JP2004298528A

JP2004298528A - ミシンのモータ制御装置

Info

Publication number: JP2004298528A
Application number: JP2003097616A
Authority: JP
Inventors: Noburu Mizuhara; 宣水原
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】ミシンに備えられ、作動時に常に不連続的に負荷トルクが大きく変動する変動負荷装置であって、この変動負荷装置を駆動するためのモータを設定速度に対して、負荷トルクの変動の影響を受けることなく、比較的安定な速度で駆動するための速度制御に関する。
【解決手段】モータの設定速度に対応した規定電流とミシンに流れる電流の平均値との間で偏差をとり、この偏差に応じてモータに流れる電流を増減するようにしたことで、所定の設定速度に近似した速度で制御できるようにしたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばミシンの自動下糸巻き装置のように、不連続的にトルク変動する変動負荷装置を駆動するモータを速度制御するためのミシンのモータ制御装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ミシンの主軸を回転するミシンモータを設定速度に対応した速度で駆動するために、このミシンモータの回転数を検出して設定速度と比較し、その偏差に応じてこのミシンモータに流す電流を増減することによりモータ回転速度を常に安定させ、正確なモータの回転制御を行うものがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１５０８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ミシンには、ミシンモータや針振りモータ及び送りモータなどのように、ミシン主軸に同期して周期的にトルク変動し、しかもその変動が比較的小さいものは上記のような正確な速度制御を行いやすい。
【０００６】
これに対して、モータを駆動すると常に不連続的に負荷トルクが大きく変動する負荷装置（以下、「変動負荷装置」という）として、例えばミシンの自動下糸巻き装置がある。この自動下糸巻き装置は、ミシンの釜に装着されたボビンに下糸巻きモータを装着して、ボビンを直接回転することにより下糸巻きから下糸を引き出してこのボビンに下糸を自動的に所定量に巻きつけるものである。このように下糸を糸巻きから引き出すときに、糸巻きの回転にばらつきが生じることがあり、またボビンまでの糸道が何度も曲折しているために、糸の伸縮による糸暴れが発生して、下糸巻きモータにかかる負荷トルクが不連続的に大きく変動しやすい。
【０００７】
このため、下糸巻きモータを特に高速で駆動すると、軽負荷であっても、モータの回転速度が変化しやすい特性がある。したがってこのモータを上記ミシンモータのように速度制御しようとすると、制御が不安定になりやすく、滑らかな制御が難しい問題がある。一方、自動下糸巻き装置のモータは回転速度に対して高い安定性を要求されることがなく、設定された速度に近似した回転速度が維持できれば充分である。このような変動負荷装置として、前記自動下糸巻き装置の他に、縫い針に糸を自動的に通すミシンの自動上糸通し装置がある。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するものであり、ミシンの変動負荷装置を駆動するモータを、設定された速度に近似した回転速度で駆動するのに好適なミシンのモータ制御装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のミシンのモータ制御装置は、
ミシンの変動負荷装置を回転させるモータと、モータの回転速度を設定する速度設定手段と、前記設定手段で設定された回転数に対応した規定電流を求める電流設定手段と、前記モータに流れる電流を調整する電流調整手段と、モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出した電流を所定時間計測してその平均電流を求める演算手段と、前記電流調整手段により前記規定電流をモータに流したときの前記平均電流を求め、この平均電流と規定電流との偏差に応じて電流調整手段から出力される電流を増減する制御手段とを備えたものである。
【００１０】
請求項１のミシンのモータ制御装置によれば、変動負荷装置を駆動するモータを、設定速度に対応した規定電流と、負荷の変動によって刻々変化するモータに流れる電流を所定時間計測してその平均を求めた平均電流との偏差に応じてモータに流す電流を調整することで、負荷トルクの大きな変動を排除して、モータの平均的な駆動量を求めることができるので、設定された速度に近似した回転速度に微調整する速度制御が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るミシンのモータ制御装置について、実施の一形態例を説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係るミシンの変動負荷装置として、ミシンの自動下糸巻き装置の制御ブロック図である。図において、１は自動下糸巻き装置であり、この自動下糸巻き装置１はミシンの水平釜２に装着されたボビン３に設けたボビンギア３ａに下糸巻きモータ４の駆動ギア４ａを噛合させて、前記下糸巻きモータ４を駆動してボビン３を回転することにより、糸駒７から下糸８を引き出して複数の糸案内９，１０，１１を介して、下糸８をこのボビン３に巻きつけるものである。ミシン縫製時は、前記下糸巻きモータ４を移動させて、前記ボビンギア３ａと駆動ギア４ａを離間させ、ボビンを自由回転可能とするが、下糸巻き時には図示しない移動手段により下糸巻きモータ４の駆動ギア４ａを噛合するようにしてある。
また、下糸巻きモータ４の回転数を検出するために、スリットを設けた円盤１２とフォトインタラプタ１３によりなる回転速度検出器１４を備え、この回転速度検出器１４により、ボビンに巻かれる糸量を監視することにより、自動的に所定量の下糸８をボビン３に巻きつけて停止するように構成されている。
【００１３】
下糸巻きモータ４に流れる電流は、電源２０からミシン本体に設けた電源スイッチ２１と整流回路２２、ドライバ２３を介して供給される。このとき、前記下糸巻きモータ４に流れる電流を検出する電流検出抵抗（電流検出手段）２４をこの電源回路に接続し、そこで検出された電流値がＣＰＵ２５に入力される。
【００１４】
ＣＰＵ２５の入力側には、前記回転速度検出器１４のほか、ミシン本体に設けたミシンモータの速度設定手段と兼用の下糸巻きモータの速度設定ボリューム（速度設定手段）２６、下糸巻きモータ４の駆動開始を指令する下糸巻きスイッチ２７、ミシンモータによる縫製の開始及び停止を指令するスタートストップスイッチ２８、縫製する模様の選択、下糸巻き量を最大、中間、最小に選択設定する下糸巻き量設定などを行うために複数のスイッチより構成されるキーマトリクス２９が接続されている。
【００１５】
また、ＣＰＵ２５の出力側には、下糸巻きモータ４の前記ドライバ２３、ミシンモータのドライバ３０、針振りモータのドライバ３１、選択された縫製模様や選択された下糸巻き量の選択設定値やエラーメッセージが表示される表示手段３２が接続されている。
【００１６】
また、３３は前記ＣＰＵ２５に設けたＲＯＭであり、このＲＯＭ３３にはミシンが縫製する模様の縫いデータ及び表示装置３３に表示する模様やエラーメッセージなどの表示データを格納すると共に、後述する下糸巻きモータ４の制御プログラム（制御手段）及び、縫製時のミシンモータ３０や針振りモータ３１の制御プログラムが格納され、さらに下糸巻きモータ４の連続定格電流Ｉｕ、下糸巻きモータ４の速度設定ボリューム２６による設定速度Ｓｅに対応する規定電流Ｉｒ（電流調整手段）、上限回転数Ｓｕ、及び下限回転数Ｓｌを求めるテーブル、及び後述する偏差に対応した電流値の増減値を求めるテーブルが格納されている。また、ＲＡＭ３４には、選択された模様データ、速度設定ボリューム２６による設定速度Ｓｅ、回転速度検出器１４で検出した回転数Ｓｐ、電流検出器２４で検出したモータに流れる電流値Ｉｐなど、制御実行時に発生した各値をそれぞれ記憶する。
【００１７】
次に、本願発明に係るミシンのモータ制御装置の作用を第２図及び第３図に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００１８】
作業者がミシン縫製を開始するときにボビン３に巻かれた下糸８の巻き量を確認する。ボビン３は透明樹脂で形成されており、水平釜に収容されているため作業者はミシンの上方から容易にボビン３に巻かれた下糸残量を目視で確認できる。このときがボビン３に巻かれた下糸８の巻き量が少なく、次の縫製中に下糸がなくなるときは、作業者は水平釜２からボビン３を取り出して、ボビン３に残った下糸８を取り去った後、前記糸駒７から引き出された新たな下糸８の先端部をボビン３に数回巻きつけて、再度水平釜２にこのボビン３をセットして準備が終わる。
【００１９】
作業者が下巻きスイッチ２２がオンされると、ミシンモータの駆動停止を確認し（Ｓ１）、ミシンモータが駆動中であれば下糸巻きは禁止され、またミシンモータが停止されていれば、次に示す下糸巻きプログラムを実行するためにミシンを下糸巻きモードに設定する。下糸巻きモードに設定されると、これ以降、下糸巻きプログラムが終了するまで模様選択操作やミシンモータのスタートは禁止される。
【００２０】
前記下糸巻きモードに設定されると、速度設定ボリューム２６は下糸巻き装置の速度設定ボリュームとしてその設定値が下糸巻きモータ４の設定値Ｓｅ（例えば最大６００ｒｐｍ）になり、ＣＰＵは所定時間毎にＲＡＭ３４に設定値Ｓｅを更新記憶する。こうしてＲＡＭ３４に格納された設定値Ｓｅを読み込み、表示装置に表示され（Ｓ２）、下糸巻き装置モータ４に流す印加電流を、ＲＡＭ３４に記憶した「設定速度Ｓｅに対応した規定電流Ｉｒテーブル」から読み出して（Ｓ３）、ドライバ２３を制御して下糸巻きモータ４に電源から規定電流Ｉｒが流され（電流調整手段）（Ｓ４）、ボビン３の回転が始まる。
【００２１】
この下糸巻きモータ４が駆動すると回転検出器１４からボビン３の回転量が検出され、予め設定された下糸巻き量に到達したか判断（Ｓ５）し、所定の糸巻き量に達した場合には下糸巻きモータ４の駆動を停止して、図示しない自動糸切り装置で糸切りし、下糸巻きモードを解除して縫製モードに復帰する（Ｓ６）。また、所定の糸巻き量に達していない場合には、次のように下糸巻きモータ４の速度制御を行い下糸巻きを継続する。
即ち、下糸巻きモータ４を駆動して下糸８を引き出すときに糸駒７の回転が始まるが、このとき、糸立て棒に支持された糸駒７は回転時にフラツキが生じて滑らかに回転しない。またボビンまでの糸道が糸案内９，１０，１１によって何度も曲折しているために、糸の伸縮による糸暴れが発生し、糸巻きのフラツキと重なって、下糸巻きモータにかかる負荷トルクが不連続的に大きく変動しやすい。このとき、速度制御を行うために、例えば、モータの回転速度Ｓｐの平均値を取って制御したとすると、回転速度検出器１４から実際のモータの回転速度Ｓｐを求めるには一定時間必要であり、さらにこの速度を多数積算して平均値を求めるにはより多く時間がかかる場合がある。これに対して、モータに流れる電流Ｉｐは負荷変動による回転速度の変化に対応しており、例えば負荷が大きく回転速度Ｓｐが遅くなると電流Ｉｐが上昇するという、速度の関数として利用できると共に、瞬時に求めることができる利点がある。そこで、モータに流れる電流Ｉｐを所定時間、たとえば一秒間、ＲＡＭに次々に格納し、その平均値Ｉａを演算して、この平均値に基づいて速度制御を行うこととした（Ｓ７）。
その一方で、設定速度に対して超えてはならない上限速度Ｓｕ（設定速度６００ｒｐｍに対して６５０ｒｐｍ）をＲＡＭ３４から読み出して、下糸巻きモータの回転速度Ｓｐがこの上限速度Ｓｕ超えたかを確認し（Ｓ８）、超えていた場合には下糸巻きモータ４の駆動電流を減少するようにドライバ２３を電流調整して下糸巻き機構を安全な速度で駆動するようにする（Ｓ９）。
また、設定速度に対して遅い下限速度Ｉｌ（設定速度６００ｒｐｍに対して４５０ｒｐｍ）未満であって、モータ４に流れる電流Ｉｐが連続定格電流（例えば４Ａ）を超えていた場合には（Ｓ１０）、５秒カウンタ（Ｓ１１，Ｓ１２）により、５秒間継続状況を確認し、それでも状況に変化がなければ下糸巻きモータ４を緊急停止して（Ｓ１３）、焼損を防止し、表示装置３２に「下糸巻きモータが冷えるまで所定時間下糸巻き装置の駆動を禁止する」メッセージを表示して、下糸巻きスイッチ２２の操作を受け付けないようにする。
【００２２】
このようにして、前記ステップ７で１秒間平均電流Ｉａを演算した後、モータの回転速度が上限速度Ｓｕ以下、下限速度Ｓｌ以上の場合には、前記規定電流Ｉｒと前記平均電流Ｉａの偏差を演算して前記ＲＡＭ３４に格納する（Ｓ１４）。この偏差がプラスのときはフラグ１とし、偏差がマイナスのときはフラグ０をＲＡＭ３４に格納する（Ｓ１５）。
【００２３】
このとき、偏差が＋３０以下、−７０以上のときは（Ｓ１６）設定速度に対する比例帯に属するので、ＲＡＭ３４に格納した偏差を読み出し（Ｓ１７）、下糸巻きモータに流れる前記平均電流Ｉａが偏差に応じて略比例的に増減するように、ＲＡＭ３４に予め格納した「偏差に対応した平均電流Ｉａの増減を求めるテーブル」から、最適電流を求め、ドライバ２３を駆動して、下糸巻きモータ４に流れる電流Ｉｐを調整する（Ｓ１８）。
【００２４】
一方、偏差が＋３０超、−７０未満のときは（Ｓ１６）規定電流Ｉｒの許容制御範囲としての比例帯を超えているので、前記ステップ１５においてＲＡＭに格納した偏差の正負を現すフラグを読み出し（Ｓ１９）、フラグが０であれば加速指令として（Ｓ２０）、ドライバ２３にＰＷＭ制御における全導通信号が流され（Ｓ２２）、フラグが１であれば減速指令として、ドライバ２３にＰＷＭ制御における全非導通信号が流され（Ｓ２３）、これによって大きな速度偏差を容易に減縮することができる。
【００２５】
なお、所定の下糸巻き量を予め自動的に巻きつけたときは、縫製の実行中に下糸消費量及び下糸残量を演算できるため、次に縫製する模様に必要な糸量を予め模様データ中に記憶することで、下糸の不足を自動的に検出して表示装置に表示して、下糸巻きスイッチ２２を操作するようにアドバイスすることも可能である。また、縫製中に前記のように下糸の不足を自動的に検出して表示装置に表示して、下糸巻きスイッチ２２の操作を要求するようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るミシンのモータ制御装置によれば、下糸巻きモータを設定速度の上限速度および下限速度の範囲内で、モータに流れる電流の平均値を演算して、規定電流との偏差に基づいて略比例制御を行うようにした。これにより、作動時に常に不連続的に負荷トルクが大きく変動する変動負荷装置であっても、負荷トルクの変動の影響に左右されることなく、最適な駆動電流を調整することができるので、設定した速度に近似した速度制御が容易に可能になるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置に係わるミシンのモータ制御装置の実施、ミシンの下糸巻き装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明装置の電源オン時のフローチャート
【図３】前記図２に続く本発明装置の電源オン時のフローチャートである
【符号の説明】
１自動下糸巻き装置
２水平釜
３ボビン
４下糸巻きモータ
７糸駒
８下糸
９，１０，１１糸案内
１４回転速度検出器
２１電源スイッチ
２３ドライバ
２４電流検出抵抗（電流検出手段）
２５ＣＰＵ
２６速度設定ボリューム（速度設定手段）
２７下糸巻きスイッチ
３２表示手段
３３ＲＯＭ
ＲＡＭ３４
規定電流Ｉｒ
モータに流れる電流値Ｉｐ
電流値Ｉｐの平均電流Ｉａ
連続定格電流Ｉｕ
設定速度Ｓｅ
モータの回転速度Ｓｐ
上限回転速度Ｓｕ
下限回転速度Ｓｌ

Claims

ミシンの変動負荷装置を回転させるモータと、
モータの回転速度を設定する速度設定手段と、
前記設定手段で設定された回転数に対応した規定電流を求める電流設定手段と、
前記モータに流れる電流を調整する電流調整手段と、
モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出した電流を所定時間計測してその平均電流を求める演算手段と、
前記電流調整手段により前記規定電流をモータに流したときの前記平均電流を求め、この平均電流と規定電流との偏差に応じて電流調整手段から出力される電流を増減する制御手段とを備えたことを特徴とするミシンのモータ制御装置。
モータの回転数を検出する回転検出器を備え、
モータの設定回転数に関連した上限回転数よりも検出したモータの回転数が超えているときは、前記電流調整手段によりモータに出力される電流を減少させることを特徴とする請求項１記載のミシンのモータ制御装置。
前記回転検出器で検出した回転数が設定手段で設定した回転数より低い回転数であり、且つ電流検出手段で検出した電流がモータの連続定格電流を越えた状態が、前記演算手段の所定時間、或いは所定時間を超える時間継続したときはモータを停止することを特徴とする請求項１又は２記載のミシンのモータ制御装置。
ミシンの変動負荷装置とは自動下糸巻き装置であり、ミシンの釜に装着されたボビンに前記モータを装着して、モータでボビンを回転することにより下糸巻きから下糸を引き出してこのボビンに下糸を巻きつけることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のミシンのモータ制御装置。