下，優選的是即使稍微降低了執行勵磁控制的區域的最大轉矩也能夠獲得高持續運轉額 定值的勵磁控制模式。在圖12的控制框圖中，從運行條件設定部201，輸出與在上述實施例中說明了 的信號相同的信號，還將表示是低頻率作業(低頻率沖壓加工)還是高頻率作業(高頻率 沖壓加工)的信號賦予轉矩限制部2041和d/q軸電流指令部2051。圖13是實施例5的情況下的勵磁控制模式的一個示例，表示了在d/q軸電流指 令部2051中生成的d軸電流指令信號的示例。在本實施例中，當為低頻率作業時，如圖13中的實線那樣選擇模式，當為高頻率作業時，如圖13中的虛線那樣選擇模式。圖14表示了此時的電動機的最大轉矩的示例。圖14中的實線所示的低頻率作業與圖14中的虛線所示的高頻率作業的情況相 比，最大轉矩更大，關于轉速NB下的最大轉矩，低頻率轉矩TBl >高頻率轉矩TB2。如圖14所示，雖然在低頻率作業的情況下最大轉矩更大，但是如圖13所示，低 頻率作業與高頻率作業相比，由于d軸電流值(絕對值)更大，因此銅損更大，電動機損 耗更大。q軸電流指令與上述的其他實施例相同基于圖3中的(式1)來獲得，并根據d軸 電流指令而被適當地指示。這樣，在本實施例中，在高頻率作業的情況下和低頻率作業的情況下，如圖13 所示那樣來改變d/q軸電流的指令模式。另外，配合此時的轉矩特性，如圖14所示那樣 改變轉矩限制部2041的限制值。為了實現上述方式，在本實施例中，構成為在能力設定部201a中設定是低頻率 作業還是高頻率作業，或者構成為通過運行條件設定部201根據包括重復在內的沖壓運 行模式判定出是低頻率作業還是高頻率作業。另外，以上說明了是低頻率作業還是高頻率作業的兩個方式的選擇，但是也可 以進一步增加作業頻率的選擇數量、或者也可以構成為能夠連續地進行選擇。此時，根 據選擇來改變d/q軸電流指令部中的勵磁控制的選擇模式。并且，由于d軸電流指令的模式的最佳選擇還根據沖壓運行模式的最高SPM而 不同，因此可以構成為根據最高SPM來改變。S卩，根據運行模式，在電動機的最高轉速 達到了比圖14的NA稍高的轉速的情況下、在達到了 NB的情況下、或者在達到了超過 NB的最高轉速的情況下，d軸電流指令的恰當值不同，因此優選的是與此相對應地來進 行設定。另外，特別是在參照存儲器映射圖等給出d軸電流指令的情況下，在對設定的 模式的數量有限制時等情況下是有效的。這樣，在本實施例中，根據作業頻率、電動機的最高轉速等沖壓裝置的運行模 式來改變d/q軸電流指令模式。另外，本實施例可以與先前的實施例組合來實施。如上所述，根據本發明，通過執行勵磁控制，能夠選擇壓制能力。另外，在上 述各個實施例中，以應用了曲柄機構的壓力機為代表而進行了說明，但是在應用了曲柄 機構以外的其他機構的壓力機(例如應用了滾珠絲杠的壓力機、應用了線性電動機的壓 力機)中，也可以以同樣的想法來改變能力。此外，可以在不脫離本發明的主旨的范圍內進行各種變更。產業上的可應用性根據本發明的壓力機，結構簡單且成本低廉，同時能夠根據各種各樣的要求特 性來可變地控制能力(轉矩能力、SPM等)，因而是有益的。
權利要求
1.一種壓力機，通過電動機來驅動滑動件，其特征在于，具有控制所述電動機的驅動的控制裝置，并且構成為能夠利用電動機的勵磁控制來 可變地控制壓制能力。
2.根據權利要求1所述的壓力機，其特征在于， 所述壓制能力包括壓力機的轉矩能力。
3.根據權利要求1所述的壓力機，其特征在于， 所述壓制能力包括SPM或滑動件的移動速度。
4.根據權利要求1所述的壓力機，其特征在于，通過可變地控制關于滑動件位置的加壓力產生特性、作用于工件的最大加壓力、最 大加壓力產生時的加工速度、產生最大加壓力的能力產生位置中的至少一個，來執行所 述壓制能力的可變控制。
5.根據權利要求4所述的壓力機，其特征在于，基于所述壓制能力的可變控制的內容向對于電動機的轉矩指令施加限制。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的壓力機，其特征在于，在所述電動機為交流電動機的情況下，基于“電動機的轉速”和/或“轉矩指令” 和/或“驅動電動機的電力變換器的直流電壓”來獲得與d軸電流相關的信息并執行勵 磁控制。
7.根據權利要求1至5中的任一項所述的壓力機，其特征在于， 與壓力機的運行模式相應地改變勵磁控制中的d軸電流的指令。
8.根據權利要求1至5中的任一項所述的壓力機，其特征在于， 與作業頻率相應地改變勵磁控制中的d軸電流的指令。
9.一種壓力機的控制方法，所述壓力機通過電動機來驅動滑動件，所述壓力機的控 制方法的特征在于，控制所述電動機的驅動，并且能夠利用電動機的勵磁控制來可變地控制壓制能力。
10.根據權利要求9所述的壓力機的控制方法，其特征在于， 與壓力機的運行模式相應地改變勵磁控制中的d軸電流的指令。
11.根據權利要求9或10所述的壓力機的控制方法，其特征在于， 與作業頻率相應地改變勵磁控制中的d軸電流的指令。
全文摘要
本發明提供一種壓力機和控制方法。該壓力機通過電動機來驅動滑動件，其特征在于，具有控制所述電動機的驅動的控制裝置，并且構成為能夠利用電動機的勵磁控制來可變地控制壓制能力。
文檔編號B30B15/14GK102019714SQ20101028730
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者吉田博昭, 田中泰彥, 鈴木健志, 長瀨博 申請人:會田工程技術有限公司