DE3713303A1 - Motorsteuervorrichtung fuer einen elektrischen naehmaschinenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen elektrischen Nähmaschinenmotor, insbesondere eine Steuereinrichtung, bei der die Nadel der Nähmaschine bei dem Stoppen in einer vorgegebenen Stellung stoppt.

Vorbekannte Nähmaschinen weisen, wie in Fig. 9 gezeigt ist, einen Nähkopf 1, eine Detektoreinheit 2 zum Erfas­ sen der Drehgeschwindigkeit der Nähmaschine und die Position der Nähnadel, einen Antriebsmotor 3, eine Steuereinheit 4 und ein Steuerpedal 5 auf. Das in Fig. 10 erkennbare Schwungrad 3 A des Motors 3 wird mit einer konstanten Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben. Wenn die Spule der elektromagnetischen Kupplung 3 B mit einem Erregerstrom unterschiedlicher Stärke versorgt wird, wird der Drehmoment des Schwungrads 3 A durch eine Reib­ kupplung oder eine Wirbelstromkupplungseinrichtung pro­ portional auf die Antriebswelle 3 C übertragen. Das Stoppen der Nähmaschine erfolgt über die Reibbremse 3 D. Wenn die Nähmaschine gestoppt wird, bleibt die Drehung des Elektromotors aufrechterhalten. Infolgedessen wird viel elektrische Energie verschwendet. Andererseits ist die Induktance der Spule der Kupplung 3 B groß, es tritt daher eine Zeitverzögerung bei dem Ein- und Ausschalten des Spulenstroms auf. Aufgrund der mechanischen Hin- und Herbewegung der Kupplung wird die Ansprechzeit des gesamten Systems weiter erhöht. Dies führt zu einer instabilen Geschwindigkeitssteuerung, einem schlechten Ansprechverhalten und einer ungenauen Ruhestellung der Nadel.

Die Dauerhaftigkeit der Reibkupplung 3 B und der Reib­ bremse 3 D wird weiter durch die Verwendung von Reib­ scheiben erhöht, die aus einem weichen, mit einem wi­ derstandsfähigen Material beschichteten Holz bestehen. Nähmaschinene werden üblicherweise jedoch mit einer relativ geringen Geschwindigkeit betrieben. Es besteht daher eine Differenz der Drehgeschwindigkeit zwischen dem Schwungrad 3 A und der Kupplung 3 B. Die Abnutzung des weichen Holzes erhöht den Abstand zwischen der Kontaktfläche und dem weichen Holz (dieser Abstand sollte zwischen 0,3 und 0,5 mm liegen). Dies führt zu einer Erhöhung der Ansprechzeit, das Steuersystem wird noch instabiler. Insbesondere im Fall einer Reibbremse verzögert sowohl die Verzögerungszeit des Erregerstroms und die Erhöhung des Abstandes den Bremsvorgang. Dies erhöht und ändert den Bremsabstand der Nadel. Diese Effekte mindern die Genauigkeit der Ruhestellung der Nadel.

Wenn eine Wirbelstrombremse verwendet wird, kann ein Kontakt zwischen den Übertragungswellen vermieden wer­ den. Die Dauerhaftigkeit wird so erhöht. Aufgrund des geringen Wirkungsgrades muß der Erregerstrom jedoch erhöht werden, was zu einer Überhitzung oder einer erheblichen Deformation einiger Teile der Kupplung führen kann. Der Antriebsmotor weist nicht nur einen Hauptkörper, sondern auch ein Schwungrad, eine Reib- oder Wirbelstromkupplung, eine Reibbremse auf. Die Maschinen ist daher relativ massiv. Aufgrund der koaxia­ len Drehung ist es erforderlich, daß jeder Spalt genau justiert ist. Dadurch werden die Kosten und die Quali­ tät des Produkts getroffen.

Um die vorgenannten Probleme zu überwinden, wird vorge­ schlagen, daß ein üblicher Gleichspannungsmotor mit einem Permanentmagneten oder ein bürstenloser Motor verwendet wird. Das häufige Ein- und Ausschalten der Nähmaschine wird die Bürste eines Gleichspannungsmotors mit einem Permanentmagneten zerstören, was die Be­ triebskosten erhöht. Wenn ein bürstenloser Motor bei einer Nähmaschine verwendet wird, muß eine elektroni­ sche Motorsteuerung verwendet werden, um eine stabile Geschwindigkeitskontrolle zu schaffen und eine gleich­ bleibende Ruhestellung der Nadel zu erreichen.

Die Geschwindigkeitssteuerung eines Gleichspannungsmo­ tors wird durch Steuern des durch die Statorwindung des Motors fließenden mittleren Stromes erreicht. Die Ge­ schwindigkeit ist um so größer, um so größer der mitt­ lere Strom ist. Wenn die Geschwindigkeit reduziert werden soll, wird ein Strom in eine Gegenrichtung auf­ gegeben, um so größer der Umkehrstrom ist, um so größer ist das Verzögerungsmoment.

Um eine bestimmte Ruhestellung der Nadel zu erreichen, wird die Steuervorrichtung mit einem Signaldetektor für die Nadelposition versehen. Dieser erzeugt ein der Nadelstellung entsprechendes Signal zu dem Zeitpunkt, wenn die Nadel eine bestimmte vorgegebene Stellung erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt startet die Steuer­ vorrichtung den Bremsvorgang und erzeugt einen umge­ kehrten Bremsstrom, bis die Nadel vollständig gestoppt ist. Entscheidend ist es, den genauen Endpunkt des Bremsvorgangs zu bestimmen und zu erreichen, daß der Bremsabstand kompensiert und genau eingestellt werden kann. Bei dem Stand der Technik werden verschiedene Steuereinrichtungen für den Bremsvorgang vorgeschlagen. Eine genaue Ruhestellung der Nadel ist jedoch nicht erreichbar. Einer der Faktoren, die zu diesen Schwie­ rigkeiten führen, ist der Drift des Gleichspannungspe­ gels des Geschwindigkeitsdetektors aufgrund von Schwan­ kungen der Umgebungstemperatur, die Abhängigkeit des Bremsabstandes von der jeweiligen Geschwindigkeit des Motors zu dem Zeitpunkt an dem der Bremsvorgang be­ ginnt, und der von der Arbeitsbedingung der Nähmaschine (der Bereich der langsamen Geschwindigkeit liegt zwi­ schen 120 bis 240 Umdrehungen pro Minute), die generell gleichbleibend ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Motorsteuer­ vorrichtung zu schaffen, in der die Zeitverzögerung des Steuersystems reduziert ist und die Geschwindigkeits­ steuerung stabilisiert und eine genaue Ruhestellung der Nadel erreicht werden kann.

Mit der vorliegenden Erfindung soll weiter eine Motor­ steuervorrichtung geschaffen werden, bei der die Nadel der Nähmaschine in einer vorgegebenen Stellung gestoppt wird, die nicht von der Umgebungstemperatur und einer Gleichspannungsdrift des Geschwindigkeitsdetektors be­ troffen wird.

Dabei soll eine Motorsteuervorrichtung geschaffen wer­ den, bei der eine genaue Ruhestellung der Nähnadel erreicht wird. Der Bremsabstand soll konstant und nicht von der Anfangsgeschwindigkeit der Nähmaschine bei dem Bremsvorgang abhängig sein und so genau kompensiert werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung des An­ triebsmotors;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerlogik und des Impulsbreitenmodulators des Steuer­ motors;

Fig. 3 den Motormagnetpolsensor;

Fig. 4 das entsprechende Zeitdiagramm;

Fig. 5 ein Zeitdiagramm des Stromflusses in den einzelnen Windungen des Motors bei Er­ zeugung eines antreibenden Drehmoments;

Fig. 6 eine zeitliche Darstellung des Stromes in den einzelnen Windungen des Motors bei Erzeugung eines rückwärtsgerichteten Drehmoments;

Fig. 7 ein Blockschaltbild, das die Funktion der gesamten Motorsteuervorrichtung ver­ deutlicht;

Fig. 8 eine zeitliche Darstellung, die die einzelnen in Fig. 7 gezeigten Signale wiedergibt;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer üb­ lichen elektrischen Nähmaschine; und

Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung einer Ein­ zelheit der in Fig. 9 dargestellten Nähmaschine.

In Fig. 1 ist die Stützplatte, an die der Antriebsmotor an den Nähtisch angebracht ist, mit dem Bezugszeichen 10 versehen, das Gehäuse des Antriebsmotors mit 11, der Stator mit 12, die Statorwindungen mit 13, der Perma­ nentmagnetrotor, der an der Rotormanschette 15 befe­ stigt ist mit 14, die Rotorwelle mit 16, die Bremse mit 17 und die gedruckte Schaltung zur Bremspositionierung mit 18. Die Sensorplatte 19 A und der mit einem Perma­ nentmagneten versehene Rotorstellungsdetektor 19 B, der auf der Schaltkarte 19 C angeordnet ist, bilden einen Kommutationssensor.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild der Motorsteuerlogik und das Antriebssystem mit einem Impulsbreitenmodulator, wobei die dreiphasigen Statorwindungen mit der Bezugs­ ziffer 30 wiedergegeben sind, der Permanentmagnetrotor mit 31 und der Detektor für die Position des Permanent­ magnetrotors mit 32. Die Steuerlogikschaltung 33 em­ pfängt ein Positionssignal von dem Detektor 32 und steuert die Durchschaltung der Leistungstransistoren U, V, W, X, Y und Z. Die Ausgangsanschlüsse der Leistungs­ transistoren sind mit den Statorwindungen A, B, C ver­ bunden. Die Schaltung für den Richtungsbefehl und die Schaltung für die Größe des Motorstroms, die von dem Mikroprozessor kommen, sind mit 34 bzw. 35 bezeichnet. Die Schaltung für den Strombegrenzungsbefehl ist mit 36 bezeichnet. Der Komparator ist mit 37 bezeichnet. Mit 38 ist eine Schaltung zur Angabe des Motorstromes be­ zeichnet. Eine Schaltung zur Frequenzkompensation ist mit 39 bezeichnet. Ein Verstärker ist mit 40 bezeich­ net. Ein Frequenzgenerator als Referenzimpulsbreitenmo­ dulator ist mit 41 bezeichnet. Der Impulsbreitenmodula­ tor ist mit 42 bezeichnet. Der Bezugsspannungsgenerator ist mit 43 bezeichnet. Der Motorstromdetektor ist mit 44 bezeichnet. Der Motorüberstromdetektor ist mit 45 bezeichnet. Der Impulsbreitenmodulator 42 arbeitet mit einer festen Bezugsspannung FM, deren Impulsbreite von einem Ausgangsfehlersignal IE des Komparators mit der Motorrückführspannung IF als ein Eingangssignal be­ stimmt wird. Das andere Eingangssignal des Komparators 37 ist ein Strombegrenzungsbefehl IL kommend aus der Strombegrenzungsschaltung 36. Die Frequenzkompensati­ onsschaltung 39 dient zur Bewirkung einer optimalen Stabilität.

Anhand der Fig. 3 und 4 wird die Positionsanordnung des Umdrehungsdetektors 19 B und die Änderung der dreiphasi­ gen Signale S 1, S 2 und S 3 über den Umfang gezeigt. Der Umdrehungsdetektor 19 B weist drei fotoelektrische De­ tektoren 46, 47, 48, die mit einem Winkelabstand von 120° über den Umfang der Sensorplatte 19 A entsprechend der drei Statorwindungen 13 des Motors derart angeord­ net sind, daß eine optische Codierscheibe 49 entspre­ chend der Position des permanentmagnetischen Rotors 14 abgetastet wird. In Fig. 5 werden der Betrieb der jeweiligen zur Erzeugung eines vorwärtsgerichteten Drehmoments des Motors erforderlichen Windungen sowie der entsprechende Zeitablauf des Durchschaltens oder Sperrens der jeweiligen Leistungstransistoren verdeut­ licht. Der Ausgangswert des Drehmoments des Motors wird noch von dem Impulsbreitenmodulator 42 gesteuert. Der Betrieb der jeweils zur Erzeugung eines rückwärtsge­ richteten Drehmoments des Motors erforderlichen Windun­ gen und der entsprechende Zeitablauf des Ein- bzw. Ausschaltens der jeweiligen Leistungstransistoren werden in Fig. 6 gezeigt. Das rückwärtsgerichtete Drehmoment führt zu einer Entschleunigung der Drehung der Rotor­ welle des Motors oder Steuerung der Ruhestellung der Nähnadel. Die ins Einzelne gehende Beschreibung des Verfahrens zur Steuerung des vorwärts- und des rück­ wärtsgerichteten Drehmomentes des Motors ist in Kapitel 6 des Buches "DC Motor, Speed Controls, Servo System", 5. Ausgabe, 1980 veröffentlicht von der Electro-Craft Corporation, angegeben.

Fig. 7 zeigt das vollständige Blockschaltbild der Steuereinrichtung für einen Nähmaschinenmotor. Wenn das Steuerpedal 50 um mehr als einen Schwellwert betätigt wird, tritt ein Pedalsignal PN mit einem positiven Wert auf, so daß eine Einrichtung 51 zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit zur Erzeugung eines Drehgeschwindig­ keitsbefehls SV in Abhängigkeit von der Intensität der Betätigung des Steuerpedals erzeugt wird. Ein Mikropro­ zessor 52 empfängt das Ausgangssignal FV der Drehge­ schwindigkeit von dem Drehgeschwindigkeitspolaritätsde­ tektor 56 sowie den oben erwähnten Drehgeschwindigkeits­ befehl SV. Nach einem Vergleichs- und Rechenvorgang werden der Richtungsbefehl DO und der Motorstrombefehl IC gewonnen. Die Steuerlogik und der Impulsbreitenmodulationstreiber 53 empfangen das jeweilige Magnetpol­ stellungssignal PM des Rotors über einen Magnetpolsen­ sor 54 des Motors und erzeugt, entsprechend dem DO- Befehl des Mikroprozessors 52, Strom mit dem entspre­ chenden Befehl IM zu dem Windungssatz 55 des Motors. Der Mittelwert des Stromes wird durch den Impulsbrei­ tenmodulator eingestellt. Um einen genauen Stillstand des Motors zu erreichen, würde der Mikroprozessor be­ ginnen, den Motor zu beschleunigen, wenn er erkennt, daß das Pedalstellungssignal PN kleiner ist als der Schwellwert, bis die Geschwindigkeit des Motors gerin­ ger ist als eine bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit. Wenn sodann das Nadelpositionssignal erkannt worden ist, wird ein Umkehrstrom zum Bremsen des Motors geliefert. Eine der Besonderheiten der Erfindung liegt darin, daß eine besondere Beziehung zwischen der Stärke des Umkehr­ bremsstroms und der jeweiligen Geschwindigkeit des Motors zu dem Zeitpunkt, an dem mit dem Bremsen begon­ nen wird, gegeben ist. Da die Nähnadel in einer be­ stimmten vorgegebenen Position stillstehen soll, also eine bestimmte Ruheposition erwünscht ist, so daß die Steuereinrichtung des Motorantriebs der Nähnadel vorge­ sehen ist mit einem Nadelpositionierungssignaldetektor 59, der einen Impuls etwa mit einer Breite von 45° (dies kann entsprechend der jeweiligen Ausbildung des optischen Encoders geändert werden) nur dann, wenn die Nadel bei einer bestimmten vorgegebenen Position ist (dies kann der obere Stop sein, der untere Stop oder aber eine andere feste Stellung). Dieser Impuls ist das Nadelpositioniersignal ND. Der Moment, an dem die vor­ dere Kante des Signals ND beginnt, anzusteigen, ist der Moment, wo mit dem Bremsen begonnen wird. Da die Ruhe­ stellung der Nadel der Nähmaschine wünschenswert ist, beginnt der Mikroprozessor, den Rotor umgekehrt mit einem Strom anzutreiben, dessen Stärke direkt propor­ tional zu dem Quadrat der anfänglichen Drehgeschwindig­ keit des Motors zu dem Zeitpunkt ist, um die Rotorwelle zu bremsen, wenn die Anfangsgeschwindigkeit des Motors schon geringer ist als die Positionierarbeitsgeschwin­ digkeit oder wird auf die Geschwindigkeit verzögert und das Nadelpositioniersignal ND erzeugt aus dem Signal des Nadelpositioniersignaldetektors 59. Der Rotor wird bei dem Umkehren gestoppt zu dem Zeitpunkt, an dem die Änderung der Drehrichtung von dem Drehrichtungsdetektor 57 erkannt worden ist. Zwei Positionssignale mit einer Phasendifferenz von 90°, die von dem Positionsdetektor 58 mit einem vergleichsweisen feinen optischen Gitter können als die beiden Eingangssignale des Drehrich­ tungsdetektors 57 dienen, mit dem der exakte Endpunkt des Bremsvorgangs genau erkannt werden kann, um den Motor schnell zum Stillstand zu bringen und infolge dessen die Nähnadel in Ruhestellung zu bringen.

Um den Arbeitsablauf von Fig. 7 weiter zu verdeutli­ chen, wird auf Fig. 8 Bezug genommen, in der die Ände­ rung der Signale, die in Fig. 7 aufgegeben sind, ver­ deutlicht wird. Zu diesem Zeitpunkt t ₁ (t = t ₁) aktiviert ein Pedalsignal PN des Steuersignals der Nähmaschine die Einrichtung zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit, um diese auf eine Freilaufgeschwindigkeit NL zu setzen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausgangssignal FV der Ein­ richtung 56 zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit gleich Null, der Mikroprozessor setzt so den Strom entsprechend der Freilaufgeschwindigkeit NL. Da der Wert von FV bei t = t ₁ gleich Null ist, ist der Motor­ strom IM extrem groß, der Motor kann daher sofort gestartet werden. Wenn der Motor den stabilen Wert NL erreicht, wird der Motorstrom auf einem konstanten Wert gehalten. Zu dem Zeitpunkt t ₂ wird das Steuerpedal in eine mittlere Stellung gebracht. Entsprechend erhöht sich der Motorstrom auf einen weiteren festen Wert. Zum Zeitpunkt t ₃ wird das Steuerpedal weiter nach unten in die untere Stellung entsprechend einer hohen Geschwin­ digkeit NH gedrückt. Der konstante Wert des Motorstroms ist weiter erhöht, so daß eine hohe Arbeitsgeschwindig­ keit der Nähmaschine erreicht wird. Während der Zeit­ spanne t ₁ bis t ₄ bleibt die Drehgeschwindigkeit entwe­ der konstant oder steigt graduell an. Der Mikroprozes­ sor gibt das vorwärtsgerichtete Drehmoment an. Der Wert von DO ist positiv. Zu einem Zeitpunkt t = t ₄ fällt der die Geschwindigkeit angebende Wert SV ab. Um den Rotor des Motors schnell zu entschleunigen, kehrt der Mikro­ prozessor die Richtung des Motorstromes um, so daß ein großes rückwärtsgerichtetes Drehmoment entsteht (nega­ tiver DO-Wert). Wenn die Drehgeschwindigkeit wieder auf den NL-Wert abgefallen ist, ändert sich das Drehmoment wieder vorwärts (positiver DO-Wert). Die Änderung des Winkels des Pedals kann also, wie sich aus der Be­ schreibung ergibt, dazu verwendet werden, den Ausgang der Einrichtung zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit zu bestimmen, so daß die Betriebsgeschwindigkeit der Nähmaschine entsprechend geändert wird. Wenn erwünscht ist, daß die Nähnadel die Ruheposition einnimmt, wird das Kontrollpedal zum Zeitpunkt t = t ₅ freigegeben, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Der Mikroprozessor erkennt gleichzeitig das Fehlen des Pedalsignals PN und erkennt den Zustand, daß die jeweilige Drehgeschwindigkeit des Motors reduziert ist, um geringer zu sein als die Positionierarbeitsgeschwindigkeit, die zum Bremsen er­ forderlich ist. Nichtsdestoweniger liefert der Mikro­ prozessor den Umkehrbremsstrom zu dem Motor nicht, bis der Nadelpositioniersignaldetektor das nächste Nadelpo­ sitioniersignal ND bei t = t ₆ erkennt. Sowie das Aus­ gangssignal DI des Drehgeschwindigkeitsdetektors sich von einem positiven Wert zu einem negativen Wert än­ dert, wird der ein Bremsmoment erzeugende Umkehrstrom auf Null geschaltet, um die Nähnadel schnell in die vorgegebene Ruheposition zu bringen. Das Drehrichtungs­ signal DI wird über einen Phasendetektor erzeugt, des­ sen Eingänge die beiden Ausgangssignale des Positions­ detektors ist. Diese haben eine Phasendifferenz von 90° voneinander. Eine Änderung des Drehrichtungssignals DI kann innerhalb einer halben Drehung der Motorwelle gemessen werden. Das Erkennen des Drehrichtungssignals kann zu einer genauen Ruhestellung der Nähnadel führen.

Die Stärke des Umkehrstromes zum Bremsen des Motors steht in Beziehung zu der jeweiligen Drehgeschwindig­ keit des Motors, der zu bremsen ist. Aufgrund der Begrenzung der Bremsfähigkeit der Steuermittel und der Erforderlichkeit einer Ruheposition, startet der Mikro­ prozessor mit dem Entschleunigen der Nähmaschine und reduziert deren Drehgeschwindigkeit auf eine bestimmte (aber einstellbare) Positionierbetriebsgeschwindigkeit, sobald es erkennt, daß das Pedalpositionssignal gerin­ ger ist als der Schwellwert. Die Positionierbetriebsge­ schwindigkeit wird beibehalten, bis das Nadelpositio­ niersignal erkannt worden ist. Sodann wird der Umkehr­ antriebsstrom, dessen Bestimmung im folgenden beschrie­ ben werden wird, erzeugt. Da die Leerlaufgeschwindig­ keit entsprechend dem Pedalsignal PN bei Erreichen des Schwellwertes noch geringer ist als die erwähnte Posi­ tionierbetriebsgeschwindigkeit, kann die jeweilige Drehgeschwindigkeit der Nähmaschine jeden Wert zwischen der Positionierbetriebsgeschwindigkeit und der Frei­ laufgeschwindigkeit betragen, wenn mit dem Bremsvorgang begonnen wird. Die Stärke des Umkehrstromes soll daher eine bestimmte funktionelle Beziehung zu der Drehge­ schwindigkeit des Motors zu dem Zeitpunkt haben, bei dem mit dem Bremsen begonnen wird, um die Nähnadel in eine Ruhestellung zu bringen mit einer bestimmten Aus­ lenkung unter verschiedenen Bedingungen in unterschied­ lichen Drehgeschwindigkeiten des Motors zu dem Zeit­ punkt, bei dem mit dem Bremsen begonnen wird.

Durch die Analyse der Drehdynamik, der anfänglichen Drehgschwindigkeit W des Motors zu dem Zeitpunkt, an dem mit dem Bremsen begonnen wird, dem Bremsstrom I, der während des Bremsprozesses unveränderlich ist, der entsprechenden Drehträgheit J des Motors und der Nähma­ schine, einer entsprechenden Dämpfungskonstante r der Last und einer Drehmomentkonstante K des Motors, ergibt sich die Winkelauslenkung D der Motorwelle von dem Beginnen des Bremsvorgangs bis zur vollständigen Ruhe aus folgender Gleichung:

D = JW/r - KIJ/r * Ln (1 + rW/KI),

wobei Ln eine natürliche logarithmische Funktion an­ gibt.

Im allgemeinen ist es sehr kompliziert, das Verhältnis zwischen I und W bei einem bestimmten D zu finden. Tatsächlich jedoch ist, wenn die Drehgeschwindigkeit der Positionierbetriebsgeschwindigkeit entspricht, die die obere Grenze der Drehgeschwindigkeit ist, bei der mit dem Bremsen begonnen wird und ein voller Umkehr­ bremsstrom eingespeist wird, das Verhältnis des Drehmo­ ments rW der Last zu dem Bremsmoment KI ungefähr ¹/₅. Tatsächlich ist das Drehmoment rW entsprechend einem W zwischen der Positionierbetriebsgeschwindigkeit und der Freilaufgeschwindigkeit geringer als KI. In dem Zu­ stand, daß das Verhältnis rW/KI viel geringer ist als 1, kann die obige Gleichung angenähert werden durch eine Gleichung

D = JW ²/2KI.

Es ist aus dieser Gleichung zu erkennen, daß nur dann, wenn das Verhältnis des Umkehrstroms I zu dem Quadrat der jeweiligen Drehgeschwindigkeit W des Motors zu dem Zeitpunkt, an dem mit dem Bremsen begonnen wird, konstant gehalten wird, der Bremsabstand D als Konstan­ te angesehen werden kann und nicht bei unterschiedli­ chem W sich ändert. Dies bedeutet, daß die Abweichung zwischen der Winkelposition der Nähnadel zu dem Zeit­ punkt, an dem das Nadelpositioniersignal erkannt wird und dem Zeitpunkt, an dem die Nähnadel vollständig zur Ruhe gekommen ist, konstant bleibt. Diese konstante Winkelabweichung kann korrigiert werden mit einer wei­ teren Kompensation, so daß die Ruheposition der Nähna­ del entsprechend erreicht wird.

Wenn der volle Umkehrbremsstrom Im aufgegeben wird, wenn der Wert von W der Positionierbetriebsgeschwindig­ keit Wm entspricht, entsprechen die Werte von I vrschie­ denen W-Werten, wobei der Wert von D fest ist, gilt:

I = (Im/W²m) * W ²

Da der Mikroprozessor 52 erkennt, daß das Pedalsignal PN kleiner ist als der Schwellwert, wird die Drehge­ schwindigkeit des Motors sofort reduziert auf die Posi­ tionierarbeitsgeschwindigkeit durch eine Entschleuni­ gung. Wenn die augenblickliche Drehgeschwindigkeit geringer ist als die Positionierbetriebsgeschwindig­ keit, hält der Mikroprozessor die Geschwindigkeit auf­ recht und beginnt sofort, das Nadelpositioniersignal zu erkennen. Sowie das Nadelpositioniersignal erkannt ist mit dem Ausgangsgeschwindigkeitssignal FV der Drehge­ schwindigkeit und dem Drehgeschwindigkeitspolaritätsde­ tektor 56 zu dem Zeitpunkt, nachdem einige Rechnungen durchgeführt oder aber einer Tabelle ausgewiesen worden ist, gibt der Mikroprozessor 52 einen Umkehrbremsstrom aus, der direkt proportional zu dem Quadrat der Drehge­ schwindigkeit entsprechend dem FV Signalausgang von dem Drehgeschwindigkeitsdetektor und dem Drehgeschwindig­ keitspolaritätsdetektor ist, mit einer Proportionali­ tätskonstanten dazwischen Im/W ². Es ist weiter zu be­ achten, daß auch dann, wenn die Stärke des Umkehrbrems­ stroms I in entsprechend mit der Anfangsgeschwindigkeit der Motorwelle, bei dem die Bremsung beginnt, wie dies oben beschrieben worden ist, das Verhältnis von rW und KI erheblich geringer ist als 1 in bezug auf jeden Wert W zwischen der Positionierbetriebsgeschwindigkeit und der Leerlaufgeschwindigkeit. Entsprechend ist oben angegebene Näherungsgleichung zuverlässig.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Umkehrstrom, der ein Bremsmoment erzeugt, abgeschaltet zu dem Zeitpunkt, bei dem der erkannte positive Wert des Drehrichtungssignals DI sich ändert auf einen nega­ tiven Wert. Im folgenden wird ein alternatives Verfah­ ren zum Bringen der Nadel einer Nähmaschine in die Ruhestellung beschrieben. Wenn das Nadelpositioniersig­ nal ND von dem Nadelpositioniersignaldetektor erkannt wird, wird ein Umkehrstrom auf den Motor aufgegeben, der ein Bremsmoment erzeugt. Wenn die Polarität des Ausgangssignals des Drehgeschwindigkeitsdetektors und des Rotationsgeschwindigkeitspolaritätsdetektors sich ändert, wird der Umkehrstrom sofort abgeschaltet. Der Punkt, auf dem die Drehgeschwindigkeit der Motorwelle genau gleich Null ist, kann kaum genau bestimmt werden durch übliche Erkennungsverfahren. Das Erkennungsver­ fahren nach der Erfindung verwendet einen Polaritätsde­ tektor, um den genauen Moment, an dem die Polarität des Ausgangssignals des Drehgeschwindigkeitsdetektors und des Drehgeschwindigkeitspolaritätsdetektors sich än­ dern. Die alternative Methode zum Erreichen einer ge­ nauen Ruheposition der Nähmaschine verwendet auch die genaue Steuerung der Stärke des Umkehrstromes, wie dies oben beschrieben worden ist. Der Polaritätskompa­ rator weist einen Operationsverstärker auf, der gute Gleichtaktunterdrückungseigenschaften hat. Der Betrieb des Polaritätskomparators wird also nicht von einer Gleichspannungsdrift oder der Änderung der Umgebungs­ temperatur beeinflußt, um den exakten Umkehrpunkt der Polarität zu erkennen.

Da der Zustand der völligen Ruhe der Rotorwelle oder der Nähnadel exakt werden kann durch die Steuereinrich­ tung und durch die oben beschriebenen Verfahren nach der Erfindung, kann die Stärke des umgekehrten Brems­ stromes so eingestellt werden, daß die Nähnadel schnell auf einem bestimmten Bremsabstand bremst. Das Bremsmo­ ment, das auf die Rotorwelle aufgebracht wird, ist groß genug, um die Differenz zwischen der Ruhestellung der Nähnadel und der Stellung, an der das oben erwähnte Nadelpositionssignal erkannt wird, ausreichend ist (un­ gefähr weniger als 3°). Eine solche kleinere Abweichung mit einem im wesentlichen konstanten Wert kann zuvor kompensiert werden, um die Nähnadel auf einer bestimm­ ten vorgegebenen Position genau in Ruhestellung zu bringen. Das Erkennen des Umkehrpunktes der Drehrich­ tung und der Polaritätsumkehrpunkt des erkannten Ge­ schwindigkeitssignals werden durchgeführt durch den Phasendetektor bzw. den Polaritätsdetektor. Beide Er­ kennungsverfahren werden von einer Gleichspannungsdrift oder der Umgebungstemperatur nicht beeinflußt. Durch die besondere Steuerung der Stärke des Umkehrbrems­ stroms, wie dies oben beschrieben ist, zum Bremsen der Motorwelle, wird sichergestellt, daß die Ruheposition der Nähnadel unabhängig von den verschiedenen Ausgangs­ geschwindigkeiten der Nähmaschine ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfin­ dung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kom­ binationen für die Verwirklichung der Erfindung in ih­ ren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

• Bezugszeichenliste  1Nähkopf  2Detektoreinheit  3Antriebsmotor  4Steuereinheit  5Steuerpedal  3 AVentilator  3 BReibkupplung  3 CAntriebswelle  3 DReibbremse 10Stützplatte 11Gehäuse 12Stator 13Statorwindungen 14Rotor 15Rotormanschette 16Rotorwelle 17Bremse 18Schaltung 19 ASensorplatte 19 BDetektor 19 CSchaltkarte 30Statorwindung 31Rotor 32Detektor 33Schaltung 34Schaltung 35Schaltung 36Schaltung 37Komparator 38Schaltung 39Schaltung 40Verstärker 41Generator 42Modulator 43Generator 44Detektor 45Detektor 46Detektor 47Detektor 48Detektor 49Codierscheibe 50Pedal 51Einrichtung 52Mikroprozessor 53Treiber 54Sensor 55Windungssatz 57Detektor 58Detektor 59Detektor AWindung BWindung CWindung ULeistungstransistor VLeistungstransistor WLeistungstransistor XLeistungstransistor XLeistungstransistor ZLeistungstransistor

Claims (7)

1. Motorsteuervorrichtung für eine elektrische Nähma­ schine, mit einem bürstenlosen Permanentmagnet-Motor (10), einem Detektor (56) zum Erfassen der Drehge­ schwindigkeit der Nähmaschine und der die Polarität der Drehgeschwindigkeit, einen Nadelpositionssignaldetektor (59), einen Detektor (19 B) mit einem Permanentmagneten für die Rotorposition, einen Detektor (57) für die Drehrichtung des Rotors, Drehgeschwindigkeitssteuerein­ richtungen und Nadelpositionssteuereinrichtungen, wobei die Steuereinrichtung das Erreichen der variablen Ar­ beitsgeschwindigkeit und der Ruheposition der Nähma­ schine durch Steuern des Mittelwertes und der Richtung des Motorstromes und weiter durch den Betrieb der Ge­ schwindigkeitssteuereinrichtung und der Nadelpositions­ einrichtung erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Bremsen der Nähmaschine der Umkehrstrom, der das Bremsmoment erzeugt, dann eingespeist wird, wenn der Nadelpositioniersignaldetektor (59) ein bestimmtes Na­ delpositionssignal erkennt, und daß der das Bremsmoment erzeugende Umkehrstrom ausgeschaltet wird, wenn die Änderung der Drehrichtung der Rotorwelle von dem Dreh­ richtungsdetektor (57) erkannt wird.

2. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Bremsvorgang der Nähma­ schine der das Bremsmoment erzeugende Umkehrstrom ein­ gespeist wird, wenn ein bestimmtes Nadelpositioniersig­ nal erkannt wird von dem Nadelpositioniersignaldetektor (59), und daß der das Bremsmoment erzeugende Umkehr­ strom abgeschaltet wird, wenn die Polarität des Aus­ gangssignals des Detektors (56) für die Drehgeschwin­ digkeit und die Polarität der Drehgeschwindigkeit von einem positiven Wert in einen negativen Wert wechselt.

3. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 und An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des das Drehmoment erzeugende Umkehrstromes direkt propor­ tional ist zu dem Quadrat der jeweiligen Drehgeschwin­ digkeit des Motors zu dem Zeitpunkt, bei dem Nadelposi­ tioniersignal erkannt wird und der Umkehrstrom zum Bremsen des Motors eingespeist wird.

4. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalitätskonstante zwi­ schen der Stärke des das Bremsmoment erzeugenden Um­ kehrstroms und dem Quadrat der jeweiligen Drehgeschwin­ digkeit des Motors zu dem Zeitpunkt, an dem das Nadel­ positionssignal erkannt wird, gleich ist dem Verhältnis des vollen Bremsstromes zu dem Quadrat der Positionier­ betriebsgeschwindigkeit des Motors.

5. Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrichtungs­ detektor (57) das Erkennen der Drehrichtung erreicht über einen Phasendetektor, der zwei Positionssignale aufnimmt mit einer 90° Phasendifferenz voneinander von dem Permanentmagnet-Rotorpositionsdetektor (19 B).

6. Motorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polaritäts­ detektor vorgesehen ist, um die Polaritätsänderung des Ausgangssignals von dem Detektor (56) für die Drehge­ schwindigkeit und die Drehgeschwindigkeitspolarität zu erkennen.

7. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Polaritätsdetektor ein Opera­ tionsverstärker ist, wobei das Eingangssignal auf einem Eingang ein analoges Spannungssignal ist, das von dem Detektor (56) für die Drehgeschwindigkeit und die Pola­ rität der Drehgeschwindigkeit ist und das Eingangssig­ nal des anderen Eingangs mit entgegengesetzter Polari­ tät eine Bezugsgleichspannung ist.