(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータのコイルの両端をそれぞれ電源の正極に接続可能な２つの正極側スイッチング素子と、前記コイルの両端をそれぞれアースに接続可能な２つのアース側スイッチング素子とを有する駆動回路に駆動信号を与えて、ミシンを駆動する前記ステッピングモータを制御する装置であって、
前記ステッピングモータに対する電流指令値と前記ステッピングモータに流れる電流の駆動電流値との偏差を求め、前記偏差に所定のゲインを与えた電流値偏差を生成する偏差生成部と、
前記電流値偏差から前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記コイルの自己誘導によって前記コイルから流れる電流を前記コイル自体に還流するように前記駆動回路が制御される場合において、前記駆動電流値の絶対値と前記電流指令値の絶対値を比較して、前記ゲインを調整するゲイン調整部と、
を含み、
前記ゲイン調整部は、
前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値以上であるときには、前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値よりも小さいときよりも前記ゲインを大きくすることを特徴とするミシン用ステッピングモータ制御装置。
【請求項２】
前記ステッピングモータが所定の回転速度以下で、前記コイルの自己誘導によって前記コイルから流れる電流を前記コイル自体に還流するように前記正極側スイッチング素子及び前記アース側スイッチング素子が制御される請求項１に記載のミシン用ステッピングモータ制御装置。
【請求項３】
ミシンを駆動するステッピングモータを制御する装置であって、
前記ステッピングモータのコイルの両端をそれぞれ電源の正極に接続可能な２つの正極側スイッチング素子及び前記コイルの両端をそれぞれアースに接続可能な２つのアース側スイッチング素子を有する駆動回路と、
前記ステッピングモータに対する電流指令値を生成し、また、前記コイルの自己誘導によって前記コイルから流れる電流を前記コイル自体に還流するように前記正極側スイッチング素子及び前記アース側スイッチング素子を駆動する省電力制御を実行させるための制御切替指令を生成する制御信号生成部と、
前記ステッピングモータに対する電流指令値と前記ステッピングモータに流れる電流の駆動電流値との偏差を求め、前記偏差に所定のゲインを与えた電流値偏差を生成する偏差生成部と、
前記電流値偏差から前記ステッピングモータを駆動するための駆動信号を生成して、前記２つの正極側スイッチング素子及び前記２つのアース側スイッチング素子へ入力する駆動信号生成部と、
前記省電力制御の実行時において、前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値以上であるときには、前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値よりも小さいときよりも前記ゲインを大きくするゲイン調整部と、
を含むことを特徴とするミシン用ステッピングモータ制御装置。
【請求項４】
被縫製物に対して任意の位置に針落ちが行われるように、縫い針に対して前記被縫製物を相対的に位置決めする位置決め機構と、
前記位置決め機構を駆動するステッピングモータと、
前記ステッピングモータの動作を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のミシン用ステッピングモータ制御装置と、
を含むことを特徴とするミシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミシンに使用されるステッピングモータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータは、回転軸の角度を正確に位置決めできる電動機として知られており、近年はミシンにも多く用いられてきている。ステッピングモータは、多くの種類があるが、２つのコイルが互いに異なる励磁タイミングで励磁されることで動作する二相ステッピングモータが知られている。
【０００３】
ステッピングモータの制御として、例えば、特許文献１には、ステッピングモータのコイルの両端をそれぞれ電源装置の陽極に接続する２つのスイッチング素子と、前記コイルの両端をそれぞれアースに接続する２つのスイッチング素子と、を有するＨブリッジ回路を備え、前記ステッピングモータが停止状態の場合に、前記コイルの自己誘導によって当該コイルから流れる電流が当該コイル自体に還流するよう前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するミシンのステッピングモータの駆動装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０９５１４８号公報（０００９、００１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された技術は、ステッピングモータを駆動する電流を減少させる際の応答性が低いため、ステッピングモータに対する電流指令値よりも多くの電流がステッピングモータに流れてしまう現象が発生することがあった。その結果、特許文献１に記載された技術は、消費電力を十分に抑制できないおそれがあった。本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ミシンに使用されるステッピングモータの消費電力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ステッピングモータのコイルの両端をそれぞれ電源の正極に接続可能な２つの正極側スイッチング素子と、前記コイルの両端をそれぞれアースに接続可能な２つのアース側スイッチング素子とを有する駆動回路に駆動信号を与えて、ミシンを駆動する前記ステッピングモータを制御する装置であって、前記ステッピングモータに対する電流指令値と前記ステッピングモータに流れる電流の駆動電流値との偏差を求め、前記偏差に所定のゲインを与えた電流値偏差を生成する偏差生成部と、前記電流値偏差から前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記コイルの自己誘導によって前記コイルから流れる電流を前記コイル自体に還流するように前記駆動回路が制御される場合において、前記駆動電流値の絶対値と前記電流指令値の絶対値とを比較して、前記ゲインを調整するゲイン調整部と、を含むことを特徴とするミシン用ステッピングモータ制御装置である。
【０００７】
本発明の望ましい態様として、前記ゲイン調整部は、前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値以上であるときには、前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値よりも小さいときよりも前記ゲインを大きくすることが好ましい。
【０００８】
本発明の望ましい態様として、前記ステッピングモータが所定の回転速度以下で、前記コイルの自己誘導によって前記コイルから流れる電流を前記コイル自体に還流するように前記正極側スイッチング素子及び前記アース側スイッチング素子が制御されることが好ましい。
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ミシンを駆動するステッピングモータを制御する装置であって、前記ステッピングモータのコイルの両端をそれぞれ電源の正極に接続可能な２つの正極側スイッチング素子及び前記コイルの両端をそれぞれアースに接続可能な２つのアース側スイッチング素子を有する駆動回路と、前記ステッピングモータに対する電流指令値を生成し、また、前記コイルの自己誘導によって前記コイルから流れる電流を前記コイル自体に還流するように前記正極側スイッチング素子及び前記アース側スイッチング素子を駆動する省電力制御を実行させるための制御切替指令を生成する制御信号生成部と、前記ステッピングモータに対する電流指令値と前記ステッピングモータに流れる電流の駆動電流値との偏差を求め、前記偏差に所定のゲインを与えた電流値偏差を生成する偏差生成部と、前記電流値偏差から前記ステッピングモータを駆動するための駆動信号を生成して、前記２つの正極側スイッチング素子及び前記２つのアース側スイッチング素子へ入力する駆動信号生成部と、前記省電力制御の実行時において、前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値以上であるときには、前記駆動電流値の絶対値が前記電流指令値の絶対値よりも小さいときよりも前記ゲインを大きくするゲイン調整部と、を含むことを特徴とするミシン用ステッピングモータ制御装置である。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被縫製物に対して任意の位置に針落ちが行われるように、縫い針に対して前記被縫製物を相対的に位置決めする位置決め機構と、前記位置決め機構を駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータの動作を制御する、前記ミシン用ステッピングモータ制御装置と、を含むことを特徴とするミシンである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ミシンに使用されるステッピングモータの消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ステッピングモータ及び本実施形態に係るミシン用ステッピングモータ制御装置を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るモータ制御装置の装置構成を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るモータ制御装置が有する信号演算部の構成を示す説明図である。
【図４】図４は、制御信号の生成方法を示す説明図である。
【図５】図５は、制御信号の生成方法を示す説明図である。
【図６】図６は、ステッピングモータの励磁方法を説明する模式図である。
【図７−１】図７−１は、ステッピングモータの駆動時における駆動回路の動作を示す説明図である。
【図７−２】図７−２は、ステッピングモータの駆動時における駆動回路の動作を示す説明図である。
【図８】図８は、ステッピングモータのコイルを流れる電流の変化を示す模式図である。
【図９】図９は、ステッピングモータのコイルを流れる電流の変化を示す模式図である。
【図１０】図１０は、ステッピングモータのコイルを流れる電流の変化を示す模式図である。
【図１１】図１１は、省電力制御を実行する際における駆動回路の動作を説明するための図である。
【図１２】図１２は、省電力制御を実行する際における駆動回路の動作を説明するための図である。
【図１３】図１３は、省電力制御時に、ステッピングモータのコイルを流れる電流の変化を示す模式図である。
【図１４】図１４は、省電力制御時に、ステッピングモータのコイルを流れる電流の変化を示す模式図である。
【図１５】図１５は、本実施形態の省電力制御におけるゲインの設定を説明するための概念図である。
【図１６】図１６は、本実施形態の省電力制御におけるゲインの設定を説明するための概念図である。
【図１７】図１７は、本実施形態の省電力制御における駆動電流値の変化を示す模式図である。
【図１８】図１８は、モータ制御装置によるステッピングモータの制御例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、本実施形態に係るモータ制御装置によって制御されるステッピングモータを備えるミシンの一例を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、図１９に示すミシンの位置決め機構を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。本発明は、Ｘ−Ｙ方向の駆動にステッピングモータを用いるミシンであれば、工業用ミシン、家庭用ミシンを問わず適用できる。
【００１４】
図１は、ステッピングモータ及び本実施形態に係るミシン用ステッピングモータ制御装置を示す概略図である。本実施形態において、ステッピングモータ３０は、ミシンの位置決め機構を駆動するために用いられるが、ミシンの他の部分を駆動するために用いられてもよい。本実施形態において、ステッピングモータ３０は、いわゆるＰＭ（Permanent Magnet）型の２相ステッピングモータであるが、これに限定されるものではない。ステッピングモータ３０は、回転軸３１と、回転子３２と、固定子３３と、芯部３３ａ、３３ｂと、コイル３４ａ、３４ｂとを含む。
【００１５】
回転子３２は、ステッピングモータ３０の回転軸３１と連結され、ステッピングモータ３０の筐体によって回転可能に設けられた円柱状の構造体である。回転子３２は、永久磁石等の磁性体である。固定子３３は、回転子３２の周囲に設けられた円筒状の磁性材料（例えば鉄）である。固定子３３は、その内周部に回転子３２に向かって突出する芯部３３ａ、３３ｂを有する。コイル３４ａ、３４ｂは、芯部３３ａ、３３ｂに巻きつけられた巻線である。コイル３４ａ、３４ｂは、電流が流されることによって励磁されて、電磁石として機能する。
【００１６】
ステッピングモータ３０の動作は、ミシン用ステッピングモータ制御装置（以下、必要に応じてモータ制御装置という）１によって制御される。モータ制御装置１は、制御信号生成部２と、信号演算部４と、それぞれのコイル３４ａ、３４ｂに対応した駆動回路６、６とを含む。モータ制御装置１は、ステッピングモータ３０に対する指令回転角度に応じた励磁パターンに対応した駆動信号を生成し、これに基づき、それぞれのコイル３４ａ、３４ｂに電流を流すことによってこれらを励磁する。このようにすることで、磁性体の回転子３２がコイル３４ａ、３４ｂの励磁パターンに応じた回転角度へと回転し、励磁パターンが変化するまで前記回転角度で維持される。モータ制御装置１によって流されるコイル３４ａ、３４ｂの電流の方向（図１に示す例では、コイル３４ａが矢印Ａ、Ｂで示す方向であり、コイル３４ｂが矢印Ｃ、Ｄで示す方向）は、駆動回路６の駆動に応じて変化する。次に、モータ制御装置１について説明する。
【００１７】
図２は、本実施形態に係るモータ制御装置の装置構成を示す図である。モータ制御装置１は、ステッピングモータ３０の動作を制御する装置である。上述したように、モータ制御装置１は、制御信号生成部２と、信号演算部４と、駆動回路６と、を含む。また、モータ制御装置１は、図１に示すステッピングモータ３０が有するそれぞれのコイル３４ａ、３４ｂに対応した数だけ駆動回路６を有するが、説明の便宜上、以下に示す例では一方の駆動回路６のみを示す。
【００１８】
制御信号生成部２は、ステッピングモータ３０の動作を制御するための指令値としての電流指令値Ｉｃを演算して生成し、信号演算部４に送信する。電流指令値Ｉｃはアナログ信号である。また、制御信号生成部２は、省電力制御と、これ以外の制御とを切り替えるための制御切替指令Ｐ１、Ｐ２を生成し、信号演算部４に送信する。省電力制御は、ステッピングモータ３０が有するコイル３４ａ（３４ｂ）の自己誘導によってコイル３４ａ（３４ｂ）から流れる電流をコイル３４ａ（３４ｂ）自体に還流するように駆動回路６を制御するものである。すなわち、省電力制御は、ステッピングモータ３０が有するコイル３４ａ（３４ｂ）の自己誘導によってコイル３４ａ（３４ｂ）から流れる電流をコイル３４ａ（３４ｂ）自体に還流するように、駆動回路６が有する正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃ及びアース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄを駆動する制御である。省電力制御については後述する。
【００１９】
制御信号生成部２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）又はＭＣＵ（Micro Computer Unit：マイクロコンピュータ装置）である。制御信号生成部２は、ステッピングモータ３０の動作を制御するためのコンピュータプログラムを実行することにより、ステッピングモータ３０を回転させたり、停止させたり、ステッピングモータ３０に対して上述した省電力制御を実行したりする。制御信号生成部２は、パルス周波数からモータの回転数を認識し、制御切替指令Ｐ１、Ｐ２を生成してもよく、ステッピングモータ３０の回転数を計測する不図示のエンコーダからの信号によりステッピングモータ３０の回転数を認識し、制御切替指令Ｐ１、Ｐ２を生成してもよい。
【００２０】
信号演算部４は、制御信号生成部２が生成した電流指令値Ｉｃと、駆動電流値Ｉｄと、制御切替指令Ｐ１、Ｐ２とに基づいて、ステッピングモータ３０を駆動するための駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２を生成する。そして、信号演算部４は、生成した駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２を駆動回路６に与えることにより、ステッピングモータ３０のコイル３４ａ、３４ｂに電流を流して、ステッピングモータ３０を回転又は停止させる。すなわち、信号演算部４の駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２により、駆動回路６を介して、ステッピングモータ３０を制御する。このように、本実施形態において、ステッピングモータ３０の駆動には、ステッピングモータ３０を回転させることと、ステッピングモータ３０を停止させることとの両方が含まれる。また、駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２は、ステッピングモータ３０をＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御するための信号である。信号演算部４は、上述した機能を実現するための処理装置（例えば、マイクロコンピュータ）であり、本実施形態では、ＤＳＰ（Digital Signal Processor：ディジタル信号処理装置）を用いる。ＤＳＰは、特定の処理に特化したマイクロプロセッサである。信号演算部４の詳細は後述する。
【００２１】
駆動回路６は、ステッピングモータ３０が有するコイル３４ａ（３４ｂ）の両端の導電部をそれぞれ電源６２の正極に接続可能な２つの正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃ及びコイル３４ａ（３４ｂ）の両端の導電部をそれぞれアース６３に接続可能な２つのアース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄを有する。このように、駆動回路６は、フルブリッジ回路である。駆動回路６は、それぞれの正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃ及びそれぞれのアース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄと並列に接続されたダイオード６１ａ、６１ｃ及びダイオード６１ｂ、６１ｄを有する。ダイオード６１ａ、６１ｃ及びダイオード６１ｂ、６１ｄは、アース６３から電源６２の正極に向かって電流を流すことができるように接続される。
【００２２】
このような構成により、電源６２からの電流がダイオード６１ａ、６１ｃ及びダイオード６１ｂ、６１ｄに流れることはなく、電源６２による電流の方向とは逆の方向の電流が流れた場合に、この電流はダイオード６１ａ、６１ｃ及びダイオード６１ｂ、６１ｄを流れる。駆動回路６がこのように構成されることで、前記逆の方向の電流がダイオード６１ａ、６１ｃ及びダイオード６１ｂ、６１ｄに流れることで正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃ及びアース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄの破損を回避する。すなわち、ダイオード６１ａ、６１ｃ及びダイオード６１ｂ、６１ｄは、正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃ及びアース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄの保護回路として機能する。
【００２３】
本実施形態において、正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃ及びアース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄは、いずれもＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果型トランジスタ）である。なお、正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃのゲートに駆動信号Ｓｄ１が入力され、アース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄのゲートに駆動信号Ｓｄ２が入力される。なお、正極側スイッチング素子６０ａ、６０ｃ及びアース側スイッチング素子６０ｂ、６０ｄはＦＥＴに限定されるものではないが、ＦＥＴはゲート電圧を制御するため、ステッピングモータ３０に大電流を流す場合には好ましい。
【００２４】
正極側スイッチング素子６０ａとアース側スイッチング素子６０ｂとは直列に接続される。より具体的には、正極側スイッチング素子６０ａのドレインとアース側スイッチング素子６０ｂのソースとが電気的に接続される。同様に、正極側スイッチング素子６０ｃのドレインとアース側スイッチング素子６０ｄのソースとが電気的に接続されることにより、両者は直列に接続される。したがって、コイル３４ａ（３４ｂ）の両端は、直列接続される正極側スイッチング素子６０ａとアース側スイッチング素子６０ｂとの間及び直列接続される正極側スイッチング素子６０ｃとアース側スイッチング素子６０ｄとの間にそれぞれ接続される。以下においては、必要に応じて正極側スイッチング素子６０ａを第１正極側素子６０ａ、正極側スイッチング素子６０ｃを第２正極側素子６０ｃ、アース側スイッチング素子６０ｂを第１アース側素子６０ｂ、アース側スイッチング素子６０ｄを第２アース側素子６０ｄというものとする。
【００２５】
コイル３４ａ（３４ｂ）と駆動回路６との間には、ステッピングモータ３０に流れる電流、より具体的にはコイル３４ａ（３４ｂ）に流れる電流を検出するための駆動電流検出手段として、電流検出回路８ａ（８ｂ）が直列に接続される。なお、電流検出回路８ａはコイル３４ａに対応し、電流検出回路８ｂはコイル３４ｂに対応したものであることを意味する。電流検出回路８ａ（８ｂ）が検出した電流の値は、ステッピングモータ３０（より具体的には、コイル３４ａ（３４ｂ））に流れてステッピングモータ３０を駆動する電流（駆動電流）の値、すなわち駆動電流値Ｉｄである。なお、前記駆動電流は、電流検出回路８ａ（８ｂ）内のシャント抵抗により電圧に変換されて出力される。したがって、本実施形態においては、駆動電流値Ｉｄは電圧で出力される。信号演算部４は、駆動電流値Ｉｄを取得し、駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２を生成するために用いる。
【００２６】
本実施形態において、モータ制御装置１は、少なくとも信号演算部４を有していればよく、制御信号生成部２と駆動回路６との少なくとも一方は、モータ制御装置１とは別個に用意されていてもよい。また、モータ制御装置１が制御信号生成部２と信号演算部４とを有する場合、本実施形態のように、これらを別個の処理装置（例えば、マイクロコンピュータ）として用意してもよい。また、モータ制御装置１は、制御信号生成部２と信号演算部４とを一つの処理装置（例えば、マイクロコンピュータ）に統合し、別個のコンピュータプログラムを前記処理装置が実行することにより、それぞれの機能を実現するようにしてもよい。次に、信号演算部４についてより詳細に説明する。
【００２７】
図３は、本実施形態に係るモータ制御装置が有する信号演算部の構成を示す説明図である。信号演算部４は、偏差生成部４０と、駆動信号生成部４１と、三角波発生部４２と、ゲイン調整部４３と、を含む。また、信号演算部４は、駆動信号生成部４１が生成した駆動信号Ｓｄを、駆動回路６へ送信する駆動信号Ｓｄ１、Ｓｄ２に加工する出力部４４を有する。これらによって、信号演算部４は、ステッピングモータ３０を駆動する電流を制御するためのＡ／Ｄ変換機能及びＰＷＭ制御機能を有する。
【００２８】
偏差生成部４０は、図２に示す制御信号生成部２が生成したステッピングモータ３０に対する電流指令値Ｉｃと、ステッピングモータ３０に流れる駆動電流値Ｉｄとの偏差ｄ（＝Ｉｃ−Ｉｄ）を求め、ゲイン調整部４３が生成した所定のゲインＧを偏差ｄに与えた電流値偏差Ｄ（＝ｄ×Ｇ）を生成する。駆動信号生成部４１は、電流値偏差Ｄからステッピングモータ３０を駆動するための駆動信号Ｓｄを生成する。このとき、駆動信号生成部４１は、三角波発生部４２が発生した三角波Ｖｔを用いて駆動信号Ｓｄを生成する。ゲインＧは、電流値偏差Ｄの重み付けである。Ｇが大きいほどＰＷＭ信号のＯＮデューティーの変化が大きくなり、電流応答性は向上するが、Ｇは大きすぎると電流が変化する際にオーバーシュートが発生し、電流が不安定となる。このため、Ｇは適切な値となるようにする必要がある。本実施形態においては、大きさの異なるゲインを２種類用意し、上述した省電力制御が実行される場合において、ステッピングモータ３０を流れる電流を低下させる必要がある場合は、この場合以外に用いるゲインよりも大きいゲインを用いる。次に、駆動信号Ｓｄを生成する方法の一例を説明する。
【００２９】
図４、図５は、制御信号の生成方法を示す説明図である。三角波発生部４２は、図４、図５に示すような三角波Ｖｔを発生させる。駆動信号生成部４１は、三角波Ｖｔと電流値偏差Ｄとを比較して、Ｖｔ≦Ｄである場合にはＯＮ信号を生成し（図４、図５の時間ｔ１〜ｔ２）、Ｖｔ＞Ｄである場合にはＯＦＦ信号を生成する（図４、図５の時間ｔ２〜ｔ３）。このようにして得られたＯＮ信号とＯＦＦ信号とを組み合わせたＯＮ／ＯＦＦ信号が、駆動信号Ｓｄである。三角波Ｖｔの１周期が駆動信号Ｓｄの１周期に相当する。
【００３０】
図４、図５から分かるように、電流値偏差Ｄが大きくなると、駆動信号Ｓｄの１周期におけるＯＮ時間が長くなり、電流値偏差Ｄが小さくなると、駆動信号Ｓｄの１周期におけるＯＦＦ時間が長くなる。駆動信号ＳｄがＯＮ信号である場合にステッピングモータ３０へ電流が流れ、駆動信号ＳｄがＯＦＦ信号である場合にステッピングモータ３０へ電流は流れない。そして、駆動信号ＳｄのＯＮ時間が長いほど、ステッピングモータ３０には多くの電流が流れる。このように、駆動信号Ｓｄは、ＯＮ時間の長さ（時間ｔ１とｔ２との間隔でありパルス幅という）によってステッピングモータ３０に流れる電流の大きさを変更する。駆動信号Ｓｄのパルス幅に基づきステッピングモータ３０に流れる電流の大きさを変更する制御が、ＰＷＭ制御である。
【００３１】
ゲイン調整部４３は、コイル３４ａ（３４ｂ）の自己誘導によってコイル３４ａ（３４ｂ）から流れる電流をコイル３４ａ（３４ｂ）自体に還流するように駆動回路６が制御される場合において、駆動電流値Ｉｄの絶対値を減少させる必要があるときには、駆動電流値Ｉｄの絶対値を減少させる必要がないときよりもゲインＧを大きくする。すなわち、ゲイン調整部４３は、上述した省電力制御の実行時において、駆動電流値Ｉｄの絶対値が電流指令値Ｉｃの絶対値以上であるときには、駆動電流値Ｉｄの絶対値が電流指令値Ｉｃの絶対値よりも小さいときよりもゲインＧを大きくする。
【００３２】
出力部４４は、駆動信号生成部４１が生成した駆動信号Ｓｄを取得して、駆動回路６に出力する。出力部４４は、第１反転部４５と、第１論理積演算部４６と、第２論理積演算部４７と、第２反転部４８と、第３反転部４９とを含む。第１論理積演算部４６は、図２に示す制御信号生成部２からの制御切替指令Ｐ１と駆動信号Ｓｄとが入力されて、両者の論理積を駆動信号Ｓｄ１として出力する。第２論理積演算部４７は、制御信号生成部２からの制御切替指令Ｐ２と第１反転部４５を通過した駆動信号Ｓｄとが入力されて、両者の論理積を駆動信号Ｓｄ２として出力する。なお、第１反転部４５によって、駆動信号Ｓｄは反転している。以下においては、説明の便宜上、必要に応じて駆動信号Ｓｄ１を第１駆動信号Ｓｄ１、駆動信号Ｓｄ２を第２駆動信号Ｓｄ２という。第１駆動信号Ｓｄ１は駆動信号Ｓｄに等しく、第２駆動信号Ｓｄ２は駆動信号Ｓｄを反転させた信号に等しい。
【００３３】
第１論理積演算部４６が出力した第１駆動信号Ｓｄ１は、第１正極側素子６０ａのゲートに直接入力されるとともに、第２反転部４８を通過してから第１アース側素子６０ｂのゲートに入力される。第２論理積演算部４７が出力した第２駆動信号Ｓｄ２は、第２正極側素子６０ｃのゲートに直接入力されるとともに、第３反転部４９を通過してから第２アース側素子６０ｄのゲートに入力される。
【００３４】
このように、第１正極側素子６０ａのゲートには第１駆動信号Ｓｄ１が入力され、第２正極側素子６０ｃのゲートには第２駆動信号Ｓｄ２が入力される。第１アース側素子６０ｂのゲートに入力される信号は、第２反転部４８が第１駆動信号Ｓｄ１を反転させた出力なので、第２駆動信号Ｓｄ２になる。また、第２アース側素子６０ｄのゲートに入力される信号は、第１反転部４５が駆動信号Ｓｄを反転させた信号、すなわち第２駆動信号Ｓｄ２を第３反転部４９が再度反転させた出力なので、駆動信号Ｓｄ、すなわち第１駆動信号Ｓｄ１になる。このように、第１正極側素子６０ａと第２アース側素子６０ｄとは第１駆動信号Ｓｄ１によって駆動され、第２正極側素子６０ｃと第１アース側素子６０ｂとは第２駆動信号Ｓｄ２によって駆動される。
【００３５】
上述したように、信号演算部４は、偏差生成部４０と、駆動信号生成部４１と、三角波発生部４２と、ゲイン調整部４３と、出力部４４とを構成部として含む。信号演算部４は、自身の記憶部に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより、これらの構成部の機能を実現する。すなわち、信号演算部４は、ソフトウェアによって自身の機能を実現するものである。このため、前記コンピュータプログラムを暗号化しておけば、信号演算部４の機能を解析することは困難になるので、不正な改造のおそれを低減できる。また、ステッピングモータ３０の仕様及びステッピングモータ３０の適用対象であるミシンの仕様等が変更された場合でも、それに対応したコンピュータプログラムに書き換えるだけで、同じ信号演算部４で対応できるので、利便性が向上する。
【００３６】
図６は、ステッピングモータの励磁方法を説明する模式図である。図１に示す２相バイポーラ型のステッピングモータ３０は、２つのコイル３４ａ、３４ｂを有する。ステッピングモータ３０のコイル３４ａ、３４ｂに電流を与える方法（励磁方法）はいくつか存在するが、例えば、Ａ相（コイル３４ａ）とＢ相（コイル３４ｂ）とを交互に切り替えて電流を流す１−２相励磁方式という方法がある。この方法は、一相励磁又は二相励磁と比較して、ステップ角度を半分にすることができるので、滑らかな回転が得られるという利点がある。
【００３７】
１−２相励磁の場合、それぞれのコイル３４ａ、３４ｂに流す電流の組み合わせは、図６に示すように、０〜７の８パターンある。図６のステップ０、１、２、３、４、５、６、７における組み合わせの順にコイル３４ａ、３４ｂを励磁して、それぞれのコイル３４ａ、３４ｂに流す電流を切り替えることで、ステッピングモータ３０は回転する。Ａ相、すなわちコイル３４ａについて、駆動回路６の動作を説明する。
【００３８】
図７−１、図７−２は、ステッピングモータの駆動時における駆動回路の動作を示す説明図である。図８〜図１０は、ステッピングモータのコイルを流れる電流の変化を示す模式図である。図６のステップ０、１、２でコイル３４ａに流れる電流は、図７−１の矢印Ｅ方向（電源６２の正極からアース６３へ向かう方向、以下、＋方向と定義する）に流れる。このとき、第１正極側素子６０ａと第２アース側素子６０ｄとがＯＮ／ＯＦＦを繰り返してコイル３４ａに流れる駆動電流値Ｉｄを制御する。すると、図８のＯＮの部分に示すように、コイル３４ａを流れる駆動電流値Ｉｄは増加する。
【００３９】
第１正極側素子６０ａと第２アース側素子６０ｄとがＯＦＦの場合、第２アース側素子６０ｂのダイオード６１ｂとコイル３４ａと第１正極側素子６０ｃのダイオード６１ｃとを通って、電流が電源６２に戻る方向で流れる（図７−２の矢印Ｆで示す方向）。これは、第１正極側素子６０ａと第２アース側素子６０ｄとがＯＦＦされた場合、コイル３４ａは自己誘導によりこれまで流れていた方向に電流を流そうとするためである。この場合、ダイオード６１ｂ、６１ｃの発熱を抑えるため、第２アース側素子６０ｂ及び第１正極側素子６０ｃがＯＮに制御される。すると、図８のＯＦＦの部分に示すように、コイル３４ａを流れる駆動電流値Ｉｄは減少する。
【００４０】
図６に示すステップ３、７において、電流指令値Ｉｃは０Ａ（アンペア）となる。これは、駆動電流値Ｉｄが０Ａ（アンペア）となることを意味する。このとき、コイル３４ａの電流が＋方向とその逆方向（−方向）とを交互に流れるように、第１正極側素子６０ａ及び第２アース側素子６０ｄと第２正極側素子６０ｃと第１アース側素子６０ｂとがＯＮ／ＯＦＦする（図９参照）。その結果、コイル３４ａを流れる電流の平均値は０Ａになるので、駆動電流値Ｉｄは０Ａになる。図６に示すステップ４、５、６においては、コイル３４ａを流れる電流の方向が−方向となる（図１０参照）。
【００４１】
コイル３４ａを流れる電流の傾きが正であるとき、第１正極側素子６０ａ及び第２アース側素子６０ｄがＯＮする（図７−１）。また、コイル３４ａを流れる電流の傾きが負であるとき、第２正極側素子６０ｃ及び第１アース側素子６０ｂがＯＮする（図７−２）。前記傾きは、コイル３４ａに加わっている電圧に左右されるが、この電圧は電源６２の電圧（電源電圧）Ｖｃｃとなるため、前記傾きは略同じ大きさとなる（図８〜図９）。前記傾きによる電流変化分は、電流指令値Ｉｃの大きさに関わらず、略同一となり、鉄損の原因となる。すなわち、ステッピングモータ３０の発熱を抑えるために、ステッピングモータ３０の停止中においてコイル３４ａ、３４ｂを流れる電流を小さくしても、この電流による銅損は低減させることができるが、鉄損を低減させることはできない。そこで、上述した省電力制御により、ステッピングモータ３０の発熱を抑制する。
【００４２】
図１１、図１２は、省電力制御を実行する際における駆動回路の動作を説明するための図である。図１３、図１４は、省電力制御時に、ステッピングモータのコイルを流れる電流の変化を示す模式図である。ステッピングモータ３０の発熱を抑制する制御を、便宜上、省電力制御という。省電力制御は、図２、図３に示す制御信号生成部２が、制御切替指令Ｐ１、Ｐ２を信号演算部４に与えることにより実行される。なお、省電力制御はステッピングモータ３０の停止時に実施するが、これに加えて、ステッピングモータ３０の低速回転時、具体的はステッピングモータ３０の回転数が２００ｒｐｍ以下又は３００ｒｐｍ以下のときに実施してもよい。
【００４３】
省電力制御を実行しない場合、すなわち、ステッピングモータ３０の通常回転時において、制御切替指令Ｐ１、Ｐ２はともに１になっている。このため、図３に示す第１論理積演算部４６に入力される制御切替指令Ｐ１及び第２論理積演算部４７に入力される制御切替指令Ｐ２はいずれも１になる。その結果、第１論理積演算部４６及び第２論理積演算部４７の出力は、制御切替指令Ｐ１、Ｐ２以外の入力がそのまま出力される。具体的には、第１論理積演算部４６からは駆動信号Ｓｄが第１駆動信号Ｓｄ１として出力され、第２論理積演算部４７からは駆動信号Ｓｄが反転された第２駆動信号Ｓｄ２が出力される。このため、駆動回路６のそれぞれの素子は、第１駆動信号Ｓｄ１と第２駆動信号Ｓｄ２とにより、ＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。
【００４４】
図７−１に示すように、第１正極側素子６０ａ及び第２アース側素子６０ｄがＯＮ、第２正極側素子６０ｃ及び第１アース側素子６０ｂがＯＦＦの場合、コイル３４ａ（３４ｂ）には、図７−１の矢印Ｅで示す方向に電流が流れる。また、図７−２に示すように、第２正極側素子６０ｃ及び第１アース側素子６０ｂがＯＮ、第１正極側素子６０ａ及び第２アース側素子６０ｄがＯＦＦの場合、コイル３４ａ（３４ｂ）に流れる電流は、矢印Ｆで示すように、アース６３から電源６２の正極に向かう。
【００４５】
次に、省電力制御を説明する。省電力制御は、例えば、ステッピングモータ３０の停止中又は低速回転時に行われる。省電力制御を実行するにあたって、コイル３４ａ（３４ｂ）を流れる電流が＋方向である場合、図２に示す制御信号生成部２は、制御切替指令Ｐ１＝１、Ｐ２＝０を生成する。また、コイル３４ａ（３４ｂ）を流れる電流が−方向である場合、図２に示す制御信号生成部２は、制御切替指令Ｐ１＝０、Ｐ２＝１を生成する。また、コイル３４ａ（３４ｂ）を流れる電流が０Ａである場合、図２に示す制御信号生成部２は、制御切替指令Ｐ１＝０、Ｐ２＝０を生成する。
【００４６】
図１１、図１２は、省電力制御において、コイル３４ａ（３４ｂ）を流れる電流が＋方向である場合を示す。このとき、Ｐ１＝１、Ｐ２＝０なので、図３の第１論理積演算部４６からは第１駆動信号Ｓｄ１が出力され、第２論理積演算部４７からは０が出力される。したがって、省電力制御において、コイル３４ａ（３４ｂ）を流れる電流が＋方向である場合、第１正極側素子６０ａ及び第１アース側素子６０ｂはＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、第２正極側素子６０ｃは常時ＯＦＦに、第２アース側素子６０ｄは常時ＯＮになる。なお、第１正極側素子６０ａがＯＮのとき第１アース側素子６０ｂはＯＦＦになり、第１正極側素子６０ａがＯＦＦのとき第１アース側素子６０ｂはＯＮになる。
【００４７】
図１１に示すように、省電力制御において、第１正極側素子６０ａがＯＮで第２アース側素子６０ｄがＯＮである場合、コイル３４ａ（３４ｂ）を流れる電流は、図１１の矢印Ｅで示す方向に流れる。第１正極側素子６０ａがＯＦＦ、第１アース側素子６０ｂがＯＮになったとき、第２正極側素子６０ｃはＯＦＦ、第２アース側素子６０ｄはＯＮである。このため、図１２に示すように、自己誘導によりコイル３４ａ（３４ｂ）から流れる電流は、第２正極側素子６０ｃのダイオード６１ｃを通って電源６２へ還らず、第１アース側素子６０ｂ及び第２アース側素子６０ｄを通ってコイル３４ａ（３４ｂ）自体に環流する（図１２の矢印Ｇで示す方向）。このとき、コイル３４ａ（３４ｂ）の電流の流れを妨げるような逆向きの電圧は加わらないため、電流の減少は、図１３に示すように非常に穏やかになる。
【００４８】
その結果、コイル３４ａ（３４ｂ）を流れる電流の変化分（電流リップル）は、図９に示す場合と比較して非常に小さいものとなる。その結果、省電力制御は、ステッピングモータ３０の鉄損による発熱を低減できるという効果がある。そして、ステッピングモータ３０の停止時又は低速回転時において、ステッピングモータ３０を流れる電流が一定状態のときに省電力制御を実行することにより、ステッピングモータ３０を適用したミシンの待機時における消費電力を低減することができる。
【００４９】
しかしながら、省電力制御時は、ステッピングモータ３０に流れる電流（駆動電流）を減少させる際の応答性が低いため、電流指令値Ｉｃよりも大きい電流がステッピングモータ３０のコイル３４ａ、３４ｂに流れてしまうことがある。これは、図１４に示すように、省電力制御ではコイル３４ａ、３４ｂを流れる電流の減少が緩やかになるため、駆動電流値Ｉｄが電流指令値Ｉｃまで低減しないうちに、次のＰＷＭ制御のＯＮ時間に入ってしまう。次のＰＷＭ制御はＯＮの割合が前回よりも少なくなるので、駆動電流値Ｉｄは順次減少していき、何回かＰＷＭ制御を繰り返すことで駆動電流値Ｉｄは電流指令値Ｉｃまで減少する。コイル３４ａ、３４ｂを流れる電流が増加する際には、通常の制御、すなわち省電力制御以外の制御と同様の傾きで増加するので応答性は問題ない。しかし、コイル３４ａ、３４ｂを流れる電流が減少する場合のみ応答性が低下するので、その間余分な電流が流れ、ステッピングモータ３０の消費電力を十分に低減できないことがある。
【００５０】
コイル３４ａ、３４ｂを流れる電流が減少する場合におけるＰＷＭ制御のＯＦＦ時間を十分に確保するため、図２、図３に示す信号演算部４からの電流値偏差Ｄを−（マイナス）方向に大きくすることが有効である。このためには、信号演算部４が有するゲイン調整部４３が生成するゲインＧを大きくすればよい。しかし、ゲインＧを大きくすると、通常の制御及び省電力制御でコイル３４ａ、３４ｂを流れる電流が増加する際には、前記電流が過剰に増加する結果、オーバーシュートが発生するおそれがある。
【００５１】
この問題を解決するため、本実施形態の省電力制御において、図３に示すゲイン調整部４３は、駆動電流値Ｉｄの絶対値を減少させる必要があるときには、駆動電流値Ｉｄの絶対値を減少させる必要がないとき（例えば、コイル３４ａ、３４ｂを流れる電流が増加する場合）よりもゲインＧを大きくする。このようにすることで、省電力制御においては、コイル３４ａ、３４ｂを流れる電流が減少する場合のみ、電流値偏差Ｄを大きくすることができるので、スイッチング素子のＯＦＦ時間を長くすることができる。このため、ステッピングモータ３０に流れる電流を減少させる際の応答性低下を抑制できる。その結果、本実施形態の省電力制御は、駆動電流値Ｉｄを電流指令値Ｉｃへ速やかに収束させることができるので、余分な電流がコイル３４ａ、３４ｂを流れることが抑制されて、ステッピングモータ３０の消費電力を十分に低減できる。また、ゲイン調整部４３が、駆動電流値Ｉｄの絶対値と電流指令値Ｉｃの絶対値を比較して、駆動電流値Ｉｄの絶対値を減少させる必要があるときには、ゲインＧを大きくするように調整してもよい。さらに、ゲイン調整部４３が、省電力制御の実行時において、駆動電流値Ｉｄの絶対値が電流指令値Ｉｃの絶対値以上であるときには、駆動電流値Ｉｄの絶対値が電流指令値Ｉｃの絶対値よりも小さいときよりも前記ゲインＧを大きくするように調整してもよい。
【００５２】
本実施形態においては、ステッピングモータ３０の回転速度が所定の回転速度以下である場合に、省電力制御を実行する。所定の回転速度以下には、ステッピングモータ３０が停止している場合（回転速度が０）も含まれる。これまでは、ステッピングモータ３０が停止しているときに省電力制御が実行されていたが、ステッピングモータ３０が回転しているときにも省電力制御の適用を広げることで、ステッピングモータ３０の消費電力をさらに抑制することができる。前記所定の回転速度は、ステッピングモータ３０が比較的低速で回転している場合を規定するための回転速度であり、例えば、２００ｒｐｍから３００ｒｐｍである。所定の回転速度以下で省電力制御を実行するのは、ステッピングモータ３０が高速で回転している場合は応答性を優先させるためである。次に、本実施形態の省電力制御をより詳細に説明する。
【００５３】
図１５、図１６は、本実施形態の省電力制御におけるゲインの設定を説明するための概念図である。図１５は、コイル３４ａ、３４ｂを流れる電流の方向が＋の場合（Ｐ１＝１、Ｐ２＝０）であり、図１６は、−の場合（Ｐ１＝０、Ｐ２＝１）である。図１７は、本実施形態の省電力制御における駆動電流値の変化を示す模式図である。図１７の実線は、本実施形態の省電力制御による駆動電流値Ｉｄの変化であり、点線は、ゲインを一定とした場合における駆動電流値Ｉｄの変化である。上述したように、本実施形態の省電力制御は、駆動電流値Ｉｄの絶対値｜Ｉｄ｜を減少させる必要がないときのゲインＧ１よりも、駆動電流値Ｉｄの絶対値｜Ｉｄ｜を減少させる必要があるときのゲインＧ２を大きくする（Ｇ１＜Ｇ２）。
【００５４】
図１５、図１６に示す例において、電流指令値Ｉｃの絶対値｜Ｉｃ｜よりも駆動電流値Ｉｄの絶対値｜Ｉｄ｜が小さい場合（ｔ＝ｔ１までの領域及びｔがｔ２よりも大きい領域）、偏差ｄ（＝Ｉｃ−Ｉｄ）を０にするため駆動電流値Ｉｄの絶対値｜Ｉｄ｜を増加させる必要がある。このとき、図３に示すゲイン調整部４３はゲインＧ＝Ｇ１とするので、電流値偏差Ｄはｄ×Ｇ１となる。また、｜Ｉｄ｜≧｜Ｉｃ｜である場合（ｔ＝ｔ１〜ｔ２までの領域）、偏差ｄ（＝Ｉｃ−Ｉｄ）を０にするため駆動電流値Ｉｄの絶対値｜Ｉｄ｜を減少させる必要がある。このとき、ゲイン調整部４３はゲインＧ＝Ｇ２（＞Ｇ１）とするので、電流値偏差Ｄはｄ×Ｇ２となる。このように、本実施形態の省電力制御において、ゲイン調整部４３は、駆動電流値Ｉｄの絶対値｜Ｉｄ｜が電流指令値Ｉｃの絶対値｜Ｉｃ｜以上であるときには、｜Ｉｄ｜が｜Ｉｃ｜よりも小さいときよりもゲインＧを大きくする。
【００５５】
このようにすることで、本実施形態の省電力制御は、コイル３４ａ、３４ｂを流れる電流が減少する場合のみ、電流値偏差Ｄを大きくすることができる。その結果、図１７に示すように、本実施形態の省電力制御による駆動電流値Ｉｄの変化は（実線）、ゲインＧを一定とした場合（点線）と比較して、ステッピングモータ３０に流れる電流を減少させる際の応答性低下が抑制されて、迅速に電流指令値Ｉｃ（ステッピングモータ３０の停止時では０）へ収束する。その結果、ステッピングモータ３０を流れる余分な電流を低減できるので、ステッピングモータ３０の消費電力を十分に低減できる。次に、図２に示すモータ制御装置１がステッピングモータ３０の動作を制御する例を説明する。
【００５６】
図１８は、モータ制御装置によるステッピングモータの制御例を示すフローチャートである。ステッピングモータ３０の動作を制御する場合、図２に示すモータ制御装置１の制御信号生成部２は、電流指令値Ｉｃ及び制御切替指令Ｐ１、Ｐ２を生成する。そして、ステップＳ１０１において、信号演算部４は、制御信号生成部２が生成した電流指令値Ｉｃを取得し、ステップＳ１０２において電流検出回路８ａ（８ｂ）から駆動電流値Ｉｄを取得し、ステップＳ１０３において、制御信号生成部２が生成した制御切替指令Ｐ１、Ｐ２を取得する。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とステップＳ１０３との順序は問わない。
【００５７】
ステップＳ１０４において、制御切替指令であるＰ１又はＰ２が０である場合（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、モータ制御装置１は省電力制御を実行する。この場合、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５において、Ｐ１＝１かつＩｄ≧Ｉｃである場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、ステッピングモータ３０のコイル３４ａ、３４ｂを流れる電流の方向は＋かつ｜Ｉｄ｜≧｜Ｉｃ｜である。この場合、駆動電流値Ｉｄを減少させる必要があるので、ステップＳ１０６に進み、偏差生成部４０は、ゲイン調整部４３からゲインＧ２を取得して、偏差ｄに乗ずるゲインＧをＧ２に設定する。
【００５８】
ステップＳ１０４において、制御切替指令であるＰ１又はＰ２が０でない場合、すなわち、Ｐ１＝１かつＰ２＝１である場合（ステップＳ１０４、Ｎｏ）、モータ制御装置１は省電力制御を実行しない。この場合、ステップＳ１０７に進み、偏差生成部４０は、ゲイン調整部４３からゲインＧ１を取得して、偏差ｄに乗ずるゲインＧをＧ１に設定する。ステップＳ１０５において、Ｐ１＝１かつＩｄ≧Ｉｃでない場合、すなわち、Ｐ２＝１又はＩｄ＜Ｉｃである場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８において、Ｐ２＝１かつＩｃ≧Ｉｄである場合（ステップＳ１０８、Ｙｅｓ）、ステッピングモータ３０のコイル３４ａ、３４ｂを流れる電流の方向は−かつ｜Ｉｄ｜≧｜Ｉｃ｜である。この場合、駆動電流値Ｉｄを減少させる必要があるので、ステップＳ１０６に進み、偏差生成部４０は、ゲイン調整部４３からゲインＧ２を取得して、偏差ｄに乗ずるゲインＧをＧ２に設定する。
【００５９】
ステップＳ１０８において、Ｐ２＝１かつＩｃ≧Ｉｄでない場合、すなわち、Ｐ２＝０又はＩｃ＜Ｉｄである場合（ステップＳ１０８、Ｎｏ）モータ制御装置１は省電力制御を実行しない。この場合、ステップＳ１０７に進み、偏差生成部４０は、ゲイン調整部４３からゲインＧ１を取得して、偏差ｄに乗ずるゲインＧをＧ１に設定する。
【００６０】
次に、ステップＳ１０９に進み、偏差生成部４０は、電流値偏差Ｄを算出する。そして、ステップＳ１１０において、駆動信号生成部４１は、三角波発生部４２から三角波Ｖｔを取得する。次に、ステップＳ１１１においてＤ＞Ｖｔである場合（ステップＳ１１１、Ｙｅｓ）はステップＳ１１２に進み、駆動信号生成部４１は駆動信号Ｓｄを１にする。Ｄ≦Ｖｔである場合（ステップＳ１１１、Ｎｏ）はステップＳ１１３に進み、駆動信号生成部４１は、駆動信号Ｓｄを０にする。ステップＳ１１１〜ステップＳ１１３で、駆動信号生成部４１は、ＯＮ／ＯＦＦからなる駆動信号Ｓｄを生成する。この駆動信号Ｓｄは、ＰＷＭ制御のための信号である。
【００６１】
次に、ステップＳ１１４に進み、図３に示す信号演算部４は、駆動信号Ｓｄを第１駆動信号Ｓｄ１とし、駆動信号Ｓｄを反転させた信号を第２駆動信号Ｓｄ２とする。信号演算部４の第１反転部４５が、駆動信号Ｓｄを反転させて第２駆動信号Ｓｄ２とする。ステップＳ１１５において制御切替指令Ｐ１が１である場合（ステップＳ１１５、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６において、制御切替信号Ｐ２が１である場合（ステップＳ１１６、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１７に進み、信号演算部４は、第１論理積演算部４６から第１駆動信号Ｓｄ１を駆動回路６に対して出力し、第２論理積演算部４７から第２駆動信号Ｓｄ２を駆動回路６に対して出力する。ステップＳ１１５及びステップＳ１１６でＹｅｓである場合、Ｐ１＝Ｐ２＝１なので省電力制御は実行されず、通常の制御でステッピングモータ３０が駆動される。
【００６２】
ステップＳ１１５において制御切替指令Ｐ１が１でない場合（ステップＳ１１５、Ｎｏ）、ステップＳ１１８に進む。この場合、Ｐ１＝０なので、信号演算部４の第１論理積演算部４６は、第１駆動信号Ｓｄ１を０に設定する。その後、ステップＳ１１７に進み、信号演算部４は上記の処理を実行する。この場合、第１駆動信号Ｓｄ１＝０かつ第２駆動信号Ｓｄ２＝１なので、ステップＳ１１７においては、ステッピングモータ３０のコイル３４ａ、３４ｂを流れる電流の方向が−の場合における省電力制御が実行される。
【００６３】
ステップＳ１１６において制御切替信号Ｐ２が１でない場合（ステップＳ１１６、Ｎｏ）、ステップＳ１１９に進む。この場合、Ｐ２＝０なので、信号演算部４の第２論理積演算部４７は、第２駆動信号Ｓｄ２を０に設定する。その後、ステップＳ１１７に進み、信号演算部４は上記の処理を実行する。この場合、第１駆動信号Ｓｄ１＝１かつ第２駆動信号Ｓｄ２＝０なので、ステップＳ１１７においては、ステッピングモータ３０のコイル３４ａ、３４ｂを流れる電流の方向が＋の場合における省電力制御が実行される。
【００６４】
図１９は、本実施形態に係るモータ制御装置によって制御されるステッピングモータを備えるミシンの一例を示す斜視図である。図２０は、図１９に示すミシンの位置決め機構を示す斜視図である。図１９に示すミシン７０は、電子サイクルミシンである。電子サイクルミシンは、縫製を行う被縫製物である布を保持する保持枠を有し、その保持枠が縫い針に対し相対的に移動することにより、保持枠に保持される布に所定の縫製パターンデータ（縫製パターン）に基づく縫い目を形成するミシンである。ここで、後述する縫い針７８が上下動を行う方向をＺ軸方向（上下方向）とし、これと直交する一の方向をＸ軸方向（左右方向）とし、Ｚ軸方向とＸ軸方向の両方に直交する方向をＹ軸方向（前後方向）と定義する。
【００６５】
電子サイクルミシン７０（以下、ミシン７０という）は、図１９に示すように、ミシンテーブルＴの上面に備えられるミシン本体７１と、ミシンテーブルＴの下部に備えられ縫製の開始と停止を操作するためのペダルＲ及びミシンテーブルＴの上部に備えられユーザによる入力操作を行うための操作パネル９０等を備えている。図１９に示すように、ミシン本体７１は、外形が側面視で略コ字状のミシンフレーム７２を備えている。ミシンフレーム７２は、ミシン本体７１の上部をなし前後方向に延びるミシンアーム部７２ａと、ミシン本体７１の下部をなし、前後方向に延びるミシンベッド部７２ｂと、ミシンアーム部７２ａとミシンベッド部７２ｂとを連結する縦胴部７２ｃとを有している。ミシン本体７１は、ミシンフレーム７２内に動力伝達機構が配置され、回動自在で前後方向に延びる主軸及び下軸を有している。前記主軸はミシンアーム部７２ａの内部に配置され、前記下軸はミシンベッド部７２ｂの内部に配置されている。
【００６６】
前記主軸は、ミシンモータに連結され、このミシンモータにより回動力が付与される。また、前記下軸は、縦軸を介して主軸と連結されており、主軸が回動すると、主軸の動力が縦軸を介して下軸側へ伝達し、下軸が回動するようになっている。前記主軸の前端には、前記主軸の回動によりＺ軸方向に上下動する針棒７８ａが接続されている。針棒７８ａの下端には、縫い針７８が交換可能に設けられている。このような構成により、前記主軸の回動により縫い針７８はＺ軸方向に上下動する。前記下軸の前端には、釜が設けられている。前記主軸とともに前記下軸が回動すると、縫い針７８と前記釜との協働により縫い目が形成される。
【００６７】
ミシンアーム部７２ａには、縫い針７８の上下動による布の浮き上がりを防止するために、針棒７８ａの上下動と連動して上下動し、かつ縫い針７８の周囲の布を下方に押圧する中押さえを有する中押さえ装置が設けられている。なお、前記中押さえ装置の本体はミシンアーム部７２ａの内部に配設されており、縫い針７８は、前記中押さえの先端側に形成されている貫通孔に挿入されている。
【００６８】
図１９に示すように、ミシンベッド部７２ｂ上には、布板８０が配設されている。布板８０の上方に布保持部としての保持枠８１及び縫い針７８が配置されるようになっている。保持枠８１は、ミシンアーム部７２ａの前端部に配される取付部材８３に取り付けられている。また、図２０に示すように、保持枠８１は、布押さえ８６と下板８７とを有する。そして、布押さえ８６は、ミシンアーム部７２ａ内に配置された布押さえシリンダの駆動により上下駆動が可能である。このような構成により、布押さえ８６は、自身の下降時に下板８７との間で布地を挟持し保持するようになっている。
【００６９】
保持枠８１を保持する取付部材８３は、ミシンフレーム７２内に格納保持されたＸ軸レール７５上に、スライドユニットを介して支持されている。Ｘ軸レール７５はＹ軸レール７６上にスライドユニットを介して支持されている。このような構成により、保持枠８１は取付部材８３を介してＸ−Ｙ平面上を任意に移動することが可能となっている。また、ミシンベッド部７２ｂ内には、Ｘ軸モータとしての第１ステッピングモータ３０Ａ及びＹ軸モータとしての第２ステッピングモータ３０ＢがＸ−Ｙ駆動手段として設けられている。第１ステッピングモータ３０Ａは、歯車を介して送り軸７７を回転させて取付部材８３に連結されたタイミングベルト８４を搬送する。また、第２ステッピングモータ３０Ｂは、傘歯歯車を介して送り軸７８を回転させてＸ軸レール７５に連結されたタイミングベルト８５を搬送する。
【００７０】
このような構成により、第１ステッピングモータ３０Ａ及び第２ステッピングモータ３０Ｂを駆動させると、これらの協働によって取付部材８３及び保持枠８１をＸ−Ｙ平面の任意の位置に位置決めすることができる。そして、保持枠８１の移動と、縫い針７８及び前記釜の動作が連動することにより、所定の縫製パターンデータの縫い目データに基づく縫い目が布地に形成される。そして、保持枠８１、取付部材８３、第１ステッピングモータ３０Ａ及び第２ステッピングモータ３０Ｂは、被縫製物である布地に対して任意の位置に針落ちが行われるように、縫い針７８と布地とをＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に位置決めする位置決め機構９１として機能する。
【００７１】
第１ステッピングモータ３０Ａ及び第２ステッピングモータ３０Ｂは、図２に示すモータ制御装置１によってその動作が制御される。このようにすることで、第１ステッピングモータ３０Ａ及び第２ステッピングモータ３０Ｂは、位置決め機構９１を駆動する。そして、位置決め機構９１は、縫い針７８と布地との相対的な位置決めを行う。第１ステッピングモータ３０Ａ及び第２ステッピングモータ３０Ｂが停止している場合又は所定の回転速度以下で回転している場合には、モータ制御装置１は、上述した本実施形態の省電力制御を実行する。本実施形態の省電力制御は、第１ステッピングモータ３０Ａ及び第２ステッピングモータ３０Ｂの消費電力を低減できるので、ミシン７０の消費電力を低減することができる。
【００７２】
以上、本実施形態では、省電力制御においてステッピングモータを流れる電流の絶対値を減少させる必要がある場合は、それ以外の場合よりもゲインを大きくする。このようにすることで、ＰＷＭ制御においてはスイッチング素子のＯＦＦ時間を長くすることができるので、ステッピングモータを流れる電流が減少する時間を十分に確保することができる。その結果、前記電流が減少する際の応答性の低下を抑制して、ステッピングモータの消費電力を低減することができる。また、省電力制御において、駆動電流値は電流指令値に速やかに収束するので、駆動電流値の振動は低減される。その結果、ミシンの保持枠の振動やステッピングモータの騒音が低減される。
【００７３】
また、本実施形態では、信号演算部をマイクロプロセッサ（例えば、ＤＳＰ）とすることにより、ゲインの設定を省電力制御と通常制御とのそれぞれにおいて、適切な値に自動的に変更することができる。このようにすることで、省電力制御において、ステッピングモータを流れる電流が減少する際の応答性の低下を抑制することができる。その結果、ステッピングモータを流れる余分な電流を減少させることができるので、ステッピングモータの消費電力を低減することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、信号演算部をマイクロプロセッサとすることにより、信号演算部によって制御されるステッピングモータが変更になった場合でも、最適なゲインになるように、ソフトウェアで変更することができる。このように、本実施形態は、ハードウェアを交換することなく、最適なステッピングモータの制御を実現できる。また、信号演算部をソフトウェア化したことで、信号演算部内のコンピュータプログラムを読み出す際にセキュリティを設ける等により、ゲインの設定又は内部の制御等の技術情報が第三者へ漏洩するおそれも低減できる。また、信号演算部の偏差生成部をハードウェアで構成する場合、オペアンプと抵抗器とを有する差動増幅回路で構成することができるが、この場合、ゲインは抵抗比率で設定されることから、省電力制御とそれ以外の場合とで高速にゲインを変更することは困難であった。本実施形態は、信号演算部の偏差生成部をソフトウェア化したので、省電力制御とそれ以外の場合とで高速にゲインを変更することは容易に実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明に係るミシン用ステッピングモータ制御装置及びミシンは、消費電力を低減することに有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１  モータ制御装置（ミシン用ステッピングモータ制御装置）
２  制御信号生成部
４  信号演算部
６  駆動回路
８ａ、８ｂ  電流検出回路
３０  ステッピングモータ
３０Ａ  第１ステッピングモータ
３０Ｂ  第２ステッピングモータ
３１  回転軸
３２  回転子
３３  固定子
３３ａ、３３ｂ  芯部
３４ａ、３４ｂ  コイル
４０  偏差生成部
４１  駆動信号生成部
４２  三角波発生部
４３  ゲイン調整部
４４  出力部
４５  第１反転部
４６  第１論理積演算部
４７  第２論理積演算部
４８  第２反転部
４９  第３反転部
６０  駆動回路
６０ａ  正極側スイッチング素子（第１正極側素子）
６０ｂ  アース側スイッチング素子（第１アース側素子）
６０ｃ  正極側スイッチング素子（第２正極側素子）
６０ｄ  アース側スイッチング素子（第２アース側素子）
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ  ダイオード
６２  電源
６３  アース
７０  ミシン（電子サイクルミシン）
７８  針
９１  位置決め機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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