(57)【要約】【課題】逆起電力によりモータの回転数を求めつつも、より大きな出力トルクを得る。【解決手段】回転速度の速度設定手段１８と、オン・オフ制御でミシンモータ１１に電力を供給する通電出力回路２９と、ミシンモータの自己誘導による逆起電力から現在速度を算出する第一の速度検出部１６と、電磁誘導による逆起電力から現在速度を算出する第二の速度検出部１７と、第一の速度検出部又は前記第二の速度検出部のいずれかにより現在速度の算出を行うかを決定する選択処理部と、速度設定手段で指定した回転速度と検出された検出速度との偏差に基づいて、通電出力回路のオン・オフ時間を演算してミシンモータの出力を制御する制御手段４０とを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミシンを駆動するミシンモータの回転速度を指定する速度設定手段と、
前記ミシンモータの回転速度を検出する速度検出手段と、
商用交流電源を全波整流し、前記全波整流された直流電源をオン・オフして前記ミシンモータに電源供給する通電出力回路と、
前記ミシンモータが前記指定された回転速度で回転するように、前記速設定手段で指定した回転速度と前記速度検出手段により検出された回転速度との偏差に基づいて、前記直流電源をオン・オフする位相角を決定する制御手段と、
を備えたミシンモータの制御装置において、
前記速度検出手段は、
前記通電出力回路からの出力が当該通電出力回路によってオン状態からオフ状態となった直後にミシンモータの自己誘導による逆起電力を検出し、当該逆起電力から現在速度を算出する第一の速度検出部と、前記自己誘導による逆起電力の発生後にミシンモータから発生する電磁誘導による逆起電力を検出し、当該逆起電力から現在速度を算出する第二の速度検出部とを有し、
前記制御手段は、前記第一の速度検出部又は前記第二の速度検出部のいずれにより現在速度の算出を行うかを選択する選択処理部を備えることを特徴とするミシンのモータ制御装置。
【請求項２】
前記選択処理部は、前記速設定手段で指定した回転速度と前記第一又は前記第二の速度検出部により算出した現在速度との偏差に基づいて、前記第一及び第二の速度検出部のいずれから次回の位相角の決定に用いるミシンモータの現在速度を取得するかを決定することを特徴とする請求項１記載のミシンのモータ制御装置。
【請求項３】
前記選択処理部は、前記第一または第二の速度検出部により算出した現在速度に基づいて、前記第一及び第二の速度検出部のいずれから次回の位相角の決定に用いるミシンモータの現在速度を取得するかを決定することを特徴とする請求項１又は２記載のミシンのモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆起電力により回転数を求めるミシンのモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のミシンのモータ制御装置は、ミシン主軸を駆動するミシンモータについて、その回転数を検出しながら、設定した回転数になるようフィードバック制御するものである。回転数の検出にはミシンモータの回転軸に設けたエンコーダや、ミシンモータの逆起電力検出が用いられる（例えば、特許文献１，２参照）。
図１１は逆起電力検出の回路ブロック図で、ミシンではソフトスタートや針上停止などの動作を制御するためにマイクロコンピュータも併用して回路機能を実現させている。逆起電力検出は精度が低いもののエンコーダ等の検出に要する構成部材を削減できるので、より低廉なミシンに広く採用されている。
【特許文献１】特公昭６２−５９５７２号公報
【特許文献２】特開２００６−２５４５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、モータの逆起電力と呼ばれるものには、自己誘導による起電力と電磁誘導による起電力の２種類がある。
自己誘導の起電力はレンツの法則に由来する。自己誘導の起電力は、モータの巻線電流がモータのインダクタンス（回転子巻線と界磁巻線）成分に基づき電流の変化を妨げる性質を持つため、モータ駆動オフの際に電流が流れ続けようして発生する。前述の図１１においてモータに並列に接続されたフリーホイールダイオードはこの電流を還流させている。従って、自己誘導による逆起電力はモータがオフする前に流れていた電流に比例する。
電磁誘導の起電力はファラデーの法則に由来する。モータの導線（回転子巻線）に磁束（界磁巻線の電流による）の変化を妨げる方向に起電力が生じる所謂発電効果である。起電力の大きさはモータの回転数に比例し、方向は自己誘導の起電力によるものとは逆になる。従来のミシンのモータの制御装置において用いられている回転数を検出するための逆起電力はこちらである。
【０００４】
しかしながら、従来の、モータの逆起電力によって回転数を検出するミシンのモータ制御装置においては、逆起電力の検出時はモータへの通電を止めるためにモータの出力トルクが制限されて、貫通力が必要な厚布では針が貫通しない場合があった。通電を止めるのは自己誘導の起電力による環流の後で電磁誘導の起電力を検出するためで、例えば商用電源が６０Ｈｚの場合は８．３３ｍｓの出力周期の内２ｍｓを止めている。
例えば、ロックミシンにおいては、カバーステッチとオーバーロックステッチを同時に行うために５本のミシン針を設ける場合もあり、特に縫い始めには大きな出力トルクが必要である。かかるロックミシンのように大きな出力トルクを要するミシンには、逆起電力での回転数検出が採用できなかった。そのため、大きな出力トルクを要するミシンは、ミシンモータの回転軸にエンコーダを設けるしかなく、部材の費用によって高価となるという問題があった。
【０００５】
本発明は、逆起電力によりモータの回転数を求めつつも、より大きな出力トルクを得ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、ミシンを駆動するミシンモータの回転速度を指定する速度設定手段と、前記ミシンモータの回転速度を検出する速度検出手段と、商用交流電源を全波整流し、前記全波整流された直流電源をオン・オフして前記ミシンモータに電源供給する通電出力回路と、前記ミシンモータが前記指定された回転速度で回転するように、前記速設定手段で指定した回転速度と前記速度検出手段により検出された回転速度との偏差に基づいて、前記直流電源をオン・オフする位相角を決定する制御手段と、を備えたミシンモータの制御装置において、前記速度検出手段は、前記通電出力回路からの出力が当該通電出力回路によってオン状態からオフ状態となった直後にミシンモータの自己誘導による逆起電力を検出し、当該逆起電力から現在速度を算出する第一の速度検出部と、前記自己誘導による逆起電力の発生後にミシンモータから発生する電磁誘導による逆起電力を検出し、当該逆起電力から現在速度を算出する第二の速度検出部とを有し、前記制御手段は、前記第一の速度検出部又は前記第二の速度検出部のいずれにより現在速度の算出を行うかを選択する選択処理部を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記選択処理部は、前記速設定手段で指定した回転速度と前記第一又は前記第二の速度検出部により算出した現在速度との偏差に基づいて、前記第一及び第二の速度検出部のいずれから次回の位相角の決定に用いるミシンモータの現在速度を取得するかを決定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記選択処理部は、前記第一または第二の速度検出部により算出した現在速度に基づいて、前記第一及び第二の速度検出部のいずれから次回の位相角の決定に用いるミシンモータの現在速度を取得するかを決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明は、速度設定手段により指定された回転速度と第一又は第二の速度検出部により検出された現在速度との偏差を求め、制御手段は、その偏差を解消又は抑制するようにミシンモータへの電力供給のオン・オフする位相角を演算してミシンモータの出力制御を行う。
第一の速度検出部では、ミシンモータの自己誘導による逆起電力を現在速度を算出し、第二の速度検出部では、ミシンモータの電磁誘導による逆起電力から現在速度を算出する。そして、通電がオフ状態となった場合、まず、ミシンモータからは自己誘導起電力が発生し、これが収まってから、電磁誘導による逆起電力が発生する。従って、ミシンモータの駆動電流が大きいミシンモータの起動時や高負荷時には、自己誘導による逆起電力の方が速やかに検出が可能である。
従って、ミシンモータの出力を要する場合には、第一の速度検出部を選択して現在速度を求めるようにすることで、速やかに現在速度の検出が行われ、ミシンモータへの電力供給のオフ時間も低減することができる。このため、ミシンモータの出力減を抑制することができ、従来よりも大きな出力を得ることが可能となる。
このため、ロックミシン等の高トルクが要求されるミシンのモータに対しても、誘導起電力による速度検出を行うことが可能となり、生産コストの低減や生産性の向上を図ることが可能となる。
【００１０】
なお、第一の速度検出部と第二の速度検出部の選択については、例えば、モータのトルク出力が必要であることが事前に分かっているような場合には、人間が設定作業により予め選択するように構成しても良いし、後述する請求項のように、所定条件の判定を行った上で、自動的にいずれの速度検出部を選択するかを決定しても良い。
【００１１】
請求項２記載の発明は、選択処理部が、指定回転速度と算出された現在速度との偏差に基づいて、次回のオン・オフ時間の演算において第一と第二の速度検出部のいずれからミシンモータの現在速度を取得するかを決定する。
つまり、偏差が（既定値よりも）大きい場合にはモータのトルク出力が要求されている状態なので第一の速度検出部を選択し、偏差が小さい場合にはモータのトルク出力があまり要求されていない状態なので、第二の速度検出部を選択する。これにより、トルク出力が要求される場合に自動的に第一の速度検出部が選択され、ミシンモータの出力を速やかに確保することができ、より安定した駆動を行うことが可能となる。
【００１２】
なお、偏差により速度検出部を決定しているが、実質的に偏差と同義と考えられる値（例えば、偏差が決定すれば一意に決定される値、オン・オフ制御のOFF期間など）に基づいて決定しても良いことは言うまでもない。
【００１３】
請求項３記載の発明は、制御演算手段は、現在速度に基づいて、次回のオン・オフ時間の演算において、第一と第二の速度検出部のいずれからミシンモータの現在速度を取得するかを決定する。
つまり、速度が低い場合には一般にモータのトルク出力が要求されることが多いので、第一の速度検出部を選択し、速度が高い場合にはモータのトルク出力があまり要求されていない状態なので第二の速度検出部を選択する。これにより、トルク出力が要求される場合に自動的に第一の速度検出部が選択され、ミシンモータの出力を速やかに確保することができ、より安定した駆動を行うことが可能となる。
【００１４】
なお、請求項３が請求項２の従属である場合には、偏差と現在速度のいずれかを一方を優先的に判断して各速度検出部を決定するかを予め定めるか、或いは、偏差と現在速度のいずれか一方を先に判断して所定条件である場合にのみ他方の判断を行うようにしても良い。また、偏差と現在速度の双方を判断して、それぞれの判断結果の組み合わせが、予め定められた組み合わせに一致する場合にいずれかの速度検出部を選択するようにしても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（ミシンの全体的な構成）
図１は本発明の実施形態たるミシンモータ制御装置としての制御回路２０を搭載したミシン１００の斜視図、図２はその構成を示すブロック図である。
かかるミシン１００は三本の縫い針を有するいわゆるロックミシンであり、図２に示すように、縫い針の上下動の駆動源となるミシンモータ１１と、ミシンモータ１１を動力として縫い針の上下動と布送りとルーパ駆動などを行う図示しない機構部と、踏み込み操作によりミシンモータ１１の回転速度（縫い速度）を150〜1500[rpm]の間で入力指定する速度設定手段としてのコントローラ１８と、ミシンモータ１１により回転駆動される主軸１４と、主軸１４と共に回転し、外部から操作可能なはずみ車１５と、ミシンモータ１１の動作制御を行う制御回路２０とを備えている。
上記ミシンモータ１１は、ユニバーサルモータ（交流整流子モータ）が使用される。
【００１６】
（制御回路の全体構成）
上記制御回路２０は、コントローラ１８から入力された回転速度となるようにミシンモータ１１の回転速度制御を行う制御手段としての処理部４０と、バスを介して処理部４０に接続された入力インターフェイス２１及び出力インターフェイス２６と、商用交流電源Ａから供給される電力を全波整流するとともに、全波整流された直流電源をスイッチング（オン・オフ）してミシンモータ１１への電源供給を行う通電出力回路２９と、当該通電出力回路２９によるミシンモータ１１への出力がオン状態からオフ状態になった直後にミシンモータ１１の自己誘導による逆起電力を検出し、当該逆起電力から現在速度を算出する第一の速度検出部としての自己逆起検出回路１６と、自己誘導による逆起電力の発生後のオフ期間においてミシンモータ１１から発生する電磁誘導による逆起電力を検出し、当該逆起電力から現在速度を算出する第二の速度検出部としての電磁逆起検出回路１７と、商用交流電源Ａのゼロ電位地点（ゼロ電位となるタイミング）を検出するゼロクロス検出回路１９とを備えている。なお、第一の速度検出部と第二の速度検出部とにより、本発明のミシンモータ１１の回転速度を検出する速度検出手段が構成される。
【００１７】
（入力インターフェイス）
図３は制御回路２０とその制御に関連する構成を含む機能ブロック図である。上記入力インターフェイス２１は、自己逆起検出回路１６、電磁逆起検出回路１７、コントローラ１８及びゼロクロス検出回路１９からの入力信号をＣＰＵ４１に伝達するためのものであり、自己逆起検出回路１６からの自己逆起電圧出力をＡＤ変換して処理部４０に出力するＡ／Ｄ変換器２２と、電磁逆起検出回路１７からの電磁逆起電圧出力をＡＤ変換して処理部４０に出力するＡ／Ｄ変換器２３と、自己逆起検出回路１６からの自己逆起電圧出力検出時にその開始から終了までの所定期間（ここでは0.5[ms]）を計時するタイマ２４と、電磁逆起検出回路１７からの電磁逆起電圧出力検出時にその開始から終了までの所定期間（ここでは2[ms]）を計時するタイマ２５とを備えている。
【００１８】
（出力インターフェイス）
出力インターフェイス２６は、通電出力回路２９がミシンモータ１１に対して行うオン・オフ制御について処理部４０が決定する位相角に対応する通電遮断信号を通電出力回路２９に出力するためのものであり、図３に示すように、単位時間信号（ここでは400[ns]）を出力するオフタイマ２８と、オフタイマ２８による単位時間信号を計数し、処理部４０により決定される位相角に対応する通電遮断信号を通電出力回路２９に出力するオフ期間カウンタ２７とを備えている。
【００１９】
（ミシンモータ）
図７は、通電出力回路２９，自己逆起検出回路１６，電磁逆起検出回路１７の具体的な回路構成を示す回路図である。ミシンモータ１１は商用交流電源を電力供給源としており、商用交流電源としての交流電源Ａとミシンモータ１１との間には、全波整流回路３０が設けられ、交流を全波整流された直流電源をミシンモータ１１に供給している。
また、ミシンモータ１１は、直列接続された回転子１１ａ及び界磁巻線１１ｂと、界磁巻線１１ｂに並列に設けられた界磁用フリーホィールダイオード１１ｃとを備えている。
また、直列接続された逆起用フリーホィールダイオード１２及びツェナーダイオード１３がミシンモータ１１に並列に設けられている。
【００２０】
（通電出力回路）
通電出力回路２９は、上述した全波整流回路３０と、ミシンモータ１１からアースに至る経路の途中に設けられ、全波整流回路３０により全波整流された直流電源をオン・オフするスイッチング用のトランジスタ３１を備えており（図７参照）、当該トランジスタ３１は、出力インターフェイス２６を介して処理部４０の指令に従ってオン・オフの切り替えが可能となっている。つまり、トランジスタ３１のオン・オフの切り替えによりミシンモータ１１のオン・オフ制御が行われる。
なお、このトランジスタ３１は、ダイオード内蔵型であり、電磁逆起電圧検出時にはオフに切り替えられるが、内蔵ダイオードによりモータ通電時とは逆方向への通電は妨げないようになっている（図８参照）。
【００２１】
（自己逆起検出回路）
自己逆起検出回路１６は、入力インターフェイス２１を介して処理部４０の指令に従ってオン・オフの切り替えが可能なスイッチング用のトランジスタ３４と、当該トランジスタ３４のオフ時に自己逆起電圧に応じた電荷を蓄えるコンデンサー３５とを備えている（図７参照）。そして、トランジスタ３４は、自己逆起電圧検出時には入力インターフェイス２１の自己逆起タイマ２４が定めるカウント期間（0.5[ms]）だけオフに切り替えられるようになっている。その際、コンデンサー３５には簡易的に構成された定電流回路１６ａを介してミシンモータの回転速度に応じた電荷が蓄えられ、ミシンモータ１１の回転速度に応じた信号が入力インターフェイス２１を介して処理部４０に入力されるようになっている。
【００２２】
（電磁逆起検出回路）
電磁逆起検出回路１７は、入力インターフェイス２１を介して処理部４０の指令に従ってオン・オフの切り替えが可能なスイッチング用のトランジスタ３２と、当該トランジスタ３２のオフ時に電磁逆起電圧に応じた電荷を蓄えるコンデンサー３３とを備えている（図７参照）。そして、トランジスタ３２は、電磁逆起電圧検出時には入力インターフェイス２１の電磁逆起タイマ２５が定めるカウント期間（2[ms]）だけオフに切り替えられるようになっている。その際、コンデンサー３３には簡易的に構成された定電流回路１７ａを介してミシンモータの回転速度に応じた電荷が蓄えられ、ミシンモータ１１の回転速度に応じた信号が入力インターフェイス２１を介して処理部４０に入力されるようになっている。
【００２３】
（ゼロクロス検出回路）
ゼロクロス検出回路１９は、通電出力回路２９を通じて、全波整流された商用電源Ａから供給される交流電源の電位を監視し、0[V]の電位が検出されると、処理回路４０に出力する。商用電源は周波数60[Hz]（又は50[Hz]）の交流を出力するので、ゼロクロス検出回路１９は、8.33[ms]（又は10[ms]）の周期で0電位の検出を行うこととなる。
【００２４】
（処理部）
処理部４０は、図２に示すように、後述する各種の制御又は処理を行うための各種プログラムと縫いに要する各種設定データを記憶するＲＯＭ４７と、ＲＯＭ４７内の各種のプログラムを実行するＣＰＵ４１と、各種のプログラムの実行に際して作業領域となるＲＡＭ４８と、ＣＰＵ４１，ＲＯＭ４７及びＲＡＭ４８と入出力インターフェイス２１，２６とを接続するバスとを備えている。
そして、処理部４０は、ＲＯＭ４７に格納された各種プログラムをＣＰＵ４１が実行することにより、図３に示す各種機能構成を実現する。
即ち、処理部４０は、Ａ／Ｄ変換器２２を介して自己逆起検出回路１６から入力されるミシンモータ１１の現在速度を示す検出信号とコントローラ１８から入力される指定回転速度とを比較して偏差を求める第一の偏差検出部４４と、Ａ／Ｄ変換器２３を介して電磁逆起検出回路１７から入力されるミシンモータ１１の現在速度を示す検出信号とコントローラ１８から入力される指定回転速度とを比較して偏差を求める第二の偏差検出部４５と、第一又は第二の偏差検出部４４，４５から入力される偏差に基づいてＰＩ演算によりミシンモータ１１の出力を決定するＰＩ演算部４２と、当該ＰＩ演算部４２の定めるミシンモータ出力に応じてミシンモータ通電のオフ時間に対応するカウント値（変数「オフ期間」とする）を定めるオフ期間変換部４３と、自己逆起検出回路１６及び電磁逆起検出回路１７のいずれにより現在速度の算出を行うかを選択し決定する選択処理部４６としての処理を実行する。
【００２５】
第一の偏差検出部４４では、デジタル化された自己逆起検出回路１６からの所定電位の検出信号が入力されると、例えばＲＯＭ４７内に予め用意された自己逆起電圧−回転速度の変換テーブルにより、検出信号電位からミシンモータ１１の現在速度に変換する。また、コントローラ１８からの入力信号に対しても同様の処理を行い、指令回転速度を算出する。そして、指令回転速度から検出現在速度を減算し、偏差を算出してＰＩ演算部４２に出力する。
【００２６】
第二の偏差検出部４５も第一の偏差検出部４４と同様であり、デジタル化された電磁逆起検出回路１７からの所定電位の検出信号が入力されると、予め用意された電磁逆起電圧−回転速度の変換テーブルにより、検出信号電位からミシンモータ１１の現在速度に変換する。そして、コントローラ１８からの入力信号から求めた指令回転速度から検出現在速度を減算し、偏差を算出してＰＩ演算部４２に出力する。なお、第一の偏差検出部４４と第二の偏差検出部４５とは、選択処理部４６により選択された逆起検出回路（自己逆起検出回路１６または電磁逆起検出回路１７）に対応するいずれか一方の偏差処理部が選択的に偏差を算出するのでこれらが同時に算出偏差をＰＩ演算部４２に入力することはない。
【００２７】
ＰＩ演算部４２では、指令回転速度と検出現在速度との偏差に基づいてＰＩ演算を行い、ミシンモータ１１の必要トルクＴを算出する。
ＰＩ演算部４２では、一般的な、比例Ｐ及び積分Ｉ演算、つまり、所定の比例要素のゲインを乗じた偏差と、所定の積分要素のゲインを乗じた偏差の積分値との合計から差分トルク△Ｔ（前回までのＰＩ演算結果からの差）を算出する。そして、現在のトルクＴに差分トルクΔＴを加算して現在の回転数を目標回転数にするための必要トルクＴを求める。
算出した新たな必要トルクＴはオフ期間変換部４３に送られる。
【００２８】
オフ期間変換部４３では、必要トルクＴからいわゆる位相制御における一周期の中のオフ期間を算出する処理を行う。即ち、予め、必要トルクＴとオフ期間の対応を示すテーブルを用意しており、入力された必要トルクＴに応じてオフ期間を決定する処理を行う。具体的には、一周期8.33[ms]（又は10[ms]）中に占めるオフ時間に相当するカウント値（１秒につき2500000パルス）をカウント信号でオフ期間カウンタ２７に出力する。オフ期間カウンタ２７では、１カウントにつき400[ns]で時間に換算してミシンモータ１１への通電をオフする。
【００２９】
選択処理部４６では、一周期（8.33[ms]又は10[ms]）ごとに、次の一周期におけるミシンモータ１１への供給電源をオン・オフするタイミング（位相角）を決定する際に、自己逆起検出回路１６及び電磁逆起検出回路１７のいずれにより、現在速度及び現在速度との偏差を求めるかを選択する処理を行う。
選択処理部４６は、まず、自己逆起検出回路１６又は電磁逆起検出回路１７で求められた現在回転速度が予め定められた所定の回転速度（ここでは200[rpm]）以上か否かを判定し、200[rpm]以上であれば次の周期における現在速度検出を電磁逆起検出回路１７により行うように設定する。また、200[rpm]未満であれば、オフ期間変換部４３で求められたオフ期間に基づくオフ時間が、予め定められた所定のオフ時間（ここでは2[ms]）以上か否かを判定し、2[ms]以上であれば、次の周期における現在速度検出を電磁逆起検出回路１７により行うように設定する。また、2[ms]未満であれば、次の周期における現在速度検出を自己逆起検出回路１６により行うように設定する。
なお、次の周期における現在速度検出を電磁逆起検出回路１７又は自己逆起検出回路１６のいずれで行うかの設定は、後述する重負荷フラグのセットにより行う。即ち、重負荷フラグセットであれば自己逆起検出回路１６、クリアであれば電磁逆起検出回路１７で行うこととなる。
【００３０】
（ミシン動作中の制御回路の処理）
上記構成からなる制御回路２０によるミシンモータ１１の駆動開始からの処理を図４〜図１０に基づいて説明する。図４及び図５は制御回路２０の処理内容を示すフローチャートである。図６及び図９は(1)通電出力回路２９より出力されるミシンモータ制御時におけるミシンモータ１１に対する供給電圧、(2)モータ通電を行うスイッチング用のトランジスタ３１に対するオン・オフ信号、(3)電磁逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３２に対するオン・オフ信号、(4)検出される電磁逆起電位、(5)自己逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３４に対するオン・オフ信号、(6)検出される自己逆起電位の同一時間軸での変化を示す線図である。
尚、ミシンの速度は主軸１４の回転数で表して150〜1400[rpm]であり、コントローラ１８の踏込み量に応じて変化する。また、商用電源を全波整流して電源とするので、商用電源が60[Hz]とすると制御周期（ステップＳ３から再びステップＳ３に戻るまでの周期）は8.33[ms]である。
【００３１】
まず、コントローラ１８が踏み込まれると制御部２０は、商用交流電源Ａのゼロクロス検出回路１９により検出されるゼロクロスのタイミングを待ってモータ通電を行うスイッチング用のトランジスタ３１をオン（High）にしてミシンモータ１１を起動させるとともに、処理部４０の選択処理部４６は、初期化処理として重負荷フラグをクリアする（ステップＳ１）。
次に、処理部４０のオフ期間変換部４３は、変数である「オフ期間」を最大オフ値に設定する（ステップＳ２）。
ミシンモータ１１に電磁誘導の起電力を発生させるためには界磁が必要なので界磁巻線１１ｂには必ず電流を流す必要がある。ここでは、かかる必要電流を流す時間を「必須オン時間」として1[ms]とする。
また、処理部４０の選択処理部４６は、開始当初の時点では、第二の偏差検出部４５選択して電磁逆起検出回路１７により電磁逆起から現在速度を算出する。その場合、「逆起検出時間」として2[ms]を要する。従って、制御周期が8.33[ms]なので、「必須オン時間」1[ms]と「逆起検出時間」2[ms]とを減じて最長オフ時間は5.33[ms]となる。
最長オフ時間をオフタイマ２８の400[ns]で割った値13325が最大オフ値（カウント値）である。（なお、商用電源が50[Hz]の場合は最長オフ時間が10−1−2＝7[ms]となり、17500が最大オフ値となる）。
【００３２】
次いで、処理部４０のオフ期間変換部４３は、ゼロクロス検出回路１９がゼロクロスのタイミングを検出するのを待つ（ステップＳ３）。
ゼロクロスは商用電源が略０Ｖになるタイミングである。従って、商用電源に同期してステップＳ４以降の処理を8.33[ms]毎に繰り返し実行する（商用電源が50[Hz]の場合は10[ms]毎の実行になる）
【００３３】
そして、ゼロクロスが検出されると、処理部４０のオフ期間変換部４３から出力インターフェイス２６を介してモータ通電を行うスイッチング用のトランジスタ３１がオフ（Low）に切り替えられてミシンモータ１１の通電がオフに制御される（ステップＳ４）。
ステップＳ４における通電中から通電断になった時の動きと電流の流れを図７及び図８の回路図及びその図中の矢印にて説明する。また、各部の電圧変化を図６により説明する。図６において、Ｔ１はミシンモータ１１の通電がオンに制御されている期間を示し、Ｔ２はミシンモータ１の通電がオフ、電磁逆起検出が有効にされている期間を示している。図７はＴ１の期間に対応し、図８はＴ２の期間に対応する。
【００３４】
最初はミシンモータ１１の自己誘導の起電力による電流が逆起用フリーホイールダイオード１２からツェナーダイオード１３を経由して環流する。そして環流が暫くして収まった後で電磁誘導の起電力による逆電圧がミシンモータ１１の両端子に発生する（図６(4)参照）。この間、界磁巻線１１ｂには界磁用フリーホイールダイオード１１ｃによる環流が継続している。尚、逆電圧時は殆ど電流が流れないので電磁誘導の逆起電力は電圧として現れる。
【００３５】
次に、処理部４０の選択処理部４６は、重負荷フラグを参照し、セットされているか否かを判定する（ステップＳ５）。
重負荷フラグがセットされている場合にはステップＳ２２に進められ、クリアであればステップＳ６に進められるが、ここでは、ミシンモータ１１の動作開始から処理を例示しているので、ステップＳ１により重負荷フラグはクリアされているのでステップＳ６に進められた場合を例に説明する。
【００３６】
ステップＳ６では、処理部４０の選択処理部４６は、電磁逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３２を0FF（Low）にして、電磁逆起検出回路１７を有効にする（図６の期間Ｔ２開始）。
次いで、電磁逆起タイマ２５を2[ms]で起動して計時を行う（ステップＳ７）。ミシンモータ１１が回転することにより、この間に電磁逆起検出回路１７のコンデンサー３３に電磁誘導の起電力に略比例した充電が行われる（図８参照）。
次いで、処理部４０は、2[ms]が経過すると（図６における期間Ｔ２終了）、オフ期間カウンタ２７に変数「オフ期間」の値を設定する。ミシンモータ起動時であれば、ステップＳ２で設定された最大オフ値5.33[ms]が設定される（ステップＳ８）。
そして、設定後、オフ期間カウンタ２７はオフタイマ２８によって400[ns]毎に1減算される。
【００３７】
次いで、電磁逆起タイマ２５による2[ms]のカウントアップと共に、Ａ／Ｄ変換器２３は、電磁逆起検出回路１７で検出された電磁逆起電位をデジタル値に変換する（ステップＳ９）。また、選択処理部４６は、電磁逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３２をオン（High）にして電磁逆起検出回路１７のコンデンサー３３に溜まった電荷を放電させる（ステップＳ１０）。
【００３８】
電磁逆起電位のデジタル値を取得すると、第二の偏差検出部４５は、コントローラ１８から入力される指定速度と現在速度の偏差を算出する（ステップＳ１１）。電磁逆起電位と実速度との関係は正比例ではあるが線形ではないため、予め用意したデータテーブルで補正して現在速度とする。
第二の偏差検出部４５から算出された偏差が入力されると、ＰＩ演算部４２は、ミシンモータ１１のオフ時間を操作量として求める。オフ時間は、ミシンモータ１１の出力を増やす場合に短く設定され、出力を減らす場合には長く設定される（ステップＳ１２）。
ＰＩ演算部４２では、オフ期間が算出される場合に、少なくとも、必須オン時間1[ms]が確保されるように、算出されたオフ期間が7.33[ms]に相当するパルス数を超えないように制限する処理が行われる（ステップＳ１３）。
【００３９】
次に、処理部４０の選択処理部４６は、重負荷フラグがセットされているか否かを再び判定する（ステップＳ１４）。
重負荷フラグがセットされている場合にはステップＳ２８に進められ、クリアであればステップＳ１５に進められるが、ここでは、ミシンモータ１１の動作開始から処理を例示しているので、ステップＳ１により重負荷フラグはクリアされているのでステップＳ１５に進められた場合を例に説明する。
【００４０】
ステップＳ１５では、選択処理部４６が、ステップＳ１１で求めた現在速度が200[rpm]以上かどうかを判断する。
200[rpm]以上であればステップＳ１７に分岐し、200[rpm]未満であればステップＳ１６に進む。ステップＳ１６以降は、ミシンモータ１１に重負荷が生じているかの判定が行われ、重負荷の場合には現在回転速度を自己逆起電位で検出するための処理が進められるが、200[rpm]以上であればステップＳ１７にすすめられて自己逆起電位で検出するための処理は行われない。
これは、電源が交流の全波整流であって、ミシンモータ１１の通電断のタイミングがゼロクロス付近（谷間）であるために、ミシンモータ１１が高速で回転中には自己誘導の起電力による電流が検出できないことによる。つまり、中高速時は自己逆起電位で検出するための重負荷処理を行えないが、大きな出力トルクを必要とするのは起動時など低速であるため、問題は生じない。
【００４１】
ステップＳ１７では、オフ期間変換部４３により、ステップＳ１２で求めたオフ期間に基づくオフ時間から電磁逆起検出を行うための所要時間である2[ms]を減算する。そして、減算結果を400[ns]で割って変数「オフ期間」に設定する。この値は次回のステップＳ８の処理で使用される。
次いで、Ｓ８でセットしたオフ期間カウンタ２７が0になるのを待つ（ステップＳ１８）。そして、オフ期間がカウントアップすると、処理部４０は、モータ通電を行うスイッチング用のトランジスタ３１をオン（High）にしてミシンモータ１１への通電をオン状態に戻し（ステップＳ１９）、ステップＳ３の処理に戻される。
【００４２】
また、ステップＳ１５の処理において、選択処理部４６が、ステップＳ１１で求めた現在速度が200[rpm]未満と判断した場合には、ステップＳ１２で求めたオフ期間に基づくオフ時間が2[ms]未満かどうかを判断する（ステップＳ１６）。つまり、オフ時間の長さから重負荷による遅れにより大きな偏差が生じているかを判定し、オフ時間が長ければ重負荷が生じていないものとして前述したステップＳ１７の処理に進められる。
また、厚布を縫い始める時などは負荷トルクが大きいために、Ｓ１２で算出されるオフ時間が徐々に短くなって2[ms]を切る場合がある。その場合、重負荷の状態が生じているものとして、重負荷処理を実行させるための重負荷フラグのセットを行う（ステップＳ２０）。
さらに、フラグセット後には、オフ期間変換部４３により、ステップＳ１２で求めたオフ期間に基づくオフ時間から自己逆起検出を行うための所要時間である0.5[ms]を減算する。そして、減算結果を400[ns]で割って変数「オフ期間」に設定する。この値は次回のステップＳ８の処理で使用される（ステップＳ２１）。
そして、ステップＳ１８に処理が進められ、オフ期間カウンタ２７のカウントアップを待って、ミシンモータ１１への通電が再開されて（ステップＳ１９）、ステップＳ３の処理に戻される。
【００４３】
次に、重負荷フラグがセットされた次の周期での処理を説明する。ステップＳ３でゼロクロスの検出が行われ、ステップＳ４でミシンモータの通電がオフにされると、ステップＳ５において、処理部４０は、重負荷フラグを参照し、セットされているので、ステップＳ２２に処理を進める。
【００４４】
ステップＳ２２では、処理部４０の選択処理部４６は、自己逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３４を0FF（Low）にして、自己逆起検出回路１６を有効にする（図９の期間Ｔ３開始）。
次いで、自己逆起タイマ２４を0.5[ms]で起動して計時を行う（ステップＳ２３）。図１０は期間Ｔ３に対応する電流の経路を矢印で示した回路図である。図示のように、自己逆起タイマ２４で計時されている間に、自己誘導の逆起電力による電流が環流する際にツェナーダイオード１３に電圧が生じて、自己逆起検出回路１６のコンデンサー３５に自己誘導の逆起電力に略比例した充電が行われる。
次いで、処理部４０は、0.5[ms]が経過すると（図９における期間Ｔ３終了）、既に準備されているオフ時間の値をオフ期間カウンタ２７に変数「オフ期間」の値を設定する（ステップＳ２４）。
そして、設定後、オフ期間カウンタ２７はオフタイマ２８によって400[ns]毎に1減算される。
【００４５】
次いで、自己逆起タイマ２４による0.5[ms]のカウントアップと共に、Ａ／Ｄ変換器２２は、自己逆起検出回路１６で検出された自己逆起電位をデジタル値に変換する（ステップＳ２５）。また、選択処理部４６は、自己逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３４をオン（High）にして自己逆起検出回路１６のコンデンサー３５に溜まった電荷を放電させる（ステップＳ２６）。
【００４６】
自己逆起電位のデジタル値を取得すると、第一の偏差検出部４４は、コントローラ１８から入力される指定速度と現在速度の偏差を算出する（ステップＳ２７）。通電断直後の自己誘導による電流はミシンモータ１１の駆動電流に等しく、駆動電流は電磁誘導の逆起電力によって高速になるほど少なくなるので、自己逆起電位と実速度との関係は反比例である。また、線形ではないので、予め用意したデータテーブルで補正して現在速度とする。
【００４７】
そして、現在速度が求まると、前述したステップＳ１２に処理が進められ、ステップＳ１２，１３の処理が行われると、再びステップＳ１４において、処理部４０の選択処理部４６により重負荷フラグがセットされているか判定される。
この場合、重負荷フラグがセットされているので、ステップＳ２８に処理が進められ、選択処理部４６により、ステップＳ１２で求めたオフ期間に基づくオフ時間が2[ms]を超えるかどうかを判定される（ステップＳ２８）。超えている場合には、重負荷フラグはクリアされてステップ１７に処理が進められ、Ｓ１８，Ｓ１９を経て、次の周期の処理に進められる。
また、オフ時間が2[ms]を超えない場合には、重負荷フラグはセットされたままで、ステップＳ２１に処理が進められて、Ｓ１８，Ｓ１９を経て、次の周期の処理に進められる。
【００４８】
（制御回路の効果）
制御回路２０では、ミシンモータ１１の速度偏差から負荷を判定し、重負荷の場合には、自己逆起検出回路１６により自己逆起電位を検出して現在速度を検出するため、電磁逆起電位で現在速度を検出する場合よりもミシンモータ１１の通電のオフ時間を短縮化することが可能となり、重負荷時にミシンモータ１１の出力低減を回避することが可能となる。
このため、高トルクが要求されるミシンのモータに対しても、誘導起電力による速度検出を行うことが可能となり、エンコーダ等を不要として生産コストの低減や生産性の向上を図ることが可能となる。
【００４９】
（その他）
なお、上記制御回路２０の処理部４０により処理では、低速時且つ重負荷と判定され場合にのみ、電磁誘導の逆起電力の検出から自己誘導の逆起電力の検出へ切り替えているが、低速の時は全て自己誘導の逆起電力を検出するようにしてもよい。その場合、夫々の検出で受け持つ速度範囲を好適に設定できるので速度検出精度の向上と、より低速まで適用させることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ミシンモータ制御装置としての制御回路を搭載したミシンの斜視図である。
【図２】制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】制御回路とその制御に関連する構成を含む機能ブロック図である。
【図４】制御回路の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】制御回路の処理内容について図４の続きの処理を示すフローチャートである。
【図６】電磁逆起検出を行う場合の(1)ミシンモータ制御時におけるミシンモータに対する供給電圧、(2)モータ通電を行うスイッチング用のトランジスタ３１のオン・オフ信号、(3)電磁逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３２のオン・オフ信号、(4)検出される電磁逆起電位、(5)自己逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３４のオン・オフ信号、(6)検出される自己逆起電位の同一時間軸での変化を示す線図である。
【図７】通電出力回路，電磁逆起検出回路，自己逆起検出回路を含む回路構成を示す回路図であり、図６のＴ１期間での通電状態を示す。
【図８】通電出力回路，電磁逆起検出回路，自己逆起検出回路を含む回路構成を示す回路図であり、図６のＴ２期間での通電状態を示す。
【図９】自己逆起検出を行う場合の(1)ミシンモータ制御時におけるミシンモータに対する供給電圧、(2)モータ通電を行うスイッチング用のトランジスタ３１のオン・オフ信号、(3)電磁逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３２のオン・オフ信号、(4)検出される電磁逆起電位、(5)自己逆起検出を行うスイッチング用のトランジスタ３４のオン・オフ信号、(6)検出される自己逆起電位の同一時間軸での変化を示す線図である。
【図１０】通電出力回路，電磁逆起検出回路，自己逆起検出回路を含む回路構成を示す回路図であり、図９のＴ３期間での通電状態を示す。
【図１１】従来のミシンのモータ制御装置における逆起電力検出の回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１  ミシンモータ
１６  自己逆起検出回路（第一の速度検出部）
１７  電磁逆起検出回路（第二の速度検出部）
１８  コントローラ（速度設定手段）
２０  制御回路（ミシンモータ制御装置）
２９  通電出力回路
４０  処理部（制御手段）
４６  選択処理部（制御手段）
【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】
2009207301.tif 000007
【図６】
2009207301.tif 000008
【図７】
2009207301.tif 000009
【図８】
2009207301.tif 000010
【図９】
2009207301.tif 000011
【図１０】
2009207301.tif 000012
【図１１】
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