JPH067571A

JPH067571A - インバータ制御を用いたミシン装置における制動方法

Info

Publication number: JPH067571A
Application number: JP4165910A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Takushima; 正光宅島; Hisahiro Shimizu; 久弘清水
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1994-01-18

Abstract

(57)【要約】【目的】停止精度の向上及び制動時間の短縮を図る。【構成】ミシン１を駆動モータ２をインバータ制御す
るに際して、ミシン制御回路３から入力された指令に基
づき、インバータ１０のＰＷＭスイッチングのパターン
によってモータ端子電圧を印加して回転磁界を生成する
と共に、制動時に負荷を想定した最適な位相、停止信号
が入力された区間よりψだけ移動させた区間において磁
界を静止することにより、制動時にモータ２にかかる端
子電圧を変化させて、制動電流を変動し、時比率（ｔ／
Ｔ１）を変えることにより、制動平均電圧Ｖｂを制御し
て制動トルクを変えてモータの制動及び回動制御を行う
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】籠形誘導モータとその交流モータ
を制御するインバータ装置を備えたミシン装置において
針棒を上位置または下位置等に定位置停止させるため
の、インバータ制御を用いたミシン装置における制動方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】殊に安価に構成されたミシン装置におい
ては、籠形誘導モータを用いたインバータ駆動のものが
使用されており、従来から一般に実施されているこの種
のインバータ制御を用いたミシン装置の制動方法は、針
位置検出器からの停止信号が入力された後の通電制御
を、停止位置に対応した磁界を検知して静止させてお
り、通電制御は、経時的に位相の通電制御のサイクルを
継続させて制御を行っている。

【０００３】しかしながら、上記のような従来の制御方
法によると、停止位置の位相がミシンにおけるモータの
停止動作において最適なものであるとは言えない。特
に、インバータ制御型ミシン装置に用いられる籠形誘導
モータは、非同期式モータである。このため、該籠形誘
導モータは、経時的な負荷変動，モータ供給電圧の変動
及びモータの温度変化等により出力トルクが変動し、滑
りと速度が共に変動するようになる。従って、停止精度
や停止時間に与える影響が多く、従来の制動方法では、
例えばミシン駆動中に針の上位置信号を検出してから制
動を開始した場合に、ミシンに許容される上位置の範囲
からはみ出して停止する場合があり、停止精度の向上、
制動時間の短縮等が困難であった。

【０００４】このため、外部に電磁ブレーキ等の制動機
構を付加することにより精度の向上や制動時間の短縮を
図ることも実施もされているが、装置が複雑になって高
価になるばかりでなく該部構造の保守が必要になる等の
問題を有していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題に鑑
みてなされたものであり、他に付加構造を設けることな
く、滑りや速度の変動に対して最適な制動を行い、停止
精度の向上及び制動時間の短縮を図ることができるイン
バータ制御を用いたミシン装置における制動方法を提唱
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインバータ
制御を用いたミシン装置における制動方法は、ミシンを
制御するための各種ミシン駆動信号を出力し、モータ制
御回路に対して、モータのモータ駆動指令を出力すると
共に、上記モータ制御回路からのモータ状態信号を入力
するようになるミシン制御回路と、ミシンの針棒位置と
同期した信号及び速度と比例した信号をミシン制御回路
とモータ制御回路に出力する針位置検出器とからなり、
上記モータ制御回路がミシン制御回路と針位置検出器か
らの信号を受取ながら、インバータ部分により上記モー
タに電力を供給するインバータ制御を用いたモータを駆
動源とするミシン装置において、上記ミシン制御回路か
ら入力された指令に基づき、上記インバータのＰＷＭス
イッチングのパターンによってモータ端子電圧を印加し
て回転磁界を生成すると共に、制動時に速度偏差を求
め、負荷を想定した最適位相量ψだけ移動させて磁界を
静止させると共に、制動時にモータにかかる制動電流の
時比率を変えることにより、制動平均電圧を制御して制
動トルクを変えて上記モータの制動及び回動制御を行う
ことを要旨とするものである。

【０００７】

【作用】上記制御は、制動時にモータに印加する端子電
圧の位相をシフト（以下「移相」と称する）することに
より、瞬間的に滑りを変化させるものである。これによ
り、モータの二次側に発生する二次電流が変化し、瞬間
的に制動トルクに変化を与え、負荷条件及び各種の変動
条件に対応した移相を行うことで、停止精度及び制動時
間の改善を図ることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係るインバータ制御を用いた
ミシン装置における制動方法の一実施例を図面に従って
説明する。図１は本発明のミシン装置における制動方法
を実施するための、インバータ制御を用いたミシン及び
駆動装置の構成を示すブロック図である。符号１はミシ
ン本体、符号２はモータであり、ミシン１はモータ２と
無端ベルト６を介して回動連結されており、動力の伝達
が行われる。

【０００９】符号３はミシン１を制御するための各種ミ
シン駆動信号Ｓ１を出力するミシン制御回路であり、モ
ータ制御回路４に対して、モータ２の「ＯＮ」「ＯＦ
Ｆ」や、速度指令等の各種モータ駆動指令Ｓ２を出力す
ると共に、該モータ制御回路４からミシン制御回路３に
対して、各種のモータ状態信号Ｓ３を入力するようにな
る。

【００１０】また上記ミシン１には針棒位置と同期した
針位置検出器５が取り付けられており、針位置と同期し
た針位置検出信号Ｓ４及び速度と比例した速度信号Ｓ５
が、上記ミシン制御回路３とモータ制御回路４に入力さ
れるもので、該モータ制御回路４がミシン制御回路３と
針位置検出器５からの信号を受取ながら、モータ２に実
際に電力を供給するインバータ部分であり、モータ駆動
信号Ｓ６を出力する。

【００１１】図２は、上記モータ制御回路４を詳細に示
した回路図である。前記ミシン制御回路３から入力され
たモータ駆動指令Ｓ２に基づき、指令回路７において加
工されたモータ制御指令Ｓ７は、制御部８に移され、ト
ランジスタのスイッチングパターンを生成する。該スイ
ッチングパターンは通常の正弦波近似ＰＷＭパターンで
あり、そのパターンはトランジスタ駆動回路９へ入力さ
れ、実際のトランジスタベースドライブ信号を生成し
て、インバータ１０を構成する６個のトランジスタＴｒ
１，Ｔｒ２…Ｔｒ６を駆動し、モータ２に対して電力を
供給してなる。尚、符号１１は交流電源１２の電力を直
流電力に変換する整流平滑回路である。

【００１２】上記６個のトランジスタ部分において、図
中上側のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５が「Ｏ
Ｎ」したときのモータ端子Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗでの電圧を
「１」とし、下側のトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ
６が「ＯＮ」したときの電圧状態を「０」としてベクト
ルを考えると、図３に示すような８個の状態としてベク
トル表示をすることが可能である。このうちで、ベクト
ルｖ０，ｖ７は零相ベクトルであり、出力を短絡した状
態である。従って、これらの８個のベクトルｖ０，ｖ１
…ｖ７を前記ＰＷＭスイッチングのパターンとして適当
に制御を行うと、図４（ａ）及びその拡大図（ｂ）に示
すように、一定の半径で且つ指令された速度で回転する
回転磁界を得ることが可能である。但し、Ｔｒ１とＴｒ
２，Ｔｒ３とＴｒ４，Ｔｒ５とＴｒ６の各上下のトラン
ジスタは、トランジスタ短絡防止のためのデッドタイム
期間を除き同時に「ＯＮ」または「ＯＦＦ」することの
ないよう、互いに相反する状態となるよう制御されてい
るものとする。

【００１３】この生成された回転磁界に対し、籠形誘導
モータにおいては、一定の滑りをもって、ロータが回転
することとなる。ここで図４（ａ）に示すように針位置
検出器５からの停止信号がＳＢの区間において入力され
た時、該ＳＢの区間のパターンのスイッチングを継続
し、ＰＢにて磁界を固定することが必ずしも停止精度、
制動時間に対して最適な停止位相とは限らず、特に負荷
の変動、供給電力の変動等により停止精度が悪化する。

【００１４】本発明においては、制動時に負荷を想定し
た最適な位相、停止信号が入力された区間よりψだけ移
動させたＳＣの区間において磁界を静止することによ
り、停止精度の向上、及び制動時間の短縮を図ったもの
である。そして、制動時にモータ２にかかる端子電圧を
変化させることによって、制動電流を変動することが可
能であり、この制動時のモータ２に対する電力の供給す
る方法を図５（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示す。

【００１５】モータ２に対する端子電圧を変えるために
は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｖ１〜ｖ６に
示す滞在期間ｔと「ＯＮ」「ＯＦＦ」パターン１周期の
時間Ｔ１との比（ｔ／Ｔ１）を変えることにより、制動
平均電圧Ｖｂが変わり、制動トルクも変えることができ
る。

【００１６】本発明では、減速中の速度を検出して位相
ψを適当に選ぶと共に、図５（ｃ）のようにｔψを適当
に選択して制動電圧を適宜にして制動トルクを調整する
ことによって、負荷条件及び電源の変動等による減速の
変化に対応した最適な制動を実現したものである。

【００１７】このために、針位置と同期した針位置検出
信号Ｓ４及び速度と比例した速度信号Ｓ５を制御部８に
帰還する構成にする（図２参照）ことにより、制動前の
速度を検出するものである。

【００１８】図６乃至図８は、本発明に係るインバータ
制御を用いたミシン装置における前記構成装置の制御方
法を示すフローチャートであり、図９の移相ＴＢＬ（テ
ーブル）の構成例、図１０の制動電流ＴＢＬの構成例、
また、ミシン駆動時に使用される図１１の正弦波ＴＢＬ
の構成例、図１２の速度ＴＢＬの構成例、及び図１３乃
至図１６の関連した説明図を参照しながら説明する。（１）ミシンをスタートさせてからは、モータ２が
「ＯＮ」すると「ＯＦＦ」指令がなされるまで、起動速
度等の「イニシャル処理」の内容に従って駆動し、ペダ
ルスイッチからの踏み込みに応じて、ミシン制御回路３
からモータ駆動指令Ｓ２をモータ制御回路４に出力し、
「加速処理」，「等速処理」及び「減速処理」を判断し
ながら「通電制御」が続く限り繰り返して縫製作業を連
続して行う。上記速度制御において、「加速処理」，
「等速処理」及び「減速処理」の制御は、トランジスタ
駆動回路９からの「ＯＮ」「ＯＦＦ」によるインバータ
制御によって行うものであり、図９の移相ＴＢＬ、図１
０の制動電流ＴＢＬ、図１１の正弦波ＴＢＬ及び図１２
の速度ＴＢＬは、その構成例を示すものであり、また、
図１３乃至図１６の個々の説明は後述する。（２）この縫製作業中にモータ２が「ＯＦＦ」する
と、即ち、ペダルスイッチから足を離すと、ミシン制御
回路３からモータ制御回路４に「停止」のモータ駆動指
令Ｓ２が出力され、指令回路７からのモータ制御指令Ｓ
７に従って制御部８が本発明の停止制御を行う。（３）「停止」の指令が入力されると、以下の制御を
可能にするための「停止時減速処理」が行われ（図７，
図８）、停止前速度としての低定速回転（４００ｓｐ
ｍ）になるようにオープンループで急減速制御される。（４）「停止前速度にて等速運転」が達成されると上
位置信号のエッジとしての「停止位置」を確認して針位
置検出器５からの速度信号Ｓ５により「現在速度」を検
出する。（５）上記現在速度から「速度偏差αの演算」を行
う。この例で指令速度は４００ｓｐｍである。この速度
偏差がトルク変動やワークの種類に反映して検出され
る。速度偏差α＝指令速度−現在速度（６）速度偏差αから位相ＴＢＬをアクセス（図９参
照）し、最適移相量ψ＝ψｒを求める。（７）速度偏差αから制動電流ＴＢＬをアクセス（図
１０参照）し、最適電流を得るための出力時間オフセッ
ト量ｔψ＝ｔψｒを求めて時比率とする。（８）上記、最適移相量ψと最適電流出力時間オフセ
ット量ｔψに従って、「通電制御」を実施する。（９）そこで「制動終了」になると、次のモータ２が
「ＯＮ」するのを待って、前記（１）段に制御を継続す
る。（１０）一方、「制動が終らない」場合は、「現在速
度」を検出する。（１１）上記現在速度から「速度偏差αの演算」を行
う。ここで指令速度には制動開始時の４００ｓｐｍから
経過した時間に関連して減速停止する標準速度が入力さ
れる。速度偏差α＝指令速度−現在速度（１２）最適移相量は既に求めたψ＝ψｒに固定する
ために、「最適移相量ψ＝０」を設定する。（１３）速度偏差αから制動電流ＴＢＬをアクセス
（図１０参照）し、「最適電流出力時間オフセット量ｔ
ψ＝ｔψｒ」を求める。（１４）上記（８）段に制御処理を移し、最適移相量
ψと最適電流出力時間オフセット量ｔψに従って、「通
電制御」を実施する。

【００１９】図１３は、等速時におけるＵ相の正弦波Ｐ
ＷＭの生成を示すものである。速度ＴＢＬ値（図１２）
と正弦波ＴＢＬ値（図１１）によって得られる値によ
り、ＰＷＭスイッチング用タイマ値を求め、トランジス
タを「ＯＮ」「ＯＦＦ」することで正弦波ＰＷＭが実現
する。この図で加速する場合は、Ｔｘを短くする（速度
ＴＢＬを図の左から右に辿る。）ことで可能であり、ま
た減速する場合はその逆向きである。

【００２０】図１４は移相する場合の正弦波ＰＷＭの生
成を示すもので、移相時は速度偏差によって移相ＴＢＬ
によって求めた移相量だけ、正弦波ＴＢＬのアクセス時
に位相をシフトすることにより実現する。

【００２１】図１５は制動電流を可変する場合の正弦波
ＰＷＭの生成を示すもので、図中の時比率τ１，τ２
は、 τ１＝｛Ｔｘ−（Ｔｘ＊ｄｘ）＋Ｔｘ（１００−ｄ
ｘ₊₁）｝／２＊Ｔｘ τ２＝｛Ｔｘ−（Ｔｘ＊ｄｘ）＋Ｔｘ（１００−ｄ
ｘ₊₁）｝／２（Ｔｘ＋Ｔψ）ここで、Ｔｘ−（Ｔｘ＊ｄｘ）＋Ｔｘ（１００−ｄｘ₊₁）＝ｔとすると、 τ１＝ｔ／２＊Ｔｘ τ２＝ｔ／２（Ｔｘ＋Ｔψ）である。図のように、制動電流ＴＢＬによって求めたＴ
ψをＴｘにオフセットすることにより、時比率を変化さ
せ制動力を可変する。

【００２２】上記制動制御は、制動時に位相をシフト
（移相）することにより、瞬間的に滑りを変化させるこ
とができる。これにより、モータの二次側に発生する二
次電流も変化させることが可能で、瞬間的に制動トルク
に変化を与え、負荷条件及び各種の変動条件に対応した
移相を行うことで、停止精度及び制動時間の改善を図る
ことができる。

【００２３】図１６は位相を前後にシフトした場合のモ
ータ速度とモータ発生トルク状況を示すものである。現
在位相Ｐ０に対して、Ｐ１，Ｐ２のように位相を前に進
めると、一瞬回転方向に対して「＋」のトルクが発生
し、減速が遅れて制動時間が長くなる。またそれにより
停止位置も前にシフトすることになる。次に、Ｐ３，Ｐ
４のように位相を現在位置Ｐ０より遅れさせると、急激
な「−」トルクが一瞬発生し、急減速となる。制動時間
も短縮され、停止位置も後ろにシフトし、現在位置Ｐ０
で相励磁を静止した場合より速く停止することが可能と
なる。以上のように移相量ψを制御することにより、制
動時間及び停止位置を制御することが可能となる。

【００２４】また、制動時の正弦波ＰＷＭ周期を変化さ
せ制動平均電圧Ｖｂを変圧することにより、制動時の磁
束の最適化を図ることが可能であり、両相乗作用によっ
て、停止精度及び制動時間に対する優れた効果を得るこ
とが可能である。

【００２５】尚、上記実施例の説明では、制動時につい
てのみ説明したが、本発明によるインバータ制御を用い
たミシン装置における制動方法によれば、移相制御をミ
シン装置の減速を実施する際に使用することも可能であ
り、籠形誘導モータの回転途中において、瞬間的に移相
を実施することにより、減速トルクに変化を与えて減速
カーブを目的とする最適なものに制御することが可能で
あることは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るインバ
ータ制御を用いたミシン装置における制動方法によれ
ば、籠形誘導モータの制御において、ミシン制御回路か
ら入力された指令に基づいて入力する電流の位相を移相
制御すると共に、最適電流とすることでモータを滑り送
り、または逆トルクを印加したりすることによって回動
軸の回転を制御するものであるため、制動力を自由に選
択または制御することができ、負荷条件，電源変動及び
温度上昇等に対応した最適な制動の実施を可能とするこ
とができ、例えば針の上位置信号のエッジを検出してか
ら制動を開始して、ミシンに許容される上位置停止範囲
内でミシンを確実に停止することができる。

【００２７】更に本発明によれば、それらの変動条件が
ミシン速度の変動に影響を与えることにより、速度信号
をミシン制御回路に帰還して制御する構成になっている
ため、停止精度の向上及び制動時間の短縮を実現するこ
とができる等の優れた効果を奏するものである等の特徴
を有するものであり、本発明の実施によって得られる効
果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインバータ制御を用いたミシン装
置における制動方法を実施するためのミシン及び駆動装
置の構成ブロック図である。

【図２】図１におけるモータ制御回路の構成例を示すブ
ロック図である。

【図３】モータの端子電圧と回転磁界のベクトルの関係
を示す説明図である。

【図４】同制御時のベクトルの関係を示す説明図（ａ）
及びその拡大図（ｂ）である。

【図５】（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、同制動時のモー
タへの電力の供給を可変する方法を示す説明図である。

【図６】本発明の制御方法を示すフローチャート（１）
である。

【図７】本発明の制御方法を示すフローチャート（２）
である。

【図８】本発明の制御方法を示すフローチャート（３）
である。

【図９】移相ＴＢＬの構成例を示すものである。

【図１０】制動電流ＴＢＬの構成例を示すものである。

【図１１】正弦波ＴＢＬの構成例を示すものである。

【図１２】速度ＴＢＬの構成例を示すものである。

【図１３】等速時におけるＵ相の正弦波ＰＷＭの生成を
示すものである。

【図１４】移相する場合の速度偏差（ａ）と位相シフト
（ｂ）の関係から正弦波ＰＷＭの生成を示すものであ
る。

【図１５】制動電流を可変する場合の正弦波ＰＷＭの生
成を示すものである。

【図１６】位相を前後にシフトした場合のモータ速度と
モータ発生トルク状況を示す説明図である。

【符号の説明】

１ミシン本体２モータ３ミシン制御回路４モータ制御回路５針位置検出器７指令回路９制御部１０インバータ１１整流平滑回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ミシンを制御するための各種ミシン駆動
信号を出力し、モータ制御回路に対して、モータのモー
タ駆動指令を出力すると共に、前記モータ制御回路から
のモータ状態信号を入力するようになるミシン制御回路
と、ミシンの針棒位置と同期した信号及び速度と比例し
た信号をミシン制御回路とモータ制御回路に出力する針
位置検出器とからなり、前記モータ制御回路がミシン制
御回路と針位置検出器からの信号を受取ながら、インバ
ータ部分により前記モータに電力を供給するインバータ
制御を用いたモータを駆動源とするミシン装置におい
て、前記ミシン制御回路から入力された指令に基づき、前記
インバータのＰＷＭスイッチングのパターンによってモ
ータ端子電圧を印加して回転磁界を生成すると共に、制
動時に速度偏差を求め、負荷を想定した最適位相量ψだ
け移動させて磁界を静止させると共に、制動時にモータ
にかかる制動電流の時比率を変えることにより、制動平
均電圧を制御して制動トルクを変えて前記モータの制動
を行うことを特徴とするインバータ制御を用いたミシン
装置における制動方法。