TWI627322B

TWI627322B - 機械式縫紉機的閉迴路控制裝置及方法

Info

Publication number: TWI627322B
Application number: TW106108200A
Authority: TW
Inventors: Xuan-Tai Chen
Original assignee: Chen xuan tai
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2018-06-21
Also published as: CN109995279B; JP6383452B2; DE102017105440A1; JP2017176830A; US10563332B2; CN107241038B; TW201734275A; US20170275799A1; CN107241038A; CN109995279A

Abstract

本發明係機械式縫紉機的閉迴路控制裝置及方法，該裝置包含有一隔離式降壓高頻切換電源模組、一直流馬達、一速度控制模組、一處理器、一電子式開關、一電流偵測模組及一電壓偵測模組，該隔離式降壓高頻切換電源模組將一交流電源轉為一直流電源給該直流馬達，該速度控制模組發出一速度訊號至該處理器，該處理器根據該速度訊號控制該電子式開關的工作週期，調整該直流馬達的工作電壓，並且，該處理器接收該電流偵測模組及該電壓偵測模組分別偵測該直流馬達的工作電流及工作電壓所產生的訊號，並依據該些訊號調整該直流馬達的工作電流與工作電壓。

Description

機械式縫紉機的閉迴路控制裝置及方法

本發明係一種機械式縫紉機的閉迴路的控制裝置及方法，尤指一種於直流馬達與處理器之間設置電壓、電流偵測模組，將該直流馬達的工作資訊回授至該處理器，利用處理器透過閉迴路控制該直流馬達的工作電壓的控制裝置及方法。

目前市面上常見的縫紉機包含了電腦式縫紉機及機械式縫紉機，電腦式縫紉機，利用程式控制一轉動編碼器來進行車縫動作，雖有刺繡功能，但其單價較高；機械式縫紉機並無刺繡功能，無轉動編碼器，價格較低，機械式縫紉機其車縫的速度快慢由使用者自行調整，使用者藉由控制機械式縫紉機的腳踏板，調整腳踏板的角度或是深度，改變機械式縫紉機的直流馬達的轉速，以調整其車縫速度。因此，現有的機械式縫紉機其車縫速度皆由使用者的習慣、或車縫需求來自行調整，並無精確控制。

請參閱圖7所示，係直流馬達的等效電路，Vm為工作電壓，Ra為馬達的電樞內組，Ia為馬達的電樞電流，E為電樞切割磁場所產生的感應電動勢，可以得知：Vm=IaRa+E

另外，E可表示為：E=KΦN

其中，K為電樞繞組因數，Φ為磁通量，N為轉速。

因此馬達的轉速N可以表示為：

由以上公式可以得知，可透過控制該工作電壓Vm，進而調整馬達的轉速N。

目前的機械式縫紉機中，透過踩踏腳踏板的旋轉角度或深度可改變直流馬達的工作電壓Vm，調整該直流馬達的轉速。然而，當使用者欲固定工作電壓Vm使直流馬達可以固定轉速運作時，由於反電動勢E會阻礙線圈轉動，因此如果要令線圈維持定速轉動時，必須提供多餘能量，才能使直流馬達定轉速工作，導致電樞電流Ia必須上升，才能使直流馬達定轉速工作。然而，當馬達的轉速固定，電樞電流Ia的上升，會使工作電壓Vm開始下降，而工作電壓Vm下降會造成馬達的轉速下降，造成又必須增加腳踏板旋轉角度，以再次增加工作電壓Vm，因此，目前的機械式縫紉機的馬達皆需要功率較高的高壓馬達，才足以正常工作，但目前的機械式縫紉機使的該直流高壓馬達的電樞電流Ia及工作電壓Vm居高不下，該直流高壓馬達的工作溫度向上提升，造成直流高壓馬達具有壽命短、消耗功率高以及工作溫度高等問題，並且其電刷會有火花產生，以至於直流高壓馬達的安全性較差。

由前述可知，現有的機械式縫紉機欲維持目前直流馬達轉速時，會因為電樞電流的上升而造成直流馬達之工作電壓的下降，因此必須再次增加腳踏板的旋轉角度，才能維持馬達的轉速，所以機械式縫紉機需要一高壓直流馬達，該高壓直流馬達將消耗較高的功率，並且因為電樞電流及工作電壓的增加，會導致馬達工作溫度上升進而減少直流馬達的壽命。

有鑑於此，本發明主要係提供一種機械式縫紉機的閉迴路控制裝置，利用一處理器使用脈波寬度調變技術(PWM)，於頻率不變的情況下改變工作週期，進而調整直流馬達的工作電壓，且依據直流馬達的電樞電流及工作電壓，該處理器調整該工作電壓Vm的占空比(duty cycle)以提升該工作電壓，使用者無需再次增加腳踏板的旋轉角度，即可維持直流馬達的轉速，與電腦式縫紉機相比，無須轉動編碼器即可達到閉迴路控制，本發明主要係對目前的機械式縫紉機進行改良，利用處理器來提升車縫效率、降低功率消耗、延長直流馬達壽命。

為了達到上述目的所採用的主要技術手段，係令該機械式縫紉機的閉迴路控制裝置包含有：一隔離式降壓高頻切換電源模組，具有一輸入端與一輸出端，該輸入端係連接一交流電源，並於該輸出端輸出一工作電壓；一直流馬達，其連接該輸出端以接收該工作電壓；一速度控制模組，輸出一速度訊號；一處理器，其連接該速度控制模組，依據該速度訊號發出一控制訊號；一電子式開關，其連接該直流馬達與該處理器之間，依據該控制訊號控制該電子式開關的工作週期，調整施加在該直流馬達的該工作電壓；一電流偵測模組，其連接於該電子式開關與該處理器之間，該電流偵測模組檢測該直流馬達的一工作電流，以產生一工作電流訊號；一電壓偵測模組，其連接於該直流馬達與該處理器之間，該電壓偵測模組檢測該直流馬達的該工作電壓，以產生一工作電壓訊號；其中，該處理器根據該工作電流訊號及該工作電壓訊號，進一步調整該控制訊號以重新調整該電子式開關的工作週期。

本發明之另一目的係提供一種機械式縫紉機的閉迴路控制方法，該機械式縫紉機包含有一腳踏板及一直流馬達，該腳踏板控制該直流馬達的工作電壓及工作電流，以調整該直流馬達的轉速，該機械式縫紉機的閉迴路控制方法包含：取得該腳踏板的一旋轉角度；依據該腳踏板的該旋轉角度控制該直流馬達以一預設功率運作；計算該直流馬達實際輸出的一輸出功率；判斷該輸出功率是否等於該預設功率，其中：若該輸出功率不等於該預設功率，調整該直流馬達的該輸出功率。

由上述可以得知，利用該隔離式降壓高頻切換電源模組將交流電源轉換為直流電源，並提供至該直流馬達，該處理器利用PWM技術，調整該電子式開關的工作週期，進而調整該直流馬達的工作電壓、工作電流，藉由控制該直流馬達的功率來調整其轉速，並依據該腳踏板的該旋轉角度將該直流馬達提升至該預設功率，並且，利用電流偵測模組檢測流過該直流馬達的該工作電流，以產生工作電流訊號，及使用該電壓偵測模組檢測該直流馬達的工作電壓以產生工作電壓訊號，利用該工作電流訊號與該工作電壓訊號計算該直流馬達其實際輸出的輸出功率，並判斷該輸出功率是否與該預設功率，若不相同，則利用閉迴路控制調整該直流馬達的該輸出功率，使該輸出功率與該預設功率相同，以達到閉迴路控制的功效，避免當電流上升時，電壓下降，如要固定轉速，需要再次增加該直流馬達的工作電壓，造成該直流馬達的負擔，增加功率及減少該直流馬達的壽命，因此，相對於傳統機械縫紉機中的高壓直流電機，本發明的直流馬達電機可以在較低的工作電壓下穩定地工作。

10‧‧‧隔離式降壓高頻切換電源模組

11‧‧‧整流單元

12‧‧‧調壓電路

121‧‧‧脈波調變器

13‧‧‧變壓器

14‧‧‧整流濾波電路

15‧‧‧電壓回授電路

16‧‧‧穩壓電路

20‧‧‧直流馬達

30‧‧‧電子式開關

40‧‧‧處理器

50‧‧‧速度控制模組

51‧‧‧腳踏板

60‧‧‧電流偵測模組

70‧‧‧電壓偵測模組

80‧‧‧照明燈

Q1‧‧‧電子式電源開關

Q2‧‧‧穩壓器

U‧‧‧光耦合器

J1‧‧‧接頭

J2‧‧‧輸出接頭

J3‧‧‧連接器

圖1 係本發明機械式縫紉機的閉迴路控制裝置的電路方塊圖。

圖2A、2B 係本發明機械式縫紉機的閉迴路控制裝置的電路圖。

圖3 係本發明機械式縫紉機的閉迴路控制裝置另一實施例的電路方塊圖。

圖4~6 係本發明機械式縫紉機的閉迴路控制方法的流程圖。

圖7 係直流馬達的等效電路圖。

請參閱圖1所示，本發明之機械式縫紉機的閉迴路控制裝置包含有一隔離式降壓高頻切換電源模組10，一直流馬達20、一電子式開關30、一處理器40、一速度控制模組50、一電流偵測模組60、一電壓偵測模組70，該隔離式降壓高頻切換電源模組10的輸入端連接一外部交流電源，該隔離式降壓高頻切換電源模組10的輸出端連接該直流馬達20，該電子式開關30的輸出端連接該直流馬達20，該電子式開關30的輸入端連接該處理器40的輸出端，該速度控制模組50的輸出端連接至該處理器40的輸入端，該電流偵測模組60的輸入端連接於該電子式開關30，該電流偵測模組60的輸出端連接至該處理器40的輸入端，該電壓偵測模組70的輸入端連接於該直流馬達20，該電壓偵測模組70的輸出端連接該處理器40的輸入端。

請參閱圖2A及圖2B所示，該隔離式降壓高頻切換電源模組10的輸入端可透過一接頭J1連接一外部交流電源，並將該交流電源轉為一工作電壓Vo以提供至該直流馬達20。該隔離式降壓高頻切換電源模組10其包含有一整流單元11、一調壓電路12、一變壓器13、一整流濾波電路14以及一電壓回授電路15。

該整流單元11係一全波整流器，其輸入端(A1、A3接腳)連接至外部交流電源，將該外部交流電源整流為一直流電壓Vdc，並由該整流單元11的輸出端(A2、A4接腳)輸出該直流電壓Vdc，以輸出該直流電壓Vdc至該變壓器13的一次側。

該調壓電路12包含一脈波調變器121以及一電子式電源開關Q1，該脈波調變器121包含有一閘極驅動接腳B5、一電源輸入接腳B6、一電壓回授接腳B2，該電子式電源開關Q1連接於該脈波調變器121與該變壓器13的一次側之間，該電子式電源開關Q1可為一金屬氧化物半導體場校電晶體(MOSFET)，其汲極連接至該變壓器13的一次側，其源極接地，其閘極連接該脈波調變器121的該閘極驅動接腳B5，其中，該直流電壓Vdc為一脈波直流電壓，該脈波調變器121控制該電子式電源開關Q1的工作週期，調整該直流電壓Vdc的占空比，以調整該直流電壓Vdc的平均電壓輸出。

該變壓器13的一次側具有一輸入繞組與一輔助繞組，二次側具有一輸出繞組。該輔助繞組輸出一輔助電壓Vaux，該輔助電壓Vaux輸出至該脈波調變器121的該電源輸入接腳B6，以提供電力給該脈波調變器121。

該變壓器13的輸出繞阻連接該整流濾波電路14，該變壓器13調變該直流電壓Vdc，並通過該整流濾波電路14整流濾波後，輸出該工作電壓Vo至一輸出接頭J2。其中，該變壓器13的輸出繞組利用中間抽頭經過一二極體D1，輸出一發光二極體(LED)電壓Vs。該LED電壓Vs通過一穩壓電路16轉為一處理器電壓Vcc，該處理器電壓Vcc提供給該處理器40。

另外，該電壓回授電路15連接於該整流濾波電路14與該脈波調變器121之間，該電壓回授電路15連接至該脈波調變器121的該電壓回授接腳 B2，用以將該整流濾波電路14其輸出的該工作電壓Vo的資訊回饋至該脈波調變器121，使該脈波調變器121依據該工作電壓Vo的資訊控制該電子式電源開關Q1的工作週期，以調整該直流電壓Vdc的占空比，調整輸入至該變壓器13的輸入繞組的該直流電壓Vdc的脈衝值，使該整流濾波電路14穩定輸出該工作電壓Vo。該電壓回授模組15包含有一穩壓器Q2及一光耦合器U，該工作電壓Vo經過分壓後，經由該穩壓器Q2輸出一回授電壓Vz至該光耦合器U的輸入端(光發射器，光耦合器的接腳C1、C2)，該光耦合器U利用光訊號來進行傳輸，將光訊號傳遞至該光耦合器U的輸出端(光接收器，光耦合器的接腳C3、C4)，以輸出一回授電壓訊號，並將該回授電壓訊號輸入至該脈波調變器121的電壓回授接腳B2；藉由該光耦合器U的輸入端與輸出端之間利用光訊號傳輸，未具有實體連接，使該光耦合器U具有良好的隔離功效，隔離該變壓器13的一、二次側。因此，該隔離式降壓高頻切換電源模組10藉由該電壓回授電路15測量該輸出端的該工作電壓Vo，並回授給該脈波調變器121，用以調整該工作電壓Vo，達到閉迴路控制的效果，減少誤差。

該電子式開關30連接於該直流馬達20與該處理器40之間，該電子式開關30係為一N通道增強型場效應電晶體(FET)，其閘極連接至該處理器40的輸出端，其汲極連接至該直流馬達20，其源極連接該電流偵測模組60。

該處理器40分別連接該電子式開關30、該速度控制模組50、該電流偵測模組60、該電壓偵測模組70。該處理器40包含有兩電源接腳D1、D8、一電壓訊號接腳D7、一速度訊號接腳D6、一電流訊號接腳D5、一輸入接腳D4、一輔助接腳D3、一輸出接腳D2，其中一電源接腳D1接收該處理器電壓Vcc，另一電源接腳D8為接地。該輸出接腳D2連接至該電子式開關30的閘極，以輸出該控制訊號至該電子式開關30，操控該電子式開關30的工作週期，控制將輸入至該直流馬達20的該工作電壓Vm、該工作電流的占空比，藉以調整該工作電壓Vm、該工作電流的平均值，以調整該直流馬達20的功率，進一步控制其轉速；該輸入接腳D4、該電壓訊號接腳D7及該速度訊號接腳D6經由一連接器J3連接一外部控制器，該外部控制器輸入指令至該處理器40，讓該處理器40依據輸入的指令運作。

該速度控制模組50的輸入端連接該機械式縫紉機的一腳踏板51，該腳踏板51連接一電源，當使用者踩踏該腳踏板51，使該腳踏板51的一旋轉角度產生改變，該速度控制模組50的輸出端係對應輸出一速度訊號，該速度訊號輸出至該處理器40的該速度訊號接腳D6，其中該速度訊號為一電壓訊號，其電壓值根據腳踏板51的該旋轉角度而相應改變。該處理器40根據接收的該速度訊號，調整至該電子式開關30的該控制訊號以改變該工作電壓Vm的平均值，其中，該腳踏板51連接之電源可為該變壓器13的輸出繞組的該處理器電壓Vcc。

該電流偵測模組60的輸入端連接該電子式開關30的源極，該電流偵測模組60的輸出端連接該處理器40的該電流訊號接腳D5，令流經該直流馬達20的一工作電流，通過該電流偵測模組60而產生一工作電流訊號，並將該工作電流訊號輸入至該處理器40。

該電壓偵測模組70的輸入端連接至該直流馬達20，該電壓偵測模組的輸出端連接該處理器40的該電壓訊號接腳D7，將該直流馬達20目前的該工作電壓Vm資訊通過該電壓偵測模組70產生一工作電壓訊號，並將該工作電壓訊號輸入至該處理器40中。

因此，該處理器40藉由該電流偵測模組60與該電壓偵測模組70，將該直流馬達20的工作電壓Vm與工作電流的資訊回授至該處理器40，供該處理器40進一步調整該控制訊號，修正該直流馬達20的該工作電壓下降的問題，達到閉迴路控制的效果。

請參閱圖3所示，該隔離式降壓高頻切換電源模組10的輸出端可再連接一照明燈80，該照明燈80可為一發光二極體(LED)燈具，其中，由該變壓器13的輸出繞組的該LED電壓Vs傳遞至該照明燈80，用以提供電力。

依據上述結構，請參閱圖4所示，本發明所提供機械式縫紉機的閉迴路控制方法包含：取得該腳踏板51的該旋轉角度(S101)；依據該腳踏板51的該旋轉角度，調整該直流馬達20至一預設功率Pc(S102)；計算該直流馬達實際輸出的一輸出功率Pr(S103)；判斷該預設功率Pc是否等於該輸出功率Pr(S104)；若該預設功率Pc不等於該輸出功率Pr，調整該直流馬達20的該輸出功率Pr(S105)。

取得使用者踩踏該機械式縫紉機的該腳踏板51的該旋轉角度(步驟S101)，該腳踏板51利用不同的旋轉角度，輸入不同電壓的速度訊號至該處理器40，該處理器40依據該速度訊號產生該控制訊號，並將該控制訊號傳遞至該電子式開關30的閘極，操控該電子式開關30的工作週期，調整傳遞至該直流馬達20的工作電流、工作電壓的占空比，來將直流馬達20的功率提升至該預設功率Pc(步驟S102)，以進一步控制該直流馬達20的轉速；該電流偵測模組60、電壓偵測模組70分別把該直流馬達20的該工作電流、該工作電壓的資訊回饋至該處理器40，該處理器40計算該直流馬達20實際輸出的該輸出功率Pr(S103)，並且判斷該預設功率Pc是否等於該輸出功率Pr(S104)，若該預設功率Pc與該輸出功率Pr相同，即可回到「取得該腳踏板51的該旋轉角度(S101)」步驟；若該預設功率Pc與該輸出功率Pr不同，則利用閉迴路控制調整該輸出功率(S105)，其中，請審閱圖5所示，調整該輸出功率更包含有以下步驟：判斷該預設功率Pc是否高於該輸出功率Pr(S106)；若該預設功率Pc高於該輸出功率Pr，則提升該直流馬達20的該輸出功率Pr(S107)，並且回到「計算該直流馬達20的該輸出功率Pr(S103)」的步驟，重新計算該直流馬達20的輸出功率Pr；若預設功率Pc低於該輸出功率Pr，則判斷該輸出功率Pr是否大於一重載功率(S108)；若該輸出功率Pr低於該重載功率，則降低該直流馬達20的該出輸出功率Pr(S109)，並且回到「計算該直流馬達20的該輸出功率Pr(S103)」的步驟，重新計算該直流馬達20的輸出功率Pr；若該輸出功率Pr高於該重載功率，則進入一重載模式(S110)。

調整該輸出功率Pr前，應先判斷該預設功率Pc是否高於該輸出功率Pr(S106)，若該預設功率Pc高於該輸出功率Pr，則代表該輸出功率Pr不足，因此透過閉迴路控制，利用該處理器40提升將輸入至該直流馬達20的該工作電流與該工作電壓的占空比，以提升該直流馬達20的該輸出功率Pr(S107)，提升該輸出功率Pr後，回到步驟S103「計算該直流馬達20的該輸出功率Pr」。此外，若該預設功率Pc低於該輸出功率Pr，則判斷該輸出功率Pr是否大於該重載功率(S108)，來確認目前的該機械式縫紉機是否在對多層布料執行貫布動作，若該輸出功率Pr低於該重載功率，則可確認該機械式縫紉機並非對該些進行貫布動作，因此該處理器40降低將輸入至該直流馬達20的該工作電壓與該工作電流的占空比，以降低該直流馬達20的該輸出功率Pr(S109)，並且在降低該直流馬達20的該輸出功率Pr後，回到步驟S103「計算該直流馬達20的該輸出功率Pr」。

藉由以上敘述可以確認，本發明利用閉迴路控制使該直流馬達20的輸出功率Pr能夠與該預設功率Pc相同，避免該直流馬達20其輸出功率Pr不足，持續增加該腳踏板51的旋轉角度，增加該直流馬達20的功率及負擔，造成該直流馬達20的耗電量增加、壽命降低。

其中，若該輸出功率Pr高於該重載功率，則可確認目前該機械式縫紉機為執行貫布動作，進入該重載模式(S110)。

請參閱圖6所示，上述的重載模式為執行以下步驟：調整該直流馬達至一額定功率Pm(S111)；計算該直流馬達的輸出功率Pr(S112)；判斷該輸出功率Pr是否高於該額定功率Pm(S113)，其中：若該輸出功率Pr高於該額定功率Pm，於一預定時間內停止輸入該工作電壓及該工作電流至該直流馬達(S114)，並且回到前述「取得該腳踏板51的該旋轉角度(S101)」的步驟，以重新取得該腳踏板51的該旋轉角度；若該輸出功率Pr低於該額定功率Pm，調整該直流馬達的輸出功率Pr進行補償(S115)，並且回到「計算該直流馬達的輸出功率Pr(S112)」的步驟，以重新計算該直流馬達的輸出功率Pr。

本發明的機械式縫紉機的閉迴路控制方法執行該重載模式時，該處理器40調整將輸入至該直流馬達20的該工作電壓與該工作電流的占空比，將該直流馬達20提升至該額定功率Pm(S111)，並利用該電流偵測模組60、電壓偵測模組70回授該直流馬達20的工作電壓、工作電流，使該處理器40計算該直流馬達20實際輸出該輸出功率Pr(S112)；判斷該輸出功率Pr是否高於該額定功率Pm(S113)，用來確認該重載模式下，是否已對該些完成貫布動作，若該輸出功率Pr低於該額定功率Pm，該處理器40調整輸入至該直流馬達20的該工作電壓與該工作電流的占空比，以調整該直流馬達的輸出功率Pr進行補償(S115)。具體來說，因為輸出功率在貫布過程中受布料的抵消，因此需要增加該輸出功率Pr，使該直流馬達的輸出功率Pr足夠進行貫布，並且在調整完該輸出功率Pr後回到「計算該直流馬達的輸出功率Pr(S112)」步驟，以重新計算該直流馬達的輸出功率Pr，藉此持續補償增加該輸出功率Pr，在貫布過程中保持足夠的輸出功率Pr。若該輸出功率Pr高於該額定功率Pm時，代表完成對該些布料的貫布動作，於該額定時間內停止輸入該工作電壓、該工作電流至該直流馬達20(S114)後，回到步驟S101「取得該腳踏板51的該旋轉角度(S101)」，讓該直流馬達恢復到待機狀後，若該腳踏板51有旋轉時，重新取得該腳踏板51的該旋轉角度。

本發明利用重覆步驟S111至S113和S115用以對該些進行貫布動作，於貫布動作時，利用閉迴路控制對該直流馬達20的輸出功率Pr進行補償以增加輸出功率Pr，將該直流馬達20穩定在該額定功率Pm下進行貫布，使本發明能夠使用功率較低的直流馬達，藉由較低的功率、較少的電力來完成傳統的機械式縫紉機需要使用高功率馬達、高功率才可完成的貫布動作，於本發明的實際實驗中，傳統的機械式縫紉機若欲貫穿12層的TC布(其成分為polyester占65%、cotton占35%)需要80瓦的功率，而使用本發明的機械式縫紉機的閉迴路控制方法使用30至40瓦即可貫穿相同的布料，有效降低其電力消耗、減少馬達的負擔及工作溫度，延長馬達壽命，此外，更可將傳統的機械式縫紉機其馬達的壽命由500小時延長至2000小時以上，延長機械式縫紉機的使用時間，另使用者無需頻繁地更換直流馬達。

其中，高壓直流馬達其成本高於低壓直流馬達，使用本發明的機械式縫紉機可使用電壓較低的低壓直流馬達，與傳統的機械式縫紉機相比，其設備成本較低，並且可較省電，無高壓直流馬達電刷發生火花及工作溫度過高的問題，安全性較高。此外，使用本發明的機械式縫紉機與電腦式縫紉機相比無需裝置轉動編碼器，也無複雜的控制電路，具有較低的設備成本，更容易地被使用者接受。

通過上述結構可以得知，本發明的機械式縫紉機的閉迴路控制裝置及方法，控制該腳踏板的該旋轉角度，輸入不同電壓的速度訊號至該處理器，該處理器依據該速度訊號，調整該控制訊號，利用該控制訊號控制該電子式開關的工作週期，藉此調整將輸入至該直流馬達的該工作電壓、工作電流的占空比，藉由調整該直流馬達的功率，用以進一步調整該直流馬達的轉速，並根據該速度訊號提升該直流馬達的功率至該預設功率；另外，透過該電流偵測模組、電壓偵測模組取得流過該直流馬達的該工作電流、工作電壓，以獲得該工作電流訊號、該工作電壓訊號，該處理器依據該工作電流訊號、該工作電壓訊號計算該直流馬達實際輸出的該輸出功率，並且利用閉迴路控制調整該直流馬達的該工作電流、該工作電壓，使該直流馬達的該輸出功率與該預設功率相同，避免因為流過該直流馬達的工作電流增加，導致該直流馬達的工作電壓下降，如欲維持或增加該直流馬達的轉速，需要再次因此增加該腳踏板的旋轉角度，提升該工作電壓，衍生出電流、電壓過高，該直流馬達的負載功率上升、增加耗電、降低該直流馬達的壽命的問題。

此外，根據該直流馬達的該輸出功率來判斷該機械式縫紉機是否正在用以貫穿多層布料，當該直流馬達的輸出功率Pr大於額定功率Pm，代表該些布料已經被該機械式縫紉機的縫紉針貫穿，可以重新偵測該腳踏板51的轉動角度以確認該機械式裁縫機的運作狀態。當正在貫穿該些布料時，利用閉迴路控制使該機械式縫紉機執行該重載模式，使該直流馬達能隨時根據輸出功率進行補償增加，以使輸出功率操作在該額定功率下，直到當輸出功率超過額定功率時，代表已經完成貫布，並且在預定時間內停止輸入至該直流馬達的工作電壓及電流，減少功率消耗及需求，降低設備成本及消耗電力。

最後，本發明的機械式縫紉機的閉迴路控制裝置及方法，本發明的電源模組使用隔離式降壓高頻切換電源模組，將使用者與電源端隔離，提升安全性，且利用處理器依據該速度控制模組提供的速度訊號來調整該直流馬達的工作電壓，具有較高的精確性。

本發明之內部結構經由本發明內容揭示，已充分說明內部結構、動作說明及功效，實乃具備了申請專利之要件；其中，本發明所述之內容，僅作為實施例之說明，並不以此限定本發明欲保護之範圍，任何局部的更改、變動之結構，仍為本發明保護之範圍。

Claims

一種機械式縫紉機的閉迴路控制裝置，包含：一隔離式降壓高頻切換電源模組，具有一輸入端與一輸出端，該輸入端係連接一交流電源，並於該輸出端輸出一工作電壓；其中該隔離式降壓高頻切換電源模組包括一整流單元、一變壓器、一調壓電路及一整流濾波電路；該整流單元連接該輸入端，將該交流電源整流為一直流電壓，該變壓器的一次側連接該整流單元，以接收該整流單元輸出之該直流電壓，該調壓電路連接於該變壓器的一次側，該調壓電路包含一脈波調變器及一電子式電源開關，該脈波調變器調整該電子式電源開關的工作週期，調整該變壓器一次側的該直流電壓，該整流濾波電路連接於該變壓器的二次側與該輸出端之間；一直流馬達，其連接該輸出端以接收該工作電壓；一速度控制模組，輸出一速度訊號；一處理器，其連接該速度控制模組，依據該速度訊號發出一控制訊號；一電子式開關，其連接該直流馬達與該處理器之間，依據該控制訊號控制該電子式開關的工作週期，調整施加在該直流馬達的該工作電壓；一電流偵測模組，其連接於該電子式開關與該處理器之間，該電流偵測模組檢測該直流馬達的一工作電流，以產生一工作電流訊號；一電壓偵測模組，其連接於該直流馬達與該處理器之間，該電壓偵測模組檢測該直流馬達的該工作電壓，以產生一工作電壓訊號；其中，該處理器根據該工作電流訊號或該工作電壓訊號，進一步調整該控制訊號以重新調整該電子式開關的工作週期。
如請求項1所述之機械式縫紉機的閉迴路控制裝置，其中該輸出端與該脈波調變器之間設有一電壓回授電路，該電壓回授電路包含有：一穩壓器，其連接該輸出端，該穩壓器將該工作電壓調變至一回授電壓；一光耦合器，其連接該穩壓器，該光耦合器藉由該回授電壓獲得一回授電壓訊號，並將該回授電壓訊號傳輸至該脈波調變器，讓該脈波調變器依據該回授電壓訊號調整該變壓器一次側的該直流電壓。
如請求項1所述之機械式縫紉機的閉迴路控制裝置，其中該速度控制模組連接有一腳踏板，該腳踏板連接一電源，藉由改變該腳踏板的一旋轉角度，調整產生該速度訊號。
如請求項1所述之機械式縫紉機的閉迴路控制裝置，其中隔離式降壓高頻切換電源模組的輸出端連接一照明燈，該照明燈可為一發光二極體。
如請求項1所述之機械式縫紉機的閉迴路控制裝置，其中該處理器根據接收到的該工作電壓訊號及該工作電流訊號計算出一輸出功率，當該處理器判斷該輸出功率大於一預設功率，則產生一對應的控制訊號令該直流馬達操作在一重載控制模式。
一種機械式縫紉機的閉迴路控制方法，該機械式縫紉機包含一腳踏板以及一直流馬達，該腳踏板控制該直流馬達的工作電壓、工作電流，以調整該直流馬達的轉速，該機械式縫紉機的閉迴路控制方法包含：取得該腳踏板的一旋轉角度；依據該腳踏板的該旋轉角度控制該直流馬達以一預設功率運作；計算該直流馬達實際輸出的一輸出功率；判斷該輸出功率是否等於該預設功率，其中：若該輸出功率不等於該預設功率，調整該直流馬達的該輸出功率；其中調整該輸出功率包含有以下步驟：判斷該預設功率是否高於該輸出功率，其中；若該預設功率高於該輸出功率，提升該直流馬達的輸出功率；若該預設功率低於該輸出功率，判斷該輸出功率是否高於一重載功率。
如請求項6所述之機械式縫紉機的閉迴路控制方法，其中：若該輸出功率低於該重載功率，降低該輸出功率；若該輸出功率高於該重載功率，進入一重載控制模式。
如請求項6所述之機械式縫紉機的閉迴路控制方法，其中該重載控制模式更包含以下步驟：調整該直流馬達至一額定功率；計算該直流馬達實際輸出的該輸出功率；判斷該輸出功率是否高於該額定功率，其中：若該輸出功率低於該額定功率，調整該輸出功率進行補償，回到該計算該直流馬達實際輸出的該輸出功率步驟；若該輸出功率高於該額定功率，於一預定時間內停止輸入該工作電壓及該工作電流至該直流馬達；回到該取得該腳踏板的該旋轉角度步驟。