(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持するロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記ロータまたは前記モータの回転速度を検出する回転センサと、前記モータの回転制御をする制御装置を有する遠心機において、
前記モータは誘導モータであって、前記制御装置はパルス幅変調による可変電圧可変周波数型のインバータを含み、
前記モータの減速時に、前記インバータによって前記モータに供給される回転磁界の回転速度を前記モータの回転速度より高い状態から低い状態への切り替えを行い、
前記制御装置は前記切り替えを行う前に、前記インバータの出力電圧を減速開始時の電圧よりも低減させ、前記出力電圧が低減された状態で前記回転磁界の回転速度の切り替えが行われることを特徴とする遠心機。
【請求項２】
試料を保持するロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記ロータまたは前記モータの回転速度を検出する回転センサと、前記モータの回転制御をする制御装置を有する遠心機において、
前記モータは誘導モータであって、前記制御装置はパルス幅変調による可変電圧可変周波数型のインバータを含み、
前記モータの減速中から定速運転への移行時には、前記インバータによって前記モータに供給される回転磁界の回転速度を、前記モータの回転速度より低い状態から高い状態への切り替えを行い、
前記制御装置は前記切り替えを行う前に、前記インバータの出力電圧を定速回転の回転数よりも所定の回転数だけ高い回転時の電圧よりも低減させ、前記出力電圧が低減された状態で前記回転磁界の回転速度の切り替えが行われることを特徴とする遠心機。
【請求項３】
前記低減させた状態は、前記減速開始時の電圧の１／２以下、又は、前記定速回転の回転数よりも所定の回転数だけ高い回転時の電圧の１／２以下の電圧であることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心機。
【請求項４】
前記低減させた状態は、ほぼゼロ電圧であることを特徴とする請求項３に記載の遠心機。
【請求項５】
前記回転磁界の回転速度を切り替える時点の、前側及び後側の所定時間にわたって前記インバータの出力電圧の低減状態を維持することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心機。
【請求項６】
前記インバータは、すべりが小さくなるときのモータへの印加電圧の調整をパルス幅変調で行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心機。
【請求項７】
前記制御装置は前記回転センサから得られる回転数と前記インバータによる励磁速度との差からすべりを算出して、前記インバータの出力電圧を制御することを特徴とする請求項６に記載の遠心機。
【請求項８】
前記ロータは着脱可能であり、
前記制御装置は装着された前記ロータの種類を識別して、識別された種類に応じて前記インバータの出力電圧の低減比率を決定す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機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心機（遠心分離機）のロータを回転させるモータの制御に関し、特に誘導モータを用いた遠心機の加減速時の振動を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心機は、試料を収容したロータを高速で回転させることにより遠心力を利用した試料の分離作業等を行う装置である。使用するロータは着脱式であって交換可能とすることが多い。遠心機により試料の分離を行なう際は、作業者は入力パネル等の入力手段から、それぞれ試料の分離目的に応じたロータの回転速度、運転時間、ロータ室の温度などの遠心条件を設定する。遠心機は、設定された遠心条件に従ってロータを加速又は減速させて所定の回転速度を保ち、設定された運転時間が経過するか、使用者により停止操作が為されるとロータを減速して停止する。
【０００３】
図１は従来例による遠心機の全体構成の概略を示す断面図である。遠心機１は、本体内部に回転室５を備え、回転室５はドア３により閉塞され、回転室５の下には駆動源としてモータ４が設けられる。モータ４から回転トルクを伝達するシャフト（出力軸）１６が回転室５内まで突出するように延び、シャフト１６の先端に設けられたクラウン１７にロータ２がセットされる。このようにモータ４のシャフト１６の先端にロータ２がセットされるので、モータ４による回転駆動力はロータ２に直接伝達される。シャフト１６の周囲にはモータ４内部への水分等の侵入防止のため略円筒形状のシャフトケース１４が配置される。冷却装置１８はチャンバ１３の外周に巻きつけられた冷却配管１８ａに冷媒を流すことによって回転室５内を冷却するものであって、フロンガスなどを冷媒とする冷凍サイクルが用いられる。冷凍サイクルのコンプレッサとしては様々な方式があるが、インバータを用いた可変速コンプレッサを搭載すると冷却能力の向上が図れるので好ましい。制御装置７は温度センサ１５によって検出された回転室５の温度に基づいて冷却装置１８を駆動制御し、回転室５を所定の温度に制御する。チャンバ１３と冷却配管１８ａの周囲、および回転室５を閉塞するドア３の内部には図示しない断熱材が設けられる。
【０００４】
従来からロータ２を回転駆動するモータ４として誘導モータ（誘導電動機）、特に３相誘導モータが広く用いられる。誘導モータは、固定子側コイルと、かご型の導体を有する回転子を有し、固定子側コイルが、回転子の導体に対して電磁誘導作用でエネルギーを伝達して動作する。遠心機においては、ギヤやベルトなどによる減速・増速を行わず、モータ４の回転軸上にロータ２を載置して直接駆動することが多く、その場合はモータ４の回転数とロータ２の回転数が一致する。モータ４の駆動回路は制御装置７内に配置され、電圧や周波数を可変に制御可能な３相交流インバータ（図示せず）が用いられる。３相交流インバータの出力電圧はＰＷＭ（パルス幅変調）方式により擬似的に正弦波電圧を発生する。
【０００５】
３相誘導モータは、３相交流インバータが３相交流を固定子巻線に与えてモータ内に回転磁界を発生し、回転磁界によってモータ内の回転子に誘導電流を発生させ、それらの相互作用によりトルクを発生させるものである。従って回転磁界の速度と回転子の速度には“すべり”と呼ばれる速度差が生じる。すべりは（数１）であらわされ、すべりが正であればモータ４の出力軸には、回転方向に正のトルク（加速トルク）が発生し、負であれば回転方向に負のトルク（制動トルク）が発生する。
すべり  ＝  回転磁界の回転速度  −  回転子の回転速度  ・・・（数１）
３相誘導モータには、その巻線方式により２極、４極またはそれ以上の極数のものがある。極数をＰとすると、回転磁界の回転速度は３相交流インバータから与えられる励磁速度の２／Ｐ倍であるので、例えば２極の３相誘導モータであれば、回転磁界の回転速度は励磁速度（励磁周波数）と一致する。この場合は（数１）を以下の（数２）に置き換えることができる。
すべり  ＝  励磁速度  −  回転子の回転速度      ・・・・（数２）
【０００６】
３相誘導モータの駆動にはセンサレス制御が適用されることが一般的であるが、遠心機においては、より正確に回転速度を制御するために回転センサ（後述）を設けることが多い。制御装置７はＰＷＭ制御により出力電圧を可変とした３相交流インバータを含んで構成され、回転センサによって得られたモータの回転速度をもとに、所定の電圧、所定の周波数の３相交流をモータ４に印加する。
【０００７】
以上のような従来の遠心機１における、励磁速度とモータ４の回転速度の関係を図６から図９を用いて説明する。以下の説明においては、モータの極数は２極、すなわち回転磁界の回転速度が励磁速度と一致する場合、すなわち（数２）が適用できることを前提にして説明する。図６において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は制御装置７からモータ４への印加電圧（単位Ｖ）、および励磁速度（単位ｒｐｍ）とモータ４の回転速度（単位ｒｐｍ）を示している。遠心機１は時刻ｔ０で、設定された回転速度である２００００ｒｐｍで運転しているものとする（整定状態）。このとき励磁速度２５２はモータ４の回転速度２５１より高い値となって正のすべりが生じている。時刻ｔ１であらかじめ設定された所定の運転時間が経過するか、または使用者により停止操作がなされ、減速制御への移行を開始すると、励磁速度２５２は矢印２５２ａのように徐々に低下して、矢印２５２ｂで回転速度２５１と等しくなり、その後は矢印２５２ｃに示すように励磁速度２５２が回転速度２５１を下回った状態を維持した負のすべりになる。すべりが正から負へ変化する際、モータ４には２００Ｖまたは２００Ｖよりやや高い電圧を印加した状態を維持していても、誘導モータの特性上、すべりが小さくなるにつれモータ４に流れる電流（不図示）も低下し、すべりゼロとなる時点で電流もゼロ付近まで極小化した後、負のすべりが増えるにつれ再びモータ電流が増加する。この負のすべり状態によってモータ４は制動状態となり、所定の減速率で減速される。同時に印加電圧２５３は減速制御のために予め定められた値に向けて変化される。ここで、モータ４の整定状態においては矢印２５３ａのように印加電圧が定格よりもやや低い状態に抑えられている。
【０００８】
減速制御において時刻ｔ２で励磁速度２５２が所定の負のすべりを生じる値になり、印加電圧２５３が所定の値になると充分な制動トルクが発生してロータ２が減速する。減速の途中でも制御装置７は逐次、回転速度２５１を検出して、その回転速度ごとに定められた所定のすべりを生じる励磁速度２５２、および所定の印加電圧２５３をモータ４に印加するように制御する。図６の下側には印加電圧２５３の大きさを示しており、縦軸は印加電圧［Ｖ］であり、横軸は時間の経過である。誘導モータの加速・減速制御は、励磁速度と印加電圧の比を概ね一定とするＶ／Ｆ制御が一般的であるが、ここで示す従来例では矢印２５３ｂのように減速時に印加電圧がわずかながら上昇するが、回路部品の耐電圧等の制約により印加電圧の上限値が制約されることがあり、図６において時刻ｔ２からｔ３までの間に矢印２５３ｃのように印加電圧が一定となっているのは、その上限値の制約によるものである。時刻ｔ４で回転速度２５１がＮ０に達すると、制御装置７は励磁速度２５２の周波数をゼロすなわち直流をモータ４に印加する所謂直流制動に切り替え、回転速度２５１がゼロになるまで継続し、時刻ｔ５で減速制御が終了する。
【０００９】
次に図７を用いて、従来例に係る遠心機における減速制御から所定の回転速度での定速制御への移行について説明する。図７の縦軸、横軸は上記で説明した図６と同一である。モータ４の減速中の時刻ｔ０では矢印２６２ａに示すように励磁速度２６２が回転速度２６１より低く、負のすべりが生じている。時刻ｔ１で励磁速度２６２がモータ４の目標回転速度Ｎ２に対して所定の正のすべりを加えた値である設定励磁速度Ｍ２に達すると、制御装置７は励磁速度２６２がＭ２を維持するように制御し、回転速度２６１は矢印２６２ｂにて励磁速度２６２とクロスし、励磁速度Ｍ２に対して必要な正トルクが発生する正すべりが生じるところまで減速して速度Ｎ２の定速運転となる。
【００１０】
定速運転に移行した後は、制御装置７は所定の印加電圧を維持し、回転速度２６１をフィードバックすることにより励磁速度２６２を適切に増減または維持し、回転速度２６１がＮ２を維持するように定速運転の制御が行われる。このようにモータの回転速度を検出してすべりを制御する技術は、特許文献１に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−７４７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記図６の例で説明したように、遠心機（遠心分離機）が所定の回転速度を保っている状態から減速を開始する際、インバータが３相誘導モータに与える回転磁界の回転速度の変化は、すべり状態が正から負へと推移することになる。この推移の過程にはモータのトルクが極小化する期間があり、モータの構造やロータの形状によっては、この期間に振動が発生して騒音がやや大きくなったり、ロータとモータとの嵌合部が摩耗しやすいなどの不都合が生じる恐れがある。また、図７で説明したようなロータの減速状態から所定の回転速度に保つ定速制御に推移する場合にもすべりが負から正の状態へ推移するため、この推移の過程でもトルクが極小化する期間があり、図６で示す例と同様に振動が発生しやすいという問題があった。
【００１３】
誘導モータ単体の制御においては軽負荷または無負荷のときに振動が発生しやすいという問題は以前から知られていて、図６、図７の動作での振動も一時的に軽負荷、無負荷の状態になったことによるものである。一般的な誘導モータでは所定の励磁速度を誘導モータに印加しているので、負荷が軽くなるほど回転速度が上昇して励磁速度に接近し、結果的にすべりが小さい状態になって振動が発生する。この振動を抑制する技術として、電流の変化を検出するなどして振動を積極的に抑制する技術が提案されている。しかしながらこうした振動の積極的な抑制は、制御装置に含まれるマイクロコンピュータに複雑かつ高速な処理を要求するものであって製品コストの上昇につながる。そのため従来の遠心機においては、制御による対策ではなく、モータの懸架構造、緩衝部材の改良、モータとロータの嵌合部分の強化など機械的な改善により対策を行ってきた。
【００１４】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は誘導電動機をスムーズに回転制御することにより、騒音を低下させると共に長寿命化を図った遠心機を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的によれば、トルクが正と負の間で推移する際の誘導モータの振動の発生を低減させた遠心機を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに他の目的によれば、軽負荷、無負荷時であっても回転速度変更中に振動が発生しにくい遠心機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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。
【００１８】
本発明の一つの特徴によれば、試料を保持するロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータまたはモータの回転速度を検出する回転センサと、モータの回転制御をする制御装置を有する遠心機において、モータは誘導モータであって、制御装置はパルス幅変調による可変電圧可変周波数型のインバータを含み、モータを駆動するインバータを含んで構成される。制御装置は、インバータによってモータに供給される回転磁界の回転速度が、モータの回転速度より高い状態から低い状態へ変化させる際、または、モータの回転速度より低い状態から高い状態へ変化させる際は、制御装置はインバータの出力電圧を変化の開始前の出力電圧に対して所定の比率で低減させてから状態を変化させるようにした。出力電圧の低減させた状態は、変化直前の出力電圧（実効値）の３／４以下の電圧であり、好ましくは１／２以下の電圧、さらに好ましくはほぼゼロ電圧である。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、インバータの出力電圧の低減は、モータの回転速度と生成される回転磁界の回転速度とが一致する時点を含む前後の所定範囲において低減状態が維持される。インバータは、回転磁界の回転速度の切り替えが行われるときのモータへの印加電圧の調整をパルス幅変調で行い、制御装置は回転センサから得られる回転数とインバータによる励磁速度との差からすべりを算出して、インバータの出力電圧を制御する。ロータは着脱可能であり、制御装置は装着されたロータの種類を識別して、装着されたロータの特性に合わせてインバータの出力電圧の低減比率を決定するように構成しても良い。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、２の発明によれば、回転磁界の回転速度（励磁速度、励磁周波数）が、モータの回転速度の上側から下側、又は、下側から上側に切り替わる際に、制御装置はインバータの出力電圧を所定の比率で低減させるように構成したので、すべりが小さくなったときに発生する振動を低減でき、騒音が大きくなったり、ロータとモータの嵌合部が摩耗するなどの不都合を抑制できる。
請求項３、４の発明によれば、低減させた状態は、変化直前の出力電圧の１／２以下の電圧であるので、変化直前の出力電圧に比べてすべりが小さくなったときに発生する振動を大幅に低減させることができる。
請求項５の発明によれば、インバータの出力電圧の低減は、回転速度に対して励磁速度が切り替わる時点の前後所定時間において低減状態が維持されるので、振動の出やすい切り替え前後で振動の発生を低減させることができる。
請求項６の発明によれば、インバータは、すべりが小さくなるときの出力電圧（印加電圧）の調整をパルス幅変調で行うので、一般的なインバータの回路のままソフトウェアの変更だけで実現でき、コストアップを大幅に抑えて本発明が実現できる。
請求項７の発明によれば制御装置はすべりを正確に算出できるので、インバータ電圧の大小に関わらず適切な周波数の電力をインバータから出力することができる。
請求項８の発明によれば、制御装置は識別された種類に応じてインバータの出力電圧の低減比率を決定するので、ロータに合わせたきめ細かなモータの回転制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明および従来例に係る遠心機１の全体構成の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る遠心機の概略ブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る遠心機の、モータが定速運転から減速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係る遠心機の、モータが減速運転から定速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例に係る遠心機の、モータの回転変更時のモータ制御手順を示すフローチャートである。
【図６】従来例の遠心機における、モータが定速運転から減速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである
【図７】従来例の遠心機における、モータが減速運転から定速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。
【図８】励磁速度Ｆが一定の場合の印加電圧とトルクの関係を示す誘導モータの特性図である。
【図９】励磁速度Ｆが一定の場合のすべりがゼロ近傍における印加電圧とトルクの関係を示す誘導モータの特性図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
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、従来例と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。本出願の発明者らは、従来の誘導電動機を用いた遠心機の振動の原因について推定し、誘導モータ制御において公知例と異なる技術的な解決方法によって、比較的容易な制御方法で解決できると考えた。本実施例における遠心機１のハード構成は図１で示したものと同一である。しかしながら本実施例では、制御装置７によるモータ４の回転制御方法が従来と異なる。
【００２３】
まず本実施例による制御装置７の構成を説明するために、図８及び図９を用いて誘導モータにおける印加電圧とトルクとの関係を説明する。図８は誘導モータに印加される励磁速度（励磁周波数）Ｆが一定の場合の印加電圧とトルクとの関係を示す特性図であり、誘導モータの特性図として広く知られているものである。ここでいう印加電圧とはモータの線間に印加される交流電圧の実効値のことを指し、横軸はモータの回転速度を、縦軸はモータに生じるトルクを示している。記号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加電圧を示し、例えばＶ１は５０Ｖｒｍｓ、Ｖ２は１００Ｖｒｍｓ、Ｖ３は２００Ｖｒｍｓのように、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３の関係とする。
【００２４】
図８において励磁速度がＦ、印加電圧がＶ３の場合、無負荷であれば回転速度は励磁速度Ｆと一致するが、負荷によって回転速度が低下し、負荷と釣りあうトルクがＴｎの場合には、Ｆに対してすべりＳ３だけ速度低下したところで定速運転を維持する。印加電圧がＶ２の場合は、回転速度はＦに対してすべりＳ２が生じるところまで速度低下して定速運転を維持する。更に印加電圧がＶ１であれば、同様にすべりがＳ１になるまで速度低下して定速運転を維持する。このように、それぞれ負荷と釣りあうトルクＴｎが発生するような回転速度にてモータ４が回転するため、励磁速度Ｆが同じであっても印加電圧に応じてつり合うモータ４の回転速度が変化する。
【００２５】
図９は、図８のすべりゼロ近傍を拡大したものである。グラフを見やすくするため印加電圧Ｖ２の図示を省略し、印加電圧Ｖ１とＶ３だけを図示している。すべりがゼロのときは、印加電圧がＶ３でもＶ１でもトルクもゼロになるが、図から判るように特性曲線の傾き、即ち回転速度の変化に対するトルクの変化率が印加電圧によって異なっている。従って回転速度がΔｎだけ変化したときのトルクの変化は、印加電圧Ｖ１の時はわずかΔｔ１なのに対して、印加電圧Ｖ３ならばΔｔ３となり、印加電圧が高いほど回転速度の変動に伴うトルクの変化量も大きくなる。従って印加電圧が高い場合、僅かな回転速度変化が大きなトルク変化を引き起こすと共に、回転速度が脈動する原因となるので、適切な減衰が得られなければ大きなトルク変化が回転速度の変化を助長して振動となると考えられる。
【００２６】
発明者らは誘導モータにおける軽負荷・無負荷時の振動は、以上の特徴から推定からすれば、必要なトルクが得られる程度に印加電圧を低減しておけば振動が抑制できると予想した。しかしながら一般的な誘導モータの制御において印加電圧を低くすると、負荷が変化したときに失速・脱調してしまう可能性が高くなってしまうため、好ましい制御とは言い難い。特に回転センサを用いないセンサレス制御が一般的な誘導モータの場合は失速、脱調を速やかに検出できず、負荷変動に対する適切な応答が困難となる。このような理由から印加電圧を低くする制御は一般的な誘導モータでは行わないのが常識であったが、発明者らは遠心機ではこの常識にとらわれる必要はないと考えた。すなわち遠心機においては、回転対象が試料を保持するロータを回転させるだけであって負荷の急変は起きることが少ないこと、モータの回転軸又はロータの回転数を直接検出する回転センサも設けているという理由から、定速運転や加速、減速制御中のみならず、すべりが正と負を行き交う過渡期でも正確にすべりや回転速度を把握でき、すべりの値に応じた的確な印加電圧の制御が可能であると考え、本発明に至った。
【００２７】
図２は本実施例に係る遠心機の概略ブロック図である。モータ４は３相誘導モータであって、モータ４の極数は２極、すなわち回転磁界の回転速度が励磁速度と一致する。尚、モータ４は４極またはそれ以上の極数であっても良く、そのような極数の場合は、回転磁界の回転速度は励磁速度の２／Ｐ倍（但しＰは極数）であるとして、同一の説明が可能である。制御装置７には、モータ４に供給される駆動電力を供給するインバータ１０と、商用電源２０を整流する整流装置９と、整流装置９とインバータ１０と並列に接続される平滑コンデンサ１１を含んで構成される。インバータ１０は、複数のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を含んで構成され、ＰＷＭ制御により出力電圧を可変にするとともに、誘導電動機のＶ相、Ｕ相、Ｗ相に対して所定の周波数の交流電流を供給することによりモータ４を回転駆動する。演算部８は、遠心機１の全体の制御をするもので、図示しないマイクロコンピュータや、ＲＯＭ／ＲＡＭ等の記憶装置を含んで構成される。演算部８は整流装置９に対して出力電圧や受電電力の力率、モータ４の減速に伴う回生エネルギーの電源への逆潮流などを制御すると共に、インバータ１０に含まれる複数のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のゲートへ適切なタイミングで適切な時間だけ信号（駆動信号）を供給することにより、誘導電動機のＶ相、Ｕ相、Ｗ相に対して所定の周波数の交流電流を供給する。交流電圧の大きさは、ＰＷＭ制御を行うことによって制御することができる。モータ４の回転軸近傍には、ホールＩＣやフォトセンサ等の公知の機構による回転センサ１２が設けられており、演算部８は回転センサ１２の出力を元にモータ４の回転速度（回転周波数）を得ることができる。演算部８はモータ４の回転数に応じた適切な励磁速度の駆動電流を供給するようにフィードバック制御する。尚、演算部８は、モータ４の制御だけでなく、図示しない真空ポンプの起動・停止制御や冷却装置の駆動制御、操作表示部６への情報の表示と入力データの取得等の遠心機１の運転に伴う全体の制御を行う。
【００２８】
図３は本実施例に係る遠心機１において、モータ４が定速運転から減速運転に移行する際の、モータ４の回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。本実施例においてはモータ４の極数は２極であるので、回転磁界の回転速度が励磁速度と一致する。グラフの横軸は時間の経過を示し、縦軸は制御装置７からモータ４への印加電圧、および励磁速度とモータの回転速度（ｒｐｍ）を示す。遠心機は時刻ｔ０で、設定された回転速度である２００００ｒｐｍで運転している。このときの励磁速度５２は回転速度５１よりやや高い値となって正のすべりが生じている。
【００２９】
時刻ｔ１であらかじめ設定された所定の運転時間が経過するか（所定の遠心分離運転の完了）、または使用者により停止操作がなされ、減速制御への移行を開始すると、励磁速度５２はその時点の励磁速度を維持し、矢印５３ａで示すように印加電圧５３を低減する。印加電圧５３の低減は、インバータ１０のＰＷＭ制御により行うことができるが、印加電圧５３の低減の速さは電圧低下に伴うトルク急減で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば２００Ｖから０Ｖ近傍まで低下するのに０．５秒程度で行うとよい。矢印５３ｂにおいて印加電圧５３が所定の値（ここでは、ほぼ電圧０）まで低下した後、わずかな待機時間（時間ａ）が経過した後に、時刻ｔ２で励磁速度５２を矢印５２ａの状態から矢印５２ｂの状態に低下させて、回転速度５１に対して所定の負のすべりが生じる値にする。ここで待機時間ａを設けたのは、励磁速度５２が回転速度５１とクロスする時点ではトルクがゼロとなるので、その前後で振動が出やすいためであり、その振動を極力回避したいためである。ここで励磁速度５２を矢印５２ａから５２ｂに低下させる速さは、トルクが正から負へと変化することによる不適切な振動が生じない程度に早くすればよく、理想的には図のように印加電圧５３を０Ｖまで低下していればトルクは発生しないので、可能な限り素早く変化させてよい。尚、この切り替えの際には、印加電圧５３を必ずしも０Ｖにまで低下させる必要はなく、例えば３／４程度の電圧への低減であっても、従来の２００Ｖでの切り替えに比べて十分な振動抑制効果が得られる。
【００３０】
次に、矢印５３ｂにおいて印加電圧５３の低下が完了し、時間ａを確保して、さらに時間ｂをおいてから時刻ｔ３で励磁速度５２を矢印５３ｃから矢印５３ｄのように減速制御に必要な所定の値まで再び増加させる。この時の印加電圧５３の増加の速さも、電圧変化に伴うトルク急増で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば１秒程度で復帰するように行うとよい。尚、待機時間ａ、待機時間ｂのいずれかまたは双方をほぼ０として所定の電圧への低下完了後に直ちに励磁速度５２を矢印５２ａから５２ｂのように変化させて、その後直ちに印加電圧５３を矢印５３ｄのように復帰させるように構成してもよい。また、矢印５３ｄで復帰させる印加電圧５３は矢印５３ａで示す電圧よりも高くなっているが、これは２００００ｒｐｍ（整定状態）の定速運転において印加電圧５３を定格よりもやや低く設定しているためである。
【００３１】
以後は、図６で説明した従来技術と同様に減速制御を行い、矢印５３ｅから矢印５３ｆのように印加電圧５３を徐々に低下させ、時刻ｔ４で励磁速度５２をゼロとして時刻ｔ５で減速制御が終了する。以上説明したように図３に説明した制御によれば、モータ４内に発生する回転磁界の切り替え時においてはモータ４への印加電圧をほぼゼロに低下させるので、回転速度とモータの回転速度の差、即ちすべりが小さくなったときに発生する振動を低減でき、騒音の増大を防止できる。
【００３２】
次に図４を用いてモータ４が減速運転から定速運転に移行する際の、モータ４の回転速度と励磁速度とモータ４への印加電圧の変化を説明する。図４における横軸、縦軸は上記で述べた図３と同一である。減速中の時刻ｔ０では励磁速度６２が回転速度６１より低く、負のすべりが生じている状態である。回転速度６１が目標回転速度Ｎ２より所定値だけ高いＮ２’に達した時刻ｔ１において、励磁速度６２は所定の負のすべりを維持したまま印加電圧６３を矢印６３ｂから矢印６３ｃのように急激に低減させる。ここで印加電圧６３の低減の速さは、電圧低下に伴う制動トルクの急変で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば１秒程度で行うとよい。
【００３３】
印加電圧６３が所定の値まで低下した後、所定の時間ｃを経過した時刻ｔ２で矢印６２ａから６２ｂに示すように、励磁速度６２を回転速度６１に対して所定の正のすべりが生じる値に増加させる。ここで励磁速度６２を増加させる速さは、トルクが負から正へと変化することによる不適切な振動が生じない程度に早くすればよい。図４に示す制御では、矢印６２ａから６２ｂへの切り替え時、または切り替え時の前後所定時間内において印加電圧６３を十分低減させておくようにした。本実施例では、印加電圧６３を励磁速度６２の切り替えの際（時刻ｔ２）にて０Ｖまで低下させるようにしたので、モータ４のトルクは発生しないので不要な振動が発生する恐れが大幅に低減する。なお、励磁速度６２の切り替えの際に低減させる印加電圧６３は、実質的に０Ｖに下げるのが最も好ましいが、振動を抑制効果が得られるならば、たとえば矢印６３ｂの３／４以下、好ましくは１／２以下、さらに好ましくはほぼゼロにまで下げるようにすれば良い。また、印加電圧６３は可能な限り素早く変化させてよい。また図では印加電圧６３の低下が完了して待機時間ｃをおいてから励磁速度６２を変化させているが、この待機時間ｃを確保しなくてもよい。
【００３４】
次に、時刻ｔ２から待機時間ｄが経過したのちに、矢印６３ｄから矢印６３ｅで示すように印加電圧６３を定速運転に必要な所定の値まで再び増加する。この時の印加電圧６３の増加の速さも、電圧変化に伴うトルク急増で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば１秒程度で行うとよい。また時刻ｔ２での励磁速度６２の変化が終了したら、待機時間ｄをおくことなく直ちに印加電圧６３を増加に転じてよい。その後、制御装置７は回転速度６１を検出して励磁速度６２または印加電圧６３の増減にフィードバック制御することにより定速運転を持続する。この定速運転を持続するためのモータ４の制御方法は、従来から公知の技術により制御すればよいのでここでの説明は省略する。
【００３５】
次に、図５のフローチャートを用いて回転数を変更する時のモータ４の制御手順を説明する。フローチャートに示す手順は、演算部８に含まれる図示しないマイクロコンピュータが、コンピュータプログラムを実行することによってソフトウェア制御により実現することができる。
【００３６】
遠心機１の電源スイッチ（図示せず）がオンになると、演算部８は操作表示部６（図１参照）から作業者による遠心分離運転の設定条件の入力と、運転開始入力を受け付ける（ステップ１０１）。すると、演算部８はモータ４を起動してロータ２を低速にて回転させて、ロータ２に記録された識別情報を読み取ることによりロータ２の固有情報の識別を行う（ステップ１０２）。次に、演算部８は識別されたロータ２の情報に基づいて制御条件を設定して、ロータ２を設定回転数まで加速させ、一定回転数にて運転（整定）させる（ステップ１０３）。次に演算部８は、減速を行う状態になったか否かを判定する。具体的には、整定状態にて所定の運転時間が満了したかどうか、または、作業者による操作表示部６からの停止操作があるかを判定する（ステップ１０４）。ここでいずれにも該当しない場合は、該当するまで待機し、いずれかに該当する場合は、励磁速度をモータ４の回転速度よりも高い状態から低い状態に切り替えるために、演算部８はインバータ１０からモータ４に印加される電圧を低下させる（ステップ１０５）。このステップ１０５の制御は、例えば図３の時刻ｔ１の制御であるが、ステップ１０２で識別されたロータ２の種類に応じて低下させる電圧の度合いを変える、例えば、電圧を５０％低下、電圧を７５％低下、電圧をほぼ０Ｖにまで低下、という具合に細かく制御するように構成しても良い。
【００３７】
次に、演算部８はモータ４への印加電圧を低下させた状態で所定時間待機し（たとえば図３の待機時間ａ）、励磁速度をモータ４の回転速度よりも高い状態から低い状態へ切り替える（ステップ１０６、１０７）。尚、待機時間ａは必ず必要というものではなく、装着されるロータの種類や回転速度との関係で待機時間ａを確保する必要がない場合もあるので、適宜設定すれば良い。
【００３８】
次に、演算部８はモータ４への印加電圧を低下させた状態を維持したまま所定時間待機し（たとえば図３の待機時間ｂ）、モータ４への印加電圧を上昇させて、モータ４の減速制御に即した印加電圧となるようにフィードバック制御を行う（ステップ１０８、１０９）。尚、待機時間ｂは待機時間ａと同様に必ず必要というものではなく、装着されるロータの種類や回転速度との関係で待機時間ｂを確保する必要がない場合もあるので、適宜設定すれば良い。このようにして所定の減速制御を行い（ステップ１１０）、モータ４を停止させる。以降の制御については従来から用いられる遠心機における公知の制御と同じであるのでここでの説明は省略する。
【００３９】
以上の実施例に基づいた制御により、インバータによってモータに供給される回転磁界の回転速度（励磁回転数）が、モータの回転速度より高い状態から低い状態へ変化する際、または、モータの回転速度より低い状態から高い状態へ変化する際に、インバータの出力電圧を変化の開始前の出力電圧に対して所定の比率で低減させるようにしたので、遠心機のモータ制御においてすべりが正と負で行き交う過渡期の振動の発生を大幅に抑制させることができた。
【００４０】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば上述の実施例では、定速運転から減速制御への移行、および減速制御から定速運転への移行の例を示したが、本発明はこの実施例のみに係るものではなく、加速制御から減速制御、あるいは減速制御から加速制御への移行のように、すべりが正と負の間で変化する際に対して実施が可能である。また、上述の実施例ではモータが２極の場合を前提として説明したが、モータが４極またはそれ以上の極数であっても励磁速度を２／Ｐ倍にすれば同一の効果が得られ、本発明の適用が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  遠心機                              ２  ロータ
３  ドア                                ４  モータ
５  回転室                              ６  操作表示部
７  制御装置                            ８  演算部
９  整流装置                            １０  インバータ
１１  平滑コンデンサ                    １２  回転センサ
１３  チャンバ                          １４  シャフトケース
１５  温度センサ                        １６  シャフト
１７  クラウン                          １８  冷却装置
１８ａ  冷却配管                        ２０  商用電源
５１、６１  回転速度                    ５２、６２  励磁速度
５３、６３  印加電圧                    ２５１、２６１  回転速度
２５２、２６２  励磁速度                ２５３、２６３  印加電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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