特許 5682826 遠心分離機

(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】5682826

(24)【登録日】2015年1月23日

(45)【発行日】2015年3月11日

(54)【発明の名称】遠心分離機

(51)【国際特許分類】

   B04B 9/10 20060101AFI20150219BHJP

   B04B 13/00 20060101ALI20150219BHJP

   B04B 5/02 20060101ALI20150219BHJP

【ＦＩ】

   B04B9/10

   B04B13/00

   B04B5/02 Z

【請求項の数】16

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2011-90603(P2011-90603)

(22)【出願日】2011年4月15日

(65)【公開番号】特開2012-223664(P2012-223664A)

(43)【公開日】2012年11月15日

【審査請求日】2014年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005094

【氏名又は名称】日立工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095887

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿久保 伸一

(72)【発明者】

【氏名】稲庭 雅裕

(72)【発明者】

【氏名】大山 久延

(72)【発明者】

【氏名】赤津 勝則

(72)【発明者】

【氏名】高橋 廣之

【審査官】 増田 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０６１７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３０７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５３０２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６１１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０１−５０３３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０５８３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５０２６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０５７３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０００７０４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０４Ｂ ９／１０

Ｂ０４Ｂ ５／０２

Ｂ０４Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記モータに可変周波数の交流電圧を出力するインバータ変換器と、
前記ロータを収容する回転室と、
前記ロータに付されたＩＤ情報を読み取るＩＤ検出器と、
前記ロータ或は前記モータの回転速度を検出する速度検出器と、
遠心分離機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機において、
前記制御装置は、
前記ロータの前記ＩＤ情報を読み取り、
前記ＩＤ情報が検出できない場合は前記ロータの慣性モーメントを算出し、
前記慣性モーメントから制限回転速度閾値を求め、
設定された遠心分離回転速度が前記制限回転速度閾値以下の場合は設定回転速度まで前記ロータの回転を加速させて整定させ、
設定された遠心分離回転速度が前記制限回転速度閾値を越えた場合は前記ロータの回転を停止させることを特徴とする遠心分離機。

【請求項2】

前記制御装置は、前記ＩＤ情報が検出できた場合は、検出された情報に基づいて前記設定回転速度の妥当性を判断し、
妥当である場合は前記設定回転速度までロータの回転を加速させ、妥当でない場合は前記ロータの回転を停止させることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。

【請求項3】

前記ＩＤ検出器は、前記ロータに配置されるマグネットの磁気を検出する信号発生器、又は／及び、前記ロータに設けられた識別穴の有無を検出する信号発生器であることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離機。

【請求項4】

前記モータの電流を検出する電流検出器と、
前記インバータ変換器の直流電源電圧を検出する直流電圧検出器を設け、
前記制御装置は、
前記ロータを所定のトルクになるように制御し、
前記電流検出器により検出された電流と前記直流電圧検出器により検出された直流電源電圧の積を、前記速度検出器で検出された前記モータの回転速度で除算し、これをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算して前記ロータの慣性モーメントを求めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心分離機。

【請求項5】

前記制御装置に記憶手段を設け、
前記トルク定数の値を前記記憶手段にあらかじめ記憶させることを特徴とする請求項４に記載の遠心分離機。

【請求項6】

前記制御装置によって算出される前記制限回転速度閾値は、前記ロータが制限回転速度で回転した場合の回転エネルギーが前記遠心分離機の封じ込めエネルギー限界値未満になるように設定されることを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。

【請求項7】

前記制御装置は、
前記ロータを第１の回転速度から第２の回転速度まで加速し、
前記電流検出器による前記モータの平均電流と、前記直流電圧検出器により検出された直流電源平均電圧の積を、前記速度検出器による前記モータの平均回転速度で除算し、前記トルク定数に掛け算して前記慣性モーメントを算出することを特徴とする請求項６に記載の遠心分離機。

【請求項8】

前記制御装置は、前記モータの出力トルクが一定の値となるように前記インバータ変換器を制御して前記ロータを第１の回転速度から第２の回転速度に加速させることを特徴とする請求項７に記載の遠心分離機。

【請求項9】

前記制御装置は、
前記ロータが加速して第２の回転速度に到達したら、前記モータの出力トルクがゼロとなるように前記インバータ変換器を制御し、
前記ロータを第２の回転速度から第３の回転速度に減速し、この際の前記速度検出器による前記ロータ或は前記減速時の回転速度の変化率を測定し、
前記モータの出力トルク補正値と前記回転速度の変化率に基づいて前記ロータの慣性モーメントを求めることを特徴とする請求項７又は８に記載の遠心分離機。

【請求項10】

前記モータの電流を検出する第１及び第２の電流検出器と、
前記インバータ変換器の直流電源電圧を検出する第１及び第２の直流電圧検出器と、を備え、
前記速度検出器として第１及び第２の速度検出器を有し、
前記制御装置として第１及び第２の制御装置を有し、
前記第１の制御装置は、前記第１の電流検出器による前記モータの平均電流と、前記第１の直流電圧検出器による前記インバータ変換器の直流電源平均電圧との積を前記モータの回転速度を検出する第１の速度検出器による前記ロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算して前記ロータの慣性モーメントを求め、
前記第２の制御装置は、前記第２の電流検出器による前記モータの平均電流と、前記第２の直流電圧検出器による前記インバータ変換器の直流電源平均電圧との積を前記モータの回転速度を検出する第２の速度検出器による前記ロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算して前記ロータの慣性モーメントを求めることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。

【請求項11】

前記第１の制御装置は、
前記ロータの設定回転速度を操作者が任意に設定できるユーザインターフェイス手段を備え、
算出されたロータの慣性モーメントから前記ロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値及び、前記制限回転速度閾値より低い設定回転速度閾値を求め、
前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記インバータ変換器に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断し、
前記ロータの回転速度が設定回転速度閾値を超えて設定されていると判断した場合は前記設定回転速度閾値以下に前記ロータの回転速度を制御し、
前記第２の制御装置は、
算出されたロータの慣性モーメントから前記ロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値を求め、前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記インバータ変換器に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断することを特徴とする請求項１０に記載の遠心分離機。

【請求項12】

前記遠心分離機は前記インバータ変換器から前記モータへの電圧供給路に互いに独立して配置された前記インバータ変換器から前記モータへの電圧供給を遮断する第１の遮断装置及び第２の遮断装置を備え、
前記第１の制御装置は前記ロータが任意の回転速度で回転している状態で前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記第１の遮断装置に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断し、
前記第２の制御装置は前記ロータが任意の回転速度で回転している状態で前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記第２の遮断装置に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断することを特徴とする請求項１０に記載の遠心分離機。

【請求項13】

前記第１の制御装置と前記第２の制御装置の間に通信手段を備え、
前記第１の制御装置は前記インバータ変換器を制御すると共に、前記通信手段を介して前記第２の制御装置との前記ロータの慣性モーメントの測定に関する時間の同期を取ることを特徴とする請求項１２に記載の遠心分離機。

【請求項14】

前記第１の制御装置は、前記第２の制御装置との通信が異常であると判断した時に前記モータを減速させることを特徴とする請求項１３に記載の遠心分離機。

【請求項15】

前記第２の制御装置は、前記通信手段による前記第１の制御装置との通信が異常であると判断した時に前記第２の遮断装置に遮断動作信号を出力することを特徴とする請求項１３に記載の遠心分離機。

【請求項16】

前記第１の制御装置は、前記第１の制御装置が算出した前記ロータの慣性モーメントと前記第２の制御装置が算出した前記ロータの慣性モーメントの誤差が所定値を超えたと判断した時に、前記インバータ変換器を制御して前記モータを減速させることを特徴とする請求項１３に記載の遠心分離機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異なる種々のロータを回転駆動可能な遠心分離機において、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に測定して、遠心分離中のロータの回転速度を制御し、いかなる単一故障が発生してもロータの回転エネルギーを遠心分離機の封じ込めエネルギー以内に制限する遠心分離機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

遠心分離機は、たとえ単一故障が発生してロータが破損しても破片が外部に飛び出すことなく封じ込められるように、ロータ固有の機械的強度或いは遠心分離機の封じ込めエネルギーを超えない回転速度に制限することが要求される。

【0003】

一つの遠心分離機に組み合わせて使用可能なロータのファミリーは５０種類を超え、それぞれのロータの許容最高回転速度と、許容最高回転速度における回転エネルギーは様々である。一方で遠心分離機本体はロータファミリー中の最も高速なロータを回転できる駆動能力を持つため、ロータにロータの種類を示すＩＤタグ或いは、許容最高回転速度を示す信号発生器を備え、ロータ固有の機械的強度或いは遠心分離機の封じ込めエネルギーを超えた回転速度で回転しない仕組みを設けるようにしている。遠心分離機のロータファミリーが、ロータ自身に種類或いは許容最高回転速度の識別を装備していないロータの場合は、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する機能を遠心分離機に持たせて、ロータ固有の機械的強度或いは遠心分離機の封じ込めエネルギーを超えた回転速度で回転しないようにしている。

【0004】

ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する際は、測定中にモータの出力トルクを極力一定にして測定の精度を向上させる。測定中のモータ電流・モータ電圧を取り込みモータの出力トルクを補正して測定中の真のモータ出力トルクに補正する構成は、例えば特許文献１にて開示されている。特許文献１に示されているように、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する際に測定の精度を向上させるために、モータのすべり、電圧及び巻線の温度などの変化によりモータ電流と出力トルクの線形性が失われ計算に使用するトルクが真のモータ出力トルクからずれるのを補正する手段として、事前にモータ電流とインバータＤＣリンク電圧及び回転時角加速度の各要素を回帰分析し、各要素の寄与率を定めモータの出力トルクを補正した技術がある。

【0005】

また特許文献２に示されているように、モータ電流とインバータＤＣリンク電圧及びモータの回転速度を検出する制御装置を二重に設け、それぞれの制御装置はインバータ変換器からロータを回転するモータへの電圧供給路に互いに独立して配置された遮断機能を備え、それぞれの制御装置がモータの出力トルクを補正してロータの回転エネルギーを求め、これを回転エネルギー制限値と比較してエネルギーがロータの回転エネルギー制限値を超えたと判断した時に遮断動作信号を出力するようにした技術がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００５−２３０７５０号公報

【特許文献2】特開２００５−２３０７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一つの遠心分離機に組み合わせて使用するロータファミリー内のロータが装備している識別標識には２種類あり、一つはロータの種類を示すＩＤタグ、一つは許容最高回転速度を示す信号発生器である。現在市販されているロータは上記の識別標識を両方装備しており、そのロータの所定回転速度でロータが破壊しても、遠心分離機の内部の封じ込めエネルギーを越えないようにロータの遠心分離回転速度を設定するような構成になっている。

【0008】

しかし、古い設計のロータ或いはロータ特有の形状によりＩＤタグが装備できないロータは、許容最高回転速度を示す信号発生器のみを装備しており、その一部のロータでは許容最高回転速度以内でロータが破壊した場合、新しい遠心分離機との組合せでは遠心分離機で保証された封じ込めエネルギーを越えないように注意して制御する必要があり、ロータの許容最高回転速度を信号発生器の信号に拠らずに、遠心分離機側で封じ込めエネルギー以内に設定することが望ましい。

【0009】

さらに古い設計のロータでは、上記のＩＤタグ及び許容最高回転速度を示す信号発生器の両方とも装備していないものもあり、その場合はそのままでは古いロータを使用できない。しかし、遠心分離機側の何らかの工夫、例えば新たな防護技術などにより古いロータが使用できれば高価なロータを廃棄することなく運転でき至便である。

【0010】

ロータの許容最高回転速度を、信号発生器の信号に拠らずに遠心分離機側で封じ込めエネルギー以内に自動的に再設定し運転するには、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出する必要がある。またその算出の際には、測定誤差を生む最大の原因となっているモータの実際の出力トルクを補正するため、これを的確に補正する技術の実現が必要である。

【0011】

本発明は上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的はＩＤ情報の有無に拘わらずに新旧双方のロータを安全に用いることができる遠心分離機を提供することにある。

【0012】

本発明の他の目的は、ＩＤ情報を有しないロータを新しい遠心分離機で運転する際に、遠心分離機で保証された封じ込めエネルギー以内に収まるようにロータの遠心分離回転速度を自動的に算出する機能を備えた遠心分離機を提供することにある。

【0013】

本発明のさらに他の目的は、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出するに当たり、測定誤差を生む最大の原因となるモータの実際の出力トルクをモータ電流とインバータＤＣリンク電圧及び回転時角加速度の各要素から的確に補正することができる遠心分離機を提供することにある。

【0014】

本発明のさらに他の目的は、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出するにあたり誤差を生む最大の原因となっているモータの実際の出力トルクを補正するのを事前に的確に同定した遠心分離機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。

【0016】

本発明の一つの特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、ロータを回転させるモータと、モータに可変周波数の交流電圧を出力するインバータ変換器と、ロータを収容する回転室と、ロータに付されたＩＤ情報を読み取るＩＤ検出器と、ロータ或はモータの回転速度を検出する速度検出器と、遠心分離機の運転を制御する制御装置を有する遠心分離機において、制御装置は、モータを起動してロータを回転させたらＩＤ情報を読み取り、ＩＤ情報が検出できない場合はロータが設定回転速度に到達する前に速度検出器の信号出力からロータの慣性モーメントを算出し、慣性モーメントから制限回転速度閾値を求めるようにした。制御装置は、設定された遠心分離回転速度が制限回転速度閾値以下の場合は設定回転速度までロータの回転を加速させて整定させ、設定された遠心分離回転速度が制限回転速度閾値を越えた場合はロータの回転を停止させるように制御する。ＩＤ検出器は、例えば、ロータに配置されるマグネットの磁気を検出してロータの許容最高回転速度を検出するホールＩＣ等の信号発生器、又は／及び、ロータに設けられた識別穴（穴パターン）によりロータの型式番号を検出する信号発生器を用いることができる。

【0017】

本発明の他の特徴によれば、モータの電流を検出する電流検出器と、インバータ変換器の直流電源電圧を検出する直流電圧検出器を設け、制御装置はロータを所定のトルクになるように制御し、電流検出器により検出された電流と直流電圧検出器による検出された直流電源電圧の積を、速度検出器で検出されたモータの回転速度で除算し、これをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメントを求めるようにした。また、制御装置に記憶手段を設け、トルク定数の値を記憶手段にあらかじめ記憶させるようにした。制御装置によって算出される制限回転速度閾値は、ロータ固有の許容最高回転速度以下になるように設定される。

【0018】

本発明のさらに他の特徴によれば、制御装置は、ロータを第１の回転速度から第２の回転速度まで加速し、電流検出器によるモータの平均電流と、直流電圧検出器によるインバータ変換器の直流電源平均電圧と、速度検出手段によるロータ又はモータの平均回転速度に基づいて、トルク定数に掛けて慣性モーメントを算出する。そして制御装置は、モータの出力トルクが一定の値となるようにインバータ変換器を制御してロータを第１の回転速度から第２の回転速度に加速させる。さらに制御装置は、ロータか加速して第２の回転速度に到達したら、モータの出力トルクがゼロとなるようにインバータ変換器を制御し、ロータを第２の回転速度から第３の回転速度に減速し、この際の速度検出手段によるロータ或はモータ減速時の回転速度の変化率を測定し、モータの出力トルク補正値と減速時の回転速度の変化率に基づいてロータの慣性モーメントを求めるようにした。

【0019】

本発明のさらに他の特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、ロータを回転させるモータと、モータに可変周波数の交流電圧を出力するインバータ変換器と、モータの電流を検出する第１及び第２の電流検出器と、インバータ変換器の直流電源電圧を検出する第１及び第２の直流電圧検出器と、ロータ或はモータの回転速度を検出する第１及び第２の速度検出手段と、第１及び第２の制御装置を備え、第１の制御装置は、第１の電流検出器によるモータの平均電流と、第１の直流電圧検出器によるインバータ変換器の直流電源平均電圧との積をモータの回転速度を検出する第１の速度検出器によるロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメントを求め、第２の制御装置は、第２の電流検出器によるモータの平均電流と、第２の直流電圧検出器によるインバータ変換器の直流電源平均電圧との積をモータの回転速度を検出する第２の速度検出器によるロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメントを求める遠心分離機とした。

【0020】

本発明のさらに他の特徴によれば、第１の制御装置は、ロータの設定回転速度を操作者が任意に設定できるユーザインターフェイス手段を備え、算出されたロータの慣性モーメントからロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値及び、制限回転速度閾値より低い設定回転速度閾値を求め、制限回転速度閾値を超えたと判断した時にインバータに遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断し、ロータの回転速度が設定回転速度閾値を超えて設定されていると判断した場合は設定回転速度閾値以下にロータの回転速度を制御する。第２の制御装置は、算出されたロータの慣性モーメントからロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値を求め制限回転速度閾値を超えたと判断した時にインバータに遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断する。遠心分離機はインバータ変換器からモータへの電圧供給路に互いに独立して配置されたインバータ変換器からモータへの電圧供給を遮断する第１の遮断装置及び第２の遮断装置を備え、第１の制御装置はロータが任意の回転速度で回転している状態で制限回転速度閾値を超えたと判断した時に第１の遮断装置に遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断する。第２の制御装置はロータが任意の回転速度で回転している状態で制限回転速度閾値を超えたと判断した時に第２の遮断装置に遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断する。

【0021】

本発明のさらに他の特徴によれば、第１の制御装置と第２の制御装置の間に通信手段を備え、第１の制御装置はインバータ変換器を制御すると共に、通信手段を介して第２の制御装置とのロータの慣性モーメントの測定に関する時間の同期を取るようにした。第１の制御装置は第２の制御装置との通信が異常であると判断した時にモータを減速させ、第２の制御装置は通信手段による第１の制御装置との通信が異常であると判断した時に第２の遮断装置に遮断動作信号を出力する。第１の制御装置は、第１の制御装置が算出したロータの慣性モーメントと第２の制御装置が算出したロータの慣性モーメントの誤差が所定値を超えたと判断した時に、インバータ変換器を制御してモータを減速させる。

【発明の効果】

【0024】

請求項１の発明によれば、遠心分離機が使えるロータファミリーの全てのロータをその遠心分離機で保証された封じ込めエネルギー以下に自動的に制御して使用できるようにしたので、高価な古いロータを廃棄することなく使用することが可能になる。

【0025】

請求項２の発明によれば、制御装置は、ＩＤ情報が正しく検出できた場合は設定回転速度までロータの回転を加速させ、妥当でない場合はロータの回転を停止させるので、遠心分離機で保証された封じ込めエネルギー以上の負荷がかかる恐れのある遠心分離運転が実行されることを阻止することができる。

【0026】

請求項３の発明によれば、ＩＤ検出器は、ロータに配置されるマグネットの磁気を検出する信号発生器、又は／及び、ロータに設けられた識別穴の有無を検出する信号発生器であるので、ロータを極低回転で開始させるだけで容易にロータに関するＩＤ情報を検出することができる。

【0027】

請求項４の発明によれば、制御装置は、電流検出器により検出された電流と直流電圧検出器による検出された直流電源電圧の積を、速度検出器で検出されたモータの回転速度で除算し、これをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出できる。この結果、算出誤差を考慮して遠心分離機の封じ込めエネルギーを大きめに設計する必要性が縮小し、遠心分離機のプロテクタが小型化できると共にドアロック機構の強化が軽減され、構造の簡易化及び遠心分離機本体のサイズの小型化、ひいては遠心分離機製造コストの低減が達成できる。

【0028】

請求項５の発明によれば、トルク定数の値を記憶手段にあらかじめ記憶させるので、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーの算出に用いる定数を迅速に取得することができる。さらに、モータ、制御装置を現地などで交換した場合も再教示することによりロータの慣性モーメント或いは回転エネルギー算出の精度を継続して維持可能である。

【0029】

請求項６の発明によれば、制限回転速度閾値はロータ固有の許容最高回転速度以下になるように設定されるので、遠心分離機が加速から整定状態に移行する際にロータの制御回転速度が一時的に設定回転速度をオーバーシュートする特性があっても制限回転速度閾値を越えることがないため、安定してロータを運転することができる。

【0030】

請求項７の発明によれば、ロータを第１の回転速度から第２の回転速度まで加速させた際に慣性モーメントを算出するので、実測値に基づいた高精度な慣性モーメント値を得ることができ、信頼性の高い遠心分離機を実現できる。

【0031】

請求項８の発明によれば、制御装置は、モータの出力トルクが一定の値となるようにインバータ変換器を制御してロータを第１の回転速度から第２の回転速度に加速させるので、ロータの慣性モーメントの算出精度が向上すると共に、如何なる単一故障に対してもロータの回転速度の制限を可能とすることができる。

【0032】

請求項９の発明によれば、ロータを第２の回転速度から第３の回転速度に惰性により減速させた際に慣性モーメントを算出するので、実測値に基づいた高精度な慣性モーメント値を得ることができ、信頼性の高い遠心分離機を実現できる。

【0033】

請求項１０の発明によれば、ロータ或はモータの回転速度を検出する第１及び第２の速度検出手段と、第１及び第２の制御装置を備え、２つの制御装置にて独立して慣性モーメントを算出するので、得られた慣性モーメント値の信頼性を高めることができる。

【0034】

請求項１１の発明によれば、第１及び第２の制御装置が独立してロータの回転速度が設定回転速度閾値を超えて設定されていると判断した場合は設定回転速度閾値以下にロータの回転速度を制御するので、遠心分離機側で封じ込めエネルギーを越えてロータを回転させることを確実に防止することができる。

【0035】

請求項１２の発明によれば、インバータ変換器からモータへの電圧供給路に互いに独立して配置されたインバータ変換器からモータへの電圧供給を遮断する第１の遮断装置及び第２の遮断装置を設け、これらが第１及び第２の制御装置が独立して制御するので二重の安全性を確保した遠心分離機を実現できる。

【0036】

請求項１３の発明によれば、第１の制御装置はインバータ変換器を制御すると共に、通信手段を介して第２の制御装置とのロータの慣性モーメントの測定に関する時間の同期を取るので、なんらかのエラーの発生によりいずれかの制御装置の測定結果に異常が生じても、その異常を早期に検出することができる。

【0037】

請求項１４の発明によれば、第１の制御装置は第２の制御装置との通信が異常であると判断した時にモータを減速させるので、如何なる単一故障に対してもロータの回転速度の制限を可能とすることができる。

【0038】

請求項１５の発明によれば、第２の制御装置は、通信手段による第１の制御装置との通信が異常であると判断した時に第２の遮断装置に遮断動作信号を出力するので、如何なる単一故障に対してもロータの回転速度の制限を可能とすることができる。

【0039】

請求項１６の発明によれば第１の制御装置はメイン・サブの慣性モーメントの誤差が所定値を超えたと判断した時に、インバータ遮断するので確実に安全措置を施すことができる。

【0042】

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明の実施例に係る遠心分離機のモータの回転制御ブロックを示す図である。

【図2】図１の第１の制御装置８と第２の制御装置９の詳細ブロック回路図である。

【図3】図１のインバータ変換器３の回路図である。

【図4】本発明の実施例においてロータの回転速度の変化を示す図である。

【図5】本発明の実施例においてロータの慣性モーメント或いはエネルギー算出を行う際のロータの回転速度を示す図である。

【図6】ロータの慣性モーメント或いはエネルギー算出動作を模擬的に示す図である。

【図7】速度の様子を模擬的に示す図である。

【図8】算出した慣性モーメントから制限回転速度閾値及び設定回転速度閾値を求めるデータベースを模擬的に示す図である。

【図9】第１の制御装置の、ロータの慣性モーメント或いはエネルギー測定動作フローチャート図である。

【図10】第２の制御装置の、ロータの慣性モーメント或いはエネルギー測定動作フローチャート図である。

【図11】第１の制御装置のモータへの電力供給遮断動作のフローチャート図である。

【図12】第２の制御装置のモータへの電力供給遮断動作のフローチャート図である。

【図13】定数の係数ｋを慣性モーメントが既知のロータを用いて教示により求める操作画面の教示開始時を例示した図である。

【図14】定数の係数ｋを慣性モーメントが既知のロータを用いて教示により求める操作画面の教示終了時を例示した図である。

【図15】従来例の遠心分離運転におけるロータの回転速度の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0044】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。

【0045】

図１の構成において、本発明になる遠心分離機全体を１００で示し、１は試料を収納するロータであり、２はロータ１を回転駆動する３相の誘導モータ或いはＤＣブラシレスのモータであり本実施例では以下トルク補正がより困難な３相の誘導モータとして説明する。１３は駆動シャフト１４の駆動トルクをロータ１に伝達するクラウン、スパッド等のトルク伝達器である。３は交流電源４を入力としモータ２に可変周波数の電圧を出力するインバータ変換器であり、５はロータ１或いはモータ２の第１の回転速度検出手段であり、例えば、エンコーダディスク２７のスリットの有無によりパルス信号ＭＰＧを出力するフォトインタラプタである。６はロータ１或いはモータ２のホール素子等のマグネットセンサからなる第２の回転速度検出手段であり、トルク伝達器１３の底部の円周上に設けた少なくとも１つ以上のマグネット７の有無を検出しパルス信号ＳＰＧを出力する。

【0046】

１５は遠心分離機のフレームであり、１０はフレーム１５で支持されるロータ１の表面を囲うボウルであり、１１はフレーム１５で支持されるプロテクタリングであり、ボウル１０を囲いロータ１破損時に遠心力に従い遠心分離機外部に飛び出そうとするロータ１の破片を受け止めるものである。１２は開閉可能なドアであり、ロータ１が回転している際は、プロテクタリング１１及びボウル１０と共にロータ１を閉じ込める空間を作る。

【0047】

１６はモータ２のＵ相の１次電流を検出し電流信号Ｉｕを出力する第１の電流検出器であり、同様に１７はモータ２のＷ相の１次電流を検出し電流信号Ｉｗを出力する第２の電流検出器であり、電流検出器１６、１７は、例えばこの場合ホール素子を利用した電流の波形に沿った電圧を出力するカレントセンサである。

【0048】

１８はインバータ変換器３の直流電源電圧を検出し電圧信号Ｖ１を出力する第１の直流電圧検出器であり、１９は同様にインバータ変換器３の直流電源電圧を検出し電圧信号Ｖ２を出力する第２の直流電圧検出器であり、２０はインバータ変換器３からモータ２への電圧供給路に配置されたインバータ変換器３からモータ２への電圧供給を遮断する第１の遮断装置である。２１は交流電源４からインバータ変換器３への電力供給路に設けられたインバータ入力遮断装置となる第２の遮断装置である。８は第１の制御装置であり、インバータ変換器３にモータ２へ出力する電圧の指令値をインバータ制御部２１０から信号ライン３０を介して出力することによりインバータ変換器３を制御し、また、第１の速度検出手段５が出力するパルス信号ＭＰＧと、第１の電流検出器１６が出力する電流信号Ｉｕと、第１の直流電圧検出器１８が出力する電圧信号Ｖ１に従いロータ１の慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する。９は第２の制御装置であり、第２の速度検出手段６が出力するパルス信号ＳＰＧと、第２の電流検出器１７が出力する電流信号Ｉｗと、第２の直流電圧検出器１９が出力する電圧信号Ｖ２に従いロータ１の慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する。

【0049】

２５は運転するロータの種類をロータテーブルから選択するための識別コードの入力と、その選択されたロータ１の整定回転速度や、運転時間、設定温度等を操作者が任意に設定できるユーザインターフェイス手段である。遠心分離機は種々のロータについてのロータ固有の情報となるロータテーブルを予め備えており、各々のロータテーブルには温度補正係数や許容最高回転速度、ロータの所定の回転速度でのエネルギー、さらにロータの許容最高回転速度でのエネルギーＥｍａｘの情報が予め登録されている。操作者はユーザインターフェイス手段２５からロータを１つ選択でき且つ選択したロータの整定回転速度、運転時間、設定温度を設定することができるようになっており、第１の制御装置は、信号ライン５６を介してユーザインターフェイス手段２５に入力されたロータ１の設定回転速度等に従いロータ１の回転速度、運転時間、図示されていない冷凍機等を制御する。

【0050】

ユーザインターフェイス手段２５からの手動設定によらず、ロータ１から風損、慣性モーメント、最大回転速度等の情報を自動的に自動識別装置から入手する手段として特開平１１−１５６２４５号公報に開示されているようなロータ識別装置による自動取得が可能なように、ロータ１の下部に設けられたロータアダプタ５１の下面の円周上に設けられた識別穴パターン５４と穴の有無を検出する渦電流センサ５５が設けられ渦電流センサ５５の信号出力はロータ識別信号ＩＤとして後述する信号変換器２２２（図２参照）を介して第１の制御装置８に入力されている。

【0051】

５３はロータ１或いはモータ２のホール素子等のマグネットセンサからなる許容最高回転速度を示す信号発生器であり、ロータアダプタ５１の内面の円周上に設けた少なくとも２つ以上のマグネット５２の配置を検出しパルス信号ＲＰＧを出力する。パルス信号ＲＰＧは第１の制御装置８及び第２の制御装置９に出力されている。

【0052】

本実施例において、第１の制御装置８と第１の遮断装置２０は信号ライン２２で接続され、第１の遮断装置２０は第１の制御装置８が出力する遮断信号によりモータ２の駆動を停止させることができる。第２の制御装置９と第２の遮断装置２１は信号ライン２３で接続され、第２の遮断装置２１は第２の制御装置９が出力する遮断信号によりモータ２の駆動を停止させることができる。また、第１の制御装置８と第２の制御装置９は通信ライン２４で接続されており、両制御装置は通信手段を備えることで装置間の双方向の通信が可能である。

【0053】

図２は図１の第１の制御装置８と第２の制御装置９の詳細ブロック回路図である。図２において、第１の制御装置８は、ＣＰＵ２０１と電流実効値変換器２０２とスタティックＲＡＭとなる不揮発性メモリ２０８と印加電圧が消失しても記憶内容を保持するＥＥＰＲＯＭの不揮発性メモリ２２３とインバータ制御部２１０を含んで構成される。第２の制御装置９はＣＰＵ２１１と電流実効値変換器２１２と印加電圧が消失しても記憶内容を保持するＥＥＰＲＯＭの不揮発性メモリ２１８を含んで構成される。不揮発性メモリ２２３、２１８には教示作業により慣性モーメントが既知のロータの慣性モーメントに合うようにトルク定数を逆算して決定したものなどが記憶される。ＣＰＵ２０１及びＣＰＵ２１１としては市販のマイクロプロセッサを使用でき、例えばルネサステクノロジー社製のＳＨ７０８０シリーズやＨ８／３０４８Ｆシリーズを使用できる。これらは、マルチファンクションタイマパルスユニット（以下ＭＴＵと称す）、Ａ／Ｄ変換器、シリアルコミュニケーションインターフェース（以下ＳＣＩと称す）、入出力ポート（以下Ｉ／Ｏと称す）等のペリフェラル機能を内蔵したマイクロプロセッサである。尚、用いられるメモリはＲＡＭやＥＥＰＲＯＭに限定させるものではなく、他の記憶手段で実現しても良い。

【0054】

電流実効値変換器２０２は第１の電流検出器１６による電流信号Ｉｕを実効値変換し、出力信号をＣＰＵ２０１内蔵のＡ／Ｄ変換器２０３に入力し、電流実効値変換器２１２は第２の電流検出器１７による電流信号Ｉｗを実効値変換し、出力信号をＣＰＵ２１１内蔵のＡ／Ｄ変換器２１３に入力する。Ａ／Ｄ変換器２０３とＡ／Ｄ変換器２１３で入力されたアナログ電圧をデジタル値に変換し、ＣＰＵ２０１とＣＰＵ２１１は、これらのデジタル値に基づき、モータ２の１次電流を測定する。第１の遮断装置２０への遮断信号はＣＰＵ２０１内蔵のＩ／Ｏ２０７から、第２の遮断装置２１への遮断信号はＣＰＵ２１１内蔵のＩ／Ｏ２１７から出力される。

【0055】

第１の速度検出手段５によるパルス信号ＭＰＧはＣＰＵ２０１内蔵のＭＴＵ２０４に、第２の速度検出手段６によるパルス信号ＳＰＧはＣＰＵ２０１内蔵のＭＴＵ２２１に入力されると共にＣＰＵ２１１内蔵のＭＴＵ２１４にも入力される。ＭＴＵ２０４及びＭＴＵ２１４は、各々パルス信号ＭＰＧ、ＳＰＧのパルスの周期をＣＰＵの内部クロックにより計測する。第３の速度検出手段２６が出力する２相のパルス信号ＥＮＣａ、ＥＮＣｂは、それぞれ、ＥＮＣａはＣＰＵ２０１内蔵のＭＴＵ２０５に、ＥＮＣｂはＣＰＵ２１１内蔵のＭＴＵ２１５に入力される。同様にパルス信号ＥＮＣａ、ＥＮＣｂのパルスの周期は、ＭＴＵ２０５及びＭＴＵ２１５により計測される。同様にパルス信号ＲＰＧはＣＰＵ２０１内蔵のＭＴＵ２３０とＣＰＵ２１１内蔵のＭＴＵ２３１に入力され計測される。

【0056】

第１の直流電圧検出器１８による電圧信号Ｖ１はＣＰＵ２０１内蔵のＡ／Ｄ変換器２０６に、第２の直流電圧検出器１９による電圧信号Ｖ１はＣＰＵ２１１内蔵のＡ／Ｄ変換器２１６に入力され、Ａ／Ｄ変換器２０６とＡ／Ｄ変換器２１６で入力されたアナログ電圧をデジタル値に変換し、ＣＰＵ２０１とＣＰＵ２１１は、これらのデジタル値に基づき、インバータ変換器３の直流電源電圧を計測する。

【0057】

インバータ制御部２１０は、インバータ変換器３へ可変周波数の３相電圧指令信号を出力し、ＣＰＵ２０１は、パルス信号ＭＰＧ或はＥＮＣａよりモータ２の速度を検出し、インバータ制御部２１０を介してインバータ変換器３を制御する。なお、第１の制御装置８と第２の制御装置９は、ＣＰＵ２０１内蔵のＳＣＩ２０９とＣＰＵ２１１内蔵のＳＣＩ２１９が通信ライン２４を介し接続されることでＣＰＵ間の通信が可能であり、第１の制御装置８は第２の制御装置９の動作状態あるいはロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーの算出結果をモニタでき、且つ、ロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーを測定する際に測定タイミングの同期ハンドシェイクを取ることができる。

【0058】

本実施例では、パルス信号ＭＰＧ、ＳＰＧはモータ２の１回転当たり２パルスの信号であり、パルス信号ＥＮＣａ、ＥＮＣｂはモータ２の１回転で３０パルスの信号としている。ロータ１及びモータ２の回転速度Ｎ（ｍｉｎ^−１）の測定は、パルス信号ＭＰＧによる速度検出を例にすると、ＣＰＵ２０１内蔵のＭＴＵ２０４によりパルス信号ＭＰＧの立ち下りエッジ間の時間を測定することでなされ、具体的には、パルス信号ＭＰＧの立下りエッジ毎に、前回立下りエッジから今回エッジが発生するまでのＣＰＵ２０１の内部クロックのカウント値に基づき算出される。ここで、ＣＰＵ２０１或いはＣＰＵ２１１の内部クロックの周波数をＦ、信号立下りエッジ間での内部クロックのカウント数をＣＮＴとすると、モータ２の回転速度Ｎは数式１のとおりである。式１中の小さな黒丸は、乗算をすることを意味し（本明細書の数式中では以下同じ）、数式１の分子は６０×Ｆの意味である。

【0059】

【数1】

【0060】

なお、３相誘導モータであるモータ２の瞬時の現在回転速度Ｎｒは、励磁周波数の３の倍数成分となる６次や、１２次成分のトルクリプルの影響やモータ制御上の電圧指令変更時の応答により、モータ２の１回転周期ｔｒで波線で示すモータ２の理想回転速度Ｎｏに対して変動しており、速度勾配は測定タイミングで値が変化してしまう恐れがある（これは図７の実線で示したＮｒで後述する）。このため、本実施例では、求める速度は、速度の高次変動を減衰するように速度計測毎に速度を逐次更新するソフトウェアでのフィルタリング処理を施しており、フィルタリング後の今回の速度Ｎｎ（後述する図７の一点破線）は、フィルタリング後の前回の速度をＮｎ−１、測定した瞬時の現在回転速度をＮｒ、フィルタリングの定数をαとすると数式２で求められる。

【0061】

【数2】

【0062】

ここで、αは１より小さい値であり、小さい値であればあるほど減衰効果を期待できるが、図７のΔｔで表した実際の速度に対する時間遅れも大きくなってしまう。さらにこの時間遅れは速度の検出周期が長いほど大きくなってしまう。本実施例では、ＣＰＵ２０１とＣＰＵ２１１が検出する速度は、フィルタリング処理での時間遅れを極力小さくできるようにモータ２の１回転当たりのパルス数が多く速度の更新周期が短くなる第３の速度検出手段２６からのパルス信号ＥＮＣａ、ＥＮＣｂから求め、上記時間遅れを２００ｍｓ程度にし遠心分離機の回転速度制御上問題無いようにしている。

【0063】

なお、パルス信号ＥＮＣａ、ＥＮＣｂのパルス欠損等の速度検出での不具合が発生すると正確なロータエネルギーの測定ができなくなるので、このような不具合の発生を検知できるように、第１の制御装置８ではパルス信号ＭＰＧで求めた速度とパルス信号ＥＮＣａで求めた速度を比較し、同様に第２の制御装置９ではパルス信号ＳＰＧで求めた速度とパルス信号ＥＮＣｂで求めた速度を比較できる構成としている。

【0064】

また、Ａ／Ｄ変換器２０３、２１３に入力される電流実効値変換器２０２、２１２の出力信号も高次の電流リプル成分を含んでいるので、例えば、２ｍｓｅｃ周期でＡ／Ｄ変換器２０３、２１３でのＡ／Ｄ値のサンプリングを行い、速度検出と同様のソフトウェアでのフィルタリング処理を実施している。

【0065】

次にインバータ変換器３の詳細な構成について図３を用い説明する。インバータ変換器３において３１２は交流電源４を直流電源に変換するコンバータであり、３１１はコンバータ３１２で変換された電源を平滑する平滑コンデンサである。３１、３２、３３は、それぞれモータ２に３相の交流電力を供給するインバータブリッジであり、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子に還流ダイオードを逆接続した上アーム、下アームで構成されている。図３ではスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いており、インバータブリッジ３１を代表してブリッジを構成する上アーム、下アームを３０１、３０２で示し、３０４、３０６はそれぞれ上アーム３０１、下アーム３０２のゲート制御回路であり、これらはフォトカプラ３０５、３０７から点孤信号が送られる。３１０は フォトカプラ３０５、３０７の発光素子を点灯させるための電源であり、トランジスタ等の半導体スイッチ或いはスリーステートゲートから成る第１の遮断装置２０と抵抗器３０８、３０９を介しフォトカプラ３０５、３０７の発光素子のアノード側に接続されている。インバータ制御部２１０が出力する各ブリッジのオン・オフ信号はドライバ３１６、３１７を介しフォトカプラ３０５、３０７の発光素子のカソード側に送られ、上アーム３０１、下アーム３０２は各々インバータ制御部２１０の出力信号がＬＯＷレベルになった時にオンする。

【0066】

また、交流電源４とコンバータ３１２との間にリレーコイル３１４による励磁信号に従いオン・オフするリレー接点３１３を設けており、リレーコイル３１４トランジスタ等の半導体スイッチ或いはスリーステートゲートから成る第２の遮断装置２１を介し電源３１０に接続され、カソード側にはインバータ制御部２１０の制御信号がドライバ３１８を介し送られる。ここで、第１の遮断装置２０が信号ライン２２により遮断状態になると、インバータブリッジ３１、３２、３３の発光素子の電源供給は断たれるので、インバータ制御部２１０がモータ２を駆動すべくオン・オフ信号を出力しても全てのブリッジはオンできず、モータ２を駆動する電圧供給を遮断される。同様にして、第２の遮断装置２１が信号ライン２３により遮断状態になると、インバータ制御部２１０がモータ２を駆動すべくリレー接点３１３をオンさせる制御信号を出力しても、リレー接点３１３はオフ状態となり、交流電源４からのインバータ変換器３への電源供給が遮断され、モータ２への電力の供給も断たれる。

【0067】

次に図４のフローチャートを用いて、本実施例の遠心分離機１００の動作を説明する。まずユーザがロータ１を任意に選択して遠心分離機１００に装着する。その後、ステップ４０１において遠心分離機１００の図示しない操作部から、ロータ１の運転回転速度を入力することにより設定する。次にステップ４０１において、ロータ１の設定温度、遠心分離の運転時間等その他の遠心分離運転に必要な条件を操作部から入力することにより設定する。遠心分離のための条件の入力が終わると、作業者は遠心分離機１００のドア１２を閉めて、操作部からＳＴＡＲＴキーを押すことにより（ステップ４０３）、ステップ４０４でモータ２が起動する。次にステップ４０５において、回転速度が毎分約５０回転程度の低回転領域において、信号発生器５３及び渦電流センサ５５の出力の有無から、ロータ１の識別する信号と制限回転速度を示す信号を検出する。通常ロータ１の識別信号を検出すると、ロータ１のＩＤが認識できるため、遠心分離機１００に予め格納されているデータからロータ１の種類、ロータ単体の制限回転速度Ｎｓ等がわかる。また、制限回転速度を示す信号によると、信号発生器５３からの信号の出現間隔を測定することによってロータ単体の許容回転速度等がわかる。

【0068】

次にステップ４０６において、第１の制御装置８は識別信号があるか否か判定し、有りの場合は、ロータテーブル（図示せず）からロータ１の種類を特定し、ロータ１の制限回転速度（許容最高回転速度）Ｎｓを設定し、ステップ４０１で入力された設定回転速度と比較し、設定回転速度が許容最高回転速度以下であれば、ステップ４０９において所定の条件下で所定時間だけ遠心分離運転を行う。この遠心分離運転は公知の方法で行えばよいので、ここでの詳細な説明は省略する。次にステップ４１０において、第１の制御装置８は回転中のロータ１の回転速度が、ステップ４０８で設定された制限回転速度Ｎｓ以下であるかを判断する。制限回転速度Ｎｓ以下の場合は、ステップ４１１で設定された運転時間が終了して遠心分離動作が終了であるかを判断する。

【0069】

ステップ４１０においてロータ１の回転速度が制限回転速度Ｎｓを越えた場合、又は、ステップ４１１において遠心分離運転が終了した場合は、ステップ４１２においてロータ１を減速して処理を終了する（ステップ４１２）。以上説明したステップ４０１〜４１２が通常の遠心分離機１００の動作手順である。尚、従来の遠心分離機においては、ステップ４０６において識別信号が無い場合は、遠心分離運転を停止させるようにしていた。

【0070】

本実施例においては、ステップ４０６で識別信号（ＩＤ）が無しと判断されても、ステップ４１３〜４１４のステップを実行することにより遠心分離運転を継続できるようにした。ステップ４１３においては、ＲＰＧ信号の有無が判断される。ＲＰＧ信号によって判断できるのは、ロータ１固有の許容最高回転速度である。この許容最高回転速度はロータ１にかかる遠心応力等を考慮して決められている回転速度数であり、遠心分離機１００の封じ込めエネルギーを考慮したロータ１の許容回転速度（通常、この許容回転速度は遠心分離機１００毎に異なる）と必ずしも一致しない。そこでＲＰＧ信号が無い場合は、ロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーを算出するステップ４１５を実行する。このステップ４１５の詳細な手順については後述する。次に、算出された数値を元に第１の制御装置８は制限回転速度Ｎｓを設定し、ステップ４０９に進む。

【0071】

以上のように、遠心分離機１００にＩＤ情報を有しない旧式のロータを装着したとしても、ロータ１の起動後であって整定状態に達する前に慣性モーメント或いはエネルギーを測定して、安全な制限回転速度Ｎｓを求めるので、旧式のロータを使用することができ、使い勝手の良い遠心分離機を実現できる。

【0072】

ステップ４１３においてＲＰＧ信号がある場合は、ステップ４１４にてＲＰＧ信号によって判断されたロータ１固有の許容回転速度が７０００ｍｉｎ^−１未満であるか判断する。ここで７０００ｍｉｎ^−１未満である場合は、ステップ４０９に移り通常の遠心分離動作を開始する。これは、７０００ｍｉｎ^−１未満の回転速度ならば装着されるどのロータであっても、遠心分離機１００での封じ込めエネルギー以内に収まるため、わざわざロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーを算出する必要がないからである。尚、遠心分離機１００での封じ込めエネルギーは、遠心分離機１００のボウル１０、ドア１２を含めた構造自体に大きく左右されるため、必ずしも一定ではなく、ステップ４１４で判断基準とされる回転速度は遠心分離機１００の種類毎に異なるものである。

【0073】

ステップ４１４でＲＰＧ信号によって判断されたロータ１固有の許容最高回転速度が７０００ｍｉｎ^−１以上の場合は、ステップ４１５に移りロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーを算出するステップ４１５を実行する。次に、算出された数値を元に第１の制御装置８は制限回転速度Ｎｓを設定し、ステップ４０９に進む。このようにロータ１固有の許容最高回転速度が７０００ｍｉｎ^−１以上の場合は、ロータの種類によっては遠心分離機１００での封じ込めエネルギーを越える恐れがあるため、ロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーを算出して安全な慣性モーメント或いはエネルギーを算出するようにした。

【0074】

次に、ロータ１の慣性モーメント或いはエネルギー算出動作の一例について図５及び図６を参照し説明する。従来の遠心分離機においては、図１５の経過時間(秒)とロータ１の回転速度の関係を示すグラフで示すように運転される。時間ｔ＝０においてモータの回転を起動させ、矢印１５０１で示す低回転領域（例えば５０ｍｉｎ^―１付近）で、ロータの識別信号及び制限回転速度信号を検出する。その後、矢印１５０２で示すようにロータの回転を加速させて所定の回転速度にて整定させ、矢印１５０３のように設定された遠心分離時間だけ運転される。設定された時間の遠心分離が終了したら矢印１５０４のようにロータは減速されて回転が停止する。

【0075】

ここで従来の遠心分離機においては、矢印１５０１で示す低回転領域で、ロータの識別信号及び制限回転速度信号を検出できない場合は、エラーとしてロータの回転が停止され遠心分離運転が停止していた。本実施例では、このロータの回転が停止してしまう状態を回避すると共に、安全に遠心分離運転を保証できる遠心分離機を実現することにあり、その運転状況を示すのが図５である。

【0076】

図５は、本実施例においてロータ１に識別信号及び制限回転速度信号等のＩＤ情報が無い場合の、経過時間(秒)とロータ１の回転速度の関係を示すグラフである。本実施例に係る遠心分離機１００は、矢印５０１で示す低回転領域で、ロータの識別信号及び制限回転速度信号を検出する。ここでロータ１の識別信号及び制限回転速度信号を検出できない場合は、ロータ１の回転をさらに加速させて、矢印５０２で示す所定の低速回転領域において図４のステップ４１５で示したロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーの算出を行う。本実施例では所定の低速回転領域は、約２０００ｍｉｎ^−１の回転領域を用いている。その後、遠心分離運転のための設定回転速度が、ステップ４１６で求められた制限回転速度Ｎｓ以下であれば矢印５０３のようにロータ１をさらに加速させて、矢印５０４のように設定回転速度にて設定時間の遠心分離運転を行い、設定時間が経過したら矢印５０５のようにロータ１を減速させて停止させる。尚、ステップ４０２において設定された遠心分離のための回転速度が、矢印５０２で示す所定の低速回転領域において算出された制限回転速度Ｎｓよりも大きい場合は、点線５０６に示すようにロータ１を減速してその回転を停止させる。

【0077】

次に、図６を用いて図５の矢印５０２の付近におけるロータ１の慣性モーメント或いはエネルギーの算出のしかたについて説明する。図６において実線はロータ１及びモータ２の現在回転速度Ｎを表し、一点破線はモータ２の出力トルクτａやτｍを表している。

【0078】

第１の制御装置８は加速途上の回転速度Ｎ１となる時刻Ｔ１で、慣性モーメントの小さいロータの急加速状態での測定を避けるために、モータ２の出力トルクをτａからτｍに低減するように制御し、上記した速度検出や電流検出フィルタリング処理の、速度勾配と電流値が一定の値として検出できるように時刻Ｔ３まで出力トルクを低減させた状態を保つ。トルクτｍでの測定開始時刻Ｔ２の回転速度はＮ２（第１の回転速度）となっており、トルクτｍでの測定終了時刻Ｔ３では回転速度はＮ３（第２の回転速度）に達する。

【0079】

時刻Ｔ３からは、第１の制御装置８は出力トルクをゼロとし、ロータ１の風損或いはモータ２のベアリングなどの支持系機械損による減速トルクτｗに従う自然減速状態となり、速度検出フィルタリング処理時間遅れを考慮し、測定開始時刻Ｔ４まで自然減速状態を保ち、Ｔ４での回転速度Ｎ４から更に自然減速させ、測定終了時刻Ｔ５の回転速度Ｎ５（第３の回転速度）まで低下させる。

【0080】

時刻Ｔ２からＴ３の加速状態でのモータ２の回転速度をＮｆ、算出するロータ１の慣性モーメントをＩｐ、モータ２の回転子、駆動シャフト１４やトルク伝達器１３等のロータ１以外の回転系の慣性モーメントをＩｒとすると、Ｉｒはこの場合は定数となる０．００１３９ｋｇ・ｍ^２程度の既知の一定量、下記数式３で表される。

【0081】

【数3】

【0082】

一方、時刻Ｔ４からＴ５の自然減速状態でのモータ２の回転速度をＮｂとして下記数式４で表される。

【0083】

【数4】

【0084】

数式３、４に於いて、モータ２の回転速度Ｎｆ、Ｎｂの時間変化率は、時間差Δｔｆ＝Ｔ３−Ｔ２ 、時間差Δｔｂ＝Ｔ４−Ｔ５として良いから近似的に数式５、数式６で表される。

【0085】

【数5】

【0086】

【数6】

数式４、数式５、数式６を数式１に代入してロータ１の慣性モーメントＩｐについて整理すると、数式７を得る。

【0087】

【数7】

【0088】

ここで、算出するロータ１の慣性モーメントＩｐの範囲は、最小のもので１００×１０^−４ｋｇ・ｍ^２程度から最大のもので４０００×１０^−４ｋｇ・ｍ^２程度まであり慣性モーメント値の比率で４０倍の開きがある。特にモータ２が誘導モータの場合は、経験的に、ロータ１の慣性モーメントの大小で励磁スベリが変化し、Ｉｐの小さいものでは見かけ上大きく算出され誤差が大きい傾向がある。

【0089】

モータの制御は一定周期でモータ電圧の大きさと周波数を変更しているので、扱うロータの慣性モーメントＩｐの大きさに伴い瞬時のすべりが変化し、更に平滑コンデンサ３１１の電圧やモータ２の巻線の温度変化による１次巻線抵抗の変化により、モータ電流と出力トルクの線形性が失われてしまうので、本実施例の遠心分離機ではモータ２の出力トルクτｍを数式８で近似する。

【0090】

【数8】

【0091】

数式８の意味するところは、単位をＷ（ワット）とすると、右辺はモータの出力は、出力トルクτｍと時刻Ｔ２とＴ３間の時間差Δｔｆ間のモータ２の平均回転速度Ｎａｖの積であり、左辺は定数の係数をｋとしてモータ２に入力された電流信号Ｉｕの実効電流の平均値Ｉｕａｖと平滑コンデンサ３１１の電圧すなわちＤＣリンク電圧の電圧信号Ｖ１の平均値Ｖ１ａｖの積であり、これらは短い時間差Δｔｆで効率が殆んど変化しないので定数の係数をｋを用いて釣り合う。回転速度Ｎａｖは時刻Ｔ２での回転速度Ｎ２と時刻Ｔ３でのＮ３の中間速度とし、数式９のようになる。

【0092】

【数9】

【0093】

数式８をモータ２のトルクτｍについて整理すると数式１０が得られ、これを数式７に代入すると数式１１を得る。

【0094】

【数10】

【0095】

【数11】

【0096】

次に、上記のロータ１の慣性モーメント算出動作における第１の制御装置８と第２の制御装置９の動作の詳細を図９と図１０を参照し説明する。図９は第１の制御装置８内のＣＰＵ２０１の動作フローチャートであり、図１０は第２の制御装置９内のＣＰＵ２１１の動作フローチャートである。なお、ロータ１の慣性モーメントＩｐに替えてロータ１の回転速度Ｎａｖでの回転エネルギーＥａｖを求める場合は、ロータ１のＥａｖ測定時の回転速度をＮａｖ（ｍｉｎ^−１）とすると数式１２を用いれば良い。

【0097】

【数12】

【0098】

動作中の出力トルクτｍをモータ２に入力された電流信号ＩｕとＤＣリンク電圧の電圧信号Ｖ１をトルク変動要因として統計処理によりこれらの要因に対する重み付けする従来の方法では、±８％程度の慣性モーメントＩｐ或いは回転エネルギーＥの算出精度でしかカバーできない。

【0099】

これは、モータ２の固有エアギャップ長による磁束の大小、元々の巻線抵抗の違い、モータ２がブラシレスＤＣモータであればマグネットから出力される磁束量が異なり、モータ２の製造時のばらつきを排除できないのが誤差を生む要因の一つになり、定数の係数ｋは遠心分離機１００に搭載されるモータ或いはインバータ等の制御装置によって異なる固有の数値となる。従って、定数の係数ｋを教示により定めることによりこのばらつきを排除する。数式１１或いは数式１２の計算方法と係数ｋの教示の実施により慣性モーメントＩｐ或いは回転のエネルギーＥの算出誤差は±３％台の値に高精度化できる。数式１１或いは数式１２に於いて、算出される慣性モーメントＩｐが既知の値であれば、慣性モーメント算出プロセスをそのまま用いて定数の係数ｋを逆算して求めることができる。

【0100】

定数の係数ｋを教示する方法について、図１３、図１４を参照しながら説明する。図１３に於いて、ここでは例えば出願人が販売するＲ１５Ａ形ロータをロータ選択ボタン１３００により選択する。選択可能なロータはこの遠心分離機で使用できるロータファミリーの殆んど或いは全てから選択でき、それぞれについて慣性モーメント値がデータベースとして入力されており、現地での教示を可能にしている。なお、ロータ１は、同じ形式のものであれば、その性質上すなわち、合金製で高精度に機械加工されたものであるから慣性モーメントに殆んど違いは無い。

【0101】

次に、スタートボタン１３０１を押下すると、後述の慣性モーメント或いは回転エネルギー算出と同様な動作が行われ、回転速度Ｎ２、Ｎ３以下Ｎａｖまでが測定され数式１１を用いて図１４に示すように定数の係数ｋが求まる。定数の係数ｋは複数回の動作により平均値として求めることにより高精度化が可能である。この後、確定ボタン１３０２を押下することにより、第１の制御装置のＣＰＵ２０１は不揮発性メモリ２２３、第２の制御装置のＣＰＵ２１１では不揮発性メモリ２１８にそれぞれの算出された定数の係数ｋを保存し、以後、実際の遠心分離機運転時に数式１１或いは数式１２を用いて慣性モーメントＩｐ或いは回転のエネルギーＥを算出する際に読み出し利用する。

【0102】

ＣＰＵ２０１の動作を示す図９において、ステップ７００はモータ２の速度がＮ１（図６参照）に達しているかを判断する判断処理であり、Ｎ１以上であればステップ７０１に進み、ＣＰＵ２０１はＣＰＵ２１１が正常に動作しているか確認するために、ＣＰＵ２１１の現在の状態を問い合わせる通信を行う。ステップ７０２ではＣＰＵ２１１からステップ７０１での通信に対する応答の有無をチェックし、応答がない場合ＣＰＵ２１１は異常であると判断し、ステップ７０３でモータ２の減速停止処理を実施し測定を終了する。

【0103】

応答があった場合は、ステップ７０４に進み、モータ滑りとモータ印加電圧を所定の値まで低減させ、モータ２の出力トルクをτｍに低減する。この後、上記したように速度検出や電流検出フィルタリング処理後の速度勾配と電流値が安定した状態で検出できるように、ステップ７０５で図６の時刻Ｔ１からＴ２までの時間であるｔｘの間、出力トルクを低減させた状態を保つインターバルを置き、ステップ７０５でＣＰＵ２０１とＣＰＵ２１１の回転速度Ｎ２の測定に関する同期が取れるようにＣＰＵ２１１に加速開始の通知を通信出力し、ステップ７０６で回転速度Ｎ２を測定する。

【0104】

ステップ７０７はトルクτｍの加速状態での予め決められた時間インターバルｔｙだけ持続させ、ステップ７０９に進む。ステップ７０９では回転速度Ｎ２を測定してから増加回転速度ΔＮｘ以上加速しているかを判断する。もしも回転速度が増加回転速度ΔＮｘ以上加速していない場合は、ΔＮｘ以上上昇するまで現状の加速を維持するようインバータ制御部２１０を制御する。

【0105】

ΔＮｘ以上加速していればステップ７１０に進み、ステップ７１０ではこの時の回転速度Ｎ３とＮ２からＮ３までの加速に要した時間差Δｔｆの測定及びトルクτｍで加速している時の回転速度の時間変化率ｄＮｆ／ｄｔを数式５に従い演算し、電流信号Ｉｕと平滑コンデンサ電圧Ｖ１の時間差Δｔｆでの平均値、Ｉｕａｖ、Ｖ１ａｖ、時刻Ｔ２とＴ３の間のモータ２の平均回転速度Ｎａｖを求める。ここで、時間差Δｔｆは図６の時刻Ｔ２からＴ３までの時間である。ステップ７１２はモータ２への電力供給を停止しトルク０で自然減速を開始する処理であり、ステップ７１３に進み、速度検出フィルタリング処理の時間遅れを考慮し、速度勾配が安定した状態で検出できるように、図６の時刻Ｔ３からＴ４までの時間ｔｚの間トルク０の時間インターバルを置き、ステップ７１４でＣＰＵ２０１、２１１の回転速度Ｎ４の測定に関する同期が取れるようにＣＰＵ２１１に減速開始の通知を通信出力し、ステップ７１５で回転速度Ｎ４を測定する。

【0106】

ステップ７１６では回転速度Ｎ４を測定してからの減少回転速度ΔＮｙ分以上モータ２が減速しているかを判断する。もし、減少回転速度がΔＮｙ以上減速していない場合は、ΔＮｙ以上減速するまで現状の減速状態を維持するようインバータ制御部２１０を制御する。ΔＮｙ以上減速していればステップ７１７に進み、ステップ７１７ではこの時の回転速度Ｎ５とＮ４からＮ５までの減速に要した時間差Δｔｂ（＝時刻Ｔ４からＴ５までの時間）の測定が行われる。

【0107】

ステップ７１７ではロータ１の慣性モーメント或いは回転エネルギーを算出する項目の測定が完了したので、急加速するためにモータ２の出力トルクをτａまで増加させる処理が行われ、自然減速時の回転速度の時間変化率ｄＮｂ／ｄｔを次数式６により演算する。

【0108】

ステップ７１９では、各測定結果を数式１１或いは数式１２に代入して慣性モーメントＩｐ或いは回転速度Ｎａｖでのロータ１の回転エネルギーＥａｖを算出し、ステップ７２３でＩｐ或いはＮａｖとＥａｖを不揮発性メモリのＲＡＭ２０８に記憶すると共に、ユーザインターフェイス手段２５により操作者が設定した許容回転速度ＮｓでのロータエネルギーＥｓが次数式１３に従い演算される。

【0109】

【数13】

【0110】

ステップ７２４ではＣＰＵ２０１とＣＰＵ２１１で測定したロータ１の慣性モーメントＩｐ或いはエネルギーＥａｖを通信にて照合し、互いのＣＰＵが異常なく慣性モーメント或いはエネルギー算出が実施されたか否かを判断し、正常に演算が実施されていれば、各ＣＰＵが演算した値を比較し合い所定の誤差以内にあれば正常と判断しステップ７２６に進む。所定の値を超えた誤差がある時は、第１の制御装置８と第２の制御装置９のいずれか一方に不具合があると判断し、ステップ７２５に進みモータ２の減速停止処理を実施し測定を終了する。

【0111】

また、ステップ７２６では、遠心分離機の封じ込めエネルギーよりも低い封じ込めエネルギー閾値Ｅｃとユーザインターフェイス手段２５より入力された設定整定回転速度での許容回転速度ＮｓでのロータエネルギーＥｓとを比較し、ＥｓがＥｃ以上であればステップ７２５に進み減速停止し、ＥｓがＥｃ未満であれば許容回転速度Ｎｓまでの加速を続行し、ロータエネルギーの測定を終了する。

【0112】

本実施例の遠心分離機はユーザインターフェイス手段２５により操作者が試料を遠心分離するために選択したロータの機種（ＩＤ）コード例えば、ロータ毎に割振られている番号などを入力することにより、ＣＰＵ２０１は不揮発性メモリのＲＡＭ２０８に記憶されている複数のロータテーブルの中から、選択されたロータ情報の仕様のデータを読み込むことができる。第１の制御装置８は、上記選択されたロータのロータ情報の１つとして記憶されている所定の回転速度ＮｕでのロータエネルギーＥｕと、ステップ７２３で演算した回転エネルギーＥａｖを基に回転速度Ｎｕでロータ１が持つと推定されるエネルギーＥｕ’との比較を行い、所定の値を超えた誤差があった場合は、ユーザインターフェイス手段２５より入力されたロータの機種コードと回転駆動中のロータが一致していないと判断して、モータ２を減速停止させることも可能である。

【0113】

ＣＰＵ２１１の動作を示す図１０において、ステップ８００は回転速度Ｎ２の測定に関するＣＰＵ２０１とＣＰＵ２１１の同期を取るためのＣＰＵ２０１から加速開始通知の通信があったか判断する判断処理であり、通信が無い場合は、ステップ８０１に進み、モータ２の回転速度が慣性モーメント或いはエネルギー算出の下限回転速度未満であればステップ８００に戻り、逆に上限回転速度Ｎｌｉｍ以上であれば、第１の制御装置８に異常が発生した状態で加速を継続している危険 状態と判断し、ステップ８０２でインバータ変換器３の電源入力を遮断するようにＩ／Ｏ２１７から信号ライン２３を介し第２の遮断装置２１へ遮断信号を出力し、エネルギー測定を終了する。

【0114】

ステップ８００で加速開始通知の通信があったと判断した場合は、ステップ８０３に進み回転速度Ｎ２を測定する。ステップ８０４では時間インターバルｔｙだけタイムインターバルを取り、ステップ８０５に進み、回転速度Ｎ２を測定してから増加回転速度ΔＮｘ以上加速しているかを判断する。もし増加回転速度がΔＮｘ以上加速していない場合は、ΔＮｘ以上上昇するまで待機する。ΔＮｘ以上加速していればステップ８０６に進み、この時の回転速度Ｎ３とＮ２からＮ３に加速に要した時間差Δｔｆの測定が行われ、また、ステップ８０７でモータ電流Ｉｗと平滑コンデンサ電圧Ｖ２の時間差Δｔｆでの電流信号Ｉｗの実効電流の平均値Ｉｗａｖと電圧信号Ｖ２の平均値Ｖ２ａｖ、時刻Ｔ２とＴ３の間のモータ２の平均回転速度Ｎａｖを求める。

【0115】

ステップ８０８は回転速度Ｎ４の測定に関するＣＰＵ２０１、ＣＰＵ２１１の同期を取るためのＣＰＵ２０１から減速開始通知の通信があったか判断する処理であり、通信が無い場合は、ステップ８０９に進み、速度がＮｌｉｍ未満であればステップ８０８に戻り、Ｎｌｉｍ以上であれば、ステップ８１０でＩ／Ｏ２１７から信号ライン２３を介し第２の遮断装置２１へ遮断信号を出力し、エネルギー測定を終了する。

【0116】

ステップ８０８で減速開始通知の通信があったと判断した場合は、ステップ８１１に進み回転速度Ｎ４を測定し、ステップ８１２で回転速度Ｎ４を測定してからΔＮｙ以上減速しているかを判断する。もし回転速度がΔＮｙ以上減速していない場合は、ΔＮｙ以上減速するまで待機する。ΔＮｙ以上減速していればステップ８１３に進み、この時の回転速度Ｎ５とＮ４からＮ５までの減速に要した時間ｔｂの測定が行われる。以降、ステップ８１４、８１５では図９のステップ７１９、７２３と同様の処理が実施され、第２の制御装置９が同定する回転速度Ｎｍでのロータ１の回転エネルギーＥｍが求められ、ステップ８１５でＩｐ或いはＮｍ及びＥｍを不揮発性メモリのＥＥＰＲＯＭ２１８に記憶し算出を終了する。

【0117】

なお、第２の制御装置９は第１の制御装置８のＳＣＩ２０９からの通信信号を受けてから、測定を開始するため時間遅れを考慮して、ステップ８０４での時間インターバルｔｙは図９のステップ７０８でのｔｙより短い時間とし、ステップ８０５及びステップ８１２でのΔＮｘ、ΔＮｙは、それぞれ図９のステップ７０９及びステップ７１６でのΔＮｘ、ΔＮｙより小さい値として、ＣＰＵ２０１とＣＰＵ２１１での角加速度の検出に関する時間の整合を取ることにより、第１の制御装置８と第２の制御装置９が同定するエネルギーの誤差を最小限にすることが可能である。また、本実施例では測定したロータエネルギーとその測定速度は例えばＲＡＭ等の不揮発性メモリ２０８及びＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ２１８に記憶されており、ロータエネルギー測定終了後に停電が発生し、復電した際のロータ１の速度が高速であっても、不揮発性メモリ２０８及び２１８からＥａｖ及びＥｍを読み出すことでロータエネルギーの管理を可能としている。

【0118】

次に、遠心分離機運転時の第１の制御装置８と第２の制御装置９のモータ２への電力供給遮断動作について図１１、図１２を参照して説明する。図１１、図１２はそれぞれ第１の制御装置８、第２の制御装置９についての動作を示すフローチャート図である。

【0119】

図１１において、ステップ９００はロータ１が回転しているか否かを判断し、回転していなければ、ステップ９０１に進み不揮発性メモリのＲＡＭ２０８に記憶した上記したエネルギー測定時の回転速度Ｎａｖと回転速度Ｎａｖでのロータ１の回転エネルギーＥａｖをクリアし、ステップ９００に戻る。ステップ９００でロータ１が回転していると判断した時は、ステップ９０２に進み、回転速度Ｎ１を超えＥａｖの測定が完了したかを判断する。測定未完の時はステップ９００に戻り、測定が完了していればステップ９０３でＮａｖとＥａｖを基にモータ２の現在回転速度ＮでのロータエネルギーＥを次式に従い算出する。

【0120】

【数14】

【0121】

ステップ９０４は、遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値Ｅｃと回転速度ＮでのロータエネルギーＥとの大小を判断し、ＥがＥｃ以上であればステップ９０５に進み第１の遮断装置２０に遮断信号を出力し、ＥがＥｃ未満であればステップ９０６に進み、ステップ９０６では、ユーザインターフェイス手段２５を介し操作者が選択したロータの許容最高回転速度
Ｎｍａｘでのロータ固有のエネルギー上限値Ｅｍａｘと上記Ｅを比較し、ＥがＥｍａｘ以上であればステップ９０５に進み第１の遮断装置２０に遮断信号を出力し、ＥがＥｍａｘ未満であればステップ９００に戻り、以降、現在回転速度Ｎに従い大小するロータエネルギーを監視し、遠心分離機の封じ込めエネルギー又はロータ固有のエネルギー上限値Ｅｍａｘに対して上記ロータエネルギーが超えないように、エネルギーの監視が実施される。

【0122】

第２の制御装置９の動作は、図１２に示すとおり、上記の図１１により説明した第１の制御装置８の動作と同様であり、エネルギー測定時の回転速度Ｎｍと回転速度Ｎｍでのロータ１の回転エネルギーＥａｖのクリアと参照はＥＥＰＲＯＭ２１８を対象とし、モータ２の駆動の禁止は、遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値Ｅｃと現在回転速度ＮでのロータエネルギーＥとの大小を判断し、ＥｒがＥｃ以上となった時に第２の遮断装置２１に遮断信号を出力することでなされている。

【0123】

次に、ロータ１の設定回転速度及び制限回転速度を、算出された回転エネルギーではなく慣性モーメントＩｐによって行う場合について、制限回転速度閾値及び設定回転速度閾値を求めるデータベースを５種類のロータにより模擬的に示す図８を参照しながら説明する。

【0124】

エネルギー限界値６０２（エネルギー（ｋＪ）軸）は、本実施例に係る遠心分離機１００の封じ込めエネルギーの上限値を示したものであり、遠心分離機１００は、約１７５ｋＪのエネルギーまで耐えることが保証される。制限回転速度閾値６００は、ロータ１の単体での許容回転速度（ｍｉｎ^−１）である。設定回転速度閾値６０１は、遠心分離機１００を操作するユーザによって設定される設定回転速度の閾値であり、安全マージンを確保して制限回転速度閾値６００よりも低い回転速度が設定される。例えば慣性モーメントＩｐがロータ１の真の慣性モーメントに対して最大±１０％の誤差を含んで算出されたとしても同一の制限回転速度閾値６００、設定回転速度閾値６０１が選択されるべきであるので、制限回転速度閾値６００、設定回転速度閾値６０１はこれらの算出誤差を考慮して引かれている。

【0125】

例えば、ロータ１の慣性モーメントＩｐの算出値が３３７０（×１０^−４ｋｇ・ｍ^２）であった場合は、データベース算出イナーシャＩｐ（×１０^−４ｋｇ・ｍ^２）の横軸の数値３３７０の所から垂直に延ばしたライン６０３とライン６００との交点Ｐ（黒●）から制限回転速度閾値となるこの場合９０００ｍｉｎ^−１が得られる。同様にしてライン６０１との交点Ｑ（白抜き□）は設定回転速度閾値となるこの場合８５００ｍｉｎ^−１が得られ、ライン６０３上の点Ｒ（白抜き△）はロータ１が制限回転速度閾値で回転中の回転エネルギーこの場合１５０ｋＪを示す。このようにロータ１が制限回転速度で回転した場合に遠心分離機１００の封じ込めエネルギー限界値となるこの場合１７５ｋＪ未満になるようにライン６００が設定されており、さらにライン６００より小さな値にライン６０１が設定されている。ライン６００との交点（Ｉｐｍａｘ（白抜き□）とＩｐｍｉｎ（白抜き□）は、算出されたＩｐの誤差が無い場合が点Ｐであるのに対して、誤差が−１０％で算出された場合をＩｐｍｉｎ、誤差が＋１０％で算出された場合をＩｐｍａｘで示したものである。算出された慣性モーメントに対応する制限回転速度とユーザが入力した設定回転速度を比較して設定回転速度が制限回転速度を上回る場合は、モータの回転を停止させる。

【0126】

ライン６００、６０１が階段状になっており、算出された慣性モーメントＩｐが増加するに従い低くなる折れ線としている。これは、同一種類のロータであってもチューブや試料が極めて軽いほぼ空身に近い場合と試料が満杯でさらに金属チューブ等を使用した場合では実際の慣性モーメントＩｐに大きな差があるので、折れ点をその種類のロータの慣性モーメント最大時にさらに誤差が＋１０％を加算した位置に定めている。

【0127】

算出されるべき慣性モーメントＩｐは数値範囲が予め決まっているので、ライン６０１ａ、ライン６０１ｂは予定の範囲外の慣性モーメントの場合にロータ１を回転させないためのガードラインである。ロータ１の回転エネルギーで制御する場合のエネルギーＥｍａｘがライン６０２に、ロータ１の許容最高回転Ｎｍａｘがライン６００に相当するから、現在の回転速度Ｎと算出された慣性モーメントＩｐから、数式１５を用いてＥｒを計算する。

【0128】

【数15】

【0129】

この置き換えにより、図１１及び図１２のフローチャートに従って制御し、第１の制御装置８、第２の制御装置９は、各々このＥと遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値Ｅｃとを比較し、ＥがＥｃを越えたと判断した時に第１の遮断装置２０、第２の遮断装置２１に遮断信号を出力するように動作するので、遠心分離機１００の封じ込めエネルギーに対しロータ１のエネルギーが超えないようにロータ１の速度の制限が可能であることは明らかである。

【0130】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0131】

１ ロータ ２ モータ ３ インバータ変換器 ４ 交流電源
５ 第１の速度検出手段 ６ 第２の速度検出手段 ７ マグネット
８ 第１の制御装置 ９ 第２の制御装置 １０ ボウル
１１ プロテクタリング １２ ドア １３ トルク伝達器
１４ 駆動シャフト １５ フレーム １６ 第１の電流検出器
１７ 第２の電流検出器 １８ 第１の直流電圧検出器
１９ 第２の直流電圧検出器 ２０ 第１の遮断装置
２１ 第２の遮断装置 ２２ 信号ライン ２３、２４ 通信ライン
２５ ユーザインターフェイス手段 ２６ 第３の速度検出手段
２７ エンコーダディスク ３０ 信号ライン
３１、３２、３３ インバータブリッジ ５１ ロータアダプタ
５２ マグネット ５３ 信号発生器 ５４ 識別穴パターン
５５ 渦電流センサ ５６ 信号ライン １００ 遠心分離機
２０１ ＣＰＵ ２０２ 電流実効値変換器 ２０３ Ａ／Ｄ変換器
２０４、２０５ ＭＴＵ ２０６ Ａ／Ｄ変換器 ２０７ Ｉ／Ｏ
２０８ 不揮発性メモリ ２０９ ＳＣＩ ２１０ インバータ制御部
２１１ ＣＰＵ ２１２ 電流実効値変換器 ２１３ Ａ／Ｄ変換器
２１４、２１５ ＭＴＵ ２１６ Ａ／Ｄ変換器 ２１７ Ｉ／Ｏ
２１８ 不揮発性メモリ ２１９ ＳＣＩ
２２１、２３０、２３１ ＭＴＵ ２２２ 信号変換器
２２３ 不揮発性メモリ ３０１ 上アーム ３０２ 下アーム
３０４ ゲート制御回路 ３０５ フォトカプラ ３０６ ゲート制御回路
３０７ フォトカプラ ３０８、３０９ 抵抗器 ３１０ 電源
３１１ 平滑コンデンサ ３１２ コンバータ ３１３ リレー接点
３１４ リレーコイル ３１６、３１７、３１８ ドライバ
６００ 制限回転速度閾値 ６０１ 設定回転速度閾値
６０２ 遠心分離機１００の封じ込めエネルギー限界値
６０１ａ 算出Ｉｐ小の場合の設定回転速度閾値及び制限回転速度閾値のガードライン
６０１ｂ 算出Ｉｐ大の場合の設定回転速度閾値及び制限回転速度閾値のガードライン
１３００ ロータ選択ボタン １３０１ スタートボタン
１３０２ 確定ボタン Ｉｕ 電流信号 Ｉｗ 電流信号
ＭＰＧ、ＲＰＧ、ＳＰＧ パルス信号
ＥＮＣａ、ＥＮＣｂ ２相のパルス信号
ＩＤ ロータ判別信号 Ｖ１、Ｖ２ 電圧信号
Ｆ ＣＰＵ２０１或いはＣＰＵ２１１の内部クロックの周波数
ＣＮＴ 信号立下りエッジ間でのクロックのカウント数
Ｎ モータ２の現在回転速度 τａ 加速時のモータ２の出力トルク
τｍ 測定時のモータ２の出力トルク Ｎ１ 時刻Ｔ１でのモータ２の回転速度
Ｎ２ 時刻Ｔ２でのモータ２の回転速度 Ｎ３ 時刻Ｔ３でのモータ２の回転速度
Ｎ４ 時刻Ｔ４でのモータ２の回転速度 Ｎ５ 時刻Ｔ５でのモータ２の回転速度
Ｎａｖ 時刻Ｔ２とＴ３間のモータ２の平均回転速度
Ｔ１ 加速途上の回転速度Ｎ１となる時刻
Ｔ２ トルクτｍでの測定開始時刻 Ｔ３ トルクτｍでの測定終了時刻
Ｔ４ 自然減速での測定開始時刻 Ｔ５ 自然減速での測定終了時刻
Ｎｆ 時刻Ｔ２からＴ３の加速状態でのモータ２の回転速度
Ｎｂ 時刻Ｔ４からＴ５の自然減速状態でのモータ２の回転速度
Δｔｆ 時間差 Δｔｂ 時間差 ｔｒ モータ２の１回転周期
Δｔ 実際の速度に対する時間遅れ Ｎｏ モータ２の理想回転速度
Ｎｒ モータ２の瞬時の現在回転速度 Ｎｎ フィルタリング後の今回の速度
Ｎｎ−１ フィルタリング後の前回の速度 α フィルタリングの定数
Ｎ モータ２の現在回転速度 ｋ 定数の係数
Ｉｐ ロータ１の慣性モーメント
Ｉｒ ロータ１以外の回転系の慣性モーメント
Ｉｕａｖ 電流信号Ｉｕの実効電流の平均値
Ｖ１ａｖ 電圧信号Ｖ１の平均値
Ｉｗａｖ 電流信号Ｉｗの実効電流の平均値
Ｖ２ａｖ 電圧信号Ｖ２の平均値
ｔｘ 時刻Ｔ１からＴ２までの時間インターバル
ｔｙ トルクτｍの加速状態での予め決められた時間インターバル
ｔｚ 時刻Ｔ３からＴ４までのトルクゼロの時間インターバル
ΔＮｘ 回転速度Ｎ２を測定してからの増加回転速度
ΔＮｙ 回転速度Ｎ４を測定してからの減少回転速度
Ｎｌｉｍ ロータ１の慣性モーメント或いはエネルギー算出の上限速度
Ｅｍ 回転速度Ｎｍでのロータ１の回転エネルギー
Ｎｓ 許容回転速度
Ｅｓ 許容回転速度Ｎｓでのロータエネルギー
Ｅ 現在回転速度Ｎでのロータエネルギー
Ｅｃ 遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値
Ｅｒ モータ２の瞬時の現在回転速度Ｎｒでのロータエネルギー
Ｎｍａｘ ロータの許容最高回転速度
Ｅｍａｘ ロータの許容最高回転速度Ｎｍａｘでのロータ固有のエネルギー上限値
Ｐ ライン６０３とライン６００との交点（黒●）
Ｑ ライン６０１との交点（白抜き□）
Ｒ ライン６０２上の点（白抜き△）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】