常用缝纫机电动机及控制技术

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现代缝纫机的传动形式，绝大多数采用电气传动机构。因此，电动机则成为缝纫机不可分割的一部分。人们只需控制一个电动机的单方向转、停、调速，就可以完全控制缝纫的全过程。
        缝纫机用电动机有很多种类，最常见的电控系统有四种：离合器电动机，用摩擦的方式实现调速；交流异步电动机，用变频方式实现调速；直流无刷电动机，用PW方式实现调速；交流伺服电动机，用SPWM方式实现调速。
        1.离合器电动机的原理很简单，使用电网中的交流电在转子和定子之间的气隙中产生固定频率的旋转磁场，带动转子转动。在需要缝纫机驱动时，将离合器片合紧，即可将电动机转子的转动通过离合器和三角皮带或其他传动件传递到缝纫机主轴部分。这种控制简单易行，并且陪伴缝纫机的发展已经有非常长的时期，随着不断的改善，其技术已经相当成熟。
        电子电动机是基于离合器电动机基础上发展而来，区别在于其对离合器的控制不再是操作式用脚直接控制，而是通过处理输入信号来控制离合器的状态，以此驱动缝纫机的转动及其他自动功能动作。其控制方法大致是：在系统通电后，感应电动机将以其额定速度（固定速度）转动，无论是否需要驱动缝纫机。控制器会通过脚踏板传来的信号以及事先设定好参数模式等控制离合器的啮合状态，从而控制离合器的转与停。在速度控制方面，通过传感器反馈的信号以及事先设定好的参数模式等控制离合器的啮合程度，以此达到对速度控制的要求。此外，由于其具备位置传感器，能达到缝纫机的位置控制，因此可以实现剪线、固缝等一系列辅助自动功能。
        虽然电子电动机在控制方面较离合器电动机已经有了很大进步，特别是在调整自动功能方面，但其输出电动机以及能量的传递任然没有摆脱感应电动机及离合器，因此其在省电能力、噪声水平以及体积重量等方面，都没有很大的改进。此外，由于其速度要实现可调，而其输入电动机的速度是恒定的，输入输出速度之间的速度差（滑差）又会带来进一步的能量损耗，并且这种损耗在相同的负载情况下，会随着滑差的增大而增大，这就是为什么电子电动机在低转速的情况下特别耗电的原因，也是电子电动机比离合器电动机更耗电的原因。
        离合器电动机和电子电动机，都因为其输入电动机只要通电都是以全速传动的，所以在同等条件下，就空载来说，它们对电能的损耗都是相当大的。相对于这一点，变频电动机就彻底解决了这个问题，电动机在空载的情况下是完全不需要耗电的。变频电动机的基本工作原理是：通过控制器控制速度，向电动机定子绕组有规律地供电，这样在转子和定子之间的气隙中产生一个旋转的磁场，转子在这个磁场中产生自身的感应磁场，这两个磁场根据电动机输出力矩的大小始终存在一个成比例的滑差。两种磁场相互作用，使得转子在定子旋转的磁场下产生转动。由于对绕组的供电顺序及其频率通过控制器计算取得，而控制器是根据设定的参数及输入信号的模拟量来进行计算的，所以说，其转速理论上是可以实现无级调速的，即速度可以为任意值。当不需要其转动时，控制器将不再给电动机的绕组供电，所以电动机在此状态下不会耗费电能。但是，由于变频电动机的转子不是永磁体，其本身并不带有磁性，只有在定子磁场的作用下才能产生自身的磁性。所以，从某种方面来说，它具有滞后性。这就造成了定子磁场的转动与转子的转动并不同步，它们之间会产生速度差，类似于电子电动机的低速输出时会有滑差。这两种滑差都会造成能量上的损耗，因此，变频电动机在省电能力方面仍受到较大的限制。
        2.变频电动机在程序的控制方面，也还有一定的缺陷。由于缝纫机在工作过程中，为了保持稳定的速度以及一些特定缝料下不同速度的特殊环境，对其电控能达到的力矩比较高。而变频电动机在控制时一般不用电流控制，电流又直接关系到输出力矩。因此，在力矩的控制方面，变频电动机有较大的局限性，使电动机在缝纫厚料和“爬坡”等情况下不稳定。另外，变频电动机不能实现精确的位置控制，这样在一定程度上造成停针不准及其他一些缺陷，这是形成“浮线”和“跳针”的主要原因。停针不准还会带来不少弊病，列如算不准剪刀的打入角度会导致自动剪线不稳定，甚至打坏剪刀；低速运转时输出力矩小会造成起步困难等。
        3.伺服电动机与变频电动机在结构上的区别在于，其转子的磁场不再是靠定子磁场感应而产生，而是采用了永磁材料作为磁极。当伺服控制器根据控制速度的要求向电动机定子绕组有规则的供电时，在转子和定子之间的气隙中产生一个旋转磁场同步转动。从控制角度来看，由于伺服电动机具备电流反馈控制，因此对力矩的控制相对变频电动机又提升到了一个更高的台阶。
        在伺服电动机，转子的材料有四氧化三铁（黑铁材料），也有稀土永磁体（钕铁錋）。前者由于其材料本身特性限制，磁密度不很高，因此在功率要求的前提下，这一类电动机的体积往往做的比较大。以此来弥补磁场强度的不足。而采用稀土材料后，可以实现小体积强磁场。因此，这一类电动机往往是小体积，大功率的。由于伺服电动机具有精确的位置、速度、电流（力矩）的控制能力，所以，在实现前后自动加固、剪线等方面相对于其他电控系统具有很大的优势。
        4.直流无刷伺服电动机的价格适中，以PWM（脉宽调制）方式控制转速变化。由于无刷电动机是直流控制，转动时过永磁磁刚的NS交接处对电压换相以维持转动，电压波形成方波，在转接点处不可避免会有力矩的波动。断电时，由于转子磁钢对定子硅钢片的磁场作用力，在整个圆周仅有几个稳定的力平衡点（同电动机的级数有关），其他地方均为磁钢作用力下的不稳定受力区，所以也很难做到任意精确的定位。
        交流伺服电动机的价格较高，用SPWM方式调整，其调速、位置控制精准，转速控制精度小于5%，位置控制精度≤±2°。它可以实现大范围的平稳调速而不影响转矩；可以实现360°任意停机而不受自身磁场的影响；可以将输入电动机的电流全部用来产生有用的力矩。启动力矩大，提速和降速性能好，启停反应达0~5000r/min≤200ms,5000~0r/min≤120ms.当缝纫机在停止状态时，伺服电动机电位器也会使电动机停下来，电能消耗很小。
        常见缝纫机传动机构用电动机如下图所示
         
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