JP2615934B2 - ミシンの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ミシンの駆動装置に係り、詳しくはモータ
の駆動力をベルト等を介さないでミシン主軸に直結した
ミシンの駆動装置に関するものである。

［従来の技術及びその課題］ 従来、この種のミシンとして、工業用のミシンのミシ
ンアーム内部に誘導モータやブラシレスDCモータ等を組
み込んだものが知られている（特開昭58−94892号、特
開昭60−194985号）。しかし、前記モータをミシンアー
ム内部に搭載した場合に以下に述べる不具合がある。す
なわち、誘導モータでは、その特性からロータ側の銅損
が大きいだけでなく、２次抵抗制御による補償回路やト
ランスベクトル制御等の複雑な制御回路を設ける必要が
あり構成が複雑になる。また、後者のブラシレスDCモー
タでは、ロータ側に永久磁石を配することから、高速に
適するように磁石を堅牢に固定することが難しい上に、
磁石がステータの過電流、ピーク電流によって減磁され
たときに、ロータを交換する必要があり、その作業は非
常に煩雑である。更に、いずれのモータの場合にも、ミ
シンアーム内部に収容すると共に高速用に適する出力を
得るには、鉄心の径を小さくし、かつ積厚の大きい細長
い形状にしなければならないが、前記モータではそのよ
うな性能を備えていないという問題がある。

本発明は、前記従来の技術の問題点を解消することを
課題とし、リラクタンスモータの特性に着目し、ミシン
アーム内部へ収納したミシンの駆動装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するためになされた請求項１に記載さ
れたミシンの駆動装置は、ミシンアームと、そのミシン
アームに収容されたリラクタンスモータと、そのリラク
タンスモータにより駆動される針とを備え、前記リラク
タンスモータは、前記針を駆動するためのミシン主軸を
兼用する出力軸と、その出力軸に固定され、外周部に複
数の磁極突起を有するロータ鉄心と、そのロータ鉄心の
周囲における前記ミシンアーム内部に固定され、内周部
にそれぞれコイルが巻回された複数の磁極突起を有し、
しかも半径方向に分割してなる分割部材を、一体的に組
み付けて構成されたステータと、を有することを特徴と
する。

更に、本発明の請求項２は、前記ミシンアームが、予
め上カバーと下カバーとに２分割されたものであり、前
記ステータが、前記分割部材を、複数の磁極突起を内周
に有する半円板状の分割鉄心形成板を積層することによ
り２つ形成し、これらを前記上カバー、および前記下カ
バーに夫々圧入固定し、該上カバーを、前記下カバーに
締結することにより、２つの前記分割部材を一体的に組
み付けて、構成されたものであり、前記ロータが、ミシ
ン主軸に鉄心形成板を圧入固定することにより構成さ
れ、前記ステータの軸位置に軸受で支承されていること
を特徴とする。

［作用］ 本発明のミシンの駆動装置では、リラクタンスモータ
がミシンアーム内部に収容され、そのモータの駆動力に
より針が駆動されるのであるが、モータと針との伝達機
構は、ベルト等を介しないでミシン主軸を兼用したモー
タの出力軸により直接行われる。なお、リラクタンスモ
ータは、ステータの磁極突起のコイルが励磁されること
により、ロータの外周部との磁極突起との磁束変化を発
生し、これによりロータに回転トルクを生じるものであ
る。そして、ミシンアームに収容されたモータのステー
タは、半径方向に分割されているために、組立時に分割
したステータの状態で、各磁極突起にコイルを巻回でき
ることになる。すなわち、ステータの分割により、コイ
ルの取付が容易になるとともに、ステータの内径以上の
大型のコイルの取付も可能となり、よってミシンアーム
の狭いスペースに強力なモータを収納できることにな
る。

また、請求項２に記載したものは、ミシンアームを、
上カバーと下カバーとに２分割し、ロータを、ミシン主
軸に鉄心形成板を圧入固定することにより構成し、ステ
ータは、複数の磁極突起を内周に有する半円板状の分割
鉄心形成板を積層して２つの分割部材から構成してい
る。これらは以下のように組立てられる。まず、各分割
部材、の磁極突起に環状のコイルを装着する。次に、一
方の分割部材をミシンアームの下カバーに圧入固定す
る。続いて、ミシン主軸をを軸受で支承する。更に、他
方の分割部材を上カバーに圧入固定し、その上カバーを
下カバーに締結する。このように、ミシンアームを上下
に分割し、ステータもこれに合せて分割しているため、
組立てが非常に簡単にできる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
第１図において、１はミシンケーブルであり、該ケーブ
ル１上にミシンアーム３が固定されている。ミシンアー
ム３は、下カバー４及び上カバー５を有し、その内部に
は可変リラクタンスモータ６及びその動力伝達機構７が
収容されている。該モータ６は、その筒状のステータ８
がミシンアーム３の内壁に圧入固定されている。このス
テータ８は、第２図ないし第４図に示すように、半円板
状の鉄心形成板9A、9Bを積層することにより分割部材8
A、8Bを形成し、その６極の磁極突起10に環状のコイル1
1（第４図には３箇所だけ図示）を装着することにより
集中巻きとし、これらを一体的に組み付けたものであ
る。一方、ステータ８内の筒状のスペースには、出力軸
15と該出力軸15に圧入固定されたロータ鉄心16からなる
ロータ17が支承されている。ロータ鉄心16は、外周部に
４極の磁極突起18を有する鉄心形成板19を積層すること
により構成されている。

本モータ６の駆動原理は、従来の可変リラクタンスモ
ータと同様であり、例えば、第２図に示すロータ17の磁
極突起18aがステータ８の磁極突起10aに近づいたとき
に、そのコイル11aのインダクタンス変化に応じた電流
をコイル11aに流すことにより回転トルクを生じさせる
ものであるが、本実施例の特徴的な構成である分割部材
8A、8Bでステータ８を構成することは、磁極突起10から
発生する磁束には何ら影響はない。よって、モータ６の
トルク特性等は従前のステータを分割構成しない可変リ
ラクタンスモータの状態を維持する。

また、第１図に戻って前記モータ６の出力軸15は、前
記動力伝達機構７を構成するミシン主軸21に一体となっ
て、つまり、ミシン主軸21と兼用となっており、その両
側で上下カバー４、５に固定された分割可能な軸受22に
支承されている。ミシン主軸21の一端は、更に、クラン
ク23、クランクアーム24、針棒25を介して針26を昇降さ
せるように連結され、他端はプーリ27に連結されてい
る。また、ミシン主軸21の基端側には、ミシンアーム３
の内壁に固定されたロータ位置＋速度センサ31が設けら
れている。この位置＋速度センサ31は、出力軸15に設け
た突起部の位置に応じてパルス信号を出力するサーチコ
イルを有し、該コイルからの信号に基づいてミシン主軸
21の位置、針位置及び回転速度を検出するものである。

前記ミシンアーム３の内部にモータ６を収容するに
は、以下の組立工程により行われる。まず、３つの磁極
突起10を有する半円板状の分割鉄心形成板9A、9Bを積層
して２つの分割部材8A、8Bを形成し、各分割部材8A、8B
の各磁極突起10に環状のコイル11を装着する。次に、コ
イル11を装着した一方の分割部材8Aをミシンアーム３の
下カバー４に圧入固定する。続いて、ミシン主軸21を兼
用したモータ６の出力軸15に鉄心形成板19を圧入固定し
てロータ17を構成し、これを軸受22で支承する。更に、
上カバー５に他方の分割部材8Bを圧入固定し、その上カ
バー５をナット等で下カバー４に締結する。これにより
組立は完了する。

次に本ミシンを駆動する制御回路の構成及びその動作
を第５図に従って説明する。加工布を縫製するために操
作ペダル41の前踏み込みを行うと、この踏込を検出した
動作指令信号発生回路42は、ミシン制御回路43に踏込信
号を出力する。ミシン制御回路43は、前記踏込信号、針
位置センサ46から出力される針位置信号に基づいて縫製
動作を割り出して、その縫製動作指令信号をモータ制御
回路44に出力する。モータ制御回路44は、縫製動作指令
信号の他に、速度指令信号発生回路45から操作ペダル41
の踏込量に応じて出力される速度指令信号と、位置＋速
度センサ31からロータ17の回動位置に応じて出力される
回動位置信号及び出力軸15の回転速度信号とを受け、こ
れらの各信号に基づいてモータ６のロータ17の各磁極突
起18の回動位置を求めると共に、これに基づいてステー
タ８側のコイル11に通電すると正の回転トルクＴを発生
するコイル11を求めて、モータ６の回転速度に応じたコ
イルへ11の通電量を求める。前記モータ制御回路44にて
求められた制御信号は、駆動回路51に点弧信号として出
力される。駆動回路51は、コンバータ53から出力された
直流電流をパルス電流に変換して所定のコイル11に出力
してモータ６を制御する。これにより、モータ６が操作
ペダル41の踏込量に基づく回転速度で回転し、ミシンは
加工布の縫製を行うが、この際にモータ６が所定の回転
速度になるように回転速度及び通電量をフィードバック
制御している。

続いて加工布の縫製が終わりに近づき作業者が操作ペ
ダル41を中立位置に戻すと、ミシン制御回路43は、動作
指令信号発生回路42からの位置信号に応じて、ミシン制
御回路43及び駆動回路51を介して予め定めた低速回転数
までモータ６を減速するための指令を出力し、この速度
で所定時間保持する。続いて、針26が針下位置にあると
判断したとき、モータ制御回路44から停止信号が出力さ
れ、モータ６が停止する。

更に、この停止した状態から作業者が操作ペダルの後
踏込を行うと、糸切り動作と判断してモータ６を停止直
前の低速回転まで回転させ、針26が針上位置にあると判
断したとき、停止させると共にソレノイド55を駆動して
糸切り装置を作動させる。そして、糸切り動作が完了す
ると一連の加工布の縫製が終了する。

従って、本実施例のミシンの駆動装置によれば、ミシ
ンアーム３の内部に可変リラクタンスモータ６を組み込
んでいるので、駆動用ベルト等を要しない簡単な構成で
ミシンの駆動装置を実現できる。

また、ミシンアーム３の内部に可変リラクタンスモー
タ６を収納しているので、従来の技術のようなブラシレ
スDCモータや誘導モータを用いたものと比べて以下の特
長がある。

ロータ17が出力軸15に圧入された積層鉄心のみから
なっており、ロータ17に巻線や磁石を設ける必要がな
く、簡単かつ頑丈な構造で、しかも耐遠心力や耐衝撃性
に優れ信頼性が高い。

ステータ８のコイル11は、環状に束ねた集中巻線を
用いていることから、工数が少なくなるとともに信頼性
が高くなる。

ミシンの駆動装置としては、その回転数が5000〜10
000rpmの高速範囲を要求されるが、本モータ６は、高速
時の効率を高く設計できるために適している。

本モータ６はロータ側に永久磁石を用いていないの
で、ブラシレス直流モータのように磁石の取付に何ら問
題がないばかりでなく、減磁や温度上昇による特性変化
もない。

本モータ６は、直流モータや誘導モータに比べて油
等に対する絶縁性が高く、よってミシンアーム３内部の
ように動力伝達機構７に潤滑を要する箇所に適する。

更に、本実施例では、分割部材8A、8Bを組み合わせた
ステータ８を用いてミシンアーム３内部に収納している
ことから、円弧状の分割部材8A、8Bの状態でコイル11の
装着を行えるので、ステータ内のスペースに何等制約さ
れることなく、大型のコイルを取り付けることができ
る。従って、深溝構造のステータとし、大型のコイルを
用いることにより、細いミシンアーム３内部に低慣性か
つ高性能のモータ６を収納することができる。

なお、前記実施例のほかに以下の変形例であってもよ
い。

前記実施例のステータ８の磁極突起10に環状のコイ
ル11を取り付けるタイプの他に、巻線機や手作業にて導
線を巻き付けてコイルを取り付けるものでも、分割部材
8A、8Bの上方が開放されているために、特殊な巻線機や
手作業に熟練性をさほど要しないで巻線を行うことがで
きる。

前記実施例では可変リラクタンスモータ６について
説明したが、ハイブリッド型（HB型）のステッピングモ
ータように集中巻きのコイルが使用できるものであれば
本発明に適用できるのは勿論である。

前記実施例では、ロータ17の位置＋回転速度を検出
するセンサとして鉄心とサーチコイルとを備えたものを
用いたが、例えば、検出用の突起を設けると共に原点補
正を備えたオープンループ制御方法を用いれば、位置＋
回転センサを省略することもできる。

可変リラクタンスモータ６では、位置決め制御に１
−２相励磁やディザ制御等のマイクロステッピングの手
法を使用することができ、この手法により精密な位置制
御も可能になる。

分割部材の合わせ面には、分割部材8A、8Bのうち一
方に凹所、他方に凸所を形成することにより接合を容易
にしてもよい。

モータのロータ位置＋回転速度を検出するセンサと
して、フォトカプラや磁気センサ等を用いてプーリ27に
設けるものであってもよい。この構成により、ミシンア
ーム３の外部にプーリ27があるので、潤滑油よるよごれ
の心配がなく、またセンサの調整が容易である。

上記実施例では、モータの出力軸15とミシン主軸21
とを一体的に形成したが、これに限らず両軸15、21を継
手で連結してもよい。この構成により、モータ６だけの
取り外しが容易になり作業性が向上する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の請求項１によれば、ミ
シンアーム内部にリラクタンスモータを収容することに
より、該モータの特性つまり簡単かつ頑丈な構造で、耐
遠心力や耐衝撃性に優れ、高性能で信頼性が高いという
波長をミシンの駆動装置にマッチングして活かすことが
できる。しかも、リラクタンスモータのコイルは、集中
巻きであるから、巻線作業が容易になる。また、リラク
タンスモータは、油等に対する絶縁性が高く、よってミ
シンアーム内部のようにミシン主軸等の潤滑を要する箇
所に高い絶縁性をもって適用することができる。

また、分割部材を組み合わせたステータを用いてミシ
ンアーム内部に収容していることから、ステータを分解
した状態で容易に巻線作業を行えるだけでなく、大型の
環状コイルであっても容易に磁極突起に装着することが
でき、よって低慣性の高性能のモータを収納したミシン
駆動装置を実現できる。

また、請求項２のものでは、ミシンアームを、上カバ
ーと下カバーとに２分割し、ロータを、ミシン主軸に鉄
心形成板を圧入固定することにより構成し、ステータ
は、複数の磁極突起を内周に有する半円板状の分割鉄心
形成板を積層して２つの分割部材から構成している。こ
のように、ミシンアームを上下に分割し、ステータもこ
れに合せて分割しているため、ステータをミシンアーム
に収納しているにも係わらず、ロータの取り付けが容易
であり、組立てが非常に簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるミシンを一部破断して
示す概略側面図、第２図は同実施例のステータを示す側
面図、第３図は同ステータの半分を示す斜視図、第４図
は可変リラクタンスモータを分解して示す斜視図、第５
図は同実施例の回路図である。 ３……ミシンアーム、６……可変リラクタンスモータ、
７……動力伝達機構、８……ステータ 8A、8B……分割部材、10……磁極突起 11……コイル、15……出力軸、17……ロータ 18……磁極突起、21……ミシン主軸

フロントページの続き (72)発明者 紀平 憲一 愛知県名古屋市瑞穂区堀田通９丁目35番 地 ブラザー工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−124241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−86856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−92785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−94890（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−66547（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ミシンアームと、 そのミシンアームに収容されたリラクタンスモータと、 そのリラクタンスモータにより駆動される針とを備え、 前記リラクタンスモータは、 前記針を駆動するためのミシン主軸を兼用する出力軸
   と、 その出力軸に固定され、外周部に複数の磁極突起を有す
   るロータ鉄心と、 そのロータ鉄心の周囲における前記ミシンアーム内部に
   固定され、内周部にそれぞれコイルが巻回された複数の
   磁極突起を有し、しかも半径方向に分割してなる分割部
   材を、一体的に組み付けて構成されたステータと、 を有することを特徴とするミシンの駆動装置。
2. 【請求項２】前記ミシンアームが、予め上カバーと下カ
   バーとに２分割されたものであり、 前記ステータが、 前記分割部材を、複数の磁極突起を内周に有する半円板
   状の分割鉄心形成板を積層することにより２つ形成し、
   これらを前記上カバー、および前記下カバーに夫々圧入
   固定し、該上カバーを、前記下カバーに締結することに
   より、２つの前記分割部材を一体的に組み付けて、構成
   されたものであり、 前記ロータが、ミシン主軸に鉄心形成板を圧入固定する
   ことにより構成され、前記ステータの軸位置に軸受で支
   承されている ことを特徴とする請求項１記載のミシンの駆動装置。