ミシンのモータ制御装置
【課題】モータの低速回転時のトルクリップルによる振動を抑制する。
【解決手段】ミシンモータ１１をオン−オフ制御する半導体スイッチング手段と、交流電源の電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段１９と、ミシンモータの速度を設定する速度設定手段１８，１６と、ミシンモータの現在速度を検出する速度検出手段１２と、設定速度と現在速度との速度偏差に基づいて電源電圧正弦波形に対する電力供給のオン期間を定めるモータ出力制御手段４０と、モータ出力制御手段の定めるオン期間に基づいて半導体スイッチング手段のオン−オフ動作させる半導体駆動手段３０とを備えるミシンのモータ制御装置１０において、モータ出力制御手段は、ゼロクロスの検出間隔を一周期とした場合に、当該一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定める。
【解決手段】ミシンモータ１１をオン−オフ制御する半導体スイッチング手段と、交流電源の電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段１９と、ミシンモータの速度を設定する速度設定手段１８，１６と、ミシンモータの現在速度を検出する速度検出手段１２と、設定速度と現在速度との速度偏差に基づいて電源電圧正弦波形に対する電力供給のオン期間を定めるモータ出力制御手段４０と、モータ出力制御手段の定めるオン期間に基づいて半導体スイッチング手段のオン−オフ動作させる半導体駆動手段３０とを備えるミシンのモータ制御装置１０において、モータ出力制御手段は、ゼロクロスの検出間隔を一周期とした場合に、当該一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相制御を行うミシンのモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のミシンのモータ制御装置は、ミシン主軸を駆動するミシンモータについて、その回転数を検出しながら、設定した回転数になるようフィードバック制御を行っている。
一般的に家庭用ミシン（以降、単にミシンとも呼称する）に用いられるミシンモータはユニバーサルモータと呼ばれる直巻整流子電動機が用いられ、整流した商用電源を位相制御することによって回転数を調整している。位相制御のミシンモータ電圧波形を図５に示す。
ところで、近頃は低速でも安定して縫えるミシンが望まれている。そのために例えば、比例微分先行型ＰＩＤ制御（略してＩ−ＰＤ制御）を用いることによって、縫い速度範囲150〜1500[rpm]のロックミシンにおいても、低速150[rpm]で滑らかな回転が得られるようなっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１９８０９５号公報
【特許文献２】特開平８−１６３８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の家庭用ミシンのモータ制御装置は、高速から低速までの広い縫い速度範囲を位相制御するので、低速においては長いオフ期間と短いオン期間によって大きなトルクリップルが生じる。そのために、電源サイクルの２倍の周波数でモータ出力軸が振動するという問題があった。
特に、家庭用ロックミシンにおいては、主軸回転速度が低速で150[rpm]、高速で1500[rpm]になり、速度比が10倍もある上に、回転軸やクランク機構、針棒、ルーパ、送り歯など多くのものがモータ出力軸と繋がっているのでモータ振動によって大きなメカノイズが発生し、商品価値を著しく低下させていた。家庭用本縫いミシンも同様の問題を生じるが、ロックミシンと比べると、縫い速度範囲が115〜750[rpm]と比較的狭く、モータ出力軸とつながる機構構成やそれによる負荷が異なることもあって、モータ振動に起因するメカノイズはロックミシンの方がより顕著となっていた。
また、モータ振動はミシン本体にも伝わるために、低速で縫製するオペレータに不快感を与えていた。
また、特許文献２のようにオン・オフを短時間に繰り返すチョッピングを行って低速時のトルクリップルを抑えると、スイッチング素子が発熱すると共に電磁障害波を放射することになって、それらの対策のために製品価格の上昇と製品サイズが大きくなるという新たな問題が生じていた。
尚、低速回転が滑らかでない従来以前のモータ制御装置においては、粗い回転変動によってトルクリップルが隠されて、この問題が顕在化しなかった。
【０００４】
本発明は、発熱と電磁障害波の放射を生じることなく低速回転時のモータ振動を抑制することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、縫い針を上下動させる主軸の回転駆動を行うミシンモータのモータ制御装置において、交流電源から前記ミシンモータへ供給される電力をオン−オフの切り替えにより制御する半導体スイッチング手段と、前記交流電源の電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、前記ミシンモータの速度を設定する速度設定手段と、前記ミシンモータの現在速度を検出する速度検出手段と、前記速度設定手段の設定速度と前記速度検出手段の現在速度との速度偏差に基づいて電源電圧正弦波形に対する前記電力供給のオン期間を定めるモータ出力制御手段と、前記モータ出力制御手段の定めるオン期間に基づいて前記半導体スイッチング手段のオン−オフ動作させる半導体駆動手段とを備え、前記モータ出力制御手段は、ゼロクロスの検出間隔を一周期とした場合に、当該一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定めることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記モータ出力制御手段は、前記一周期の前端側と後端側とに均等に二分して前記オン期間を定めることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記モータ出力制御手段は、少なくとも、前記ミシンモータの駆動条件が所定の条件を満たす場合に前記一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明は、モータ出力制御手段が、速度設定手段により指定された指定速度と速度検出手段により検出された検出速度との偏差を求め、当該偏差に対応した出力が得られるように交流の一周期におけるオン期間を求める。このとき、モータ出力制御手段は、一つの周期におけるオン期間を、ゼロクロス地点側から開始されるオン期間と次のゼロクロス地点側で終了するオン期間とに二分して定める。
オン期間が二分されていると（図３参照）、オン期間が一つである場合（図５参照）と比較してオフからオンに切り替えられる際の電圧の急激な上昇を抑制し、かつオフ期間を短くすることができる。従って、ロックミシンのようにモータ出力軸に種々の機械構成が繋がれている場合であっても、モータの低速時のトルクリップルを抑えることができ、モータ出力軸に生じる振動の低減とすることが可能となり、モータ振動に起因するメカノイズを低減することが可能となる。そのため、静粛性を向上すると共に振動を抑制できるので縫製をより快適に行うことが可能となる。
さらに、オン・オフを短時間に多数回繰り返すチョッピングを不要とすることができるので、スイッチング素子の発熱や電磁障害波の放射の発生が回避されると共に、生産コストの低減及び装置の小型化を図ることも可能となる。
さらに、例えば比例微分先行型ＰＩＤ制御等のように、モータの低速回転を滑らかに行うようなミシンモータ制御装置に上記請求項１の発明を適用した場合でも、トルクリップルによる振動を抑え、顕在化を回避することが可能である。
【０００９】
なお、二分されたオン期間は均等である場合に限定されるものではない。例えば、一方のオン期間を固定値としてしまっても良いし、一定の比率となるようにオン期間を二分しても良い。
【００１０】
請求項２記載の発明は、モータ出力制御手段が、オン期間を均等に二分して定めるので、当該二分された二つのオン期間の最大電圧を互いに等しく低減することが可能となり、トルクリップルによる振動の発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、モータ出力制御手段は、少なくとも、速度偏差が所定の条件を満たす場合にオン期間を二分する。つまり、条件を満たさない場合には二分しなくとも良いし、条件を満たす場合と満たさない場合とで二分の仕方を変えても良い。これにより、例えば、所定の低速度以下の速度となる場合や偏差が大きい場合など、トルクリップルの影響が大きい場合にのみオン期間を二分したり、トルクリップルの影響の大小に応じて適正な仕方でオン期間を二分したりして、柔軟にトルクリップルによる振動抑制対策を施すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（ミシンモータ制御装置の全体的な構成）
図１は本発明の実施形態たるミシンモータ制御装置１０を搭載したミシン１００の斜視図、図２はその構成を示すブロック図である。
かかるミシン１００は三本の縫い針を有するいわゆるロックミシンであり、図１及び図２に示すように、縫い針の上下動の駆動源となるミシンモータ１１と、ミシンモータ１１を動力として指定縫い針の上下動と布送りとルーパ駆動などを行う図示しない機構部と、ミシンモータ制御装置１０とを備えている。
さらに、ミシンモータ制御装置１０は、主軸回転速度150〜1500[rpm]の間での運針の速度を設定する速度設定手段としてのコントローラ１８と、所定の低速（65[rpm]）でのミシンモータ１１の駆動を実行させる速度設定手段としての半針スイッチ１６と、ミシンモータ１１により回転駆動される主軸１４と、主軸１４と共に回転し、外部から操作可能なはずみ車１５と、ミシンモータ１１の回転量を検出する速度検出手段としてのエンコーダ１２と、主軸１４の一周における定位置（例えば上位置）を検出する主軸位置検出センサ１３と、ミシンモータ１１の動作制御を行う制御回路２０を備えている。
上記ミシンモータ１１は、ユニバーサルモータ（交流整流子モータ）が使用される。
【００１３】
（エンコーダ）
エンコーダ１２は、ミシンモータ１１に回転される主軸１４に取り付けた円盤と光学センサによって構成されている。円盤には円周に沿って等間隔にスリットが開けられており、光学センサは円盤を挟んで配置された光源と受光素子とを備えている。そして、ミシン主軸１４が１回転すると光源からの光の透過と遮断との繰り返しにより受光素子からパルス信号が発生する。このエンコーダ１２では、主軸一回転につき光学センサが１８０パルスを発生するように設計されている。エンコーダ１２が出力するパルス信号PSは、後述する速度算出部４１に入力される。
【００１４】
（制御回路の全体構成）
上記制御回路２０は、コントローラ１８又は半針スイッチ１６から入力された設定速度となるようにミシンモータ１１の回転速度制御を行うモータ出力制御手段としての処理部４０と、位相制御部２６と、スイッチングによりミシンモータ１１への電源供給を行う半導体駆動手段としてのモータ通電回路３０と、ミシンモータ１１へ供給される整流された交流のゼロ電位地点（ゼロ電位となるタイミング）を検出するゼロクロス検出手段としてのゼロクロス検出回路１９とを備えている。
【００１５】
（位相制御部）
位相制御部２６は、モータ通電回路３０がミシンモータ１１に対して行うON-OFF制御について処理部４０が定めるオン期間とオフ期間とを実際に計時して位相制御信号を生成しモータ通電回路３０に出力するためのものである。位相制御部２６は、1カウントの単位時間（ここでは400[ns]）を計時するオフ位相カウンタ２８及びオン位相カウンタ２９と、各カウンタ２８，２９がカウントアップしたときにミシンモータ１１に対する通電のオン又はオフの指令をモータ通電回路３０に出力するオン・オフ位相制御回路２７とを備えている。
【００１６】
（モータ通電回路）
モータ通電回路３０は、交流電源に接続されると共に、交流電源から前記ミシンモータへ供給される電力をオン−オフの切り替えにより制御する半導体スイッチング手段としてのＭＯＳトランジスタ（図示略）を備えており、当該トランジスタは、位相制御部２６を介して処理部４０の指令に従ってON-OFFの切り替えが可能となっている。
【００１７】
（ゼロクロス検出回路）
ゼロクロスは交流電源出力が略0[V]になるタイミング（図３及び図５参照）である。
ゼロクロス検出回路１９は、モータ通電回路３０を通じて、全波整流された交流電源の電位を監視し、0[V]の電位が検出されると、その検出信号（ゼロクロス信号）を後述する位相制御部２６と処理回路４０とに出力する。交流電源は周波数60[Hz]（又は50[Hz]）の交流を出力するので、ゼロクロス検出回路１９は、8.33[ms]（又は10[ms]）の周期で0電位の検出を行うこととなる。
【００１８】
（処理部）
処理部４０は、図２に示す各種機能構成を実現するために、後述する各種の制御又は処理を行うための各種プログラムを記憶するＲＯＭ（不図示）と、ＲＯＭ（不図示）内の各種のプログラムを実行するＣＰＵと、各種のプログラムの実行に際して作業領域となるＲＡＭ（不図示）と、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭと位相制御部２６とを備えている。
即ち、処理部４０は、エンコーダ１２が出力するパルス信号PSからミシンモータ１１の現在速度DRを算出する速度算出部４１と、半針スイッチ１６又はコントローラ１８により指定された指定速度SRと現在速度DRとの偏差を求め、当該偏差に基づいてＩ−ＰＤ制御（比例微分先行型ＰＩＤ制御）の演算によりミシンモータ１１の操作量を決定する制御演算部４２と、当該制御演算部４２の定めるミシンモータ出力に応じてミシンモータ通電のオフ期間に対応するカウント値（変数「オフ期間」とする）を定める位相角変換部４３としての処理を実行する。
【００１９】
速度算出部４１は、エンコーダ１２が出力するパルス信号PSの周期で１を除算して、当該除算値に所定の係数を乗じて現在回転数DRを算出し、制御演算部４２に出力する。
【００２０】
制御演算部４２は、コントローラ１８又は半針スイッチ１６から指定速度SRが入力され、速度算出部４１から現在回転数DRが入力されると、SRからDRを減算して偏差を算出する。
さらに、制御演算部４２は、算出した速度偏差に基づいてＩ−ＰＤ制御処理を行い、ミシンモータ１１の操作量を算出する。Ｉ−ＰＤ制御は、偏差を積分項のみに乗ずるので操作量の変化が穏やかであり、外乱応答性と目標値追随性を別々に設定できるので、低速時でも滑らかな制御が可能になる。
なお、ミシンモータ１１の速度検出や操作量演算は、ゼロクロス検出回路１９が求める交流電源のゼロクロス点の検出周期に合わせて周期的に実行される。
【００２１】
位相角変換部４３は、制御演算部４２が求めた制御量に基づいて交流電源周期のゼロクロス点の検出周期の一周期ごとにミシンモータ１１への通電のオン期間とオフ期間とを設定する。かかる操作量のオン期間への変換は、操作量に対してミシンモータ１１の出力トルクが直線的に変化するように予め設定したテーブルデータによって行う。また、オン期間の最大値は電源サイクルの半周期（＝ゼロクロス点の検出周期）で制御周期10[ms]と同値である。
【００２２】
位相角変換部４３について図３に基づいて説明する。
図３はミシンモータ１１の整流された電源電圧波形である。また、上記制御演算部４２が算出するミシンモータ１１の操作量は図３の電圧波形図の面積と比例関係にある。
位相角変換部４３は、一周期ごとに制御演算部４２から入力された操作量に相当する面積となるように一周期における電源オン期間とオフ期間とを算出する。
ここで、当該位相角変換部４３は、一周期についてオン期間を連続した一つの期間とせずに間にオフ期間Ｌを設けてオン期間を二分するようにオンオフ期間の設定を行う。つまり、位相角変換部４３は、一周期について、検出されたゼロクロスタイミングで開始されるオン期間（前オン期間ＦＨとする）と次のゼロクロスタイミングで終了するオン期間（後オン期間ＢＨとする）の二つのオン期間を生成すると共にそれら二つのオン期間の面積の合計が制御演算部４３で算出されたモータの操作量に相当するように期間の算出を行う。
また、この位相角変換部４３は、ＲＯＭ内に予め用意されたモータ操作量の閾値を読み出すと共に、制御演算部４２から入力されたモータ操作量との比較を行い、当該閾値に満たない場合には、前オン期間と後オン期間とが等しい長さとなるように期間の長さを定める。また、閾値以上の場合には、前オン期間ＦＨを所定時間（例えば1.5[ms]）に固定し、後オン期間ＢＨは前オン期間ＦＨとの合計面積が制御演算部４２から入力されたモータ操作量になるような長さに算出する。
なお、モータ操作量の閾値は前オン期間ＦＨと後オン期間ＢＨとがそれぞれ1.5[ms]となる場合の出力と一致するように設定されている。
【００２３】
ここで、図３（Ａ）は制御演算部４２によるモータ操作量と閾値がほぼ等しいであって回転数150[rpm]の場合を示し、図３（Ｂ）は閾値を上回る場合（回転数は150[rpm]より高速）を示し、図３（Ｃ）閾値を下回る場合であって超低速（半針スイッチ速度：65[rpm]）の場合を示している。さらに比較のために、オン期間を二分しないでオン期間Ｈとオフ期間Ｌとを繰り返す従来のオンオフ制御の電圧波形図を図５に示す。なお、前述した閾値は主軸回転数150[rpm]の時の操作量にほぼ等しくなるように設定されている。
ミシンモータ１１は、低速時には必要となるモータ操作量が小さくなるが同時にトルクリップルの影響を生じやすい傾向にある。その原因としては、図５に示すように、オン期間Ｈの開始時の電圧の波高値が高いことが挙げられるが、必要となるモータ操作量が閾値よりも小さい時には、図３（Ａ）、図３（Ｃ）に示すように、オン期間は均等に二分されるので、二分しない図５の場合と比較すると、その立ち上がり電圧が低減されるとともに、オフ期間が短縮されていることが分かる。
つまり、このようにオン期間を二分することで、低速時でもトルクリップルの影響を抑制することが可能となる。
【００２４】
（ミシン動作中の制御回路の処理）
上記構成からなるミシンモータの制御装置１０によるミシンモータ１１の駆動開始からの処理を図４に基づいて説明する。図４は制御装置１０の処理内容を示すフローチャートである。かかるフローチャートの処理は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより前述した処理部４０の速度算出部４１，制御演算部４２，位相角変換部４３として機能し、実行されるものである。
なお、交流商用電源を全波整流して電源とするので、交流商用電源が50[Hz]とすると制御周期（ステップＳ１から再びステップＳ１に戻るまでの周期）は10[ms]である。
【００２５】
まず、ゼロクロス検出回路１９は、交流電源出力のゼロクロス待ちを行い（ステップＳ１）、ゼロクロスを検出すると、位相制御部２６と制御演算部４２とに検出信号を出力する。また、ゼロクロスが検出されると、位相制御部２６は、モータ通電回路３０にオフ信号を送出し、ミシンモータ１１への通電をオフする処理を行う（ステップＳ２）。なお、未だミシンモータ１１が始動前の停止状態のときはミシンモータ１１の通電オフの処理は、改めて行われない。
次に、処理部４０は、半針スイッチ１６又はコントローラ１８の少なくともいずれかによる指定速度の入力が継続しているかを判定し（ステップＳ３）、指定速度の入力が停止された場合には処理を終了する。
【００２６】
また、ステップＳ３において、指定速度の入力が継続していると処理部４０が判定した場合には、制御演算部４２は、コントローラ１８又は半針スイッチ１６による指定速度SRと速度算出部４１からの現在速度DRとの偏差を求めると共に、比例微分先行型ＰＩＤ制御に基づいて操作量を算出する（ステップＳ４）。
【００２７】
次いで、位相角変換部４３は、操作量を閾値と比較し（ステップＳ５）、当該閾値に満たない場合には操作量に１／２を乗じて、当該半分の操作量を前オン期間ＦＨに割り当てると共に、当該半分の操作量を動作させるために必要となるオン期間の算出を行い（ステップＳ７）、ステップＳ８に処理を進める。
一方、ステップＳ５で操作量が閾値以上と判定され場合には、前オン期間ＦＨを1.5[ms]に固定し（ステップＳ６）、ステップＳ８に処理を進める。
【００２８】
ステップＳ８では、位相角変換部４３は、前オン期間ＦＨに割り当てた操作量に対する残りの操作量から後オン期間ＢＨを算出する。つまり、ステップＳ６に続く処理の場合は（ステップＳ４における制御演算部４２の算出操作量）−（ゼロクロスから1.5[ms]までの操作量）の演算により後オン期間ＢＨを算出し、ステップＳ７に続く処理の場合は（ステップＳ４における制御演算部４２の算出操作量）／２の演算により後オン期間ＢＨを算出する。
【００２９】
次いで、位相角変換部４３は、制御周期から算出した後オン期間ＢＨを減じることでゼロクロスからの後オン期間ＢＨの開始タイミング（オンタイミング）を算出する（ステップＳ９）。
さらに、オフ位相カウンタ２８には算出した前オン期間ＦＨが設定される（ステップＳ１０）。オフ位相カウンタ２８には、カウント値で設定されるので、例えば、カウント周期が400[ns]で「前オン期間」の値が例えば1.5[ms]であれば、カウント値は3750（1.5/0.0004）に設定される。
また、オン位相カウンタ２９には算出したオンタイミングが設定される（ステップＳ１１）。
【００３０】
次に、ミシンモータ１１の起動開始が入力されて最初の制御周期の時には、この時点でミシンモータ１１への通電がオンされて（ステップＳ１２）、オフ位相カウンタ２８及びオン位相カウンタ２９がカウントを開始する（ステップＳ１３）。これにより、前オン期間ＦＨによる通電が開始される。
なお、ステップＳ２〜１１の処理は瞬時に行われるため、ステップＳ２における通電オフの期間は実質的にほぼ０となり、ステップＳ１２におけるミシンモータ１１への通電オンの処理は、実際にはステップＳ１のゼロクロスの検出とほぼ同時に行われることになる。
【００３１】
次に、オフ位相カウンタ２８のカウントアップを待ち（ステップＳ１４）、カウントアップするとオンオフ位相制御回路２７は、モータ通電回路３０に制御信号を与えて、ミシンモータ１１への通電をオフする（ステップＳ１５）。これにより、前オン期間ＦＨが終了し、オフ期間Ｌが開始される（図３各図参照）。
さらに、オン位相カウンタ２９のカウントアップを待ち（ステップＳ１６）、カウントアップするとオンオフ位相制御回路２７は、モータ通電回路３０に制御信号を与えて、ミシンモータ１１への通電をオンする（ステップＳ１７）。これにより、オフ期間Ｌが終了され、後オン期間ＢＨが開始される（図３各図参照）。
【００３２】
その後、処理はステップＳ１に戻され、ゼロクロス検出待ちとなる。そして、ゼロクロスの検出後のミシンモータ１１への通電オフの処理（ステップＳ２）により、後オン期間が終了となり、以後、ステップＳ３でモータ駆動の停止が判定されるまで制御周期でステップＳ１〜Ｓ１７の処理が繰り返し実行される。
【００３３】
（ミシンモータ制御装置の効果）
ミシンモータ制御装置１０は、処理部４０の位相角変換部４３が一つの制御周期におけるオン期間を、ゼロクロス地点側から開始される前オン期間ＦＨと次のゼロクロス地点側で終了する後オン期間ＢＨとに二分して定めるので、オン期間が一つである場合（図５参照）と比較してオフからオンに切り替えられる際の電圧の急激な上昇を抑制し、かつオフ期間を短くすることができる。従って、例えば、ロックミシンのようにモータ出力軸に種々の機械構成が繋がれている場合であっても、モータの低速時のトルクリップルを抑えることができ、モータ出力軸に生じる振動の低減とすることが可能となり、モータ振動に起因するメカノイズを低減することが可能となる。そのため、静粛性を向上すると共に振動を抑制できるので縫製をより快適に行うことが可能となる。
さらに、ミシンモータ制御装置１０では、オン・オフを短時間に多数回繰り返すチョッピングを不要とすることができるので、スイッチング素子の発熱や電磁障害波の放射の発生が回避されると共に、生産コストの低減及び装置の小型化を図ることも可能となる。
さらに、ミシンモータ制御装置１０では、比例微分先行型ＰＩＤ制御を採用し、モータの低速回転を滑らかに行うことを可能としているが、そのような場合でも、トルクリップルによる振動を抑え、顕在化を回避することが可能である。
【００３４】
また、位相角変換部４３は、必要操作量が所定の閾値よりも低い場合と、特に低速時に、前オン期間と後オン期間とを均等に二分して定めるので、当該二分された二つのオン期間の最大電圧を互いに等しく低減することが可能となり、トルクリップルによる振動の発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００３５】
（その他）
なお、上記構成からなるミシンモータ制御装置１０は、ロックミシンへの適用に限らず、交流電源で駆動するモータを使用するいずれの形式のミシンに採用しても良いことは言うまでもない。
また、ミシンモータ制御装置１０ではいわゆるＩ−ＰＤ制御を採用しているが、これに限定されるものではなく、通常のＰＩＤ制御、ＰＤ制御、ＰＩ制御を採用しても良い。
また、前オン期間を固定値とするか否かの場合分けを操作量に応じて行っているが、速度に応じて行っても良いし、一貫して前オン期間を固定値とする或いは前オン期間と後オン期間とを均等する処理を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ミシンモータ制御装置としての制御回路を搭載したミシンの斜視図である。
【図２】制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】ミシンモータの整流された電源電圧波形であり、図３（Ａ）は制御演算部によるモータ操作量と閾値がほぼ等しいであって回転数150[rpm]の場合を示し、図３（Ｂ）は閾値を上回る場合であって図３（Ａ）より高速の場合を示し、図３（Ｃ）は閾値を下回る場合を示す。
【図４】ミシンモータ制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】オン期間を二分しないでオン期間とオフ期間とを繰り返す従来のオンオフ制御の電圧波形図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１ ミシンモータ
１２ エンコーダ（速度検出手段）
１４ 主軸
１６ 半針スイッチ（速度設定手段）
１８ コントローラ（速度設定手段）
１９ ゼロクロス検出回路（ゼロクロス検出手段）
３０ モータ通電回路（半導体駆動手段）
４０ 処理部（モータ出力制御手段）
４３ 位相角変換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相制御を行うミシンのモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のミシンのモータ制御装置は、ミシン主軸を駆動するミシンモータについて、その回転数を検出しながら、設定した回転数になるようフィードバック制御を行っている。
一般的に家庭用ミシン（以降、単にミシンとも呼称する）に用いられるミシンモータはユニバーサルモータと呼ばれる直巻整流子電動機が用いられ、整流した商用電源を位相制御することによって回転数を調整している。位相制御のミシンモータ電圧波形を図５に示す。
ところで、近頃は低速でも安定して縫えるミシンが望まれている。そのために例えば、比例微分先行型ＰＩＤ制御（略してＩ−ＰＤ制御）を用いることによって、縫い速度範囲150〜1500[rpm]のロックミシンにおいても、低速150[rpm]で滑らかな回転が得られるようなっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１９８０９５号公報
【特許文献２】特開平８−１６３８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の家庭用ミシンのモータ制御装置は、高速から低速までの広い縫い速度範囲を位相制御するので、低速においては長いオフ期間と短いオン期間によって大きなトルクリップルが生じる。そのために、電源サイクルの２倍の周波数でモータ出力軸が振動するという問題があった。
特に、家庭用ロックミシンにおいては、主軸回転速度が低速で150[rpm]、高速で1500[rpm]になり、速度比が10倍もある上に、回転軸やクランク機構、針棒、ルーパ、送り歯など多くのものがモータ出力軸と繋がっているのでモータ振動によって大きなメカノイズが発生し、商品価値を著しく低下させていた。家庭用本縫いミシンも同様の問題を生じるが、ロックミシンと比べると、縫い速度範囲が115〜750[rpm]と比較的狭く、モータ出力軸とつながる機構構成やそれによる負荷が異なることもあって、モータ振動に起因するメカノイズはロックミシンの方がより顕著となっていた。
また、モータ振動はミシン本体にも伝わるために、低速で縫製するオペレータに不快感を与えていた。
また、特許文献２のようにオン・オフを短時間に繰り返すチョッピングを行って低速時のトルクリップルを抑えると、スイッチング素子が発熱すると共に電磁障害波を放射することになって、それらの対策のために製品価格の上昇と製品サイズが大きくなるという新たな問題が生じていた。
尚、低速回転が滑らかでない従来以前のモータ制御装置においては、粗い回転変動によってトルクリップルが隠されて、この問題が顕在化しなかった。
【０００４】
本発明は、発熱と電磁障害波の放射を生じることなく低速回転時のモータ振動を抑制することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、縫い針を上下動させる主軸の回転駆動を行うミシンモータのモータ制御装置において、交流電源から前記ミシンモータへ供給される電力をオン−オフの切り替えにより制御する半導体スイッチング手段と、前記交流電源の電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、前記ミシンモータの速度を設定する速度設定手段と、前記ミシンモータの現在速度を検出する速度検出手段と、前記速度設定手段の設定速度と前記速度検出手段の現在速度との速度偏差に基づいて電源電圧正弦波形に対する前記電力供給のオン期間を定めるモータ出力制御手段と、前記モータ出力制御手段の定めるオン期間に基づいて前記半導体スイッチング手段のオン−オフ動作させる半導体駆動手段とを備え、前記モータ出力制御手段は、ゼロクロスの検出間隔を一周期とした場合に、当該一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定めることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記モータ出力制御手段は、前記一周期の前端側と後端側とに均等に二分して前記オン期間を定めることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記モータ出力制御手段は、少なくとも、前記ミシンモータの駆動条件が所定の条件を満たす場合に前記一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明は、モータ出力制御手段が、速度設定手段により指定された指定速度と速度検出手段により検出された検出速度との偏差を求め、当該偏差に対応した出力が得られるように交流の一周期におけるオン期間を求める。このとき、モータ出力制御手段は、一つの周期におけるオン期間を、ゼロクロス地点側から開始されるオン期間と次のゼロクロス地点側で終了するオン期間とに二分して定める。
オン期間が二分されていると（図３参照）、オン期間が一つである場合（図５参照）と比較してオフからオンに切り替えられる際の電圧の急激な上昇を抑制し、かつオフ期間を短くすることができる。従って、ロックミシンのようにモータ出力軸に種々の機械構成が繋がれている場合であっても、モータの低速時のトルクリップルを抑えることができ、モータ出力軸に生じる振動の低減とすることが可能となり、モータ振動に起因するメカノイズを低減することが可能となる。そのため、静粛性を向上すると共に振動を抑制できるので縫製をより快適に行うことが可能となる。
さらに、オン・オフを短時間に多数回繰り返すチョッピングを不要とすることができるので、スイッチング素子の発熱や電磁障害波の放射の発生が回避されると共に、生産コストの低減及び装置の小型化を図ることも可能となる。
さらに、例えば比例微分先行型ＰＩＤ制御等のように、モータの低速回転を滑らかに行うようなミシンモータ制御装置に上記請求項１の発明を適用した場合でも、トルクリップルによる振動を抑え、顕在化を回避することが可能である。
【０００９】
なお、二分されたオン期間は均等である場合に限定されるものではない。例えば、一方のオン期間を固定値としてしまっても良いし、一定の比率となるようにオン期間を二分しても良い。
【００１０】
請求項２記載の発明は、モータ出力制御手段が、オン期間を均等に二分して定めるので、当該二分された二つのオン期間の最大電圧を互いに等しく低減することが可能となり、トルクリップルによる振動の発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、モータ出力制御手段は、少なくとも、速度偏差が所定の条件を満たす場合にオン期間を二分する。つまり、条件を満たさない場合には二分しなくとも良いし、条件を満たす場合と満たさない場合とで二分の仕方を変えても良い。これにより、例えば、所定の低速度以下の速度となる場合や偏差が大きい場合など、トルクリップルの影響が大きい場合にのみオン期間を二分したり、トルクリップルの影響の大小に応じて適正な仕方でオン期間を二分したりして、柔軟にトルクリップルによる振動抑制対策を施すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（ミシンモータ制御装置の全体的な構成）
図１は本発明の実施形態たるミシンモータ制御装置１０を搭載したミシン１００の斜視図、図２はその構成を示すブロック図である。
かかるミシン１００は三本の縫い針を有するいわゆるロックミシンであり、図１及び図２に示すように、縫い針の上下動の駆動源となるミシンモータ１１と、ミシンモータ１１を動力として指定縫い針の上下動と布送りとルーパ駆動などを行う図示しない機構部と、ミシンモータ制御装置１０とを備えている。
さらに、ミシンモータ制御装置１０は、主軸回転速度150〜1500[rpm]の間での運針の速度を設定する速度設定手段としてのコントローラ１８と、所定の低速（65[rpm]）でのミシンモータ１１の駆動を実行させる速度設定手段としての半針スイッチ１６と、ミシンモータ１１により回転駆動される主軸１４と、主軸１４と共に回転し、外部から操作可能なはずみ車１５と、ミシンモータ１１の回転量を検出する速度検出手段としてのエンコーダ１２と、主軸１４の一周における定位置（例えば上位置）を検出する主軸位置検出センサ１３と、ミシンモータ１１の動作制御を行う制御回路２０を備えている。
上記ミシンモータ１１は、ユニバーサルモータ（交流整流子モータ）が使用される。
【００１３】
（エンコーダ）
エンコーダ１２は、ミシンモータ１１に回転される主軸１４に取り付けた円盤と光学センサによって構成されている。円盤には円周に沿って等間隔にスリットが開けられており、光学センサは円盤を挟んで配置された光源と受光素子とを備えている。そして、ミシン主軸１４が１回転すると光源からの光の透過と遮断との繰り返しにより受光素子からパルス信号が発生する。このエンコーダ１２では、主軸一回転につき光学センサが１８０パルスを発生するように設計されている。エンコーダ１２が出力するパルス信号PSは、後述する速度算出部４１に入力される。
【００１４】
（制御回路の全体構成）
上記制御回路２０は、コントローラ１８又は半針スイッチ１６から入力された設定速度となるようにミシンモータ１１の回転速度制御を行うモータ出力制御手段としての処理部４０と、位相制御部２６と、スイッチングによりミシンモータ１１への電源供給を行う半導体駆動手段としてのモータ通電回路３０と、ミシンモータ１１へ供給される整流された交流のゼロ電位地点（ゼロ電位となるタイミング）を検出するゼロクロス検出手段としてのゼロクロス検出回路１９とを備えている。
【００１５】
（位相制御部）
位相制御部２６は、モータ通電回路３０がミシンモータ１１に対して行うON-OFF制御について処理部４０が定めるオン期間とオフ期間とを実際に計時して位相制御信号を生成しモータ通電回路３０に出力するためのものである。位相制御部２６は、1カウントの単位時間（ここでは400[ns]）を計時するオフ位相カウンタ２８及びオン位相カウンタ２９と、各カウンタ２８，２９がカウントアップしたときにミシンモータ１１に対する通電のオン又はオフの指令をモータ通電回路３０に出力するオン・オフ位相制御回路２７とを備えている。
【００１６】
（モータ通電回路）
モータ通電回路３０は、交流電源に接続されると共に、交流電源から前記ミシンモータへ供給される電力をオン−オフの切り替えにより制御する半導体スイッチング手段としてのＭＯＳトランジスタ（図示略）を備えており、当該トランジスタは、位相制御部２６を介して処理部４０の指令に従ってON-OFFの切り替えが可能となっている。
【００１７】
（ゼロクロス検出回路）
ゼロクロスは交流電源出力が略0[V]になるタイミング（図３及び図５参照）である。
ゼロクロス検出回路１９は、モータ通電回路３０を通じて、全波整流された交流電源の電位を監視し、0[V]の電位が検出されると、その検出信号（ゼロクロス信号）を後述する位相制御部２６と処理回路４０とに出力する。交流電源は周波数60[Hz]（又は50[Hz]）の交流を出力するので、ゼロクロス検出回路１９は、8.33[ms]（又は10[ms]）の周期で0電位の検出を行うこととなる。
【００１８】
（処理部）
処理部４０は、図２に示す各種機能構成を実現するために、後述する各種の制御又は処理を行うための各種プログラムを記憶するＲＯＭ（不図示）と、ＲＯＭ（不図示）内の各種のプログラムを実行するＣＰＵと、各種のプログラムの実行に際して作業領域となるＲＡＭ（不図示）と、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭと位相制御部２６とを備えている。
即ち、処理部４０は、エンコーダ１２が出力するパルス信号PSからミシンモータ１１の現在速度DRを算出する速度算出部４１と、半針スイッチ１６又はコントローラ１８により指定された指定速度SRと現在速度DRとの偏差を求め、当該偏差に基づいてＩ−ＰＤ制御（比例微分先行型ＰＩＤ制御）の演算によりミシンモータ１１の操作量を決定する制御演算部４２と、当該制御演算部４２の定めるミシンモータ出力に応じてミシンモータ通電のオフ期間に対応するカウント値（変数「オフ期間」とする）を定める位相角変換部４３としての処理を実行する。
【００１９】
速度算出部４１は、エンコーダ１２が出力するパルス信号PSの周期で１を除算して、当該除算値に所定の係数を乗じて現在回転数DRを算出し、制御演算部４２に出力する。
【００２０】
制御演算部４２は、コントローラ１８又は半針スイッチ１６から指定速度SRが入力され、速度算出部４１から現在回転数DRが入力されると、SRからDRを減算して偏差を算出する。
さらに、制御演算部４２は、算出した速度偏差に基づいてＩ−ＰＤ制御処理を行い、ミシンモータ１１の操作量を算出する。Ｉ−ＰＤ制御は、偏差を積分項のみに乗ずるので操作量の変化が穏やかであり、外乱応答性と目標値追随性を別々に設定できるので、低速時でも滑らかな制御が可能になる。
なお、ミシンモータ１１の速度検出や操作量演算は、ゼロクロス検出回路１９が求める交流電源のゼロクロス点の検出周期に合わせて周期的に実行される。
【００２１】
位相角変換部４３は、制御演算部４２が求めた制御量に基づいて交流電源周期のゼロクロス点の検出周期の一周期ごとにミシンモータ１１への通電のオン期間とオフ期間とを設定する。かかる操作量のオン期間への変換は、操作量に対してミシンモータ１１の出力トルクが直線的に変化するように予め設定したテーブルデータによって行う。また、オン期間の最大値は電源サイクルの半周期（＝ゼロクロス点の検出周期）で制御周期10[ms]と同値である。
【００２２】
位相角変換部４３について図３に基づいて説明する。
図３はミシンモータ１１の整流された電源電圧波形である。また、上記制御演算部４２が算出するミシンモータ１１の操作量は図３の電圧波形図の面積と比例関係にある。
位相角変換部４３は、一周期ごとに制御演算部４２から入力された操作量に相当する面積となるように一周期における電源オン期間とオフ期間とを算出する。
ここで、当該位相角変換部４３は、一周期についてオン期間を連続した一つの期間とせずに間にオフ期間Ｌを設けてオン期間を二分するようにオンオフ期間の設定を行う。つまり、位相角変換部４３は、一周期について、検出されたゼロクロスタイミングで開始されるオン期間（前オン期間ＦＨとする）と次のゼロクロスタイミングで終了するオン期間（後オン期間ＢＨとする）の二つのオン期間を生成すると共にそれら二つのオン期間の面積の合計が制御演算部４３で算出されたモータの操作量に相当するように期間の算出を行う。
また、この位相角変換部４３は、ＲＯＭ内に予め用意されたモータ操作量の閾値を読み出すと共に、制御演算部４２から入力されたモータ操作量との比較を行い、当該閾値に満たない場合には、前オン期間と後オン期間とが等しい長さとなるように期間の長さを定める。また、閾値以上の場合には、前オン期間ＦＨを所定時間（例えば1.5[ms]）に固定し、後オン期間ＢＨは前オン期間ＦＨとの合計面積が制御演算部４２から入力されたモータ操作量になるような長さに算出する。
なお、モータ操作量の閾値は前オン期間ＦＨと後オン期間ＢＨとがそれぞれ1.5[ms]となる場合の出力と一致するように設定されている。
【００２３】
ここで、図３（Ａ）は制御演算部４２によるモータ操作量と閾値がほぼ等しいであって回転数150[rpm]の場合を示し、図３（Ｂ）は閾値を上回る場合（回転数は150[rpm]より高速）を示し、図３（Ｃ）閾値を下回る場合であって超低速（半針スイッチ速度：65[rpm]）の場合を示している。さらに比較のために、オン期間を二分しないでオン期間Ｈとオフ期間Ｌとを繰り返す従来のオンオフ制御の電圧波形図を図５に示す。なお、前述した閾値は主軸回転数150[rpm]の時の操作量にほぼ等しくなるように設定されている。
ミシンモータ１１は、低速時には必要となるモータ操作量が小さくなるが同時にトルクリップルの影響を生じやすい傾向にある。その原因としては、図５に示すように、オン期間Ｈの開始時の電圧の波高値が高いことが挙げられるが、必要となるモータ操作量が閾値よりも小さい時には、図３（Ａ）、図３（Ｃ）に示すように、オン期間は均等に二分されるので、二分しない図５の場合と比較すると、その立ち上がり電圧が低減されるとともに、オフ期間が短縮されていることが分かる。
つまり、このようにオン期間を二分することで、低速時でもトルクリップルの影響を抑制することが可能となる。
【００２４】
（ミシン動作中の制御回路の処理）
上記構成からなるミシンモータの制御装置１０によるミシンモータ１１の駆動開始からの処理を図４に基づいて説明する。図４は制御装置１０の処理内容を示すフローチャートである。かかるフローチャートの処理は、ＣＰＵが所定のプログラムを実行することにより前述した処理部４０の速度算出部４１，制御演算部４２，位相角変換部４３として機能し、実行されるものである。
なお、交流商用電源を全波整流して電源とするので、交流商用電源が50[Hz]とすると制御周期（ステップＳ１から再びステップＳ１に戻るまでの周期）は10[ms]である。
【００２５】
まず、ゼロクロス検出回路１９は、交流電源出力のゼロクロス待ちを行い（ステップＳ１）、ゼロクロスを検出すると、位相制御部２６と制御演算部４２とに検出信号を出力する。また、ゼロクロスが検出されると、位相制御部２６は、モータ通電回路３０にオフ信号を送出し、ミシンモータ１１への通電をオフする処理を行う（ステップＳ２）。なお、未だミシンモータ１１が始動前の停止状態のときはミシンモータ１１の通電オフの処理は、改めて行われない。
次に、処理部４０は、半針スイッチ１６又はコントローラ１８の少なくともいずれかによる指定速度の入力が継続しているかを判定し（ステップＳ３）、指定速度の入力が停止された場合には処理を終了する。
【００２６】
また、ステップＳ３において、指定速度の入力が継続していると処理部４０が判定した場合には、制御演算部４２は、コントローラ１８又は半針スイッチ１６による指定速度SRと速度算出部４１からの現在速度DRとの偏差を求めると共に、比例微分先行型ＰＩＤ制御に基づいて操作量を算出する（ステップＳ４）。
【００２７】
次いで、位相角変換部４３は、操作量を閾値と比較し（ステップＳ５）、当該閾値に満たない場合には操作量に１／２を乗じて、当該半分の操作量を前オン期間ＦＨに割り当てると共に、当該半分の操作量を動作させるために必要となるオン期間の算出を行い（ステップＳ７）、ステップＳ８に処理を進める。
一方、ステップＳ５で操作量が閾値以上と判定され場合には、前オン期間ＦＨを1.5[ms]に固定し（ステップＳ６）、ステップＳ８に処理を進める。
【００２８】
ステップＳ８では、位相角変換部４３は、前オン期間ＦＨに割り当てた操作量に対する残りの操作量から後オン期間ＢＨを算出する。つまり、ステップＳ６に続く処理の場合は（ステップＳ４における制御演算部４２の算出操作量）−（ゼロクロスから1.5[ms]までの操作量）の演算により後オン期間ＢＨを算出し、ステップＳ７に続く処理の場合は（ステップＳ４における制御演算部４２の算出操作量）／２の演算により後オン期間ＢＨを算出する。
【００２９】
次いで、位相角変換部４３は、制御周期から算出した後オン期間ＢＨを減じることでゼロクロスからの後オン期間ＢＨの開始タイミング（オンタイミング）を算出する（ステップＳ９）。
さらに、オフ位相カウンタ２８には算出した前オン期間ＦＨが設定される（ステップＳ１０）。オフ位相カウンタ２８には、カウント値で設定されるので、例えば、カウント周期が400[ns]で「前オン期間」の値が例えば1.5[ms]であれば、カウント値は3750（1.5/0.0004）に設定される。
また、オン位相カウンタ２９には算出したオンタイミングが設定される（ステップＳ１１）。
【００３０】
次に、ミシンモータ１１の起動開始が入力されて最初の制御周期の時には、この時点でミシンモータ１１への通電がオンされて（ステップＳ１２）、オフ位相カウンタ２８及びオン位相カウンタ２９がカウントを開始する（ステップＳ１３）。これにより、前オン期間ＦＨによる通電が開始される。
なお、ステップＳ２〜１１の処理は瞬時に行われるため、ステップＳ２における通電オフの期間は実質的にほぼ０となり、ステップＳ１２におけるミシンモータ１１への通電オンの処理は、実際にはステップＳ１のゼロクロスの検出とほぼ同時に行われることになる。
【００３１】
次に、オフ位相カウンタ２８のカウントアップを待ち（ステップＳ１４）、カウントアップするとオンオフ位相制御回路２７は、モータ通電回路３０に制御信号を与えて、ミシンモータ１１への通電をオフする（ステップＳ１５）。これにより、前オン期間ＦＨが終了し、オフ期間Ｌが開始される（図３各図参照）。
さらに、オン位相カウンタ２９のカウントアップを待ち（ステップＳ１６）、カウントアップするとオンオフ位相制御回路２７は、モータ通電回路３０に制御信号を与えて、ミシンモータ１１への通電をオンする（ステップＳ１７）。これにより、オフ期間Ｌが終了され、後オン期間ＢＨが開始される（図３各図参照）。
【００３２】
その後、処理はステップＳ１に戻され、ゼロクロス検出待ちとなる。そして、ゼロクロスの検出後のミシンモータ１１への通電オフの処理（ステップＳ２）により、後オン期間が終了となり、以後、ステップＳ３でモータ駆動の停止が判定されるまで制御周期でステップＳ１〜Ｓ１７の処理が繰り返し実行される。
【００３３】
（ミシンモータ制御装置の効果）
ミシンモータ制御装置１０は、処理部４０の位相角変換部４３が一つの制御周期におけるオン期間を、ゼロクロス地点側から開始される前オン期間ＦＨと次のゼロクロス地点側で終了する後オン期間ＢＨとに二分して定めるので、オン期間が一つである場合（図５参照）と比較してオフからオンに切り替えられる際の電圧の急激な上昇を抑制し、かつオフ期間を短くすることができる。従って、例えば、ロックミシンのようにモータ出力軸に種々の機械構成が繋がれている場合であっても、モータの低速時のトルクリップルを抑えることができ、モータ出力軸に生じる振動の低減とすることが可能となり、モータ振動に起因するメカノイズを低減することが可能となる。そのため、静粛性を向上すると共に振動を抑制できるので縫製をより快適に行うことが可能となる。
さらに、ミシンモータ制御装置１０では、オン・オフを短時間に多数回繰り返すチョッピングを不要とすることができるので、スイッチング素子の発熱や電磁障害波の放射の発生が回避されると共に、生産コストの低減及び装置の小型化を図ることも可能となる。
さらに、ミシンモータ制御装置１０では、比例微分先行型ＰＩＤ制御を採用し、モータの低速回転を滑らかに行うことを可能としているが、そのような場合でも、トルクリップルによる振動を抑え、顕在化を回避することが可能である。
【００３４】
また、位相角変換部４３は、必要操作量が所定の閾値よりも低い場合と、特に低速時に、前オン期間と後オン期間とを均等に二分して定めるので、当該二分された二つのオン期間の最大電圧を互いに等しく低減することが可能となり、トルクリップルによる振動の発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００３５】
（その他）
なお、上記構成からなるミシンモータ制御装置１０は、ロックミシンへの適用に限らず、交流電源で駆動するモータを使用するいずれの形式のミシンに採用しても良いことは言うまでもない。
また、ミシンモータ制御装置１０ではいわゆるＩ−ＰＤ制御を採用しているが、これに限定されるものではなく、通常のＰＩＤ制御、ＰＤ制御、ＰＩ制御を採用しても良い。
また、前オン期間を固定値とするか否かの場合分けを操作量に応じて行っているが、速度に応じて行っても良いし、一貫して前オン期間を固定値とする或いは前オン期間と後オン期間とを均等する処理を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ミシンモータ制御装置としての制御回路を搭載したミシンの斜視図である。
【図２】制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】ミシンモータの整流された電源電圧波形であり、図３（Ａ）は制御演算部によるモータ操作量と閾値がほぼ等しいであって回転数150[rpm]の場合を示し、図３（Ｂ）は閾値を上回る場合であって図３（Ａ）より高速の場合を示し、図３（Ｃ）は閾値を下回る場合を示す。
【図４】ミシンモータ制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】オン期間を二分しないでオン期間とオフ期間とを繰り返す従来のオンオフ制御の電圧波形図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１ ミシンモータ
１２ エンコーダ（速度検出手段）
１４ 主軸
１６ 半針スイッチ（速度設定手段）
１８ コントローラ（速度設定手段）
１９ ゼロクロス検出回路（ゼロクロス検出手段）
３０ モータ通電回路（半導体駆動手段）
４０ 処理部（モータ出力制御手段）
４３ 位相角変換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縫い針を上下動させる主軸の回転駆動を行うミシンモータのモータ制御装置であって、
交流電源から前記ミシンモータへ供給される電力をオン−オフの切り替えにより制御する半導体スイッチング手段と、
前記交流電源の電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、
前記ミシンモータの速度を設定する速度設定手段と、
前記ミシンモータの現在速度を検出する速度検出手段と、
前記速度設定手段の設定速度と前記速度検出手段の現在速度との速度偏差に基づいて電源電圧正弦波形に対する前記電力供給のオン期間を定めるモータ出力制御手段と、
前記モータ出力制御手段の定めるオン期間に基づいて前記半導体スイッチング手段のオン−オフ動作させる半導体駆動手段とを備えるミシンのモータ制御装置において、
前記モータ出力制御手段は、ゼロクロスの検出間隔を一周期とした場合に、当該一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定めることを特徴とするミシンのモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ出力制御手段は、前記一周期の前端側と後端側とに均等に二分して前記オン期間を定め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。
【請求項３】
前記モータ出力制御手段は、少なくとも、前記ミシンモータの駆動条件が所定の条件を満たす場合に前記一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定め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。
【請求項１】
縫い針を上下動させる主軸の回転駆動を行うミシンモータのモータ制御装置であって、
交流電源から前記ミシンモータへ供給される電力をオン−オフの切り替えにより制御する半導体スイッチング手段と、
前記交流電源の電源電圧のゼロクロスを検出するゼロクロス検出手段と、
前記ミシンモータの速度を設定する速度設定手段と、
前記ミシンモータの現在速度を検出する速度検出手段と、
前記速度設定手段の設定速度と前記速度検出手段の現在速度との速度偏差に基づいて電源電圧正弦波形に対する前記電力供給のオン期間を定めるモータ出力制御手段と、
前記モータ出力制御手段の定めるオン期間に基づいて前記半導体スイッチング手段のオン−オフ動作させる半導体駆動手段とを備えるミシンのモータ制御装置において、
前記モータ出力制御手段は、ゼロクロスの検出間隔を一周期とした場合に、当該一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定めることを特徴とするミシンのモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ出力制御手段は、前記一周期の前端側と後端側とに均等に二分して前記オン期間を定め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。
【請求項３】
前記モータ出力制御手段は、少なくとも、前記ミシンモータの駆動条件が所定の条件を満たす場合に前記一周期の前端側と後端側とに二分して前記オン期間を定め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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２４０３８３（Ｐ２００９−２４０３８３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８７７５６（Ｐ２００８−８７７５６）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００３３９９）ＪＵＫＩ株式会社 (1,557)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]