-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regelungsvorrichtung und insbesondere auf eine Regelungsvorrichtung mit Spannungs- und Stromerkennungsmodulen, die zwischen einem Gleichstrom(DC)-Motor und einem Prozessor angeordnet sind und die die Betriebsspannung des DC-Motors als Rückmeldung zum Prozessor empfangen, damit der Prozessor die Betriebsspannung des DC-Motors über den Regelkreis regeln kann und auf ein Verfahren zum Regeln der Regelungsvorrichtung.
-
2. Beschreibung des Standes der Technik
-
Nähmaschinen auf dem herkömmlichen Markt beinhalten computergesteuerte Nähmaschinen und mechanische Nähmaschinen. Computergesteuerte Nähmaschinen verwenden Softwareprogramme um einen Rotationscodierer für den Nähvorgang zu regeln. Trotz der Verfügbarkeit einer Stickereifunktion sind computergesteuerte Nähmaschinen gewöhnlich teurer. Da es bei mechanischen Nähmaschinen keine Stickereifunktion gibt, sind diese bezüglich computergesteuerten Nähmaschinen billiger. Im Allgemeinen wird die Nähgeschwindigkeit von mechanischen Nähmaschinen durch den Benutzer eingestellt, um das Pedal der mechanischen Nähmaschine zur Anpassung eines Rotationswinkels oder Höhe des Pedals zu steuern. Daher kann die Rotationsgeschwindigkeit des DC (Gleichstrom) Motors einer mechanischen Nähmaschine oder die Nähgeschwindigkeit verändert werden. Da jedoch die Nähgeschwindigkeit von mechanischen Nähmaschinen abhängig von den Gewohnheiten des Benutzers oder den Nähanforderungen eingestellt wird, haben mechanische Nähmaschinen gewöhnlich keine präzise Kontrolle über die Nähgeschwindigkeit.
-
Mit Verweis auf 7 ist ein Ersatzschaltbild eines DC-Motors gezeigt, bei dem Vm eine Betriebsspannung abbildet, Ra einen Innenwiderstand abbildet, Ia einen Ankerstrom abbildet und E eine induzierte EMF (elektromotorische Kraft) abbildet, die durch einen Anker erzeugt wird, wenn ein Magnetfeld geschnitten wird und eine Gleichung kann verbunden mit den vorangehenden Parametern wie folg ausgedrückt werden: Vm = IaRa + E
-
Die induzierte EMF E kann ferner ausgedrückt werden als: E = KΦN worin K ein Windungsfaktor für den Anker ist, Φ der magnetische Fluss und N eine Rotationsgeschwindigkeit des DC-Motors ist.
-
Von den vorstehenden Gleichungen kann die Rotationsgeschwindigkeit des DC-Motors ausgedrückt werden, als:
-
Wie aus obiger Gleichung ersichtlich ist, kann die Rotationsgeschwindigkeit N des DC-Motors durch die Regelung der Betriebsspannung Vm eingestellt werden.
-
Die Rotationsgeschwindigkeit des DC-Motors kann in herkömmlichen Nähmaschinen durch Variieren des Rotationswinkels oder Höhe des Pedals eingestellt werden, um die Betriebsspannung Vm des DC-Motors zu verändern. Jedoch wird ein Gegen-EMK die Ankerwicklung vom Rotieren abhalten, wenn Benutzer beabsichtigen eine feste Betriebsspannung Vm für den DC-Motor zu verwenden, um sich bei einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit zu drehen. Damit die Ankerwicklung bei einer konstanten Geschwindigkeit am Laufen gehalten werden kann, muss zusätzliche Energie zur Verfügung gestellt werden, um es dem DC-Motor zu ermöglichen bei konstanter Geschwindigkeit zu laufen. Eine solche Notwendigkeit von zusätzlicher Energie verursacht, dass der Ankerstrom Ia steigt. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des DC-Motors konstant ist, bewirkt der steigende Ankerstrom Ia, dass Betriebsspannung Vm absinkt. Ein solcher Spannungsabfall der Betriebsspannung Vm führt ferner zu einer geringeren Rotationsgeschwindigkeit des DC-Motors. Um wiederum die kontante Rotationsgeschwindigkeit des DC-Motors zu erhalten, sollte die geringere Rotationsgeschwindigkeit des DC-Motors durch Kippen des Pedals ausgeglichen werden, um den Rotationswinkel des Pedals zu vergrößern und dann erneut die Betriebsspannung Vm zu erhöhen.
-
Daher benötigt der DC-Motor von herkömmlichen Nähmaschinen den Einsatz von einem Hochspannungs (HV) DC Motor (HV DC Motor) mit hoher Leistung für den Normalbetrieb. Deshalb sind ein hoher Ankerstrom Ia und einen hohe Betriebsspannung Vm des HV DC Motors bei herkömmlichen Nähmaschinen notwendig und das Ergebnis ist der Anstieg der Betriebstemperatur des HV DC Motors, was in den Problemen von kurzer Lebensdauer, hohem Energieverbrauch, hoher Betriebstemperatur und Bürstenfeuer des HV DC Motors resultiert, die einer schlechten Betriebssicherheit zurechenbar sind.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Regelungsvorrichtung einer mechanischen Nähmaschine und ein Verfahren zum Regeln der Regelungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Prozessor verwendet, um eine Einschaltzeit eines elektrischen Schalters zu variieren, um eine Betriebsspannung des DC-Motors einzustellen und ferner um die Betriebsspannung zu erhöhen, indem der Arbeitszyklus der Betriebsspannung gemäß einem Ankerstrom und einer Betriebsspannung des DC-Motors eingestellt wird, so dass keine Veränderung am Rotationswinkel des Fußpedals der Nähmaschine vorgenommen werden muss, um die Rotationsgeschwindigkeit des DC Motors aufrechtzuerhalten.
-
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, beinhaltet eine Regelungsvorrichtung einer mechanischen Nähmaschine ein isoliertes Schaltnetzteilmodul, einen DC (Direktstrom) Motor, ein Geschwindigkeitsreglermodul, einen Prozessor, einen elektrischen Schalter, ein Stromerkennungsmodul und ein Spannungserkennungsmodul.
-
Das isolierte Schaltnetzteilmodul hat eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme.
-
Die Eingangsklemme ist geeignet, um mit einer AC (Wechselstrom) Stromquelle verbunden zu werden.
-
Die Ausgangsklemme gibt eine Ausgangsspannung aus.
-
Der DC Motor ist mit der Ausgangsklemme des isolierten Schaltnetzteilmoduls verbunden, um die Betriebsspannung zu empfangen.
-
Das Geschwindigkeitsreglermodul gibt ein Geschwindigkeitssignal aus.
-
Der Prozessor ist an das Geschwindigkeitsreglermodul angeschlossen und gibt ein Reglersignal entsprechend dem Geschwindigkeitssignal aus.
-
Der elektronische Schalter ist zwischen dem DC Motor und dem Prozessor angeschlossen, regelt eine Einschaltzeit des elektrischen Schalters entsprechend dem Reglersignal und passt eine durchschnittliche Betriebsspannung an.
-
Das Stromerkennungsmodul ist zwischen dem elektrischen Schalter und dem Prozessor angeschlossen, erkennt einen Betriebsstrom des DC Motors und erzeugt ein Betriebsstromsignal.
-
Das Spannungserkennungsmodul ist zwischen dem DC Motor und dem Prozessor angeschlossen, erkennt eine Betriebsspannung des DC Motors und erzeugt ein Betriebsspannungssignal.
-
Der Prozessor passt das Reglersignal ferner entsprechend dem Betriebsstromsignal und dem Betriebsspannungssignal an.
-
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, beinhaltet das Verfahren zum Regeln der vorstehenden Regelungsvorrichtung die Schritte:
Erfassen eines Rotationswinkels des Fußpedals;
Bereitstellen eines Stroms für den Betrieb des DC Motors entsprechend des Rotationswinkels des Fußpedals zum DC Motor;
Berechnen einer Betriebsleistung des DC Motors;
Bestimmen, ob dir Betriebsleistung zu einer Vorgabeleistung gleich ist; und
Falls die Betriebsleistung nicht gleich ist zu einer Vorgabeleistung, Anpassen der Betriebsleistung des DC Motors.
-
Gemäß der vorstehenden Beschreibung berichtigt das isolierte Schaltnetzteilmodul einen AC Strom zu einem DC Strom und stellt den DC Strom dem DC Motor zur Verfügung. Der Prozessor wendet Puls-Weiten-Modulationstechnik an, um eine Einschaltzeit des elektronischen Schalters einzustellen und ferner um die Betriebsspannung und den Betriebsstrom des DC Motors einzustellen. Indem der Betriebsstrom des DC Motors geregelt wird, kann die Rotationsgeschwindigkeit des DC Motors angepasst werden. Zuerst wird dem DC Motor ein Strom entsprechend dem Rotationswinkel des Fußpedals zur Verfügung gestellt. Das Stromerkennungsmodul und das Spannungserkennungsmodul erkennen das Betriebsstromsignal und das Betriebsspannungssignal des DC Motors und berechnen ferner den Betriebsstrom des DC Motors gemäß dem Betriebsstromsignal und dem Betriebsspannungssignal. Der berechnete Betriebsstrom wird mit dem vorgegebenen Strom verglichen. Falls diese ungleich sind, wird eine Regelungsannäherung angewendet, um den Betriebsstrom des DC Motors anzupassen bis der Betriebsstrom gleich dem vorgegebenen Strom ist. Daher kann der DC Motor relativ zu Hochspannungs (HV) DC Motoren in herkömmlichen Nähmaschinen stabil bei einer geringen Betriebsspannung betrieben werden. Die Probleme von übermäßig hohem Strom und Spannung, sprunghaft steigende Lastleistung, mehr Energieverschwendung und kürzere Lebensdauer des DC Motors können verhindert werden, welche aus höherer Betriebsspannung in HV DC Motoren in herkömmlichen mechanischen Nähmaschinen aufgrund eines Anstiegs des Rotationswinkels des Fußpedals zur Erhaltung oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des DC Motors, während die Betriebsspannung des DC Motors als ein Ergebnis des Anstiegs des Betriebsstroms des DC Motors abfällt, resultieren.
-
Andere Aufgaben, Vorteile und Neuheitsmerkmale der Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anhängigen Zeichnungen.
-
IN DEN ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Funktionsblockschaltbild einer Ausführungsform einer Regelungsvorrichtung einer mechanischen Nähmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
2A und 2B sind Schaltpläne der Regelungsvorrichtung in 1;
-
3 ist ein Funktionsblockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Regelungsvorrichtung einer mechanischen Nähmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
4 bis 6 sind Flussdiagramme eines Verfahrens zum Regeln der Regelungsvorrichtungen in 1 und 3; und
-
7 ist ein gleichwertiger Schaltplan eines herkömmlichen DC Motors.
-
Mit Verweis auf 1 beinhaltet eine Regelungsvorrichtung einer mechanischen Nähmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein isoliertes Schaltnetzteilmodul 10, einen DC (Gleichstrom) Motor 20, einen elektronischen Schalter 30, einen Prozessor 40, ein Geschwindigkeitsreglermodul 50, ein Stromerfassungsmodul 60 und ein Spannungserfassungsmodul 70.
-
Eine Eingangsklemme des isolierten Schaltnetzteilmoduls 10 ist an eine externe AC (Wechselstrom) Stromquelle angeschlossen.
-
Eine Ausgangsklemme des isolierten Schaltnetzteilmoduls 10 ist an einen DC Motor angeschlossen. Eine Ausgangsklemme und eine Eingangsklemme des elektronischen Schalters 30 sind jeweils an den DC Motor 20 und eine Ausgangsklemme des Prozessors 40 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme des Geschwindigkeitsreglermoduls 50 ist an eine erste Eingangsklemme des Prozessors 40 angeschlossen. Eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme des Stromserfassungsmoduls 60 sind jeweils an dem elektronischen Schalter 30 und einer zweiten Eingangsklemme des Prozessors 40 angeschlossen. Eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme des Spannungserfassungsmoduls 70 sind jeweils an den DC Motor 20 und eine dritte Eingangsklemme des Prozessors 40 angeschlossen.
-
Mit Verweis auf 2A und 2B ist die Eingangsklemme des isolierten Schalternetzteilmoduls 10 über einen Anschluss J1 für das isolierte Schalternetzteilmodul 10 an die externe AC Stromquelle angeschlossen, um den AC Strom der externen AC Stromquelle in eine Ausgangsspannung Vo zu wandeln, um diese dem DC Motor 20 bereitzustellen. Das isolierte Schalternetzteilmodul 10 beinhaltet eine Gleichrichtungseinheit 11, eine Spannungsregelungseinheit 12, einen Transformator 13, einen Gleichrichter und einen Filterkreis 14 und einen Spannungsrückführkreis 15.
-
Die Gleichrichtungseinheit 11 kann ein Vollweggleichrichter mit Eingangsklemmen (Klemme 1 und 3) sein, die an die externe AC Stromquelle angeschlossen ist, um AC Strom der externen AC Stromquelle an eine DC Spannung Vdc gleichzurichten und Ausgangsklemmen (Klemme 2 und 4), die die DC Spannung Vdc an die primäre Seite des Transformators 13 ausgeben.
-
Der Spannungsregelungskreis 12 hat einen PWM (Pulsweitenmodulation) IC (integrierter Schaltkreis) 121 und einen elektronischen Netzschalter Q1. Der PWM IC 121 hat einen Gate-Treiberanschluss 5, einen Energieeingangsanschluss 6 und einen Spannungsrückführanschluss 2. Der elektronische Netzschalter Q1 ist zwischen dem PWM IC 121 und der primären Seite des Transformators 13 angeschlossen und kann ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) sein, wobei der Abfluss an die primäre Seite des Transformators 13 angeschlossen ist, die Quelle an den Boden angeschlossen ist und das Gate an den Gate-Treiber Anschluss 5 des PWM IC 121 angeschlossen ist. Der PWM IC 121 regelt die Einschaltzeit des elektronischen Netzschalters Q1, um die Einschaltdauer der DC Spannung Vdc einzustellen und einen mittleren Stellwert der DC Spannung Vdc einzustellen.
-
Die Primärseite des Transformators 13 hat eine Eingangswicklung und eine Hilfswicklung. Die Sekundärseite des Transformators 13 hat eine Ausgangswicklung. Die Hilfswicklung gibt eine Hilfsspannung Vaux aus, die die Energie dem PWM IC 121 von Anschluss 6 bereitstellt.
-
Die Ausgangswicklung des Transformators 13 ist mit dem Gleichrichter und dem Filterkreis 14 verbunden. Der Transformator 13 regelt die DC Spannung Vdc. Nachdem die geregelte DC Spannung den Gleichrichter und den Filterkreis 14 zum Gleichrichten und Filtern durchläuft, wird die Ausgangsspannung Vo an einen Ausgangsanschluss J2 ausgegeben. Eine Abzweigung der Ausgangswicklung des Transformators 13 ist mit einer LED (Lichtemittierende Diode) D2 verbunden, um eine LED Spannung Vs auszugeben. Die LED Spannung Vs durchläuft einen Spannungsstabilisierungsschaltkreis 16 und wird in eine Prozessorspannung Vcc gewandelt, die dem Prozessor 40 zur Verfügung gestellt wird.
-
Der Spannungsrückführkreis 15 ist zwischen dem Gleichrichter und dem Filterkreis 14 und dem PWM IC 121 angeschlossen und am Spannungsrückführanschluss 2 des PWM IC 121 angeschlossen, um die Ausgangsspannung Vo zurückzuführen, die vom Gleichrichter und Filterkreis 14 an den PWM IC 121 ausgegeben wurde, so dass der PWM IC 121 die Einschaltzeit des elektronischen Netzschalters Q1 gemäß der Ausgangsspannung Vo regelt, um die Einschaltdauer der DC Spannung Vdc und den pulsierenden Wert der DC Spannung Vdc, der in die Eingangswicklung des Transformators 13 eingebracht wird, einzustellen, damit es dem Gleichrichter und dem Filterkreis 14 ermöglicht wird, die Ausgangsspannung Vo stabil auszugeben. Der Spannungsrückführkreis 15 hat einen Spannungskomparator Q2 und einen Optokoppler U. Nachdem die Ausgangsspannung Vo durch einen Spannungsteiler mit den Widerständen R17, R18 geteilt wurde, gibt der Spannungskomparator Q2 eine Rückführspannung Vz an die Eingangsklemmen des Optokopplers U (optischer Transmitter, Anschlüsse 1, 2 des Optokopplers) aus. Der Optokoppler U übermittelt ein optisches Signal an die Ausgangsklemmen des Optokopplers U (optischer Empfänger, Anschlüsse 3, 4 des Optokopplers), um ein Rückführspannungssignal an den Spannungsrückführungsanschluss 2 des PWM IC 121 auszugeben. Aufgrund optischer Transmission, die zwischen Eingangsklemmen und Ausgangsklemmen des Optokopplers U verwendet wird, gibt es zwischen den Eingangsklemmen und den Ausgangsklemmen des Optokopplers U keine physische Verbindung, wobei der Optokoppler U mit guter Isolationswirkung der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators 13 ausgeführt wird. Das isolierte Schaltnetzteilmodul 10 ist auf den Spannungsrückführungskreis 15 angewiesen, um die Ausgangsspannung Vo einer Ausgangsklemme des Gleichrichters und Filterkreises 14 zu messen und um die Ausgangsspannung Vo zum PWM IC 121 zur Einstellung der Ausgangsspannung Vo auszugeben, damit eine Regelungswirkung erreicht wird und Fehler bei der Ausgabe der Rotationsgeschwindigkeit des DC Motors 20 abgeschwächt werden.
-
Der elektronische Schalter 30 ist zwischen dem DC Motor 20 und dem Prozessor 40 angeschlossen und kann ein N-Kanal FET (Feldeffekttransistor) sein, wobei sein Gate, Drain und Source jeweils mit einer zweiten Ausgangsklemme des Prozessors 40, des DC Motors 20 und dem Stromerfassungsmodul 60 verbunden ist.
-
Der Prozessor 40 ist mit dem elektronischen Schalter 30, dem Geschwindigkeitsreglermodul 50, dem Stromerfassungsmodul 60 und dem Spannungserfassungsmodul 70 verbunden. Der Prozessor 40 hat zwei Energieanschlüsse 1, 8, einen Spannungssignalanschluss 7, einen Geschwindigkeitssignalanschluss 6, einen Stromsignalanschluss 5, einen Eingangsanschluss 4, einen Hilfsanschluss 3 und einen Ausgangsanschluss 6. Einer der Energieanschlüsse 1 ist mit der Prozessorspannung Vcc verbunden und der andere Energieanschluss 8 ist geerdet. Der Ausgangsanschluss 2 ist mit dem Gate des elektronischen Schalters 30 verbunden, um dem elektronischen Schalter 30 ein Reglersignal auszugeben, um eine Einschaltzeit des elektronischen Schalters 30, eine durchschnittliche Betriebsspannung Vm in den DC Motor 20 und die Einschaltdauer eines Betriebsstroms in den DC Motor 20 zu regeln und um die durchschnittliche Betriebsleistung des DC Motors 20 zur Kontrolle über die Rotationsgeschwindigkeit des DC Motors 20 einzustellen. Der Eingangsanschluss 4, der Spannungssignalanschluss 7 und der Geschwindigkeitssignalanschluss 6 sind mit einem externen Regler über einen Anschluss J3 verbunden, der Befehle beim Prozessor 40 eingibt, um den Prozessor 40 anzuweisen gemäß den eingegebenen Befehlen zu agieren.
-
Eine Eingangsklemme des Geschwindigkeitsreglermoduls 50 ist mit einem Fußpedal 51 der mechanischen Nähmaschine verbunden, welches mit einer Energiequelle verbunden ist. Sobald ein Benutzer auf das Fußpedal 51 tritt, um das Fußpedal 51 über einen Rotationswinkel zu drehen, gibt eine Ausgangsklemme des Geschwindigkeitsreglermoduls 50 ein Geschwindigkeitssignal entsprechend dem Rotationswinkel aus. Das Geschwindigkeitssignal wird zum Geschwindigkeitssignalanschluss 6 des Prozessors 40 ausgegeben und kann ein Spannungssignal mit einem Spannungswert sein, der mit Rotationswinkel des Fußpedals 51 variiert. Der Prozessor 40 stellt das Regelungssignal beim elektronischen Schalter 30 gemäß dem empfangenen Geschwindigkeitssignal ein, um die durchschnittliche Betriebsspannung Vm zu variieren. Die Energiequelle kann in Verbindung mit dem Fußpedal 51 die Prozessorspannung Vcc von der Ausgangswicklung des Transformators 13 sein.
-
Eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme des Stromerfassungsmodul 60 sind jeweils mit der Source des elektronischen Schalters 30 und dem Stromsignalanschluss 5 des Prozessors 40 verbunden, so dass der über den DC Motor 20 fließende Betriebsstrom ferner das Stromerfassungsmodul 60 durchläuft und ein Betriebsstromsignal erzeugt, das in den Prozessor 40 eingegeben wird.
-
Die Eingangsklemme und die Ausgangsklemme des Spannungserfassungsmoduls 70 sind jeweils mit dem DC Motor 20 und dem Spannungssignalanschluss 7 des Prozessors 40 verbunden, so dass das Spannungserfassungsmodul 70 ein Betriebsspannungssignal gemäß der durch das Spannungserfassungsmodul 70 laufenden durchschnittlichen Betriebsspannung Vm des DC Motors 20 erzeugt und das Betriebsspannungssignal beim Prozessor 40 eingibt.
-
Das Stromerfassungsmodul 60 und das Spannungserfassungsmodul 70 führen das Betriebsspannungssignal und das Betriebsstromsignal zum Prozessor 40 zurück, damit der Prozessor 40 das Regelungssignal gemäß dem Betriebsspannungssignal und dem Betriebsstromsignal einstellen kann, wodurch die Ausgabe des Betriebsspannungsabfalls im DC Motor 20 festgelegt und der Regelungseffekt erzielt wird.
-
Mit Verweis auf 3 unterscheidet sich eine andere Ausführungsform einer Regelungsvorrichtung einer mechanischen Nähmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung von der vorangehenden Ausführungsform darin, dass sie eine zusätzliche Lampe 80 hat, die mit einer anderen Ausgangsklemme des isolierten Schaltnetzteilmoduls 10 verbunden ist. Die Lampe 80 kann eine LED sein. Die LED Spannung Vs der Ausgangswicklung des Transformators 13 stellt der Lampe 80 Energie bereit.
-
Mit Verweis auf 4 wird ein Verfahren zum Regeln der vorangehenden Regelungsvorrichtung mittels einer mechanischen Nähmaschine beinhaltend die Regelungsvorrichtung dargeboten und beinhaltet folgende Schritte.
-
Schritt S101: Erfassen eines Rotationswinkels des Fußpedals 51.
-
Schritt S102: Bereitstellung eines Stroms entsprechend dem Rotationswinkel des Fußpedals 51 für den DC Motor 20, damit der DC Motor betrieben werden kann.
-
Schritt S103: Berechnen einer Betriebsleistung Pr des DC Motors 20.
-
Schritt S104: Bestimmen, ob die Betriebsleistung Pr mit einer vorgegebenen Energie Pc gleich ist. Falls die Betriebsleistung Pr mit der vorgegebenen Leistung Pc gleich ist, Schritt S101 wieder aufnehmen. Ansonsten Ausführen von Schritt S105.
-
Schritt S105: Einstellen der Betriebsleistung Pr des DC Motors 20. Nachdem der Rotationswinkel des Fußpedals 51 in Schritt S101 erfasst wurde, gibt das Fußpedal 51 ein Geschwindigkeitssignal entsprechend einer Betriebsspannung aus, die mit dem Rotationswinkel zum Prozessor 40 variiert.
-
Der Prozessor 40 erzeugt ein Reglersignal entsprechend dem Geschwindigkeitssignal und übermittelt das Reglersignal zum Gate des elektronischen Schalters 30, um eine Einschaltzeit des elektronischen Schalters 30 für die Einstellung der Einschaltdauer eines Betriebsstroms und einer Betriebsspannung des DC Motors 20 zu steuern, um den DC Motor 20 gemäß dem Rotationswinkel anzutreiben, wie in Schritt S102 ausgeführt. Das Stromerfassungsmodul 60 und das Spannungserfassungsmodul 70 führen ferner ein Betriebsstromsignal und ein Betriebsspannungssignal des DC Motors 20 zum Prozessor 40 zurück, damit der Prozessor 40 die Betriebsleistung Pr berechnen kann, die tatsächlich durch den DC Motor 20 ausgegeben wird, wie in Schritt S103 ausgeführt. Falls die Betriebsleistung Pr identisch ist mit der vorgegebenen Leistung Pc, wird Schritt S101 fortgesetzt, um den Rotationswinkel des Fußpedals 51 erneut zu erfassen. Falls die Betriebsleistung Pr nicht identisch mit der vorgegebenen Leistung Pc ist, wird die Betriebsleistung über die Regelung, wie in Schritt S105 ausgeführt, eingestellt.
-
Mit Verweis auf 5, beinhaltet Schritt S105 ferner die folgenden Schritte.
-
Schritt S106: Bestimmen, ob die vorgegebene Leistung Pc größer ist als die Betriebsleistung Pr. Falls die vorgegebene Leistung Pc größer ist als die Betriebsleistung Pr, Ausführen von Schritt S107.
-
Schritt S107: Erhöhen der Betriebsleistung Pr, Bereitstellen der erhöhten Betriebsleistung am DC Motor 20 und Zurückkehren zu Schritt S103.
-
Schritt S108: Bestimmen, ob die Betriebsleistung Pr größer ist als eine hohe Nutzleistung. Falls die Betriebsleistung Pr größer ist als eine hohe Nutzleistung, Ausführen von Schritt S110. Ansonsten, Ausführen von Schritt S109.
-
Schritt S109: Absenken der Betriebsleistung Pr, Bereitstellen der abgesenkten Betriebsleistung am DC Motor 20 und Zurückkehren zu Schritt S103.
-
Schritt S110: Eingabe eines Regelungsmodus für hohe Lasten.
-
Vor der Einstellung der Betriebsleistung Pr, sollte, falls die vorgegebene Leistung Pc größer ist als die Betriebsleistung Pr, zuerst bestimmt werden wie in Schritt S106 ausgeführt.
-
Falls die vorgegebene Leistung Pc größer als die Betriebsleistung Pr ist, indiziert dies, dass die Betriebsleistung Pr verglichen mit der vorgegebenen Leistung Pc unzureichend ist. Die Regelung wird angewendet, indem der Prozessor 40 verwendet wird, um die Einschaltdauer des Betriebsstroms und der Betriebsspannung des DC Motors 20 zu erhöhen und ferner die Betriebsleistung Pr des DC Motors 20 zu erhöhen, wie in Schritt S107 ausgeführt. Nachdem die Betriebsleistung Pr erhöht wurde, wird Schritt S103 wieder aufgenommen, um die Betriebsleistung Pr des DC Motors 20 zu berechnen. Andererseits, falls die vorgegebene Leistung Pc geringer ist als die Betriebsleistung Pr, wird die Betriebsspannung Pr ferner bestimmt, ob sie größer ist als die hohe Nutzleistung, wie ausgeführt in Schritt S108, um zu ermitteln, ob die mechanische Nähmaschine im Nähzustand durch mehrere Textilschichten ist. Falls die Betriebsleistung Pr geringer ist als die hohe Nutzleistung, wird festgelegt, dass die mechanische Nähmaschine im Nähzustand durch mehrere Textilschichten ist und der Prozessor 40 reduziert daher die Einschaltdauer der Betriebsspannung und des Betriebsstroms des DC Motors 20, um die Betriebsleistung Pr des DC Motors 20 zu verringern, wie in Schritt S109 ausgeführt. Nachdem die Betriebsleistung Pr reduziert wurde, wird Schritt S103 wieder aufgenommen, um die Betriebsleistung Pr des DC Motors 20 zu berechnen.
-
Wie aus der vorangehenden Beschreibung gesehen werden kann, regelt die Regelung gemäß der vorliegenden Erfindung die Betriebsleistung Pr, die dem DC Motor 20 bereitgestellt wurde, um die vorgegebene Leistung Pc zu erreichen, angehend das Problem von herkömmlichen DC Motoren, dass, wenn die Betriebsleistung des DC Motors geringer ist als eine vorgegebene Spannung, der Rotationswinkel des Fußpedals kontinuierlich vergrößert werden muss, um eine konstante Rotationsgeschwindigkeit des DC Motors aufrechtzuhalten und somit zusätzlichen Leistungsverlust und Last beim DC Motor 20 kostet, was mehr Energie verbraucht und in einer kürzeren Lebensdauer des DC Motors 20 resultiert.
-
Alternativ, falls die Betriebsleistung Pr größer ist als die hohe Nutzleistung, wird festgelegt, dass die mechanische Nähmaschine im Nähzustand durch mehrere Textilschichten betrieben wird und der Regelungsmodus für hohe Lasten sollte entsprechend aufgenommen werden.
-
Mit Verweis auf 6 beinhaltet der Regelungsmodus für hohe Lasten die folgenden Schritte.
-
Schritt S111: Bereitstellen einer Nennleistung Pm für den DC Motor 20.
-
Schritt S112: Berechnen der Betriebsleistung Pr des DC Motors 20.
-
Schritt S113: Bestimmen, ob die Betriebsleistung Pr größer ist als die Nennleistung Pm.
-
Die Falls Betriebsleistung Pr größer ist als die Nennleistung Pm, Ausführen von Schritt S114 und Wiederaufnehmen von Schritt S101. Andererseits, Ausführen von Schritt S115 und Wiederaufnehmen von Schritt S112.
-
Schritt S114: Anhalten der Eingabe der Betriebsspannung und des Betriebsstroms an den DC Motor bis eine vorgegebene Zeitdauer abläuft.
-
Schritt S115: Erhöhen der Betriebsleistung Pr, Bereitstellen der erhöhten Betriebsleistung am DC Motor 20 und Zurückkehren zu Schritt S112.
-
Sobald der Regelungsmodus für hohe Lasten des Regelungsverfahrens ausgeführt wird, stellt der Prozessor die Einschaltdauer der Betriebsspannung und des Betriebsstroms des DC Motors 20 ein, um die Betriebsleistung des DC Motors 20 bis zu einer Nennleistung Pm zu erhöhen, wie in Schritt S111 ausgeführt. Das Stromerfassungsmodul 60 und das Spannungserfassungsmodul 70 führen jeweils das mit dem DC Motor 20 verbundene Betriebsspannungssignal und das Betriebsstromsignal zurück zum Prozessor 40, damit der Prozessor 40 die tatsächlich vom DC Motor 20 ausgegebene Betriebsleistung Pr berechnen kann, wie in Schritt S112 ausgeführt. Ob die Betriebsleistung Pr größer ist als die Nennleistung Pm in Schritt S113 ist festzustellen, falls die mechanische Nähmaschine immer noch im Nähzustand durch mehrere Textilschichten betrieben wird. Falls die Betriebsleistung Pr nicht größer ist als die Nennleistung Pm, indiziert dies, dass der Nähzustand durch mehrere Textilschichten oder der starke Laststeuerungsmodus noch nicht beendet ist, so dass die Regelung angewendet wird, indem der Prozessor 40 verwendet wird, um die Einschaltdauer des Betriebsstroms und der Betriebsspannung am DC Motor 20 zu erhöhen und ferner, wie in Schritt S115 ausgeführt, um die Betriebsleistung Pr des DC Motors 20 zu erhöhen, und, nachdem Schritt S115 abgeschlossen ist, wird Schritt S112 wieder aufgenommen, um die tatsächliche vom DC Motor 20 ausgegebene Betriebsleistung Pr zu berechnen. Andererseits, falls die Betriebsleistung Pr größer ist als die Nennleistung Pm, indiziert dies, dass der Nähzustand durch mehrere Textilschichten oder der starke Laststeuerungsmodus beendet ist und der Eingang der Betriebsspannung und des Betriebsstroms am DC Motor 20 wird beendet bis eine spezifische Zeitspanne abgelaufen ist, wie in Schritt S114 ausgeführt und dann wird Schritt S101 wieder aufgenommen, um den Rotationswinkel des Fußpedals 51 zu erfassen.
-
Schritte S111 bis S113 und S115 sind der Aufgabe Nähen durch mehrere Textilschichten fest zugeordnet und während des Regelungsmodus für hohe Lasten wird die Regelung angewendet, um den DC Motor 20 anzutreiben, um wiederholt die dem DC Motor 20 bereitgestellte Leistung bis zu einer Nennleistung Pm zu erhöhen, beabsichtigend, dass beibehalten wird, dass der DC Motor 20 während der Nähaufgabe durch mehrere Textilschichten bei einer Betriebsleistung Pm stets betrieben wird. Solch eine Regelung stellt eine Anwendbarkeit des DC Motors 20 mit relativ geringer Leistung für die Nähaufgabe durch mehrere Textilschichten bereit, was von herkömmlichen mechanischen Nähmaschinen gewöhnlich mittels Hochleistungs HV DC Motor erledigt wird und eine solche Anwendbarkeit bringt den Betrieb des DC Motors bei geringer Leistung und mit weniger Stromverbrauch hervor. In einigen maßgeblichen Tests benötigen herkömmliche mechanische Nähmaschinen 80 Watt um durch zwölf Schichten TC (Fadenzahl) Gewebe zu nähen, dessen Zusammensetzung 65% Polyester und 35% Baumwolle beträgt und die mechanische Nähmaschine, die die Regelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, benötigt 30 bis 40 Watt, um durch das selbe TC Gewebe zu nähen und reduziert daher den Stromverbrauch und verringert die Last und die Betriebstemperatur des DC Motors, um die Lebensdauer des DC Motors zu verlängern. Wenn eine herkömmliche Nähmaschine mit der Regelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet wird, kann die herkömmliche Nähmaschine stattdessen mit einem Niederspannungs (LV) DC Motor betrieben werden und verlängert dadurch die Lebensdauer von 500 Stunden auf wenigstens 2000 Stunden ohne dem Problem des häufigen DC Motoraustauschs, welches die Folge der Notwendigkeit eines HV DC Motors ist.
-
Da HV DC Motoren gewöhnlich teurer als LV DC Motoren sind, sind mechanische Nähmaschinen, die den LV DC Motor mit geringerer Spannung verwenden, billiger und stromsparender und haben eine höhere Sicherheit bei der Problembewältigung von Bürstenfeuer und Temperaturanstieg bei der Arbeit, verglichen mit herkömmlichen mechanischen Nähmaschinen, die HV DC Motoren verwenden. Zusätzlich, soweit geringere Ausstattungskosten aus dem mangelnden Bedarf von Winkelcodierer entstehen und weniger komplizierte Regelkreise betroffen sind, haben die mechanischen Nähmaschinen mit der Regelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Markt eine höhere Akzeptanz als solche ohne.
-
Aufgrund der Beschreibung der vorstehenden Regelungsvorrichtung und dem Verfahren zum Regeln der Regelungsvorrichtung, gibt es zwei Steuerungsmodi, nämlich einen regelmäßigen Leistungsregelmodus und einen Regelungsmodus für hohe Lasten.
-
Der regelmäßige Leistungsregelungsmodus, der beabsichtigt, dass der DC Motor bei der stabilen vorgegebenen Leistung betrieben werden kann, wird hier zuerst erörtert. Der Rotationswinkel des Fußpedals wird mit dem Geschwindigkeitssignal mit entsprechend am Prozessor eingegebener Leistung geregelt. Der Prozessor stellt das Regelungssignal entsprechend dem Geschwindigkeitssignal ein und sendet das Regelungssignal, um die Einschaltzeit des elektronischen Schalters zu regeln, um die Betriebsleistung und die Rotationsgeschwindigkeit des DC Motors durch Variieren der Einschaltzeiten von Spannung und Strom am DC Motor einzustellen. Das Spannungserfassungsmodul und das Stromerfassungsmodul erfassen ein Betriebsspannungssignal und ein Betriebsstromsignal, das mit der Betriebsspannung und dem Betriebsstrom des DC Motors verbunden ist. Der Prozessor berechnet dann die Betriebsleistung entsprechend dem Betriebsspannungssignal und dem Betriebsstromsignal und stellt die Betriebsspannung und den Betriebsstrom des DC Motors mit der Regelung ein. Wenn die Betriebsleistung nicht gleich der vorgegebenen Leistung ist, kann die Betriebsleistung geringer oder größer als die vorgegebene Leistung sein. Im ersteren Fall muss die Betriebsleistung erhöht werden, indem die Betriebsleistung erhöht wird und die erhöhte Betriebsleistung dem DC Motor zur Verfügung gestellt wird, bis die erneut berechnete Betriebsleistung gleich der vorgegebene Leistung ist. Im letzteren Fall, sollte die Möglichkeit, dass der DC Motor unter dem Regelungsmodus bei hohen Lasten betrieben wird hier nicht in Betracht kommen und wir beschäftigen uns mit dem Fall, wenn die Betriebsleistung nicht größer ist als die hohe Nutzleistung. Unter dem betroffenen Fall muss die Betriebsleistung verringert werden, indem die Betriebsleistung reduziert wird und die verringerte Betriebsleistung dem DC Motor bereitgestellt wird bis die erneut berechnete Betriebsleistung gleich der vorgegebenen Leistung ist. Der Regelungsansatz beim Einstellen der Betriebsleistung des DC Motors wird während der festen Zielvorgaben beim Einstellen der Betriebsleistung verwendet, um identisch mit der vorgegebene Leistung zu sein, um das Problem von übermäßig hohem Strom und Spannung, sprunghaft steigende Lastleistung, mehr Energieverbrauch und kürzere Lebenszeit des HV DC Motors zu verhindern, was sich aus einer höheren Betriebsspannung aufgrund der Zunahme des Rotationswinkels des Fußpedals ergibt, damit die Rotationsgeschwindigkeit des HV DC Motors beibehalten oder erhöht werden kann während die Betriebsspannung des DC Motors abnimmt weil der Betriebsstrom des DC Motors ansteigt.
-
Ferner muss die Betriebsleistung des DC Motors mit der vorgegebenen Leistung während des Regelungsmodus für hohe Lasten beim Nähen durch mehrere Textilschichten oder wenn die Betriebslast größer ist als die hohe Lastleistung verglichen werden und die Betriebsleistung kann entweder größer als die Nennleistung sein oder nicht. In ersterem Fall, weil die Nähnadel alle Textilschichten durchdrungen hat, um genäht zu werden, besagt dies, dass der Regelungsmodus für hohe Lasten ausgeführt wurde und ein Rotationswinkel des Fußpedals sollte für andere Näharbeiten wieder erfasst werden. In letzterem Fall wird der Regelungsansatz des Einstellens der Betriebsleistung des DC Motors, während sich die Betriebsspannung annähert, aber die Nennleistung nicht übersteigt, verwendet, so dass der DC Motor mit einer Betriebsleistung betrieben werden kann, die während des Nähens durch mehrere Textilschichten an die Nennleistung angenähert wird, aber niedriger als diese ist. Ein solcher Regelungsansatz stellt ebenso einen Betrieb bei einer geringen Leistung und bei weniger Stromverbrauch und Gerätekosten für den Regelungsmodus bei hoher Last sicher.
-
In Bezug auf andere Vorteile, können Anwender von der Energiequelle aufgrund der Verwendung des isolierten Schaltnetzteilmoduls getrennt werden, um die Betriebssicherheit zu erhöhen. Zusätzlich stellt der Prozessor die Betriebsspannung, entsprechend dem durch das Geschwindigkeitsreglermodul zur Verfügung gestellte Geschwindigkeitssignal ein, um die Genauigkeit in Bezug auf die Einstellung der Betriebsspannung sicherzustellen.
-
Obwohl zahlreiche Eigenschaften und Vorteile der Erfindung in der voranstehenden Beschreibung dargelegt wurden, ist die Offenlegung zusammen mit den Einzelheiten der Struktur und der Funktion der Erfindung nur veranschaulichend. Veränderungen können im Einzelnen, insbesondere bei Form, Größe und Anordnung der Bauteile innerhalb der Grundsätze der Erfindung in vollem Umfang gemacht werden, die durch die breite allgemein Bedeutung der Begriffe gekennzeichnet sind, in der die beigefügten Ansprüche ausgedrückt sind.
