(57)【要約】【課題】ステッピングモータの停止時における鉄損によるモータの温度上昇を押さえることができ、消費電力の低減も図ることのできるミシン駆動装置を提供すること。【解決手段】被駆動部を駆動するステッピングモータであって、前記被駆動部を動作させる場合に高い電流を通電し、前記被駆動部を停止させる場合に低い電流を通電して駆動するステッピングモータを備えたミシン駆動装置において、前記電流をＰＷＭ周期をもって通電するとともに、当該ＰＷＭ周期を高い電流を通電する場合と低い電流を通電する場合とにおいて可変制御する制御手段を有することを特徴とする。【選択図】図２
2008237657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動部を駆動するステッピングモータであって、前記被駆動部を動作させる場合に高い電流を通電し、前記被駆動部を停止させる場合に低い電流を通電して駆動するステッピングモータを備えたミシン駆動装置において、前記電流をＰＷＭ周期をもって通電するとともに、当該ＰＷＭ周期を高い電流を通電する場合と低い電流を通電する場合とにおいて可変制御する制御手段を有することを特徴とするミシン駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、高い電流を通電する場合のＰＷＭ周期を長くし、低い電流を通電する場合のＰＷＭ周期を短く設定することを特徴とする請求項１に記載のミシン駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミシン駆動装置に係り、特に被駆動部を動作させたり停止させるように駆動するステッピングモータを備えたミシン駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、布押えをステッピングモータによってＸ−Ｙ駆動させて形状縫いを行なうミシンにおいては、布押えがＸ−Ｙに動く動作時においては、ステッピングモータの必要駆動トルクを得るために必要な電流を流す必要がある。しかしながら、布押えを停止させておく停止時において、前記動作時と同じ電流値の電流を通電すると、多大なモータ発熱となるため、停止時には電流値を下げる操作が行なわれていた（例えば、特許文献１および２参照）。以下、動作時の高い電流状態をカレントハイ（ＣＨ）、停止時の低い電流状態をカレントダウン（ＣＤ）と称する。
【０００３】
また、ステッピングモータの電流制御には、通常一定周期内でＯＮ／ＯＦＦ幅を制御することでステッピングモータの電流制御を行なうＰＷＭ制御が行なわれている。
【０００４】
例えば、２相のステッピングモータは、図５に示すように、永久磁石が固着されている回転体１とＡ相、Ｂ相の２つの巻線２Ａ、２Ｂを備えている。これらの巻線２Ａ、２Ｂには、１−２相通電方式または２相通電方式に従って電流方向を切り替えたり、電流値を変えることにより、ステッピングモータの回転体１を正逆回転させたり、停止させるように形成されている。
【０００５】
また、ステッピングモータの巻線電流をコントロールする駆動回路は図６に示すように形成されている。
【０００６】
Ａ相、Ｂ相の２つの巻線２Ａ、２Ｂに対しては同一構成の駆動回路によってそれぞれ通電するように形成されている。
【０００７】
一方のＡ相の駆動回路について構成と動作とを合わせて説明する（Ｂ相には符号の末尾にＢを付して説明を省略する）。
【０００８】
Ａ相の巻線２Ａに対して通電方向を変更させるために４個の駆動用のＦＥＴまたはトランジスタからなるスイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４Ａがブリッジ状にして駆動電源Ｖｃｃと電流検出用の抵抗Ｒ１Ａとの間に接続されている。各スイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４Ａにはそれぞれ保護用のダイオードＤ１Ａ、Ｄ２Ａ、Ｄ３Ａ、Ｄ４Ａが並列に接続されている。抵抗Ｒ１Ａの他端は接地されている。ブリッジと抵抗Ｒ１Ａとの接続点からはステッピングモータを流れる電流を検出する電流検出部３Ａ、この電流検出部３Ａにおいて検出された電流とＣＰＵ（図示せず）から指示される電流値とを比較する電流比較部４Ａが順に接続されている。この電流比較部４Ａには、当該電流比較部４Ａにおいて得られた結果を元にＣＰＵから出力された相励磁信号にＰＷＭを加えて駆動トランジスタＴ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４Ａを駆動する指令ＡＧ１〜ＡＧ４を各トランジスタのゲートに出力するＰＷＭゲート駆動部５Ａが接続されている。
【０００９】
このように形成されている駆動回路によって、電流検出部３Ａが検出した巻線２Ａに流れる電流がＣＰＵからの指示値より大きければその比較結果が電流比較部４ＡからＰＷＭゲート駆動部５Ａに出力され、ＰＷＭゲート駆動部５Ａはスイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４ＡをＯＦＦとさせ、巻線２Ａに流れる電流がＣＰＵからの指示値より小さければＯＮとさせるというＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。
【００１０】
このＯＮ／ＯＦＦ制御を図７および図８によって説明する。
【００１１】
スイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ４ＡがＯＮの状態で、モータ電流は電源Ｖｃｃからスイッチング素子Ｔ１Ａ、巻線２Ａ、スイッチング素子Ｔ４Ａを順に通り電流検出用の抵抗Ｒ１Ａを通って流れる（図７の実線参照）。このときの電流は徐々に増加する（図８のＴ１Ａ、Ｔ４ＡのＯＮ時参照）。
【００１２】
この増加の割合は、巻線２Ａに加わっている電圧Ｖと巻線２ＡのインダクタンスＬとによって決まる。ここで、Ｖ≒Ｖｃｃであるので、増加の割合となる傾きは、ｄｉ／ｄｔ＝Ｖｃｃ／Ｌとなる。
【００１３】
このようにして増加する電流が指示値を超えると、ＰＷＭゲート駆動部５Ａによってスイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ４ＡはＯＦＦとされる。
【００１４】
スイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ４ＡがＯＦＦとなった後、モータ電流はＧＮＤ側からダイオードＤ２Ａ、巻線２Ａ、ダイオードＤ３Ａを通り電源Ｖｃｃに戻ることになる（図７の破線参照）。このときの電流は徐々に減少する（図８のＴ１Ａ、Ｔ４ＡのＯＦＦ時参照）。巻線２Ａに加わる電圧はほぼＶｃｃとなるので、電流の減少する割合は上昇する割合とほぼ同等となる。
【００１５】
このようにスイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４ＡのＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、電流は図８のような電流リップルを含む波形となる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−１６８２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−３４１８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ステッピングモータにおいては、巻線に通電することにより銅損および鉄損によって発熱するので、この発熱を押さえる必要があった。
【００１８】
従来のミシンにおいては、ステッピングモータに流す電流を、動作中はカレントハイ、停止中はカレントダウンと電流値を抑押さえることにより、発熱を低く押えるようにしていた。
【００１９】
ところが、モータ電流を下げることにより、モータ電流に依存する銅損による発熱は押えられるが、鉄損による発熱は押さえることができなかった。
【００２０】
なぜならば、鉄損による発熱はモータ電流に依存するものではなく、図８に示す電流リップルに依存するものであるからである。ステッピングモータの駆動用の電源電圧が高くなると、電流リップルが大きくなり、カレントダウンの停止中においても鉄損による発熱が生じるという問題があった。
【００２１】
本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、ステッピングモータの停止時における鉄損によるモータの温度上昇を押さえることができ、消費電力の低減も図ることのできるミシン駆動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前述した目的を達成するため、本発明のミシン駆動装置は、被駆動部を駆動するステッピングモータであって、前記被駆動部を動作させる場合に高い電流を通電し、前記被駆動部を停止させる場合に低い電流を通電して駆動するステッピングモータを備えたミシン駆動装置において、前記電流をＰＷＭ周期をもって通電するとともに、当該ＰＷＭ周期を高い電流を通電する場合と低い電流を通電する場合とにおいて可変制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００２３】
また、前記制御手段は、高い電流を通電する場合のＰＷＭ周期を長くし、低い電流を通電する場合のＰＷＭ周期を短く設定することを特徴とする。
【００２４】
これにより本発明によれば、ステッピングモータの停止時に短いＰＷＭ周期の低い電流を通電するので、電流リップルが小さく押さえられ、鉄損による発熱も低く押さえられることとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のミシン駆動装置はこのように構成され作用するものであるから、ステッピングモータの停止時における鉄損によるモータの温度上昇を押さえることができ、消費電力の低減も図ることのできる等の優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明のミシン駆動装置の実施の形態を図１から図４について説明する。
【００２７】
図１および図２は本発明のミシン駆動装置の１実施形態を示し、Ａ相の巻線に適応したものであるが、Ｂ相も同様に形成されている。従来と同一部分には同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００２８】
本実施形態においては、図１に示すように、ＰＷＭゲート駆動部１５Ａを従来の構成に代えて、ステッピングモータへの電流をＰＷＭ周期をもって通電するとともに、当該ＰＷＭ周期を高い電流を通電する場合と低い電流を通電する場合とにおいて可変制御する制御手段としたものである。即ち、ＣＰＵ（図示せず）からの電流指令（カレントハイ／カレントダウン）信号をＰＷＭゲート駆動部１５Ａに対しても入力させて、ＰＷＭ周期を高い電流を通電する場合と低い電流を通電する場合とにおいて可変制御するように形成したものである。その他の構成は従来例と同様に形成されている。
【００２９】
図２は本実施形態のＰＷＭゲート駆動部１５Ａの三角波の発生回路部分の１実施形態を示している。
【００３０】
このＰＷＭゲート駆動部１５Ａにおいては、図２に示すように、１つのオペアンプ１１の負側入力端を接地に接続し、当該オペアンプ１１の出力端と他のオペアンプ１２の負側入力端との間に２つの抵抗Ｒｘ、Ｒを直列接続し、他のオペアンプ１２の出力端を三角波の出力端Ｖｏｕｔとしている。出力端Ｖｏｕｔとオペアンプ１２の負側入力端との間にコンデンサＣが接続され、出力端Ｖｏｕｔとオペアンプ１１の正側入力端との間に抵抗Ｒ１が接続されている。オペアンプ１２の正側入力端は接地されている。オペアンプ１１の正側入力端と抵抗Ｒｘ、Ｒの接続点との間に抵抗Ｒ２が接続され、抵抗Ｒｘ、Ｒの接続点はダイオードＤ５、Ｄ６をもって接地されている。ここまでの構成は、従来の三角波の発生回路と同一の構成である。
【００３１】
本発明においては、更に、抵抗Ｒ２に対して抵抗Ｒ３をアナログスイッチ１３を介して並列に接続している。当該アナログスイッチ１３はＣＰＵからの電流指令信号のうちカレントハイ（ＣＨ）を受けるとＯＮとなり、カレントダウン（ＣＤ）を受けるとＯＦＦとなるように形成されている。
【００３２】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３３】
図２に示す本実施形態の三角波の発生回路から出力される三角波の周波数ｆは下記の式（１）によって得られる。
【００３４】
ｆ＝（１／４）×（Ｒ２／Ｒ１）×（１／ＲＣ）・・・（１）
この三角波の周波数ｆの逆数がＰＷＭの周期となる。
【００３５】
図２に示すように、抵抗Ｒ２に抵抗Ｒ３を並列接続し、アナログスイッチ１３によって抵抗Ｒ３を抵抗Ｒ２と並列に入れるか、入れないかをＣＰＵからの電流指令信号（ＣＨ／ＣＤ信号）で選択することにより、三角波のＰＷＭ周期を可変制御することができる。
【００３６】
例えば、布押えをステッピングモータによってＸ−Ｙ駆動させて形状縫いを行なうミシンにおいて、布押えを被駆動部として動作させる動作中においてはＣＨ信号がアナログスイッチ１３をＯＮとさせるために、抵抗Ｒ２に対して抵抗Ｒ３が並列接続されるので、式（１）におけるＲ２の値がＲ２よりも小さくなる。この場合の周波数をｆＣＨとする。
【００３７】
一方、布押えを停止させる停止中においてはＣＤ信号がアナログスイッチ１３をＯＦＦとさせるために、式（１）におけるＲ２の値はＲ２そのものの値となる。この場合の周波数をｆＣＤとする。
【００３８】
その結果ｆＣＨ＜ｆＣＤとなり、その逆数からなるＰＷＭ周期は、動作中が長く、停止中が短くなる。
【００３９】
図３は動作中における巻線２Ａに通電される電流の大きさをＰＷＭ周期と合わせて示したものであり、従来と同様にスイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ４ＡがＯＮの状態で電流が時定数ＲＣによって求められる傾斜に従って増加し、スイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ４ＡがＯＦＦの状態で電流が時定数ＲＣによって求められる傾斜に従って減少する。
【００４０】
図４は停止中における巻線２Ａに通電される電流の大きさをＰＷＭ周期と合わせて示したものであり、ＰＷＭ周期は動作中の１／２に設定されている。従って、スイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ４ＡがＯＮの状態で電流が時定数ＲＣによって求められる動作中の場合と同一の傾斜に従って増加し、スイッチング素子Ｔ１Ａ、Ｔ４ＡがＯＦＦの状態で電流が時定数ＲＣによって求められる動作中の場合と同一の傾斜に従って減少する。これにより停止中の電流の上下限値間の大きさによって決定される電流リップルが、動作中の電流リップルの１／２に押さえられることになる。更に、停止中の巻線２Ａに通電される電流の大きさ自体も低く押さえられているので、鉄損に起因するステッピングモータの発熱量も極めて低く押さえられることとなる。これにより消費電力の低減も図ることができる。
【００４１】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のミシン駆動装置の１実施形態を示す回路図
【図２】本発明のミシン駆動装置の三角波の発生回路の１実施形態の回路図
【図３】動作中における巻線に通電される電流の大きさをＰＷＭ周期と合わせて示した特性図
【図４】停止中における巻線に通電される電流の大きさをＰＷＭ周期と合わせて示した特性図
【図５】ステッピングモータの構成を示す回路図
【図６】従来のステッピングモータの駆動回路図
【図７】従来のステッピングモータの駆動回路図における通電状態を示す回路図
【図８】ステッピングモータの巻線に通電される電流の大きさをＰＷＭ周期と合わせて示した特性図
【符号の説明】
【００４３】
２Ａ、２Ｂ  ステッピングモータの巻線
１５Ａ  ＰＷＭゲート駆動部
Ｔ１Ａ、Ｔ２Ａ、Ｔ３Ａ、Ｔ４Ａ  スイッチング素子
【図１】
2008237657.tif 000003
【図２】
2008237657.tif 000004
【図３】
2008237657.tif 000005
【図４】
2008237657.tif 000006
【図５】
2008237657.tif 000007
【図６】
2008237657.tif 000008
【図７】
2008237657.tif 000009
【図８】
2008237657.tif 000010