JPH0413952B2 - - Google Patents

Description

F５０，Tr３ よりなる回転体の定位置停止装置。

【発明の詳細な説明】

発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は回転体の定位置停止装置に関するも
のである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題
点） 例えば、ミシンにおいてもモータにより高速で
作動している針を針上位置または針下位置におい
て停止させる場合、停止指令操作によりミシン主
軸を駆動するモータを停止させるべくその駆動機
構に対して電磁ブレーキのブレーキシユーを押圧
することによつてブレーキをかけ、所定の低速回
転まで減速させるようにしている。そして、回転
体の速度が低下し、検出器が所定の速度（この所
定の速度はモータの定位置が停止可能な速度）を
検出すると、前記電磁ブレーキを解除する信号が
出力される。

この信号が出力されてから実際にブレーキが解
除されるまでの間に、回転体の速度は更に低下す
る。この低下により、モータは過負荷状態とな
り、モータ駆動回路は速度フイードバツクの結
果、モータを最大パワーで回転させるための電流
若しくは電圧が供給される。この後、ブレーキが
解除されると、モータ駆動回路は上記したように
フルパワー状態となつているため、モータは急激
に回転速度を上げる。

この結果、前記低速度検知の後に最初に発生さ
れた回転体の位置信号に応答して再ブレーキをか
けるときには、モータが回転体を定位置停止不能
な速度（前記定速よりも高速）になるため、定位
置停止が困難になる問題がある。

一方、速度検知の速度を上げた時には、回転体
の負荷の大小により再ブレーキ時の速度が不定と
なる問題がある。

この発明は、上記のようなオーバーランを防止
し、停止位置精度を向上させるものである。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するために、この発明は回転
体の駆動用モータと、その駆動用モータを回転駆
動する駆動回路と、その駆動用モータが指令され
た速度で回転するように前記駆動回路を速度フイ
ードバツク制御する回転制御回路と、その回転体
の回転抑止に摩擦力を使用するブレーキ手段と、
前記回転体の所定の回転位置を検出する位置信号
発生手段と、を備え位置信号発生手段からの位置
信号に応答して回転体を定位置停止させる回転体
の定位置停止装置において、作業者により操作さ
れる停止スイツチと、その停止スイツチの操作に
応答して前記回転制御回路に低速指令信号を、前
記ブレーキ手段にブレーキ作動信号をそれぞれ出
力する減速信号発生手段と、前記回転体の回転速
度が前記低速指令信号に対応する所定の速度にな
つた時に低速検知信号を発生する低速検知手段
と、その低速検知信号に応答し、前記ブレーキ手
段にブレーキ解放信号を出力するブレーキ解放信
号出力手段と、前記回転制御回路中に設けられ、
前記速度フイードバツク量を切り替え可能な切り
替え手段と、前記ブレーキ解放信号出力手段のブ
レーキ解放信号の出力から所定時間の間、前記切
り替え手段を切り替え制御して前記速度フイード
バツク量を減少させる速度フイードバツク量制御
手段と、前記所定時間の経過後の前記位置信号発
生手段からの位置信号に応答して前記回転制御回
路に停止信号を、前記ブレーキ手段に作動信号を
それぞれ出力する定位置停止信号発生手段とによ
り構成したものである。

（作用） 従つてこの発明によれば停止スイツチの操作に
よりブレーキ手段にブレーキ作動信号を出力し、
指令された速度で回転する駆動用モータにブレー
キが掛かり、また回転体の回転速度を落とすよう
低速指令が与えられる。そして、更に減速して低
速指令信号に対応する所定速度になるとその速度
を検知してブレーキ解放出力手段にてブレーキを
解放するようになる（第３図のＹの時点に対応す
る）。

一方、ブレーキ解放信号を受けて所定時間（第
３図のＹ〜Ｂ時点に到る間）速度フイードバツク
を切り替えてモータのトルクを減少させる。

ついで、その所定時間経過後回転体の回転位置
を位置信号発生手段にて検出してその信号を回転
制御回路に出力し再度ブレーキ手段にブレーキ作
動信号を出力することでブレーキを掛け所定位置
にほぼ正確に停止させることができる。

（実施例） 以下、この発明をミシンに具体化した一実施例
を図面に基づいて説明する。

第２図に示すように、ミシンアーム１の下方に
は直流モータＭが設置され、その出力軸５上のプ
ーリ６とミシン主軸９上のプーリ８との間にはベ
ルト７が掛装されており、モータＭの回転により
ミシン主軸９が回転されて針１０が上下動され
る。ミシン主軸９のプーリ８を覆うカバー２２上
にはミシン主軸９の回転数を検出するための回転
数検出器２３と、ミシン主軸９の回転角度に基づ
いて針下位置を検出する位置信号発生手段である
針下位置検出器２４とが設けられている。

前記モータＭのケーシングにはコイル１２を巻
回したコア１１が固定され、その外側面にはブレ
ーキライニング１３が固着されている。モータＭ
の出力軸５上にはカラー１６が固着され、その外
周にはブレーキシユー１４が軸方向のみ移動可能
に取付けられている。そして、通常はスプリング
（図示しない）のばね力によりブレーキシユー１
４がブレーキライニング１３から離間してブレー
キ不作動状態にあり、コイル１２に通電されたと
きにはブレーキシユー１４がブレーキライニング
１３に吸着されて、出力軸５にブレーキ力が付与
される。

ペダル１９はミシンの起動、停止及び速度調節
を行うためのものである。

制御回路２１は前記モータＭ及びブレーキ装置
の作動を制御するためのものである。そこで、こ
の制御回路２１を第１図に基づいて説明する。モ
ータ駆動回路２５は直流モータＭをパルス制御に
より駆動するように構成されている。モータＭを
駆動するパワートランジスタTr２は前段のトラ
ンジスタTr１によりオン．オフされるように、
そのベース端子がトランジスタTr１のエミツタ
端子に接続され、パワートランジスタTr２のエ
ミツタ端子とモータＭとの間には電流平滑用リア
クトル２６が接続されている。

前記モータＭの回転速度を安定させる直流モー
タ速度制御回路２７は後述する演算増幅器等を使
つて次演算式(a)を構成し、その出力電圧を一定の
パルス幅の三角波と比較し、その出力電圧に応じ
て三角波を方形波に変換してモータＭにパルス幅
変調されたパルスをフイードバツクしている。

ΔN＝Ｋ［Vs−（Vf−iR）］ ＝Ｋ［Vs−Vf＋iR］………(a) ここでVsはペダル１９の踏み込み量に応じた
速度指令電圧、Vfはモータの回転速度を安定さ
せる指令電圧、iRは指令電圧Vfを消費して残つ
た電圧、（Vf−iR）はモータＭの回転数に比例し
た電圧、ｋは定数であつて、ΔNは演算結果の電
圧である。上記式を表す切り替え手段として、符
号変換器２８、アナログスイツチ３０を用いた抵
抗Ｒ１及び増幅器３２が相互に並列に接続され、
それぞれの出力端子が加算係数器３１に接続さ
れ、この加算係数器３１の出力電圧が前記演算式
(a)のΔNの電圧を表す。そして、加算係数器３１
の出力端子は演算器３４の非反転端子に接続され
ている。増幅器３３の反転端子はコンデンサＣ２
を介して接地され、この増幅器３３の出力端子と
演算器３４の反転端子とが接続されている。そし
て、演算器３４の出力端子が前記トランジスタ
Tr１のベース端子に接続され、演算器３４にお
いて増幅器３３の出力端子から出力された三角波
と演算結果の電圧ΔNとが演算器３４において比
較されてパルス幅変調され、その方形波がトラン
ジスタTr１に出力され、これにより、モータが
回転される。

なお、電圧Ｖ１を加える端子３５が演算器３４
の非反転端子と加算計数器３１の出力端子との間
の接続点に接続され、電圧Ｖ２を加える端子３６
が可変抵抗３７を介してダイオードＤ２に接続さ
れ、このダイオードＤ２が増幅器３２の非反転端
子に接続されている。そして、このダイオードＤ
２とダイオードＤ３とトランジスタTr３とが相
互に並列接続されている。

そして、踏込ペダル１９を有する踏込装置３９
には踏込ペダル１９の踏込量に応じた電圧を出力
するホール素子２０とペダル操作により開閉する
スイツチＳ１とが設けられ、ホール素子２０の電
圧がダイオードＤ３を通して増幅器に加えられて
いる。前記スイツチＳ１は、電磁ブレーキ及びモ
ータＭのトルクを制御するための信号を出力する
減速信号発生手段あるいはブレーキ解放信号出力
手段を含む停止信号発生回路４０の入力端子４１
に接続され、このスイツチＳ１がオンのときに入
力端子に信号SG１が出力される。この入力端子
４１はナンド回路（以下NANDという）４２と
アンド回路（以下ANDという）４３とのそれぞ
れ一方の入力端子に接続され、NAND４２のも
う一方の入力端子にはオア回路（以下ORとい
う）４４の出力端子とが接続され、NAND４２
の出力端子はノツト回路（以下NOTという）５
７を介してOR４５の一方の入力端子に接続され
ている。OR４５のもう一方の入力端子にはNOT
５７を介して電源投入時にＬレベルにリセツトさ
れるイニシヤルリセツトが接続され、OR４５
の出力端子はモータＭの解除信号出力手段として
の回転速度検出タイマ回路４６に接続されてい
る。

この回転速度検出タイマ４６においては、直列
接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４間がコンデンサＣ３を
介して接地され、また、それらの接続点と抵抗Ｒ
３の入力側との間には抵抗Ｒ５とダイオードＤ４
との直列回路が接続されている。そして、抵抗Ｒ
４の出力端子つまり速度検出タイマ回路４６の出
力端子はNOT４７に接続され、NOT４７の出力
端子は、前記AND４３の残りの入力端子、前記
OR４４の一方の入力端子であるNOT５８、後述
するフリツプフロツプ回路（以下F.F.という）５
０のセツト端子Ｓに接続されている。そして、前
記AND４３の出力端子はOR４８の一方の入力端
子に接続され、OR４８の他方の入力端子にはF.
F.５０の出力端子が接続されており、OR４８
の出力端子は抵抗Ｒ６を介して電磁ブレキ３を駆
動するトランジスタTr４のベース端子に接続さ
れている。

また、出力軸９の回転数を表すパルス信号とし
てエンコーダ信号SG２が入力端子５２に入力さ
れ、この入力端子５２は前記OR４４の他方の入
力端子であるNOT５８に接続されている。

針下信号SG３を入力する入力端子５３はイン
バータ４９を介してF.F.５０のクリアー端子Ｃに
接続されている。そのF.F.５０のリセツト端子Ｒ
には電源投入時にこのリセツト端子ＲをＨレベル
にするイニシヤルリセツトIRが接続されている。
なお、Ｆ・Ｆ・５０の出力端子と前記OR４８
との間には前記トランジスタTr３のベース端子
が抵抗Ｒ７を介して接続されている。これらF.F
５０，Tr３等は定位置停止信号発生手段に対応
するものである。

前記NOT４７の出力端子はインバータ５１に
も接続され、このインバータ５１の出力端子はト
ルク減少タイマ回路５４の入力端子に接続されて
いる。このトルク減少タイマ回路５４においては
直列接続された抵抗Ｒ８，Ｒ９間がコンデンサＣ
４を介して接地され、抵抗Ｒ９の出力側がインバ
ータ５５を介してNAND５６の一方の入力端に
接続されている。NAND５６の他方の入力端子
には前記抵抗Ｒ８の入力端子が接続されている。
そして、NAND５６の出力端子、つまりトルク
減少タイマ回路５４の出力端子がアナログスイツ
チ３０に接続され、速度フイードバツク量制御手
段として動作する。

次に、以上のような回路構成により制御される
ミシンの作用を説明する。

さて、ミシンの停止状態において、電源を投入
すると、イニシヤルリセツトIR信号はＦ・Ｆ・
５０のＲ端子を介して端子の出力をプラス電位
（以下Ｈレベルという）にし、トランジスタTr３
をオン状態にする。従つて、速度指令電圧Vsが
出力されない状態となり、モータＭは停止状態を
保持する。また、、他方の信号はNOT５７を
介してOR４５に入力される。このため、コンデ
ンサＣ３が充電され、その充電が終了すると速度
検出タイマ回路４６の出力端子より、Ｈレベルの
信号が出力され、NOT４７によりＬレベルに反
転され、AND４３の一方の入力端子に入力され
る。又、AND４３の他方の入力端子には前踏込
スイツチ信号SG１のＨレベルが入力されている。
ここで、挿作ペダル１９が中立位置の状態のとき
にはスイツチＳ１が開き、前踏込スイツチ信号
SG１が、Ｈレベルの信号状態になるようにセツ
トされている。従つて、AND４３にはＨレベル
とＬレベルの信号が加わつて出力がＬレベルにな
り、これが次のOR４８の一方の入力端子に入力
される。このOR４８は前記Ｌレベルと前述のF.
F.５０の端子出力Ｈレベルとにより出力はＨレ
ベルとなり、トランジスタTr４をオン状態にし
て電磁ブレーキ３のブレーキコイル１２を通電す
る。従つて、モータＭの出力軸５には制動力が作
用している（第３図参照）。

また、NOT４７より出力されるＬレベルはイ
ンバータ５１を介してテルク減少タイマ回路５４
のコンデンサＣ４を充電し、その充電後Ｈレベル
がインバータ５５を介してNAND５６の一方の
入力端子に入力される。従つて、NAND５６の
出力がＨレベルとなり、アナログスイツチ３０を
オフ状態にする。この状態においては前記(a)式に
おいてiRがゼロであるため指令電圧ΔNが低い値
となる。このため、トルクを減少させる作用が働
いているが、これはモータ停止中であるためこの
作用は機能しない。

この停止しているモータＭを回転させるために
操作ペダル１９を前に踏み込む。このようにすれ
ば、スイツチＳ１が閉じて、前踏込信号SG１が
Ｌレベルとなる。これが、NAND４２に入力さ
れ、NOT５７にＨレベルが入力される。そして、
ここで反転してＬレベルとなりOR４５に入力さ
れる。従つてOR４５の出力がＬレベルとなり、
コンデンサＣ３が放電状態となる。そして、
NOT４７を介してＦ・Ｆ・５０のセツト端子Ｓ
がセツトされて、端子の出力がＬレベルにな
り、これがOR４８に一方の端子に入力される。
又、前踏込信号SG１のＬレベルとNOT４７から
出力されるＬレベルとによりAND４３からOR４
８の他方の入力端子にＬレベルが入力される。こ
のためOR４８からＬレベルが出力されて、電磁
ブレーキ３が非励磁状態となり、モータＭの出力
軸５には付与されていた制動力が解除される。

また、このとき前述したようにF.F.５０の端
子からの出力がＬレベルであるのでトランジスタ
Tr３はオフ状態となり、指令電圧Vsに第３図に
示すようなVL電圧が加わり、モータは低速回転
し、そして、ペダル１９の前踏込量を増すとホー
ル素子２０の出力電圧が増加して、指令電圧Vs
も前踏込量に比例して増加する。そして、このと
き、前記(a)式のフイードバツク制御が行われてお
り、演算増幅器３３がコンデンサＣ２の作用によ
り基準三角波を出力し、それを、増幅器３４でそ
の三角波とΔN電圧とを比較する。このときトラ
ンジスタTr１に加えるパルス幅の変調（PWM制
御）を行う。そして、その出力方形波によりトラ
ンジスタTr２を駆動させ、モータＭをホール素
子２０の出力電圧に応じた速度で回転させる。こ
の場合、ホール素子２０から出力される最高電圧
は一定なのでモータＭは高速かつ一定速度で回転
する。

次に、操作ペダル１９の前踏込を解放してその
ペダル１９を復帰させるとスイツチＳ１がオフと
なるとともに、ホール素子２０の出力電圧が下降
し、出力軸の回転速度が第３図に示すように低下
する。このとき、第３図のＹ点まではモータＭの
回転数が高いために信号SG１，SG２によりコン
デンサＣ３が放電状態を維持し、電源投入時と同
じようにOR４８の入力端子にＨレベルが加えら
れ、OR４８からＨレベルが出力されてトランジ
スタTr４がオン状態になり、電磁ブレーキ３が
励磁される。また、モータＭの回転速度が高い間
は、トランジスタTr３がオフ状態にあるため、
ペダルが完全に復帰してホール素子２０からの出
力電圧がなくなると、指令電圧VsにVL電圧が加
わり、モータＭに低速指令が与えられる。そし
て、電磁ブレーキ３の制動力によりＹ点を越える
と、モータＭの回転数が下がるのにともない信号
SG２の出力ピツチが大きくなる。このため、コ
ンデンサＣ３が充電されてきてＨレベルとなり、
前記定速回転時と同様にトランジスタTr４がオ
フ状態にされ、電磁ブレーキ３が非励磁状態にな
るとともに、トルク減少タイマ回路５４のコンデ
ンサＣ４が充電される。従つて、充電時間だけア
ナログスイツチ３０がオフ状態になつて、アナロ
グスイツチの抵抗が無限大となり、第１図中iR
によるフイードバツク量が小さくなる。このた
め、式(a)からも明らかなようにモータＭの低速時
におけるトルクがコンデンサＣ４の放電時間分減
少される。第３図において、点線Ａはトルクを減
少させない場合を示し、実線Ｂはトルクを減少さ
せたときの出力軸回転速度である。

なお、第３図においてトランジスタTr４の導
通状態がＹ点で終了して励磁状態がこのＹ点で修
了しているが、ブレーキ力の解放は機械的な遅れ
のためにＺ点で行われる。

そして、針下信号の検出によりインバータ４９
を介してF.F.５０のクリア端子Ｃに針下信号SG
３が入力され、F.F.５０の端子の出力はＨレベ
ルとなりトランジスタTr３がオン状態となる。
よつて、、速度指令電圧Vsは零となり、それと同
期して電源投入時と同様に再び電磁ブレーキが再
び励磁されて作動され、モータ回転停止となり、
ミシンは針下位置で停止する。

以上のように、モータ停止時において、電磁ブ
レーキの電流遮断とともに、モータのトルクを減
少させるので、モータ軸の電磁ブレーキの機械的
遅れによるロツク時において、トルク蓄積量が小
さくなり、かつ低速回転への立上がり時において
トルクが小さくなる。したがつて低速回転状態に
直ちにもどり、再びブレーキをかけたとき直ちに
停止し、オーバーランするのを防止することがで
きる。

なお、この発明は前記実施例に限定されるもの
ではなく、モータとブレーキ装置を備えたその他
の機器に応用しても良い。

発明の効果 以上詳述したようにこの発明は停止スイツチの
操作により、回転体の回転速度を落とすよう低速
指令が与えられ、また摩擦力を利用するブレーキ
手段によりブレーキが掛けられる。そして、更に
減速して低速指令信号に対応する所定速度になる
とその速度を検知してブレーキを解放する。

その際、ブレーキの解放には機械的な遅れが生
じるが、ブレーキ手段によるブレーキ作用が解除
されるまでの所定時間、モータのトルクを減少さ
せ、指令の低速回転をほとんど越えることなくそ
の回転速度に近づけるようにしたため、その後位
置信号発生手段からの信号に基づいて摩擦力を使
用するブレーキ手段にて再度ブレーキを掛けるこ
とで回転体のオーバーランが確実に防止でき、停
止精度の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化したモータの制御回
路図、第２図は同じくミシンの簡略図、第３図は
モータ制御回路の制御による作用を示すタイムチ
ヤートである。 図においてＭはモータ、３はブレーキ手段、２
３は速度信号発生手段、２４は位置信号発生手
段、２７は回転制御回路、４０は減速信号発生手
段を兼用する停止信号手段、４６は解除信号出力
手段、５４はトルク減少信号発生手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転体の駆動用モータＭと、 その駆動用モータＭを回転駆動する駆動回路２
   ５と、 その駆動用モータＭが指令された速度で回転す
   るように前記駆動回路２５を速度フイードバツク
   制御する回転制御回路２７と、 その回転体の回転抑止に摩擦力を使用するブレ
   ーキ手段３と、 前記回転体の所定の回転位置を検出する位置信
   号発生手段２４と、 を備え、位置信号発生手段２４からの位置信号に
   応答して回転体を定位置停止させる回転体の定位
   置停止装置において、 作業者により操作される停止スイツチ１９と、 その停止スイツチ１９の操作に応答して前記回
   転制御回路２７に低速指令信号VLを、前記ブレ
   ーキ手段３にブレーキ作動信号をそれぞれ出力す
   る減速信号発生手段Ｃ３、Tr4と、 前記回転体の回転速度が前記低速指令信号VL
   に対応する所定の速度になつた時に低速検知信号
   を発生する低速検知手段４６と、 その低速検知信号に応答し、前記ブレーキ手段
   ３にブレーキ解放信号を出力するブレーキ解放信
   号出力手段Ｃ３，Tr４と、 前記回転制御回路２７中に設けられ、前記速度
   フイードバツク量を切り替え可能な切り替え手段
   ２８，３０，３２と、 前記ブレーキ解放信号出力手段Ｃ３，Tr４の
   ブレーキ解放信号の出力から所定時間の間、前記
   切り替え手段を切り替え制御して前記速度フイー
   ドバツク量を減少させる速度フイードバツク量制
   御手段３０，５４と、 前記所定時間の経過後の前記位置信号発生手段
   ２４からの位置信号に応答して前記回転制御回路
   ２７に停止信号を、前記ブレーキ手段３に作動信
   号をそれぞれ出力する定位置停止信号発生手段F.