伺服压力机的能量控制系统、金属成形设备的制作方法

本实用新型涉及金属成形设备的能量控制技术领域，尤其涉及伺服压力机的能量控制系统、以及包含还能量控制系统和伺服压力机的金属成形设备。

背景技术：

大型的伺服压力机主要用来金属成形，一般在成形阶段和加速阶段都会出现一个很大的能量需求尖峰，而在减速的阶段又有很大的瞬间能量需要释放，这些能量的供给和释放都需要在很短的时间内完成。因此，大型的伺服压力机的能量控制技术是本领域的一个重要技术。现有的一种伺服压力机的能量控制技术中，伺服压力机所需的能量直接通过主动前端整流单元(Active Front End，简称AFE)从电网获取。这就需要一个非常巨大的主动前端整流单元(AFE)才能完成对这些能量的控制，并且能量尖峰又会对电网及其周边设备造成较大的冲击。现有的另一种伺服压力机的能量控制技术中，使用电容来供给和储存能量。需要一个非常大容量的电容装置才能满足大型的伺服压力机的使用要求。大容量的电容通常由多个小容量的电容单元并联组成，不仅价格昂贵，而且能量密度低，需要很大的安装空间，另外在非常规使用的情况下也存在安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一是提供伺服压力机的能量控制系统、金属成形设备，其对进线电网造成的冲击小，储能电机能量密度高，安装空间小，而且经济、安全。

本实用新型的一个方面提供了伺服压力机的能量控制系统。

在能量控制系统的一种示意性的实施方式中，包括：

一主动前端整流单元，其进线侧与一进线电网电连接；

一直流母线，其与主动前端整流单元的输出侧电连接；

一主电机，其能够驱动一伺服压力机工作；

一主电机驱动器，其与主电机电连接并能够驱动主电机；

一储能电机，其能够将电能转换成动能进行存储并能够将动能转换为电能输出；和

一储能电机驱动器，其与储能电机电连接并能够驱动储能电机；

其中，主电机驱动器和储能电机驱动器均与直流母线电连接。

使用储能电机进行能量控制，能够在较短的时间内迅速的给伺服压力机提供或释放大量的能量，能量密度高，安装空间小，而且经济、安全，更适合于大型伺服压力机的能量控制。

在能量控制系统的另一种示意性的实施方式中，还包括一控制器，其输入端与直流母线电连接，输出端与储能电机驱动器电连接；其中，控制器检测直流母线上的电流值并根据电流值通过储能电机驱动器控制储能电机存储或释放能量。能量控制系统通过控制器能够快速准确地调节储能电机存储和释放能量。

在能量控制系统的再一种示意性的实施方式中，还包括一飞轮，其安装于所述储能电机的轴端。飞轮在储能电机的带动下转动。这样能够满足惯量要求，储存更多能量。

本实用新型的另一个方面提供了金属成形设备，包括：

一伺服压力机；和

上述的能量控制系统，其能够控制伺服压力机的能量供给和释放；

其中，主电机与伺服压力机曲柄连接。

使用储能电机进行能量控制，能够在较短的时间内迅速的给伺服压力机提供或释放大量的能量，能量密度高，安装空间小，而且经济、安全，更适合于大型伺服压力机的能量控制。

在金属成形设备的一种示意性的实施方式中，还包括一进线电网，其与主动前端整流单元的进线侧电连接。

附图说明

下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本实用新型上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明，其中：

图1是本实用新型的一个实施例提供的金属成形设备的结构示意图；

图2是本实用新型的另一个实施例提供的金属成形设备的结构示意图。

标号说明：

10 伺服压力机

20 能量控制系统

21 主动前端整流单元

22 直流母线

23 主电机

24 主电机驱动器

25 储能电机

26 储能电机驱动器

27 飞轮

28 控制器

30 进线电网

R1 第一能量传输路径

R2 第二能量传输路径

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

下面讨论的各图以及被用来描述在该专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅以说明的方式并且无论如何不应该被解释成限制本公开的范围。本领域技术人员将会理解，可以在任何适当布置的设备中实施本公开的原理。将参考示例性非限制实施例来描述本申请的各种创新教导。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地示出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

图1是本实用新型的一个实施例提供的金属成形设备的结构示意图。从图1中可以看出，金属成形设备包括：一伺服压力机10；和一能量控制系统20，其能够控制伺服压力机10的能量供给和释放。在一个示意性的实施方式中，该金属成形设备还包括一进线电网30，为能量控制系统20和伺服压力机10提供电能。

伺服压力机10的能量控制系统20包括：

一主动前端整流单元21，其进线侧与进线电网30电连接；

一直流母线22，其与主动前端整流单元21的输出侧电连接；

一主电机23，其能够驱动伺服压力机10工作；

一主电机驱动器24，其与主电机23电连接并能够驱动主电机23；

一储能电机25，其能够将电能转换成动能进行存储并能够将动能转换为电能输出；和

一储能电机驱动器26，其与储能电机25电连接并能够驱动储能电机25；

其中，主电机驱动器24和储能电机驱动器26均与直流母线22电连接。

具体地说，进线电网30与主动前端整流单元21的进线侧电连接。主动前端整流单元21负责伺服压力机10的能量控制系统20与进线电网30的能量交换。主动前端整流单元21的直流母线与储能电机驱动器26以及主电机驱动器24通过直流母线22进行电连接，这样使得伺服压力机10的能量控制系统20能够进行内部的能量交换。主动前端整流单元21是本领域的公知常识，本领域的普通技术人员能够知道其具体结构和功能。

储能电机25由储能电机驱动器26进行驱动。储能电机25为伺服电机，储能电机驱动器26为变频器。在一个示意性的实施方式中，该储能电机25为高惯量电机。这样能够满足惯量要求，储存更多能量。

主电机23由主电机驱动器24进行驱动，主电机23为伺服电机，主电机驱动器24为变频器。主电机23在轴端与伺服压力机10曲柄连接，即主电机23的轴端与伺服压力机10进行直接的机械连接，从而驱动伺服压力机10运行。

在一个示意性的实施方式中，储能电机驱动器26和主电机驱动器24均采用西门子SINAMICS-S120高性能驱动器。

图2是本实用新型的另一个实施例提供的金属成形设备的结构示意图。图2在图1的基础上增加了飞轮27和控制器28，其余部分与图1相同。如图2所示，能量控制系统20还包括一飞轮27，其安装于储能电机25的轴端。飞轮27在储能电机25的带动下转动。这样能够满足惯量要求，储存更多能量。

另外，如图2所示，能量控制系统20还包括一控制器28，其输入端与直流母线22电连接，输出端与储能电机驱动器26电连接。其中，控制器28检测直流母线22上的电流值并根据电流值通过储能电机驱动器26控制储能电机25存储或释放能量。能量控制系统通过控制器28能够快速准确地调节储能电机25存储和释放能量。在一个示意性的实施方式中，该控制器28为可编程逻辑控制器(PLC)。

该伺服压力机10的能量控制系统20的工作过程如下：

系统启动后，首先主动前端整流单元21投入工作，这样伺服压力机10正常工作的能量就能从进线电网30获取。然后通过储能电机驱动器26控制储能电机25及其轴端连接的飞轮(27)运行到一定的转速进行机械储能。当主电机23需要加速运行或者冲压做功时，主电机驱动器24需要很大的能量供给，这时绝大部分的能量是由储能电机25减速将动能转换为电能通过储能电机驱动器26以及直流母线22给主电机驱动器24的，其能量传输路径如图1和2中的第一能量传输路径R1；另外一小部分能量通过主动前端整流单元21的从进线电网30获取，其能量传输路径如图1和2中的第二能量传输路径R2。而当主电机23减速制动时，会通过主电机驱动器24反馈很大的能量(电能)到直流母线22，此时储能电机25将加速运行并通过储能电机驱动器26从直流母线22吸收能量作为机械动能储存起来。

本实用新型的实施例提供的伺服压力机的能量控制系统使用电机(叫做储能电机)进行能量存储和释放。主动前端整流单元(AFE)、主电机驱动器和储能电机驱动器通过共直流母线的方式连接起来。设备启动后先将储能电机运行到一定转速来存储动能；当伺服压力机的主电机在冲压成形或者加速需要提供能量的时候，储能电机减速将动能转换为电能通过直流母线给伺服压力机的主电机提供对应的能量；当压力机减速制动时，主电机通过主电机驱动器将需要释放的能量回馈至直流母线，此时储能电机又加速旋转吸收直流母线上的能量将对应的能量作为动能储存起来，所有的这些能量交换都是通过驱动器共直流母线的方式实现的。通过这种能量控制系统，伺服压力机运行时，大部分的能量是在伺服压力机的能量控制系统内部进行交换循环，只有一小部分消耗的能量需要从主动前端整流单元(AFE)进行补给，因此主动前端整流单元(AFE)的规格和伺服压力机的能量控制系统对电网的能量需求以及对周边设备的冲击就要可以小得多。使用储能电机进行能量控制，能够在较短的时间内迅速的给伺服压力机提供或释放大量的能量，能量密度高，安装空间小，而且经济、安全，更适合于大型伺服压力机的能量控制。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。