JPS6010509B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、電動機の速度制御装置に関し、特に、トラ
イアツクによる位相制御により回転を制御するような方
式の電動ミシン用電動機の速度制御装置に関する。

従来の技術 従釆より、駆動源に万能型電動機を用いた電動ミシンが
実用に供されている。

このような電動機の速度制御のために、トライアックを
用いて位相制御した交流電力を該電動機に与えることが
行なわれている。ところで、電動ミシンにおいては、た
とえば縫針が縫綴すべき布に突き刺さるときには電動機
が過負荷となり、その速度ないし回転トルクが小さくな
る。

そこで、最近では、トライアツクによる位相制御によっ
て電動機の速度制御を行なう電動ミシンにおいては、電
動機からの譲起電圧ないし逆起電圧を検出して、トライ
アツクの通電角ないし導通角を制御することが知られて
いる。すなわち、電動機が過負荷になれば、その回転が
遅くなり、したがってこの電動機からの誘起電圧が小さ
くなる。そこで、この誘起電圧を検出して、該電圧が小
さくなったことに応答してトライアツクの通電角を大き
くするようにすれば、電動機のトルクを大きくでき、回
転速度を上昇させることができるからである。発明が解
決しようとする問題点 しかしながら、従来のこのような電動機からの誘起電圧
を検出してトライアツクの通電角を制御するものは、い
ずれもその構成が複雑であり、したがってその装置が高
価なものになるという欠点があった。

それゆえに、この発明の目的は、簡単かつ安価な構成で
トライアックの通電角を自動的に変えて、負荷変動に対
する最適な制御を成し得る電動機の速度制御装置を提供
することである。

問題点を解決するための手段 この発明は、交流電源とトライアックと電動機との直列
接続を含む。

そして、速度調整のための制御電圧を発生する速度調整
手段とダイアックの導通角制御用コンデンサとの直列接
続が、トライアックに対して並列的に接続されている。
また、前記速度調整手段と制御用コンデンサとの接続点
およびトライフックのゲート電極との間には、トライア
ックの点弧タイミングを調整するダイアックが接続され
ており、さらに、速度調整手段には、並列に進相用コン
デンサが接続された構成である。速度制御手段は、好ま
しくは、フットコントローラベダルとその踏み込みに応
じて抵抗値が変化する可変抵抗器からなっている。

作用 速度調整手段を調整され、所望の電圧が該速度調整手段
と制御用コンデンサとダイアツクとの接続点に導かれる
。

たとえば、フットコントローフベダルが所望量踏み込ま
れ、可変抵抗器の抵抗値が変化されて、接続点に所望の
電圧が加わる。応じて、制御用コンデンサの充電が開始
され、該コンデンサの電圧がダイアックのブレークオー
バ電圧に達したときに、ダイアツクは導通し、コンデン
サは放電する。それによって、トライアックのゲート電
極に点弧パルスが加わり、トライアックは所定の通電角
で通電する。上記制御用コンデンサおよびダイアックは
正、負の半サイクルごとに上記動作をくり返し、したが
って、トライアックは交流電源を半サイクルごとに位相
制御する。よって、電動機は所望の速度で駆動される。
電動機が過負荷になった場合、それに逆比例して電動機
の譲起電圧が低下し、逆に速度調整手段の両端に生じる
電圧は上昇する（・．・電源電圧（一定）＝速度調整手
段の電圧＋誘起電圧＋制御用コンデンサの両端電圧（一
定）、の関係があるから）。

このため、制御用コンデンサは高電圧で相対的に短時間
で充電されるので、ダイアツクの導通タイミングは早め
られ、したがってトライアツクの通電角も増加する。さ
らに、この発明では、たとえば可変抵抗を含む速度調整
手段と進相用コンデンサとが電源に対して並列に接続さ
れている。

したがって、可変抵抗が大のときほど、言い換えれば、
速度調整手段によって電動機の速度が低く調整されてい
るときほど、可変抵抗に対して進相用コンデンサを流れ
る電流が多くなり、速度調整手段と制御用コンデンサと
ダイアックとの接続点の電流の位相は進められる。この
ため、制御用コンデンサは、進相電流によりその充電が
早められ、ダイアツクの導通タイミングも早められる。
よって、電動機が低速時に過負荷になったときには、進
相用コンデンサの作用が大きく働き、ダイアックの導通
タイミング、したがってトライアックの点弧タイミング
が早められる。

実施例 以下には、図面を参照して、この発明の一実施例につい
て説明をする。

第１図は、この発明の背景となる、かっこの発明が実施
される電動ミシンの略解図である。

構成において、ミシンベッド茂の上面にはその内部に種
々の機構を収納するミシンアームＡＭが形成され、さら
にミシンベッドＢＳの下方あるいはミシンアームＡＭの
外側には、駆動用直流電動機Ｍが設けられている。この
電動機Ｍの回転軸に設けられるプーリＭＰには、ベルト
ＢＩが掛けられ、このベルトＢＩによる駆動力は介在プ
ーリを介して或る速度比率でベルトＢ２に伝達される。
このベルトＢ２は、さらに、前記種々の機構の駆動源と
なる主軸ＳＨに形成されたプーリＳＰに掛けられている
。したがって、電動機Ｍの駆動力は、プーリＳＰを介し
て主軸ＳＨに伝達され、主軸ＳＨが回転駆動される。前
記主軸６日は、クランクＣＲを介して針榛ＮＲに連結さ
れ、その回転力に応じてこの針榛ＮＲを上下方向に駆動
する。

またＬ針榛ＮＲの下端には縫針ＮＤＬが舷め込まれ、こ
の縫針ＮＤＬ位置に対応するミシンベッド母の下方には
、中釜およびボビンに巻かれた下糸（下糸ボビン）が配
設されている。したがって、この縫針ＮＤＬは、その下
死点付近で前記下糸と上糸とを総綴してその後上死点に
戻され、このような動作を主軸ＳＨの回転に応じて繰返
す。また、図示しないが、前記駆動用電動機Ｍに関達し
て、たとえばペダルを有し、そのペダルの踏み込みに応
じて該電動機Ｍの速度制御を行なうべくコントローラが
設けられている。

なお、この第１図においては、この発明に関連ある部分
のみを示し、その他の部分は省略されていることを指摘
しておく。

第２図は、この発明の一実施例を示す電気回路図である
。

構成において、プラグＰＬは、たとえば商用電源に接続
され、このプラグＰＬの両端は、位相制御のためトライ
アックＴＲＣと電動機回器Ｍとの直列回路が接続され、
メインループないし主回路が構成されている。電動機回
路Ｍは、２つの端子ｐｌおよびｐ２の間に構成されてお
り、電機子Ａと界磁コイルＦＣとの直列接続を含む直巻
整流子電動機として構成されている。

この直列接続の両端には、前記各端子ｐｌおよびｐ２の
間にダイオード０１および○４からなるダイオードブリ
ッジ回路が接続されている。さらに、電機子Ａと界磁コ
イルＦＣとの直列回路には、並列に、フリーホイール作
用のためのダイオード○５およびＤ６が接続されている
。また、図示しないフットコントローラのペダルに連動
し、その踏み込み量に応じて変位する摺敷子を含む可変
抵抗ＶＲが、前記プラグＰＬの一端に接続されている。
したがって、この可変抵抗ＶＲの摺動子からは、抵抗Ｒ
を介して、前記ペダルの踏み込み量に応じた電圧が導出
される。さらに、前記トライアツクＴＲＣには並列的に
２つのコンデンサＣＩおよびＣ２の直列回路が接続され
ている。コンデンサＣＩおよびＣ２の直列接続点は、前
記抵抗Ｒの一方端に接続されるとともに、ダイアックＤ
ＩＣの一方電極に接続されている。このダイアックＤＩ
Ｃの他方電極は、前記トライアツクＴＲＣのゲート電極
に接続されている。したがって、トライアツクＴＲＣは
、ダイアックＤＩＣの通電角によってその通電角が制御
される。以上のような構成において以下にその動作を説
明する。一般的動作において、プラグＰＬを商用電源に
差し込む。続いて、前記図示しないフットコントローラ
のペダルを或る踏み込み量で踏込む。これにより、可変
抵抗ＶＲの摺動子が変化し、抵抗Ｒの一方端からは或る
踏み込み量に応じた電圧が導出される。そのために、コ
ンデンサＣ２は、その電圧によって充電され、ダイアッ
クＤＩＣのプレークオーバ電圧に達したときにコンデン
サＣ２は放電し、ダイアツクＤＩＣは導適する。応じて
トライアックＴＲＣが所定の通電角で通電される。その
ため、プラグＰＬからの交流電源が、前記トライアツク
ＴＲＣによって位相制御され、かつダイオードＤＩない
しＤ４のブリッジ回路によって全波整流されて、電機子
Ａおよび界磁コイルＦＣに与えられる。すなわち、トラ
イアツクＴＲＣの通電によって、電動機回路Ｍが付勢さ
れ、第１図に示す縫針ＮＤＬが上下方向に駆動され始め
る。次に、プラグＰＬの両端の電圧（電源電圧）をＶ、
端子ｐｌ−ｐ２間の電圧（電動機回路Ｍの誘起電圧）を
Ｅｎ、コンデンサＣ２の放電電圧をＶ瓜、抵抗ＶＲおよ
びＲの両端の電圧（＝コンデンサＣＩの両端の電圧）を
Ｖｎとすれば、これらの間にはＶ＝Ｖｎ＋Ｖｂｏ十Ｅｎ ．−．Ｅｎ＝（Ｖ−Ｖｂｏ）−Ｖｎ が成り立つ。

そして、上式において、コンデンサＣ２の放電電圧Ｖｂ
ｏは、ダイアックＤＩＣのブレイクオーバ電圧であって
、一定である。また、電源電圧Ｖもその最大値とすれば
一定である。よって、誘起電圧Ｅｎと抵抗ＶＲおよびＲ
両端の電圧Ｖｎとは、Ｅｎが大‐きくなればＶｎが小さ
くなり、Ｅｎが小さくなればＶｎが大きくなるという関
係にある。この関係を示したものが第３図である。第３
図を参照して、まず、誘起電圧がＢＩのときのトライア
ックＴＲＣの通電角を調べてみる。たとえば、電源電圧
が正の半サイクルのとき、電源電圧はｔｌのときＶ＝○
から増加し、ｔ４のときＶ＝ＥＩとなる。電源電圧Ｖが
誘起電圧ＥＩより大きくなると、コンデンサＣ２（第２
図参照）の充電が開始される。そして、コンデンサＣ２
の両端電圧がダイアックＤＩＣのブレイクオーバ電圧Ｖ
瓜に達したとき、ダイアックＤＩＣが導通し、コンデン
サＣ２は放電する。この点が、ｔ５である。言い換えれ
ば、電源電圧Ｖが、Ｖ＝ＥＩ＋Ｖｂｏとなったとき、ダ
イアツクＤＩＣが導通し、トライアックＴＲＣが通電す
るのである。このときのトライアックＴＲＣの通電角を
８１とする。次に、たとえば縫針ＮＤＬが布に刺さった
ような過負荷の状態を想定しよう。

このような過負負荷状態になると、電動機Ｍは、その回
転がほとんど停止寸前まで低下する。したがって、電動
機Ｍに発生している誘起電圧も相対的に低下する。この
低下した誘起電圧をＥ２とする。この場合は、電源電圧
Ｖはｔｌから増加を始め、ｔ２のときＶ＝Ｅ２となる。
そして、ｔ２以後コンデンサＣ２の充電が開始される。
すなわち、コソデンサＣ２は、誘起電圧が８１から８２
に下がったときは、早く充電が始まる。そして、コソデ
ンサＣ２の放電電圧（ダイアックＤＩＣのブレイクオー
バ電圧）Ｖｂは一定であるから、ｔ３でコンデンサＣ２
は放電する。よって、このときトライアツクＴＲＣは通
電し、その通電角はａ２となる。上述の説明より明らか
なように「トライアックＴＲＣの通電角は、８２＞〇・ である。

よって、電動機Ｍが過負荷になったとき、つまり負横の
増加に従ってトライアツクＴＲＣの通電角が増加するの
である。より一般的に言えば、電動機Ｍの負荷が変動し
たとき、その負荷の変動に逆比例して変化する誘起電圧
Ｅｎの変化に応答して、トライアツクＴＲＣの通電角も
変化するのである。しかしながら、このように負荷の増
加に従ってトライアックＴＲＣの通電角が増加するとは
いえ、これだけではその通電角の増加量（たとえば、Ｑ
Ｉ＝０２−０１）は、電動機Ｍの負荷の増加に対して不
十分である場合があることがわかった。

なぜならば、図示しないフットコントローフのペダルの
踏み込み量、すなわち可変抵抗ＶＲの値の如何にかかわ
らず、トライアツクＴＲＣの通電角の増加は一定であり
、特に電動機Ｍが低速回転のときに過負荷になった場合
は、その負荷の増加が電動機Ｍの回転に与える影響にト
ライアックＴＲＣの通電角の増加による補償量が追いつ
かないからである。これは、電動機Ｍの回転が低いほど
、その慣性モーメントが４・さく、負荷変動の電動機Ｍ
の回転に与える影響が大きいからである。それゆえに、
この発明では、このような場合にも適切に対処できるよ
うに、第２図に示すごとく進相用コンデンサＣＩが設け
られている。これがこの発明の大きな特徴である。次に
、この進相用コンデソサＣＩの働きについて説明をする
。

第４図は、進相用コンデンサＣＩの進相効果を説明する
ための波形図であり、第５図は、進相用コンデンサＣＩ
がある場合と、ない場合とを比較した、制御用コンデン
サＣ２、言い換えれば接続点ｐ３の電圧波形図である。

いずれの図においても、電源電圧の位相を基準として、
位相変化がわかるように描かれている。まず、第２図お
よび第４図を参照して、可変抵抗ＶＲおよび抵抗Ｒ（以
下、この進相コンデンサＣＩに関する説明中では、便宜
上、抵抗ＶＲとし、うとコンデンサＣＩ の・に対して
接続されている。

したがって、接続点ｐ３に印加される電圧と電流との位
相を比較すると、コンデンサＣＩの進相作用により、電
流の位相は電圧の位相に対して０〜け／２（ラジアン単
位）の範囲内で進相される。そして、その進相量は、抵
抗ＶＲとコンデンサＣＩの並列回路におけるコンデンサ
ＣＩに流れる電流量が多くなるほど大きくなる。言い換
えれば、抵抗ＶＲとコンデンサＣＩの並列回路において
、抵抗ＶＲの大きさに比例して、接続点ｐ３の電流位相
が進められる。ところで、抵抗ＶＲの大きさは、電動機
Ｍの回転速度に逆比例している。したがって、第４図に
示すように、抵抗ＶＲが大きく、電動機Ｍが相対的に低
速回転時には、進相用コンデンサＣＩを流れる電流量が
多く、接続点ｐ３における電流の進相も大きくなる。逆
に、電動機Ｍが相対的に高速回転時には、抵抗ＶＲは小
さくあるいはほぼ零であり、進相用コンデンサＣＩを流
れる電流が少なくあるいはほぼなくなるので、接続点ｐ
３における電流の進相もほとんどなくなる。このような
関係を、電動機Ｍが低速回転時（抵抗ＶＲが大）、電動
機Ｍが中遠回転時（抵抗ＶＲが中）および電動機Ｍが高
速回転時（抵抗ＶＲがほぼ零）に分けて、それぞれ電源
電圧に対してどのように電流の位相が進むかが、第４図
に描かれている。

次に、第２図および第５図を参照して、進相用コンデン
サＣＩが接続されていない場合、接続点ｐ３には、抵抗
ＶＲを介して電流が流れ込み、制御用コンデンサＣ２が
充電される。

そして、第５図の中段波形図に示すように、制御用コン
デンサＣ２の充電電圧がダイアックＤＩＣのブレイクオ
ーバ電圧に達したとき、ダイアックＤＩＣが導通して、
制御用コンデンサＣ２は放電される。この動作が、電源
電圧の正の半サイクルおよび負の半サイクルで、それぞ
れ逆の位相で繰返される。したがって、トライアックＴ
ＲＣは、第５図における電源電圧がｔ７からｔ８の間、
ｔｌｏからｔｌｌの間、・・・・…・・に通電し、電動
機Ｍが駆動される。次に、進相用コンデンサＣＩを接続
した場合には、上述のように接続点ｐ３の電流の位相が
進められる。したがって、その進相電流により制御用コ
ンデンサＣ２は、進相用コンデンサＣＩがない場合に比
べて早く充電される。すなわち、第５図の下段波形図に
示すように、制御用コンデンサＣ２の充電が早められ、
該コンデンサＣ２がダイアックＤＩＣのブレイクオーバ
電圧に達するのが早くなる。したがって、トライアツク
ＴＲＣは、電源電圧がｔ６からｔ８まで、ｔ９からｔｌ
ｌまで、………と通電し、その通電角が増加するのであ
る。そして、上記トライアックＴＲＣの通電角の増加は
、コンデンサＣＩの進相作用が大きいほど大きくなる。

そして、この進相作用は、抵抗ＶＲが大きいほど、言い
換えれば電動機Ｍが低速回転されているほど大きいので
、電動機Ｍの低速回転時の補償効果が増加するのである
。なお、上述の実施例においては、電動機を用いたミシ
ンを例に挙げて説明したが、このような速度制御回路は
、同機の回路構成をとり得る他の機器にも応用すること
ができる。

発明の効果 以上のように、この発明によれば、簡単かつ安価な回路
構成によって、電動機の過負荷時のトルクないし回転の
低下、特に電動機が低速回転しているときに過負荷が加
わった場合にその過負荷による回転の低下等を自動的に
補償し得る電動機の速度制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の背景となる、かっこの発明の実施
され得る電動ミシンの略解図である。 第２図は、この発明の一実施例を示す電気回路図である
。第３図は、一実施例の制御用コンデンサＣ２その他の
動作を説明するための電圧波形等を表わす図である。第
４図は、進相用コンデンサＣＩの進相効果を説明するた
めの波形図である。第５図は、造相用コンデンサＣＩが
ある場合と、ない場合との、制御用コンデンサＣ２の電
圧波形図である。図において、Ｍは電動機（電動機回路
）、ＮＤＬは縫針、ＤＩＣはダイアック、ＴＲＣはトラ
イアック、ＣＩは進相用コンデンサ、Ｃ２はダイアツク
制御用コンデンサ、ＶＲは可変抵抗、Ｒは抵抗を示す。
第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源、 前記交流電源によって付勢される電動機、前記交流電源
   と前記電動機との間に接続され、該交流電源を位相制御
   するためのトライアツク、前記トライアツクに対して並
   列的に接続された、速度調整のための制御電圧を発生す
   る速度調整手段と、制御用コンデンサと直列接続、前記
   速度調整手段と前記制御用コンデンサとの接続点と前記
   トライアツクのゲート電極との間に接続され、前記速度
   調整手段からの制御電圧を受けて導通し、前記トライア
   ツクのゲート電極に点弧タイミングを与えるとともに、
   前記制御用コンデンサによって導通角が制御されるダイ
   アツク、および前記速度調整手段に並列的に接続され、
   前記制御用コンデンサに与える電流の位相を進める進相
   用コンデンサを備える、電動機の速度制御装置。 ２ 前記速度調整手段は、 フツトコントローラペダルと、 前記フツトコントローラペダルの踏み込みに連動する可
   変抵抗器とを含む特許請求の範囲第１項記載の電動機の
   速度制御装置。