电磁线圈控制装置及缝纫机的线张力调节装置.pdf

一种电磁线圈控制装置，具有通过对施加于电磁线圈的直流电压进行PWM控制来控制该电磁线圈的动作力的驱动控制部，其特征在于，所述驱动控制部可进行PWM频率的变更，作为PWM频率具有：将所述电磁线圈的动作力维持在基本一定时的维持用PWM频率、以及使所述电磁线圈的动作力变化时的变化用PWM频率，设置有将所述变化用PWM频率设定在10Hz以上、且300Hz以下的范围内的PWM频率设定部。

1、  一种电磁线圈控制装置，具有通过对施加于电磁线圈的直流电压进行PWM(Pulse Width Modulation)控制来控制该电磁线圈的动作力的驱动控制部，其特征在于，
所述驱动控制部可进行PWM频率的变更，
作为PWM频率具有：将所述电磁线圈的动作力维持在基本一定时的维持用PWM频率、以及使所述电磁线圈的动作力变化时的变化用PWM频率，设置有将所述变化用PWM频率设定在10Hz以上、且300Hz以下的范围内的PWM频率设定部。

2、  如权利要求1所述的电磁线圈控制装置，其特征在于，维持用PWM频率设定为比300Hz高的PWM频率。

3、  如权利要求2所述的电磁线圈控制装置，其特征在于，维持用PWM频率设定为1000Hz以上的PWM频率。

4、  如权利要求1所述的电磁线圈控制装置，其特征在于，具有判断电磁线圈的动作力是否已基本一定的稳定状态判断部，
PWM频率设定部，以所述稳定状态判断部判断为所述电磁线圈的动作力已基本一定为条件来进行从变化用PWM频率向维持用PWM频率的切换。

5、  如权利要求4所述的电磁线圈控制装置，其特征在于，稳定状态判断部，以从变化用PWM频率下的PWM控制的开始时刻起经过了规定时间为依据判断为电磁线圈的动作力已基本一定。

6、  如权利要求1至5中任一项所述的电磁线圈控制装置，其特征在于，维持用PWM频率和变化用PWM频率可进行变更。

7、  一种缝纫机的线张力调节装置，具有：向线提供张力的夹线板；为了调整该夹线板所形成的线的张力而使该夹线板动作的电磁线圈；通过对施加于该电磁线圈的直流电压进行PWM控制来控制使所述线的张力成为目标值的该电磁线圈的动作力的驱动控制部，其特征在于，
所述驱动控制部可进行PWM频率的变更，
作为PWM频率具有：将所述电磁线圈的动作力维持在基本一定时的维持用PWM频率、以及使所述电磁线圈的动作力变化时的变化用PWM频率，设置有将所述变化用PWM频率设定在10Hz以上、且300Hz以下的范围内的PWM频率设定部。

8、  如权利要求7所述的缝纫机的线张力调节装置，其特征在于，维持用PWM频率设定为比300Hz高的PWM频率。

9、  如权利要求8所述的缝纫机的线张力调节装置，其特征在于，维持用PWM频率设定为1000Hz以上的PWM频率。

10、  如权利要求7所述的缝纫机的线张力调节装置，其特征在于，具有判断电磁线圈的动作力是否已基本一定的稳定状态判断部，
PWM频率设定部，以所述稳定状态判断部判断为所述电磁线圈的动作力已基本一定为条件来进行从变化用PWM频率向维持用PWM频率的切换。

11、  如权利要求10所述的缝纫机的线张力调节装置，其特征在于，稳定状态判断部，以从变化用PWM频率下的PWM控制的开始时刻起经过了规定时间为依据判断为电磁线圈的动作力已基本一定。

12、  如权利要求7至11中任一项所述的缝纫机的线张力调节装置，其特征在于，维持用PWM频率和变化用PWM频率可进行变更。

电磁线圈控制装置及缝纫机的线张力调节装置
(1)技术领域
本发明涉及通过对施加于电磁线圈(solenoid)的直流电压进行PWM控制从而来控制该电磁线圈的动作力的电磁线圈控制装置及缝纫机的线张力调节装置。
(2)背景技术
以往，例如在缝纫机中，在从线供给源至缝针的线路径中设置有一对夹线板，利用该一对夹线板将线夹住向线提供张力。该场合，一对夹线板中的一方作为可动板而另一方作为固定板，通过电磁线圈可使该可动板动作。并且，通过电磁线圈来调整可动板对固定板的推压力(电磁线圈的动作力调整)，从而可增加或减少线的张力。
这种构成在日本国昭和59年特许申请公开第197287号公报中已有记载。
在上述公报所记载的缝纫机的线张力调节装置中，由于在电磁线圈的驱动电流与推力(动作力)之间存在滞后，因此，在变更线的张力时、即变更电磁线圈的动作力时，对电磁线圈的驱动电流进行控制，在其一旦下降为零之后再控制到与目标推力相当的驱动电流。
其中，在电磁线圈的动作力一旦成为零时，存在着使线的张力不必要地突然大幅下降的问题。这种情况不限于缝纫机的线张力调节装置中所使用的电磁线圈。
(3)发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁线圈的动作力不会无意中发生大的变动、能顺利得到目标动作力的电磁线圈控制装置及缝纫机的线张力调节装置。
在通过以设定的占空比对施加于电磁线圈的直流电压进行PWM控制来控制该电磁线圈的动作力的场合，若PWM频率较高，则在驱动电流与动作力的关系中会出现滞后。因此，在通过增加或减少驱动电流来增加或减少动作力时，不能线性地得到目标动作力。反之，若PWM频率较低，则上述滞后减小，目标动作力大致成为线性。本申请发明人通过调查得出以下结论。
将电磁线圈的动作维持在基本一定时的PWM频率(以下称为维持用PWM频率)最好是较高的PWM频率，使电磁线圈的动作力变化时的PWM频率(以下称为变化用PWM频率)最好是较低的频率。若变化用PWM频率超出300Hz，则在驱动电流与动作力的关系中滞后增大，当变化用PWM频率不到10Hz时，则电磁线圈的动作成为明显的间歇动作，不适合于实际使用。其结果是，得出变化用PWM频率最好在10Hz以上、且300Hz以下范围内的结论。
本发明的电磁线圈控制装置，具有通过对施加于电磁线圈的直流电压进行PWM控制来控制该电磁线圈的动作力的驱动控制部，其特征在于，所述驱动控制部可进行PWM频率的变更，作为PWM频率具有：将所述电磁线圈的动作力维持在基本一定时的维持用PWM频率、以及使所述电磁线圈的动作力变化时的变化用PWM频率，设置有将所述变化用PWM频率设定在10Hz以上、且300Hz以下的范围内的PWM频率设定部。
采用这种构成，由于PWM频率设定部将变化用PWM频率设定在10Hz以上、且300Hz以下的范围内，因此，在增加或减少电磁线圈的动作力时，使用所述变化用PWM频率进行PWM控制，能在基本没有上述滞后的状态下将电磁线圈的动作力线性地控制到目标动作力。其结果是，电磁线圈的动作力不会产生无意中的大幅变动，并且，电磁线圈的动作从实际使用上来说也达到良好，能顺利地得到目标动作力。在维持电磁线圈的动作力时，通过设定成频率较高的维持用PWM频率来进行PWM控制，从而能大幅减小噪音。
(4)附图说明
图1为表示本发明实施例1的线张力调节装置的电气性构成的方框图。
图2为平缝缝纫机的立体图。
图3为线张力调节装置部分的纵剖面主视图。
图4为表示控制部的控制内容的流程图。
图5A为表示变化用PWM频率下的PWM控制波形的图。
图5B为表示动作力不同时变化用PWM频率下的PWM控制波形的图。
图5C为表示维持用PWM频率下的PWM控制波形地图。
图5D为表示动作力不同时维持用PWM频率下的PWM控制波形的图。
图6为表示驱动电流随线张力的设定而变化的一例的图。
图7为表示维持用PWM频率的驱动电流值与推力的关系的图。
图8为表示变化用PWM频率的驱动电流值与推力的关系的图。
图9为表示PWM频率与滞后的关系的图。
图10为表示PWM频率与实际使用优劣的关系的图。
图11为表示PWM频率与噪音的关系的图。
图12为表示本发明实施例2的与图3相当的图。
图13为与图1相当的图。
(5)具体实施方式
为了更详细地说明本发明，而参照附图进行说明。图1至图11表示本发明的实施例1。
如图2所示，平缝缝纫机1载置在作业台T上。在平缝缝纫机1的机座部2上设置有针板5。柱部3朝向上方地设置在该机座部2的后端部。在该柱部3的上端部，与机座部2相向地设置有向前方延伸的机臂部4。
在机臂部4内设置有针杆驱动机构(未图示)、挑线装置驱动机构(未图示)、线张力调节装置10。针杆驱动机构通过主轴将缝纫机电机(未图示)的动作力传递给针杆6使其上下运动。该针杆6具有缝针7。该缝针7与针杆6一起进行上下运动。
挑线装置驱动机构对拉引面线9的挑线杆8进行上下驱动。
线张力调节装置10位于从未图示的线供给源经由挑线杆8至缝针7的面线供给路径的途中部。
该线张力调节装置10由一对夹线板11、12、电磁线圈13、推压力传递构件14、后述的电磁线圈控制装置15(参照图1)等构成。
在固定于机臂部4上的夹线座25内部具有夹线轴26。
所述一对夹线板11、12用于向面线9提供张力，夹线轴26支承着一方的夹线板11，使其相对于另一方的夹线板12不能活动。另一方的夹线板12相对于该夹线板11可通过连杆12a进行移动(可进行推压)。
电磁线圈13由一般性的比例电磁线圈构成，对该电磁线圈13进行通电驱动时，驱动输出轴13a进入，通过推压力传递构件14和连杆12a使所述另一方的夹线板12移动。在输出轴13a的端部安装着制动器13b，在该制动器13b与电磁线圈13的端面13c抵触时，则该输出轴13a的移动停止。
该电磁线圈13，与施加的驱动电压(驱动电流)对应地使输出轴13a对夹线板12的推压力变化，从而使一对夹线板11、12所形成的线的张力发生变化。在该电磁线圈13解除了驱动电压的施加(断电)时，则该输出轴13a利用弹簧14a返回到原来位置(图3所示的位置)。
如图1所示，电磁线圈控制装置15由控制部16、驱动控制部17、电流检测部18构成。控制部16含有微机。该微机具有CPU、ROM、RAM、输入输出接口等。
该控制部16负责电磁线圈13的全部控制，相当于PWM频率设定部及稳定状态判断部。
作为设定的PWM频率，包括：所述驱动控制部17将所述电磁线圈13的动作力维持在基本一定时的维持用PWM频率(参照图5A、图5B、图7)；使所述电磁线圈的动作力变化时的变化用PWM频率(参照图5C、图5D、图8)。
控制部16按照线张力设定指令S将该指令转换成使张力成为目标值的驱动电流值，将与该驱动电流值对应的占空比指令D向驱动控制部17输出。该控制部16作为PWM频率指令交替地输出变化用PWM频率指令Ph和维持用PWM频率指令Pi。
变化用PWM频率设定在10Hz以上且300Hz以下的范围中，例如为100Hz，维持用PWM频率设定为不仅超出300Hz的PWM频率、且是1000Hz以上的PWM频率，为10000Hz。
驱动控制部17包含具有未图示的开关元件的PWM驱动控制电路。向该驱动控制部17提供未图示的直流电源(直流电压Vk例如为30V)。该驱动控制部17一旦接受到占空比指令D，则按照该指令D，如图5A、图5B所示、或者如图5C、图5D所示，变更占空比。
图5A和图5C中，PWM频率不一样，但电磁线圈13的驱动电流执行值相同，电磁线圈13的动作力大致相同。
图5B和图5D中，PWM频率不一样，但电磁线圈13的驱动电流执行值相同，电磁线圈13的动作力大致相同。
图7表示维持用PWM频率(高频率)下的驱动电流值(A)与电磁线圈13的推力(N)的关系，从该图中可以看出，驱动电流值与推力(相当于动作力)存在滞后。
图8表示变化用PWM频率(低频率)下的驱动电流值与推力的关系。从该图8中可以看出，在变化用PWM频率下基本没有滞后。所述推力由驱动电流值(进而是输出电压)决定，该驱动电流值按照前述的PWM控制的占空比进行控制。
图9表示PWM频率和对应于各PWM频率的滞后大小(规定驱动电流下的推力增加方向和减小方向的推力差(绝对值))的关系。图10表示PWM频率与实际使用优劣的关系。图11表示各PWM频率与噪音的大小程度的关系。
从上述图9中可以看出，若PWM频率在300Hz以下，则基本上可忽视滞后，从滞后的观点出发，作为变化用PWM频率最好在300Hz以下。从图10中可以看出，若PWM频率减小到10Hz，则电磁线圈的动作成为明显的间歇动作，实际使用性差。图10中，“×”表示实际使用性差，“○”表示实际使用性好。其结果是，变化用PWM频率最好是在10Hz以上、且300Hz以下的范围内。
本实施例中，将变化用PWM频率设定为100Hz，从而可进一步减小滞后，且实际使用性也好。
从图11中可以看出，若PWM频率高于300Hz，则噪音减小，因此，作为维持用PWM频率，只要高于300Hz即可。特别是使用1000Hz以上的PWM频率时噪音能进一步减小。本这实施例中，将维持用PWM频率设定为10000Hz，故噪音更小。
在上述的图1中，输入部19由用户进行操作，用于对夹线板11、12的线张力进行调整，将与该操作对应的线张力设定指令S输入到控制部16。显示部20作出表示线张力程度的显示。
对于所述控制部16的控制内容，参照图4的流程进行说明。
该流程例如是在缝纫机的未图示的主电源处于“ON”时启动的。用户操作输入部19，在输入了对应于夹线板11、12的线张力设定指令S后，则控制部16判断该线张力设定指令S的输入(步骤R1)，读入该设定值(步骤R2)。控制部16将其转换成驱动电流值后，将与该驱动电流值对应的电流值指令、即占空比指令D输出(步骤R3)。作为PWM频率指令输出变化用PWM频率指令Ph(步骤R4)。
接受到上述的占空比指令D和变化用PWM频率指令Ph的驱动控制部17，在变化用PWM频率下、且按照与占空比指令D对应的占空比对直流电压Vk进行PWM控制。
该场合，通过电流检测部18检测出驱动电流后反馈给控制部16，控制部16对占空比进行控制使其接近于目标驱动电流。
控制部16对距离变化用PWM频率下的PWM控制的开始时刻是否经过了规定时间Ts作出判断(步骤R5)。若控制部16判断为已经过了规定时间Ts，则据此判断为电磁线圈13的动作力已基本一定，在下一步骤R6中，将作为PWM频率指令输出维持用PWM频率指令Pi(从变化用PWM频率切换成维持用PWM频率)。
通过使用频率较低的维持用PWM频率来进行动作力过渡期的控制，从而无论是动作力(驱动电流)增加还是减少的场合，都能减小推力与驱动电流的滞后，能线性地设定线的张力或者变更设定。
接受到该维持用PWM频率指令Pi的驱动控制部17，使用频率比所述变化用PWM频率高的维持用PWM频率来进行PWM控制。该场合也是将驱动电流反馈后使其接近于目标驱动电流。通过该高频率的PWM控制能减小电磁声等噪音，并可维持动作力。
图6表示驱动电流随着线张力的设定而变化的一例，在时间t1，在将线的张力设定为任意的张力时，则以与该张力对应的驱动电流I1的占空比、且在变化用PWM频率的控制模式QL下进行PWM控制(该期间是前述的规定时间Ts)。在该规定时间Ts后，在维持用PWM频率的控制模式QH下进行PWM控制。然后，在时间t2，若进一步增大地设定线的张力，则以与该张力对应的驱动电流I2(I2＞I1)的占空比、且在变化用PWM频率的控制模式QL下进行PWM控制(该期间也是前述的规定时间Ts)。
在时间t3，若使线的张力减小地进行设定，则以与该张力对应的驱动电流I3(I3＜I2)的占空比、且在变化用PWM频率的控制模式QL下进行PWM控制(该期间也是前述的规定时间Ts)。
在时间t4，若将主电源关闭或将线的张力设定为自由状态，则电磁线圈13断电(关闭)。
采用这种线张力调节装置10的话，则不仅设置有驱动控制部17而且设置有控制部16，所述驱动控制部17构成为通过以设定的占空比对施加于电磁线圈13的直流电压Vk进行PWM控制，从而控制使线的张力成为目标值的该电磁线圈13的动作力即驱动电流，并能变更PWM频率，所述控制部16作为PWM频率具有：该驱动控制部17电磁线圈13的动作力维持在基本一定时的维持用PWM频率、以及使电磁线圈13的动作力变化时的变化用PWM频率，将该变化用PWM频率设定在10Hz以上、且300Hz以下的范围中，例如为100Hz。
采用这种构成，在增加或减少电磁线圈13的动作力时，使用所述变化用PWM频率进行PWM控制，能在基本没有所述滞后的状态下将电磁线圈13的动作力线性地控制到目标动作力。其结果是，电磁线圈13的动作力不会发生无意中的大幅变动，并且，电磁线圈13的动作从实际使用上来说也达到良好，能顺利地得到目标动作力。
在维持电磁线圈13的动作力时，通过设定为频率高的维持用PWM频率来进行PWM控制，能大幅减小噪音。
因将该维持用PWM频率设定为1000Hz以上的PWM频率即10000Hz，故可进一步减小噪音。其结果是，电磁线圈13的动作力、即线的张力不会无意中发生大的变动而松弛，能顺利地得到目标张力，并且，还具有减少变更线的张力时所产生的噪音问题的效果。
本实施例中，控制部16对电磁线圈13的动作力是否基本一定作出判断，将判断为电磁线圈13的动作力是基本一定作为条件来进行从变化用PWM频率向维持用PWM频率的切换，由此，能正确地进行从使线的张力变化时的变化用PWM频率向维持线的张力时的维持用PWM频率的切换。
本实施例中，由于以从变化用PWM频率下的PWM控制的开始时刻起经过了规定时间Ts为依据来判断电磁线圈13的动作力基本一定，因此，不需要对实际张力进行检测的检测装置，能以简单的构成来判定动作力、即线的张力维持为一定的稳定状态。
上述的维持用PWM频率和变化用PWM频率不固定为10000Hz及100Hz，也可进行变更。这样，对缝纫机的固有振动声的降低等有效。
图12和图13表示本发明的实施例2，在该实施例2中，判断电磁线圈13的动作力基本维持一定的构成与实施例1有所不同。
在电磁线圈13的端面13c上设置压电传感器21。在使电磁线圈13动作时，电磁线圈13的动作力通过制动器13b作用于该压电传感器21。该压电传感器21产生与电磁线圈13的动作力大小对应的电压。
控制部16相当于稳定状态判断部。以压电传感器21的电压上升后成为了一定值为依据判断电磁线圈13的动作力已基本维持一定。采用这种构成，能尽快地判断出电磁线圈13的动作力基本一定的稳定状态。
本发明不限定于上述的实施例，也可进行下列变更加以实施。
1)采用了将电磁线圈13的动作力通过推压力传递构件14直线性地传递给夹线板12的构成，但上述动作力也可通过连杆等传递给夹线板12。
2)电磁线圈控制装置15也可不采用反馈控制而采用开放式控制。
3)电磁线圈控制装置15除了缝纫机的线张力调节装置10以外还能适用于一般性的电磁线圈控制装置。换言之，在具有通过对施加于电磁线圈的直流电压进行PWM控制来控制该电磁线圈的动作力的驱动控制部的电磁线圈控制装置中，所述驱动控制部可进行PWM频率的变更。作为PWM频率具有：将所述电磁线圈的动作力维持在基本一定时的维持用PWM频率、以及使所述电磁线圈的动作力变化时的变化用PWM频率。最好构成为设置有将所述变化用PWM频率设定在10Hz以上、且300Hz以下的范围内的PWM频率设定部。在增加或减少电磁线圈的动作力时，使用所述变化用PWM频率进行PWM控制，能在基本没有上述滞后的状态下将电磁线圈的动作力线性地控制到目标动作力，其结果是，电磁线圈的动作力不会产生无意中的大幅变动，并且，电磁线圈的动作从实际使用上来说也达到良好，能顺利地得到目标动作力。
4)维持用PWM频率可以是比300Hz高的PWM频率。
5)作为判断电磁线圈13的动作力基本一定的稳定状态的构成，也可设置位置检测传感器，对在输出轴13a或推压力传递构件14移动时该输出轴13a或推压力传递构件14是否到达了规定位置进行检测。以从该位置传感器的规定位置检测时刻起经过了规定时间为依据判断出电磁线圈13的动作力基本一定的稳定状态。
6)其他方面，本发明不限定于以上说明的实施例，业内人士可在不脱离本发明宗旨的范围内，对上述实施例附加各种变更来予以实施，本发明也包括这些变更形态。