JPS6230000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はモータの定速度制御装置に関し、特
に、モータの回転速度を通電デユーテイにより制
御する定速度制御装置に関する。

（従来の技術） 例えばミシンモータにタコゼネレータ，ロータ
リエンコーダ等の速度検出器を結合して、その発
生電圧を処理して指速電圧を得て、これを目標速
度電圧と比較して両者の差に対応する電圧をモー
タに印加してモータの回転速度を一定に維持する
速度制御装置が知られている。

ところで、ミシンモータの速度変動はモータ負
荷の変動によるものであつて、モータ負荷には針
駆動系の摩擦や慣性，針と布の摩擦等がある。負
荷の変動の主なものは針と布の摩擦であるが、低
速では針棒に連結しているカムの回転角によつて
も負荷が変動する。負荷が大きくなると速度が低
下してモータ逆起電圧が低下し、負荷が小さくな
ると速度が上昇してモータ逆起電圧が上昇する。
このようにモータの逆起電圧はモータ速度と対応
関係にあるので、モータ逆起電圧をピツクアツプ
することにより指速信号が得られ、タコゼネレー
タ，ロータリーエンコーダ等の速度検知手段を付
加する必要がなくなり、これらの検知手段を駆動
するトルクを余分に消費することもない。

実開昭50―83510号公報には、モータをパルス
付勢し、このパルスのデユーテイを制御して定速
制御するにおいて、パルス通電のモータ非通電区
間にモータの逆起電圧を検出し、これに基づいて
該デユーテイを設定する定速制御装置が提示され
ている。これにおいては、矩形波発振器の発生パ
ルスの低レベルＬから高レベルＨへの立上り点か
ら漸増し、該パルスのＨからＬへの立下り点から
漸減する三角波を三角波信号発生回路で生成して
シユミツトトリガ回路（比較回路）に与えると共
に、該パルスのＬからＨの立上り点で微分パルス
を得て、この微分パルスがある間積分回路へモー
タの逆起電圧を供給し、目標速度電圧で積分回路
電圧を調整して前記シユミツトトリガ回路に与え
て、シユミツトトリガ回路の出力により、三角波
のレベルが該調整した電圧を越えている間モータ
に通電する。

（発明が解決しようとする問題点） この定速制御装置の目的は、モータ駆動電流の
デユーテイをモータの回転数に応じて０％から
100％まで変えられるようにすることにあると前
記公報に表明されているが、デユーテイが高くな
るにつれてモータ通電パルスの立上り点（通電開
始点）が微分パルスの発生位置に近づき、デユー
テイ100％（連続通電）では微分パルスで、逆起
電圧ではなくモータ駆動電圧を積分回路に取り込
み、このモータ駆動電圧はモータ速度を示すもの
ではないので定速制御が乱れる。また、このよう
なモータ駆動電圧の積分回路への取込みは、前記
目標速度電圧の調整によつても生じ、目標速度電
圧が、デユーテイ100％前後の付勢となる値に設
定されたときには制御が乱れ、定速特性が損なわ
れる。

更に、前記積分回路がその積分電圧の、１パル
ス通電単位の変動を平滑化する大きい時定数であ
ると、定速制御は数パルス以上に渡る遅れ時定数
を有する応答性が低いものとなり、デユーテイ通
電の１パルスオンの次のオフ区間にモータ速度を
検出して次の１パルスオンの区間に、検出値に対
応した通電幅（デユーテイ）を設定するというよ
うな、高応答性が得られない。前記積分回路の時
定数が小さいと、積分電圧が、前記微分パルスが
あつたときに急上昇しそれから漸減する鋸歯状波
となる。しかして、鋸歯状波のピークが前記三角
波のピークよりも高いモータ速度では、鋸歯状波
の漸減率が三角波の漸減率より小さいときには、
デユーテイ50％（矩形波発振器の発生パルスのデ
ユーテイ）以上の通電となるが、鋸歯状波の漸減
率が三角波の漸減率より大きいときにはデユーテ
イ０％となり、三角波の漸減率を境にして、モー
タ速度のわずかな変動により通電デユーテイが50
％以上か０％に切換わり、モータトルクが極端に
変動し安定した定速制御が得られなくなる。

本発明はタコゼネレータ，ロータリエンコーダ
等の機械的な付加手段を省略し定速制御系の回路
構成を簡単にしかつ速度変動を修正する応答性が
高くしかも速度制御の安定性が高い定速制御装置
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の定速制御装置は、モータの一端とモー
タ付勢電源の間に接続されたスイツチング素子；
モータの前記一端に接続されたサンプルホールド
回路；定周波発振器；該定周波発振器の出力信号
に同期して前記サンプルホールド回路をリセツト
するタイミング装置；前記サンプルホールド回路
のリセツトと同時に前記タイミング装置によりリ
セツトされて基底レベルとなり、リセツトの後に
レベルが基底レベルより漸増する鋸歯状波を発生
する波形発生回路；および、前記サンプルホール
ド回路の保持電圧と前記鋸歯状波のレベルを比較
し後者が前者を上回つている間前記スイツチング
素子を導通とする比較装置；を備える。

（作用） これによれば、タイミング装置による定周波発
振器の出力信号に同期したサンプルホールド回路
のリセツト（サルプル信号更新）により、サンプ
ルホールド回路の保持電圧は、該定周波発振器の
周期で、モータの一端に現われている電圧をサン
プリングしたものとなる。一方、波形発生回路
が、サンプルホールド回路のリセツトと同時に基
底レベルとなり、リセツトの後にレベルが基底レ
ベルより漸増する鋸歯状波を発生するので、鋸歯
状波は、サンプルホールド回路のリセツト（サン
プル信号更新）に同期している。すなわち、該鋸
歯状波の基底レベルのときにサンプルホールド回
路のリセツト（サンプル信号の更新）が行なわれ
る。しかして、比較装置が、前記サンプルホール
ド回路の保持電圧と前記鋸歯状波のレベルを比較
し後者が前者を上回つている間前記スイツチング
素子を導通とし、サンプルホールド回路のリセツ
ト（サンプル信号更新）のとき鋸歯状波は基底レ
ベルであつてサンプルホールド回路の保持電圧よ
り低く比較装置はこのときにはスイツチング素子
を非導通にしているので、モータの発生電圧すな
わちモータ速度に対応する逆起電圧がサンプルホ
ールド回路に更新保持される。すなわち、スイツ
チング素子導通中（モータ通電中）のモータ駆動
電流を取り込むことはない。サンプルホールド回
路が放電時定数を有し、リセツト時に急上昇しそ
れから漸減する電圧を発生しても、鋸歯状波が該
リセツトのときに基底レベルに急低下しそれから
漸増する鋸歯状波であるので、サンプルホールド
回路の電圧の漸減率が鋸歯状波の該急低下の漸減
率を上回わることはなく、したがつてモータ速度
のある点を境にモータの通電デユーテイが大きい
値と０％に切換わることはなく、デユーテイの推
移はなめらかであり、安定した定速制御が得られ
る。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照し
た以下の実施例の説明より明らかになろう。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示し、第２図に第
１図に示す回路各部の電気信号を示す。第１図に
おいては１はミシンモータであり、スイツチング
トランジスタ２の導通でモータ１のロータ巻線に
モータ電源回路（図示せず）の24Vが印加され
る。トランジスタ２は比較回路３でオン／オフ制
御される。モータ２のロータ巻線には、速度設定
用の可変抵坑器VRを介してサンプルホールド回
路４が接続されている。パルス発振器５は2KHZ
のパルスａを発生し、これをタイミング回路６に
与える。

タイミング回路６においては、トランジスタ６
ａがパルスの高レベルＨ区間で導通し、そのコレ
クタ電圧が発振器５の出力パルスａの反転波形と
なり、コンデンサ６ｂがコレクタ電圧を微分し、
これによりパルスａの立下り点に抵坑Ｒ１に微分
パルスｂを生ずる。この微分パルスｂは波形発生
回路７のトランジスタ７ａに印加され、微分パル
スｂに同期してトランジスタ７ａが導通する。ト
ランジスタ７ａの導通により、サンプルホールド
回路４においては、リセツト用のトランジスタ３
４ａが非導通となる。つまり、微分パルスｂでサ
ンプルホールド回路４のトランジスタ４ａが非導
通となる。トランジスタ４ａが非導通のときには
モータ１の逆起電圧が抵坑VRおよびダイオード
Ｄ１を介してコンデンサ４ｂに印加される（リセ
ツト：サンプリングおよび保持値の更新）。コン
デンサ４ｂには、抵坑Ｒ２とダイオードＤ２の直
列回路が並列に接続されているので、コンデンサ
４ｂには、略Vi・R2／（R2＋R3＋VR）の電圧
が印加されることになる。つまり、Viがモータ
１の逆起電圧であり、その数分の１が印加され
る。微分パルスｂが消えるとトランジスタ４ａは
導通に転じて、ダイオードＤ１のアノードをアー
スに接続する。この、トランジスタ４ａの導通の
間は、コンデンサ４ｂが抵坑Ｒ２およびダイオー
ドＤ２を通して除々に放電する。したがつてサン
プルホールド回路４の電圧ｄは、リセツト時にモ
ータ逆起電圧対応値に急上昇し、それから漸減す
る鋸歯状波となる。

コンデンサ４ｂの電圧ｄは比較器OP１の逆相
入力端（−）に印加される。

一方、波形発生回路７においては、抵坑Ｒ４を
介してコンデンサ７ｂに5Vの電圧が印加される
が、抵坑Ｒ４がダイオードＤ３およびトランジス
タ７ａを介してアースされているので、トランジ
スタ７ａが前述のように微分パルスｂで導通して
いるときはコンデンサ７ｂがダイオードＤ３およ
びトランジスタ７ａを通して放電する。したがつ
てコンデンサ７ｂは微分パルスｂが消えてトラン
ジスタ７ａが非導通のときにチヤージアツプす
る。これにより、コンデンサ７ｂの電圧ｃはパル
スａに同期して、パルスａの立下り点（微分パル
スｂ）で基底レベルとなりその後レベルが漸増す
る鋸歯状波ｃとなる。この鋸歯状波ｃは比較器
OP１の正相入力端（＋）に印加される。

比較器OP１は、正相入力端（＋）の電圧レベ
ルが逆相入力端（−）の電圧レベルを越えている
間高レベルＨの電圧ｅを生じてトランジスタ３ａ
に印加する。トランジスタ３ａはこの高レベルＨ
で導通してスイツチングトランジスタ２を導通さ
せる。したがつて、モータ２には、電圧ｅが高レ
ベルＨの間、モータ電源回路の24Vが印加され
る。

なお、波形発生回路７においてトランジスタ７
ａに直列にダイオードＤ３が接続されているの
で、コンデンサ７ｂの残留電位はダイオードＤ３
の順方向電圧降下Vdとなる。これによりモータ
１停止より回転付勢するとき、比較器OP１の正
相入力端（＋）の電圧が常に逆相入力端（−）の
電圧（この場合アースレベル）よりも大きく、比
較器OP１は必らず高レベルＨの出力を生ずる。
仮にダイオードＤ３が省略されていると、モータ
１停止より回転付勢するとき、微分パルスｂのパ
ルス幅の間は、モータＭ１の電圧印加がなく、モ
ータ１の速度上昇が遅くなるので、スタート時の
み比較器OP１の正相入力端（＋）にバイアスを
印加するための回路手段を備えざるを得ない。

停止のときからモータを起動するときには従つ
て、パルスａの全区間に渡つて鋸歯状波ｃのレベ
ルがサンプルホールド回路４の電圧ｄよりも高
く、モータ１の通電デユーテイが100％となる
が、モータ１が回転を始めると電圧ｄが鋸歯状波
ｃの基底レベルよりも高くなり、したがつてモー
タ１の通電デユーテイが100％未満となつて、サ
ンプルホールド回路４のリセツト時にはモータ１
への24Vの印加はなく、サンプルホールド回路４
に、モータ１の逆起電圧が取り込まれる。

比較器OP１の逆相入力端（−）には抵坑Ｒ５
およびダイオードＤ４を介して5Vの電圧が印加
され、このように5Vが加わつている状態では比
較器OP１の出力は低レベルＬであり、トランジ
スタ２はオフのままとなる。抵坑Ｒ５とダイオー
ドＤ４のアノードの間には、ダイオードＤ５のア
ノードが接続されており、ダイオードＤ５のカソ
ードに回転指示信号が印加される。回転指示信号
が高レベルＨ＝5Vであると、比較器OP１の出力
は低レベルＬでモータ１は停止であり、回転指示
信号が低レベルＬ＝アースになるとダイオードＤ
４のアノードが低レベルＬ＝アースとなるので、
比較器OP１の出力が高レベルＨとなり、モータ
１が起動する。モータ１の速度が上昇するとコン
デンサ４ｂの電圧が高くなるので、比較器OP１
の出力が周期的にＨ／Ｌと反転し、モータ１はパ
ルス付勢される。

第２図に示す信号の発生タイミングは、回転指
示信号が低レベルＬとなつてモータ１が起動して
から、ある速度に安定した状態を示す。これにお
いて、今モータ１の速度が降下すると、モータ１
の逆起電圧が低下してコンデンサ４ｂの、パルス
ｂ区間のチヤージアツプ電圧が低くなるため、比
較器OP１のＨ出力期間Ptが広がり、これにより
モータ１が加速する。逆にモータ１の速度が上昇
すると、モータ１の逆起電圧が上昇してコンデン
サ４ｂの、パルスｂ区間のチヤージアツプ電圧が
高くなるため、比較器OP１のＨ出力期間Ptが狭
くなり、これによりモータ１が減速する。このよ
うにしてモータ１の速度は可変抵坑VRの設定で
定まる一定速度に制御される。VRの抵坑値を大
きくするとモータ１の速度は低くなり、小さくす
ると高くなる。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明ではモータの逆起電圧を指速
信号として摘出してフイードバツクパルス幅制御
でモータを定速制御するようにしているので、タ
コゼネレータ，ロータリエンコーダ等の指速信号
を得る付加手段が省略され、機械要素が少なく、
しかも電気処理回路も簡単になつている。特にミ
シンモータにおいては、針の１上下動の間に大き
な負荷変動を生じ、したがつて迅速な変動補償を
行なう必要があるが、本発明によればパルスａの
１周期のそれぞれでその時点の速度に応じた補償
を行なうので、針の１上下動の間においてモータ
速度が一定速に安定化されるという利点がある。
このようにフイードバツクの遅れはきわめて小さ
い。

また本発明によれば、タイミング装置による定
周波発振器の出力信号に同期したサンプルホール
ド回路のリセツト（サルプル信号更新）により、
サンプルホールド回路の保持電圧は、該定周波発
振器の周期で、モータの一端に現われている電圧
をサンプリングしたものとなる。一方、波形発生
回路が、サンプルホールド回路のリセツトと同時
に基底レベルとなり、リセツトの後にレベルが基
底レベルより漸増する鋸歯状波を発生するので、
鋸歯状波は、サンプルホールド回路のリセツト
（サンプル信号更新）に同期している。すなわ
ち、該鋸歯状波の基底レベルのときにサンプルホ
ールド回路のリセツト（サンプル信号の更新）が
行なわれる。しかして、比較装置が、前記サンプ
ルホールド回路の保持電圧と前記鋸歯状波のレベ
ルを比較し後者が前者を上回つている間前記スイ
ツチング素子を導通とし、サンプルホールド回路
のリセツト（サンプル信号更新）のとき鋸歯状波
は基底レベルであつてサンプルホールド回路の保
持電圧より低く比較装置はこのときにはスイツチ
ング素子を非導通にしているので、モータの発生
電圧すなわちモータ速度に対応する逆起電圧がサ
ンプルホールド回路に更新保持される。すなわ
ち、スイツチング素子導通中（モータ通電中）の
モータ駆動電流を取り込むことはない。サンプル
ホールド回路が放電時定数を有し、リセツト時に
急上昇しそれから漸減する電圧を発生しても、鋸
歯状波が該リセツトのときに基底レベルに急低下
しそれから漸増する鋸歯状波であるので、サンプ
ルホールド回路の電圧の漸減率が鋸歯状波の該急
低下の漸減率を上回わることはなく、したがつて
モータ速度のある点を境にモータの通電デユーテ
イが大きい値と０％に切換わることはなく、デユ
ーテイの推移はなめらかであり、安定した定速制
御が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電気回路図、
第２図はその各部の電気信号を示すタイムチヤー
トである。 １：ミシンモータ、２：トランジスタ（スイツ
チング素子）、３：比較回路、４：サンプルホー
ルド回路、５：パルス発振器、６：タイミング回
路、７：波形発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータの一端とモータ付勢電源の間に接続さ
   れたスイツチング素子； モータの前記一端に接続されたサンプルホール
   ド回路； 定周波発振器； 該定周波発振器の出力信号に同期して前記サン
   プルホールド回路をリセツトするタイミング装
   置； 前記サンプルホールド回路のリセツトと同時に
   前記タイミング装置によりリセツトされて基底レ
   ベルとなり、リセツトの後にレベルが基底レベル
   より漸増する鋸歯状波を発生する波形発生回路； および、 前記サンプルホールド回路の保持電圧と前記鋸
   歯状波のレベルを比較し後者が前者を上回つてい
   る間前記スイツチング素子を導通とする比較装
   置； を備えるモータの速度制御装置。