JP2004136627A - 電動式ろくろ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回転テーブルへ加わる回転負荷の変動に対して可及的に速度安定性を維持し得る。
【解決手段】回転テーブル２と、回転テーブル２にそのモータ軸１４が嵌合され、回転テーブル２を回転駆動させるモータ３０と、回転テーブル２の回転速度を検出する速度検出部５０と、速度検出部５０から出力された検出速度及びペダル３から出力された指令速度から速度制御信号を生成する減算部９０及びＰＩ制御部１００と、モータ３０の位置を検出するロータリーエンコーダ２１及び位置検出部６０と、位置検出部６０から出力されるカウンタ値を基にモータ３０の位置に応じ、かつ、速度制御信号のレベルが０となるようなレベルの駆動信号をモータ３０に出力するインバータ１１０及び駆動回路１２０とを備える。
【選択図】 図３
【解決手段】回転テーブル２と、回転テーブル２にそのモータ軸１４が嵌合され、回転テーブル２を回転駆動させるモータ３０と、回転テーブル２の回転速度を検出する速度検出部５０と、速度検出部５０から出力された検出速度及びペダル３から出力された指令速度から速度制御信号を生成する減算部９０及びＰＩ制御部１００と、モータ３０の位置を検出するロータリーエンコーダ２１及び位置検出部６０と、位置検出部６０から出力されるカウンタ値を基にモータ３０の位置に応じ、かつ、速度制御信号のレベルが０となるようなレベルの駆動信号をモータ３０に出力するインバータ１１０及び駆動回路１２０とを備える。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陶芸などに用いられる電動式ろくろ装置に関し、特に、駆動源として、ＤＣブラシレスモータを使用した電動式ろくろ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陶芸界では、電気モータにより回転テーブルを回転させる電動式のろくろ装置が広く普及している。電動式ろくろ装置は、粘土を載置するための回転テーブルと、回転テーブルを駆動するためのモータと、モータの速度を調節するための速度調整用のペダルと、速度調整用ペダルの踏み込み位置に応じてモータの回転速度を制御する駆動制御部とを備えており、駆動制御部は、速度調整用のペダルの踏み込み量に応じた速度でモータの回転を行わせるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
作陶作業においては、回転テーブル上に粘土を載置し、回転テーブルを回転させながら、粘土の形を整えていく。しかしながら、粘土に与える力が回転テーブルの回転負荷として作用する結果、作業中に回転テーブルの速度が変動することとなり、作陶作業上好ましくない状況になる。従って、作業者はその都度、所望する速度に戻るようにペダルの踏み込み量を微妙に調節することを強いられるが、この作業は熟練を要するため、必ずしも容易ではない。
【０００４】
また、従来の電動式ろくろ装置において、ブラシレスＤＣモータを使用するタイプのものでは、ホールセンサによりロータマグネットの磁極が切り替わる時点を検出し、この時点でコイルへ流す電流を切り替えるタイミングを決定するだけのものであったため、回転テーブルを滑らかに回転させることが一定の限界があった。特に、ロータの回転速度が低速に変動移行した場合、電流切り替えとモータの回転との同期ずれが顕著となって、脱調現象が生じ、ロータが瞬間的に停止する事態が発生して作陶途中の作品を崩してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回転テーブルへ加わる回転負荷の変動に対して可及的に速度安定性を維持し得る電動式ろくろ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動式ろくろ装置は、粘土が載置される回転テーブルを駆動するモータと、外部から操作可能な操作部と、前記操作部への操作量に応じた指令速度を設定する速度設定手段と、前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記指令速度と前記検出速度の差分に対応した速度制御信号を生成する速度制御信号生成手段と、前記速度制御信号のレベルを０に近づける駆動信号を生成し、前記モータに供給するモータ駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、速度検出手段により検出されたモータの回転速度が、フィードバックされ、速度制御信号生成手段により操作部を介して入力された速度指令と検出速度との差分から速度制御信号が生成される。そして、モータ駆動制御手段により、速度制御信号のレベルが０に近づくような駆動信号が生成され、モータに供給され、回転テーブルの回転速度は、操作部を介して入力された指令速度となるように制御される。その結果、モータの回転速度は、回転テーブルに加えられる負荷の大きさに拘わらず、一定の指令速度に保たれる。
【０００８】
また、前記モータに、ステータと、該ステータに対向する多極のロータマグネットを有するＤＣブラシレスモータを採用し、前記ステータに対する相対的な前記ロータの位置を前記ロータマグネットの磁極配列ピッチより細かい分解能で検出する位置検出手段を備え、前記モータ駆動制御手段は、前記ロータマグネットの配列ピッチ間の位置に対応させて正弦波レベル信号を記憶するメモリと、前記メモリ内の正弦波であって、前記位置検出手段で検出された位置に対応したレベルの信号を読み出し、この読み出したレベル信号と前記速度制御信号とから駆動信号を生成することが好ましい。
【０００９】
この場合、位置検出手段により、ロータマグネットの磁極配列ピッチよりも細かな分解能でステータに対する相対的なロータの位置が検出され、その検出された位置に対応するレベル信号がメモリから読み出される。そして、モータ駆動制御手段により、レベル信号と指令速度値とから駆動信号が生成され、モータに供給される。そのため、モータは正弦波信号により駆動されることとなり、回転テーブルを滑らかに回転させることができる。さらに、ステータに対するロータの相対的な位置をロータマグネットの磁極配列ピッチよりも細かな分解能で検出しているため、指令速度に対する応答性が高まることとなる。
【００１０】
また、前記ロータは前記ステータの内側に配置されているものであることが好ましい。
【００１１】
この場合、モータの特性を示すＧＤ２の値が小さくなり、指令速度値の変化に対してモータの応答性が向上し、陶器の肉厚や形状を作陶者の所望するものにすることができる。
【００１２】
また、前記速度制御信号生成手段は、前記指令速度と前記検出速度の差分に比例制御及び積分制御の少なくとも一方を施すものであることが好ましい。
【００１３】
この場合、指令速度と速度検出信号との差分に少なくとも比例制御及び積分制御のいずれか一方を施したものが速度制御信号として生成されるため、速度制御信号のゲインが高められ、より正確にモータの回転速度を指令速度に一致させることができる。
【００１４】
また、前記速度設定手段は、前記操作量と指令速度との間に、非線形の特性を持たせてもよい。
【００１５】
この場合、例えば、操作量に対してその値が指数関数的に増大するような関数に基づいて指令速度を出力すれば、回転テーブルの速度設定が作陶者のフィーリングにより一致するものとすることができる。
【００１６】
また、前記速度差設定手段は、前記検出速度と前記指令速度との位相を比較することにより前記速度制御信号を生成するＰＬＬ回路により構成してもよい。この場合、回転テーブルの速度安定性が向上するため、例えば速度安定性が要求される大皿の作陶が行いやすくなる。
【００１７】
更に、前記モータ駆動制御手段に、モータ駆動電流を発生する駆動回路と、モータに供給される電流を検出する検出回路と、許容されるモータ駆動電流の上限値を記憶する上限電流記憶部と、検出回路によって検出された電流値と上限電流記憶部に記憶された電流値とを比較する比較手段を備え、比較手段の出力を駆動回路にフィードバックして、駆動回路から出力されるモータ駆動電流を制御することにより、所謂、電流ループ式のモータ速度制御が行える。
【００１８】
又、前記モータ駆動制御手段に、モータ駆動電流を発生する駆動回路と、モータ駆動のためのパルス信号を生ずるパルス信号発生部と、パルス信号のパルス幅を制御するパルス幅制御部と、許容されるモータ駆動電流の上限値を記憶する上限電流記憶部と、駆動回路の電流と上限電流記憶部に記憶された上限電流値とを比較しその結果に基づいて駆動回路を制御する制御部と、パルス幅制御部とパルス信号発生部との間に設けられ、パルス信号発生部の電圧が所定値以下か否かを検出し、以下のときはそのままの信号を通し、所定値よりも大きなときには、その所定値の電圧にするリミッターを備えることにより、モータ駆動回路を安価に構成することが出来、しかも、負荷が所定値以上かかって、モータの回転が不安定になると共に、異常音が発生する前に、モータを減速して、作陶者に負荷が大きすぎることを気付かせることが出来る。
【００１９】
更に、操作部と速度設定手段との間には、操作量に対する電気的出力量を増幅する増幅手段を設ければ、操作部の微妙な動きに対して、回転テーブルの回転速度が敏感に反応し、操作性が向上する。尚、この増幅手段としては、相サブに歯車等の機械的増速手段を設けてもよいし、電気的に処理してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図１は、本発明に係る電動式ろくろ装置の一実施形態を示す外観図である。図１において、電動式ろくろ装置は、ハウジング１と、その上部で垂直軸周りに回転可能に設けられた回転テーブル２とを備えると共に、ハウジング１は、その側面下側に回動自在に軸支された速度調整用のペダル３と、側面適所に設けられた電源スイッチ５と、底面所定位置に設けられた固定用のストッパ６と、電源スイッチ５の上側に設けられた回転テーブル２の回転方向を切り替えるためのスイッチ８とを備える。電源スイッチ５の下側には電源ケーブル７の引出口が形成されている。
【００２１】
ペダル３は作業者の足が載置し得る形状を有し、その下端部で軸支されている図略の水平軸と供回り可能に支持されている。図略の水平軸にはハウジング１内部でポテンショメータに歯車増速機構を介して連結され、ペダル３の踏み込み量が増速され、それに応じた電圧を発生するようになっている。これにより、ペダル３の踏み込み量の変化に対する、出力電圧の変化が大きくなり、操作性が向上する。レバー４は、手によって操作され、ペダル３と同じ働きをする。
【００２２】
図２は、図１に示す電動ろくろ装置の側面断面図である。図２に示すように、電動式ろくろ装置は、ハウジング１内にモータ１１が立直姿勢で取り付けられている。モータ１１はステータ１２と、これと同軸で内側に配設されたロータ１３とから構成されるＤＣブラシレスタイプのモータである。ステータ１２は下側開口のカップ状のステータハブ１２１と、ステータハブ１２１の内周面に配列されたＵ、Ｖ及びＷの３相からなるコイル１２２とから構成される。ロータ１３は、上方開口のカップ状のロータハブ１３１と、ロータハブ１３１のフランジ部上面に、Ｓ及びＮ極が交互に配列され、コイル１２２と対向するように配設されたロータマグネット１３２とから構成される。本実施例において、ロータマグネットは、２０極で形成されている。ハウジング１の上面には、貫通孔１ａが先行され、ここにボールベアリング１４１が設けられ、このボールベアリング内にハウジング１の上面から鉛直に露出するモータ軸１４が軸支されている。モータ軸１４の上部には回転テーブル２が供回り可能に取り付けられている。
【００２３】
ハウジング１の上面には、モータ軸１４が貫通されたホルダー１８が、例えば２本のボルト１６によって締結されている。モータ軸１４の上であって、ホルダー１８の上側には、回転テーブル２はボルト１９により、装置本体に取り付けられている。さらに、モータ軸１４の下端には、ロータ１３の位置を検出するためのロータリーエンコーダ２１が取り付けられている。尚、このロータリーエンコーダは、機械式、光学式のいずれでもよく、又、設ける位置も図示の例に限らず、例えば、モータ軸１４の中間部でもよい。
【００２４】
ロータリーエンコーダ２１は、位置検出部６０が、ロータ１３の位置をロータマグネット１３２の磁極配列ピッチよりも細かな分解能で検出するためのパルス信号を生成するもので、ロータマグネット１３２の磁極配列ピッチ間を例えば１００パルスで検出することが可能である。
【００２５】
モータ１１は、ロータ１３がステータ１２の内側に配設されたインナーロータ式のＤＣブラシレスモータであり、モータ軸１４によって、回転テーブルを直接回転させるＤＤ（ダイレクトドライブモータ）である。
【００２６】
以上のように構成された電動式ろくろ装置は、コイル１２２に励磁電流が通電されると、ステータ１２のコイルに磁界が発生し、この磁界とロータマグネットの磁力との相互作用によりロータ１３及びモータ軸１４が回転され、その結果、モータ軸１４に接続された回転テーブル２が回転する。
【００２７】
ステータの適所には、所定数、例えば３つのホールセンサ４０（図３参照）が取り付けられている。ホールセンサ４０は、ロータマグネットの磁極の切り替わりを検出することにより、ステータ１２対するロータマグネット１３２の相対的な位置を検出するものである。
【００２８】
図３は、本ろくろ装置の回転駆動系のブロック図を示している。この回転駆動系は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、ＣＰＵは各機能部の処理を実行する。
【００２９】
速度検出部５０は、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号のエッジを順次検出し、その検出周期からモータ３０の回転速度を算出する。
【００３０】
位置検出部６０は、カウンタなどを備え、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号とホールセンサ４０から出力されたパルス信号を基に、ロータ１３の位置を求める。具体的には、位置検出部６０は、ホールセンサ４０から出力されたパルス信号のエッジを検出すると、カウンタをリセットし、ロータリーエンコーダ２１から出力されるパルス信号のカウントを開始し、そのカウント値を出力する。このカウント値は、ホールセンサ４０が検出したロータマグネット１３２の位置を基準とした、ロータリーエンコーダ２１が出力するパルス信号のパルス数である。そのため、ロータリーエンコーダ２１が出力するパルス信号のパルス数をカウントすれば、ロータ１３の位置を特定することができる。なお、位置検出部６０は、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号の周波数を例えば４逓倍したものをカウントすることによりロータ１３の位置をより高い精度（分解能）で検出してもよい。
【００３１】
速度設定部７０は、ＲＯＭには、ペダル３から出力された電圧信号と、電圧信号のレベルに応じて定められた指令速度値とが対応づけて記憶されている。速度設定部７０は、ペダル３から出力された電圧信号を受信すると、その電圧信号のレベルに対応する指令速度値をＲＯＭから読み出す。本実施形態では、図４に示すように、電圧信号のレベルが増大するにつれてその値が線形的に増大するような関数に基づいて、指令速度値が設定されている。
【００３２】
指令速度判断部８０は、速度設定部７０からの指令速度値を受信して、指令速度値のレベルを予め定められた第１の閾値及び第１の閾値よりも小さな第２の閾値と比較することにより、モータ３０の回転速度を０とするような励磁信号を出力し、あるいは、モータ３０への励磁を停止させるものである。インバータ１１０は、比較量に応じた指令速度値のレベルが第１の閾値よりも低くなると、インバータ１１０に対して、回転テーブル２の回転速度が０となるような励磁信号を出力するように指示し、また、指令速度値のレベルが第２の閾値よりも低くなると、インバータ１１０に対して、コイル１２２への励磁を停止させるように指示する。
【００３３】
減算部９０は、ペダル３のポテンショメータより出力される指令速度と速度検出部５０より出力される検出速度との差分を算出し、この差分をＰＩ制御部１００に出力する。
【００３４】
ＰＩ制御部１００は、検出速度と指令速度との差分を所定倍する比例部１０１と、比例部１０１から出力された信号を積分する積分部１０２と、比例部１０１及び積分部１０２から出力された信号を加算する加算部１０３とを備え、指令速度値と検出速度とをより正確に一致させるために速度制御信号のゲインの増大などを行う。
【００３５】
インバータ１１０は、位置検出部６０が検出するロータ１３の位置（カウント値）に対する正弦波形の振幅値を記憶するメモリ１１０１と、メモリ１１０１からの３相ＵＶＷの出力値とＰＩ制御部１００からの制御速度値とを乗算する３個の乗算部１１０２と、乗算部１１０２からの各出力値をアナログ信号に変換する３個のＰＷＭ制御部１１０３とを備え、これにより各相の電圧を制御して、正弦波状に電流を制御している。
【００３６】
なお、上記正弦波形に代えて、正弦波に高次高調波を含んだ波形であっても良い。また、インバータ１１０は、指令速度判断部８０からコイル１２２への励磁を停止させるように指示されると、駆動回路１２０に対する励磁信号の出力を停止する。
【００３７】
駆動回路１２０は、３相ＵＶＷの各相の通電をスイッチングする、正負両極分の合計６個のスイッチング素子を備え、モータ３０の３相のコイル１２２Ｕ、１２２Ｖ及び１２２Ｗへの正逆方向への通電、遮断を行うことで、モータに理想的な正弦波駆動に近い形での円滑回転を実現するものである。
【００３８】
駆動回路１２０は、図５に示すように、Ｕ相のコイルを駆動するためのスイッチング素子ＵＨ及びＵＬと、Ｖ相のコイルを駆動するためのスイッチング素子ＶＨ及びＶＬと、Ｗ相のコイルを駆動するためのスイッチング素子ＷＨ及びＷＬとを備える。スイッチング素子ＵＨ、ＶＨ及びＷＨとしては、例えばｐｎｐ型のバイポーラトランジスタが採用され、スイッチング素子ＵＬ、ＶＬ及びＷＬとしては、例えばｎｐｎ型のバイポーラトランジスタが採用される。インバータ１１０から出力される励磁信号ＵＨＧ及びＵＬＧはそれぞれスイッチング素子ＵＨ及びＵＬのベース端子に入力され、励磁信号ＶＨＧ及びＶＬＧはそれぞれスイッチング素子ＶＨ及びＶＬのベース端子に入力され、励磁信号ＷＨＧ及びＷＬＧはそれぞれスイッチング素子ＷＨ及びＷＬのベース端子に入力される。各スイッチング素子ＵＨ〜ＷＬは、それぞれ対応する励磁信号がベース端子に入力されるとオン状態となり、コイル１２２に駆動信号を出力する。なお、上記説明はスイッチング素子としては、バイポーラトランジスタで行ったがそれ以外のトランジスタ、例えば電界効果型のトランジスタその他のスイッチング素子を採用してもよい。
【００３９】
比較部１３０は、コイル１２２への過剰な電力供給を防止するものであり、駆動回路１２０から出力される駆動信号を、予め上限電流記憶部１４０に記憶された上限電流値と比較することにより、駆動信号のレベルが上限電流値以下となるように、駆動電流の上限値を制限する。
【００４０】
上記実施形態では、速度設定部７０が速度設定手段に該当し、インバータ１１０及び駆動回路１２０が駆動制御手段に該当し、ロータリーエンコーダ２１及び位置検出部６０が位置検出手段に該当し、ロータリーエンコーダ２１及び速度検出部５０が速度検出手段に該当する。
【００４１】
図６は、本電動式ろくろ装置の動作を示すタイミングチャートであり、（ａ）はホールセンサ４０から出力されるＵ、Ｖ及びＷ相のパルス信号ＨＵ、ＨＶ及びＨＷを示し、（ｂ）はインバータ１１０から出力される励磁信号ＵＨＧ、ＵＬＧ、ＶＨＧ、ＶＬＧ、ＷＨＧ及びＷＬＧを示している。
【００４２】
モータ３０の駆動が開始され、ホールセンサ４０によりいずれかのロータマグネット１３２の位置が検出されると、検出されたロータマグネット１３２に対応するパルス信号ＨＵ、ＨＶ及びＨＷのいずれかが出力される。また、位置検出部６０は、ホールセンサ４０から出力されるパルス信号を受信すると、カウンタをリセットし、ロータリーエンコーダ２１から出力されるパルス信号のカウントを開始し、そのカウンタ値（位置情報）をインバータ１１０に出力する。このカウンタ値を受信したインバータ１１０は、メモリ１１０１を参照し、受信したカウンタ値に対応する出力値（正弦波の振幅）を読み取る。そして、読み取った出力値（正弦波の振幅）をＰＩ制御部１００から出力された速度制御信号と乗算し、乗算した値を三角波と比較することにより、パルス信号を生成し、このパルス信号を励磁信号として、駆動回路１２０に出力する。駆動回路１２０は、励磁信号を受信すると、スイッチング素子をオンにし、コイル１２２に駆動信号を出力する。そして、この駆動信号によりコイル１２２は励磁され、ロータ１３及びステータ１２間に磁界が発生し、この磁界によりロータ１３が回転する。
【００４３】
上述したようにインバータ１１０は、速度制御信号とメモリ１１０１の出力値とを乗算することにより励磁信号を生成しているため、ペダル３から出力される指令速度値のレベルに対して速度検出部５０から出力される検出速度のレベルが小さいほど、モータ３０の回転速度を高速にするような励磁信号を生成する。そのため、モータ３０に加えられるトルクに拘わらず、モータ３０の回転速度が指令速度となるように制御される。その結果、作陶者は、回転テーブル２の速度を一定に保つために、粘土へ加える力加減に応じてペダル３の踏み込み位置を調節しなくとも、回転テーブルの回転速度が一定に保たれ、陶器の肉厚を一定にすることができる。
【００４４】
さらに、ロータリーエンコーダ２１により、ロータ１３の位置がロータマグネット１３２の配列ピッチよりも細かい分解能で検出され、インバータ１１０により、その位置に応じた振幅レベルの正弦波信号が励磁信号として出力され、その励磁信号を基に、モータ３０が駆動されるため、モータ３０を滑らかに回転させることができる。
【００４５】
さらに、ＰＩ制御部１００により誤差検出信号のゲインが増大されるため、より正確に回転テーブルの回転速度を指令速度に一致させることができる。
【００４６】
さらに、モータ３０としてインナー式のロータを使用しているため、ＧＤ２の値が小さくなり、モータ３０の応答性を向上させることができる。
【００４７】
ここで、上記実施例では、駆動回路１２０の出力電流を上限電流記憶部の電流値と比較して比較結果を駆動回路１２０にフィードバックする電流ループ方式で、モータの駆動を制御していたが、この時、駆動回路１２０の出力から取り出す電流を制御回路で処理できるような電圧レベルに変換する変換回路が必要になりコストが上昇する。
【００４８】
モータへの配線から電流値を取り出す替わりに、駆動回路１２０の電流を取り出して比較回路１３０に入力し、その比較結果を駆動回路１２０にフィードバックするようにすれば、ラフな電流制御になるが、コストを節約出来る。しかしながら、作陶時に負荷が増大し、図９のＢ領域になると、異常音が発生し、モータの出力トルクが不安定になる。これは、Ａ領域では、負荷が増大しても、モータの回転数を維持するために必要なＰＭＷ制御が出来るが、Ｂ領域では、負荷トルクが大きすぎてクリッパ回路がチョッパのキャリア周波数と非同期で働くためである。
【００４９】
そこで、ＰＩ制御部１００とインバータ１１０との間に、リミッターを設け、ＰＩ制御部の出力電圧が所定の制限値よりも大きいか否かを判断し、制限値以下の場合には、その出力をそのままインバータ１１０に出力し、大きい場合には、制限値に対応する電圧をインバータ１１０に出力する。そのようにして、ＰＷＭのデューティ、即ちパルス幅を所定の上限値に制限する。その結果、モータは、そのパルス幅で出すことが出来る負荷トルクと回転数との関係を維持しながら自動的に、図１０に示した点線ｃに沿って回転数が下がることになる。このように、異常音が発生するＢ領域に行く前に、モータの回転数が下がることにより、作陶者は、負荷がかけ過ぎで、それ以上更に負荷をかけると異常音が出ることを事前に気付く。又、リッミッターを設けなかったときのように、定格トルク値（ａ点）に達して突然にトルクが不安定になるのに比べて、徐々に減速してトルク抜けの状態になった方が、安定した操作感がある。更に、制限電圧値を更に低く設定し、図１０の点線ｄに沿って回転数が下がるようにすれば、異常音発生領域Ｂに行くことも無くなる。
【００５０】
上記説明において、図９、図１０は、上記コスト節減方式のモータ駆動制御における負荷トルクとモータ回転数との関係を示し、図には表れていないが、モータの回転数を一定に維持しながら、負荷が大きくなると、モータの消費電流は増加する。所定の負荷までは、モータの回転数を維持することができるが、ある点（図のａ点）を越えると異常音が発生し、モータの回転が不安定になり、減少していくことを示している。
【００５１】
なお、本発明は、以下の態様を採ることができる。
【００５２】
（１）上記実施形態では、モータ３０としてＤＣブラシレスのＤＤモータを採用したが、これに限定されず、ＤＤモータ以外のモータを使用してもよい。
【００５３】
（２）上記実施形態では、インナーロータ式のモータを使用したが、これに限定されず、アウターロータ式のモータを採用してもよい。
【００５４】
（３）上記実施形態では、減算部９０とＰＩ制御部１００とを用いて速度制御信号を生成したが、これに限定されず、減算部９０及びＰＩ制御部１００に代えてＰＬＬ回路を接続してもよい。ＰＬＬ（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ）回路を接続することにより、速度安定性が更に向上するため、速度ムラを低減することができ、低速回転が要求される大皿などの作陶が行いやすくなる。
【００５５】
（４）上記実施形態では、速度検出部５０は、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号から検出速度を生成したが、これに限定されず、ホールセンサ４０から出力されたパルス信号から検出速度を生成してもよい。
【００５６】
（５）上記実施形態では、インバータ１１０は、正弦波信号を出力するものであったが、これに限定されず、パルス信号を出力するものであってもよい。
【００５７】
（６）上記実施形態では、ＰＩ制御部１００は、比例部１０１と積分部１０２とで構成されているが、これに限定されず、比例部１０１あるいは積分部１０２のいずれか一方のみにより構成してもよい。また、比例部１０１と積分部１０２に対して更に、微分部を接続して、ＰＩＤ制御により速度制御信号を生成してもよい。
【００５８】
（７）上記実施形態では、指令速度判断部８０は、ペダル３から出力される電圧信号のレベルが増大するにつれてその値が線形的に増大するような関数に基づいて、指令速度値を設定しているが、これに限定されず、例えば図７に示すように、ペダル３から出力される電圧信号のレベルが増大するにつれてその値が指数関数的に増大するような関数に基づいて、指令速度値を設定してもよい。さらには、図８に示すように、ペダル３から出力される電圧信号のレベルが低い領域では、その値が、緩慢なカーブを描いて上昇し、電圧信号のレベルが中間の領域ではその値がほぼ平坦に変化し、電圧信号のレベルが高い領域では、その値がほぼ直線状に上昇するような関数に基づいて指令速度値を設定してもよい。これにより、ペダルの踏み込み位置とその踏み込み位置に対する回転テーブル２の回転速度とが、作陶者のフィーリングに一致するものとなり、操作性を向上させることができる。また、図４、図７及び図８に示すグラフの中から作陶者の好みに応じていずれか１つのグラフを選択することができるように構成してもよい。
【００５９】
（８）上記実施例では、回路をブロック図で示し、ハードウエアの回路として説明したが、同じ機能を達成するように、ソフトウェアで構成してもよいことは言うまでも無い。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、モータの回転速度は、モータに加えられるトルクの大きさに拘わらず、指令速度に応じた一定の速度に保つことができる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、回転テーブルを滑らかに駆動させることができるとともに、応答性をよくすることができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、モータの応答性を向上させることができる。
【００６３】
請求項４記載の発明によれば、より正確にモータの回転速度を指令速度に一致させることができる。
【００６４】
請求項５記載の発明によれば、回転テーブルの速度設定が作陶者のフィーリングにより一致させることができる。
【００６５】
請求項６記載の発明によれば、回転テーブルの速度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式ろくろ装置の一実施形態の外観図である。
【図２】図１に示す電動式ろくろ装置の断面図である。
【図３】本発明に係る電動式ろくろ装置の主要部分を示したブロック図である。
【図４】指令速度と、ペダルが出力する電圧信号との関係を示すグラフである。
【図５】図３のブロック図に示す駆動回路の詳細を示した図である。
【図６】電動式ろくろ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】指令速度と、ペダルが出力する電圧信号との関係を示すグラフである。
【図８】指令速度と、ペダルが出力する電圧信号との関係を示すグラフである。
【図９】負荷と回転数との関係を示すグラフである。
【図１０】負荷と回転数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 回転テーブル
３ ペダル
４ レバー
６ ストッパー
７ 電源ケーブル
２１ ロータリーエンコーダ
１２ ステータ
１３ ロータ
１４ モータ軸
３０ モータ
４０ ホールセンサ
５０ 速度検出部
６０ 位置検出部
９０ 減算部
１００ ＰＩ制御部
１０１ 比例部
１０２ 積分部
１０３ 加算部
１１０ インバータ
１２０ 駆動回路
１３０ 比較部
【発明の属する技術分野】
本発明は、陶芸などに用いられる電動式ろくろ装置に関し、特に、駆動源として、ＤＣブラシレスモータを使用した電動式ろくろ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陶芸界では、電気モータにより回転テーブルを回転させる電動式のろくろ装置が広く普及している。電動式ろくろ装置は、粘土を載置するための回転テーブルと、回転テーブルを駆動するためのモータと、モータの速度を調節するための速度調整用のペダルと、速度調整用ペダルの踏み込み位置に応じてモータの回転速度を制御する駆動制御部とを備えており、駆動制御部は、速度調整用のペダルの踏み込み量に応じた速度でモータの回転を行わせるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
作陶作業においては、回転テーブル上に粘土を載置し、回転テーブルを回転させながら、粘土の形を整えていく。しかしながら、粘土に与える力が回転テーブルの回転負荷として作用する結果、作業中に回転テーブルの速度が変動することとなり、作陶作業上好ましくない状況になる。従って、作業者はその都度、所望する速度に戻るようにペダルの踏み込み量を微妙に調節することを強いられるが、この作業は熟練を要するため、必ずしも容易ではない。
【０００４】
また、従来の電動式ろくろ装置において、ブラシレスＤＣモータを使用するタイプのものでは、ホールセンサによりロータマグネットの磁極が切り替わる時点を検出し、この時点でコイルへ流す電流を切り替えるタイミングを決定するだけのものであったため、回転テーブルを滑らかに回転させることが一定の限界があった。特に、ロータの回転速度が低速に変動移行した場合、電流切り替えとモータの回転との同期ずれが顕著となって、脱調現象が生じ、ロータが瞬間的に停止する事態が発生して作陶途中の作品を崩してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、回転テーブルへ加わる回転負荷の変動に対して可及的に速度安定性を維持し得る電動式ろくろ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動式ろくろ装置は、粘土が載置される回転テーブルを駆動するモータと、外部から操作可能な操作部と、前記操作部への操作量に応じた指令速度を設定する速度設定手段と、前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記指令速度と前記検出速度の差分に対応した速度制御信号を生成する速度制御信号生成手段と、前記速度制御信号のレベルを０に近づける駆動信号を生成し、前記モータに供給するモータ駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、速度検出手段により検出されたモータの回転速度が、フィードバックされ、速度制御信号生成手段により操作部を介して入力された速度指令と検出速度との差分から速度制御信号が生成される。そして、モータ駆動制御手段により、速度制御信号のレベルが０に近づくような駆動信号が生成され、モータに供給され、回転テーブルの回転速度は、操作部を介して入力された指令速度となるように制御される。その結果、モータの回転速度は、回転テーブルに加えられる負荷の大きさに拘わらず、一定の指令速度に保たれる。
【０００８】
また、前記モータに、ステータと、該ステータに対向する多極のロータマグネットを有するＤＣブラシレスモータを採用し、前記ステータに対する相対的な前記ロータの位置を前記ロータマグネットの磁極配列ピッチより細かい分解能で検出する位置検出手段を備え、前記モータ駆動制御手段は、前記ロータマグネットの配列ピッチ間の位置に対応させて正弦波レベル信号を記憶するメモリと、前記メモリ内の正弦波であって、前記位置検出手段で検出された位置に対応したレベルの信号を読み出し、この読み出したレベル信号と前記速度制御信号とから駆動信号を生成することが好ましい。
【０００９】
この場合、位置検出手段により、ロータマグネットの磁極配列ピッチよりも細かな分解能でステータに対する相対的なロータの位置が検出され、その検出された位置に対応するレベル信号がメモリから読み出される。そして、モータ駆動制御手段により、レベル信号と指令速度値とから駆動信号が生成され、モータに供給される。そのため、モータは正弦波信号により駆動されることとなり、回転テーブルを滑らかに回転させることができる。さらに、ステータに対するロータの相対的な位置をロータマグネットの磁極配列ピッチよりも細かな分解能で検出しているため、指令速度に対する応答性が高まることとなる。
【００１０】
また、前記ロータは前記ステータの内側に配置されているものであることが好ましい。
【００１１】
この場合、モータの特性を示すＧＤ２の値が小さくなり、指令速度値の変化に対してモータの応答性が向上し、陶器の肉厚や形状を作陶者の所望するものにすることができる。
【００１２】
また、前記速度制御信号生成手段は、前記指令速度と前記検出速度の差分に比例制御及び積分制御の少なくとも一方を施すものであることが好ましい。
【００１３】
この場合、指令速度と速度検出信号との差分に少なくとも比例制御及び積分制御のいずれか一方を施したものが速度制御信号として生成されるため、速度制御信号のゲインが高められ、より正確にモータの回転速度を指令速度に一致させることができる。
【００１４】
また、前記速度設定手段は、前記操作量と指令速度との間に、非線形の特性を持たせてもよい。
【００１５】
この場合、例えば、操作量に対してその値が指数関数的に増大するような関数に基づいて指令速度を出力すれば、回転テーブルの速度設定が作陶者のフィーリングにより一致するものとすることができる。
【００１６】
また、前記速度差設定手段は、前記検出速度と前記指令速度との位相を比較することにより前記速度制御信号を生成するＰＬＬ回路により構成してもよい。この場合、回転テーブルの速度安定性が向上するため、例えば速度安定性が要求される大皿の作陶が行いやすくなる。
【００１７】
更に、前記モータ駆動制御手段に、モータ駆動電流を発生する駆動回路と、モータに供給される電流を検出する検出回路と、許容されるモータ駆動電流の上限値を記憶する上限電流記憶部と、検出回路によって検出された電流値と上限電流記憶部に記憶された電流値とを比較する比較手段を備え、比較手段の出力を駆動回路にフィードバックして、駆動回路から出力されるモータ駆動電流を制御することにより、所謂、電流ループ式のモータ速度制御が行える。
【００１８】
又、前記モータ駆動制御手段に、モータ駆動電流を発生する駆動回路と、モータ駆動のためのパルス信号を生ずるパルス信号発生部と、パルス信号のパルス幅を制御するパルス幅制御部と、許容されるモータ駆動電流の上限値を記憶する上限電流記憶部と、駆動回路の電流と上限電流記憶部に記憶された上限電流値とを比較しその結果に基づいて駆動回路を制御する制御部と、パルス幅制御部とパルス信号発生部との間に設けられ、パルス信号発生部の電圧が所定値以下か否かを検出し、以下のときはそのままの信号を通し、所定値よりも大きなときには、その所定値の電圧にするリミッターを備えることにより、モータ駆動回路を安価に構成することが出来、しかも、負荷が所定値以上かかって、モータの回転が不安定になると共に、異常音が発生する前に、モータを減速して、作陶者に負荷が大きすぎることを気付かせることが出来る。
【００１９】
更に、操作部と速度設定手段との間には、操作量に対する電気的出力量を増幅する増幅手段を設ければ、操作部の微妙な動きに対して、回転テーブルの回転速度が敏感に反応し、操作性が向上する。尚、この増幅手段としては、相サブに歯車等の機械的増速手段を設けてもよいし、電気的に処理してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図１は、本発明に係る電動式ろくろ装置の一実施形態を示す外観図である。図１において、電動式ろくろ装置は、ハウジング１と、その上部で垂直軸周りに回転可能に設けられた回転テーブル２とを備えると共に、ハウジング１は、その側面下側に回動自在に軸支された速度調整用のペダル３と、側面適所に設けられた電源スイッチ５と、底面所定位置に設けられた固定用のストッパ６と、電源スイッチ５の上側に設けられた回転テーブル２の回転方向を切り替えるためのスイッチ８とを備える。電源スイッチ５の下側には電源ケーブル７の引出口が形成されている。
【００２１】
ペダル３は作業者の足が載置し得る形状を有し、その下端部で軸支されている図略の水平軸と供回り可能に支持されている。図略の水平軸にはハウジング１内部でポテンショメータに歯車増速機構を介して連結され、ペダル３の踏み込み量が増速され、それに応じた電圧を発生するようになっている。これにより、ペダル３の踏み込み量の変化に対する、出力電圧の変化が大きくなり、操作性が向上する。レバー４は、手によって操作され、ペダル３と同じ働きをする。
【００２２】
図２は、図１に示す電動ろくろ装置の側面断面図である。図２に示すように、電動式ろくろ装置は、ハウジング１内にモータ１１が立直姿勢で取り付けられている。モータ１１はステータ１２と、これと同軸で内側に配設されたロータ１３とから構成されるＤＣブラシレスタイプのモータである。ステータ１２は下側開口のカップ状のステータハブ１２１と、ステータハブ１２１の内周面に配列されたＵ、Ｖ及びＷの３相からなるコイル１２２とから構成される。ロータ１３は、上方開口のカップ状のロータハブ１３１と、ロータハブ１３１のフランジ部上面に、Ｓ及びＮ極が交互に配列され、コイル１２２と対向するように配設されたロータマグネット１３２とから構成される。本実施例において、ロータマグネットは、２０極で形成されている。ハウジング１の上面には、貫通孔１ａが先行され、ここにボールベアリング１４１が設けられ、このボールベアリング内にハウジング１の上面から鉛直に露出するモータ軸１４が軸支されている。モータ軸１４の上部には回転テーブル２が供回り可能に取り付けられている。
【００２３】
ハウジング１の上面には、モータ軸１４が貫通されたホルダー１８が、例えば２本のボルト１６によって締結されている。モータ軸１４の上であって、ホルダー１８の上側には、回転テーブル２はボルト１９により、装置本体に取り付けられている。さらに、モータ軸１４の下端には、ロータ１３の位置を検出するためのロータリーエンコーダ２１が取り付けられている。尚、このロータリーエンコーダは、機械式、光学式のいずれでもよく、又、設ける位置も図示の例に限らず、例えば、モータ軸１４の中間部でもよい。
【００２４】
ロータリーエンコーダ２１は、位置検出部６０が、ロータ１３の位置をロータマグネット１３２の磁極配列ピッチよりも細かな分解能で検出するためのパルス信号を生成するもので、ロータマグネット１３２の磁極配列ピッチ間を例えば１００パルスで検出することが可能である。
【００２５】
モータ１１は、ロータ１３がステータ１２の内側に配設されたインナーロータ式のＤＣブラシレスモータであり、モータ軸１４によって、回転テーブルを直接回転させるＤＤ（ダイレクトドライブモータ）である。
【００２６】
以上のように構成された電動式ろくろ装置は、コイル１２２に励磁電流が通電されると、ステータ１２のコイルに磁界が発生し、この磁界とロータマグネットの磁力との相互作用によりロータ１３及びモータ軸１４が回転され、その結果、モータ軸１４に接続された回転テーブル２が回転する。
【００２７】
ステータの適所には、所定数、例えば３つのホールセンサ４０（図３参照）が取り付けられている。ホールセンサ４０は、ロータマグネットの磁極の切り替わりを検出することにより、ステータ１２対するロータマグネット１３２の相対的な位置を検出するものである。
【００２８】
図３は、本ろくろ装置の回転駆動系のブロック図を示している。この回転駆動系は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、ＣＰＵは各機能部の処理を実行する。
【００２９】
速度検出部５０は、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号のエッジを順次検出し、その検出周期からモータ３０の回転速度を算出する。
【００３０】
位置検出部６０は、カウンタなどを備え、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号とホールセンサ４０から出力されたパルス信号を基に、ロータ１３の位置を求める。具体的には、位置検出部６０は、ホールセンサ４０から出力されたパルス信号のエッジを検出すると、カウンタをリセットし、ロータリーエンコーダ２１から出力されるパルス信号のカウントを開始し、そのカウント値を出力する。このカウント値は、ホールセンサ４０が検出したロータマグネット１３２の位置を基準とした、ロータリーエンコーダ２１が出力するパルス信号のパルス数である。そのため、ロータリーエンコーダ２１が出力するパルス信号のパルス数をカウントすれば、ロータ１３の位置を特定することができる。なお、位置検出部６０は、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号の周波数を例えば４逓倍したものをカウントすることによりロータ１３の位置をより高い精度（分解能）で検出してもよい。
【００３１】
速度設定部７０は、ＲＯＭには、ペダル３から出力された電圧信号と、電圧信号のレベルに応じて定められた指令速度値とが対応づけて記憶されている。速度設定部７０は、ペダル３から出力された電圧信号を受信すると、その電圧信号のレベルに対応する指令速度値をＲＯＭから読み出す。本実施形態では、図４に示すように、電圧信号のレベルが増大するにつれてその値が線形的に増大するような関数に基づいて、指令速度値が設定されている。
【００３２】
指令速度判断部８０は、速度設定部７０からの指令速度値を受信して、指令速度値のレベルを予め定められた第１の閾値及び第１の閾値よりも小さな第２の閾値と比較することにより、モータ３０の回転速度を０とするような励磁信号を出力し、あるいは、モータ３０への励磁を停止させるものである。インバータ１１０は、比較量に応じた指令速度値のレベルが第１の閾値よりも低くなると、インバータ１１０に対して、回転テーブル２の回転速度が０となるような励磁信号を出力するように指示し、また、指令速度値のレベルが第２の閾値よりも低くなると、インバータ１１０に対して、コイル１２２への励磁を停止させるように指示する。
【００３３】
減算部９０は、ペダル３のポテンショメータより出力される指令速度と速度検出部５０より出力される検出速度との差分を算出し、この差分をＰＩ制御部１００に出力する。
【００３４】
ＰＩ制御部１００は、検出速度と指令速度との差分を所定倍する比例部１０１と、比例部１０１から出力された信号を積分する積分部１０２と、比例部１０１及び積分部１０２から出力された信号を加算する加算部１０３とを備え、指令速度値と検出速度とをより正確に一致させるために速度制御信号のゲインの増大などを行う。
【００３５】
インバータ１１０は、位置検出部６０が検出するロータ１３の位置（カウント値）に対する正弦波形の振幅値を記憶するメモリ１１０１と、メモリ１１０１からの３相ＵＶＷの出力値とＰＩ制御部１００からの制御速度値とを乗算する３個の乗算部１１０２と、乗算部１１０２からの各出力値をアナログ信号に変換する３個のＰＷＭ制御部１１０３とを備え、これにより各相の電圧を制御して、正弦波状に電流を制御している。
【００３６】
なお、上記正弦波形に代えて、正弦波に高次高調波を含んだ波形であっても良い。また、インバータ１１０は、指令速度判断部８０からコイル１２２への励磁を停止させるように指示されると、駆動回路１２０に対する励磁信号の出力を停止する。
【００３７】
駆動回路１２０は、３相ＵＶＷの各相の通電をスイッチングする、正負両極分の合計６個のスイッチング素子を備え、モータ３０の３相のコイル１２２Ｕ、１２２Ｖ及び１２２Ｗへの正逆方向への通電、遮断を行うことで、モータに理想的な正弦波駆動に近い形での円滑回転を実現するものである。
【００３８】
駆動回路１２０は、図５に示すように、Ｕ相のコイルを駆動するためのスイッチング素子ＵＨ及びＵＬと、Ｖ相のコイルを駆動するためのスイッチング素子ＶＨ及びＶＬと、Ｗ相のコイルを駆動するためのスイッチング素子ＷＨ及びＷＬとを備える。スイッチング素子ＵＨ、ＶＨ及びＷＨとしては、例えばｐｎｐ型のバイポーラトランジスタが採用され、スイッチング素子ＵＬ、ＶＬ及びＷＬとしては、例えばｎｐｎ型のバイポーラトランジスタが採用される。インバータ１１０から出力される励磁信号ＵＨＧ及びＵＬＧはそれぞれスイッチング素子ＵＨ及びＵＬのベース端子に入力され、励磁信号ＶＨＧ及びＶＬＧはそれぞれスイッチング素子ＶＨ及びＶＬのベース端子に入力され、励磁信号ＷＨＧ及びＷＬＧはそれぞれスイッチング素子ＷＨ及びＷＬのベース端子に入力される。各スイッチング素子ＵＨ〜ＷＬは、それぞれ対応する励磁信号がベース端子に入力されるとオン状態となり、コイル１２２に駆動信号を出力する。なお、上記説明はスイッチング素子としては、バイポーラトランジスタで行ったがそれ以外のトランジスタ、例えば電界効果型のトランジスタその他のスイッチング素子を採用してもよい。
【００３９】
比較部１３０は、コイル１２２への過剰な電力供給を防止するものであり、駆動回路１２０から出力される駆動信号を、予め上限電流記憶部１４０に記憶された上限電流値と比較することにより、駆動信号のレベルが上限電流値以下となるように、駆動電流の上限値を制限する。
【００４０】
上記実施形態では、速度設定部７０が速度設定手段に該当し、インバータ１１０及び駆動回路１２０が駆動制御手段に該当し、ロータリーエンコーダ２１及び位置検出部６０が位置検出手段に該当し、ロータリーエンコーダ２１及び速度検出部５０が速度検出手段に該当する。
【００４１】
図６は、本電動式ろくろ装置の動作を示すタイミングチャートであり、（ａ）はホールセンサ４０から出力されるＵ、Ｖ及びＷ相のパルス信号ＨＵ、ＨＶ及びＨＷを示し、（ｂ）はインバータ１１０から出力される励磁信号ＵＨＧ、ＵＬＧ、ＶＨＧ、ＶＬＧ、ＷＨＧ及びＷＬＧを示している。
【００４２】
モータ３０の駆動が開始され、ホールセンサ４０によりいずれかのロータマグネット１３２の位置が検出されると、検出されたロータマグネット１３２に対応するパルス信号ＨＵ、ＨＶ及びＨＷのいずれかが出力される。また、位置検出部６０は、ホールセンサ４０から出力されるパルス信号を受信すると、カウンタをリセットし、ロータリーエンコーダ２１から出力されるパルス信号のカウントを開始し、そのカウンタ値（位置情報）をインバータ１１０に出力する。このカウンタ値を受信したインバータ１１０は、メモリ１１０１を参照し、受信したカウンタ値に対応する出力値（正弦波の振幅）を読み取る。そして、読み取った出力値（正弦波の振幅）をＰＩ制御部１００から出力された速度制御信号と乗算し、乗算した値を三角波と比較することにより、パルス信号を生成し、このパルス信号を励磁信号として、駆動回路１２０に出力する。駆動回路１２０は、励磁信号を受信すると、スイッチング素子をオンにし、コイル１２２に駆動信号を出力する。そして、この駆動信号によりコイル１２２は励磁され、ロータ１３及びステータ１２間に磁界が発生し、この磁界によりロータ１３が回転する。
【００４３】
上述したようにインバータ１１０は、速度制御信号とメモリ１１０１の出力値とを乗算することにより励磁信号を生成しているため、ペダル３から出力される指令速度値のレベルに対して速度検出部５０から出力される検出速度のレベルが小さいほど、モータ３０の回転速度を高速にするような励磁信号を生成する。そのため、モータ３０に加えられるトルクに拘わらず、モータ３０の回転速度が指令速度となるように制御される。その結果、作陶者は、回転テーブル２の速度を一定に保つために、粘土へ加える力加減に応じてペダル３の踏み込み位置を調節しなくとも、回転テーブルの回転速度が一定に保たれ、陶器の肉厚を一定にすることができる。
【００４４】
さらに、ロータリーエンコーダ２１により、ロータ１３の位置がロータマグネット１３２の配列ピッチよりも細かい分解能で検出され、インバータ１１０により、その位置に応じた振幅レベルの正弦波信号が励磁信号として出力され、その励磁信号を基に、モータ３０が駆動されるため、モータ３０を滑らかに回転させることができる。
【００４５】
さらに、ＰＩ制御部１００により誤差検出信号のゲインが増大されるため、より正確に回転テーブルの回転速度を指令速度に一致させることができる。
【００４６】
さらに、モータ３０としてインナー式のロータを使用しているため、ＧＤ２の値が小さくなり、モータ３０の応答性を向上させることができる。
【００４７】
ここで、上記実施例では、駆動回路１２０の出力電流を上限電流記憶部の電流値と比較して比較結果を駆動回路１２０にフィードバックする電流ループ方式で、モータの駆動を制御していたが、この時、駆動回路１２０の出力から取り出す電流を制御回路で処理できるような電圧レベルに変換する変換回路が必要になりコストが上昇する。
【００４８】
モータへの配線から電流値を取り出す替わりに、駆動回路１２０の電流を取り出して比較回路１３０に入力し、その比較結果を駆動回路１２０にフィードバックするようにすれば、ラフな電流制御になるが、コストを節約出来る。しかしながら、作陶時に負荷が増大し、図９のＢ領域になると、異常音が発生し、モータの出力トルクが不安定になる。これは、Ａ領域では、負荷が増大しても、モータの回転数を維持するために必要なＰＭＷ制御が出来るが、Ｂ領域では、負荷トルクが大きすぎてクリッパ回路がチョッパのキャリア周波数と非同期で働くためである。
【００４９】
そこで、ＰＩ制御部１００とインバータ１１０との間に、リミッターを設け、ＰＩ制御部の出力電圧が所定の制限値よりも大きいか否かを判断し、制限値以下の場合には、その出力をそのままインバータ１１０に出力し、大きい場合には、制限値に対応する電圧をインバータ１１０に出力する。そのようにして、ＰＷＭのデューティ、即ちパルス幅を所定の上限値に制限する。その結果、モータは、そのパルス幅で出すことが出来る負荷トルクと回転数との関係を維持しながら自動的に、図１０に示した点線ｃに沿って回転数が下がることになる。このように、異常音が発生するＢ領域に行く前に、モータの回転数が下がることにより、作陶者は、負荷がかけ過ぎで、それ以上更に負荷をかけると異常音が出ることを事前に気付く。又、リッミッターを設けなかったときのように、定格トルク値（ａ点）に達して突然にトルクが不安定になるのに比べて、徐々に減速してトルク抜けの状態になった方が、安定した操作感がある。更に、制限電圧値を更に低く設定し、図１０の点線ｄに沿って回転数が下がるようにすれば、異常音発生領域Ｂに行くことも無くなる。
【００５０】
上記説明において、図９、図１０は、上記コスト節減方式のモータ駆動制御における負荷トルクとモータ回転数との関係を示し、図には表れていないが、モータの回転数を一定に維持しながら、負荷が大きくなると、モータの消費電流は増加する。所定の負荷までは、モータの回転数を維持することができるが、ある点（図のａ点）を越えると異常音が発生し、モータの回転が不安定になり、減少していくことを示している。
【００５１】
なお、本発明は、以下の態様を採ることができる。
【００５２】
（１）上記実施形態では、モータ３０としてＤＣブラシレスのＤＤモータを採用したが、これに限定されず、ＤＤモータ以外のモータを使用してもよい。
【００５３】
（２）上記実施形態では、インナーロータ式のモータを使用したが、これに限定されず、アウターロータ式のモータを採用してもよい。
【００５４】
（３）上記実施形態では、減算部９０とＰＩ制御部１００とを用いて速度制御信号を生成したが、これに限定されず、減算部９０及びＰＩ制御部１００に代えてＰＬＬ回路を接続してもよい。ＰＬＬ（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋ ｌｏｏｐ）回路を接続することにより、速度安定性が更に向上するため、速度ムラを低減することができ、低速回転が要求される大皿などの作陶が行いやすくなる。
【００５５】
（４）上記実施形態では、速度検出部５０は、ロータリーエンコーダ２１から出力されたパルス信号から検出速度を生成したが、これに限定されず、ホールセンサ４０から出力されたパルス信号から検出速度を生成してもよい。
【００５６】
（５）上記実施形態では、インバータ１１０は、正弦波信号を出力するものであったが、これに限定されず、パルス信号を出力するものであってもよい。
【００５７】
（６）上記実施形態では、ＰＩ制御部１００は、比例部１０１と積分部１０２とで構成されているが、これに限定されず、比例部１０１あるいは積分部１０２のいずれか一方のみにより構成してもよい。また、比例部１０１と積分部１０２に対して更に、微分部を接続して、ＰＩＤ制御により速度制御信号を生成してもよい。
【００５８】
（７）上記実施形態では、指令速度判断部８０は、ペダル３から出力される電圧信号のレベルが増大するにつれてその値が線形的に増大するような関数に基づいて、指令速度値を設定しているが、これに限定されず、例えば図７に示すように、ペダル３から出力される電圧信号のレベルが増大するにつれてその値が指数関数的に増大するような関数に基づいて、指令速度値を設定してもよい。さらには、図８に示すように、ペダル３から出力される電圧信号のレベルが低い領域では、その値が、緩慢なカーブを描いて上昇し、電圧信号のレベルが中間の領域ではその値がほぼ平坦に変化し、電圧信号のレベルが高い領域では、その値がほぼ直線状に上昇するような関数に基づいて指令速度値を設定してもよい。これにより、ペダルの踏み込み位置とその踏み込み位置に対する回転テーブル２の回転速度とが、作陶者のフィーリングに一致するものとなり、操作性を向上させることができる。また、図４、図７及び図８に示すグラフの中から作陶者の好みに応じていずれか１つのグラフを選択することができるように構成してもよい。
【００５９】
（８）上記実施例では、回路をブロック図で示し、ハードウエアの回路として説明したが、同じ機能を達成するように、ソフトウェアで構成してもよいことは言うまでも無い。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、モータの回転速度は、モータに加えられるトルクの大きさに拘わらず、指令速度に応じた一定の速度に保つことができる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、回転テーブルを滑らかに駆動させることができるとともに、応答性をよくすることができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、モータの応答性を向上させることができる。
【００６３】
請求項４記載の発明によれば、より正確にモータの回転速度を指令速度に一致させることができる。
【００６４】
請求項５記載の発明によれば、回転テーブルの速度設定が作陶者のフィーリングにより一致させることができる。
【００６５】
請求項６記載の発明によれば、回転テーブルの速度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式ろくろ装置の一実施形態の外観図である。
【図２】図１に示す電動式ろくろ装置の断面図である。
【図３】本発明に係る電動式ろくろ装置の主要部分を示したブロック図である。
【図４】指令速度と、ペダルが出力する電圧信号との関係を示すグラフである。
【図５】図３のブロック図に示す駆動回路の詳細を示した図である。
【図６】電動式ろくろ装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】指令速度と、ペダルが出力する電圧信号との関係を示すグラフである。
【図８】指令速度と、ペダルが出力する電圧信号との関係を示すグラフである。
【図９】負荷と回転数との関係を示すグラフである。
【図１０】負荷と回転数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 回転テーブル
３ ペダル
４ レバー
６ ストッパー
７ 電源ケーブル
２１ ロータリーエンコーダ
１２ ステータ
１３ ロータ
１４ モータ軸
３０ モータ
４０ ホールセンサ
５０ 速度検出部
６０ 位置検出部
９０ 減算部
１００ ＰＩ制御部
１０１ 比例部
１０２ 積分部
１０３ 加算部
１１０ インバータ
１２０ 駆動回路
１３０ 比較部
Claims (9)
- 粘土を載置する回転テーブルを駆動するモータと、
外部から操作可能な操作部と、前記操作部への操作量に応じた指令速度を設定する速度設定手段と、
前記モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記指令速度と前記検出速度の差分から速度制御信号を生成する速度制御信号生成手段と、
前記速度制御信号のレベルを０に近づける駆動信号を生成し、前記モータに供給するモータ駆動制御手段とを備えることを特徴とする電動式ろくろ装置。 - 前記モータは、ステータと、該ステータに対向する多極のロータマグネットを有するＤＣブラシレスモータで構成し、ステータに対する相対的な前記ロータマグネットの位置を前記ロータマグネットの磁極配列ピッチより細かい分解能で検出する位置検出手段を備え、前記モータ駆動制御手段は、前記ロータマグネットの配列ピッチ間の位置に対応させて正弦波レベル信号を記憶するメモリと、前記メモリ内の正弦波であって、前記位置検出手段で検出された位置に対応したレベルの信号を読み出し、この読み出したレベル信号と前記速度制御信号とから駆動信号を生成することを特徴とする請求項１記載の電動式ろくろ装置。
- 前記ロータは前記ステータの内側に配置されているものであることを特徴とする請求項１又は２記載の電動式ろくろ装置。
- 前記速度制御信号生成手段は、前記指令速度と前記検出速度の差分に比例制御及び積分制御の少なくとも一方を施すものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動式ろくろ装置。
- 前記速度設定手段は、前記操作量と指令速度との間に、非線形の特性を持たせたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動式ろくろ装置。
- 前記速度差設定手段は、前記検出速度と前記指令速度との位相を比較することにより前記速度制御信号を生成するＰＬＬ回路により構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動式ろくろ装置。
- 前記モータ駆動制御手段は、モータ駆動電流を発生する駆動回路と、モータに供給される電流を検出する検出回路と、許容されるモータ駆動電流の上限値を記憶する上限電流記憶部と、検出回路によって検出された電流値と上限電流記憶部に記憶された電流値とを比較する比較手段を備え、比較手段の出力を駆動回路にフィードバックして、駆動回路から出力されるモータ駆動電流を制御することを特徴とする請求項１記載の電動式ろくろ装置。
- 前記モータ駆動制御手段は、モータ駆動電流を発生する駆動回路と、モータ駆動のためのパルス信号を生ずるパルス信号発生部と、パルス信号のパルス幅を制御するパルス幅制御部と、許容されるモータ駆動電流の上限値を記憶する上限電流記憶部と、駆動回路の電流と上限電流記憶部に記憶された上限電流値とを比較しその結果に基づいて駆動回路を制御する制御部と、パルス幅制御部とパルス信号発生部との間に設けられ、パルス信号発生部の電圧が所定値以下か否かを検出し、以下のときはそのままの信号を通し、所定値よりも大きなときには、その所定値の電圧にすることによりモータにかかる負荷が異常音発生領域に達する前モータを減速するリミッターを備えたことを特徴とする請求項１記載の電動式ろくろ装置。
- 操作部と速度設定手段との間には、操作量に対する電気的出力量を増幅する増幅手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電動式ろくろ装置。
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