JPS6070992A - ミシン駆動装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ミシン駆動装置、特にミシンの駆動停止を含
む可変速運転及びミシン針の定位置停止を行うミシン駆
動装置に関するものである。

従来例の構成とその問題点 工業用ミシン及びその駆動装置は、一般に第１図に示さ
れる構成となっている。第１図に於て、１Ｆｉミシンヘ
ツド、２はミシンの速度及び針位置を検出する検出器、
３は駆動電動機、４は前記検３／パ−ジ 吊器２及びペダルの信号を受けて駆動電動機３やミシン
のソレノイドなどを制御する制（財）部、５はミシンテ
ーブル％６はミシンペダルをそれぞれ示す。

この駆動電動機３の従来の構造は第２図に示す様になっ
ている。この電動機は誘導電動機とクラッチ・ブレーキ
機構が一体化された構造となっている。誘導電動機の、
駆動軸７及びそれに結合されたフライホイル８とクラッ
チ摩擦円板９ば、連続回転し、フライホイル８に回転エ
ネルギーを貯えている。クラッチ可動ディスク１ｏ及び
ブレーキ可動ディスク１１は、出力軸１２に圧入された
スプライン１３上を軸方向に滑動できると共にそれぞれ
ライニング１４．１５が接着されている。今クラッチ電
磁石１６が励磁されると磁束１７が発生し、クラッチ可
動ディスク１０は左方に移動し。

ライニング１４が連続回転している摩擦円板９に圧接さ
れ、フライホイル８の回転力はスプライン１３を介して
出力軸１２に伝達される。次にブレーキ電磁石１８が励
磁されるとブレーキ可動ディ特開昭ＧＯ−７０９９２（
２） スフ１１は右方に移動し、ライニング１６がブラケット
に固定しているブレーキ摩擦円板２ｏに圧接され、出力
軸１２は急速に停止する。出力軸１２０回転力は通常ベ
ルトを介してミシンヘッド１に伝達される。ミシンの速
度制菌は、検出器２で検出された速度信号をフィードバ
ックし、クラッチ電磁石１６の励磁電流を加減すること
により半クラッチの状態を生ぜしめることによって行な
われるＯ 近年、工業用ミシンの高機能化及び自動ミシンの発達に
より、この駆動電動機も従来の様に駆動停止だけでなく
中間速度で長時間使用される傾向が強くなって米でいる
。第２図に示す従来構造の電動機に於ては、中間速度は
、前述のようにライニング１４を滑らせて半クラツチ状
態で使用することになるので、ライニングの摩耗が促進
し、寿命という面に関しては、充分とは言えない。この
ライニングは、一般にコルクを主成分として構成されて
いるが、これに特殊オイルを含浸させるとか、二硫化モ
リブデンを主成分としたグリスを塗６ページ 布する等の方法が実用化されており、また同時に摩擦面
の放熱を極限１でよくする等の試みにより。

相当の長寿命化が達成されるようになったとは言え、定
期的なグリス塗布″！！たはライニング交換を必要とす
るなどの限界があった。

この寿命の問題を改善するために、摩擦式電磁クラッチ
を渦電流クラッチに置きかえた方式が提案され、一部に
実用化されている。この方式は非接触でフライホイルの
回転力を出力軸に伝達するために、上述の様なりラッチ
寿命という面に関しては明らかに改善されたが１反面光
分な伝達計ルクを得られないという致命的な欠点を有す
る。工業用ミシンの駆動電動機として要求される性能は
。

第１に加減速が早いこと（４ｏｏｏｆｌへの加減速時間
約１００ｍ５）、第２にジーンズ等の原物縫製時瞬間的
な大トルク（約１’、ｏｋｇ・ｍ）を必要とすることで
あるが、渦電流クラッチ方式に於ては、渦電流発生円板
（またはカップ）の熱変形などの理由によりこれらの性
能に於て限界があった。

さらに、これらの従来の方式は、摩擦電磁クラ６ページ ソチ方式及び渦電流クラッチ方式ともに、ミシンの駆動
、停止にルかわらず、常時駆動電動機を回転させておく
ので不必要な電力を消費するという欠点を有する。通常
ミシンの運転時間は２０〜３０チであり、残り７０〜８
０％は電動機は空運転していることになり、その時間は
１φ４００Ｗ電動機では約１００Ｗ、３φ４００Ｗ電動
機では約５０Ｗを無駄に消費することとなる。

発明の目的 本発明は、上記従来の欠点を除去し、中間速度での長時
間の運転にも耐えかつ省エネルギーを達成すると共に、
良好なる停止特性を得ることを目的としたものである。

発明の構成 本発明のミシン駆動装置は、回転子に永久磁石を有し、
固定子巻線の通電位相を回転子の位置に応じて切り替え
るいわゆるブラシレスモーフに。

低慣性の摩擦式電磁ブレーキを結合した電動機とそれら
の制（財）機構から構成されたものであり、電動機を逆
相制動するための第一の制動手段と、前７ページ 記制動装置を駆動するための第二の制動手段を有し、従
来の欠点を全て解消した新規なミシン駆動装置を提供せ
んとするものである。

実施例の説明 以下１本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第３図は、駆動電動機の構造断面図である。第３図に於
て、２１はミシンテーブルに取りつけらレルベース、２
２はフレーム、２３は固定子鉄心であり例えば２４ケの
スロットを有する。２４は固定子巻線であり、上記スロ
ットに埋め込まれ入接続されている。２６は永久磁石で
あり、田−り２６に接着され１周方向４極に着磁されて
いる。

なお、永久磁石２６の外周は補強のためテーピング処理
されている。２７（ｄ軸、２８はブラケット、２９は回
転子の位置を検出するためのボールセンサ用磁石であり
、磁石２６と同様に４他に着磁されている。３ｏはプリ
ント基板であり、前記磁石２９に対向する位置に磁気セ
ンサが１周方向に３ケ配置されている。３１は磁性材料
で構成されたブレーキ摩擦円板％３２はアルミ等非磁性
材料によるブレーキボスであり、端面にライニング３３
が接着されており、同時にキー３４で軸に固定されてい
る。３６はブレーキ電磁石、３６はネジでありビン３８
をブラケット２８に固定している０３７は筒袖受であり
、ブレーキ摩擦円板３１に圧入等の方法で固定されてい
る。３９はコイルスプリングであり、摩擦円板３１をラ
イニングに軽く圧接している。４ｏはカバー、４１はプ
ーリ、４２はプーリカバー、４３は冷却用ファンである
。

固定子巻線２９＆″ｉ、後述の方法で１通電位相を切り
換え、かつＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行うことによ
り、任意の方向の任意の大きさのトルクを回転子磁石２
６に発生することができる。

ブレーキ摩擦円板３１は、ピン３８と筒軸受３７の摺動
により軸方向移動可能に、回転方向固定的に支持されて
いるので、ブレーキ電磁石３５に通電すると、ライニン
グ３３に圧接され、ブレーキボス３２を介して軸２７は
急速に停止する。

第４図は駆動電動機のドライブ回路を示したも９べ一〕
！ のである。第３図に於ける固定子巻線２４は、ＦｔＳＴ
にて示した如く入接続されている。パワートランジスタ
テ１ツＴ２．ＴいＴ４シＴ５シＴ６　が三相ブリッジ状
に接続されていて％Ｔｉ＋７２の接続点、Ｔ３．Ｔ６の
接続点、Ｔ５＋　Ｔ２の接続点がそれぞれ前述のＲ，Ｓ
、Ｔ相の巻線に接続されて％各トランジスタにはフライ
ホイルダイオードＤ１．Ｄ２．Ｄ３゜Ｄ４　ｒ　Ｄ５　
ｔ　Ｄ６　が接続されている。回転子磁石２６の位置を
検出するための磁気センサＰｉ　＋　ｐ２１　ｐ３の信
号は分配回路６８に入力され、増巾回路６７を介して前
記パワートランジスタを駆動する様構成されている。

第５図は、分配回路６８の詳細をタイムチャートで示し
たものである。区間１〜６は正転トルクを発生させる場
合１区間１′〜６′は逆転トルクを発生する場合をそれ
ぞれ示している。Ｔ１〜Ｔ６はパワートランジスタであ
り、斜線部はオン状態を示している。’Ｒ＋６８＋θ丁
はそれぞれ固定子巻線のＲ相、Ｓ相、Ｔ相に印加される
電圧を示しており、斜線部は正または負電圧の印加状態
を示している。

１０ベージ ｅＲＢ　＋　ｅＳＴ　ｒ　６ＴＲは線間印加電圧を示し
ており、斜線部は正または負電圧の印加状態を示してい
る。

１ず第１区間を見るとパワートランジスタＴ１及びＴ６
がオンとなっており、十に電源よりＲ相、Ｓ相を通って
−Ｅ定電源もどる電流が流れ、各相電圧は第６図の通り
となり、回転子磁石２６との関係より正方向の回転トル
クを発生する。次の第２区間に入るとトランジスタＴ１
はオンを継続し、Ｔ６がオフとなりＴ２がオンとなるこ
とにより、Ｒ相よりＴ相への電流が流れ、正方向の回転
トルクが継続する。

分配回路６８が、後述する判定回路よりの信号により切
り替えられると、区間１′〜６′へ切り替えられ、第６
図に示した状態に固定子巻線に電圧が印加され、逆方向
の回転トルクが発生することとなる。

第６図に、実施例全体のブロック図を示す。６１はミシ
ンペダルであり、第１図の６に相当する。

６２はペダル位置検出器であり、ペダルの変位量を電気
信・号に変換し、速度設定信号ｅ１を出力する。

１１ベーン 比較回路６３は前記ｅ１と、後述するミシン速度信号ｅ
２とを比較し、９ｏ＝ｅ１−ｅ２なる信号を出力する。

判定回路６４は踏込状態から中立状態にされた時、低速
設定信号０１′を出力すると共にペダル位置が中立であ
る条件と針位置信号があるとの条件のＡＮＤ出力を出す
回路である。増巾回路６５は、前記比較回路の出力６Ｑ
の信号を増巾しｋｅｏなる出力を出す。ＰＷＭ回路６６
は、スイッチングレギュレータであり、前記ｋｅｏの入
力を受けて。

定周波数（２ｋＨｘ前後）でデユーティの変化する出力
を出す。判定回路５７は、前記増巾回路６６の出力ｋｅ
（１の正負を判定する回路である。分配回路６８は、後
述のポールセンサ出力と前述の判定回路５７の出力を受
けて、第６図の示す如き出力をドライブ回路５９に与え
る論理回路である。ドライブ回路５９は第４図に示した
通りである。ドライブ回路６ｏ＆ｉ前記判定回路６４の
出力により。

後述のブレーキ６３を駆動する回路である。電動機６１
．ポールセンサ６２．ブレーキ６３ば、いずれも第３図
にて詳述した通りである。速度検出特開昭ＧＯ−７０９
９２（４） 器６４は、ミシン速度に比例した周波数のパルスを発生
し、後続のＦ／Ｖ変換器６６により、アナログ信号ｅ２
に変換される。針位置検出器６６は、光″！、たは磁気
的な方法に依り針位置の信号を得、前述の判定回路６４
に入力される。

次に、この第６図の動作を説明する。ペダルが中立状態
にあると、ｅｌ−ｏであり、ミシンも運転されていない
ので０２−〇であり、従って、　ｅｏ＝ｋｅ、）−〇と
なる。従って電動機６１は作動しない。ペダル５１が踏
み込１れると、ｅｌは正の電圧となり電動機６１は回転
をはじめベルトを介してミシンが駆動され、ミシン速ｔ
ｆ６ｚと比較され、ＰＷＭ５６は、このフィードバック
ルーズに沿ったデユーティ−のパルス波形を後続のドラ
イブ回路５９に付与することにより、電動機６１は必要
なトルクを発生し、ミシンは、ペダル５１の踏込量に応
じた速度で回転する。

ペダルの踏込量をもどすと、増巾回路６６の出力ｋｅｏ
が負となることにより、判定回路６７は分配回路５８を
第５図に於ける区間１′〜６′になる１　３べ一″ 様に切り替え、ドライブ回路５９ば、電動機６１に逆相
トルクを発生せしめ、電動機６１及びミシンは減速し、
ペダルの踏込量に相当する速度になれば、再び電動機６
１は正方向の回転トルクに切り替えられ安定運転に移行
する。

ペダル６１を中立にもどすと、判定回路５４は低速設定
信号ｅ　、／　を出力し、前記比較回路５３にて速度信
号ｅ２と比較され、前述の通り電動機は低速に移行する
。その後針位置信号６６が入力されることにより、低速
設定信号ｅ　、／　をリセットすると共にドライブ回路
６０に信号を出力し、ドライブ回路６０はブレーキ６３
を駆動し、電動機６１はミシンの針定位置に停止する。

第７図は、前述の動作をタイムチャートに表わしたもの
である。ＰＤはペダル踏込状態を、Ｍ（ＦＷ）は電動機
固定子巻線への正方向の通電状態を。

Ｍ（ＢＹ）は電動機固定子巻線への逆方向の通電状態を
、ＢＲはブレーキへの通電状態を、ＮＤはミシンの針下
状態の出力信号を、ＳＰはミシン速度をそれぞれ示す。

ミシン速度ｓｐに於て８１は高速状１４ページ 態を、Ｓ２は低速状態を示している。

時刻ｔ１でペダルが踏み込１れると、電動機には正回転
方向のパルス電圧が印加され、ミシン速度ＳＰは加速さ
れ、設定速度Ｓ１に接近すると前述のＰＷＭ回路は、出
力パルスのデユーティ−を小さくし、時刻ｔ２に到り、
安定速度に移行する。図示していないが、ペダルＰＤの
踏込量を加減することにより、電動機に印加されるパル
ス電圧のデユーティ−が変化し、それに応じてミシン速
度ＳＰは自由に調整できる。時刻ｔ３に到り、ペダルを
中立にもどすと、電動機には逆回転方向のパルス電圧が
印加され、電動機は逆相制動され、ミシン速度ｓｐは減
速され１時刻ｔ４に到り低速Ｓ２に達すると再び電動機
には正回転方向のパルス電圧に切り替り、低速Ｓ２にて
運転される。その後時刻ｔ５に到り針下信号ＮＤが入力
されると、ブレーキＢＲが駆動され、ミシンは針下位置
に停止する。一定時間後１時刻ｔ６に到るとブレーキ励
磁は開放され、ブレーキは解除される。

第８図は、第２の実施例のブロック図を示す。

１５ベ　ジ 第６図との相違点は、ブレーキドライブ回路６゜の構成
のみである。ドライブ回路６０は、ＰＷＭ回路５６の出
力と判定回路５７の出力のＡＮＤ条件と判定回路６４の
出力のＯＲ条件で駆動される様構成されている。即ちブ
レーキ６３ば、第７図に於ける区間ｔ３よりｔ４の間型
動機６１の逆相制動と同じ条件で即ち、Ｍ（ＢＷ）と同
期して駆動されることになる。区間ｔ５よりｔ６の間は
、判定回路５４の出力により駆動されるので、第７図と
同様である。

発明の効果 以上の説明から明らかな様に本発明は、電動機の回転力
をクラッチを介することなく直接ミシンに伝達し、該電
動機を永久磁石を有する回転子と三相接続された固定子
巻線とで構成し、該固定子巻線への通電々流をＰＷＭ制
（財）することにより。

可変速運転可能としたものであって、前記永久磁石を磁
束密度が大きい材料で外形寸法を小さく構成することに
より、低慣性化が達成でき、直流モータの始動トルクが
大きいという基本的特性とあい１って、極めて早い加減
速性能と、呼物縫製にも適する瞬間的な大トルク発生も
実現できる。同時に駆動側に接触部や摺動部を有しない
ので連続的な中間速度運転にも充分耐え得る極めて長寿
命の達成が可能となる。！、た駆動電動機は、ミシン運
転時のみにしか駆動されないので、極めて消費電力の少
いミシン駆動装置が実現できる。

さらに本発明は、駆動電動機の逆相制動と、摩擦式電磁
ブレーキの並用により、極めて制動時間が短く、かつ付
定位置停止精度の良好なミシン駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なミシン及びミシン駆動装置の構成例を
示す斜視図、第２図は従来の駆動電動機の構造を示す断
面図、第３図は本発明の駆動電動機部の構造を示す断面
図、第４図は本発明のドライブ部を示す回路図、第６図
は本発明の分配回路６８の動作を示すタイムチャート、
第６図は本発明の全体動作を示すブロック図、第７図は
第６図の動作を補足説明するためのタイムチャート、第
１７ページ ８図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である。 ２４・・・・・・固定子巻線、２６・・・・・・永久磁
石、２９・・・・・・ポールセンサ用磁石、６１・・・
・・・ペダル、６２・・・・・・ペダル位置検出器、６
６・・・・・・ＰＷＭ回路、６９゜６０・・・・・・ド
ライブ回路、６２・旧・・ポールセンサ、６３・・・・
・・ブレーキ、６４・・・・・・速度検出器、６６・・
・・・・針位置検出器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 ２７２９ ＠４図 、５９

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電動機及び制動装置を有するミシン駆動機構、前
   記電動機の出力側に接続されたミシンの速度検出器及び
   ミシンの針位置検出器、前記電動機をミシンのペダル位
   置に応じて速度制闘する速度制御機構を具備し、前記電
   動機は、回転子に永久磁石を具備すると共に、前記回転
   子の位置を検出する位置検出素子を有し、前記速度制御
   機構は、前記位置検出素子の出力信号に応じて前記電動
   機の固定子巻線の位相を切替えるドライブ回路を具備し
   、ペダル位置と前記速度検出器信号の比較にてミシンの
   速度制御を可能とすると共に、ペダルによる減速指示に
   基き、前記電動機を逆相制動するための第一の制動手段
   と。 前記制動装置を駆動するための第二の制動手段を有する
   ミシン駆動装置。
2. （２）第二の制動手段は、摩擦式電磁ブレーキで構２ペ
   ージ 成した特許請求の範囲第１項記載のミシン駆動装置。
3. （３）第一の制動手段は１通常運転速度より低速に減速
   する時有効であり、第二の制動手段は、低速より針位置
   検出器の信号に基き定位置停止する時に有効となるよう
   構成した特許請求の範囲第１項記載のミシン駆動装置。
4. （４）第一の制動手段と、第二の制動手段は、同期して
   駆動されるよう構成した特許請求の範囲第１項記載のミ
   シン駆動装置。