(57)【要約】【課題】  遠心分離される試料に最適の減速パターンでロータの回転数を減速させることができる遠心分離機及び遠心分離機の制御方法の提供。【解決手段】  遠心分離機１は、上部にキーボード１２と表示部１３とが設けられている。ユーザは、表示部１３を見ながらキーボード１２から、任意の制動切替回転数Ｎｃと、任意の制動時間Ｔｓとを入力することができ、表示部１３でその入力した値を確認することができる。キーボード１２、表示部１３は、制御装置１００に接続されており、入力された制動切替回転数Ｎｃと制動時間Ｔｓとに基づき、遠心分離機１は、遠心分離する試料に最適な減速パターンで、スローデセル制御を行う。【選択図】図１
2005052780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を収納するロータと、
駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、
該モータを制御する制御装置と、
急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と、該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段と、
該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とに従い、該モータの制動・加速動作を行うモータ制動・加速手段とを備える遠心分離機において、
該ユーザインタフェース手段は、該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とをそれぞれ任意の値に設定可能とする任意値設定手段を備えることを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
該任意値設定手段はキーボードと表示部とを備えることを特徴する請求項１記載の遠心分離機。
【請求項３】
試料を収納するロータと、
駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、
該モータを制御する制御装置と、
急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と、該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段と、
該モータの回転数を、時間経過と共に変化する目標回転数に沿った値とする制御を行うモータ回転数制御手段とを備える遠心分離機において、
該モータ回転数制御手段は、該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間に基づいて該目標回転数の時間定数を決定し、該時間定数に基づいて目標回転数を決定する目標回転数決定手段を備えることを特徴とする遠心分離機。
【請求項４】
該目標回転数決定手段は、該制動・加速切替回転数をＮｃ、該制動・加速時間をＴｓとして、該時間定数αを
α＝Ｎｃ／Ｔｓ２
により求め、該目標回転数ＮＯ（ｔ）を
ＮＯ（ｔ）＝αｔ２
により求めることを特徴とする請求項３記載の遠心分離機。
【請求項５】
試料を収納するロータと、駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、該モータを制御する制御装置と、急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段とを備え、該モータは、該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とに従い制動・加速動作する遠心分離機の制御方法において、
該インターフェース手段において該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とがそれぞれ任意の値に設定されることにより、該モータが任意の該制動・加速切替回転数と任意の該制動・加速時間に従う制動・加速動作を行うようにすることを特徴とする遠心分離機の制御方法。
【請求項６】
試料を収納するロータと、駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、該モータを制御する制御装置と、急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段とを備え、該モータの回転数は、時間経過と共に変化する目標回転数に沿った値に制御される遠心分離機の制御方法において、
該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間に基づいて該目標回転数の時間定数を決定し、該時間定数に基づいて該目標回転数を決定することを特徴とする遠心分離機の制御方法。
【請求項７】
該制動・加速切替回転数をＮｃ、該制動・加速時間をＴｓとして、該時間定数αを
α＝Ｎｃ／Ｔｓ２
により求め、該目標回転数ＮＯ（ｔ）を
ＮＯ（ｔ）＝αｔ２
により求めることを特徴とする請求項６記載の遠心分離機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータにより回転駆動されるロータに収納された試料を遠心分離する遠心分離機における、当該回転の減速・加速制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータとモータとを備え、モータによってロータを回転駆動することによりロータに収納した試料を遠心分離する遠心分離では、所定の回転数でロータが回転する整定回転時に主として遠心分離が行われ、その後、回転が停止するまで減速し続ける。
【０００３】
減速時における遠心分離機の動作は無駄な動作であり、減速時の短縮が遠心分離を行うのに要する時間の短縮に繋がる。しかし整定回転後に、可能な限り減速にかかる時間を短くするために急制動をかけて回転を止めると、減速・停止するときに試料中の沈殿物に浮遊する力が発生し、遠心分離した試料を攪拌してしまう。ここで、沈殿物が浮遊するのは、遠心力がなくなること、及び、地球の自転によるコリオリの力により試料に回転力が加わり、試料が攪拌される回転方向に渦巻いてしまうことに因るものである。
【０００４】
分離した試料を減速時に攪拌してしまうことを防止するために、遠心分離機では、いわゆるスローデセルと呼ばれる制御を選択出来るようになっている。スローデセル制御は、遠心分離機の減速カーブ（図１１）で示されるように、ロータの回転数が整定回転数Ｎ０から急減速され所定の回転数Ｎｃまで減速された後に行われる。図１１に示されるように、スローデセル制御では、モータの回転数は、時刻の経過と共に緩やかに変化する目標回転数（Ｎ１（ｔ）〜Ｎ３（ｔ））に沿った値とされて、モータ及びロータは緩やかに減速される。
【０００５】
遠心分離機で分離される試料は多種多様である。沈殿物の粘度の高い試料は減速時に攪拌されにくいので、減速時の制動力を高くして短時間で減速・停止することが可能である。これに対して粘度の低い試料は攪拌されやすいので、攪拌防止のために充分緩やかな制動をかけて減速・停止する必要がある。そこで、遠心分離機においては、予め用意されている複数のスローデセル制御の中から、分離される試料に適したものを選択できるように構成されている。
【０００６】
例えば、従来の遠心分離機のスローデセル制御による回転数制御では、図１１に示されるように、予め３つのスローデセル制御パターン（Ｎ１（ｔ）〜Ｎ３（ｔ））が用意されている。図１１中の破線で示される自然減速カーブＮｆ（ｔ）は、自然減速での回転数の時間変化を示す。遠心分離される試料に応じて自然減速カーブＮｆ（ｔ）よりも短時間で減速・停止するカーブＮ３（ｔ）を選択してモータ制動トルクを調整したり、また、Ｎｆ（ｔ）よりも緩やかな勾配で減速・停止するカーブＮ１（ｔ）、Ｎ２（ｔ）のうちから１つのカーブを選択して加速トルクを調整したりして、これらのカーブに倣って回転数を減速させることができる。
【０００７】
減速時において、急制動により急激に減速した後にスローデセル制御へと切替える制動切替回転数はＮｃ（図１１）であり固定である。このようなスローデセル制御について記載されている先行技術文献としては、特開平１０−２７７４３５号公報が挙げられる。
【特許文献１】特開平１０−２７７４３５号公報（第４項、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の遠心分離機では、前述のように、急制動により急激に減速した後にスローデセル制御へと切替える切替回転数は、所定の回転数Ｎｃに固定されていたが、遠心分離する試料の粘性が非常に低い場合は、スローデセル制御に切替える以前の急制動時に試料の攪拌が起きるという問題が生じていた。
【０００９】
また、スローデセル制御は、予め用意された複数の減速パターンから１つのパターンを選択するようになっているので、試料に対して最適な減速パターンの選択肢がない場合がある。このような場合には、選択肢の中から理想の減速パターンに最も近いパターンを選択せざるを得ないのであるが、選択したパターンが試料の物性に対して減速勾配が急であったり緩やか過ぎたりして、試料の物性に合わせた減速パターンの最適な調整ができないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、遠心分離される試料に最適の減速パターンでロータの回転数を減速させることができる遠心分離機及び遠心分離機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、試料を収納するロータと、駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、該モータを制御する制御装置と、急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段と、該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とに従い、該モータの制動・加速動作を行うモータ制動・加速手段とを備える遠心分離機において、該ユーザインタフェース手段は、該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とをそれぞれ任意の値に設定可能とする任意値設定手段を備える遠心分離機を提供している。
【００１２】
ここで、該任意値設定手段はキーボードと表示部とを備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、試料を収納するロータと、駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、該モータを制御する制御装置と、急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段と、該モータの回転数を、時間経過と共に変化する目標回転数に沿った値とする制御を行うモータ回転数制御手段とを備える遠心分離機において、該モータ回転数制御手段は、該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間に基づいて該目標回転数の時間定数を決定し、該時間定数に基づいて目標回転数を決定する目標回転数決定手段を備える遠心分離機を提供している。
【００１４】
ここで、該目標回転数決定手段は、該制動・加速切替回転数をＮｃ、該制動・加速時間をＴｓとして、該時間定数αをα＝Ｎｃ／Ｔｓ２により求め、該目標回転数ＮＯ（ｔ）をＮＯ（ｔ）＝αｔ２により求めることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、試料を収納するロータと、駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、該モータを制御する制御装置と、急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段とを備え、該モータは、該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とに従い制動・加速動作する遠心分離機の制御方法において、該インターフェース手段において該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間とがそれぞれ任意の値に設定されることにより、該モータが任意の該制動・加速切替回転数と任意の該制動・加速時間に従う制動・加速動作を行うようにさせる遠心分離機の制御方法を提供している。
【００１６】
また、本発明は、試料を収納するロータと、駆動シャフトを介して該ロータを可変速度で回転駆動するモータと、該モータを制御する制御装置と、急制動から緩やかな制動へ又は緩やかな加速から急加速へと該モータに対して制動・加速の緩急を切り替える制動・加速切替回転数と該モータに対する制動開始からモータが停止するまで又は該モータの駆動開始から該モータが一定の回転数で駆動する整定回転を開始するまでの制動・加速時間とを設定可能なユーザインタフェース手段とを備え、該モータの回転数は、時間経過と共に変化する目標回転数に沿った値に制御される遠心分離機の制御方法において、該ユーザインタフェース手段において設定された該制動・加速切替回転数と該制動・加速時間に基づいて該目標回転数の時間定数を決定し、該時間定数に基づいて該目標回転数を決定する遠心分離機の制御方法を提供している。
【００１７】
ここで、該制動・加速切替回転数をＮｃ、該制動・加速時間をＴｓとして、該時間定数αをα＝Ｎｃ／Ｔｓ２により求め、該目標回転数ＮＯ（ｔ）をＮＯ（ｔ）＝αｔ２により求めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の遠心分離機によれば、ユーザインタフェース手段は、制動・加速切替回転数と制動・加速時間とをそれぞれ任意の値に設定可能とする任意値設定手段を備えるため、スローデセル制御におけるモータの回転数の減速カーブを、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適なカーブとすることが可能となり、減速動作時の試料の乱れを排除することができる。
【００１９】
また、モータが停止している状態から加速してゆき、整定回転に至るまでの間の加速制御を、減速動作時と同様に、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適な加速カーブとすることができる。
【００２０】
請求項２記載の遠心分離機によれば、ユーザインタフェース手段はキーボードと表示部とを備えるため、ユーザは視覚的に制動・加速切替回転数、制動・加速時間の値を確認しながら、確実に制動・加速切替回転数、制動・加速時間の設定を任意の値に設定することができる。
【００２１】
請求項３、４記載の遠心分離機によれば、モータ回転数制御手段は、ユーザインタフェース手段において設定された制動・加速切替回転数と制動・加速時間に基づいて目標回転数の時間定数を決定し、時間定数に基づいて目標回転数を決定する目標回転数決定手段を備えるため、ユーザは、直接目標回転数を設定せずに、制動・加速切替回転数と制動・加速時間とを設定することにより、スローデセル制御におけるモータの回転数の減速カーブを、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適なカーブとすることができる。
【００２２】
また、モータが停止している状態から加速してゆき、整定回転に至るまでの間の加速制御についても、ユーザは、直接目標回転数を設定せずに、制動・加速切替回転数と制動・加速時間とを設定することにより、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適な加速カーブとすることができる。
【００２３】
請求項５記載の遠心分離機の制御方法によれば、インターフェース手段において制動・加速切替回転数と制動・加速時間とがそれぞれ任意の値に設定されることにより、モータが任意の制動・加速切替回転数と任意の制動・加速時間に従う制動・加速動作を行うようにさせるようにしたため、スローデセル制御におけるモータの回転数の減速カーブ、加速カーブを、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適なカーブとすることが可能となり、減速動作時、加速動作時の試料の乱れを排除することができる。
【００２４】
請求項６、７記載の遠心分離機の制御方法によれば、ユーザインタフェース手段において設定された制動・加速切替回転数と制動・加速時間に基づいて目標回転数の時間定数を決定し、時間定数に基づいて目標回転数を決定するようにしたため、ユーザは、直接目標回転数を設定せずに、制動・加速切替回転数と制動・加速時間とを設定することにより、スローデセル制御におけるモータの回転数の減速カーブを、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適なカーブとすることができる。
【００２５】
また、モータが停止している状態から加速してゆき、整定回転に至るまでの間の加速制御についても、ユーザは、直接目標回転数を設定せずに、制動・加速切替回転数と制動・加速時間とを設定することにより、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適な加速カーブとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態による遠心分離機及び遠心分離機の制御方法について図１乃至図１０に基づき説明する。図１に示すように遠心分離機１は、上部に開口部１０ａが形成された本体１０と、ドア１１とを備える。ドア１１は、本体１０の上部に設けられ、開口部１０ａを開閉可能である。また、上部には、キーボード１２と表示部１３とが設けられている。キーボード１２と表示部１３とは、ユーザインターフェース手段、任意値設定手段に相当する。表示部１３を見ながらユーザは、キーボード１２から、後述の任意の制動切替回転数Ｎｃと、任意の制動時間Ｔｓとを入力して、これらの値を遠心分離機１中の図示せぬＲＡＭに記憶させることができ、表示部１３でその入力した値を確認することができるように構成されている。ここで、制動時間は制動・加速時間に相当し、制動切替回転数は制動・加速切替回転数に相当する。
【００２７】
本体１０内部には、ロータ２１とモータ２３と制御装置１００とが設けられている。ロータ２１は試料を収納し遠心分離するために用いられる。モータ２３は誘導モータ等により構成される。ロータ２１は駆動シャフト２２を介してモータ２３に接続されており、モータ２３から駆動シャフト２２を介してロータ２１へ回転駆動トルクが伝達される。従って、モータ２３の回転数は、ロータ２１の回転数に一対一対応となっている。モータ２３は、モータ２３の制御を行うための遠心分離機１の制御装置１００に接続されている。モータ２３の回転数は、エンコーダ等により構成されるモータ速度検出手段２５（図３）により検出され、制御装置１００（図１）へ出力される。制御装置１００は、モータ制御・加速手段、モータ回転数制御手段、目標回転数決定手段、制御装置に相当する。
【００２８】
制御装置１００は、図４のブロック図に示されるように、交流電源１０１と、電源用双方向電力変換器１２０と、モータ用インバータ変換器１４０と、力率改善制御手段１６０と、インバータ制御手段１８０と、マイクロプロセッサ（以下ＣＰＵと称す）１０２とを備える。電源用双方向電力変換器１２０の交流側は、リアクトル１０３を介して交流電源１０１に接続され、直流側は平滑用コンデンサ１０４に接続されている。電源用双方向電力変換器１２０内部の還流整流回路を構成する夫々の整流素子には、逆方向並列にトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等のスイッチング素子が接続されている。
【００２９】
モータ用インバータ変換器１４０の交流側は、ロータ２１を駆動するモータ２３に接続され、直流側は平滑用コンデンサ１０４に接続されている。モータ用インバータ変換器１４０内部の還流整流回路を構成する各整流素子には、電源用双方向電力変換器１２０と同様の種類のスイッチング素子が接続されている。
【００３０】
力率改善制御手段１６０は、交流電源１０１の高調波電流成分の含有量を低下させるべく電源用双方向電力変換器１２０を制御し平滑用コンデンサ１０４の充電電圧を調整する。
【００３１】
インバータ制御手段１８０は、モータ用インバータ変換器１４０をＰＷＭ電圧制御で動作させるＰＷＭ制御手段１８１と、モータ用インバータ変換器１４０を直流制動制御で動作させる直流制動制御手段１８２とを備える。遠心機制御用ＣＰＵ１０２は、モータ２３の運転状態に対応して力率改善制御手段１６０とインバータ制御手段１８０とを制御する。遠心機制御用ＣＰＵ１０２の内蔵のタイマユニットＩＴＵ２には、回転検出センサ２５の出力が接続されており、遠心機制御用ＣＰＵ１０２は、ＩＴＵ２のクロックカウント機能を利用してモータ２３の回転数を把握する。
【００３２】
力率改善制御手段１６０は、力率改善制御用ＩＣ１６１と、アナログスイッチ１６２と、デジタルポテンショメータ１６３と、正・負サイクル検出器１６４とを備える。力率改善制御用ＩＣ１６１は、特開平７−２４６３５１号公報に記載されているような、富士電機製のＦＡ５３３１等からなる。力率改善制御用ＩＣ１６１のパルス幅制御出力は、電源用双方向電力変換器１２０の４個のスイッチング素子１２０ｖ、１２０ｗ、１２０ｙ、１２０ｚのコントロールにおいて、パターン切換器１６５を介してゲート・ドライバ１６６で増幅されフォトカブラ１０５をドライブする。フォトカブラ１０５の信号出力により、電源用双方向電力変換器１２０の４個のスイッチング素子のオン・オフが制御される。
【００３３】
電源用双方向電力変換器１２０及びリアクトル１０３と協同して力率改善制御用ＩＣ１６１は、交流電源１０１の電圧波形に相似で且つ高調波電流の含有量の低い電流でモータ２３が力行している間に、平滑用コンデンサ１０４を一定の電圧に充電する昇圧コンバータとなる順方向運転と、モータ２３が回生中に平滑用コンデンサ１０４の充電電荷を放電し一定の電圧に保つ降圧コンバータとなる逆方向運転とを行なう。
【００３４】
このため、力率改善制御用ＩＣ１６１には、絶縁トランス等により構成されるＶセンサ１０６により電源電圧波形が、センサ入力信号として与えられ、また、ホールカウントセンサ等により構成されるＩセンサ１０７により電源電流波形が、センサ入力信号として与えられ、また、アナログフォトカプラ等の絶縁型電圧信号伝達器により構成されるＣＶセンサ１０８を介して平滑用コンデンサ１０４の充電電圧信号がセンサ入力信号として与えられる。
【００３５】
アナログスイッチ１６２は、電源用双方向電力変換器１２０の上記の順方向運転、逆方向運転が、力率改善制御用ＩＣ１６１の同一の制御作用により行えるように、減衰器１６８により減衰されたＩセンサ１０７からの信号出力の信号の大きさに応じて切換選択する。また、ＣＶセンサ１０８の信号出力は、基準電圧源１６９を基準とした引算信号として差動増幅器１６７から出力されるが、アナログスイッチ１６２は、この引算信号と、減衰器１６８により減衰されたＩセンサ１０７からの信号出力の信号との切換選択ができるように構成されている。アナログスイッチ１６２は、遠心機制御用ＣＰＵ１０２の信号出力によりパターン切換器１６５と連動して切換を行う。
【００３６】
正・負サイクル検出器１６４は、交流電源１０１の正・負のサイクル状態を検出し論理信号をパターン切換器１６５に出力する。
【００３７】
デジタルポテンショメータ１６３は、例えば、アナログ・デバイセズ（株）製ＡＤ８４０２のようなデジタルポテンショメータにより構成され、力率改善制御用ＩＣ１６１にフィードバックするＣＶセンサ１０８による平滑用コンデンサ１０４の充電電圧信号の大きさを調整する。デジタルポテンショメータ１６３は、遠心機制御用ＣＰＵ１０２の信号出力により分圧比の制御が可能であり、その出力は、上述したようにアナログスイッチ１６２を介して力率改善制御用ＩＣ１６１に入力される。力率改善制御用ＩＣ１６１による平滑用コンデンサ１０４の充電電圧の制御において、本ＩＣ１６１は平滑用コンデンサ１０４の充電電圧信号と内部基準電圧との差動増幅作用により充電電圧信号と内部基準電圧とが一致するよう平滑用コンデンサ１０４の充電電圧を制御するために、デジタルポテンショメータ１６３の分圧比を制御する。このことにより、平滑用コンデンサ１０４の充電電圧が受電電圧のピーク値以上ならば、ある程度の範囲で遠心機制御用ＣＰＵ１０２により平滑用コンデンサ１０４の充電電圧を任意に調整可能である。
【００３８】
インバータ制御手段１８０は、ＰＷＭ制御手段１８１と直流制動制御手段１８２とゲートドライバ１８３とを備えている。より具体的には、図５に示されるように、ＲＯＭ１８０１と、ラッチ・ゲート・ドライバ１８０３とを備える。
【００３９】
ＰＷＭ制御手段１８１は、モータ用インバータ変換器１４０の６個のスイッチング素子、１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗ、１４０Ｘ、１４０Ｙ、１４０Ｚのインバータコントロールにおいて、ＰＷＭ制御手段となる上記スイッチング素子をオン、オフする。ＰＷＭ制御手段１８１、直流制動制御手段１８２の上記スイッチング素子オン、オフパターン信号は、ゲートドライバ１８３で増幅されフォトカプラ１０９をドライブし、フォトカプラ１０９の信号出力により、モータ用インバータ変換器１４０の６個のスイッチング素子のオン・オフが制御される。
【００４０】
また、制御装置１００には、ゲート・ドライバ１６６や、後述のゲートドライバ１８３にドライブ電力を供給する電源コントロール回路１１０が設けられている。電源コントロール回路１１０は、モータ用インバータ変換器１４０、電源用双方向電力変換器１２０を構成するスイッチング素子に過電流が流れたり、アーム短絡が生じたりした等の異常発生時や、平滑用コンデンサ１０４の充電電圧の過電圧時や、交流電源１０１の電源投入後制御装置全体の動作準備が完了するまでの間や、その他運転中のコントロール状態の切換時に、変換器１２０・１４０を構成するスイッチング素子にオン信号が加えられるのを防止する。
【００４１】
また、電力回路となるモータ用インバータ変換器１４０及び電源用双方向電力変換器１２０と、信号回路となる力率改善制御手段１６０及びインバータ制御手段１８０との間には、Ｖセンサ１０６、Ｉセンサ１０７、ＣＶセンサ１０８、フォトカブラ１０５、１０９の信号アイソレーション手段により基準電位の絶縁が図られている。このことにより、変換器１２０・１４０内のスイッチング素子の高速スイッチング動作に伴ない発生するノイズによって、力率改善制御手段１６０及びインバータ制御手段１８０が誤動作等することを防止している。
【００４２】
続いて、本発明の動作について、図４〜図１０を参照して説明する。なお図５〜図１０においては、図１〜図４と同一の機能を有する部分には同一の番号を付して説明する。
【００４３】
先ず、モータ用インバータ変換器１４０の動作について説明する。ここで、インバータ制御手段１８０を構成するＲＯＭ１８０１は、スイッチング素子のオン・オフのパルスパターンを記憶している。ＲＯＭ１８０１のデータ出力ラインの出力データの「１」、「０」の論理値は、パルスパターンとなっており、出力データはアドレスラインに接続されたカウンタ１８０２の出力により逐次読み出される。カウンタ１８０２のクロックは、ＰＬＬパルスジェネレータ１８１０のクロック出力により印加されるようになっており、遠心機制御用ＣＰＵ１０２内蔵のタイマユニットＩＴＵ０とＩＴＵ１によって、ＰＬＬパルスジェネレータ１８１０のクロック出力周波数が制御される。
【００４４】
インバータ制御手段１８０を構成するラッチ・ゲート・ドライバ１８０３は、ＲＯＭ１８０１から読み出されるデータの時間不揃いを防止して同期をかけるラッチとフォトカプラ１０９とをドライブするゲートドライバ１８３の機能を兼ね備える。フォトカプラ１０９の信号出力によって、モータ用インバータ変換器１４０の各スイッチング素子のオン・オフが制御される。
【００４５】
モータ用インバータ変換器１４０におけるＰＷＭ電圧制御は、図７に示すように、三角搬送波と正弦波信号波とからインバータを構成する６個のスイッチング素子１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗ、１４０Ｘ、１４０Ｙ、１４０Ｚのオン・オフパターンが予め求められ、ＲＯＭ１８０１（図５）にその内容が記憶され、この記憶された内容に基づいてモータ用インバータ変換器１４０の各スイッチング素子がオン・オフされることによって行われる。
【００４６】
図７に示されるＥｕｎ７０、Ｅｖｎ７１、Ｅｗｎ７２は、それぞれスイッチング素子１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗのオン信号となり、また、スイッチング素子１４０Ｘ、１４０Ｙ、１４０Ｚのオフ信号となる。ｅＵＶ７３、ｅＶＷ７４、ｅＷＵ７５はそれぞれモータに接続される線のＵＶ相、ＶＷ相、ＷＵ相間に出力される電圧波形を表わしている。図７においては、三角搬送波と正弦波信号波の組み合わせでキャリア数２１、変調率５０％の場合を例示している。キャリア数を変更するときには、三角搬送波の正弦波信号波の１周期となる０度から３６０度に入る周期の数を変更すればよく、変調率、即ちデューティを変更するときには、正弦波信号波の振幅を変更すればよいことは周知のとおりである。
【００４７】
また、モータ用インバータ変換器１４０における直流制動制御は、図８に示す直流制動スイッチングパターンの一例のように、三角搬送波と比較信号との対応を換えて、モータ用インバータ変換器１４０の各スイッチング素子のオン・オフパターンを予め計算し、その結果をＲＯＭ１８０１に記憶し、これに基づきモータ用インバータ変換器１４０の各スイッチング素子をオン・オフさせることで行われる。
【００４８】
３２段階のＶ制御を行うときのＲＯＭ１８０１のブロックの内容は、図６に示されるように、ＰＷＭ電圧制御パターンを記憶する中ブロックｎ０からｎ３のそれぞれにおいて、小ブロックＰＷＭ０が最小のデューティとなり、ＰＷＭ３１が最大のデューティとなる。
【００４９】
中ブロックｎ０とｎ１の違いは、図７に示す三角搬送波のキャリア数の違いによるものである。モータ２３の回転数が上昇するに従って、モータ用インバータ変換器１４０のスイッチング素子１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗ、１４０Ｘ、１４０Ｙ、１４０Ｚのスイッチング回数が不適当に大きくなり過ぎるため、スイッチング損失に伴なう素子の温度上昇を適切に管理する必要がある。このため、中ブロックｎ０に対してｎ１のキャリア数を小さく設定しておき、モータ２３の回転数が上昇するに従いｎ０からｎ１に切替えて使用して、三角搬送波のキャリア数を減少させる。なお、ｎ１に対してｎ２は、さらに高速の回転域で使用するためキャリア数はさらに減少しており、デューティＰＷＭ０〜ＰＷＭ３１の範囲も高い部分の分割内容となる。
【００５０】
また、直流制動制御パターンを記憶する中ブロックｎ４は、小ブロックＢＰＷＭ１が最小、ＢＰＷＭ３１が最大のデューティとなっている。小ブロックＡＲＭＰＡＴ０は、モータ２３に加速も直流制動も掛けず、上アーム素子１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗをオフし、下アーム素子１４０Ｘ、１４０Ｙ、１４０Ｚのみをオン・オフさせるモータ無給電パターンである。
【００５１】
小ブロックの読み出しブロックの変更は、図５に示す遠心機制御用ＣＰＵ１０２からＲＯＭ１８０１のアドレスラインのＡ１１〜Ａ１５ラインＶＳＥＬに接続されている制御線１１０１により選択されるようになっている。同様に、中ブロックの読み出しブロックの変更は、図５に示す遠心制御用ＣＰＵ１０２からＲＯＭ１８０１のアドレスラインのＡ１６〜Ａ１８ラインＦＳＥＬに接続されている制御線１１０２により選択されるようになっている。従って、遠心機制御用ＣＰＵ１０２は上記の制御線を介してＲＯＭ１８０１のＰＷＭパルスパターン又は直流制動パルスパターンの選択が可能であるため、インバータ制御手段１８０は、ＰＷＭ制御手段１８１と直流制動制御手段１８２とを兼ね備え、モータ用インバータ変換器１４０をＰＷＭ電圧制御又は直流制動制御で動作させることが可能である。
【００５２】
次に、モータ用インバータ変換器１４０の制御に関するインバータ制御手段１８０の動作について説明する。ＲＯＭ１８０１に記憶されているデータに基づいて、例えば７４ＨＣ３７４等により構成されるＤタイプフリップフロップであるラッチ・ゲート・ドライバ１８０３は、ノットゲート１８０４の設けられた出力信号１１０３を介してＰＬＬパルスジェネレータ１８１０から出力されラッチ・ゲート・ドライバ１８０３のＣＫ端子に入力される反転信号１１０４により同期ラッチされてフォトカプラ１０９をドライブし、また、モータ用インバータ変換器１４０の各スイッチング素子１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗ、１４０Ｘ、１４０Ｙ、１４０Ｚをオン・オフする。
【００５３】
ＲＯＭ１８０１のデータ出力端子Ｏ１からＯ６は、図５に示すように、ラッチ・ゲート・ドライバ１８０３の１Ｄから６Ｄに対応し、更にラッチ・ゲート・ドライバ１８０３の１Ｑから６Ｑに対してＯ１からＯ６は、それぞれＵ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する。例えばＲＯＭ１８０１のＯ１端子が論理の「０」レベルになるとラッチ・ゲート・ドライバ１８０３の１Ｑ端子も論理「０」になり、抵抗器１８０５を介してフォトカプラ１０９のＬＥＤがオンになり、スイッチング素子１４０Ｕがオンになる。ラッチ・ゲート・ドライバ１８０３のＯＣ端子は、ラッチ・ゲート・ドライバ１８０３のＱ端子の出力をハイインピーダンスに切換えるためのものであり、遠心機制御用ＣＰＵ１０２の出力制御線１８０７が論理「１」の場合にハイインピーダンスとなり、フォトカプラ１０９は全てオフになる。
【００５４】
ＲＯＭ１８０１のデータの読み出しは、例えば７４ＨＣ１９３を３個カスケード接続してなるカウンタ１８０２が、ＰＬＬパルスジェネレータ１８１０のパルス出力信号１１０３の立上がりエッジでカウントアップし、Ｑ０からＱ１０のカウント端子の信号出力をＲＯＭ１８０１のＡ０からＡ１０のアドレスラインに出力することによりなされる。この場合、図７及び図８に示すように、３６０度分のオン・オフパターンを例えば２０４８分割して駆動するため、１１本のアドレスラインを使用している。
【００５５】
上記のようにラッチ・ゲート・ドライバ１８０３において、ＰＬＬパルスジェネレータ１８１０のパルス信号１１０３の反転信号１１０４の立ち上がりエッジでラッチ動作を加える理由は、ＲＯＭ１８０１のＯ１からＯ６のＰＬＬパルスジェネレータ１８１０のパルス信号１１０３の立ち上がりの部分で同期してデータ読み出し出力が出力されるのであるが、このデータ読み出し出力の微妙なタイミングのずれにより、オン・オフパターンに時間的なズレを生じ、例えば１４０Ｕ及び１４０Ｘのようなモータ用インバータ変換器１４０の同一アームのスイッチング素子が、同時にオンするいわゆるアーム短絡現象が起きるのを防止するためである。
【００５６】
ＲＯＭ１８０１のデータをアドレス０から読み出すためのカウントクリア端子であるカウンタ１８０２のＣＬＲ端子は、遠心機制御用ＣＰＵ１０２の制御線１８０８が「ＨＩ」の場合にクリアされる。ＰＬＬパルスジェネレータ１８１０のパルス出力信号１１０３は、７４ＨＣ４０４６等からなるＰＬＬ素子１８１１のＶＣＯＯＵＴ端子から出力される。遠心機制御用ＣＰＵ１０２のタイマモジュールＩＴＵ０は、ＣＰＵ１０２の内部クロックを分周して基準信号１１０５とし、ＰＬＬ素子１８１１のＳＩＮ端子に出力する。タイマモジュールＩＴＵ１は、ＰＬＬパルスジェネレータ１８１０のパルス出力信号１１０３を分周して比較信号１１０６とし、ＰＬＬ素子１８１１のＣＩＮ端子に出力する。そして、フェイズコンパレータによりエラーシグナルをＰＣ端子から出力し、抵抗器、コンデンサの組み合わせから成るローパスフィルタ１８１２を介してＶＣＯＩＮ端子に電圧バイパスが与えられ、ボルテイジコントロールオシレータＶＣＯ１８１３において発振出力として得られる。
【００５７】
発信出力の周波数は、基準信号１１０５の周波数に遠心機制御用ＣＰＵ１０２のタイマモジュールＩＴＵ１の分周比の逆数をかけた値である。ＶＣＯ１８１３の発振出力は、例えば０〜２００ｋｍｉｍ−１の広い範囲でモータを回転させる必要があるため、望ましくは１０ＫＨｚから６.９ＭＨｚの広い発振周波数範囲をカバーする必要がある。ＰＬＬ素子１８１１の外付けコンデンサ容量も数種類のものを切換えて用いる。
【００５８】
例えば７４ＨＣ４０５１等により構成されるアナログマルチプレクサ１８１４によってＸ１〜Ｘ４端子にそれぞれ一端を接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のうちの一つをＸ端子において選択し、ＰＬＬ素子１８１１に接続する。ここで、ＰＬＬ素子１８１１の発振は、ＶＣＯ１８１３の定電流電源によるＣＡ 、ＣＢ端子間に接続されるコンデンサのチャージ、ディスチャージによるものであるため、ＣＡ、ＣＢ端子間に接続されるコンデンサの容量が小さい場合には、ＰＬＬ素子１８１１の発振周波数は高くなる。コンデンサＣ０は、アナログマルチプレクサ１８１４がコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の何れも選択しなかった場合のＰＬＬ素子１８１１の発振周波数の上限を決定し、遠心機の最高回転数を制限する。
【００５９】
次に、遠心分離機の減速動作を図９のフローチャートに基づき説明する。回転数がＮｃ以下となったときのスローデセル制御（図１０）では、モータの回転数Ｎは図示しない目標回転数に倣う。例えば、目標回転数が時間に関する２次関数として表現できるならば、回転数の時間変化もこれに倣い、２次曲線状のカーブを描く。スローデセル切替回転数をなす制動切替回転数Ｎｃは、ユーザインタフェース手段４においてユーザによって任意の値に設定され、図示せぬＲＡＭに格納されたものである。同様に、スローデセル制御の減速時間をなす制動時間Ｔｓも、ユーザインタフェース手段４で任意の値に設定され、図示せぬＲＡＭに格納されたものであり、これらは、スローデセル制御を行う際に読出されて用いられる。図１０に示すグラフの上部に図示したＰＷＭは、モータ２３の印可電圧の大きさを示す値であり、０で印可電圧はゼロ、正で正弦波ＰＷＭ、負で直流制動を意味する。また、一点鎖線はモータ２３のモータ印加周波数Ｎｍを表しており、破線は自然減速カーブＮｆを表す。
【００６０】
図１０に示すように、時系列に沿って遠心分離機の減速動作を区間Ｉ〜ＩＶに分けると、区間Ｉでは、モータ用インバータ変換器１４０をＰＷＭ電圧制御で駆動する。また、モータ印加周波数Ｎｍがモータ回転数Ｎに対して若干低い値となる回生のＶ／Ｆ制御を行うことで急減速を行う。具体的には、現在の回転数がスローデセル切替回転数以下となったかを判断し（Ｓ９００（図９））、スローデセル切替回転数を超えていた時には回生のＶ／Ｆ制御を行う（Ｓ９０２）。
【００６１】
区間ＩＩでは、減速制御を即座に変更した時のモータ発生トルクショックを防止させる処理を行う。区間ＩＩでは、遠心分離機の回転数Ｎはスローデセル切替回転数Ｎｃよりも低下しているので、ＰＷＭ値を徐々に減少させ、最終的にＰＷＭ値をモータ２３の無給電ＰＷＭパターンのＡＲＭＰＡＴ０とし、一時的にフリー減速状態とさせる（Ｓ９０１）。そして、モータ印加周波数Ｎｍを、正の滑りが加わる加速モードのモータ印加周波数とし（Ｓ９０３）、制御目標回転数の時定数を算出する（Ｓ９０４）。
【００６２】
ここで、目標回転数ＮＯ（ｔ）は設定減速時間をＴｓとすると、
ＮＯ（ｔ）＝αｔ２  （１）
で与えられる。目標回転数ＮＯ（ｔ）の時定数αは、スローデセル制御が始まる前に予め求められている。時刻０でＮＯ（０）＝Ｎｃであるので、時定数αは
α＝Ｎｃ／Ｔｓ２  （２）
より求まる。このようにして、設定減速時間Ｔｓに従い、時定数αが求まり、時定数αの大きさにより目標回転数ＮＯ（ｔ）の減速の時間及び緩急が変更される。
【００６３】
区間ＩＩＩ、区間ＩＶは、ユーザによってユーザインタフェース手段４において設定された減速時間に従って減速させるスローデセル制御が行われ、例えば、時間経過に従って２次曲線状に変化する目標回転数に倣い回転数Ｎを減速させるスローデセル制御が行われる。モータ印加電圧の制御は、目標回転数との回転数偏差からＰＷＭをＰＩ演算するＰＩ制御により行われる。具体的には、上記（１）式により目標回転数ＮＯ(ｔ)を算出し（Ｓ９０５）、現在の回転数に所定の滑りを上乗せしたモータ印加周波数Ｎｍを算出する（Ｓ９０６）。そして、目標回転数と現在回転数との偏差からＰＷＭ値のＰＩ演算を実行し、算出したモータ印加周波数Ｎｍに従い演算したＰＷＭ値による電圧を印可し（Ｓ９０７）、モータの回転が停止したか否かを確認する（Ｓ９０８）。モータの回転が停止していなければ（Ｓ９０８：Ｎｏ）、再び（１）式により目標回転数ＮＯ(ｔ)を算出する（Ｓ９０５）。モータの回転が停止していれば（Ｓ９０８：Ｙｅｓ）制御を終了する。
【００６４】
上述のＰＩ演算は、演算結果をＡＰＷＭとすると下式のように計算される。
2005052780.tif 000003
ここで、ｋｐ、ｋｉは、それぞれ比例項、積分項のゲインである。
【００６５】
区間ＩＩＩでは、自然減速カーブＮｆに対して減速カーブの勾配が緩やかであり、モータ２３は加速トルクを発生させる必要があるため、ＰＷＭ値は、図７に示す正弦波ＰＷＭ波形で変調率を大小させたものとなる。また、区間ＩＶでは自然減速カーブＮｆに対し、減速カーブの勾配が急となり、モータ２３の減速トルクを発生させるため、ＰＷＭ値は、図８に示す直流制動の波形で変調率を大小させたものとなる。
【００６６】
上述のＰＷＭ値のＰＩ演算での演算結果ＡＰＷＭは、加速トルク発生で正、減速トルク発生で負の値となる。ＡＰＷＭが正の時は、中ブロックｎ０からｎ３（図６）のうちから、値の大きさによりＰＷＭ０からＰＷＭ３１の1つの小ブロックを選択することでモータ２３に電圧が与えられる。ＡＰＷＭが負の時は、中ブロックｎ４の小ブロックＡＰＷＭが値の大きさに従い選択されモータ２３に電圧が印可される。ＡＰＷＭが０の時は、中ブロックｎ４の小ブロックＡＲＭＰＡＴ０が選択され、モータ２３の発生トルクは０となる。
【００６７】
本発明による遠心分離機及び遠心分離機の制御方法は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば本実施の形態では、ユーザインタフェース手段で設定された減速時間はスローデセル制御に関するものであったが、回生による急制動開始から停止までの時間としても良い。この場合には、設定時間から急制動で要した時間を差し引いた時間に基づき、スローデセル制御での目標回転数を求めれば良い。
【００６８】
また、モータが停止している状態から加速してゆき、整定回転に至るまでの間の加速動作制御において、キーボードと表示部とを備えるユーザインタフェース手段を介して入力された任意の値の加速切替回転数と加速時間とに基づき、遠心分離処理を施す対象である試料の粘性等の物性に最適な加速カーブとなるようにして加速動作を制御してもよい。このような制御により、モータが停止している状態から回転し始めるときには緩やかに加速させて、所定時間経過後は、所定の回転数の整定回転に至るまで急加速させることができる。
【００６９】
この場合には、減速時と同様に、モータ回転数制御手段は、ユーザインタフェース手段において設定された加速切替回転数と加速時間に基づいて目標回転数の時間定数を決定するようにし、目標回転数決定手段は、時間定数に基づいて目標回転数を決定するようにするのが好ましい。
【００７０】
時間定数αは、目標回転数決定手段によって、加速切替回転数をＮｃ、加速時間をＴｓとして、
α＝Ｎｃ／Ｔｓ２
により求められ、目標回転数ＮＯ（ｔ）は、
ＮＯ（ｔ）＝αｔ２
により求められる。なお、加速切替回転数、加速時間は、それぞれ制動・加速切替回転数、制動・加速時間に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施の形態による遠心分離機を示す斜視図。
【図２】本実施の形態による遠心分離機を示す断面図。
【図３】本実施の形態による遠心分離機のモータの部分を示す要部断面図。
【図４】本実施の形態による遠心分離機の制御装置を示すブロック図。
【図５】本実施の形態による遠心分離機のインバータ制御手段１８０とＣＰＵの接続状態を示すブロック図。
【図６】本実施の形態による遠心分離機のＲＯＭ内の内容を示す概念図。
【図７】ＰＷＭインバータの正弦波ＰＷＭオン・オフパターンを示すグラフ。
【図８】ＰＷＭインバータの直流制動オン・オフパターンを示すグラフ。
【図９】本実施の形態による遠心分離機の制御方法を示すフローチャート。
【図１０】本実施の形態による遠心分離機の回転数の変化を示すグラフ。
【図１１】従来の遠心分離機の回転数の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・遠心分離機  １２・・・キーボード  １３・・・表示部  ２１・・・ロータ  ２２・・・駆動シャフト  ２３・・・モータ  １００・・・制御装置  
【図１】
2005052780.tif 000004
【図２】
2005052780.tif 000005
【図３】
2005052780.tif 000006
【図４】
2005052780.tif 000007
【図５】
2005052780.tif 000008
【図６】
2005052780.tif 000009
【図７】
2005052780.tif 000010
【図８】
2005052780.tif 000011
【図９】
2005052780.tif 000012
【図１０】
2005052780.tif 000013
【図１１】
2005052780.tif 000014