專利名稱：電動拉坯機的制作方法
技術領域：
電動拉坯機
技術領域：
本實用新型涉及使用在陶藝等上的相關電動拉坯機。特別是使用直流無刷 馬達作為傳動部。
技術背景
在陶藝界，在廣泛普及用電氣馬達帶動轉臺回轉的電動拉坯機。電動拉坯 機，由裝載粘土的轉臺、驅動轉臺的馬達，調整馬達速度的調整用腳踏板、根 據速度調整用腳踏板的踏入位置，控制馬達的回轉速度的驅動控制部組成；驅 動控制部，使馬達在符合速度調整用的腳踏板的踏入量范圍內回轉。
在制陶作業中，將粘土裝載在轉臺上， 一邊轉動轉臺一邊使粘土成形。但 是與此同時，施加在粘土上的力作用于轉臺上而成為轉臺的回轉負載，結果使 作業中轉臺的速度發生變動，這是在制陶作業中不希望發生的情況。因此，操 作者必須隨時對腳踏板的踏入量進行微調使轉臺回到所希望的速度，這個作業 需要有熟練的操作經驗，是一個難度很高的作業。
一直以來的電動拉坯機，是僅僅通過霍爾傳感器檢測出轉子磁極的切換時 刻來確定流入線圈電流的切換時間，因此使轉臺滑動回轉有一定的界限。特別 是轉子的回轉速度在低速發生變動時，切換電流時馬達回轉產生明顯的同步延 遲，產生相位偏移現象，而且如果轉子發生瞬間停止的話會造成制陶途中的作 品損壞。
發明內容
本實用新型的目的是提出一種電動拉坯機，能夠使馬達的回轉速度不拘泥 于被施加在轉臺上的扭矩的大小，保證馬達與指令速度對應的速度內保持轉動， 維持速度穩定性。為實現上述目的，本實用新型專利提出了一種電動拉坯機，具備驅動裝載 粘土的轉臺的馬達，可外部操作的操作部，與上述操作部的操作量相對應的指 令速度的速度設定部，檢測上述馬達回轉速度的速度檢出部，從上述指令速度 和上述回轉速度的差分中生成速度控制信號的PI控制部，生成使上述速度控制 信號靠近0的逆變器，和提供上述馬達的馬達驅動部。
作為優選，該馬達為由定子和與定子相對的由多個磁塊組成的轉子而構成 的直流無刷馬達，該馬達具備根據轉子磁塊的排列間距而產生的分辨率來檢測 轉子相對于定子的位置的位置檢出部，上述馬達驅動部是使其對應上述轉子磁 鐵的排列間距的位置，記錄正弦波信號的內存和讀取對應用上述位置檢出部檢 測出的位置的正弦波信號，從這個讀取出的信號和上述速度控制信號中生成驅 動信號。使轉臺能平滑轉動的同時，提高了其應變性。
作為優選，上述轉子被安裝在上述定子的內側。能提高馬達的應變性。
作為優選，上述PI控制部對上述指令速度和上述檢測速度的差分，至少實 施比例控制和積分控制中的一個。可以正確地使馬達回轉速度與指令速度相一 致。
作為優選，上述馬達驅動部包括產生馬達驅動電流的驅動回路和；檢測供 給馬達電流的檢測電路和；存儲允許的馬達驅動電流的上限值的上限電流記憶 部和；具有比較根據檢測電路檢測出的電流值和被存儲在上限電流存儲部的電 流值的比較部；比較部的輸出反饋到驅動回路，控制從驅動回路輸出的馬達驅 動電流。
作為優選，上述馬達驅動部包括產生馬達驅動電流的驅動回路和，生成馬 達驅動的脈沖信號的脈沖信號發生部和，控制脈沖信號的脈沖寬度的脈沖寬度 控制部和，存儲允許的馬達驅動電流的上限值的上限電流存儲部和，根據檢測 電路檢測出的電流值和被存儲在上限電流存儲部的電流值的比較結果為基礎控 制驅動電路的驅動部和被設置于脈沖寬度控制部和在脈沖信號發生部之間，檢測出脈沖信號發生部的電壓是否在設定值以下，在以下的時候，照原來的信號 通過，比設定值大的時候，根據所定值的電壓加載在馬達上的負載在達到異常 發生的區域前實現馬達減速的限位器。
本實用新型專利的有益效果本實用新型馬達的回轉速度不拘泥于被施加 在轉臺上的扭矩的大小，保證馬達與指令速度對應的速度內保持轉動，維持了 轉臺速度的穩定性。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實 用新型的限定。
圖1是有關本發明的電動拉坯機的一個實施形式的外觀圖； 圖2是圖1的剖面圖3表示有關本發明的電動拉坯機的主要部分的結構圖； 圖4表示指令速度和腳踏板的輸出電壓信號的關系圖； 圖5表示在圖3的結構圖中顯示的驅動回路的詳細圖； 圖6為了說明電動拉坯機的動作的時序圖； 圖7表示指令速度和腳踏板的輸出電壓信號的關系圖； 圖8表示指令速度和腳踏板的輸出電壓信號的關系圖； 圖9表示負載和轉速的關系圖lo表示負載和轉速的關系圖。
具體實施方式
以下圖l，表示有關本發明的電動拉坯機的一個實施形式的外觀圖。圖1 中，電動拉坯機，特征在于外殼l和其上部垂直軸周圍設置的回轉可能的轉臺 2的同時，外殼l的側面下側回轉自由的軸支座的速度調整用的腳踏板3和、 側面的適當處設置了電源開關5 、設置在底面規定位置的固定用橡膠腳墊6禾口、 設置在電源開關5的上側的切換轉臺2的回轉方向的開關8 。電源開關5的下側制作了電源線7的引線出口。
腳踏板3有根據操作者腳的放置而設計的形狀，其下部有圖中省略的水平 軸，可繞軸轉動。圖中省略的水平軸，在外殼l內部通過齒輪增速機構與變位
器連接，產生對應腳踏板3的踏入量的電壓。因此對于腳踏板3的踏入量的變 化，輸出電壓的變化就會變大，提高了操作性能。操作桿4手動操作與腳踏板 3有相同的功能。
圖2為圖1中表示的電動拉坯機的側面剖面圖。如圖2所示，電動拉坯機， 外殼1內馬達1 1以站立姿勢被安裝。馬達1 1為定子1 2 ，與之同軸被設置 在內側的轉子l 3構成的直流無刷馬達。定子l 2由下側開口的杯狀的定子輪 轂l2l和被排列在定子輪轂l21的內周面的U、 V及W的3相線圈構成。 轉子l3由上方開口的杯狀的轉子輪轂l31和互相交換排列在轉子輪轂13 1的外周面的S及N極，和線圈l 2 2相對設置的轉子磁鐵1 3 2構成。本實 施形式中轉子磁塊有20極。在外殼l的上面，通孔l a先通過，此處設置有軸 承l 4 1，在此軸承內，從外殼1的上面垂直露出的馬達軸l 4被支撐。在馬 達軸1 4的上部隨同可能得安裝回轉臺2 。
外殼1的上面，馬達軸l 4貫通的支架1 8，例如由2根螺栓1 6安轉。 馬達軸l 4的上面，支架l 8的上側，轉臺2用螺栓1 9安裝在裝置本體上。 還要在馬達軸l 4的下端安裝為檢測轉子1 3位置的旋轉編碼器2 1 。另外這 個旋轉編碼器，無論是機械式或者光學式都可，另外，設置的位置也不限制于 圖示例，比如馬達軸l4的中間部也可。
旋轉編碼器2 l中，位置檢出部6 0、生成用比轉子磁鐵l 3 2的排列間 距更細的分辨率檢測出轉子l 3的位置的脈沖信號，所以比如說能夠檢測出轉 子磁鐵1 3 2的排列間距間的1 0 0脈沖。馬達l l為轉子l 3被安裝在定子1 2的內側的嵌入式馬達，通過馬達軸
1 4使轉臺能直接回轉的DD (直接驅動馬達)馬達。
如上結構的電動拉坯機，線圈l 2 2中通勵磁電流后，轉子l 3和定子1 2間發生磁場，由于這個磁場使轉子1 3和馬達軸1 4回轉，然后連接在馬達 軸l4上的轉臺2也回轉。
在定子某處，安裝有既定的比如3個的霍爾傳感器4 0 (參照圖3)。霍爾 傳感器4 0，通過檢測轉子13的磁極的變化，可檢測出轉子磁極l 3 2與定子 12的相對位置。
圖3，表示此電動拉坯裝置的回轉驅動的構造圖。此回轉驅動有CPU、 R OM及RAM組成，CPU實行對各機能部的處理。
速度檢出部5 0，依次檢測出從旋轉編碼器2 l輸出的脈沖信號的邊沿， 從檢測出的周期可以算出馬達3 0的回轉速度。
位置檢出部6 O由計數器等組成，根據從旋轉編碼器2 l輸出的脈沖信號 和從霍爾傳感器4 O輸出的脈沖信號，求出轉子l 3的位置。具體說，位置檢 出部6 0為檢測出從霍爾傳感器4 O輸出的脈沖信號的邊沿后，計數器重置， 開始從旋轉編碼器2 l輸出的脈沖信號的計數，輸出此計數值。此計數值，以 霍爾傳感器4 O檢測出的轉子磁鐵132的位置為基準，旋轉編碼器2 l是輸出 脈沖信號的脈沖數。因此，旋轉編碼器2 l如果計數出輸出脈沖信號的脈沖數 的話，就能特定出轉子l 3的位置。另外，位置檢出部6 0，使用旋轉編碼器
2 l輸出的脈沖信號的頻率得例如4倍頻率計數，能更高精度(分辨率)的檢 測出轉子l3的位置。
速度設定部7 0， ROM中，存儲了對應從腳踏板3輸出的電壓信號和、 與電壓信號的水平相符合的指令速度值。速度設定部7 0，接收到從腳踏板3輸出的電壓信號后，從ROM中讀出對應那個電壓信號的水平的指令速度值。在本實施形式中，如圖4所示，根據隨著電壓信號的水平的增大此數值也會線性增大的函數來設定指令速度值。
指令速度判斷部8 0，接收速度設定部7 0指令速度值，與預定的指令速度值的水平的第1閾值及比第1閾值小的第2閾值進行比較，輸出能使馬達30的回轉速度變為0的勵磁信號，或者，使向馬達3 0的勵磁停止。逆變器l 10，與比較量相符合的指令速度值的水平比第l閾值低的話，對于逆變器l 10，指示輸出并使轉臺2的回轉速度變為Q的勵磁信號，另外，指令速度值的水平比第2閾值低的話，對于逆變器l 1 0，指示使通向線圈l 2 2的勵磁停止。
減算部9 0 ，算出腳踏板3的變位器輸出的指令速度和速度檢出部5 0輸出的檢出速度的差，將這個差輸出到P I控制部。
P I控制部l 0 0，由使檢測速度和指令速度的差分按指定加倍的比例部1 0 l和，積分比例部l 0 l輸出的信號的積分部l 0 2和、計算比例部l 0l及積分部l 0 2輸出的信號的加法部1 0 3組成，為使指令速度值和檢測速度能準確的保持一致，增大速度控制信號的電子電路的增益等。
逆變器l 1 0由存儲位置檢出部6 0檢測出的轉子1 3的位置(計數值)對應的正弦波形的振幅值的存儲單元1 1 0 l和；從存儲單元l 1 0 l輸出的3相UVW的輸出值和P I控制部l 0 0輸出的控制速度值相乘的3個的乘法部l 1 0 2和；乘法部l 1 0 2算出來的各輸出值變換為模擬信號的3個的PWM控制部1 1 0 3組成，根據這些組成，既能控制各相的電壓，也能將電流控制成正弦波形。
代替上述正弦波形，正弦波中包含高次高頻波也可。另外，逆變器l 1 0，一旦被指示停止從指令速度判斷部8 0往線圈1 2 2的勵磁，驅動回路l 2 0
的勵磁信號的輸出就會停止。
驅動回路l 2 0，切換3相UVW的各相的通電，正負極合計共6個的開關元件組成，通過向馬達3 0的3相的線圈122U、 122V及122W正反方向通電、阻斷，使馬達實現理想的正弦驅動形式的圓滑回轉。
驅動回路l 2 0如圖5所示，由驅動U相線圈的開關元件UH及UL和、驅動V相線圈的開關元件V H及V L和、驅動W相線圈的開關元件W H及W L組成。作為開關元件UH、 VH及WH，例如被采用p n p型的接合型晶體管，作為開關元件UL、 VL及WL，例如采用n p n型的接合型晶體管。從電流轉換器l1O輸出的勵磁信號UHG及ULG分別輸入到開關元件UH及UL的基極端子內，勵磁信號V H G及V L G分別輸入到開關元件V H及V L的基極端子內，勵磁信號WH G及W L G分別輸入到開關元件WH及W L的基極端子內。各開關元件UH WL，分別輸入到基極端子后各對應的勵磁信號就變為開啟的狀態，向線圈l 2 2輸出驅動信號。另外、上述開關元件，用接合型晶體管以外的晶體管、例如采用場效應管作為開關元件也可。
比較部13 0，防止往線圈1 2 2的供給功率過大，驅動回路1 2 0輸出的驅動信號，與預存于上限電流存儲部l 4 Q的上限電流值進行比較，控制驅動電流使驅動信號在上限電流值以下。
上述實施形式中，速度設定部7 O符合速度設定方法，逆變器l 1 O及驅動回路l 2 O符合驅動控制方法，旋轉編碼器2 l及位置檢出部6 O符合位置檢測方法、旋轉編碼器2 l及速度檢出部5 0符合速度檢測方法。
圖6表示本電動拉坯裝置的動作的時序圖，(a )表示從霍爾傳感器4 0輸出的U、 V及W相的脈沖信號HU、 HV及HW， (b')表示從逆變器l 1 0輸出的勵磁信號UHG、 ULG、 VHG、 VLG、 WHG及WLG。
馬達3 0開始被驅動后，根據霍爾傳感器4 O檢測到的任何一個的轉子磁鐵l 3 2的位置后，輸出對應檢測出的轉子磁鐵132脈沖信號HU、 HV及HW的任何一個。另外，位置檢出部6 0，接收從霍爾傳感器4 Q輸出的脈沖信號后，計數器重置，開始對旋轉編碼器2 l輸出的脈沖信號進行計數，將此計數值(位置信息)輸出到逆變器l 1 0。接收到此計數值的逆變器l 1 0，參照存儲單元l 10 1，讀取對應接收的計數值的輸出值(正弦波的振幅)。而且，將讀取的輸出值(正弦波的振幅)與從P I控制部l 0 o輸出的速度控制信號相乘，相乘的值與三角波進行比較后，生成脈沖信號，此脈沖信號作為勵磁信號，輸出到驅動電路12 0中。驅動回路l 2 0，接收到勵磁信號后，開啟開關元件，將驅動信號輸入到線圈l 2 2中。然后，由于這個驅動信號線圈l 2 2被勵磁，在轉子l 3及定子1 2間發生磁場，通過此磁場使轉子l 3回轉。
如上述的逆變器l10，因為通過速度控制信號和存儲單元l1Ql的輸出值相乘后生成勵磁信號，相對于從腳踏板3輸出的指令速度值，從速度檢出部5 Q輸出的檢測速度的越小的話，生成更高的馬達3 0的回轉速度的勵磁信號。因此，不拘泥于加載在馬達3 0上的扭矩，馬達3 O的回轉速度如指令速度那樣被控制。因此，制陶者為了在一定程度上保證轉臺2的速度，對應加載在粘土上的力不需要調節腳踏板3的踏入位置，也能一定程度上保證轉臺的回轉速度，也能保持陶器的一定壁厚。
而且，通過旋轉編碼器2 1，用比轉子磁鐵l 3 2的排列間距更細的分辨率檢測出轉子l 3的位置，通過逆變器110，對應此位置的振幅的正弦波信號作為勵磁信號被輸出，根據此勵磁信號，馬達3 Q被驅動，使馬達平滑的回轉。
通過P I控制部l 0 O使誤差檢測信號的龜路的增益增大后，就能使轉臺的回轉速度更準確的指令速度保持一致。
因為馬達3 O使用了嵌入式的轉子、GD2的值變小，使馬達3 0的應變性提高。
上述實施例中，將驅動回路l 2 0的輸出電流和上限電流存儲單元的電流值進行比較，將比較的結果反饋到驅動回路l 2 0，用此電流循環方式，控制馬達的驅動，此時需要驅動回路l 2 O的輸出的電流用控制電路變換成電壓信號的變換電路，成本也會增加。
代替從馬達的配線讀出電流值，讀出驅動回路l 2 Q的電流，輸入到比較電路l 3 0中，將此比較結果反饋到驅動回路l 2 0中的話，雖然能進行低精度的電流控制，但是節約了成本。但是，在制陶時增加了負載，變為圖9的B區域時，發生異常音，馬達的輸出扭矩也變得不安定。在此，在A區域，即使增大負載，為維持馬達的回轉速，能進行必要的PMW控制，但是在B區域，負載扭矩過大，限幅電路斬波器的載波頻率不同步工作。
為此，P I控制部l 0 0和逆變器1 1 0之間，設置限位器，判斷P I控制部的輸出電壓是否比規定的限制值大，如果在限制值以下的話，值不變輸出到逆變器l 1 0中，大的話，將對應限位值的電壓輸出到逆變器l 1 0中。因此，PWM的職責就是將脈沖控制在規定的上限值內。此結果就是，馬達在維
持由此脈沖的寬度引起的負載扭矩和回轉速的關系時，自動的沿著圖l0表示的虛線c使轉速下降。因此，到達異常音發生的B區域前，降低馬達的回轉速，
制陶者，就會事前注意到負載加載過大，如果再加載更大的負載的話就會產生異常音。另外，不設置限位器的話，與達到額定扭矩值(a點)扭矩突然變得不安定相比，慢慢的減速去除扭矩的狀態更能感覺到操作的穩定性。而且，將限制電壓設定更低，沿著圖l O的點線d降低回轉速的話，就不會達到發生的異常音的區域B。
上述說明中圖9、圖l 0，表示上述節約成本式的馬達驅動控制的負載扭矩和馬達回轉數的關系，圖中沒有表示，但是一定程度上維持馬達的回轉速的同時，加大負載的話就會增加馬達的消耗電流。加大到規定的負載，雖也能維
持馬達的回轉數，但是超出一些點(圖中a點)的話就會產生異常音，馬達的回
轉也會變得不穩定、有減少的趨勢。
另外，本發明也能采用以下的形式。
(1) 上述實施形式中，馬達3 O雖然采用了直流無刷的DD馬達，但是并沒有被限制，也可以使用DD馬達以外的馬達。
(2) 上述實施形式中，雖然使用了嵌入式轉子的馬達，但是并沒有被限制，也可以使用開放式轉子的馬達。
(3) 上述實施形式中，雖然是使用減算部9 0和P I控制部1 0 0生成速度控制信號，但是并沒有被限制，也可以連接PLL電路來代替減算部9 0及P I控制部l 0 0。連接PLL (phase lock loop)電路的話，因為能更加的提高速度的穩定性，所以能降低速度波動，更容易進行對速度穩定性要求較大的大型陶器的制作。
(4) 上述實施形式中，速度檢出部5 0，雖然從旋轉編碼器2 l輸出脈沖信號中生成檢測速度，但是并沒有被限制，從霍爾傳感器4 0輸出的脈沖信號中也可以生成檢測速度。
(5) 上述實施形式中，雖然逆變器l 1 0是輸出正弦波信號的，但是并沒有被限制，也可以輸出脈沖信號。
(6) 上述實施形式中，雖然P I控制部1 0 0由比例部1 0 1和積分部1 0 2構成，但是并沒有被限制，也可以是由比例部l 0 l或者積分部l 0 2的任何一方構成。另外，對于比例部l 0 l和積分部l 0 2，甚至可以連接微分部，通過P I D控制生成速度控制信號。
(7) 上述實施形式中，指令速度判斷部8 0 ，隨著從腳踏板3輸出電壓
信號的增大此數值也會線性增大的函數來設定指令速度值。但是并沒有被限制，如圖7所示，也可以以隨著從腳踏板3輸出電壓信號的增大此數值也會指數級增大的函數為基礎，設定指令速度值。另外，如圖8所示，腳踏板3輸出的電壓信號在低區域，此值的話以緩慢的曲線上升，電壓信號在中間區域時，此值平滑的變化，電壓信號在高區域時，此值會呈直線上升，以此形式也能設定指令速度值。因此，腳踏板的踏入位置和相對于此踏入位置的轉臺2的回轉速度
會和制陶者的感覺相一致，這樣就能提高操作性。另外，也可從圖4、圖7及圖8所示的圖標中，按照制陶者的興趣愛好選擇一個圖標作成。
(8)在上述實施例中，用結構圖表示電路，以硬件的電路進行說明，但是如能達到相同的機能，也可通過軟件來實現。
當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。
1權利要求1. 電動拉坯機，其特征在于具備驅動裝載粘土的轉臺的馬達，可外部操作的操作部，與上述操作部的操作量相對應的指令速度的速度設定部，檢測上述馬達回轉速度的速度檢出部，從上述指令速度和上述回轉速度的差分中生成速度控制信號的PI控制部，生成使上述速度控制信號靠近0的逆變器，和提供上述馬達的馬達驅動部。
2. 如權利要求1所述的電動拉坯機，其特征在于該馬達為由定子和與定子相 對的由多個磁塊組成的轉子而構成的直流無刷馬達，該馬達具備根據轉子磁 塊的排列間距而產生的分辨率來檢測轉子相對于定子的位置的位置檢出部， 上述馬達驅動部是使其對應上述轉子磁鐵的排列間距的位置，記錄正弦波信 號的內存和讀取對應用上述位置檢出部檢測出的位置的正弦波信號，從這個 讀取出的信號和上述速度控制信號中生成驅動信號。
3. 如權利要求2所述的電動拉坯機，其特征在于上述轉子被安裝在上述定子 的內側。
4. 如權利要求l所述的電動拉坯機，其特征在于上述PI控制部對上述指令速 度和上述檢測速度的差分，至少實施比例控制和積分控制中的一個。
5. 如權利要求1至4中任何一項所述的電動拉坯機，其特征在于上述馬達驅 動部包括產生馬達驅動電流的驅動回路和；檢測供給馬達電流的檢測電路和； 存儲允許的馬達驅動電流的上限值的上限電流記憶部和；具有比較根據檢測 電路檢測出的電流值和被存儲在上限電流存儲部的電流值的比較部；比較部 的輸出反饋到驅動回路，控制從驅動回路輸出的馬達驅動電流。
6. 如權利要求1至4中任何一項所述的電動拉坯機，其特征在于上述馬達驅 動部包括產生馬達驅動電流的驅動回路和，生成馬達驅動的脈沖信號的脈沖 信號發生部和，控制脈沖信號的脈沖寬度的脈沖寬度控制部和，存儲允許的 馬達驅動電流的上限值的上限電流存儲部和，根據檢測電路檢測出的電流值和被存儲在上限電流存儲部的電流值的比較結果為基礎控制驅動電路的驅動 部和被設置于脈沖寬度控制部和在脈沖信號發生部之間，檢測出脈沖信號發 生部的電壓是否在設定值以下，在以下的時候，照原來的信號通過，比設定 值大的時候，根據所定值的電壓加載在馬達上的負載在達到異常發生的區域 前實現馬達減速的限位器。
專利摘要本實用新型公開了一種電動拉坯機，具備驅動裝載粘土的轉臺的馬達，可外部操作的操作部，與上述操作部的操作量相對應的指令速度的速度設定部，檢測上述馬達回轉速度的速度檢出部，從上述指令速度和上述回轉速度的差分中生成速度控制信號的PI控制部，生成使上述速度控制信號靠近0的逆變器，和提供上述馬達的馬達驅動部。本實用新型馬達的回轉速度不拘泥于被施加在轉臺上的扭矩的大小，保證馬達與指令速度對應的速度內保持轉動，維持了轉臺速度的穩定性。
文檔編號B28B1/02GK201261211SQ200820122240
公開日2009年6月24日 申請日期2008年7月25日 優先權日2008年7月25日
發明者中村治道, 安達信政, 松村義治, 赤松政弘, 高下彰志 申請人:日本電產新寶(浙江)有限公司