JPS5917895A - 電動ミシンの速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電動ミシンの速度制御装置に関し、特にた
とえば電動機の給電経路に介挿された制御電極付スイッ
ヂング素子（トライアックなど）の導通位相を制御して
電動機の回転速度を制ｎ−ｖるような電動ミシンの速度
制御装置において、ヒステリシスの軽減を図る回路に関
する。

第１図は従来の電動ミシンの速度制御装置を示す回路図
である。図において、差込みプラグＰＬには、フットス
イッチＳＷ、ｔ−ライアックＴＡおよび電ＩＪＩ　１ｍ
　Ｍが直列に接続される。差込みプラグＰ１−は交流電
源に差込まれる。また、フットスイッチＳＷはたとえば
足で踏込み操作可能とされ、通常踏込まない状態では開
成状態となっている。

踏込みが行なわれると、フッ（・スイッチＳＷは開成状
態となる。そして、この踏込み量に応じて可変抵抗器Ｖ
Ｒの抵抗値が変化される。詳細には、ノットスイッヂＳ
Ｗの踏込み量が多くなるに従って可変抵抗器ＶＲの抵抗
値が小さくなる。

１〜ライアツクＴＡはその導通位相が制御されることに
よって、電動機Ｍへの給電を制御しその回転速度を制御
する。トライアックＴＡの導通位相制御はゲート電流を
制御することによって行なわれる。そのために、ゲート
電流制御回路が設けられる。このゲート電流制御回路は
、抵抗Ｒ１，可変抵抗器ＶＲおよびコンデンサＣ１の直
列回路がトライアックＴ　Ａの両端に接続され、コンデ
ンサＣ１の一端と１〜ライアツクＴＡのゲート電極との
間にダイアックＤＡが介挿され、トライアックＴ△のゲ
ートＮ極とコンデンサＣ１の他端との間に抵抗Ｒ２が介
挿されて構成される。また、トライアックＴＡの両端に
は、コンデンサＣ２と抵抗Ｒ３どの直列回路が接続され
る。このコンデンサＣ２と抵抗Ｒ３どの直列回路はサー
ジなどを吸収してトライアックＴＡを保護するためのも
のである。

電動１１ＭはダイオードＤ１ないしＤ４によって構成さ
れるダイオードブリッジを含み、このダイオードブリッ
ジに界磁コイルＦＣとＮ機工Ａが接続される。また、界
磁コイルＦＣに並列にフリーホイル用のダイオードＤ５
が接続される。

動作において、まず交流ｍｓが正の半サイクルの場合に
ついて説明する。この場合、コンデンサＣ１には、差込
みプラグＰＬ、フットスイッヂＳＷ、抵抗Ｒ１および可
変抵抗器ＶＲを介して充電電流が与えられる。コンデン
サＣ１の充電電圧がダイアックＤＡの導通電圧以上にな
ると、ダイアックＤＡが導通し、］・ライアックＪ−△
のゲート電極に正の１−リガ電流が与えられる。応じて
、トライアックＴＡは導通し、電動機Ｍに給電が行なわ
れる。ここＣ１コンデンサＣ１は抵抗Ｒ１および可変抵
抗器ＶＲと協動して時定数回路を構成している。フット
スイッチＳＷの踏込みによって可変抵抗器ＶＲの抵抗値
を変化させれば、この時定数回路の時定数が変化し、コ
ンデンサＣ１の充電電圧上昇率も変化する。コンデンサ
Ｃ１の充電電圧の上背率が変化１れば、ダイアックＤＡ
の導通タイミング、かつしたがってトライアック丁Ａの
導通位相が変化づる。したがって、フットスイッチＳＷ
の踏込み量に応じてトライアックＴＡの導通位相を変化
させることができ、？ｌｉｏ機Ｍの回転速度を変化させ
ることができる。

次に、交流電源の電圧がゼロクロスに近づくとコンデン
サＣ１の充電電荷が放電される。このときのｆｉ電電流
はコンデンサＣ１の一端→可変抵抗器ＶＲ→抵抗Ｒ１→
フッ１−スイッチＳＷ→差込みプラグＰＬ→電動１１Ｍ
→コンデンザＣ’ｌの他端と流れる。

次に、交流電源が負の半サイクルの場合について説明す
る。この場合、差込みプラグＰＬから電動１１Ｍを介し
てコンデンサＣ１の他端に充Ｎ電流が与えられる。応じ
て、コンデンサＣ１はその一端が正の電位となり、その
他端が負の電位となる。

コンデンサＣ１の充電が進み、その他端が所定電位以下
になると、ダイアックＤＡは導通する。そのため、トラ
イアックＴＡのゲートＮ極に負のトリガ電流が与えられ
、トライアックＴＡは導通づる。応じて、電動−Ｍに給
電が行なわれる。なお、この場合もフットスイッチＳＷ
の踏込み量によってトライアックＴＡの導通位相が変化
され、かつしたがって電動Ｐ３Ｍの回転速度が変化され
る。

交流電源の電圧がゼロクロスに近づくと、コンデンサＣ
１は放電を始めるが、このときのｔｌｉ！電流はコンデ
ンサＣ１の他端→電１１１１機Ｍ−１差込みプラグＰＬ
→フットスイッチＳＷ→抵抗Ｒ１→可変抵抗器ＶＲ→コ
ンデンサＣ１の一端と流れる。

ところで、上述のような速度制御装置では、コンデンサ
Ｃ１の放電経路に可変抵抗器Ｒが介挿されている。この
可変抵抗器ＶＲはその抵抗値が太きく、ｔｌｉ電時開時
間らせる原因となっていた。

そのため、」ンデン）すＣ１に蓄積された電荷は交流電
源の各半サイクルの終りの部分で充分に放電されず残留
したままとなる。したがって、交流電源が次の半サイク
ルになったとき、コンデンサＣ１が所定電圧に達づるま
Ｃの時間が正規の時定数から外れてしまいダイアックＤ
Ａかつしたがって１へラーイアック−ＬＡの導通位相が
狂ってしまう。そのため、フッ１〜スイツチＳＷの踏込
み量と電ｉｌｌｌＩＩＭの回転速度とが対応しなくなり
、正確な回転速度の制御がでなくなる。従来、このよう
な川縁をヒステリシス特性が悪いという表現で表わされ
てきた。特に、電動１１Ｍを低速で回転させる場合、可
変抵抗器Ｖ　Ｒの抵抗値が大きくなるように操作される
ため、ヒステリシス特性の悪１ヒが顕著となる。

さらに、上述の速度制御装置では、差込みプラグＰＬや
電動機ＭもコンデンサＣ１の放電経路に介挿されている
ため、全体的な抵抗値が大きくなり、ヒステリシス特性
が悪くなる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な回路構成
でヒステリシス特性が非常に良い電プＪミシンの速度制
御装置を提供することである。

この発明は、要約すれば、交流電源と、交流電源によっ
゛（句勢される電動機と、電動機の給電経路に介挿され
る制ｔｔｎ電極付スイッヂング累子と、交流電源に応答
して充電されるコンデンサと、コンデンサの充電電圧に
応答して制御電極付スイッチング素子の制ｔ［ｌＷ極に
導通信号を与えるスイッヂング素子と、コンデンサの充
ｆｆ１ｌを制御して結果的に制御電極付スイッチング素
子の導通位相を制御］″ｇ′る速度制御用抵抗手段とを
含む電動ミシンの速度制御装置において、速度制御用抵
抗手段の抵抗変化に応じて導通度が変化覆る半導体素子
ど、半導体素子を通してコンデンサに充電電流を与える
充Ｗ１軽路と、半導体素子を通してコンデンサの充電冨
荷を放電させる放電経路とを設け、速度制御用抵抗手段
がコンデンサの放電経路に介挿されないようにしてコン
デンサの放電特性を良好にし、もってヒステリシス特性
の改善を図るようにしたちのである。

この発明の一層）ホの目的およびその他の目的と特徴は
、図面を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明ら
かとなろう。

第２図はこの発明の一実施例を示す回路図ある。

構成においで、第２図の回路は以下の点を除いてＷＳ１
図の回路と同様であり、相当する部分には同様の参照番
号を付しその説明を省略する。トライアック１△の両端
には、抵抗Ｒ４とＲ５との直列回路が接続される。この
抵抗Ｒ４とＲ５とは交流電源の分圧回路を構成しでおり
、抵抗Ｒ４の抵抗値は抵抗Ｒ５の抵抗値に比べて充分大
きく選ばれている。抵抗Ｒ４とＲ５との接続点はタイオ
ード１−）６のアノードとタイオードＤ８のノコソード
とに接続される３、タイオードＤ６のカソードはダイオ
ードＤ７のカソードに接続され、このダイオードＤ７の
アノードはダイアックＤＡとコンデンサＣ１との接続点
に接続される。また、タイオードＤ８のアノードはダイ
オードＤ９のアノードに接続され、このダイオードＤ９
のカソードはダイアックＤＡとコンデンサＣ１の接続点
に接続される。

これらダイオードＤ６ないしＤ９でダイオードブリッジ
を構成している。ダイオードＤ６のカソードとダイオー
ドＤ８のアノ一ドとの間には、抵抗Ｒ６とトランジスタ
ＴＲ１との直列回路が接続される。抵抗Ｒ６およびトラ
ンジスタＴＲＩと並列に、抵抗Ｒ７，可変抵抗器ＶＲお
よび抵抗Ｒ８の直列回路が接続される。可変抵抗器Ｒと
抵抗Ｒ８との接続点はトランジスタＴＲＩのベースに接
続される。

動作において、まず交流電源が正の半サイクルの場合に
ついて説明する。この場合、電源ラインＡが正となり、
電源ラインＢＩｆｉｆｉとなる。そのため、フットスイ
ッチＳＷが閉成されると、ダイオードＤ６およびＤ９が
導通し、コンデンサＣ１の充電経路が形成される。すな
わち、コンデンサＣ１の充電電流はプラグＰＬ→フット
スイッヂＳＷ→抵抗Ｒ４→ダイオードＤ６→抵抗Ｒ６→
トランジスタ丁Ｒ１→ダイメートＤ９→コンデンサＣ１
の一端と流れる。この充電によってコンデンＦｊＣ１の
一端の電位が所定電位以上になると、ダイアックＯＡが
導通し、トライアックＴＡの制ｔｌｌｌ？！極に正のト
リガ電流が与えられトライアックＴ△が１１る。応じて
、電動機Ｍに給電が行なわれ、ｍｗＪ機Ｍが付勢される
。

正の半１ノイクルの終り部分で電源ラインＡの電位がコ
ンデンサＣ１の一端の充電電位よりも低くなると、それ
まで導通していたタイオードＤ６およびＤ９が不導通と
なり、ダイオードＤ７およびＤ８が導通覆る。、そのた
め、コンデンサＣ１の放電経路が形成される。すなわち
、コンデンサＣ１からの放電電流はコンデンサＣ１の一
端→ダイオードＤ７→抵抗Ｒ６→［・ランジスタＴ’　
Ｒ１→ダイＡ−ドＤ８→抵抗Ｒ５→コンデンサＣ１の伯
端と流れる。

次に、交流電源が負の半サイクルの場合についＵ説明り
るが、この場合の動作は上述の正の半Ｖイタルの動作か
ら容易に理解されるため、ここでは簡単に説明する。こ
の場合、電源ラインＡが負となり、電源ラインＢが正と
なる。そして、コンデンサＣ１の充電は７Ｘ源ラインＢ
−１電動機Ｍ→コンデンサＣ１の他端→コンデンサｃ１
の一端→ダイオードＤ７→抵抗Ｒ６→トランジスタＴＲ
１→ダイオード［］］８→抵抗Ｒ４→フッ１−スイッヂ
ｓｗ→電源ラインの経路で行なわれる。この充電によっ
てゴコンデンサＣ１の一端の電位が所定電位以上になる
と、ダイオードＤＡが導通し、１−ライアック丁△の制
御１電極に負のトリガ層流が与えられる。Ｌ・たがって
、トライアック１△が導通し、電動機Ｍが付勢される。

負の半サイクルの終り部分でコンデンサｃ１の充電型部
の放電が行なわれるが、この放電はｊンデンザＣ１の他
すｘ−＋抵抗Ｒ５→ダイＡ−ドＤ６→抵抗Ｒ６→トラン
ジスタＴＲ１→タイＡ−ドＤ９→コンデンサＣ１の一端
の経路で行なわれる。

電動機Ｍの回転速度の制御は、第１図の場合と同様に、
フットスイッチＳＷの踏込み量の調整によって行なわれ
る。たとえば、フットスイッチＳＷの踏込み間を大きく
づると、可変抵抗器ＶＲの抵抗値が大きくなる。そのた
め、トランジスタｒ［く１のベースＮ　Ｅｌかｆｆ、ｔ
　＜なり、【の導通度が大きくなるつこれによって、１
〜ランジスタＴ１（１のエミッター−１１７９９間の抵
抗（１ａが小さくなり、コンデンＩｔ　に　ｉへの充電
が早められる。したがつ−（、各半サイクルＣの１−弓
、イアツクＴ’　Ａの導通位相が人きくなり、電動（１
１Ｍの回転速度が速くなる。逆１こ、フッ１−スイッｙ
゛ｓ　ｗの踏込み階を小さくすると、各半サイクルでの
１−ライアツク−［Ａの導通位相が小さくなり、電動Ｑ
Ｍの回転速度が遅くなる。

どころて゛、第２図の回路では、コンデン１１Ｃ１の放
電経路に介挿される抵抗弁は抵抗Ｒ６とトランジスタＩ
−Ｒ’１と１氏抗Ｒ５どである。すなわち、従来ヒステ
リシスの悪化の原因となっていた可変抵抗器ＶＲや差込
みプラグＰＬや電動機Ｍがコンデン＋Ｊ　Ｃｉの放電経
路に介挿されていない。なお、抵抗Ｒ６はｌ・ランジス
タＴＲ１の電気定格を越えない範囲で非常に小さくする
ことができる。また、抵抗Ｒ５は前述のように、その抵
抗値か比較的小さいものが使われる。したがって、コン
デンサＣ１の放電経路における抵抗計は従来の回路に比
べて非常に小さくなり、ｂ’ｌ電特性が非常に良好とな
る。このように放電特性が良好となるど、二１ンデンサ
Ｃ１に蓄積された電荷は交流電源の各半サイクルの終り
部分て素早りｔｌｉ電され、電荷が残留Ｌノない。子の
ため、交流電源の各半サイクルてトライアックＴΔの導
通位相がずれることが防止され、回路のヒステリシス特
性を向上することができる。

なＪ３、コンデンサＣ１の充Ｎ電圧が高いほどトランジ
スタＴＲＩの導通度は大きい。したがって、トランジス
タ丁Ｒ１によって放電特性が悪くなることはない。

さらに、第２図の回路では、電源型ＩＩを一旦抵抗Ｒ４
どＲ５とで分圧し、この分圧された電圧をトランジスタ
ＴＲ１に与えている。そして、抵抗Ｒ４は抵抗Ｒ５に比
べて充分大きく選ばれているため、１−ランジスタＴＲ
１は電源電圧よりもかなり低い電圧で駆動される。した
がって、１−ランジスタ丁Ｒ１には、安価な低耐圧用の
ものを用いることができる、また、サージ電圧などによ
る耐圧破壊の彰冑心なく、回路の信頼性を向上すること
ができる。

第３図はこの発明の他の実施例を示す回路図である。構
成において、この第３図の回路は以下の点を除いて第２
図と同様であり、相当する部分には同様の参照番号を付
しその説明を省略する。交流電源を降圧するために差込
みプラグＰＬに降圧］・ランスＴｌ−が接続される。降
圧トランスＬＬの２次巻線には、全波整流ブリッジＳＲ
が接続される。この全波整流ブリッジの＋側出ノｊ端は
抵抗Ｒ９、抵抗Ｒｉ　Ｏ、発光タイオードＬＥおよびト
ランジスタ［１＜２を介して全波整流ブリッジＯＲの一
側出力端に接続される。抵抗Ｒｉｏ、発光ダイオード［
Ｅおよび１−ランジスタ丁Ｒ２の直列回路と並列に定電
圧ダイオードＺＤが接続される。また、トランジスタＴ
Ｒ２のベース電圧コントロール回路どして、抵抗Ｒ１１
，可変抵抗器ＶＲおよび抵抗Ｒ１２の直列回路が抵抗Ｒ
１０１発光ダイオードＬ　Ｅおよびトランジスタ丁Ｒ２
の直列回路と並列に接続される。そして、可変抵抗器Ｖ
Ｒと抵抗Ｒ１２との接続点がトランジスタＴＲ２のベー
スに接続される。一方、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８との間には
、第２図の可変抵抗器ＶＲに代えでフォトトランジス９
２丁が接続される。この）ｓ）ｌ−ランジスタＰ「は発
光ダイオ・−ドＬＥと協働してフォトカプラを構成しＣ
いる。

動作において、可変抵抗器ＶＲの抵抗ｉｔαを小さくす
ると、トランジスタＴＲ２のベース電位が高くなり、そ
の導通度が小さくなる。したがつＣ１発光ダイノ１−ド
ＬＥの発光量が少なくイヱリ、フ４ト１〜ランジスタ［
〕Ｔの受光畿もでれに応じＣ少くなる。フ＊−ｔ−１−
ランジスタＰ１−は受光Ｃが少ないと、ぞの導通度が大
きくなる。ぞのため、１〜ランジスタｒＲ１のベース電
位が低くなり、での＊　１ｆｆ１度が小さくなる。第２
図の場合と同様に、１−ランジスタ１−Ｒ１の導通度が
大きくなると、交流ＮＷＡの各半サイクルでの１−ライ
ノ７ソクＩ’　Ａの導通位相が大きくなり、電動Ｉｌｌ
の回転速陳が速くなる。

上述とは逆に、可変抵抗器Ｖ［＜の抵抗値を小さくする
と、交流電源の各半サイクルでのトライア・ツクＩ−Ａ
　（１）導通位相が小さくなり、電動３Ｍの回転速度が
遅＜　ｆ、’ｃる、。

第３図の回路Ｃ゛は、］ンデンナＣ１の放電経路に介ｔ
ｉされる抵抗計は抵抗Ｒ６とトランジスタＴＲ１ど抵抗
Ｒ５どであり、第２図の回路と全く同様である７、した
がって、この第３図の回路でもヒスプリシス特性を良好
にすることができる。また、トランジスタｒＲ１は抵抗
Ｒ４およびＲ５で分圧された低′Ｆｉ圧で駆動されるた
め、安（ｉ！ｌｉな低耐圧用のものが使える。また、サ
ージ電圧による耐圧破壊の彰彎がなり、（８頼性の向上
を図ることができる、 さらに、第３図の回路では、可変抵抗器ＶＲは降圧トラ
ンス■しによって電源ラインとは分離され、さらに低電
圧Ｃ゛駆動れる回路に含まれるため装置の安全性を向上
覆ることができる。、すぜならば、可変抵抗器ＶＲは人
体によって操作されてその抵抗値が変化するが、たとえ
人体が直接可変抵抗器ＶＲに接触するようなことがあっ
ても、人体には直接Ｎ課電圧が加わらないからである。

以上のように、この発明によれば、コンデンサのｈシミ
経路に速度制御用抵抗手段が介挿されないように回路を
構成したので、放Ｎ＃！路の放電特性が良好なものとな
り、ヒステリシス特性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動ミシンの速度制御装置を示１回路図
である。第２図はこの発明の−・実施例を示す回路図で
ある。第３図はこの弁明の使の実施例を示５回路図であ
る。 図において、ＰＬは差込みプラグ、Ｎ、１は電１ｌＩｔ
ｎ、Ｒ１ないしＲ１２は抵抗、Ｃ１よ５よひ０２は」ン
デンサ、ＤｌないしＤ９はダイΔ−ド、ＶＲは可変抵抗
器、しＥは発光タイイード、１つ丁はノアＩｆ〜トラン
ジスタ、ＴＲ１およびＴＲ２はトランジスタ、ＴΔはト
ライアック、ＯＡはダイアックを示１゜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　交流電源（ＰＬ）と、前記交流電源（ＰＬ）に
   よって付勢される電ｉｌＪ機（Ｍ）と、前記電動機（Ｍ
   ）の給電経路に介挿される制御電極付スイッヂング素子
   （ＴＡ）と、前記交流電源（ＰＬ）に応答して充電され
   るコンデンサ（Ｃ１）と、前記コンデンサ（Ｃ１）の充
   電電圧に応答して前記制御電慣付スイッチング素子（［
   Ａ）の制＠電極に導通信号を与えるスイッチング素子（
   ＤＡ）と、前記コンデンサ（Ｃ１）の充ＸＩを制御して
   結果的に前記制御電極付スイッヂング素子（ＴＡ）の導
   通位相を制御する速度制御用抵抗手段（ＶＲ，ＰＴ）と
   を含む電動ミシンの速度制御装置において、 前記速度制御用抵抗手段（ＶＲ，ＰＴ）の抵抗変化に応
   じて導通度が変化する半導体素子（ＴＲ１）、 前記半導体素子（ＴＲＩ）を通して前記コンデンサ（Ｃ
   １）に充Ｎ電流を与える充電経路（Ｃ６゜Ｃ９またはＣ
   ７，Ｃ８）、および 前記半導体素子（ＴＲ１）を通して前記コンデンサ（Ｃ
   １）の充電電荷を放電させる放電経路（Ｃ７，Ｃ８また
   はＣ６，Ｃ９）を備えることを特徴どする、電動ミシン
   の速度制御装置。
2. （２）　前記交流電源（ＰＬ）を分圧する分圧回路（Ｒ
   ４，Ｒ，５）を含み、 前記分圧回路（Ｒ４，Ｒ５）は、 比較的抵抗値の大きい第１の抵抗（Ｒ４）と、比較的抵
   抗値の小さい第２の抵抗（Ｒ５）とを含み、 前記充電経路（Ｃ６，Ｃ９またはＣ７，Ｃ８）および前
   記放電経路（Ｃ７，Ｃ８またはＣ６，Ｃ９）は、前記第
   １の抵抗（Ｒ４）と第２の抵抗（Ｒ５）の接続点と前記
   スイッチング素子（ＤＡ）との間に接続されたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動ミシンの速度
   制御装置。
3. （３）　前記速度Ｉ１１御用抵抗手段（ＶＲ，ＰＴ）は
   その操作に応じて前記半導体素子（ＴＲＩ）の導通度を
   変化させるように前記分圧回路（Ｒ４゜Ｒ５）の分圧出
   力を受けるように接続されたことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の電動ミシンの速度制御装置。 〈４）　前記半導体素子（ＴＲ１）はトランジスタであ
   り、 前記速度制御用抵抗手段（ｖＲ，ＲＴ）は前記１〜ラン
   ジスタ（ＴＲ１）のベース冨流経路に介挿され、 前記充電経路（Ｄ６．Ｄ９またはＤ７．Ｄ８）および前
   記ｔＩｉ電経路（Ｄ７．Ｄ８またはＤ６．［つ９）はダ
   イオードブリッジである、特許請求の範囲第３項記載の
   電動ミシンの速度制御装置。