JP2007159708A - Motor control device of sewing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、縫い針を駆動するDCモータの電源が布送り部を駆動するパルスモータの電源と共通したミシンのモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device for a sewing machine in which a power source of a DC motor that drives a sewing needle is in common with a power source of a pulse motor that drives a cloth feeding unit.
ミシンには縫い針を駆動するモータが設けられ、このモータを制御装置によって制御することによって縫い針が上下に動作する(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。また、ミシンには布を送る布送り部が設けられ、この布送り部を駆動するモータが縫い針を駆動するモータとは別に設けられている。一般的に、縫い針を上下動するモータにはDCモータが用いられる。一方、布送り部を駆動するモータにはパルスモータが用いられ、布を高精度で位置決め出来るようになっている。
The sewing machine is provided with a motor for driving the sewing needle, and the sewing needle moves up and down by controlling the motor with a control device (see, for example, Patent Document 1,
従来のミシンでは、DCモータの電源とパルスモータの電源が共通している。図5の従来のモータ制御装置のように、DCモータ141の回転速度がエンコーダ156によって検出され、CPU151が検出回転速度に従ってPWM(Pulse Width Modulation)信号をスイッチングトランジスタ153に出力すると、スイッチングトランジスタ153がPWM制御信号のデューティ比に応じたスイッチングを行うことで、DCモータ141の回転速度が制御され、縫い針が上下動する。また、縫い針が上昇するタイミングでCPU151が制御信号をパルスモータドライバ152に出力すると、パルスモータ142が制御信号に応じた角度だけ回転し、これにより布が所定距離だけ送られる。
ところで、DCモータ141がPWM制御により駆動されているときには、負荷トルクと電源ユニット155からDCモータ141に流れる電流値は比例関係にある。そのため、DCモータ141の動作中に縫い針からDCモータ141に負荷がかかると、DCモータ141に供給される電流が上昇する。このとき、電源ユニット155は商用トランスを使用して整流して安定化電源を作っている場合と、一次側電力をスイッチングして安定化電源を作っている場合も出力インピーダンスがあるので安定化できる許容電流を越えると、電源ユニット155からDCモータ141に印加される電圧が徐々に低下し、パルスモータドライバ152に印加される電圧も低下する。そのため、パルスモータドライバ52に印加される電圧がパルスモータ142の動作可能な電圧よりも低下すると、パルスモータ142が脱調する。
パルスモータ142の脱調を防止するために、電源ユニット155を高出力のものにしたり、DCモータ141の電源とパルスモータ142の電源を別々にしたりしたものとしても、コスト高となる。
By the way, when the
In order to prevent the step-out of the
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、DCモータとパルスモータに共通の電源を用いてDCモータ及びパルスモータに供給する電力が電源の定格を越えたものとしても、パルスモータの脱調を防止することができるミシンのモータ制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is assumed that the power supplied to the DC motor and the pulse motor using a common power source for the DC motor and the pulse motor exceeds the rating of the power source. Another object of the present invention is to provide a sewing machine motor control device capable of preventing the step-out of the pulse motor.
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、縫い針を駆動するDCモータ及び布送り部を駆動するパルスモータに電力を供給する電源ユニットと、前記DCモータをPWM制御して、前記電源ユニットの電力で前記DCモータを駆動するPWM制御手段と、前記電源ユニットによって前記DCモータに印加される電圧が所定閾値以下になっている時間を計時する計時手段と、前記計時手段による計時時間が所定時間を経過した場合に、前記PWM制御手段によるPWM制御を停止する停止手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the invention according to claim 1 is configured to perform PWM control on a DC motor that drives a sewing needle and a power supply unit that supplies power to a pulse motor that drives a cloth feed unit, and the DC motor. PWM control means for driving the DC motor with the power of the power supply unit, time measuring means for measuring the time during which the voltage applied to the DC motor by the power supply unit is below a predetermined threshold, and the time measuring means And a stop means for stopping the PWM control by the PWM control means when a predetermined time has elapsed.
請求項1に記載の発明においては、PWM制御によるDCモータの動作中にDCモータに負荷がかかり、電源ユニットからDCモータに供給される電流が上昇して電源ユニットの定格電流を越えると、電源ユニットからDCモータに印加される電圧が低下する。そして、電源ユニットからDCモータに印加される電圧が低下して所定閾値以下になり、その状態が所定時間だけ続くと、DCモータのPWM制御が停止手段により中断される。そのため、DCモータが停止され、パルスモータの脱調を防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, when a load is applied to the DC motor during the operation of the DC motor by PWM control and the current supplied from the power supply unit to the DC motor rises and exceeds the rated current of the power supply unit, the power supply The voltage applied from the unit to the DC motor decreases. Then, when the voltage applied from the power supply unit to the DC motor falls below a predetermined threshold value and this state continues for a predetermined time, the PWM control of the DC motor is interrupted by the stopping means. Therefore, the DC motor is stopped and the step-out of the pulse motor can be prevented.
また、請求項2に記載の発明は、前記所定閾値及び前記所定時間は、ミシンの縫いモードと自動下糸巻きモードで異なることを特徴とする。
The invention according to
請求項2に記載の発明によれば、自動下糸巻きモードでDCモータの駆動を停止してしまうと所定巻き量がえられなくなり、作業者は再度全ての作業のやり直しをしなければならないが、所定閾値及び所定時間が縫いモードと自動下糸巻きモードで異なり、縫いモードよりも自動下糸巻きモードでDCモータの駆動を停止する基準を低くすることで、そのような作業のやり直しをする可能性が低くなる。
According to the invention described in
本発明によれば、電源ユニットの定格を大きくしなくても、更に、パルスモータとDCモータの電源を別々にしなくとも、パルスモータの脱調を防止することができ、ミシンの製造コストを抑えることができる。
また、パルスモータの脱調を防止することができるので、布に対する縫い針の下降位置のズレが起こらず、縫製不良を防止することができる。
According to the present invention, the step-out of the pulse motor can be prevented without increasing the rating of the power supply unit and the power supply of the pulse motor and the DC motor are not separated, and the manufacturing cost of the sewing machine can be reduced. be able to.
Further, the step-out of the pulse motor can be prevented, so that the lowering position of the sewing needle with respect to the cloth does not shift and the sewing failure can be prevented.
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
図1、図2に示すように、刺繍ミシン1のミシンベッド11が下部に位置し、ミシン胴部12がミシンベッド11の一端部から上方に立ち上げられ、ミシンアーム13がミシン胴部12の上方からミシンベッド11に沿うように延設されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ミシンアーム13の先端側となるミシン頭部13aには、縫い針14及び布押え16が下方に延出するよう設けられ、この縫い針14が上下動可能とされている。縫い針14は針棒、クランク機構等を介して上軸に連結され、この上軸がミシンアーム13内に設けられている。上軸は伝動機構を介してDCモータ41に連結され、DCモータ41によって縫い針14が上下動する。
A
縫い針14の下方においては、布送り部としての刺繍枠装着部18がミシンベッド11上に設けられ、この刺繍枠装着部18に対して刺繍枠17が着脱可能とされ、刺繍枠装着部18に装着された刺繍枠17によって布が縫い針14に対して垂直な平面に沿って張られる。刺繍枠装着部18は、前後方向(Y方向)に移動可能に設けられているとともに左右方向(X方向)に移動可能に設けられている。刺繍枠装着部18はX方向伝動機構を介してパルスモータ42に連結され、パルスモータ42によって布が刺繍枠装着部18及び刺繍枠17とともに左右方向に移動される。更に、刺繍枠装着部18はY方向伝動機構を介してパルスモータ43に連結され、パルスモータ43によって布が刺繍枠装着部18及び刺繍枠17とともに前後方向に移動される。
Below the
縫い針14の下方においては、釜装置がミシンベッド11内に設けられている。釜装置が下軸、伝動機構を介してDCモータ41に連結され、DCモータ41によって釜装置が駆動される。
Below the
釜装置内にはボビンが設けられ、ボビンに下糸が巻回されている。ミシンベッド11内には下糸巻装置が設けられ、下糸巻装置が伝動機構、クラッチ等を介してDCモータ41に連結されている。ボビン内の下糸がなくなった場合には、下糸巻装置とDCモータ41がクラッチによって接続され、DCモータ41によって下糸巻装置が駆動されると、下糸巻装置によって下糸がボビンに巻かれる。縫製中においては、下糸巻装置とDCモータ41が切断される。
A bobbin is provided in the hook device, and a bobbin thread is wound around the bobbin. A bobbin thread winding device is provided in the
図2に示すように、刺繍ミシン1のモータ制御装置50は、DCモータ41と、パルスモータ42,43と、CPU51と、パルスモータドライバ52,53と、記憶部54と、電源ユニット55と、エンコーダ56,57と、抵抗R1,R2と、トランジスタTrと、を備える。
As shown in FIG. 2, the
電源ユニット55は、DCモータ41、パルスモータ42及びパルスモータ43の共通の電源として用いられ、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に電力を供給する。
The
トランジスタTrは、CPU51のOUTポート51bに接続され、CPU51の制御信号に従ってDCモータ41と電源ユニット55との間のスイッチングを行う。
The transistor Tr is connected to the
パルスモータドライバ52は、CPU51のOUTポート51bに接続され、電源ユニット55の電力によってCPU51の制御信号に従ってパルスモータ42を駆動する。パルスモータドライバ53は、CPU51のOUTポート51bに接続され、CPU51の電源ユニット55の電力によって制御信号に従ってパルスモータドライバ53を駆動する。
The
電源ユニット55によってDCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が抵抗R1,R2で分圧された状態でCPU51のA/Dポート51cに入力される。なお、A/Dポート51cにはA/D変換器が設けられ、入力した電圧がA/D変換器によってサンプリングされてデジタル信号に変換される。
The voltage applied to the
エンコーダ56は、DCモータ41の回転速度を検出するものであり、検出した回転速度をCPU51のINポート51aに出力する。具体的には、DCモータ41が所定角度(例えば、1°)回転するごとにエンコーダ56からCPU51にパルス信号が入力され、これによりDCモータ41の回転速度が検出される。
The
エンコーダ57は、縫い針14の位置に対応した上軸の角度を検出するものであり、検出した角度をCPU51のINポート51aに出力する。具体的には、上軸が所定の回転角度になるごとにエンコーダ57からCPU51にパルス信号が入力され、これにより縫い針14の位置が検出される。
The
CPU51は、エンコーダ56から入力した回転速度をフィードバックし、DCモータ41の回転速度が一定になるようにDCモータ41をPWM制御するPWM制御手段として機能する。即ち、CPU51はエンコーダ56から入力した回転速度に従ったデューティ比のPWM制御信号をトランジスタTrに出力し、トランジスタTrがそのデューティ比に応じたスイッチングを行うことで、DCモータ41の回転速度が一定になるように制御される。
The
CPU51のPWM制御によりDCモータ41が駆動されているときに縫い針14が1回上下動する期間を1周期とすると、図3に示すように、記憶部54には、各周期でパルスモータ42を回転させるべき回転角度(前後方向への刺繍枠装着部18の送り距離に相当する。)が最初の周期から順にデータ列として格納されている。更に、記憶部54には、各周期でパルスモータ43を回転させるべき回転角度(左右方向への刺繍枠装着部18の送り距離に相当する。)が最初の周期から順にデータ列として格納されている。CPU51は、縫い針14の1周期ごとに、記憶部54から回転角度を読み出して、読み出した回転角度だけパルスモータ42,43を回転させる送り制御手段として機能する。即ち、CPU51が、記憶部54から読み出した回転角度に従った制御信号をパルスモータドライバ52,53に出力すると、パルスモータ42,43がそれぞれパルスモータドライバ52,53によって制御信号に従った回転角度だけ駆動される。なお、各周期において、CPU51が記憶部54から回転角度を読み出すタイミングと、CPU51がパルスモータドライバ52,53に制御信号を出力するタイミングは、エンコーダ57によって検出された回転角度、即ち、縫い針14の位置によって決まる。例えば、縫い針14が布に刺さるタイミングでエンコーダ57からCPU51にパルス信号が入力され、そのタイミングでCPU51が記憶部54から回転角度を読み込み、縫い針14が布から抜けるタイミングでエンコーダ57からCPU51にパルス信号が入力され、そのタイミングでCPU51が読み込んだ回転角度に従った制御信号をパルスモータドライバ52,53に出力する。
Assuming that the period during which the
なお、自動下糸巻きモードでは、即ちDCモータ41の動力がクラッチにより接続されて下糸巻装置に伝動するときには、CPU51が上述のようなパルスモータ42,43を回転させることを行わない。一方、刺繍縫いモードでは、即ちDCモータ41の動力がクラッチに遮断されて下糸巻装置に伝動しないときには、CPU51が上述のようなパルスモータ42,43を回転させることを行う。
In the automatic bobbin winding mode, that is, when the power of the
CPU51のPWM制御によりDCモータ41が駆動されているときであって刺繍縫いモードでは、CPU51は、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が第1閾値α以下となる時間を計時する計時手段として機能する。そして、計時時間が所定時間Aを経過した場合には、CPU51はPWM制御を停止してDCモータ41の駆動を中断する停止手段として機能する。CPU51の停止手段の機能の結果、エンコーダ57からパルス信号がCPU51に入力されないので、CPU51によるパルスモータ42,43の駆動も中断される。ここで、縫い針14が布に刺さっている状態をエンコーダ57によって検出されているときには、即ち、CPU51が記憶部54から回転角度を読み込んでいるときには、CPU51は、PWM制御の停止を遅延させ、読み込んだ回転角度に従った制御信号をパルスモータドライバ52,53に出力した後にPWM制御を停止する。
なお、第1閾値αは、パルスモータ142が動作可能な電圧以上であることが望ましい。
When the
The first threshold value α is preferably equal to or higher than a voltage at which the
CPU51のPWM制御によりDCモータ41が駆動されているときであって自動下糸巻きモードでは、CPU51は、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が第2閾値β(但し、第1閾値α>第2閾値β)以下となる時間を計時する計時手段として機能する。そして、計時時間が所定時間Bを経過した場合には、CPU51はPWM制御を停止してDCモータ41の駆動を中断する停止手段として機能する。なお、所定時間Bは所定時間Aよりも長い。
In the automatic bobbin winding mode when the
上述したようなCPU51の機能は、記憶部54に記憶されたプログラムをCPU51が実行することによって実現される。
The functions of the
ミシン1及びモータ制御装置50の動作について説明する。
まず、刺繍縫いモードについて説明する。CPU51はDCモータ41をPWM制御により駆動することで、DCモータ41が電源ユニット55の電力によって回転し、DCモータ41の回転速度を一定となるように保たれる。DCモータ41の回転により、縫い針14が上下動するとともに釜装置が駆動される。
Operations of the sewing machine 1 and the
First, the embroidery sewing mode will be described. The
縫い針14が下降して縫い針14が布に刺さるときに、エンコーダ57からパルス信号がCPU51に入力され、これによりCPU51が記憶部54から回転角度を読み込む。そして、縫い針14が上昇して縫い針14が布から抜けると、エンコーダ57からパルス信号がCPU51に入力され、CPU51が読み出した回転角度に従った制御信号をパルスモータドライバ52,53に出力する。これにより、縫い針14が布から抜け出てから次に布に刺さるまでの間に、刺繍枠17、刺繍枠装着部18及び布がパルスモータ42によって前後方向に移動されるとともにパルスモータ43によって左右方向に移動される。
When the
以上のように縫い針14が上下動を繰り返しつつ、縫い針14の上昇時に布が移動することが繰り返されると、縫い針14と釜装置の協働により縫い目が布に施される。
As described above, when the
CPU51のPWM制御によりDCモータ41が駆動されているときには、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧がCPU51によって第1閾値αと比較されている。ここで縫い針14の上下中に、布の抵抗、糸の張力等によって縫い針14に負荷がかかり始めるとする。CPU51のPWM制御によりDCモータ41が駆動されているときには負荷トルクとDCモータ41に流れる電流値は比例関係にあるため、縫い針14の負荷が急に重くなり始めると、図4に示すように、DCモータ41の駆動電流が上昇し、その駆動電流が電源ユニット55の定格を越えると、電源ユニット55によってDCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が低下する。そして、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が第1閾値α以下になっている時間をCPU51が計時し、その計時時間が所定時間Aを越えると、CPU51がPWM制御を停止してDCモータ41の駆動を中断する。ここで、記憶部54から回転角度がCPU51によって読み込まれた後に計時時間が所定時間Aを経過したら、CPU51はその回転角度に従った制御信号をパルスモータドライバ52,53に出力するのを待ってからDCモータ41のPWM制御を停止する。DCモータ41が停止すると、エンコーダ57からCPU51に信号が入力されないので、その後CPU51によってパルスモータ42,43が駆動されない。また、DCモータ41が停止すると、電源ユニット55の電力が定格電力以下に下がり、パルスモータ42,43の脱調を防止することができる。
なお、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が第1閾値α以下になっている時間が所定時間Aを経過する前に、その電圧が第1閾値αを越えると、CPU51は計時を終了する。
When the
Note that the voltage exceeds the first threshold value α before the time during which the voltage applied to the
次に、自動下糸巻きモードについて説明する。
刺繍縫いモードと同様に、CPU51はDCモータ41をPWM制御により駆動することで、DCモータ41が回転する。これにより、DCモータ41によって下糸巻装置が駆動され、釜装置内のボビンに下糸が巻回される。このとき、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧がCPU51によって第2閾値βと比較されている。そして、比較の結果、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が第2閾値β以下になった場合、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が第2閾値β以下になっている時間をCPU51が計時する。そして、その計時時間が所定時間Bを越えると、CPU51がPWM制御を停止してDCモータ41の駆動を中断する。そのため、DCモータ41が停止し、電源ユニット55の電力が定格電力以下に下がり、パルスモータ42,43の脱調を防止することができる。
Next, the automatic bobbin winding mode will be described.
As in the embroidery sewing mode, the
一方、計時時間が所定時間Bを経過する前に、DCモータ41、パルスモータドライバ52及びパルスモータドライバ53に印加される電圧が第2閾値βを越えると、CPU51は計時を終了する。
On the other hand, if the voltage applied to the
なお、自動下糸巻きモードでは、CPU51によってパルスモータ42,43が駆動されない。
In the automatic bobbin winding mode, the
以上のように、本実施の形態によれば、DCモータ41にかかる負荷が大きくなり、電源ユニット55の定格電力を越え、その状態が所定時間A又は所定時間Bだけ続くと、DCモータ41のPWM制御が中断される。そのため、DCモータ41が停止され、パルスモータ42,43の脱調を防止することができる。電源ユニット55の定格を大きくしなくても、更に、パルスモータ42とDCモータ41の電源を別々にしなくとも、パルスモータ42,43の脱調を防止することができるので、ミシン1の製造コストを抑えることができる。また、パルスモータ42,43の脱調を防止することができるので、布に対する縫い針14の下降位置のズレが起こらず、縫製不良を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the load applied to the
1 ミシン
14 縫い針
18 刺繍枠装着部
41 DCモータ
42、43 パルスモータ
50 モータ制御装置
51 CPU
52、53 パルスモータドライバ
54 記憶部
55 電源ユニット
Tr トランジスタ
R1、R2 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
52, 53
Claims (2)
前記DCモータをPWM制御して、前記電源ユニットの電力で前記DCモータを駆動するPWM制御手段と、
前記電源ユニットによって前記DCモータに印加される電圧が所定閾値以下になっている時間を計時する計時手段と、
前記計時手段による計時時間が所定時間を経過した場合に、前記PWM制御手段によるPWM制御を停止する停止手段と、を備えることを特徴とするミシンのモータ制御装置。 A power supply unit for supplying electric power to a DC motor for driving the sewing needle and a pulse motor for driving the cloth feed unit;
PWM control means for PWM controlling the DC motor, and driving the DC motor with power from the power supply unit;
Clocking means for timing the time during which the voltage applied to the DC motor by the power supply unit is below a predetermined threshold;
A sewing machine motor control device comprising: a stopping unit that stops PWM control by the PWM control unit when a predetermined time has elapsed from the time measured by the time measuring unit.
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