(57)【要約】【課題】回転速度にかかわらず効率良く正確に電気モータを制御できる繊維機械を提供する。【解決手段】自動ワインダは、モータ５１と、位置センサ５６と、電流センサ７０と、パルス検出部５５と、モータ制御部５２と、を備える。位置センサ５６は、モータ５１のロータ磁極位置を検出する。電流センサ７０は、モータ５１の電流を検出する。パルス検出部５５は、モータ５１の回転に応じたパルスを検出する。モータ制御部５２は、モータ５１の回転を制御する。また、モータ制御部５２は、第１制御部７１と、第２制御部７２と、を備える。第１制御部７１は、位置センサ５６の検出結果及びパルス検出部５５の検出結果に基づいてモータ５１の回転を制御する。第２制御部７２は、電流センサ７０の検出結果に基づいてモータ５１の回転を制御する。【選択図】図２
2010202332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータと、
前記電気モータのロータ磁極位置を検出する位置センサと、
前記電気モータの電流を検出する電流検出部と、
前記電気モータの回転に応じたパルスを検出するパルス検出部と、
前記電気モータの回転を制御するモータ制御部と、
を備え、
前記モータ制御部は、
前記位置センサの検出結果及び前記パルス検出部の検出結果に基づいて前記電気モータの回転を制御する第１制御部と、
前記電流検出部の検出結果に基づいて前記電気モータの回転を制御する第２制御部と、
を備えることを特徴とする繊維機械。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維機械であって、
前記第１制御部は、前記電気モータの回転速度が所定の回転速度未満の場合に当該電気モータの回転を制御することを特徴とする繊維機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の繊維機械であって、
前記第２制御部は、前記電気モータの回転速度が所定の回転速度以上の場合に当該電気モータの回転を制御することを特徴とする繊維機械。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の繊維機械であって、
パッケージに接触して当該パッケージを従動回転させる巻取ドラムを備え、
前記電気モータは、前記巻取ドラムを回転させる巻取ドラム駆動モータであることを特徴とする繊維機械。
【請求項５】
請求項１から３までの何れか一項に記載の繊維機械であって、
前記電気モータは、パッケージを直接回転駆動するパッケージ駆動モータであることを特徴とする繊維機械。
【請求項６】
請求項１から３までの何れか一項に記載の繊維機械であって、
前記電気モータは、スピンドルを回転させることにより糸に撚りを掛けるスピンドルモータであることを特徴とする繊維機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維機械に関する。詳細には、繊維機械が備える電気モータを制御するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、巻取ボビンを電気モータで直接又は間接的に駆動して当該ボビン表面に糸を巻き取り、パッケージを形成する糸巻取機等の繊維機械が知られている。近年、この種の繊維機械において、効率向上、小型化、長寿命化などの観点から、前記電気モータとしてブラシレスＤＣモータ（以下、単にブラシレスモータという場合がある）が使用されている。ブラシレスＤＣモータを採用した糸巻取機としては、例えば特許文献１が開示する構成のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６７６２７号公報
【０００４】
上記ブラシレスモータは、ロータ側に永久磁石を、ステータ側に複数のコイルをそれぞれ有し、前記コイルに流す電流をモータ制御部が切り替えることによりロータを回転させる仕組みである。また、一般的なブラシレスモータは、ロータの磁極位置を検知するための位置センサを有している。位置センサを備えたブラシレスモータの場合、モータ制御部は、位置センサが検出したロータ磁極位置に応じてコイルに印加する電圧を制御する。
【０００５】
一方、前記ブラシレスモータの制御方法の１つとして、位置センサを用いずにロータの位置を推定するセンサレス制御（正確にいえば、位置センサレス制御）も知られている。これは、コイルに発生する逆起電力波形に基づいて、モータの各コイルに印加する電圧を制御するものである。前記特許文献１には、糸巻取機が備えるブラシレスモータをセンサレス制御により制御しても良い旨が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
糸巻取機等の繊維機械においては、高品質なパッケージを形成するため、低速域から高速域までの広い回転速度範囲においてパッケージ回転速度を正確に制御することが重要な課題となっている。また繊維機械においては、糸継時などにおいて糸端を引き出すためにパッケージを逆回転させる場合もあるが、この逆回転時にも正確な回転制御を行うことが好ましい。この点、上記のような位置センサ付きのブラシレスモータを繊維機械に用いた場合、以下のような問題があった。
【０００７】
一般的に、ブラシレスモータの位置センサは進角を付けて配置される。これは、コイルに電圧を掛けてもインダクタンスの関係で直ちには磁力が発生しないため、この時間的な遅れを先読みにより解決すべく、位置センサの取付け位相をズラしたものである。このようにセンサに進角を設けると、当該進角にマッチした特定の速度で回転を続けている場合には効率良く駆動させることができるが、それ以外の回転速度の場合には力率及び効率が低下してしまうとともに、制御性が悪化してしまう。特に、ロータを逆回転させた場合には位置センサの位相ズレが更に大きくなるので、制御性が更に悪化してしまう。また、上述のように特定の回転速度以外では効率が低下するため、モータに余分な電流が必要となり、モータの大型化と高コスト化、及び消費電力の増大の原因となっていた。
【０００８】
また、位置センサに進角を設けると、複数の糸巻取ユニットが備えるブラシレスモータの間でセンサ位置のバラツキが生じてしまい、ユニット間で制御のバラツキが生じる点でも好ましくない。また、位置センサからの信号は（モータの極数にもよるが）ロータ１周あたり数パルスしか出力されない。このため、特に低速回転時において、滑らかな駆動を行うためには信号の時間的分解能が十分ではなかった。以上のように、位置センサによる制御では効率良く運転できる回転速度に制限があった。
【０００９】
この点、センサレス制御によれば位置センサの進角に基づく上記のような問題が無いため、正転、逆転を問わず、また、幅広い速度域でモータを効率良く制御することができる。しかし、センサレス制御はコイルに生じる逆起電力を利用するため、ロータの停止時のように逆起電力が発生していない場合や、低速回転時のように逆起電力が低い場合には、利用することが困難であった。このため、一般的なセンサレス制御においては、例えばモータを停止状態から始動する際には、ロータの位置に関係なく一定の電圧信号をコイルに印加することでロータを一応回転させ、十分な逆起電力が発生する回転速度に達してからセンサレス制御を開始するという制御が行われていた。このようであるから、センサレス制御では低速時における正確な回転制御を行うことができなかった。
【００１０】
以上のように、位置センサに基づいた制御とセンサレス制御にはそれぞれ一長一短の特徴があり、双方の長所を生かした制御が望まれる。この点、上記特許文献１は糸巻取機が備えるブラシレスモータの制御にセンサレス制御を用いても良い旨を述べているものの、具体的な構成は何ら開示していない。
【００１１】
本願発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、回転速度にかかわらず効率良く正確に電気モータを制御できる繊維機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１３】
本発明の観点によれば、以下の構成の繊維機械が提供される。即ち、この繊維機械は、電気モータと、位置センサと、電流検出部と、パルス検出部と、モータ制御部と、を備える。前記位置センサは、前記電気モータのロータ磁極位置を検出する。前記電流検出部は、前記電気モータの電流を検出する。前記パルス検出部は、前記電気モータの回転に応じたパルスを検出する。前記モータ制御部は、前記電気モータの回転を制御する。また、前記モータ制御部は、第１制御部と、第２制御部と、を備える。前記第１制御部は、前記位置センサの検出結果及び前記パルス検出部の検出結果に基づいて前記電気モータの回転を制御する。前記第２制御部は、前記電流検出部の検出結果に基づいて前記電気モータの回転を制御する。
【００１４】
この構成によれば、第１制御部によって位置センサの検出結果に基づいて駆動制御を行うことができ、第２制御部によって位置センサによらない制御（位置センサレス制御）を行うことができる。これにより、位置センサを用いた駆動制御と位置センサレス制御のそれぞれの利点と欠点を考慮し、状況に応じて適切に電気モータの制御を行うことができる。また、第１制御部においては、位置センサの検出結果のみでは時間分解能が足りない場合でも、パルス検出部の検出結果を補助的に用いることができるので、高価なエンコーダを設けることなく低速回転時においても滑らかにモータを駆動することができる。
【００１５】
上記の繊維機械においては、前記第１制御部は、前記電気モータの回転速度が所定の回転速度未満の場合に当該電気モータの回転を制御することが好ましい。
【００１６】
即ち、モータの停止時又は低速回転時においてはモータの誘起電圧が低いため、電流検出部の検出結果に基づいた位置センサレス制御を第２制御部が行うことが困難である。この点、第１制御部は位置センサの検出結果に基づいて制御を行うので、低速回転時においても適切にモータの制御を行うことができる。また、第１制御部は、位置センサの検出結果に加えてパルス検出部の検出結果を補助的に用いて制御を行うので、低速回転時においても滑らかにモータを駆動することができる。
【００１７】
前記の繊維機械においては、前記第２制御部は、前記電気モータの回転速度が所定の回転速度以上の場合に当該電気モータの回転を制御することが好ましい。
【００１８】
即ち、ある程度の回転速度以上であれば、電流検出部の検出結果に基づいて第２制御部による制御を行うことが容易となる。これにより、位置センサの進角にかかわらず、幅広い回転速度域でモータを効率的に駆動できるという位置センサレス制御の利点を良好に発揮することができる。このように効率的な駆動を行うことで運転時の電流を抑えることが可能となり、モータ及びパワーモジュールを最適化して製造コストを抑えることができる。
【００１９】
前記の繊維機械は、以下のように構成することが好ましい。即ち、この繊維機械は、パッケージに接触して当該パッケージを従動回転させる巻取ドラムを備える。前記電気モータは、前記巻取ドラムを回転させる巻取ドラム駆動モータである。
【００２０】
即ち、繊維機械が備える巻取ドラム駆動モータは、低速回転から高速回転まで幅広い回転速度域での正確な制御が必要であるため、本発明の構成を用いて制御することが特に好適である。
【００２１】
また、前記の繊維機械において、前記電気モータは、パッケージを直接回転駆動するパッケージ駆動モータであっても良い。
【００２２】
即ち、繊維機械が備えるパッケージ駆動モータは、低速回転から高速回転まで幅広い回転速度域での正確な制御が必要であるため、本発明の構成を用いて制御することが特に好適である。
【００２３】
また、前記の繊維機械において、前記電気モータは、スピンドルを回転させることにより糸に撚りを掛けるスピンドルモータであっても良い。
【００２４】
即ち、繊維機械が備えるスピンドルモータは、低速回転から高速回転まで幅広い回転速度域での正確な制御が必要であるため、本発明の構成を用いて制御することが特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る自動ワインダに備えられた糸巻取ユニットの構成の概略図。
【図２】モータ制御部の機能的な構成を示したブロック図。
【図３】Ｕ相電流波形と、位置センサからの信号及びドラムパルスの関係を示すグラフ。
【図４】モータ制御部によるモータの制御フローチャート。
【図５】本発明の第２実施形態に係る自動ワインダに備えられた糸巻取ユニットの構成の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る繊維機械としての自動ワインダが備えるワインダユニット１６の概略図である。
【００２７】
図１に示すワインダユニット１６は、給糸ボビン２１から解舒される紡績糸２０をトラバースさせながら巻取ボビン２２に巻き付けて、所定長で所定形状のパッケージ３０とするものである。それぞれのワインダユニット１６は、当該ワインダユニット１６の各構成を制御するためのユニット制御部５０を備えている。
【００２８】
ユニット制御部５０は、例えば、ＣＰＵと、ＲＡＭと、ＲＯＭと、Ｉ／Ｏポートと、を備えて構成されている。前記ＲＯＭには、ワインダユニット１６の各構成を制御するためのプログラムが記録されている。
【００２９】
前記ワインダユニット１６は、給糸ボビン２１と巻取ドラム２４との間の糸走行経路中に、給糸ボビン２１側から順に、解舒補助装置１２と、テンション付与装置１３と、スプライサ装置１４と、クリアラ（糸品質測定器）１５と、を配置した構成となっている。
【００３０】
解舒補助装置１２は、芯管に被さる規制部材４０を給糸ボビン２１からの糸の解舒と連動して下降させることにより、給糸ボビン２１からの糸の解舒を補助するものである。規制部材４０は、給糸ボビン２１から解舒された糸の回転と遠心力によって給糸ボビン２１上部に形成されたバルーンに対し接触し、当該バルーンを適切な大きさに制御することによって糸の解舒を補助する。
【００３１】
テンション付与装置１３は、走行する紡績糸２０に所定のテンションを付与するものである。テンション付与装置１３としては、例えば、固定の櫛歯に対して可動の櫛歯を配置するゲート式のものを用いることができる。このテンション付与装置１３によって、巻き取られる糸に一定のテンションを付与し、パッケージ３０の品質を高めることができる。なお、テンション付与装置１３には、上記ゲート式のもの以外にも、例えばディスク式のものを採用することができる。
【００３２】
スプライサ装置１４は、クリアラ１５が糸欠点を検出して行う糸切断時、又は給糸ボビン２１からの解舒中の糸切れ時等に、給糸ボビン２１側の下糸と、パッケージ３０側の上糸とを糸継ぎするものである。
【００３３】
クリアラ１５のクリアラヘッド４９には、紡績糸２０の太さを検出するための図略のセンサが備えられている。クリアラ１５はこのセンサからの糸太さ信号を監視することにより糸欠陥を検出するように構成されている。また、前記クリアラヘッド４９の近傍には、前記クリアラ１５が糸欠点を検出したときに直ちに紡績糸２０を切断するための図略のカッタが付設されている。
【００３４】
スプライサ装置１４の下側及び上側には、給糸ボビン２１側の下糸を捕捉してスプライサ装置１４に案内する下糸案内パイプ２５と、パッケージ３０側の上糸を捕捉してスプライサ装置１４に案内する上糸案内パイプ２６と、が設けられている。また、下糸案内パイプ２５と上糸案内パイプ２６は、それぞれ軸３３，３５を中心にして回動可能に構成されている。下糸案内パイプ２５の先端には吸引口３２が形成され、上糸案内パイプ２６の先端にはサクションマウス３４が備えられている。下糸案内パイプ２５及び上糸案内パイプ２６には適宜の負圧源がそれぞれ接続されており、前記吸引口３２及びサクションマウス３４に吸引流を発生させて、上糸及び下糸の糸端を吸引捕捉することができるように構成されている。
【００３５】
スプライサ装置１４の更に上側には、パッケージ３０を回転可能に挟持できるように構成されたクレードル２３と、前記パッケージ３０に対向して配置される巻取ドラム２４と、が設けられている。
【００３６】
クレードル２３は、パッケージ３０を巻取ドラム２４に対して所定の接圧で接触させるように構成されている。また、クレードル２３は、巻取ドラム２４に対して前記パッケージ３０を近接又は離間させる方向に揺動可能に構成されている。これによって、パッケージ３０の糸層が積層されて徐々に厚くなっていっても、その積層部分の厚みの増大をクレードル２３の揺動によって吸収し、パッケージ３０の外周面を巻取ドラム２４に確実に接触させることができる。
【００３７】
巻取ドラム２４は、その外周面には螺旋状の綾振溝２７が形成されている。また、巻取ドラム２４はモータ（電気モータ）５１の出力軸に連結されており、当該モータ５１によって回転駆動される。この構成で、前記綾振溝２７に紡績糸２０が導入された状態で巻取ドラム２４を回転駆動することにより、当該巻取ドラム２４と接触しているパッケージ３０を従動回転させ、当該パッケージ３０の外周面に紡績糸２０をトラバースさせながら巻き取ることができる。これにより、パッケージ３０の表面に糸層が形成されていく。
【００３８】
前記モータ５１の作動はモータ制御部５２によって制御されている。前記モータ制御部５２は、ユニット制御部５０と電気的に接続されている。そして、ユニット制御部５０は、最適な形状のパッケージ３０を生成するために、巻取ドラム２４の目標回転速度を指示する回転速度指示信号を前記モータ制御部５２に適宜出力するように構成されている。なお、モータ制御部５２の構成については後述する。
【００３９】
前記モータ５１は、ブラシレスＤＣモータとして構成されている。ブラシレスモータの構成は公知であるので詳細な説明は省略するが、このモータ５１は、永久磁石から構成された図略のロータと、Ｕ，Ｖ，Ｗの３つの相を構成する複数のコイルを有する図略のステータと、を主な構成要素として備えている。
【００４０】
また、モータ５１は、前記ロータの磁極位置を検出するためにステータ側に配置された３つの位置センサ５６を備えている。なお、前記位置センサ５６はホールＩＣからなっている。また、本実施形態では、位置センサ５６は進角無しで配置されている。これにより、低速回転時においては、正転逆転を問わずに高効率で正確な運転を実現することができる。この３つの位置センサ５６はそれぞれモータ制御部５２と電気的に接続されており、前記ロータ位置に応じた検出信号をモータ制御部５２に対して出力するように構成されている。
【００４１】
また、前記モータ５１にはパルス検出部５５が取り付けられている。このパルス検出部５５は、巻取ドラム２４の回転速度（即ち、モータ５１の回転速度）に比例した周波数でパルス信号を検出するように構成されている。具体的には、このパルス検出部５５は、円板状に構成されるとともに外周部が多数個に等分されて多極着磁された図略の円板状磁石と、前記円板状磁石の外周部に対するように配置されたホールＩＣと、から構成されている。前記円板状磁石は、前記ロータと一体回転するように構成されている。そして、ロータが回転すると、当該ロータと一体回転する円板状磁石によって磁場の変化が生じ、１回転当たり所定数（本実施形態では６０個）のパルス信号が前記ホールＩＣによって検出される。そして、このパルス信号が、モータ制御部５２及びユニット制御部５０に出力されるように構成されている。なお、以下の説明では、パルス検出部５５が出力するパルス信号を、巻取ドラム２４の回転と対応して発生するパルスという意味でドラムパルスと称することがある。
【００４２】
ユニット制御部５０は、前記ドラムパルスのパルス数を測定することにより、パッケージ３０に巻き取られた糸のおよその長さを算出することができる。これにより、ユニット制御部５０は、パッケージ３０の巻太りに応じた適切な制御を行うことができる。
【００４３】
次に、図２を参照してモータ制御部５２について説明する。図２は、モータ制御部５２の機能的な構成を示したブロック図である。図に示すように、モータ制御部５２は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）５３と、パワー回路５４と、を主に備えている。前記ＣＰＵ５３は、所定のプログラムを実行することにより、回転速度計算部５７、制御切替部５８、第１制御部７１、第２制御部７２及び出力部６３としての機能を発揮するように構成されている。
【００４４】
回転速度計算部５７は、ドラムパルス及び位置センサ５６の検出信号の少なくとも何れか一方の時間間隔を測定することにより、巻取ドラム２４の現在の回転速度（即ちモータ５１の現在の回転速度）を算出するように構成されている。なお、ドラムパルスと、位置センサ５６の検出信号と、の２種類の信号を用いて速度を算出しているのは、以下のような理由による。即ち、巻取ドラム２４の回転が高速回転域になると、ドラムパルスの分解能が細かくなりすぎて、当該ドラムパルスを検出して適切に速度算出することが困難になってしまう。一方、位置センサ５６の検出信号は、ドラムパルスに比べて分解能が粗い（詳しくは後述）。そこで、回転速度計算部５７は、高速回転域では、分解能の粗い位置センサ５６からの検出信号の間隔を測定することでモータ５１の回転速度を算出している。一方、低速回転域では、正確な回転速度を得るため、分解能の細かいドラムパルスの間隔を測定することによりモータ５１の回転速度を算出している。これにより、高速回転域から低速回転域まで、正確な回転速度を算出することが可能となり、モータ５１の回転を正確に制御することができる。
【００４５】
制御切替部５８は、前記回転速度計算部５７が算出した巻取ドラム２４の現在の回転速度（即ちモータ５１の現在の回転速度）に基づいて、第１制御部７１又は第２制御部７２の何れか一方の機能を呼び出すように構成されている。
【００４６】
第１制御部７１及び第２制御部７２は、巻取ドラム２４の回転速度を前記目標回転速度に近づけるべく、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれのコイルに印加すべき電圧を求め、出力部６３に電圧制御値を出力するように構成されている。なお、第１制御部７１及び第２制御部７２の詳細な構成については後述する。
【００４７】
出力部６３は、第１制御部７１又は第２制御部７２からの電圧制御値に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれの相のコイルに印加する電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）によって制御するためのスイッチング信号を生成する。具体的には、このスイッチング信号は、各コイルについて電圧を印加するか否かのＯＮ／ＯＦＦを示す。電圧のＯＮ／ＯＦＦは高周波のキャリア周波数で繰り返されるとともに、電圧ＯＮとなる時間割合は前記電圧制御値の大きさに比例したデューティ比によって決定される。
【００４８】
前記ＣＰＵ５３の出力部６３からのスイッチング信号は、パワー回路５４に入力される。パワー回路５４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれのコイルと電気的に接続されるとともに、所定電圧の直流電源（図略）が接続されている。そして、前記直流電源と各相のコイルとの間を前記スイッチング信号に基づいてスイッチングすることにより、各相のコイルに対してＰＷＭ制御された電圧を印加し、各相のコイルに印加される電圧の平均値を所望の値とすることができる。これにより各相のコイルに電流が流れ、モータ５１を回転駆動することができる。
【００４９】
また、パワー回路５４からの３つのコイルに対する接続線のうち何れか２つには、電流センサ（電流検出部）７０が接続されている。この電流センサ７０は、前記コイルに流れる電流の大きさに比例する信号を出力する。前記各電流センサ７０が出力した信号は、Ａ／Ｄ変換されて電流値信号としてＣＰＵ５３に入力される。なお、電流センサ７０は３相すべてのコイルに対する接続線それぞれに接続しても良いが、３つのうち２つの電流値を検出すれば残り１つの電流値は計算によって求めることができるので、コスト削減の観点から２つのみに接続されている。
【００５０】
次に、第１制御部７１について説明する。第１制御部７１は、ユニット制御部５０からの回転速度指示信号と、３つの位置センサ５６からの信号と、に基づいて３相の各コイルに印加する電圧の電圧値を求め、当該電圧値を出力部６３に出力するように構成されている。
【００５１】
本実施形態において、第１制御部７１は、低速時におけるロータの滑らかな駆動を実現するため、ブラシレスモータの正弦波駆動を行うように構成されている。即ち、３相のコイルに対して、それぞれ略１２０°ずつ位相がズレた正弦波状に変化する電流を流すように、電圧を制御する。前記正弦波状の電流の振幅は、例えば、目標回転速度と現在の回転速度とに基づいてＰＩ制御によって変化させる。即ち、モータ５１を加速するときは正弦波状の電流の振幅をより大きくし、減速するときは振幅をより小さくするような電圧制御値を出力する。
【００５２】
ここで、モータ５１の効率の良い駆動を行うためには、ロータの磁極位置に合わせて前記正弦波状の電流の位相を調整しなければならない。周知のように、３つのホールＩＣ（位置センサ５６）によるロータ位置検出の分解能は電気角３６０°あたり６ステップ（即ち電気角６０°の分解能）であり、正弦波駆動を行うには位置検出の精度が不十分である。この点、エンコーダを用いて高精度なロータ位置検出を行う方法が公知であるが、本実施形態ではパルス検出部５５からのパルス信号を補助的に用いて位置検出の精度を向上させている。
【００５３】
前述のように、パルス検出部５５はロータの１周あたり６０個のパルス信号を検出している。本実施形態のモータ５１では、４つのＳＮペアを有する８極のロータを用いているので、パルス検出部５５は電気角３６０°あたり１５パルス（電気角の分解能は２４°）でドラムパルスを検出可能である。このようにパルス検出部５５からのドラムパルスを用いることで、位置センサ５６よりも高い分解能でロータの位相の変化を検知することができる。
【００５４】
このパルス検出部５５は、パッケージ３０に巻き取られた糸の長さをユニット制御部５０で算出するために従来の自動ワインダが元々備えていたものであるから、新たなコストアップを抑えることができるという利点もある。ただし、パルス検出部５５のパルス信号では、ロータの相対的な位相変化を知ることはできるが、ロータの絶対的な磁極位置を知ることはできない。そこで以下のように、第１制御部７１においては、位置センサ５６とパルス検出部５５の両方を相補的に用いて制御を行う。
【００５５】
以下、図３を参照して具体的に説明する。図３のグラフは、第１制御部７１がモータ５１の駆動を制御する場合において、Ｕ相のコイルに印加する電流と、位置センサ５６からの信号及びドラムパルスの関係を示す。なお、グラフの横軸はＵ相のコイルに印加する電流波形の位相である。図３は、位置センサ５６の信号が切り替わるタイミングと、ドラムパルスの検出タイミングとを見ることにより、Ｕ相のコイルに印加すべき電流の位相を決定することができることを示している。
【００５６】
周知のように、位置センサ５６からの信号が切り替わるタイミングを検出することで、コイル各相に印加する電流の位相を判断することができる。例えば図３においては、第１位置センサ及び第２位置センサの信号がＨｉｇｈ、第３位置センサの信号がＬｏｗ、の状態から、第１位置センサの信号がＬｏｗの状態に切り替わると、その時Ｕ相のコイルに印加する電流位相は３０°にすべきであることが分かる。ただし、前述のように、位置センサ５６の信号のみでは各コイルに印加すべき電流の位相を６０°間隔でしか知ることができない。
【００５７】
一方、前述のように、ドラムパルスではロータの絶対的な磁極位置は分からないので、コイルに印加する電流位相をドラムパルスのみから直接検知することはできない。そこで、３つの位置センサ５６からの信号によってコイルに印加する電流位相を６０°間隔で検知しつつ、分解能の高いドラムパルスに基づいて相対的な電流位相変化を求めて、前記絶対的な電流位相を補正するように構成している。これにより、コイルに印加する電流の位相を細かく制御することができる。
【００５８】
また、第１制御部７１は、ドラムパルスが出力される時間間隔を測定し、ロータの回転速度を求めている。この回転速度に基づいてロータ位置の相対的な変化を計算することができるので、ドラムパルス検出の合間の期間であっても、コイルに印加すべき電流の位相を推算することができる。これにより、コイルに印加する電流の位相をより細かく制御することができる。なお、上記回転速度は回転速度計算部５７の計算結果を用いても良い。
【００５９】
なお、図３にはＵ相の電流波形のみ図示したが、Ｖ相、Ｗ相のコイルについても、電流位相がオフセットするだけで同様の制御により電流を印加することができる。
【００６０】
次に、第２制御部７２について説明する。第２制御部７２は、ユニット制御部５０からの回転速度指示信号と、電流センサ７０からの信号と、に基づいて３相の各コイルに印加する電圧の電圧値を求め、当該電圧値を出力部６３に出力するように構成されている。
【００６１】
即ち、第２制御部７２においては、位置センサ５６からの信号に基づかない、いわゆる位置センサレス制御によってモータを駆動する。本実施形態では、電流センサ７０が検出した電流値に基づいて、センサレス正弦波駆動を行うように構成されている。センサレス正弦波制御については公知であるので詳細な説明は省略するが、センサレス正弦波制御とは、ロータの回転位置を電流値から推定して行う制御である。
【００６２】
次に、図４を参照して本実施形態におけるモータの制御方法について説明する。図４は、モータ制御部５２によるモータ５１の制御フローチャートである。
【００６３】
図４のフローが開始すると、回転速度計算部５７は、パルス検出部５５からのドラムパルス及び／又は位置センサ５６の検出信号に基づいてモータ５１の回転速度を計算する（Ｓ１０１）。次に、制御切替部５８は、前記回転速度に基づいて、第１制御部７１又は第２制御部７２の何れか一方を呼び出して（Ｓ１０２の判断）、コイルへ印加する電圧の制御を行う。本実施形態では、前記回転速度が２０００ｒｐｍ以上か否かに基づいて、第１制御部７１又は第２制御部７２の何れか一方を呼び出している。
【００６４】
低速回転時（２０００ｒｐｍ未満）においては、制御切替部５８は第１制御部７１を呼び出す（Ｓ１０３）。前述したように、当該第１制御部７１は位置センサ５６からの信号に基づいた制御を実行する。ここで、Ｓ１０３の処理で仮に第２制御部７２によるセンサレス制御を行うとすると、十分な誘起電圧が得られない可能性が高く、安定して制御することができないという問題がある。この点、第１制御部７１は位置センサを用いて制御するので、誘起電圧を考慮する必要はなく、停止状態からの始動制御や、低速回転時の制御を正確に行うことができる。
【００６５】
また、前述のように本実施形態においては位置センサ５６に進角を設けていないので、特に低速回転時において良好な効率で運転することができる。また、位置センサ５６による検出結果の補間をドラムパルスを用いて行っているので、低速回転時においても滑らかな正弦波駆動を行うことができる。このように、第１制御部７１は特に低速回転時において優れた制御性を発揮するので、本実施形態では２０００ｒｐｍ未満の低速回転域での制御に用いるのである。
【００６６】
また、高速回転時（２０００ｒｐｍ以上）においては、制御切替部５８は第２制御部７２を呼び出す（Ｓ１０４）。前述したように、当該第２制御部７２は、位置センサレス制御を行う。即ち、ロータの停止時や低速回転時にはセンサレス制御を行うことができないが、いったん第１制御部７１によってある程度まで加速されればコイルに十分な誘起電圧が発生するので、第２制御部７２によるセンサレス制御を行うことができる。
【００６７】
また、本実施形態では位置センサ５６が進角無しの設定であるので、高速回転であればあるほど、第１制御部７１による運転を行うと効率が低下してしまう。この点、第２制御部７２は位置センサを用いないので、回転速度の変化による効率の低下は少ない。また、センサレス制御では、実際にコイルに流れた電流に基づいて制御を行うので、当該コイルに対して理想的な電流位相で電圧を印加することができる。このように、第２制御部７２は低速回転域以外の速度域で効率の優れた制御を行うことができるので、本実施形態では２０００ｒｐｍ以上の速度域での制御に用いるのである。
【００６８】
なお、本実施形態では上記のように位置センサ５６に進角を設けていないので、正転、逆転を問わず、上記のフローで効率的な制御を行うことができる。
【００６９】
以上で説明したように、本実施形態の自動ワインダは、モータ５１と、位置センサ５６と、電流センサ７０と、パルス検出部５５と、モータ制御部５２と、を備える。位置センサ５６は、モータ５１のロータ磁極位置を検出する。電流センサ７０は、モータ５１の電流を検出する。パルス検出部５５は、モータ５１の回転に応じたパルスを検出する。モータ制御部５２は、モータ５１の回転を制御する。また、モータ制御部５２は、第１制御部７１と、第２制御部７２と、を備える。第１制御部７１は、位置センサ５６の検出結果及びパルス検出部５５の検出結果に基づいてモータ５１の回転を制御する。第２制御部７２は、電流センサ７０の検出結果に基づいてモータ５１の回転を制御する。
【００７０】
この構成によれば、第１制御部７１によって位置センサ５６の検出結果に基づいて駆動制御を行うことができ、第２制御部７２によって位置センサ５６によらない制御（位置センサレス制御）を行うことができる。これにより、位置センサ５６を用いた駆動制御と位置センサレス制御のそれぞれの利点と欠点を考慮し、状況に応じて適切にモータ５１の制御を行うことができる。また、第１制御部７１においては、位置センサ５６の検出結果のみでは時間分解能が足りない場合でも、パルス検出部５５の検出結果を補助的に用いることができるので、高価なエンコーダを設けることなく低速回転時においても滑らかにモータ５１を駆動することができる。
【００７１】
また、本実施形態の自動ワインダにおいては、第１制御部７１は、モータ５１の回転速度が所定の回転速度未満の場合に当該モータ５１の回転を制御している。
【００７２】
即ち、モータ５１の停止時又は低速回転時においてはモータ５１の誘起電圧が低いため、電流センサ７０の検出結果に基づいた位置センサレス制御を第２制御部７２が行うことが困難である。この点、第１制御部７１は位置センサ５６の検出結果に基づいて制御を行うので、低速回転時においても適切にモータ５１の制御を行うことができる。また、第１制御部７１は、位置センサ５６の検出結果に加えてパルス検出部５５の検出結果を補助的に用いて制御を行うので、低速回転時においても滑らかにモータ５１を駆動することができる。
【００７３】
また、本実施形態の自動ワインダにおいては、第２制御部７２は、モータ５１の回転速度が所定の回転速度以上の場合に当該モータ５１の回転を制御している。
【００７４】
即ち、ある程度の回転速度以上であれば、電流センサ７０の検出結果に基づいて第２制御部７２による制御を行うことが容易となる。これにより、位置センサ５６の進角にかかわらず、幅広い回転速度域でモータ５１を効率的に駆動できるという位置センサレス制御の利点を良好に発揮することができる。このように効率的な駆動を行うことで運転時の電流を抑えることが可能となり、モータ５１及びパワーモジュールを最適化して、製造コストを抑えることができる。
【００７５】
また、本実施形態の自動ワインダは、パッケージ３０に接触して当該パッケージ３０を従動回転させる巻取ドラム２４を備える。モータ５１は、巻取ドラム２４を回転させる巻取ドラム駆動モータである。
【００７６】
即ち、自動ワインダが備える巻取ドラム駆動モータは、低速回転から高速回転まで幅広い回転速度域での正確な制御が必要であるため、本発明の構成を用いて制御することが特に好適である。
【００７７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５にはこの実施形態に係る自動ワインダに備えられたワインダユニット１６の構成の概略図が示してある。なお、以降の説明において、前述の第１実施形態と同一又は類似の構成については図面に同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００７８】
本実施形態のワインダユニット１６は、巻取ボビン２２を回転可能に把持できるように構成されたクレードル２３と、紡績糸２０をトラバースさせるためのアーム式のトラバース装置１１と、巻取ボビン２２の周面又はパッケージ３０の周面に接触して従動回転可能な接触ローラ４５と、を備えている。
【００７９】
前記クレードル２３の巻取ボビン２２を挟持する部分にはモータ５１が取り付けられている。このモータ５１は、第１実施形態とは異なり、パッケージ３０（巻取ボビン２２）を直接回転駆動して紡績糸２０を巻き取るように構成されている。このモータ５１の動作は、前記第１実施形態と同様に構成されたモータ制御部５２により制御されている。
【００８０】
また、クレードル２３の回動軸４６には、当該クレードル２３の角度（回動角）を検知するためのアナログ式の角度センサ８３が取り付けられている。クレードル２３はパッケージ３０が巻き太るに従って角度が変化するので、クレードル２３の回動角を前記角度センサ８３によって検出することにより、パッケージ３０の糸層の径を検知することができる。これにより、トラバース装置１１をパッケージ糸径に応じて制御することで、糸の綾振りを適切に行うことができる。なお、角度センサ８３は、デジタル式のセンサであっても良く、またパッケージ糸径を検出できるものであればその他の手段であっても良い。
【００８１】
前記トラバース装置１１は、前記接触ローラ４５の近傍に設けられている。このトラバース装置１１は、支軸のまわりに旋回可能に構成した細長状のアーム部材４２と、このアーム部材４２の先端に形成されたフック状のトラバースガイド４１と、アーム部材４２を駆動するトラバースガイド駆動モータ４３と、を備える。そして、前記アーム部材４２をトラバースガイド駆動モータ４３により図５の矢印のように往復旋回運動させることにより、紡績糸２０の綾振りを行う構成になっている。このトラバースガイド駆動モータ４３の作動はユニット制御部５０によって制御されている。
【００８２】
以上で説明したように、本実施形態の自動ワインダにおいて、モータ５１は、パッケージ３０を直接回転駆動するパッケージ駆動モータである。
【００８３】
即ち、パッケージをモータで直接駆動する構成の自動ワインダにおいても、低速回転から高速回転までの幅広い回転速度域でモータを正確に制御する必要があるため、本発明の構成を用いて制御することが特に好適である。
【００８４】
以上に本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００８５】
上記実施形態では繊維機械としての自動ワインダについて説明したが、自動ワインダに限らずその他の繊維機械であっても本発明を適用することができる。例えば、繊維機械としての二重撚糸機（ダブルツイスタ）が備えるスピンドルユニットにおいて、スピンドルを回転駆動するためのスピンドルモータにブラシレスモータを採用し、上記実施形態と同様の構成のモータ制御部を用いて前記スピンドルモータの制御を行っても良い。
【００８６】
前記スピンドルは、回転することにより糸に撚りを掛けるためのものである。ダブルツイスタにおいて、スピンドルの回転速度を正確に制御することは、糸の撚り数を一定にするために重要である。そこで、前記スピンドルモータを上記の実施形態と同様に制御することにより、低速回転域でも高速回転域でも効率良く正確な制御を行い、高品質なパッケージを生成することができる。即ち、ダブルツイスタが備えるスピンドルモータは、低速回転から高速回転まで幅広い回転速度域での正確な制御が必要であるため、本発明の構成を用いて制御することが特に好適である。
【００８７】
第１制御部７１と第２制御部７２とで制御が切り替わる境界としてのモータ５１の回転速度は、上記実施形態のように２０００ｒｐｍとすることに限定されず、事情に応じて適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００８８】
５１  モータ（電気モータ）
５２  モータ制御部
５５  パルス検出部
５６  位置センサ
７０  電流センサ（電流検出部）
７１  第１制御部
７２  第２制御部
【図１】
2010202332.tif 000003
【図２】
2010202332.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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