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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-11
(45)【発行日】2023-10-19
(54)【発明の名称】ミシンのモーター制御装置
(51)【国際特許分類】
H02P 29/028 20160101AFI20231012BHJP
D05B 69/00 20060101ALI20231012BHJP
【ＦＩ】
H02P29/028
D05B69/00 A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019130060
(22)【出願日】2019-07-12
(65)【公開番号】P2021016259
(43)【公開日】2021-02-12
【審査請求日】2022-06-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000003399
【氏名又は名称】ＪＵＫＩ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】南 潔
(72)【発明者】
【氏名】下川 丈治
【審査官】池田 貴俊
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５８－０８９２９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０４１８５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－０１７６９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－３３６８７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１７３３４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２９／０２８
Ｄ０５Ｂ ６９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御対象のモーターに対する目標回転数を設定する設定入力部と、前記モーターの動作速度を検出するための検出部と、
前記モーターの動作速度が前記目標回転数となるようにＰＷＭ制御を行うフィードバック制御部と、
前記モーターの駆動中において、周期的に前記フィードバック制御部が定める前記モーターに対する駆動電流のオン期間の長さ又は比率が予め定められた期間閾値以上となる場合にカウント値を加算し、前記期間閾値未満となる場合にカウント値を減算し、前記カウント値が規定値を超えた場合に前記モーターの過負荷の発生と判定する第一負荷判定部と、
前記モーターの過負荷の発生時に、負荷回避制御を実行する駆動制御部とを備え、
前記第一負荷判定部は、前記検出部で検出される前記モーターの動作速度又は前記目標回転数が予め定められた判定閾値に満たない場合に、前記モーターの過負荷の発生の有無を判定し、
前記フィードバック制御部は、前記ＰＷＭ制御における前記モーターに対する駆動電流のオン期間の長さ又は比率について予め定められた制限値を超えないようにＰＷＭ制御を行い、
前記検出部で検出される前記モーターの動作速度又は前記目標回転数が前記判定閾値以上であって、前記目標回転数に対して、周期的に前記検出部で検出される前記モーターの動作速度が予め定められた速度閾値未満となる場合にカウント値を加算し、前記速度閾値以上となる場合にカウント値を減算し、前記カウント値が規定値を超えた場合に、前記モーターの過負荷の発生と判定する第二負荷判定部を備えることを特徴とするミシンのモーター制御装置。
【請求項2】
前記第一負荷判定部は、前記目標回転数ごとに、前記期間閾値を定めていることを特徴とする請求項１に記載のミシンのモーター制御装置。
【請求項3】
前記駆動制御部は、前記負荷回避制御として、前記モーターを停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のミシンのモーター制御装置。
【請求項4】
前記駆動制御部は、前記負荷回避制御として、前記モーターの過負荷の発生を報知する制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のミシンのモーター制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ミシンのモーター制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、ミシンに搭載されたモーター、例えば、ミシンモーターは、目標回転数となるようにＰＷＭ(Pulse width modulation)制御が行われていた。即ち、ミシンの操作者により目標回転数が設定されると、周期的にミシンモーターの駆動電流がオン－オフされ、目標回転数に満たない場合にはデューティー比を大きくし、目標回転数に達するとデューティー比を小さくする電流制御が行われていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－０９０５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来のモーター制御装置では、駆動系に何らかの外的要因により停止には到らない程度の異常負荷が生じると、ＰＷＭ制御により駆動電流が大きな状態でモーターが駆動を継続する。
このように大きな電流が流れ続けることで、モーターの発熱や破損、不調、短寿命化を生じるおそれがあった。
このように大きな電流が流れ続けることで、モーターの発熱や破損、不調、短寿命化を生じるおそれがあった。
【0005】
本発明は、モーターを適切に保護するミシンのモーター制御装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項１記載の発明は、ミシンのモーター制御装置において、
制御対象のモーターに対する目標回転数を設定する設定入力部と、
前記モーターの動作速度を検出するための検出部と、
前記モーターの動作速度が前記目標回転数となるようにＰＷＭ制御を行うフィードバック制御部と、
前記モーターの駆動中において、周期的に前記フィードバック制御部が定める前記モーターに対する駆動電流のオン期間の長さ又は比率が予め定められた期間閾値以上となる場合にカウント値を加算し、前記期間閾値未満となる場合にカウント値を減算し、前記カウント値が規定値を超えた場合に前記モーターの過負荷の発生と判定する第一負荷判定部と、
前記モーターの過負荷の発生時に、負荷回避制御を実行する駆動制御部とを備え、
前記第一負荷判定部は、前記検出部で検出される前記モーターの動作速度又は前記目標回転数が予め定められた判定閾値に満たない場合に、前記モーターの過負荷の発生の有無を判定し、
前記フィードバック制御部は、前記ＰＷＭ制御における前記モーターに対する駆動電流のオン期間の長さ又は比率について予め定められた制限値を超えないようにＰＷＭ制御を行い、
前記検出部で検出される前記モーターの動作速度又は前記目標回転数が前記判定閾値以上であって、前記目標回転数に対して、周期的に前記検出部で検出される前記モーターの動作速度が予め定められた速度閾値未満となる場合にカウント値を加算し、前記速度閾値以上となる場合にカウント値を減算し、前記カウント値が規定値を超えた場合に、前記モーターの過負荷の発生と判定する第二負荷判定部を備えることを特徴とする。
制御対象のモーターに対する目標回転数を設定する設定入力部と、
前記モーターの動作速度を検出するための検出部と、
前記モーターの動作速度が前記目標回転数となるようにＰＷＭ制御を行うフィードバック制御部と、
前記モーターの駆動中において、周期的に前記フィードバック制御部が定める前記モーターに対する駆動電流のオン期間の長さ又は比率が予め定められた期間閾値以上となる場合にカウント値を加算し、前記期間閾値未満となる場合にカウント値を減算し、前記カウント値が規定値を超えた場合に前記モーターの過負荷の発生と判定する第一負荷判定部と、
前記モーターの過負荷の発生時に、負荷回避制御を実行する駆動制御部とを備え、
前記第一負荷判定部は、前記検出部で検出される前記モーターの動作速度又は前記目標回転数が予め定められた判定閾値に満たない場合に、前記モーターの過負荷の発生の有無を判定し、
前記フィードバック制御部は、前記ＰＷＭ制御における前記モーターに対する駆動電流のオン期間の長さ又は比率について予め定められた制限値を超えないようにＰＷＭ制御を行い、
前記検出部で検出される前記モーターの動作速度又は前記目標回転数が前記判定閾値以上であって、前記目標回転数に対して、周期的に前記検出部で検出される前記モーターの動作速度が予め定められた速度閾値未満となる場合にカウント値を加算し、前記速度閾値以上となる場合にカウント値を減算し、前記カウント値が規定値を超えた場合に、前記モーターの過負荷の発生と判定する第二負荷判定部を備えることを特徴とする。
【0007】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のミシンのモーター制御装置において、
前記第一負荷判定部は、前記目標回転数ごとに、前記期間閾値を定めていることを特徴とする。
前記第一負荷判定部は、前記目標回転数ごとに、前記期間閾値を定めていることを特徴とする。
【0010】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のミシンのモーター制御装置において、
前記駆動制御部は、前記負荷回避制御として、前記モーターを停止させることを特徴とする。
前記駆動制御部は、前記負荷回避制御として、前記モーターを停止させることを特徴とする。
【0011】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のミシンのモーター制御装置において、
前記駆動制御部は、前記負荷回避制御として、前記モーターの過負荷状態を報知する制御を行うことを特徴とする。
前記駆動制御部は、前記負荷回避制御として、前記モーターの過負荷状態を報知する制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
以上のように、本発明によれば、モーターの過負荷状態を適正に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】発明の実施形態であるミシンのブロック図である。
【図2】目標回転数200[spm]であってミシンモーターの無負荷状態におけるモータードライブ信号の変化とモーター電流の変化を示す線図である。
【図3】目標回転数200[spm]であってミシンモーターの異常負荷状態におけるモータードライブ信号の変化とモーター電流の変化を示す線図である。
【図4】目標回転数が200[spm]、330[spm]、420[spm]のそれぞれの場合において、ミシンモーターの無負荷時と異常負荷時のそれぞれ場合に得られたオン期間の最小値と最大値とを示す図表である。
【図5】図５（Ａ）は目標回転数200[spm]におけるミシンモーターの無負荷時と異常負荷時のそれぞれ場合に取り得るオン期間の値の数値幅を示すグラフ、図５（Ｂ）は目標回転数330[spm]における同グラフ、図５（Ｃ）は目標回転数420[spm]における同グラフである。
【図6】目標回転数1500[spm]であってミシンモーターの無負荷状態におけるモータードライブ信号の変化とモーター電流の変化を示す線図である。
【図7】複数の目標回転数で駆動するミシンモーターに対して大きさの異なる複数段階の負荷を加えた場合の検出回転数を示した図表である。
【図9】モーター制御装置によるミシンモーターの制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
【0015】
［ミシン］
ミシン１００は、縫い針を保持する針棒の上下動を行う針上下動機構、縫い針の上糸に下糸を絡める釜機構、針板上で生地を送る布送り機構、上糸を引き上げて縫い目を締結する天秤機構、上糸に張力を付与する糸調子装置、上記各構成を格納又は保持するミシンフレーム等のように、ミシン一般に設けられている周知の構成を備えている。
そして、ミシン１００は、針上下動機構の駆動源となるミシンモーター１６を制御するモーター制御装置９０を備えている。
なお、ミシン１００は、一般的なミシンと同一の構成からなるので、モーター制御装置９０を除く周知の構成については、詳細な説明は省略する。
ミシン１００は、縫い針を保持する針棒の上下動を行う針上下動機構、縫い針の上糸に下糸を絡める釜機構、針板上で生地を送る布送り機構、上糸を引き上げて縫い目を締結する天秤機構、上糸に張力を付与する糸調子装置、上記各構成を格納又は保持するミシンフレーム等のように、ミシン一般に設けられている周知の構成を備えている。
そして、ミシン１００は、針上下動機構の駆動源となるミシンモーター１６を制御するモーター制御装置９０を備えている。
なお、ミシン１００は、一般的なミシンと同一の構成からなるので、モーター制御装置９０を除く周知の構成については、詳細な説明は省略する。
【0016】
ミシンフレームは、ミシンベッド部とミシンアーム部と立胴部とを有し、ミシンベッド部における針落ち位置には針穴が形成された針板が設けられている。
【0017】
針上下動機構は、ミシンフレームの内部において回転可能に支持された上軸と、上軸を回転駆動するサーボモーターからなるミシンモーター１６と、ミシンモーター１６の回転数を検出するエンコーダ１６１と、上軸の一端部に固定装備された針棒クランクと、針棒クランクと針棒とを連結するクランクロッド等を備えている。
上記構成により、針上下動機構は、ミシンモーター１６が上軸を回転させ、針棒は上軸一回転につき一往復分の上下動を行う。
上記構成により、針上下動機構は、ミシンモーター１６が上軸を回転させ、針棒は上軸一回転につき一往復分の上下動を行う。
【0018】
釜機構は、針板の下側に設けられており、ボビンを内側に擁する中釜と、中釜の外周においてミシンモーター１６を駆動源として回転動作を行う外釜とを備えている。そして、外釜に設けられた剣先により縫い針の上糸のループを捕捉して中釜から繰り出された下糸に上糸を絡めて縫い目の形成を行う。
【0019】
布送り機構は、ミシンモーター１６を駆動源として、針板の下側で送り歯を布送り方向に沿って周回移動させる。その際、送り歯は、その上端部が針板の開口から出没し、針板上に載置された布地に下から接して布送り方向に所定のピッチで送ることができる。
天秤機構は、ミシンモーター１６を駆動源として往復回動動作を行う天秤を備え、上糸が縫い針に向かう糸経路の途中で縫い針の上下動と同期的に上糸の引き上げと解放とを行い、上糸と下糸からなる縫い目に適度に締め付け力を付与する。
糸調子装置は、上糸の供給源から天秤に向かう糸経路の途中に設けられ、縫い目の形成の際に、上糸に適度に糸張力を付与する。
天秤機構は、ミシンモーター１６を駆動源として往復回動動作を行う天秤を備え、上糸が縫い針に向かう糸経路の途中で縫い針の上下動と同期的に上糸の引き上げと解放とを行い、上糸と下糸からなる縫い目に適度に締め付け力を付与する。
糸調子装置は、上糸の供給源から天秤に向かう糸経路の途中に設けられ、縫い目の形成の際に、上糸に適度に糸張力を付与する。
【0020】
［モーター制御装置］
図１に示すように、モーター制御装置９０は、マイコン９１及びメモリ９２を備え、メモリ９２内に格納された各種のプログラム及び各種の設定データに従ってマイコン９１が後述するミシンモーター１６の動作制御を実行する。
また、マイコン９１には、ミシンモーター１６の目標回転数を入力するための設定入力部としてのペダル９３がインターフェイス９３ａを介して接続されている。
図１に示すように、モーター制御装置９０は、マイコン９１及びメモリ９２を備え、メモリ９２内に格納された各種のプログラム及び各種の設定データに従ってマイコン９１が後述するミシンモーター１６の動作制御を実行する。
また、マイコン９１には、ミシンモーター１６の目標回転数を入力するための設定入力部としてのペダル９３がインターフェイス９３ａを介して接続されている。
【0021】
さらに、マイコン９１には、ミシンモーター１６がモータードライバ１６ａを介して接続されている。
そして、ミシンモーター１６には、その軸角度を検出する検出手段としてのエンコーダ１６１が併設されており、エンコーダ１６１は、モーター角度検出回路１６１ａを介してマイコン９１に接続されている。
エンコーダ１６１は、ミシンモーター１６の出力軸の軸角度の変化に伴い、一定の微小な角度間隔でパルス出力を行い、モーター角度検出回路１６１ａは、エンコーダ１６１からのパルスをカウントする。そして、マイコン９１は、そのカウント値からミシンモーター１６の出力軸角度を算出する。
なお、ミシンモーター１６の出力軸角度は、上軸角度と一致している。上軸角度は一回転（0～360°）で縫い針の一往復の上下動に対応している。そして、以下の説明では、上軸角度0°が縫い針の上死点に対応し、180°が下死点に対応するものとする。
マイコン９１は、一定の周期でエンコーダ１６１のパルスのカウント値をモーター角度検出回路１６１ａから取得しており、周期的なパルスカウント値の変化からミシンモーター１６の動作速度である回転数を取得している。つまり、エンコーダ１６１及びモーター角度検出回路１６１ａは、ミシンモーター１６の動作速度を検出するための検出部として機能する。
そして、ミシンモーター１６には、その軸角度を検出する検出手段としてのエンコーダ１６１が併設されており、エンコーダ１６１は、モーター角度検出回路１６１ａを介してマイコン９１に接続されている。
エンコーダ１６１は、ミシンモーター１６の出力軸の軸角度の変化に伴い、一定の微小な角度間隔でパルス出力を行い、モーター角度検出回路１６１ａは、エンコーダ１６１からのパルスをカウントする。そして、マイコン９１は、そのカウント値からミシンモーター１６の出力軸角度を算出する。
なお、ミシンモーター１６の出力軸角度は、上軸角度と一致している。上軸角度は一回転（0～360°）で縫い針の一往復の上下動に対応している。そして、以下の説明では、上軸角度0°が縫い針の上死点に対応し、180°が下死点に対応するものとする。
マイコン９１は、一定の周期でエンコーダ１６１のパルスのカウント値をモーター角度検出回路１６１ａから取得しており、周期的なパルスカウント値の変化からミシンモーター１６の動作速度である回転数を取得している。つまり、エンコーダ１６１及びモーター角度検出回路１６１ａは、ミシンモーター１６の動作速度を検出するための検出部として機能する。
【0022】
ペダル９３は、ミシンの操作者が足で踏み込む踏板を備え、踏板の踏み込み量に応じて、ミシンモーター１６の目標回転数を設定入力することができる。
【0023】
［ミシンモーターの動作制御］
上記マイコン９１は、メモリ９２内に格納された各種のプログラムを実行することにより、フィードバック制御部９４、第一負荷判定部９５、第二負荷判定部９６、駆動制御部９７として機能する。
以下、これら各種の機能について説明する。なお、以下の説明において挙げられる具体的な数値は全て例示であり、当該数値に限定されるものではなく、全て、装置の特性等に応じて、適宜調整や変更が可能である。
上記マイコン９１は、メモリ９２内に格納された各種のプログラムを実行することにより、フィードバック制御部９４、第一負荷判定部９５、第二負荷判定部９６、駆動制御部９７として機能する。
以下、これら各種の機能について説明する。なお、以下の説明において挙げられる具体的な数値は全て例示であり、当該数値に限定されるものではなく、全て、装置の特性等に応じて、適宜調整や変更が可能である。
【0024】
［フィードバック制御部］
フィードバック制御部９４は、ペダル９３から入力される目標回転数とエンコーダ１６１からモーター角度検出回路１６１ａを介して得られるミシンモーター１６の検出回転数との差分を求め、差分値の大きさに応じて、ミシンモーター１６に対して行われるＰＷＤ制御のデューティー比を決定し、モータードライバ１６ａに入力する。
フィードバック制御部９４は、ペダル９３から入力される目標回転数とエンコーダ１６１からモーター角度検出回路１６１ａを介して得られるミシンモーター１６の検出回転数との差分を求め、差分値の大きさに応じて、ミシンモーター１６に対して行われるＰＷＤ制御のデューティー比を決定し、モータードライバ１６ａに入力する。
【0025】
図２は、目標回転数200[spm]であってミシンモーター１６の無負荷状態における、モータードライブ電圧（モータードライブ信号とする）の変化とその際のミシンモーター１６に流れるモーター電流の変化を示す線図である。
ＰＷＭ制御では、図２のモータードライブ信号の線図に示すように、例えば、モーター電源の電源周波数50[Hz]の場合、10[ms]をＰＷＭ制御の一周期Ｔとして、当該一周期Ｔの間で電源のオンとオフとを切り替え、オン期間ＴONの比率（デューティー比）の大きさを調整することにより、ミシンモーター１６に流れる電流量を調整して、モーター出力を制御する。
従って、フィードバック制御部９４は、目標回転数に対する検出回転数の差分値が大きくなると、デューティー比を大きくし、差分値が小さくなるとデューティー比を小さくする制御を周期Ｔで繰り返し実行する。
なお、図２のモータードライブ信号の線図では、電圧の立ち上がり部分がオフ期間を示し、電圧の立ち下がり部分がオン期間ＴONを示している。
ＰＷＭ制御では、図２のモータードライブ信号の線図に示すように、例えば、モーター電源の電源周波数50[Hz]の場合、10[ms]をＰＷＭ制御の一周期Ｔとして、当該一周期Ｔの間で電源のオンとオフとを切り替え、オン期間ＴONの比率（デューティー比）の大きさを調整することにより、ミシンモーター１６に流れる電流量を調整して、モーター出力を制御する。
従って、フィードバック制御部９４は、目標回転数に対する検出回転数の差分値が大きくなると、デューティー比を大きくし、差分値が小さくなるとデューティー比を小さくする制御を周期Ｔで繰り返し実行する。
なお、図２のモータードライブ信号の線図では、電圧の立ち上がり部分がオフ期間を示し、電圧の立ち下がり部分がオン期間ＴONを示している。
【0026】
なお、モーター保護のために、ＰＷＭ制御におけるオン期間ＴONの制限値は、オフ期間が0とならない範囲で一定の値（例えば、8[ms]）に定められており、フィードバック制御部９４は、差分値が大きくなってもオン期間ＴONは制限値を超えないように制御される。
【0027】
［第一負荷判定部］
第一負荷判定部９５は、フィードバック制御部９４が実行するＰＷＭ制御におけるミシンモーター１６に対する駆動電流のオン期間ＴONの長さに応じて、ミシンモーター１６の過負荷の有無を判定する。
なお、この第一負荷判定部９５によるミシンモーター１６の過負荷の有無の判定は、ミシンモーター１６の目標回転数が予め定められた判定閾値に満たない場合（低速域である場合）に実行され、ミシンモーター１６の目標回転数が判定閾値以上である場合（高速域である場合）には、後述する第二負荷判定部９６によって過負荷の有無の判定が行われる。
第一負荷判定部９５は、フィードバック制御部９４が実行するＰＷＭ制御におけるミシンモーター１６に対する駆動電流のオン期間ＴONの長さに応じて、ミシンモーター１６の過負荷の有無を判定する。
なお、この第一負荷判定部９５によるミシンモーター１６の過負荷の有無の判定は、ミシンモーター１６の目標回転数が予め定められた判定閾値に満たない場合（低速域である場合）に実行され、ミシンモーター１６の目標回転数が判定閾値以上である場合（高速域である場合）には、後述する第二負荷判定部９６によって過負荷の有無の判定が行われる。
【0028】
ミシンモーター１６は、目標回転数を一定値に固定した場合に、ミシンモーター１６に加わる負荷の増加に対して、目標回転数を維持するためにオン期間ＴONが長く（デューティー比が大きく）なる。
【0029】
図３は目標回転数200[spm]であってミシンモーター１６の異常負荷状態における、モータードライブ信号の変化とミシンモーター１６のモーター電流の変化を示す線図である。
また、図４は目標回転数が200[spm]、330[spm]、420[spm]のそれぞれの場合において、ミシンモーター１６の無負荷時と異常負荷時のそれぞれの場合に得られたオン期間ＴONの最小値と最大値とを示す図表である。
また、図５（Ａ）は目標回転数200[spm]におけるミシンモーター１６の無負荷時と異常負荷時のそれぞれの場合に取り得るオン期間ＴONの値の数値幅を示すグラフ、図５（Ｂ）は目標回転数330[spm]における同グラフ、図５（Ｃ）は目標回転数420[spm]における同グラフである。
なお、「無負荷」とは、無負荷に加えて、適正に縫製が行われている状況でミシンモーター１６に生じる程度の負荷状態を含む意味であり、「異常負荷」とは、適正に縫製が行われている状況でミシンモーター１６のＰＷＭ制御の一周期に生じる負荷を逸脱する程度に大きな負荷の発生状態をいう。「過負荷」とは、異常負荷の発生が続くことで、モーターの発熱や破損、不調、短寿命化を生じるおそれがある状態をいう。
また、図４は目標回転数が200[spm]、330[spm]、420[spm]のそれぞれの場合において、ミシンモーター１６の無負荷時と異常負荷時のそれぞれの場合に得られたオン期間ＴONの最小値と最大値とを示す図表である。
また、図５（Ａ）は目標回転数200[spm]におけるミシンモーター１６の無負荷時と異常負荷時のそれぞれの場合に取り得るオン期間ＴONの値の数値幅を示すグラフ、図５（Ｂ）は目標回転数330[spm]における同グラフ、図５（Ｃ）は目標回転数420[spm]における同グラフである。
なお、「無負荷」とは、無負荷に加えて、適正に縫製が行われている状況でミシンモーター１６に生じる程度の負荷状態を含む意味であり、「異常負荷」とは、適正に縫製が行われている状況でミシンモーター１６のＰＷＭ制御の一周期に生じる負荷を逸脱する程度に大きな負荷の発生状態をいう。「過負荷」とは、異常負荷の発生が続くことで、モーターの発熱や破損、不調、短寿命化を生じるおそれがある状態をいう。
【0030】
フィードバック制御が行われている状況下では、図３に示す異常負荷の場合には、前述した図２と比べて、オン期間ＴONが長くなり、デューティー比が大きくなる。
また、図４及び図５（Ａ）～図５（Ｃ）に示すように、目標回転数が高くなるほどオン期間ＴONが長くなる。
また、図４及び図５（Ａ）～図５（Ｃ）に示すように、目標回転数が高くなるほどオン期間ＴONが長くなる。
【0031】
従って、第一負荷判定部９５では、目標回転数ごとに、フィードバック制御部９４が決定するオン期間ＴONの値について期間閾値を定め、当該期間閾値を超えた場合にミシンモーター１６に異常負荷が生じていると判定する。
【0032】
より具体的には、図５（Ａ）～図５（Ｃ）に示すように、目標回転数について0～200[spm]、200～330[spm]、330～420[spm]のように、複数の帯域を設定し、各帯域ごとにオン期間ＴONの期間閾値を設定する。
例えば、図５（Ａ）の場合には、期間閾値の上限として5.44[ms]、下限として4.00[ms]、図５（Ｂ）の場合には、期間閾値の上限として5.96[ms]、下限として4.24[ms]、図５（Ｃ）の場合には、期間閾値の上限として6.44[ms]、下限として4.52[ms]として、下限と上限の間で期間閾値が設定される。
例えば、図５（Ａ）の場合には、期間閾値の上限として5.44[ms]、下限として4.00[ms]、図５（Ｂ）の場合には、期間閾値の上限として5.96[ms]、下限として4.24[ms]、図５（Ｃ）の場合には、期間閾値の上限として6.44[ms]、下限として4.52[ms]として、下限と上限の間で期間閾値が設定される。
【0033】
そして、第一負荷判定部９５では、フィードバック制御部９４が決定するオン期間ＴONの値が期間閾値以上となる場合には異常負荷発生を決定するカウント値を1加算し、期間閾値未満となる場合にはカウント値を1減算する。そして、このカウントをＰＷＭ制御の周期で繰り返し実行し、カウント値が規定値を超えた場合に過負荷の発生と判定する。
なお、この判定の結果は、後述する駆動制御部９７に入力される。
なお、この判定の結果は、後述する駆動制御部９７に入力される。
【0034】
［第二負荷判定部］
第二負荷判定部９６は、ミシンモーター１６の目標回転数が前述した判定閾値以上となる高速域であって、目標回転数に対する、ミシンモーター１６の検出回転数の低下状態から過負荷の発生を判定する。
第二負荷判定部９６は、ミシンモーター１６の目標回転数が前述した判定閾値以上となる高速域であって、目標回転数に対する、ミシンモーター１６の検出回転数の低下状態から過負荷の発生を判定する。
【0035】
図６は目標回転数1500[spm]であってミシンモーター１６の無負荷状態における、モータードライブ信号の変化とその際のミシンモーター１６に流れるモーター電流の変化を示す線図である。
また、図７は目標回転数200～1500[spm]の範囲内の複数の目標回転数で駆動するミシンモーター１６に対して大きさの異なる複数段階の負荷を加えた場合の検出回転数を示した図表、図８は図７の検出回転数を示す線図である。
なお、図７及び図８における負荷の数値は、200[spm]でミシンモーター１６がロックする負荷トルクを100%としたときの百分率で示している。
また、図７は目標回転数200～1500[spm]の範囲内の複数の目標回転数で駆動するミシンモーター１６に対して大きさの異なる複数段階の負荷を加えた場合の検出回転数を示した図表、図８は図７の検出回転数を示す線図である。
なお、図７及び図８における負荷の数値は、200[spm]でミシンモーター１６がロックする負荷トルクを100%としたときの百分率で示している。
【0036】
前述した第一負荷判定部９５では、図５（Ａ）～図５（Ｃ）に示すように、目標回転数が高くなるにつれて、無負荷状態でもオン期間ＴONが徐々に長くなることから、異常負荷を判定するための境界となる期間閾値の数値選択が困難となる。
一方、フィードバック制御部９４では、前述したように、ミシンモーター１６の保護のために、オン期間ＴONの制限値（前述の例では8[ms]）を定めている。
従って、図６に示すように、目標回転数を高くすると無負荷状態でもオン期間ＴONがほぼ上限値に近くなり、オン期間ＴONをそれ以上長くする余地がないため、ミシンモーター１６の駆動速度（検出回転数）は目標回転数に達することなく低下を生じる。
従って、目標回転数の高速域では、オン期間ＴONの値ではなく、目標回転数に対する検出回転数の低下から過負荷の発生を良好に判定することができる。
一方、フィードバック制御部９４では、前述したように、ミシンモーター１６の保護のために、オン期間ＴONの制限値（前述の例では8[ms]）を定めている。
従って、図６に示すように、目標回転数を高くすると無負荷状態でもオン期間ＴONがほぼ上限値に近くなり、オン期間ＴONをそれ以上長くする余地がないため、ミシンモーター１６の駆動速度（検出回転数）は目標回転数に達することなく低下を生じる。
従って、目標回転数の高速域では、オン期間ＴONの値ではなく、目標回転数に対する検出回転数の低下から過負荷の発生を良好に判定することができる。
【0037】
具体的には、第二負荷判定部９６では、［目標回転数－10％］を検出回転数の速度閾値とし、検出回転数が上記速度閾値以上となる場合には異常負荷発生を決定するカウント値を1加算し、上記速度閾値未満となる場合にはカウント値を1減算する。そして、このカウントをＰＷＭ制御の周期で繰り返し実行し、カウント値が規定値を超えた場合に過負荷の発生と判定する。
【0038】
図８において符号Ｌは速度閾値のラインである。図示のように、ミシンモーター１６の低速域では負荷が過大となるまでラインＬを下回らないが、高速域では過大となる手前の負荷によって回転数の減少が生じるので、速やかに過負荷を検出することができる。
なお、速度閾値として目標回転数から減じる比率は10%に限らず、適宜選択可能である。
また、第二負荷判定部９６の判定の結果も、後述する駆動制御部９７に入力される。
なお、速度閾値として目標回転数から減じる比率は10%に限らず、適宜選択可能である。
また、第二負荷判定部９６の判定の結果も、後述する駆動制御部９７に入力される。
【0039】
［駆動制御部］
駆動制御部９７は、第一負荷判定部９５又は第二負荷判定部９６からのミシンモーター１６の過負荷の発生の判定に基づいて負荷回避制御を実行する。
負荷回避制御は、具体的にはミシンモーター１６の駆動停止である。但し、負荷回避制御は、これに限定されず、例えば、モーター制御装置９０に表示装置や音声出力装置を設け、過負荷の発生を表示又は音声で報知しても良い。また、負荷回避制御として、過負荷の発生を表示又は音声で報知してミシンモーター１６の駆動停止を行っても良い。
駆動制御部９７は、第一負荷判定部９５又は第二負荷判定部９６からのミシンモーター１６の過負荷の発生の判定に基づいて負荷回避制御を実行する。
負荷回避制御は、具体的にはミシンモーター１６の駆動停止である。但し、負荷回避制御は、これに限定されず、例えば、モーター制御装置９０に表示装置や音声出力装置を設け、過負荷の発生を表示又は音声で報知しても良い。また、負荷回避制御として、過負荷の発生を表示又は音声で報知してミシンモーター１６の駆動停止を行っても良い。
【0040】
［モーター制御装置によるミシンモーターの制御］
上記モーター制御装置９０によるミシンモーター１６の制御について図９のフローチャートに基づいて説明する。
ミシンの操作者によりペダル９３が踏み込まれると、フィードバック制御部９４がペダル９３の踏み込み量に応じて目標回転数を設定すると共にミシンモーター１６の駆動を開始する（ステップＳ１）。
また、ミシンモーター１６の駆動開始と共に、第一負荷判定部９５及び第二負荷判定部９６において過負荷発生を決定する異常負荷のカウント値Ｃ１，Ｃ２を0にリセットする（ステップＳ３）。
上記モーター制御装置９０によるミシンモーター１６の制御について図９のフローチャートに基づいて説明する。
ミシンの操作者によりペダル９３が踏み込まれると、フィードバック制御部９４がペダル９３の踏み込み量に応じて目標回転数を設定すると共にミシンモーター１６の駆動を開始する（ステップＳ１）。
また、ミシンモーター１６の駆動開始と共に、第一負荷判定部９５及び第二負荷判定部９６において過負荷発生を決定する異常負荷のカウント値Ｃ１，Ｃ２を0にリセットする（ステップＳ３）。
【0041】
次に、現在の目標回転数Ｖ０が低速域か高速域かを判定する回転数の判定閾値Ｖ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。
そして、目標回転数Ｖ０が判定閾値Ｖ１よりも小さく、ミシンモーター１６が低速域で回転している場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、第一負荷判定部９５が、ミシンモーター１６におけるＰＷＤ制御のオン期間ＴONが期間閾値Ｔ1以上か判定する（ステップＳ７）。
そして、目標回転数Ｖ０が判定閾値Ｖ１よりも小さく、ミシンモーター１６が低速域で回転している場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、第一負荷判定部９５が、ミシンモーター１６におけるＰＷＤ制御のオン期間ＴONが期間閾値Ｔ1以上か判定する（ステップＳ７）。
【0042】
その結果、オン期間ＴONが期間閾値Ｔ1未満の場合には（ステップＳ７：ＮＯ）、異常負荷のカウント値Ｃ１を１減算する（ステップＳ９）。但し、Ｃ１＞０とする。
一方、オン期間ＴONが期間閾値Ｔ1以上の場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、異常負荷のカウント値Ｃ１を１加算する（ステップＳ１１）。
そして、上記カウント値Ｃ１が規定値Ｃｒ１に達したか否かを判定し（ステップＳ１３）、達した場合には、ステップＳ１５に処理を進め、達していない場合にはステップＳ５に処理が戻される。
なお、上記ステップＳ５～Ｓ１３までの処理は、ＰＷＤ制御の一周期と同期して実行される。
一方、オン期間ＴONが期間閾値Ｔ1以上の場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、異常負荷のカウント値Ｃ１を１加算する（ステップＳ１１）。
そして、上記カウント値Ｃ１が規定値Ｃｒ１に達したか否かを判定し（ステップＳ１３）、達した場合には、ステップＳ１５に処理を進め、達していない場合にはステップＳ５に処理が戻される。
なお、上記ステップＳ５～Ｓ１３までの処理は、ＰＷＤ制御の一周期と同期して実行される。
【0043】
また、前述したステップＳ５において、ミシンモーター１６の目標回転数Ｖ０が判定閾値Ｖ１以上の高速域となった場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、第二負荷判定部９６が、ミシンモーター１６の検出回転数Ｖが目標回転数Ｖ０の係数（例えば0.9）倍に定められた速度閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ１７）。
【0044】
その結果、ミシンモーター１６の検出回転数Ｖが速度閾値以上の場合には（ステップＳ１７：ＮＯ）、異常負荷のカウント値Ｃ２を１減算する（ステップＳ１９）。但し、Ｃ１＞０とする。
一方、ミシンモーター１６の検出回転数Ｖが速度閾値未満の場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、異常負荷のカウント値Ｃ２を１加算する。
そして、上記カウント値Ｃ２が規定値Ｃｒ２に達したか否かを判定し（ステップＳ２３）、達した場合にはステップＳ１５に処理を進め、達していない場合にはステップＳ５に処理が戻される。
なお、上記ステップＳ５～Ｓ２３までの処理は、ＰＷＤ制御の一周期と同期して実行される。
一方、ミシンモーター１６の検出回転数Ｖが速度閾値未満の場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、異常負荷のカウント値Ｃ２を１加算する。
そして、上記カウント値Ｃ２が規定値Ｃｒ２に達したか否かを判定し（ステップＳ２３）、達した場合にはステップＳ１５に処理を進め、達していない場合にはステップＳ５に処理が戻される。
なお、上記ステップＳ５～Ｓ２３までの処理は、ＰＷＤ制御の一周期と同期して実行される。
【0045】
そして、ステップＳ１５において、駆動制御部９７により、負荷回避制御が実行され、ミシンモーター１６に過負荷が発生しているとの判定に従って、ミシンモーター１６の駆動が停止される。
【0046】
［発明の実施形態の技術的効果］
上記ミシン１００のモーター制御装置９０は、ミシンモーター１６の駆動中において、周期的にフィードバック制御部９４が定める、ＰＷＭ制御におけるミシンモーター１６に対する駆動電流のオン期間ＴONの長さ（デューティー比）に応じて、ミシンモーター１６の過負荷の有無を判定する第一負荷判定部９５を備えている。
ミシンモーター１６は、異常負荷の際には、デューティー比が大きくなりオン期間ＴONが長くなる傾向が顕著に現れるので、第一負荷判定部９５は、ミシンモーター１６の過負荷を適正に検出することができ、ミシンモーター１６の過負荷による発熱や破損、不調、短寿命化等を効果的に回避することが可能となる。
上記ミシン１００のモーター制御装置９０は、ミシンモーター１６の駆動中において、周期的にフィードバック制御部９４が定める、ＰＷＭ制御におけるミシンモーター１６に対する駆動電流のオン期間ＴONの長さ（デューティー比）に応じて、ミシンモーター１６の過負荷の有無を判定する第一負荷判定部９５を備えている。
ミシンモーター１６は、異常負荷の際には、デューティー比が大きくなりオン期間ＴONが長くなる傾向が顕著に現れるので、第一負荷判定部９５は、ミシンモーター１６の過負荷を適正に検出することができ、ミシンモーター１６の過負荷による発熱や破損、不調、短寿命化等を効果的に回避することが可能となる。
【0047】
特に、第一負荷判定部９５は、駆動電流のオン期間ＴONの長さ又は比率（デューティー比）が予め定められた期間閾値Ｔ1を超えた場合にミシンモーター１６の異常負荷の発生と判定するので、過負荷の判定をより明確且つ適正に判定することができる。
さらに、第一負荷判定部９５は、駆動電流のオン期間ＴONの長さが期間閾値Ｔ1を超えるか超えないかによってカウント値を増減させてミシンモーター１６の過負荷の発生を判定するので、一時のノイズ等の影響を緩和して、より適正に過負荷の発生を検出することができる。
さらに、第一負荷判定部９５は、駆動電流のオン期間ＴONの長さが期間閾値Ｔ1を超えるか超えないかによってカウント値を増減させてミシンモーター１６の過負荷の発生を判定するので、一時のノイズ等の影響を緩和して、より適正に過負荷の発生を検出することができる。
【0048】
また、第一負荷判定部９５は、目標回転数Ｖが予め定められた判定閾値Ｖ１に満たない場合に、ミシンモーター１６の過負荷の有無を判定する。
ミシンモーター１６の回転数が上がると、無負荷と異常負荷の駆動電流のオン期間ＴONの長さ又はデューティー比の数値範囲の境界となる数値幅が狭くなり、これらを精度良く判定することが難しくなる。従って、第一負荷判定部９５は、目標回転数Ｖの制限値を判定閾値Ｖ１とする回転数の範囲で過負荷の判定を行い、判定の精度を高く維持することを可能としている。
ミシンモーター１６の回転数が上がると、無負荷と異常負荷の駆動電流のオン期間ＴONの長さ又はデューティー比の数値範囲の境界となる数値幅が狭くなり、これらを精度良く判定することが難しくなる。従って、第一負荷判定部９５は、目標回転数Ｖの制限値を判定閾値Ｖ１とする回転数の範囲で過負荷の判定を行い、判定の精度を高く維持することを可能としている。
【0049】
また、目標回転数Ｖが予め定められた判定閾値Ｖ１以上である場合には、目標回転数に対して、検出回転数が速度閾値未満となる場合に、ミシンモーター１６の過負荷の発生と判定する第二負荷判定部により判定を行っている。
これにより、ミシンモーター１６をより広範囲の回転数で過負荷の発生を検出することが可能となる。
また、第二負荷判定部９６の場合も、検出回転数が速度閾値を超えるか超えないかによってカウント値を増減させてミシンモーター１６の過負荷の発生と判定するので、第一負荷判定部９５と同様に、一時のノイズ等の影響を緩和して、より適正に過負荷の発生を検出することができる。
これにより、ミシンモーター１６をより広範囲の回転数で過負荷の発生を検出することが可能となる。
また、第二負荷判定部９６の場合も、検出回転数が速度閾値を超えるか超えないかによってカウント値を増減させてミシンモーター１６の過負荷の発生と判定するので、第一負荷判定部９５と同様に、一時のノイズ等の影響を緩和して、より適正に過負荷の発生を検出することができる。
【0050】
また、駆動制御部９７は、負荷回避制御として、ミシンモーター１６を停止させるので、過負荷でのミシンモーター１６の駆動を低減回避することが出来、ミシンモーター１６を効果的に保護することが可能である。
また、モーター制御装置９０に表示部や音声出力部を設けて、駆動制御部９７が負荷回避制御として、ミシンモーター１６の過負荷状態を報知する制御を行う構成とした場合には、ミシンの操作者にすぐにミシンモーター１６の過負荷を知らしめることが出来、その時の状況に応じた対応策をとることが可能である。
また、モーター制御装置９０に表示部や音声出力部を設けて、駆動制御部９７が負荷回避制御として、ミシンモーター１６の過負荷状態を報知する制御を行う構成とした場合には、ミシンの操作者にすぐにミシンモーター１６の過負荷を知らしめることが出来、その時の状況に応じた対応策をとることが可能である。
【0051】
［その他］
上記モーター制御装置９０において、フィードバック制御部９４、第一負荷判定部９５、第二負荷判定部９６、駆動制御部９７の各種機能は、マイコン９１がメモリ９２内のプログラムを実行することにより実現する構成を例示したが、これらの各種機能に一部又は全部については、チップや回路等のハードウェアにより構成してもよい。
上記モーター制御装置９０において、フィードバック制御部９４、第一負荷判定部９５、第二負荷判定部９６、駆動制御部９７の各種機能は、マイコン９１がメモリ９２内のプログラムを実行することにより実現する構成を例示したが、これらの各種機能に一部又は全部については、チップや回路等のハードウェアにより構成してもよい。
【0052】
また、モーター制御装置９０では、目標回転数を判定閾値と比較して第一負荷判定部９５と第二負荷判定部９６のいずれにより過負荷の判定を行うかを決定する場合を例示したが、目標回転数ではなく検出回転数を判定閾値と比較して第一負荷判定部９５と第二負荷判定部９６のいずれにより過負荷の判定を行うかを決定するように処理を行っても良い。
【0053】
また、第二負荷判定部９６の速度閾値を、目標回転数の１未満の係数倍とする例を示したが、これに限定されない。
例えば、第二負荷判定部９６の速度閾値を、目標回転数から所定数減じた回転数を速度閾値としても良い。この場合、目標回転数から減じる所定数は、目標回転数の大きさごと（一定の帯域ごとでも良い）に個別に定めても良い。
例えば、第二負荷判定部９６の速度閾値を、目標回転数から所定数減じた回転数を速度閾値としても良い。この場合、目標回転数から減じる所定数は、目標回転数の大きさごと（一定の帯域ごとでも良い）に個別に定めても良い。
【0054】
また、モーター制御装置９０の制御対象はミシンモーター１６に限定されない。
例えば、ミシン１００がミシンモーター以外の他のモーターも備えている場合には、当該他のモーターに対して、上述したミシンモーター１６のモーター制御装置９０と同一の構成で過負荷を判定するモーター制御装置をミシンに搭載しても良い。
例えば、ミシン１００がミシンモーター以外の他のモーターも備えている場合には、当該他のモーターに対して、上述したミシンモーター１６のモーター制御装置９０と同一の構成で過負荷を判定するモーター制御装置をミシンに搭載しても良い。
【符号の説明】
【0055】
１６ ミシンモーター（モーター）
１６ａ モータードライバ
９０ モーター制御装置
９１ マイコン
９２ メモリ
９３ ペダル（設定入力部）
９４ フィードバック制御部
９５ 第一負荷判定部
９６ 第二負荷判定部
９７ 駆動制御部
１００ ミシン
１６１ エンコーダ（検出部）
１６１ａ モーター角度検出回路（検出部）
Ｔ1 期間閾値
ＴON オン期間
Ｖ 検出回転数
Ｖ０ 目標回転数
Ｖ１ 判定閾値
１６ａ モータードライバ
９０ モーター制御装置
９１ マイコン
９２ メモリ
９３ ペダル（設定入力部）
９４ フィードバック制御部
９５ 第一負荷判定部
９６ 第二負荷判定部
９７ 駆動制御部
１００ ミシン
１６１ エンコーダ（検出部）
１６１ａ モーター角度検出回路（検出部）
Ｔ1 期間閾値
ＴON オン期間
Ｖ 検出回転数
Ｖ０ 目標回転数
Ｖ１ 判定閾値
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】