JP2008148609A - 魚釣用電動リール - Google Patents

Abstract

【課題】電力消費を抑えると共に、回転速度の増減速を時間をかけて行うことによって、実釣時の釣糸のテンションを好ましい範囲に保持することができる構成を開示する。
【解決手段】スプールを巻き上げ駆動する直流モータをＰＷＭ制御する。デューティ比はｎ段階の速度レベルに分割され、さらに速度レベルを複数段一組としてｍ段階に分割した制御レベルを有する。制御レベルごとに適応する許容負荷を規定した対応表データと、直流モータにかかる負荷を検出する負荷検出手段を備える。検出負荷と現在の制御レベルの許容負荷とを比較して、検出負荷が現在の制御レベルの許容負荷の範囲内にあるとき、直流モータを定速制御する一方、検出負荷が現在の制御レベルの許容負荷の範囲内にないとき、制御レベルを１段ずつ変更し、その下限の速度レベルに達するまでデューティ比を段階的に大きくまたは小さくする。
【選択図】図１

Description

この発明は、負荷変動に応じて巻き上げ速度を可変することができるモータ制御を採用した魚釣用電動リールであって、詳しくは、負荷に応じてモータのトルクと回転速度を規定した複数の制御レベルを有し、且つ、制御レベルの変更に伴うモータの回転速度等の変更を時間をかけて徐々に行うようにした構成に関するものである。

電動リールはスプールをモータによって回転させるものであるが、手巻きのように釣り人が魚の挙動を正確に認識できないため、負荷に応じて人為的に巻き上げ速度をコントロールすることは難しく、特に初心者にとっては困難を極める。そこで、特許文献１に示されるように、負荷変動に依存せず、常に設定された速度を一定に保つように制御する電動リールが提案されている。

一方、巻き上げ時にモータにかかる負荷を検出し、その負荷に適応する速度にモータを制御する電動リールも公知である。一般的には、負荷が大きくなればモータ速度を減速し、過負荷を防止することで、口切れ・身切れ・釣糸（ハリス）切れ等のいわゆるバラシを回避すると同時に、モータの発熱等による損傷を防いでいる（例えば、特許文献２〜４等参照）。

特開平９−２６２０４５号公報 特開２００２−２３８４２０号公報 特開平２−３１２５３４号公報 特開平３−２１０１３８号公報

しかしながら、負荷変動に関係なく設定された速度を保持する前者技術は、簡単なフィードバック回路により速度制御ができるものの、負荷の上昇に伴ってモータの端子電圧が上昇するから、消費電力が大きい。特に、電源としてバッテリーを使用する場合、蓄電量の消耗が早く、長時間の釣行はできない。また、こうしたフィードバック制御を行っても、トルクとモータ電流が比例するＴ−Ｉ特性に変更はないから、負荷と共にモータ電流も上昇し、モータへの負担も大きい。

一方、負荷変動に応じて回転速度を制御する後者技術は、過負荷防止機能によって前者技術よりも消費電力を抑えることができるが、負荷上昇時に現在の回転速度を急速に指令速度に変更させるものであるため、釣行感が悪いばかりでなく、負荷上昇と速度変更に時間差が生じれば釣糸のテンションが一定に保たれない。即ち、負荷上昇よりも減速時間が短い場合は釣糸のテンションが緩んで針が外れる恐れがあり、反対に減速時間が長い場合はテンションが高まって口切れ・身切れ・釣糸（ハリス）切れ等を起こす恐れがある。また、回転速度を急激に指令速度まで降下させれば、その減速時に大きな逆起電力が発生し、効率が悪化して消費電力が高まると共に、モータへの負担も大きい。

本発明は上述した課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、負荷変動に応じてモータの回転速度等を制御する魚釣用電動リールにおいて、電力消費を抑えると共に、回転速度の増減速を時間をかけて行うことによって、実釣時の釣糸に対する負荷を好ましい範囲に保持することができる構成を開示することである。

上述した目的を達成するために本発明では、スプールを巻き上げ駆動する直流モータと、該直流モータを回転制御するＰＷＭ手段と、該ＰＷＭ手段のデューティ比をｎ段階の速度レベルに分割すると共に、この速度レベルを複数段一組として更にｍ段階に分割した制御レベルを有し、前記スプールの巻き上げ駆動開始時に任意に選択された前記制御レベル内の速度レベルに該当するデューティ比を前記ＰＷＭ手段に出力する設定手段と、前記制御レベルごとに適応する許容負荷を規定した対応表データと、前記スプールの巻き上げ駆動中に前記直流モータにかかる負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷検出手段により検出した負荷と前記対応表データを参照して現在の制御レベルの許容負荷とを比較して、検出負荷が現在の制御レベルの許容負荷の範囲内にあるとき、前記直流モータを定速制御するフィードバック手段と、検出負荷が現在の制御レベルの許容負荷の範囲内にないとき、制御レベルを１段ずつ変更し、且つ、変更した制御レベル内の速度レベルに達するまで前記ＰＷＭ手段に出力する前記デューティ比を段階的に大きくまたは小さくする中央処理手段とから魚釣用電動リールを構成した。

また、中央処理手段は、設定手段により任意に選択された制御レベルをその釣行時の上限レベルとしてＰＷＭ手段を制御することが好ましい。

さらに、中央処理手段は、スプールの巻き上げ駆動開始後、設定手段により任意に選択された制御レベル内の速度レベルに到達するまでＰＷＭ手段に出力するデューティ比を分割された速度レベルの段階数に応じて段階的に逓増することが好ましい。

さらにまた、中央処理手段は、現在の制御レベルが対応表データに規定された最下限の制御レベルであって、且つ、負荷検出手段による検出負荷が前記最下限の速度レベルの許容負荷を越えたとき、ＰＷＭ手段への出力を停止して直流モータへの電力供給を所定時間遮断すると共に、前記所定時間経過後にスプールの巻き上げ開始を再開することが好ましい。

なお、負荷検出手段は、直流モータのモータ電流、回転速度、またはトルクを検出するか、スプールに巻回した釣糸の張力を検出するものであることが好ましい。

また、フィードバック手段は、速度フィードバック回路をメインループとして、この速度フィードバック回路に電流フィードバック回路をマイナーループとして挿入してなることが好ましい。

さらに、釣糸の繰り出し長および巻き上げ長を検出する糸長検出手段を備えると共に、船べりに接近する所定の水深から直流モータの回転速度を強制的に徐々に減速する割り込み手段を備えることが好ましい。

さらにまた、直流モータに逆方向のモータ電流を回生するフライホールダイオードを接続することが好ましい。

上記手段を採用する本発明では、負荷変動に応じて当該負荷に適応する回転速度に変更する際、制御レベルを一段ずつ変更すると共に、その制御レベルの下限の速度レベルまで時間をかけて段階的に増速または減速するようにＰＷＭ手段を制御するため、手釣りと近似する釣行態様が実現され、釣糸のテンションが適切な範囲で保たれるから、ほとんどバラシが生じない。また、回転速度の制御として本来的に省電力制御が可能なＰＷＭ手段を採用する上、緩慢な速度変更によって端子電圧やモータ電流の急激な変化が回避されるため、効率が高まって電力消費も小さく、モータへの負担も小さい。即ち、電源としてバッテリーを使用する場合でも長時間の釣行が可能であり、製品寿命も長い。

さらに、最初に設定した速度レベルを上限とするものにあっては、魚に応じて最高速度を決定することができるため、不用意な高速巻き上げが防がれ、省エネルギーで確実に魚を釣り上げることができる。

また、巻き上げ開始時は速度レベルの段階数に応じてデューティ比を段階的に逓増することとしたので、スロースタートが可能となり、この種直流モータで最も消費電力が大きくなる起動電力の消費を抑制することができる。

さらにまた、本発明では負荷が大きくなれば速度レベルを落としていくが、最下限の速度レベルで巻き上げしているにも拘わらず、直流モータにかかる負荷が前記最下限の速度レベルの許容負荷を越えた場合は、電力供給を遮断してモータの回転を停止する。このため、モータの焼き付きやモータ電流の上昇に伴う高電力消費を回避することができる。さらに、一旦、モータへの電力供給を遮断した後、所定時間が経過すれば電力供給を開始し、このとき上述したスロースタートが再開されるため、釣行をスムーズにリスタートすることができると共に、再開時における起動電力の消費を抑えることができる。

なお、負荷検出手段としてモータ電流や回転速度、トルクまたはスプールに巻回した釣糸の張力を検出するものは、そのセンサ構成が簡易であるから、制御回路全体を簡素化することができる。

さらに、フィードバック手段として速度フィードバック回路に電流フィードバック回路を挿入したものにあっては、速度制御とトルク制御を同時に行え、カスケード制御によって安定性と速応性を向上させることができる。

また、船べり近傍において回転速度を強制的に徐々に減速する割り込み手段を備えたものにあっては、スローストップが可能となって、安全且つ確実に魚をすくい上げることができる。

さらにまた、直流モータに逆方向のモータ電流を回生するフライホールダイオードを接続したものにあっては、ＰＷＭ波のオフ時にもモータに前記モータ電流が流れるため、モータを連続的且つスムーズに駆動させることができ、エネルギー効率も高まる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は、本発明リールのブロック図を示したものであって、図中、１はＤＣモータ（直流モータ）、２はＤＣモータ１と適宜減速ギアを介して接続され回転駆動するスプール、３はスプール２に巻回された釣糸である。また、４はパルス幅変調により出力されるデューティ比に応じてＤＣモータ１の速度制御を行うＰＷＭ手段、５はＰＷＭ手段４に速度指令を出力するフィードバック手段を備えたコントローラ、６はＤＣモータ１の負荷を検出する負荷検出手段、７は負荷−制御レベルの対応表データを記録してなるデータベースであって、８は後述する制御レベルを人為的に選択するレベルスイッチ（設定手段）、９は巻き上げスタート時にレベルスイッチ８により選択された制御レベルに見合った回転速度を指令速度としてＰＷＭ手段４に出力する他、実釣時にはデータベース７を参照して負荷検出手段６からの検出負荷に応じた制御レベルを抽出し、当該制御レベル内の速度レベルに相当するデューティ比をＰＷＭ手段４に出力するＣＰＵ（中央処理手段）である。さらに、１０は回転速度を手動で可変制御するためのマニュアルスイッチ、１１は釣糸３の繰り出し長および巻き上げ長を検出する糸長検出手段であり、その検出値をＣＰＵ９に出力することにことによって、釣糸３の繰り出しを棚位置で停止させたり、巻き上げを船べりで停止させるものである。

なお負荷検出手段６は、検出対象がモータ電流である場合には電流センサとして抵抗器等、検出対象が回転速度である場合には速度センサとしてタコ・ジェネレータやエンコーダ等、トルクである場合にはホール素子等が、さらに釣糸３の張力を検出対象とする場合には感圧素子等が該当するが、検出対象は何れであってもよく、また各センサとして他の従来構成を採用することができる。

そして、本発明では負荷検出手段６により検出された負荷の変動に応じて、ＤＣモータ１の回転速度を増速または減速するものであり、その増減幅はＰＷＭ手段４のデューティ比０〜１００％であるが、本発明ではこのデューティ比をｎ段階の速度レベルに分割すると共に、当該速度レベルを更に複数段一組としてｍ段階の制御レベルに分割している。その実施例として８ビット処理における具体例を挙げれば、デューティ比を２４０段階の速度レベルに分割し、さらに、この２４０段階の速度レベルを３０段階ごとに８段階の制御レベルとして管理することができる。図２は、この関係と共に、各制御レベルごとに適応する許容負荷を規定し、データベース７に記録された対応表データの内容である。これを図３に示す負荷−制御レベルの遷移グラフに従って説明すれば、負荷検出手段６により検出された負荷が軽負荷Ｆ１であるときは最高速度である制御レベル８で対応し、ＤＣモータ１にかかる負荷がＦ２に増大すれば一段低い制御レベル７が対応するというように、負荷と制御レベルを段階的に適合させた制御を行う。

このように、ＣＰＵ９は中央処理手段として検出負荷とデータベース７に規定された現在の制御レベルにおける許容負荷を比較しながら、適宜制御レベルの変更を決定し、変更後の制御レベルに見合った回転速度をコントローラ５に出力するものである。そして、検出負荷が現在の制御レベルに適合したものである場合はコントローラ５をフィードバック手段として機能させるものである。図４は、フィードバック手段として機能するときのコントローラ５の回路構成を示したものであり、速度アンプ１２と電流アンプ１３を備える。そして、負荷検出手段６は抵抗器等の電流センサ１４とタコジェネレータ等の速度センサ１５を備え、これらセンサ１４・１５の検出値をそれぞれ速度アンプ１２と電流アンプ１３に帰還している。当該回路構成によれば、負荷と制御レベルが適合関係にある場合、速度アンプ１２と速度センサ１５からなる速度フィードバック回路によって当該制御レベルに見合った回転速度を一定に保持する。さらに、この実施形態では、前記速度フィードバック回路をメインループとして、電流アンプ１３と電流センサ１４とからなる電流フィードバック回路をマイナーループとして挿入することで、速度制御とトルク制御を同時に行え、制御の安定性と速応性を向上させることができる。

また、図示した実施形態では、ＤＣモータ１の電機子に生じる逆方向のモータ電流をＤＣモータ１に回生するフライホールダイオード１６を接続している。従って、当該構成によれば、ＰＷＭ波のオフ時にもモータに前記モータ電流が流れるため、モータを連続的且つスムーズに駆動させることができ、エネルギー効率も高まる。

図５は、本発明リールの巻き上げ処理に係る手順を示したフローチャートであり、先ず電源投入後（Ｓ１）、制御レベルの設定有無を確認する（Ｓ２）。この設定は釣り人が釣りたい魚や潮流等に応じて決定するもので、上述したようにｍ段階（上記実施形態では８段）の中から適当なものを任意に選択する。この設定確認ステップ（Ｓ２）で、釣り人が制御レベルを設定しなかった場合は、図１におけるマニュアルスイッチ１０による手動制御を選択したものとして処理する（Ｓ３）。一方、制御レベルを設定した場合は、スタートスイッチがオンされるのを待って（Ｓ４）、ＣＰＵ９が当該制御レベルの下限の速度レベルを指令速度としてコントローラ５に出力する（Ｓ５）。このとき、本発明では停止状態にあるＤＣモータ１の回転速度をｎ段階に分割したデューティ比を１カウントずつ上げることによって、指令速度まで時間をかけて増速するスロースタートを実現している。

その後、巻き上げが予め設定した船べり位置まで到達したかを確認し（Ｓ６）、これが確認できたなら、モータが停止するまでデューティ比を１カウントずつ下げてスローストップする（Ｓ７）。

一方、巻き上げが船べり位置に到達するまでは負荷を検出すると共に、対応表データと照合して、検出負荷が現在の制御レベルに適合するかどうかの判断を行う（Ｓ８）。適合する場合は、ステップＳ６・７・８のフローを繰り返すのに対して、検出負荷が現在の制御レベルに適合しない場合は、現在の制御レベルで許容される負荷以上なのか否かの判定に入り（Ｓ９）、検出負荷が現在の制御レベルで許容される負荷以上であるときは、過負荷と判断して、制御レベルを現在よりも１段落とす（Ｓ１０）。これとは逆に、検出負荷が現在の制御レベルで許容される負荷以下である場合は、巻き上げ不足と判断して、制御レベルを現在のものよりも１段上げ（Ｓ１１）、速やかな巻き上げを実行する。そして、何れのステップ（Ｓ１０・Ｓ１１）も棚位置確認（Ｓ６）に戻って同様の処理を繰り返す。

図６は、以上の構成とフローにより処理する実釣時のタイムチャートの一例を示したものである。つまり、同チャートでは、８段階ある制御レベルのうち５段階目を選択して、巻き上げスタートしたものであり、設定された５段階目の制御レベル内の速度レベルに到達するまでＰＷＭ手段に出力するデューティ比を速度レベルの段階数に応じて段階的に逓増することで、時間Ｔ１をかけてスロースタートしている。その後、速度フィードバック制御により等速制御している間に過負荷を検出して時間Ｔ２で制御レベルを１段階低い４段階目として、回転速度（制御レベル）を降下させている。当該降下後、４段階目の制御レベルの下限速度レベルにて駆動中、負荷の軽減を検出することで、時間Ｔ３において制御レベルを元の５段階目に戻す制御を行っている。このとき、さらに負荷が軽減したとしても、この実施形態では速度レベルを上げることはしない。つまり、この実施形態では、巻き上げ開始前に設定した当初の速度レベル５を上限として制御している。ただし、負荷が魚をバラしたときや単なる仕掛けの回収に見られるような、ほぼ無負荷状態であれば、最高速度の制御レベル８で駆動するように割り込み手段を設けてもよい。この場合の割り込み手段としては、例えば図１におけるマニュアルスイッチ１０を採用することができる。

なお、時間Ｔ４〜Ｔ６では連続して制御レベルを３段階下げ、また時間Ｔ７〜Ｔ９では連続して制御レベルを３段階上げているが、指令速度（制御レベル）が現在のものより２段以上乖離する場合でも、本発明では、同図に示すように、１段ずつ上下させている。急激な増減速を回避するためである。また、制御レベルの変更中に新たな負荷変動が発生した場合でも、最新の検出負荷に迅速に対応して、モータのふらつきを無くし、安定性を向上させるためである。

ここで、仮に最も低回転速度となる制御レベル１で運転中に、その許容負荷を越える負荷がかかったときは、ＣＰＵ９はＤＣモータ１への電力供給を遮断するように制御することも可能である。このときＤＣモータ１は回転を停止するため、停止中は一切電力消費がない。これに加えて、例えばワンウェイクラッチ構造によってスプールの逆転を機械的に規制することで、釣糸の繰り出しが防止されると共に、ＤＣモータの逆転による逆起電力発生が防止される。なお、この処理は、ＣＰＵ９に内蔵されたタイマによって予め決められた所定時間継続され、この所定時間経過後に上述したスロースタートにより電力供給を開始することが好ましい。

そして、巻き上げが所定水深まで到達したことを受けて、時間Ｔ１０からは、船べり停止のために、制御レベルに関係なく、割り込み処理によってスローストップする処理を行っている。

このように、本発明では、スロースタートおよびスローストップを実行して、スムーズな巻き上げを実現すると共に、モータの負担を軽減している。さらに、定常時には検出負荷に応じて制御レベルの見直しを行い、変更の必要がある場合は、回転速度をやはり時間をかけて指令速度まで導いている。特に、デューディ比を２４０段階の速度レベルに分割し、これを更に８段階の制御レベルに分割した場合、制御レベルは１段で３０段階もの速度レベルを内包しており、制御レベルを１段変更するだけでも、図７に示したように、３０もの階段を上下するように回転速度が変更されるから、非常に滑らかな制御が可能であり、しかも、急激な速度変更がないから消費電力も小さくて済む。

本発明リールのブロック図 同、対応表データの概要を示した適合表 同、対応表データの概要を示した遷移グラフ 同、フィードバック手段を示したブロック図 同、巻き上げ処理のフローチャート 同、巻き上げ処理の一例を示したタイムチャート 同、制御レベルの１段変更時の速度レベルを示した遷移グラフ

符号の説明

１ ＤＣモータ
２ スプール
３ 釣糸
４ ＰＷＭ手段
５ コントローラ
６ 負荷検出手段
７ データベース
８ レベルスイッチ
９ ＣＰＵ
１０ マニュアルスイッチ
１１ 糸長検出手段

Claims (11)

1. スプールを巻き上げ駆動する直流モータと、該直流モータを回転制御するＰＷＭ手段と、該ＰＷＭ手段のデューティ比をｎ段階の速度レベルに分割すると共に、この速度レベルを複数段一組として更にｍ段階に分割した制御レベルを有し、該制御レベルごとに適応する許容負荷を規定した対応表データと、前記スプールの巻き上げ駆動開始時にｎ段階のうち一の制御レベルを任意に選択する設定手段と、前記スプールの巻き上げ駆動中に前記直流モータにかかる負荷を検出する負荷検出手段と、該負荷検出手段により検出した負荷と前記対応表データを参照して現在の制御レベルの許容負荷とを比較して、検出負荷が現在の制御レベルの許容負荷の範囲内にあるとき、前記直流モータをその現在の制御レベルに該当する速度レベルで定速制御するフィードバック手段と、検出負荷が現在の制御レベルの許容負荷の範囲内にないとき、その現在の制御レベルを１段ずつ変更し、且つ、変更した制御レベル内の速度レベルに達するまで前記ＰＷＭ手段に出力する前記デューティ比を段階的に大きくまたは小さくする中央処理手段とからなることを特徴とした魚釣用電動リール。
2. 中央処理手段は、設定手段により任意に選択された制御レベルをその釣行時の上限レベルとしてＰＷＭ手段を制御する請求項１記載の魚釣用電動リール。
3. 中央処理手段は、スプールの巻き上げ駆動開始後、設定手段により任意に選択された制御レベル内の速度レベルに到達するまでＰＷＭ手段に出力するデューティ比を速度レベルの段階数に応じて段階的に逓増する請求項１または２記載の魚釣用電動リール。
4. 中央処理手段は、現在の制御レベルが対応表データに規定された最下限の制御レベルであって、且つ、負荷検出手段による検出負荷が前記最下限の制御レベルの許容負荷を越えたとき、ＰＷＭ手段への出力を停止して直流モータへの電力供給を所定時間遮断すると共に、前記所定時間経過後にスプールの巻き上げ開始を再開する請求項３記載の魚釣用電動リール。
5. 負荷検出手段は、直流モータのモータ電流を検出する請求項１から４のうち何れか一項記載の魚釣用電動リール。
6. 負荷検出手段は、直流モータの回転速度を検出する請求項１から４のうち何れか一項記載の魚釣用電動リール。
7. 負荷検出手段は、直流モータのトルクを検出する請求項１から４のうち何れか一項記載の魚釣用電動リール。
8. 負荷検出手段は、スプールに巻回した釣糸の張力を検出する請求項１から４のうち何れか一項記載の魚釣用電動リール。
9. フィードバック手段は、速度フィードバック回路をメインループとして、この速度フィードバック回路に電流フィードバック回路をマイナーループとして挿入してなる請求項１から８のうち何れか一項記載の魚釣用電動リール。
10. 釣糸の繰り出し長および巻き上げ長を検出する糸長検出手段を備えると共に、船べりに接近する所定の水深から直流モータの回転速度を強制的に徐々に減速する割り込み手段を備えた請求項１から９のうち何れか一項記載の魚釣用電動リール。
11. 直流モータに逆方向のモータ電流を回生するフライホールダイオードを接続した請求項１から１０のうち何れか一項記載の魚釣用電動リール。

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