(57)【要約】【課題】本発明は要素の回転速度を監視するための方法および装置（１００）に関する。【解決手段】回転速度自体は判断されず、回転速度（１２０）との関係において所定のサイクル（１２２）がカウントされ、所定の回転速度の超過は、カウントされたサイクルを所定の値（１２８）と比較することによって判断されるという事実から、対応するソフトウェアを備えたマイクロコントローラは必要なく；それどころか、装置（１００）の回転速度の監視に関して認証または再認証が必要とされないように、純粋なハードウェア解決策を選択することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に遠心分離機、好ましくは実験室用遠心分離機（１０）における要素（１７，１８，２０）の回転速度を監視するための方法であって、前記要素（１７，１８，２０）の所定の回転速度を超える前記要素（１７，１８，２０）の回転速度が検出され、
−特定の周波数のサイクル（１２２，１５６）が発生され、
−前記サイクル（１２２，１５６）は、前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の継続時間の分数または倍数で規定される期間（１５４）内にカウントされ、
−前記期間（１５４）内にカウントされたサイクル（１５７）は、所定のカウンタ値（１２８）と比較され、
−前記所定の回転速度の超過は、前記カウントされたサイクル（１５７）が前記所定のカウンタ値（１２８）を下回ることによって検出されることにおいて特徴付けられる、要素（１７，１８，２０）の回転速度を監視するための方法。
【請求項２】
前記所定のカウンタ値（１２８）は、前記所定の回転速度での１回転の継続時間およびサイクル周波数から生じる積に比例し、自然数に丸められ、前記所定のカウンタ値（１２８）は、好ましくは、前記所定の回転速度での１回転の継続時間およびサイクル周波数から生じる積と同一であり、自然数に丸められることにおいて特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記要素（１７，１８，２０）の回転は、電磁気的に、好ましくは磁気センサ（２６）、特にホールセンサと相互作用する少なくとも１つの磁石（２４）によって判断されることにおいて特徴付けられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の回転速度は、用いられる前記要素（１７，１８，２０）および／または前記要素によって駆動される要素、好ましくは遠心分離機ロータ（２０）に適合されることにおいて特徴付けられる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記所定の回転速度は、前記要素（１７，１８，２０）および／または被駆動要素（２０）において符号化ベースで判断され読み取られ、好ましくは、ｉ）前記符号化は１つまたは複数の磁石（２８）によって行われ、前記読み取りはホールセンサ（３０）によって行われるか、またはｉｉ）前記符号化はＲＦＩＤトランスポンダによって行われ、前記読み取りはＲＦＩＤ受信機によって行われることが規定されることにおいて特徴付けられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記所定のカウンタ値（１２８）を下回った後、前記要素（１７，１８，２０）の回転速度は低減され、前記要素（１７，１８，２０）は好ましくは停止するまで減速されることにおいて特徴付けられる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
特に遠心分離機、好ましくは実験室用遠心分離機（１０）における要素（１７，１８，２０）の回転速度を監視するための装置（１００）であって、前記要素（１７，１８，２０）の所定の回転速度に対する前記要素（１７，１８，２０）の回転速度の超過が検出され、
−特定の周波数のサイクル発生部（１０４）と、
−前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の分数または倍数を判断するための手段（１０２）と、
−前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の分数または倍数の継続期間内でサイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）と、
−カウントされたサイクル（１５７）を所定のカウント値（１２８）と比較するための手段（１０８）とによって特徴付けられ、前記所定の回転速度の超過は、前記カウントされたサイクル（１５７）が前記所定のカウント値（１２８）を下回ることによって検出されることにおいて特徴付けられる、装置（１００）。
【請求項８】
前記サイクル発生部は水晶安定化サイクル発生部（１０４）であり、および／または前記所定の回転速度の超過が検出された場合には、前記要素（１７，１８，２０）の回転速度を低減するように構成される、前記要素（１７，１８，２０）を制御するための手段があることにおいて特徴付けられる、請求項７に記載の装置（１００）。
【請求項９】
前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の分数または倍数を判断するための手段（１０２）は、信号エッジの立ち上がり（１５０）または立ち下がりにのみ反応するようにされ、Ｄフリップフロップが好ましくは存在することにおいて特徴付けられる、請求項７または請求項８に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記サイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）は、前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内において、前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内にカウントするよう、そして、前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の次の分数または倍数の継続期間内にカウントしないようにされることにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内でサイクル（１５６）をカウントするための手段は、好ましくは８ビットの２進計数部として設計される２進計数部を含むことにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
前記カウントされたサイクル（１５７）を所定のカウンタ値（１２８）と比較するための前記手段は、好ましくは８ビット比較部として設計される比較部（１０８）を含むことにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１３】
前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内でサイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）は、オーバーフローメモリ（１１４）を含むことにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１２のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１４】
好ましくは前記サイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）、前記カウントされたサイクル（１５７）を比較するための手段（１０８）、および／または前記オーバーフローメモリ（１１４）をリセットするリセット手段（１１２）があることにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１３のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１５】
前記所定の回転速度に関して超過した要素回転速度の状態のための結果メモリ（１１８）があり、前記結果メモリは、好ましくは、前記要素（１７，１８，２０）が停止するかまたは好ましくは３ｍ／ｓ未満、最も好ましくは２ｍ／ｓ未満の非臨界周速度に達するまで超えられる要素回転速度の状態を記憶するようにされ、前記結果メモリ（１１８）は、特に前記遠心分離機（１０）のカバー（１４）の開口部を介して消去されるようにされることにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１３のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に係る要素の回転速度を監視するための方法および請求項７の前文に係る要素の回転速度を監視するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特にモータ回転速度のそのような監視は、例えばある最大回転速度を超えることによって引き起こされる安全上の問題を判断および防止するために、多くの方法で使用することができる。このような回転速度監視は、例えば衝突を防止するために遠心分離機において特に使用される。これは、最大回転速度を有する遠心分離機ロータと共に使用される実験室用遠心分離機にとって特に重要である。
【０００３】
遠心分離機ロータは遠心分離機、特に実験室用遠心分離機において、質量慣性を利用することによってその中で遠心分離された試料の成分を分離するために使用される。そうする際、高い分離速度を達成するために、ますます高い回転速度が用いられる。実験室用遠心分離機は、それらのロータが、好ましくは、少なくとも３，０００ｒｐｍ、好ましくは少なくとも１０，０００ｒｐｍ、特に少なくとも１５，０００ｒｐｍで動作する遠心分離機であり、通常、テーブルの上に配置される。それらを作業台上に配置することができるようにするために、それらの設置スペースが限られている状態で、それらは特に１ｍ×１ｍ×１ｍ未満のフォームファクタを有する。好ましくは、装置の深さは最大７０ｃｍに制限されている。
【０００４】
このような遠心分離機は医学、薬学、生物学、化学などの分野で用いられている。
遠心分離されるべき試料は試料容器に保存され、これらの試料容器は遠心分離機ロータによって回転される。それにより、遠心分離機ロータは通常、電気モータによって駆動される垂直駆動軸によって回転させられる。意図される用途に応じてさまざまな遠心分離機ロータが用いられる。それによって、試料容器は試料を直接収容することができ、または試料容器は試料を収容するそれら自身の試料受入部を有することができ、多数の試料を１つの試料容器内で同時に遠心分離することができる。固定角度ロータおよびスイングロータの形態の遠心分離機ロータが一般に知られている。
【０００５】
ほとんどの場合、試料は特定の温度で遠心分離される。例えば、タンパク質および類似の有機物質を含む試料は過熱されてはならず、そのような試料の温度制御の上限は、通常は、＋４０℃の範囲である。他方、特定の試料は、通常、＋４℃の範囲で冷却される（水の異常は３．９８℃で始まる）。
【０００６】
約＋４０℃のこのような所定の最高温度および＋４℃のような標準試験温度に加えて、＋１１℃のような他の標準試験温度も、そのような温度で遠心分離機の冷却ユニットが制御に基づいて室温未満で動作するかどうか確認するために、設定される。一方、労働安全上の理由から、例えば＋６０℃以上の過度に高い温度を有する要素の接触を防止することが必要である。
【０００７】
原理的に、能動的および受動的システムを温度制御に使用することができる。受動的システムは空気補助換気に基づく。この空気は遠心分離機ロータを通り過ぎて直接導かれ、それによって温度制御が行われる。空気は、開口部を通って遠心分離容器内に吸引され、さらなる開口部を通って、加熱された空気は、遠心分離器容器の別の点で再び排出され、空気は、遠心分離機ロータの回転により吸引され自動的に排出される。一方、受動的冷却は、１つ以上のファンによって遠心分離器容器の冷却フィンを通過して空気を案内することによっても可能であり、遠心分離器容器は換気口なしで形成される。
【０００８】
他方、能動的冷却システムは遠心分離機容器の温度を調節する冷媒回路を有し、それは遠心分離機ロータおよびその中に収容された試料容器を間接的に冷却する。冷却媒体または温度制御媒体として、さまざまな媒体が用いられる。
【０００９】
回転速度の監視にマイクロコントローラを使用することは既に知られている。例えば、ＵＳ  ４  ７００  １１７  Ａは、マイクロコントローラと共に遠心分離機ロータの回転速度を監視するために磁石およびホールセンサの使用を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＵＳ  ４  ７００  １１７  Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような解決策の不利な点は、マイクロコントローラが認証されなければならないソフトウェアを必要とすることである。そのようなソフトウェアが変更された場合は、新たな認証が必要である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、再認証および好ましくは認証も必要としない回転速度監視システムを提案することである。特に、監視システムは、簡易で費用効率的である必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１に記載の本発明に係る方法および請求項７に記載の本発明に係る装置により達成される。有利な追加の形態は、従属請求項において、および図面と共に以下の説明において、示される。
【００１４】
本発明者は、回転速度自体を判断するのではなく、回転速度との関係において所定のサイクルをカウントし、カウントされたサイクルを所定の値と比較して所定の回転速度を超えたかどうかを検出することによって驚くほど簡単な方法でそのような目的を達成できることを認識した。これは、適切なソフトウェアを備えたマイクロコントローラが不要であることを意味し；それどころか、純粋なハードウェア解決策を選択でき、既存の規格の枠組み内での適切な機能試験後は、どのような後の認証または再認証も必要とされない。
【００１５】
要素の所定の回転速度を超える要素の回転速度が検出される、特に遠心分離機、好ましくは実験室用遠心分離機における要素の回転速度を監視するための本発明による方法は、以下において特徴付けられる。
−特定の周波数のサイクルが発生され、
−サイクルは、要素の完全な１回転の継続時間の分数または倍数で規定される期間内にカウントされ、
−その期間内にカウントされたサイクルは、所定のカウンタ値と比較され、
−所定の回転速度の超過は、カウントされたサイクルが所定のカウンタ値を下回ることによって検出される。
【００１６】
このサイクルは、完全な１回転の間カウントする必要はなく、数回の回転または部分的な回転の間でさえもカウントすることができる。例えば、回転軸の周りに同じ距離を有するいくつかの磁石を用いて１回転の何分の１かを検出することができ、その一方で、１つの磁石のみを用いて１回転を検出することができる。磁石の各２回目の通過または複数回の通過のみが選択によって検出される場合、複数回転が検出され得る。分数または倍数が検出されるかどうかは、利用可能なサイクル周波数および所定の回転速度に依存する。
【００１７】
本発明の枠組み内では、「倍数」は、２（「２」倍）または倍数だけでなく、単純倍数、すなわち「１」倍も意味する。
【００１８】
本発明の枠組み内では、「サイクル」は、任意のパルス、好ましくは電気パルスを意味する。
【００１９】
「要素」は任意の回転パーツであり得る。この要素は、好ましくはモータの駆動軸である。厳密に言えば、これがモータの駆動軸の回転速度の監視に関するものであっても、本発明の枠組み内では、この用語は「モータの回転速度の監視」と略される。そのようなモータによって駆動される任意の要素もその回転速度について監視することができる。
【００２０】
有利な追加の形態では、所定のカウンタ値は、所定の回転速度での１回転の継続時間およびサイクル周波数から生じる積に比例し、自然数に丸められることが規定され、所定のカウンタ値は、好ましくは、所定の回転速度での１回転の継続時間およびサイクル周波数から生じる積と同一であり、自然数に丸められる。この場合、カウンタ値は特に容易に予め定めることができる。
【００２１】
有利な追加の形態では、要素の回転は、電磁気的に、好ましくは磁気センサ、特にホールセンサと相互作用する少なくとも１つの磁石によって判断されることが規定される。その点で、要素の回転は特に簡単に読み取ることができる。
【００２２】
有利な追加の形態では、所定の回転速度は、用いられる要素および／またはその要素によって駆動される要素、好ましくは遠心分離機ロータに適合されることが規定される。その点で、監視は特定の既存のニーズに容易に適合させることができる。
【００２３】
有利な追加の形態では、所定の回転速度は、要素および／または被駆動要素において符号化ベースで判断され読み取られることが規定されるが、好ましくは、ｉ）符号化は１つまたは複数の磁石によって行われ、読み取りはホールセンサによって行われるか、またはｉｉ）符号化はＲＦＩＤトランスポンダによって行われ、読み取りはＲＦＩＤ受信機によって行われることが規定される。これにより、特定の既存のニーズを特に簡単かつ自動的に判断することができる。
【００２４】
有利な追加の形態では、所定のカウンタ値を下回った後、要素の回転速度は低減され、要素が好ましくは停止するまで減速されることが規定される。積極的な減速は必要ないが、要素を、単純に、すなわち駆動エネルギーを供給せずに停止させること（受動減速）も可能であり、これは、例えば遠心分離機回ロータに対して推奨される。それによって、回転速度の制限、および好ましくは、動作にとって重要な条件に対する特定の確保が達成される。回転速度を非臨界範囲内に減少させることも可能であるが、これは、この点に関して認証を伴う対応するソフトウェアを必要とする回転速度制御を必要とし、それは、回転速度が停止に至るまで減じられる場合には、正確に回避される。
【００２５】
有利な追加の形態では、要素の所定の回転速度は最大回転速度に公差を加えたものとして定義され、ここで公差は最大で１０％、好ましくは最大で５％、特に最大３％である。これは、要素が加速されたときに起こり得る要素側の回転速度制御のオーバーシュートを考慮に入れる。
【００２６】
独立した保護が、特に遠心分離機、好ましくは実験室用遠心分離機において要素の回転速度を監視するための本発明による装置に対して請求され、要素の所定の回転速度に対する要素の回転速度の超過が検出され、それは、
−特定の周波数のサイクル発生部と、
−要素の完全な１回転の分数または倍数を判断するための手段と、
−要素の完全な１回転の分数または倍数の継続期間内でサイクルをカウントするための手段と、
−カウントされたサイクルを所定のカウント値と比較するための手段とによって特徴付けられ、所定の回転速度の超過は、カウントされたサイクルが所定のカウント値を下回ることによって検出される。
【００２７】
有利な追加の形態では、サイクル発生部は水晶安定化サイクル発生部であることが規定される。それによって、サイクルの周波数は、ハードウェアに関して非常に精密に純粋に決定することができる。
【００２８】
有利な追加の形態では、所定の回転速度の超過が検出された場合には、要素の回転速度を低減するように構成される、要素を制御するための手段があることが規定される。その点で、監視は要素制御に直接介入できる。
【００２９】
有利な追加の形態では、要素の完全な１回転の分数または倍数を判断するための手段は、信号エッジの立ち上がりまたは立ち下がりにのみ反応するようにされることが規定され、Ｄフリップフロップが存在することが好ましい。これは回転の判断に関する公差を補償する。例えば、磁石およびホールセンサが回転の判断に用いられる場合、磁界強度に関して、磁石とホールセンサとの間の距離に関して、およびホールセンサに関して、公差が存在する。
【００３０】
有利な追加の形態では、要素の完全な回転の分数または倍数の継続期間内でサイクルをカウントするための手段は、要素の完全な回転の分数または倍数の継続期間内でカウントするよう、そして、要素の完全な回転の次の分数または倍数の継続期間内でカウントしないようにされることが規定される。これは、サイクルカウント後に評価の十分な時間を残す。
【００３１】
有利な追加の形態では、要素の完全な回転の分数または倍数の継続期間内にサイクルをカウントするための手段は、好ましくは、少なくとも４ビット２進計数部として、特に少なくとも８ビット２進計数部として設計される２進計数部を含むことが規定される。もちろん、適用例によっては、より高い分解能も使用できる。これにより装置の設計が特に簡単になる。
【００３２】
有利な追加形態では、カウントされたサイクルを所定のカウンタ値と比較するための手段は、好ましくは、少なくとも４ビット２進比較部として、特に少なくとも８ビット比較部として設計される比較部を含むことが規定される。これにより装置の設計が特に簡単になる。
【００３３】
有利な追加の形態では、要素の完全な回転の分数または倍数の継続期間内にサイクルをカウントするための手段はオーバーフローメモリを含むことが規定される。これは、非常に低い回転速度において、サイクルカウンタのオーバーフローが、サイクルカウンタの読み出し時に、非常に高い回転速度を示すが実際には存在しない、低すぎるサイクル数をもたらすことを防止する。したがって、カウンタがオーバーフローした場合、オーバーフローメモリは、回転速度が速すぎないことを確実に判断し、それは結果として十分である。ただし、サイクルカウンタとオーバーフローメモリとを追加することで、実際にカウントされたサイクル数も判断できる。
【００３４】
有利な追加の形態では、好ましくはサイクルをカウントするための手段、カウントされたサイクルを比較するための手段、および／またはオーバーフローメモリをリセットするリセット手段があることが規定される。これにより、継続的な監視が可能になる。
【００３５】
有利な追加の形態では、所定の回転速度に関して超過した要素回転速度の状態のための結果メモリがあり、結果メモリは、好ましくは、要素が停止するかまたは好ましくは３ｍ／ｓ未満、最も好ましくは２ｍ／ｓ未満の非臨界周速度に達するまで超えられる要素回転速度の状態を記憶するよう適合され、結果メモリは、遠心分離機のカバーの開口部を介して消去されるように特に適合されることが規定される。それにより、臨界安全条件を回避することができる。
【００３６】
本発明による回転速度監視システムを有する、本発明による遠心分離機に対して、独立した保護が請求されているが、遠心分離機は好ましくは実験室用遠心分離機である。
【００３７】
本発明の特性および他の利点は、図面に関連して好ましい実施形態の説明に基づいて以下に説明される。以下は純粋に概略的である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による実験室用遠心分離機の図である。
【図２】本発明による装置のブロック図である。
【図３】本発明によるサイクルカウントのための図である。
【図４】回転検出部および回転速度解放の形成の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１〜図４は、純粋に概略的に、本発明による実験室用遠心分離機１０および回転速度監視のためにその上で用いられる本発明による装置１００を示す。
【００４０】
図１〜図４から分かるように、遠心分離機１０は、カバー１４と操作面１５とを伴うハウジング１２を伴う実験室用遠心分離機として形成される。遠心分離機１０の遠心分離機容器１６内には、遠心分離機モータ１８の駆動軸１７上に遠心分離機ロータ２０が配置されており、この遠心分離機ロータは、遠心分離機ビーカー２２を有するスイングロータとして形成される。
【００４１】
「要素」は、ここでは、遠心分離機モータ１８、またはより正確には遠心分離機モータ１８の駆動軸１７である。「要素制御」は対応するモータ制御（図示せず）であり、要素によって「駆動される」要素は遠心分離機ロータ２０である。
【００４２】
駆動軸１７上には、固定されたホールセンサ２６を割り当てられる永久磁石２４が配置されている。
【００４３】
さらに、固定されたホールセンサ３０が次いで割り当てられる永久磁石２８が、遠心分離機ロータ２０上に配置される。代替的に、永久磁石２８をＲＦＩＤトランスポンダに置き換え、ホールセンサ３０をＲＦＩＤ受信機に置き換えてもよい（各場合不図示）。バーコードスキャナなどの他の適切な符号化手段も用いられ得る。
【００４４】
遠心分離機モータ１８または遠心分離機モータ１８の駆動軸１７の回転速度を監視するための装置１００を、図２〜図４により具体的に示す。
【００４５】
装置１００は、回転検出部１０２、サイクル発生部１０４、２進計数部１０６、比較部１０８、基準値送信部１１０、シーケンス制御部１１２、オーバーフローメモリ１１４、評価部１１６および結果メモリ１１８を有することが分かる。
【００４６】
回転検出部１０２は、Ｄフリップフロップ（図示せず）を含む。それは、駆動軸１７上に配置された永久磁石２４に割り当てられたホールセンサ２６から、その入力信号１２０を受信する。
【００４７】
サイクル発生部は水晶で安定化されており、３２．７６８ｋＨｚの周波数の基本サイクルを有する。これは半分にされ、それによってサイクル発生部１０４は１６．３８４ｋＨｚの周波数を有する電気パルス１２２を出力する。
【００４８】
２進計数部１０６、比較部１０８、および基準値送信部１１０は、各々、２５５の数範囲を有する８ビット要素である。
【００４９】
回転検出部１０２はその出力信号１２４を同時に２進計数部１０６、シーケンス制御部１１２および評価部１１６に送信する。２進計数部１０６は出力信号１２６を比較部１０８に送信し、必要に応じて出力信号１２６’をオーバーフローメモリ１１４に送信する。比較部１０８は基準値送信部１１０から基準値１２８を受信する。比較部１０８はその出力信号１３０を評価部１１６に送信する。さらに、評価部１１６は、オーバーフローメモリ１１４からの出力信号１３２と、シーケンス制御部１１２からの出力信号１３４とを受信する。シーケンス制御部１１２はまた、制御信号１３４’を２進計数部１０６およびオーバーフローメモリ１１４に送信する。評価部１１６は、その出力信号１３６（結果）を結果メモリ１１８に供給し、結果メモリ１１８は加えて遠心分離機カバー１４の状態検出部（図示せず）から制御信号１４０を受信する。結果メモリ１１８は、次いで、遠心分離機モータ１８のモータ制御（図示せず）に制御信号１４２を送信する。
【００５０】
装置１００は次のように動作する。
ホールセンサ２６は、駆動軸１７の周りにおける永久磁石２４のそれぞれの回転を検出し、対応する信号１２０を出力し、それは回転検出部１０２によって処理される（図２は、例示のために４つの回転ａ、ｂ、ｃ、ｄを示す）。そこでは、回転検出部１０２に存在するＤフリップフロップは立ち上がりエッジ１５０にのみ反応し、同時に信号変化が各新たな立ち上がりエッジ１５０の後に起こり、立ち上がりエッジ１５０に関して周波数の半分を有する方形波信号１５２が出力される。
【００５１】
このような方法には、次のような利点がある。
磁界強度、永久磁石２４とホールセンサ２６との間の距離、およびホールセンサ２６自体も公差の対象となり、それは回転速度の異なるデューティサイクルをもたらす結果となり得る。しかしながら、１回転の時間は非常に精密に設定されなければならないので、そのような変動は大きな偏差をもたらすであろう。立ち上がりエッジ１５０にのみ反応するＤフリップフロップを用いてサイクル周波数１２０を半分にすることにより、前述の公差の全ては適用可能でなくなり、なぜならば、測定はもはや回転速度のデューティサイクルに依存しないからである。正確に５０％のデューティサイクルを有する半サイクル周波数１５２がこうして得られ、それによって回転速度を非常に精密に監視することができる。
【００５２】
この半分にされたサイクル周波数１５２は、出力信号１２４として、サイクル発生部１０４のサイクル１２２と共に、２進計数部１０６に供給される。２進計数部１０６は、ここで、半分にされたサイクル周波数１５２のため、出力信号１２４がＬレベル１５４を搬送する（１５２）場合に、サイクル１２２のサイクル１５６から入来サイクル１５７をカウントする。
【００５３】
２進計数部１０６の数範囲は２５５サイクル１５７のカウントに制限されているので、オーバーフローメモリ１１４が設けられ；これにより、より大きな入来サイクル数に対してもあふれている数をカウントできる。半分にされたサイクル周波数１５２がＨレベル１５８を搬送するとすぐに、２進計数部１０６はカウントを停止する。
【００５４】
２進計数部１０６の結果１２６は、比較部１０８に転送される。
比較部１０８は、基準値送信部１１０から基準値１２８を受信する。基準値送信部１１０は、次いで、「１５８」および「６４」のような、利用可能なさまざまな基準値１２８を維持する。対応する基準値１２８は、制御信号１６０を用いて選択され、この実施形態では、基準値送信部１１０は、それを、永久磁石２８に割り当てられたホールセンサ３０（詳細には説明する必要はない別個の回路がこのために用いられる）を用いて受信する。遠心分離機ロータ２０上に永久磁石２８が存在しない場合、基準値送信部１１０はＬレベルを受信し、それによって「１５８」の基準値１２８を比較部１０８に出力する。遠心分離機ロータ２０上に永久磁石２８が存在する場合、基準値送信部１１０はＨレベルを受信し、それによって「６４」の基準値１２８を比較部１０８に出力する。それにより、装置１００は、遠心分離機ロータ２０の増大した回転速度についての解放を受信する。
【００５５】
１つの磁石２８を介してまたは磁石２８を介さずに解放を符号化する代わりに、１つもしくは３つの磁石２８または他の任意の磁石の組み合わせを用いることもできる。ＲＦＩＤトランスポンダまたはバーコードなどの他の符号化も可能である。
【００５６】
評価部１１６は、回転検出部１０２の出力信号１２４のＨレベル１５８とシーケンス制御部１１２の制御信号１３４のＨレベルとに反応し、次いで、２つの信号１２４、１３４の各々がＨレベルを有する場合に評価を開始する。そうする際、電磁両立性（ＥＭＣ）の枠組み内の保護措置が実現される。評価プロセス中に、評価部１１６は、比較部１０８の信号１３０およびオーバーフローメモリ１１４の信号１３２を検索し、２進計数部１０６のカウンタ値１２６が基準値１２８以上であることを比較部１０８が示すかどうかを評価する。
【００５７】
カウンタ値１２６が基準値１２８以上であった場合、評価部１１６は回転速度が速すぎなかったと判定する。カウンタ値１２６が基準値１２８より小さくても、オーバーフロー１３２が発生した場合には、回転速度は速すぎはしなかったのであり、なぜならば、オーバーフローメモリ１１４はその場合カウンタ値２５５を表し、それはいずれにせよ２つの基準値１２８の一方よりも大きいからである。
【００５８】
しかしながら、カウンタ値１２６が基準値１２８より小さく、オーバーフロー１３２が発生していなければ、回転速度は高すぎた。
【００５９】
結果に応じて、評価部１１６は今度は制御信号１３６を結果メモリ１１８に送信し、それは、回転速度が速すぎなかった場合には結果メモリ１１８が制御信号１４２においてＬレベルを出力するように、回転速度が速すぎた場合には結果メモリ１１８が制御信号１４２においてＨレベルを出力するように、行われる。それにより、結果メモリ１１８は、それがＬレベルからＨレベルに上書きされることはできるがその逆はできないような態様で設計される。Ｈレベルは、専ら遠心分離機カバー１４の状態検出部の対応する制御信号１４０によって、すなわち、そのような状態検出部が開いたカバー１４を検出した場合に、削除される。そこでは、カバーは、遠心分離機モータ１８が停止した場合にしか開くことができない。しかしながら、遠心分離機ロータの周速度が２ｍ／ｓ未満に低下したときに上書きが生じることも規定され得るが、カバー開口部との結合が、好まれる。
【００６０】
結果メモリ１１８の出力信号１４２は直接かつ優先的にモータ制御に入力され、出力信号１４２のＬレベルで自由に調整でき、モータ回転速度の停止までの低減は出力信号１４２のＨレベルで自動的に生じる。
【００６１】
シーケンス制御部１１２は、回転検出部１０２の出力信号１２４のＨレベル１５８に反応し、時間遅延された制御信号１３４’を２進計数部１０６とオーバーフローメモリ１１４との両方に送信し、タイムシフトは、オーバーフローメモリ１１４および比較部１０８の読み出しと、評価部１１６における結果１３６を伴う評価プロセスおよびそれの結果メモリ１１８への送信とが完了するように、判断される。この時間遅延が経過した後、２進計数部１０６およびオーバーフローメモリ１１４はシーケンス制御部１１２によってリセットされ、シーケンス制御部１１２はこれに関してリセット装置として働き、それによって、制御信号１２４において次のＬレベル１５４が到着したときに次のカウントを行うことができ、次のＨレベル１５８が到着したときにその後の評価を行うことができる。
【００６２】
オーバーフローでの監視が機能するように、したがって、基準値１２８は、２進計数部１０６および比較部１０８の数範囲との関連において、基準値１２８がそのような数範囲内に含まれるように設定されなければならない。
【００６３】
そうする際、基準値１２８は、サイクル周波数１２２との関連において、所望の制限速度に対応するように選択される。
【００６４】
例えば、「１５８」の基準値１２８は、６，２２３ｒｐｍの制限速度に対応するが、そのような値は、サイクル信号１２２における公差を考慮しながら、丸められない数値を用いて計算された。つまり、１６．３８４ｋＨｚのサイクル周波数は約０．０６１ｍｓ持続し、それは、１５８個のサイクルが約９．６３８ｍｓ持続することを意味する。したがって、この時間内に、モータ１８の駆動軸１７の完全な１回転が実行され、それによって１回転が９．６３８ｍｓで生じ、これは約６，２２３ｒｐｍに対応する。
【００６５】
このような６，２２３ｒｐｍの制限速度は、６，０００ｒｐｍの所望の最大回転速度より約３．７％高く、なぜならば、モータ１８の加速時にわずかなオーバーシュートが常に予想されるからである。
【００６６】
次いで、「６４」の基準値１２８は、１５，３６１ｒｐｍの制限速度に対応する。このような１５，３６１ｒｐｍの制限速度も、１５，０６０ｒｐｍの所望の最大回転速度よりも約２％高く、なぜならば、モータ１８の加速時にわずかなオーバーシュートが常に予想されるからである。
【００６７】
これは、モータ１８の１回転の間に計数が行われ、その直後のモータ１８の回転の間に評価が行われ、これら２つの処理ステップが互いに干渉しないことを示している。
【００６８】
以上の説明から明らかなように、本発明は遠心分離機１０に回転速度監視システム１００設け、それにより、回転速度の監視の範囲内での認証または再認証はもはや必要とされない。これは回転速度それ自体が判断されないという点で達成され；回転速度との関係において所定のサイクルがカウントされ、所定の回転速度の超過は、カウントされたサイクルを所定の値と比較することによって判断される。つまり、対応するソフトウェアを伴うマイクロコントローラは不要であり；それどころか、純粋なハードウェア解決策を選択でき、認証または再認証は必要とされない。
【００６９】
特に断らない限り、本発明の全ての特徴は互いに自由に組み合わせることができる。図面の説明に記載された特徴を、特に断らない限り、本発明の特徴として他の特徴と自由に組み合わせてもよい。それによって、装置および遠心分離機の本特徴はまた、プロセスの枠組み内で、プロセス特徴として再体系化されて、用いられてもよく、プロセス特徴はまた、場合によっては、装置および遠心分離機の枠組み内で、装置または遠心分離機の特徴として再体系化されて、用いられてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
参照符号のリスト
１０  本発明による遠心分離機、実験室用遠心分離機
１２  ハウジング
１４  カバー
１５  操作面
１６  遠心分離機容器
１７  駆動軸、要素
１８  遠心分離機モータ、要素
２０  遠心分離機モータ、スイングアウトロータ、被駆動要素
２２  遠心分離機ビーカー
２４  永久磁石
２６  ホールセンサ
２８  永久磁石
３０  ホールセンサ
１００  場合によっては、遠心分離機モータ１８または遠心分離機モータ２０の駆動軸１７の回転速度を監視するための本発明による装置
１０２  回転検出部、要素の完全な１回転の分数または倍数を判断するための手段
１０４  サイクル発生部
１０６  ２進計数部、サイクルをカウントするための手段
１０８  比較部、カウントされたサイクルを所定のカウンタ値と比較するための手段
１１０  基準値送信部
１１２  シーケンス制御部、リセット装置、リセット手段
１１４  オーバーフローメモリ
１１６  評価部
１１８  結果メモリ
１２０  ホールセンサ２６の出力信号、サイクル周波数
１２２  サイクル発生部が１６．３８４ｋＨｚの周波数を伴う場合、電気的インパルス
１２４  回転検出部１０２の出力信号
１２６  ２進計数部１０６の、比較部１０８への出力信号
１２６’２進計数部１０６の、オーバーフローメモリ１１４への出力信号
１２８  基準値送信部１１０の、比較部１０８への基準値
１３０  比較部１０８の、評価部１１６への出力信号
１３２  オーバーフローメモリ１１４の、評価部１１６への出力信号
１３４  シーケンス制御部１１２の、評価部１１６への出力信号
１３４’  シーケンス制御部１１２の、２進計数部１０６およびオーバーフローメモリ１１４への、タイムシフトされた出力信号。
１３６  結果、評価部１１６の、結果メモリ１１８への出力信号
１４０  状態検出部の、結果メモリ１１８への制御信号
１４２  結果メモリ１１８の、遠心分離機モータ１８のモータ制御への制御信号
１５０  ホールセンサ２６の出力信号１２０の立ち上がりエッジ
１５２  方形波信号、半分にされたサイクル周波数
１５４  半分にされたサイクル周波数１５２のＬレベル
１５６  電気的インパルス１２２のサイクル
１５７  方形波信号１５２のＬレベル１５４の間にカウントされるサイクル
１５８  半分にされたサイクル周波数１５２のＨレベル
１６０  基準値送信部１１０への制御信号（ロータ特性から導出される）
【図１】
2019126807.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月9日(2019.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に遠心分離機、好ましくは実験室用遠心分離機（１０）における要素（１７，１８，２０）の回転速度を監視するための方法であって、前記要素（１７，１８，２０）の所定の回転速度を超える前記要素（１７，１８，２０）の回転速度が検出され、
−特定の周波数のサイクル（１２２，１５６）が発生され、
−前記サイクル（１２２，１５６）は、前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の継続時間の分数または倍数で規定される期間（１５４）内にカウントされ、
−前記期間（１５４）内にカウントされたサイクル（１５７）は、所定のカウンタ値（１２８）と比較され、
−前記所定の回転速度の超過は、前記カウントされたサイクル（１５７）が前記所定のカウンタ値（１２８）を下回ることによって検出されることにおいて特徴付けられる、要素（１７，１８，２０）の回転速度を監視するための方法。
【請求項２】
前記所定のカウンタ値（１２８）は、前記所定の回転速度での１回転の継続時間およびサイクル周波数から生じる積に比例し、自然数に丸められ、前記所定のカウンタ値（１２８）は、好ましくは、前記所定の回転速度での１回転の継続時間およびサイクル周波数から生じる積と同一であり、自然数に丸められることにおいて特徴付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記要素（１７，１８，２０）の回転は、電磁気的に、好ましくは磁気センサ（２６）、特にホールセンサと相互作用する少なくとも１つの磁石（２４）によって判断されることにおいて特徴付けられる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記所定の回転速度は、用いられる前記要素（１７，１８，２０）および／または前記要素によって駆動される要素、好ましくは遠心分離機ロータ（２０）に適合されることにおいて特徴付けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記所定の回転速度は、前記要素（１７，１８，２０）および／または被駆動要素（２０）において符号化ベースで判断され読み取られ、好ましくは、ｉ）前記符号化は１つまたは複数の磁石（２８）によって行われ、前記読み取りはホールセンサ（３０）によって行われるか、またはｉｉ）前記符号化はＲＦＩＤトランスポンダによって行われ、前記読み取りはＲＦＩＤ受信機によって行われることが規定されることにおいて特徴付けられる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記所定のカウンタ値（１２８）を下回った後、前記要素（１７，１８，２０）の回転速度は低減され、前記要素（１７，１８，２０）は好ましくは停止するまで減速されることにおいて特徴付けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
特に遠心分離機、好ましくは実験室用遠心分離機（１０）における要素（１７，１８，２０）の回転速度を監視するための装置（１００）であって、前記要素（１７，１８，２０）の所定の回転速度に対する前記要素（１７，１８，２０）の回転速度の超過が検出され、
−特定の周波数のサイクル発生部（１０４）と、
−前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の分数または倍数を判断するための手段（１０２）と、
−前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の分数または倍数の継続期間内でサイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）と、
−カウントされたサイクル（１５７）を所定のカウント値（１２８）と比較するための手段（１０８）とによって特徴付けられ、前記所定の回転速度の超過は、前記カウントされたサイクル（１５７）が前記所定のカウント値（１２８）を下回ることによって検出されることにおいて特徴付けられる、装置（１００）。
【請求項８】
前記サイクル発生部は水晶安定化サイクル発生部（１０４）であり、および／または前記所定の回転速度の超過が検出された場合には、前記要素（１７，１８，２０）の回転速度を低減するように構成される、前記要素（１７，１８，２０）を制御するための手段があることにおいて特徴付けられる、請求項７に記載の装置（１００）。
【請求項９】
前記要素（１７，１８，２０）の完全な１回転の分数または倍数を判断するための手段（１０２）は、信号エッジの立ち上がり（１５０）または立ち下がりにのみ反応するようにされ、Ｄフリップフロップが好ましくは存在することにおいて特徴付けられる、請求項７または請求項８に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記サイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）は、前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内において、前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内にカウントするよう、そして、前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の次の分数または倍数の継続期間内にカウントしないようにされることにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内でサイクル（１５６）をカウントするための手段は、好ましくは８ビットの２進計数部として設計される２進計数部を含むことにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
前記カウントされたサイクル（１５７）を所定のカウンタ値（１２８）と比較するための前記手段は、好ましくは８ビット比較部として設計される比較部（１０８）を含むことにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１３】
前記要素（１７，１８，２０）の完全な回転の分数または倍数の継続期間内でサイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）は、オーバーフローメモリ（１１４）を含むことにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１２のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１４】
好ましくは前記サイクル（１５６）をカウントするための手段（１０６）、前記カウントされたサイクル（１５７）を比較するための手段（１０８）、および／または前記オーバーフローメモリ（１１４）をリセットするリセット手段（１１２）があることにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１３のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１５】
前記所定の回転速度に関して超過した要素回転速度の状態のための結果メモリ（１１８）があり、前記結果メモリは、好ましくは、前記要素（１７，１８，２０）が停止するかまたは好ましくは３ｍ／ｓ未満、最も好ましくは２ｍ／ｓ未満の非臨界周速度に達するまで超えられる要素回転速度の状態を記憶するようにされ、前記結果メモリ（１１８）は、特に前記遠心分離機（１０）のカバー（１４）の開口部を介して消去されるようにされることにおいて特徴付けられる、請求項７〜請求項１３のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【外国語明細書】
2019126807000001.pdf