(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、該モータによって回転駆動される駆動側磁石と、隔壁を介して前記駆動側磁石に対向して配置され、駆動側磁石とマグネットカップリングすることによって駆動側磁石に伴って回転する従動側磁石と、前記駆動側磁石の実回転数を検出する回転検出手段と、該回転検出手段を介して前記実回転数を検出しつつ前記モータへの制御量を制御して前記駆動側磁石の回転数を制御する制御手段とを具備するマグネットカップリングを用いた駆動装置において、
前記モータへの制御量と前記駆動側磁石の無負荷時回転数との相関関係が予め記憶された記憶部を有し、
前記制御手段は、所定時間間隔で、前記駆動側磁石の実回転数を検出すると共に、該実回転数を検出した時点での前記モータへの制御量に対する前記無負荷時回転数を前記記憶部に記憶された前記相関関係に基づいて求め、求めた無負荷時回転数と実回転数との間の回転数の差分をすべり量として求めて前記記憶部に記憶し、求めた最新のすべり量より予め決められた時間だけ過去のすべり量と該最新のすべり量との間のすべり量の差分を求め、該すべり量の差分が予め設定された基準値を越えた場合に、マグネットカップリングが脱調して前記従動側磁石が駆動側磁石に伴って回転しなくなったと判断することを特徴とするマグネットカップリングを用いた駆動装置。
【請求項２】
前記基準値は、前記予め決められた時間だけ過去のすべり量に所定の係数（絶対値が１未満）を掛けて得えた値であることを特徴とする請求項１記載のマグネットカップリングを用いた駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記係数を、前記過去のすべり量と予め決められた定格すべり量とを比較して変更可能であり、過去のすべり量が前記定格すべり量以下の場合の係数は、過去のすべり量が定格すべり量より大きい場合の係数よりも大きくすることを特徴とする請求項２記載のマグネットカップリングを用いた駆動装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記最新のすべり量を含み、最新のすべり量に時間的に近接した所定の個数のすべり量の平均値を最新すべり平均値として求めると共に、最新のすべり量を含まない時間的に接近した前記所定の個数のすべり量の平均値を過去のすべり平均値として求め、
前記最新のすべり量に代えて前記最新すべり平均値を使用すると共に、前記過去のすべり量に代えて前記過去のすべり平均値を使用することを特徴とする請求項１、２または３記載のマグネットカップリングを用いた駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記駆動側磁石の回転数を目標回転数まで上昇させる際の、加速期間から定速度期間への移行は、前記すべり量が急激に変化しないように緩やかに行うことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のマグネットカップリングを用いた駆動装置。
【請求項６】
前記制御手段は、マグネットカップリングが脱調したと判断した際には、前記モータへの制御量を制御して前記駆動側磁石を一旦停止させてから駆動側磁石の回転を再開させると共に、脱調する前の加速度よりも低い加速度で駆動側磁石の回転数を上昇させることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載のマグネットカップリングを用いた駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットカップリングを用いた駆動装置、詳細には駆動側磁石をモータにより回転させることによって、駆動側磁石と隔壁を介して対向して配置されると共に、駆動側磁石とマグネットカップリングした従動側磁石を回転させる駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、駆動側磁石と従動側磁石とを有し、駆動側磁石とマグネットカップリングした状態にある従動側磁石を駆動側磁石を回転させることによって非接触で回転させ、従動側磁石に連結され、若しくは取り付けられた被駆動体を駆動するマグネットカップリングを用いた駆動装置は種々の分野に用いられている。
例えば、マグネットカップリングを用いた駆動装置は、ジャーファーメンタ、バイオリアクタ等に組み込まれ、培養槽等に入れられた培養液等を攪拌する攪拌装置に使用されている。また特殊なポンプにも使用される場合がある。
以下、攪拌装置の場合を例に挙げてマグネットカップリングを用いた駆動装置について説明する。
【０００３】
詳細には、マグネットカップリングを用いた駆動装置１０は図１に示すように、モータ１２と、モータ１２の出力軸１２ａに取り付けられて回転駆動される駆動側磁石１４と、隔壁（本例では培養槽１６の底面１６ａ、磁力線を通過する素材で形成されたもの）を介して駆動側磁石１４に対向して配置され、駆動側磁石１４とマグネットカップリングすることによって駆動側磁石１４に伴って回転する従動側磁石１８と、モータ１２若しくは駆動側磁石１４の実回転数を検出する回転検出手段２０と、回転検出手段２０を介して実回転数を検出しつつモータ１２への制御量を制御して駆動側磁石１４の回転数を制御する制御手段２２とを具備している。
そして、この従動側磁石１８は、培養液２４内に入れられ、培養槽１６の底面１６ａ上に回転自在に載置されている。そして、この従動側磁石１８には、被駆動体を構成する培養液２４を攪拌する攪拌翼２６が同じく被駆動体を構成する支柱２８を介して取り付けられて攪拌装置３０が構成される。よって、攪拌翼２６は従動側磁石１８が回転することによって回転する。
【０００４】
一例として回転検出手段２０は、モータ１２の出力軸１２ａに取り付けられたエンコーダ２０ａと、エンコーダ２０ａの回転を検出し、この回転数に対応する周波数のパルスを出力するフォトセンサ２０ｂと、フォトセンサ２０ｂからのパルスに基づいてエンコーダ２０ａ、つまりモータ１２や駆動側磁石１４の実際の回転数、すなわち実回転数を演算して求め、出力する回転演算回路２０ｃとから構成される。
また、制御手段２２は、一例としてＣＰＵを用いて構成された制御回路２２ａと、ＲＯＭやＲＡＭ等で構成された記憶部２２ｂと、キーボードや操作パネル等から成る入力部２２ｃと、制御回路２２ａから入力される信号レベルに応じた制御量をモータ１２に対して出力する駆動部２２ｄとから構成される。なお、記憶部２２ｂと入力部２２ｃは制御手段２２の外部に別体に設ける構成とすることも可能である。
【０００５】
ここでモータ１２に対する制御量は、モータ用駆動信号（以下、単に駆動信号とも言う）の位相や周波数であり、モータ１２の種類に応じて変わる。例えば、モータ１２が周波数制御方式のものであれば、制御量は駆動信号の周波数であり、位相制御方式のものであれば、制御量は駆動信号に含まれる位相となる。いずれにしても、モータ１２の回転数はこの制御量に略比例して増減する。
なお、入力部２２ｃからは、目標回転数（定速期間の回転数）や目標回転数まで回転数を上昇させる際（加速期間中）の加速の割合、回転（攪拌）時間等を考慮した、時間とモータ１２に対する制御量との関係が攪拌パターン用データとして少なくとも一駆動サイクル分は入力され、入力されたデータは記憶部２２ｂに記憶される。
【０００６】
以上の構成により、攪拌装置３０のマグネットカップリングを用いた駆動装置１０は、制御回路２２ａが記憶部２２ｂに予め記憶された攪拌パターン用データに従って駆動部２２ｄへ信号（アナログ信号若しくはディジタル信号）を出力し、駆動部２２ｄではこの入力された信号のレベルに応じた制御量を持つ駆動信号をモータ１２へ出力する。これにより、モータ１２は攪拌パターン用データ応じた回転数で回転し、駆動側磁石１４も直接モータ１２の出力軸に取り付けられている場合には同じ回転数で回転する。すると、駆動側磁石１４とマグネットカップリングした状態にある従動側磁石１８も駆動側磁石１４と共に回転するから、攪拌翼２６も回転して記憶部２２ｂに記憶された攪拌パターンで培養液２４を攪拌することができる。
【０００７】
ところで、培養液２４内に配置された従動側磁石１８は、回転する際には培養液２４から抵抗を受けながら回転する。この抵抗の大きさは、培養液２４の粘度や、回転数、また従動側磁石１８や従動側磁石に取り付けられた攪拌翼２６等の被駆動体の形状により決まる。
そして、例えば、培養液２４の粘度が攪拌により変化して粘度が高まった場合や、従動側磁石１８の回転数を上げ過ぎた場合や、また駆動側磁石１４の回転数を急激に変化させた場合等には、従動側磁石１８や被駆動体としての攪拌翼２６が培養液２４から受ける抵抗力が大きくなる等の理由によって、駆動側磁石１４の回転に従動側磁石１８の回転が追従できなくなり、駆動側磁石１４と従動側磁石１８の磁気的な結合が解けて、駆動側磁石１４が回転していても従動側磁石１８が回転しなくなるという状態に陥る（いわゆる脱調を生ずる）。この状態では攪拌翼２６も回転しないから、培養液２４も攪拌されず、培養作業に重大な問題が発生することになる。
【０００８】
このため、この脱調を検出して、異常を作業者に通報したり、また駆動側磁石１４を一旦停止して、再度停止状態から徐々に回転数を上げていくことによって、従動側磁石１８を駆動側磁石１４とマグネットカップリングさせて回転状態に移行させ、攪拌を再開させたりという、脱調処理動作を行う必要がある。
ところで、特殊な同期モータは別として、一般的なモータにおいては、回転子は、固定子に発生する回転磁界の回転周波数と同期して回転せずにいわゆるすべりを生じた状態、つまり実回転数が回転磁界の回転数よりも低い状態で回転している状態にある。そして、このすべりの量は、回転子に加わる負荷の大きさによって変化し、負荷が重いとすべりの量が増加して回転子の実回転数は低くなり、負荷が軽くなると実回転数が上がるという関係にある。
【０００９】
そこで従来では、このモータの特性に着目し、脱調を生じた場合には、負荷としての従動側磁石１８との磁気的な接続（マグネットカップリング）が解けてモータの回転子の負荷が急激に軽くなり（無負荷状態になり）、モータ１２や駆動側磁石１４の実回転数が脱調前の実回転数から大きく変動して上昇する。従って、この実回転数が大きく変動するという現象を、制御手段２２が回転検出手段２０を介してモータ１２若しくは駆動側磁石１４の実回転数を所定時間間隔で検出することによって捉えていて、予めモータ１２の回転数の変動等を考慮して決められた基準値（基準回転数）以上に実回転数が変動（上昇）して、無負荷時の回転数に近づいた場合に脱調したと判断するようにしていた。
【００１０】
次に、脱調を生じたと判断するための、この基準値を決める手法について説明する。
駆動側磁石１４の駆動サイクルは、大きく分けて停止状態から回転数を目標回転数に上げる加速期間と、その後目標回転数で定速駆動する定速期間と、停止までの減速期間とからなるが、減速期間は脱調の問題はない。よって、脱調が問題となるのは、回転を持続する必要がある加速期間と定速期間であるが、従来では、相互の期間の長さを見ると、実際に培養液２４を目標回転数で攪拌している定速期間の方が圧倒的に長く、また攪拌によって培養液２４の粘度が変化する等の理由により脱調する可能性が高いのは定速期間の方であったから、定速期間に重点をおいて脱調検出のための基準値を設定していた。
そして、この基準値は、実回転数が目標回転数で回転している際、この実回転数が脱調後に達する無負荷時回転数と目標回転数との間の間の回転数であって、攪拌翼２６への泡の巻き込みや培養液２４の粘度の変化等の原因による実回転数の変動を考慮して、この変動の際にも脱調と誤認識しないように目標回転数から所定の回転数だけ高い回転数（固定値）に脱調ラインとして設定していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のマグネットカップリングを用いた駆動装置には次のような課題がある。
上述したように、従来の攪拌装置３０では最も脱調が生じては困ると考えられる定速期間を基準として脱調の基準値を決定しているため、この基準値を加速期間に適用し、脱調を検出することはできないという課題があった。なぜならば、実回転数と脱調して無負荷となった場合の回転数との差は、実回転数により変化するため、例えば加速期間中の低い実回転数で脱調しても実回転数の変動幅は大きくないため、基準値を越えず、脱調と検出できないからである。
【００１２】
このため、従来は加速期間においては脱調検出は行わないで、脱調が生じないように回転数を緩やかに上げる加速を行っていた。
しかしながら、慎重に駆動側磁石１４の回転数を加速しながら上げていっても、種々の原因によって加速期間において脱調が生ずるということも考えられ、加速期間においても定速期間と同様に脱調を検出できるようにしたいという要望があった。
【００１３】
従って、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、駆動側磁石の加速期間においても定速期間と同様に脱調を検出することができるマグネットカップリングを用いた駆動装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１のマグネットカップリングを用いた駆動装置は、モータと、該モータによって回転駆動される駆動側磁石と、隔壁を介して前記駆動側磁石に対向して配置され、駆動側磁石とマグネットカップリングすることによって駆動側磁石に伴って回転する従動側磁石と、前記駆動側磁石の実回転数を検出する回転検出手段と、該回転検出手段を介して前記実回転数を検出しつつ前記モータへの制御量を制御して前記駆動側磁石の回転数を制御する制御手段とを具備するマグネットカップリングを用いた駆動装置において、前記モータへの制御量と前記駆動側磁石の無負荷時回転数との相関関係が予め記憶された記憶部を有し、前記制御手段は、所定時間間隔で、前記駆動側磁石の実回転数を検出すると共に、該実回転数を検出した時点での前記モータへの制御量に対する前記無負荷時回転数を前記記憶部に記憶された前記相関関係に基づいて求め、求めた無負荷時回転数と実回転数との間の回転数の差分をすべり量として求めて前記記憶部に記憶し、求めた最新のすべり量より予め決められた時間だけ過去のすべり量と該最新のすべり量との間のすべり量の差分を求め、該すべり量の差分が予め設定された基準値を越えた場合に、マグネットカップリングが脱調して前記従動側磁石が駆動側磁石に伴って回転しなくなったと判断することを特徴とする。
【００１５】
これによれば、加速期間における駆動側磁石の実回転数が略一定の加速度で上昇していくような場合には、無負荷時回転数も実回転数より高い回転数域で比例して上昇していく。よって、すべり量を検出すると共に２つのすべり量の差分を算出する所定時間間隔を加速期間に対して十分短く設定すれば、脱調のない状態においては検出した近接するすべり量間の差分は、脱調時の実回転数の変動幅に比べて加速期間と定速期間を通して十分小さくできる。一方、脱調した場合には、実回転数が無負荷時回転数付近まで上昇するためにすべり量は急激に小さくなるから、脱調を挟んだ過去のすべり量と最新のすべり量との差分は、脱調時の回転数の変動幅と等しくなる。従って、予め実回転数の変動等を考慮しながら脱調と判断する基準値を定め、所定時間間隔でこの基準値と求めたすべり量同士の差分とを比較していれば、脱調した際にのみすべり量同士の差分が基準値を越えて大きくなるのであるから、これをもって脱調の有無を検出することが可能となる。また、同様の検出方法を、脱調しない場合には両すべり量同士の差分が略ゼロとなる定速期間にも適用できるため、全駆動サイクルにおいて同じ検出方法で脱調の有無を検出でき、検出処理が簡略化できる。
【００１６】
また、前記基準値は、前記予め決められた時間だけ過去のすべり量に所定の係数（絶対値が１未満）を掛けて得えた値とすると良い。
なぜならば、すべり量は実回転数の増加と共に増えるため、脱調した際の実回転数の変動幅も実回転数の増加とともに増える関係にある。一方、実回転数は種々の原因によって変動するが、この変動幅も実回転数の増加とともに増える関係にあると考えられる。そして、基準値もすべり量の増加に連動して可変するようにして、脱調検出ラインまでのマージンを実回転数に比例して増加させれば、脱調以外の原因による変動を脱調と誤認しないでより正確に脱調を確実に検出することが可能となる。
【００１７】
また、前記制御手段は、前記係数を、前記過去のすべり量と予め決められた定格すべり量とを比較して変更可能であり、過去のすべり量が前記定格すべり量以下の場合の係数は、過去のすべり量が定格すべり量より大きい場合の係数よりも大きくする構成とすると一層良い。
なぜならば、上述したように基準値を過去のすべり量に基づいて変更すれば、脱調検出ラインまでのマージンを実回転数に比例して増加させることができるのであるが、この基準値の決定の仕方を駆動サイクル全体に一律適用すると、実回転数が低い領域、具体的には加速期間の初期の段階においてはすべり量自体が小さいために脱調検出ラインまでのマージンが小さくなり過ぎてしまう。従って、過去のすべり量の大きさに応じて基準値を算定するための係数を、過去のすべり量が予め決められた定格すべり量以下の場合、すなわち実回転数が低い場合には過去のすべり量が予め決められた定格すべり量を越える場合に比べて、大きくする。これにより、実回転数が低い期間での脱調検出ラインまでのマージンを増やすことができ、脱調の誤検出を有効に防止することが可能となる。
【００１８】
また、前記制御手段は、前記最新のすべり量を含み、最新のすべり量に時間的に近接した所定の個数のすべり量の平均値を最新すべり平均値として求めると共に、最新のすべり量を含まない時間的に接近した前記所定の個数のすべり量の平均値を過去のすべり平均値として求め、前記最新のすべり量に代えて前記最新すべり平均値を使用すると共に、前記過去のすべり量に代えて前記過去のすべり平均値を使用するようにすると良い。
なぜならば、実際には脱調してはいないが、制御手段が検出した実回転数がノイズ等の原因によって、瞬間的に大きく変動する場合がある。このような場合でも、所定の個数のすべり量の平均値を求め、この平均値に基づいて判断することによって、安定したノイズに強い、誤認識の少ない脱調の検出が可能となる。
【００１９】
また、前記制御手段は、前記駆動側磁石の回転数を目標回転数まで上昇させる際の、加速期間から定速度期間への移行は、前記すべり量が急激に変化しないように緩やかに行うようにすると良い。
なぜならば、モータに所定の制御量が入力された場合でも、実際にモータがその制御量に応じた回転数になるまでには時間的な遅れが生ずる。従って、加速期間から急に定速期間に移行した場合、無負荷時回転数は定速期間にあっても実回転数はまだ加速期間にある時間帯が存在する。このため、加速期間中は増加していたすべり量がこの時間帯に入って逆に減少するから、場合によってはすべり量同士の差分が基準値を越える場合もあり、誤って脱調と認識してしまうことがある。このため、一定の加速度で加速する時間から急に加速度がゼロの定速期間に移行するのではなく、加速期間の終わりでは、加速度を徐々に少なくしてスムーズに目標回転数になるように制御することによって、すべり量同士の差分が急激に減少しないようにし、脱調の誤認を防止することができる。
【００２０】
また、本発明に係る請求項６のマグネットカップリングを用いた駆動装置は、さらに前記制御手段は、マグネットカップリングが脱調したと判断した際には、前記モータへの制御量を制御して前記駆動側磁石を一旦停止させてから駆動側磁石の回転を再開させると共に、脱調する前の加速度よりも低い加速度で駆動側磁石の回転数を上昇させることを特徴とする。
【００２２】
上記請求項６のマグネットカップリングを用いた駆動装置では、脱調の原因には種々あるが、例えば培養液の攪拌装置の場合には培養液の粘度が上がって従動側磁石に対する負荷が増えたことが原因となる場合がある。このような場合には、既に攪拌の初期に比べて従動側磁石が培養液から受ける抵抗が大きくなっているのであるから、同じ加速度で回転数を上げると、加速期間中に脱調する恐れが強い。従って、加速度を下げ、慎重に回転数を上げることによって、不要な脱調を未然に防止することができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るマグネットカップリングを用いた駆動装置の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、説明は一例としてマグネットカップリングを用いた駆動装置が、培養液等の液体の攪拌を行う攪拌装置に使用された場合に基づいて説明するが、ポンプ等に使用された場合にも適用できることは言うまでもない。
【００２４】
まず、攪拌装置３０の構成について図１を用いて説明する。なお、攪拌装置３０の基本的な構成は従来例と略同じであり、同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
マグネットカップリングを用いた駆動装置１０は、モータ１２と、モータ１２によって回転駆動される駆動側磁石１４と、隔壁（本例では培養槽１６の底面１６ａ）を介して駆動側磁石１４に対向して回転自在に配置された従動側磁石１８と、モータ１２若しくは駆動側磁石１４の実回転数を検出する回転検出手段２０と、回転検出手段２０を介して実回転数を検出しつつモータ１２への制御量を制御して駆動側磁石１４の回転数を制御する制御手段２２とを具備している。
そして、この従動側磁石１８には、被駆動体としての支柱２８と攪拌翼２６とが取り付けられている。
このように構成は従来例と略同じである。
【００２５】
次に、攪拌装置３０の動作について説明する。
まず、最初に、攪拌装置３０全体の動作について図２を用いてその概要を説明する。
攪拌装置３０は、従来例でも説明したように、培養槽１６に収容されている培養液２４を予め設定した目標回転数で連続的に所定時間だけ攪拌することを目的としたものであり、マグネットカップリングを用いた駆動装置１０を用いて、駆動側磁石１４を回転させることによって非接触で従動側磁石１８と共に従動側磁石１８に取り付けられた被駆動体を構成する支柱２８と攪拌翼２６を培養槽１６内で回転させる機能を有するものである。
なお、一例として制御量は、モータ用駆動信号の周波数とする。
【００２６】
制御回路２２ａは、駆動部２２ｄを介してモータ１２への制御量としての駆動信号の周波数ＦN を、予め記憶部２２ｂに記憶されている攪拌パターン（周波数ＦN と経過時間との関係を示すパターン図３（ａ））に従って変化させて行き、モータ１２を駆動させる（ステップ５０）。攪拌パターンは、モータ１２の回転数、つまり駆動側磁石１４の回転数が、駆動側磁石１４が無負荷の条件下において加速期間Ｔ１を経て目標回転数ＲPOP に達し、その後この目標回転数ＲPOP で予め決められた時間（定速期間Ｔ２）だけ定速駆動されるように設定されている。
制御手段２２は、モータ１２を駆動している間、脱調の有無を検出している（ステップ５２）。
【００２７】
そして、脱調がない場合にはモータ１２を攪拌時間が終了したかどうかを見ながら（ステップ５４）、ステップ５０〜ステップ５４を繰り返して攪拌動作を行う。
そして、ステップ５２において脱調を検出した場合には、予め決められた脱調処理を行う（ステップ５６）。通常は従来例と同様に一旦モータ１２を停止させ、従動側磁石１８と駆動側磁石１４との間のマグネットカップリングを復活させた後に、ステップ５０に戻って攪拌パターンの最初からモータ１２を再起動させる。
【００２８】
次に、本発明の特徴点である、ステップ５２の制御手段２２の脱調の検出動作について図３と図５を用いて説明する。
〔第１の実施の形態〕
以下、脱調の検出動作についての第１の実施の形態について説明する。
（脱調検出のための準備動作）
まず最初に、予め駆動側磁石１４と従動側磁石１８との間のマグネットカップリングを遮断した状態若しくは従動側磁石１８がない状態、つまり駆動側磁石１４に対する負荷がない無負荷時におけるモータ１２への制御量（駆動信号の周波数ＦN ）と駆動側磁石１４の回転数（無負荷時回転数）との相関関係を求めて記憶部２２ｂに記憶する。
【００２９】
ここで相関関係とは、モータ１２への制御量に基づいて駆動側磁石１４の無負荷時回転数が得られる関係をいい、相関関係を記憶するとは、制御量を小刻みに変化させた場合の無負荷時回転数をデータテーブル形式で記憶部２２ｂに記憶させたものでも良い。また制御量と駆動側磁石１４の回転数との間に所定の関係式が成り立つ場合には、その関係式と、該関係式に使用されるバラメータの双方を、相関関係として求めて記憶部２２ｂに記憶しておく。
例えば、制御量に比例して回転数（無負荷時回転数）が決定できる場合には、制御量を変数とした１次関数で回転数が表されるから、この１次関数の数式とこの数式に使用されているパラメータを予め決定して記憶部２２ｂに記憶しておく。
【００３０】
一例として、相関関係として上記関係式を求める、後者の手順について図４を用いて説明する。
まず、駆動側磁石１４の負荷となる従動側磁石１８を取り外し、無負荷の状態とする。なお、駆動側磁石１４と従動側磁石１８との間に磁力を遮断する板材を挟むことによってマグネットカップリングを断ち切り、無負荷としても良い。
次に、制御手段２２からの制御量を、ゼロからゆっくりと増加させ、モータ１２を起動させる。
制御手段２２は常時、回転検出手段２０を介して駆動側磁石１４（モータ１２の出力軸）の実回転数を検出しており、回転が認識された時点での制御量（本例では制御量は一例としてモータ１２の駆動信号の周波数ＦN であり、認識された時点での周波数：Ｆ0 ）と、その時の回転数Ｒ0 を記憶する。
【００３１】
次に、制御量、つまり駆動信号の周波数ＦN を徐々に増加し、モータ１２を加速させ、回転数を上げていく。そして、予め決めた最高回転数に達したらその回転数ＲMAX を記憶すると共に、その時の周波数ＦN をＦMAX として記憶する。
以上、求めたパラメータ、Ｆ0 、Ｒ0 、ＦMAX 、ＲMAX を用いて、周波数ＦN に基づいて無負荷時回転数ＲP を求めるための式を決める。この式は、下記数式（１）で表されるから、この数式（１）も記憶部２２ｂに記憶する。なお、本実施の形態では、周波数ＦN と無負荷時回転数Ｒとは比例関係にあるとしている。
【００３２】
また、すべり量Ｓは、数式（１）を用いて求めた無負荷時回転数ＲP から実際に回転検出手段２０を用いて検出した実回転数ＲN を減算する数式（２）により求められるから、この数式（２）も記憶部２２ｂに記憶する。
0004008129.tif 000002
【００３３】
（脱調の検出動作）
次に、実際に制御手段２２による脱調の検出動作について図３と図５を用いて説明する。
制御手段２２は、攪拌動作を開始した後には所定時間間隔Δｔで記憶部２２ｂから攪拌パターンを読みだし、この攪拌パターンに従って、加速期間Ｔ１および定速期間Ｔ２の両期間において、所定の周波数ＦN の駆動信号を駆動部２２ｄを介してモータ１２に制御量として出力する。また、モータ１２に制御量を出力するのと同期して、同じ所定時間間隔Δｔで駆動側磁石１４の実回転数ＲN を回転検出手段２０を介して検出すると共に現在、モータ１２へ制御量として出力している駆動信号の周波数ＦN に対応した無負荷時回転数ＲP を数式（１）を使って求める（ステップ１００）。
そして、すべり量Ｓを数式（２）を使って求める（ステップ１０２）。
所定時間間隔Δｔで求めたすべり量Ｓは、一例として図６に示すように記憶部２２ｂに設けられた記憶領域Ｗ内に、最新のすべり量ＳN を含む予め決められた個数（図６ではＳN 〜ＳN-4 の５個であるが、最低２個以上あれば良い）だけ順次記憶する。この中の最も古いすべり量ＳN-4 は、新たな次の最新のすべり量を記憶した場合には溢れるため、捨てる（記憶領域の更新：ステップ１０４）。
【００３４】
次に、求めた最新のすべり量ＳN より予め決められた時間ＴREF だけ過去のすべり量ＳO とこの最新のすべり量ＳN との間のすべり量の差分ＳDEF を求める（ステップ１０６）。一例として、下記数式（３）のように、過去のすべり量ＳO から最新のすべり量ＳN を減算してすべり量の差分ＳDEF とする。なお、逆にＳN からＳO を減算したものをＳDEF としても良い。
ＳDEF ＝ＳO −ＳN ・・・  数式（３）
この場合、「予め決められた時間ＴREF 」を、すべり量Ｓを検出する周期である所定時間間隔Δｔと同じにすれば、過去のすべり量ＳO はＳN-1 になり、２×Δｔとすれば過去のすべり量ＳO はＳN-2 になり、さらに４×Δｔとすれば過去のすべり量ＳO はＳN-4 になる。そして、この「予め決められた時間ＴREF 」を所定時間間隔Δｔより長い時間（例えば、２×Δｔ、３×Δｔ、・・・等）に設定すると、変動の激しい負荷条件でも（激しい負荷変動によりすべり量が安定しなくても）安定して脱調の検出ができる。サンプリング周期が長くなるので、平均化するのと同様の効果がある。
本実施の形態では、「予め決められた時間ＴREF 」は４×Δｔとする。よって、過去のすべり量ＳO はＳN-4 となり、すべり量の差分ＳDEF は、（ＳN-4 −ＳN ）となる。
【００３５】
次に、求めたすべり量の差分ＳDEF と予め設定された基準値ＳREF とを比較する（ステップ１０８）。
そして、求めたすべり量の差分ＳDEF が基準値ＳREF を越えた場合には、マグネットカップリングが脱調して従動側磁石１８が駆動側磁石１４に伴って回転しなくなったと判断する（ステップ１１０）。
また、求めたすべり量の差分ＳDEF が基準値ＳREF 以下の場合には、マグネットカップリングが脱調していないと判断する（ステップ１１２）。
【００３６】
この脱調検出の考え方について詳細に説明する。
図３（ａ）に示す攪拌パターンに従って、駆動側磁石１４の回転数が制御される場合には、すべり量Ｓは図３（ｂ）に示すごとく推移する。つまり、加速期間Ｔ１中には一定の割合で増加する。次に、定速期間Ｔ２の初期Ｔ２F にはモータ１２は直ぐには制御量に反応して定速には移行せず、若干タイムラグがあるから、一時的にすべり量Ｓは減少する。次に、モータ１２の回転数が定速になると、その後定速期間Ｔ２中はすべり量は略一定になる。
【００３７】
そして、このすべり量Ｓのグラフに基づいて脱調のない状態でのすべり量の差分ＳDEF を求めると、図３（ｃ）の実線に示すようになる。つまり、加速期間Ｔ１中は最新のすべり量ＳN の方が過去のすべり量ＳO よりも多く、またすべり量Ｓは一定の割合で増加している訳であるから、差分ＳDEF は負の一定値となる。また、定速期間Ｔ２の内の期間Ｔ２F では逆に差分ＳDEF は正の一定値となる。また、定速期間Ｔ２の後の期間ではすべり量Ｓは一定であるから、差分ＳDEF はゼロとなる。
【００３８】
一方、このすべり量Ｓのグラフに基づいて脱調時のすべり量の差分ＳDEF を求めると、図３（ｂ）に示すすべり量と略等しい、図３（ｃ）の一点鎖線ａで示すようになる。つまり、脱調した場合には、実回転数が略無負荷時回転数まで上昇して脱調を挟んだ最新のすべり量ＳN は急激に小さくなって略ゼロになるから、脱調を挟んだ過去のすべり量ＳO と最新のすべり量ＳN との差分ＳDEF は、脱調時の回転数の変動幅、すなわち過去のすべり量ＳO と等しくなるからである。
【００３９】
そして、脱調のない状態の差分ＳDEF の変動幅ＳRVは、駆動サイクル中の実回転数が変化している期間内において正側負側に変動するが、すべり量Ｓを検出する所定時間間隔Δｔや差分ＳDEF を求めるすべり量同士の間隔ＴREF が加速期間Ｔ１（詳細には実回転数の加速期間）に比べて十分短く設定されていれば、脱調時の差分ＳDEF （一点鎖線ａ）の変動幅ＳDVと比較して加速期間Ｔ１と定速期間Ｔ２を通して十分小さくできる。
従って、脱調のない状態の差分ＳDEF と脱調時の差分ＳDEF との間の領域に図３（ｃ）の二点鎖線ｂで示すように、加速期間Ｔ１と定速期間Ｔ２を通して一定の基準値ＳREF  (固定値）を設定でき、差分ＳDEF がこの基準値を超えるか否かで脱調の有無を判断することが可能となる。また、全駆動サイクルにおいて同じ検出方法で脱調の有無を検出でき、検出処理の簡略化もできる。
【００４０】
〔第２の実施の形態〕
以下、脱調の検出動作についての第２の実施の形態について説明する。
「脱調検出のための準備動作」の手順は第１の実施の形態と同様であり、説明は省略する。また、「脱調の検出動作」の手順については第１の実施の形態と略同じであるが、脱調検出の判断の基準値ＳREF の設定方法についてのみ異なり、この部分が本実施の形態の特徴点になっている。
以下、この基準値ＳREF の設定方法について説明する。
【００４１】
本実施の形態では、基準値ＳREF は図３（ｃ）の二点鎖線ｃで示すように、２つのすべり量の差分ＳDEF を求める際に用いる過去のすべり量ＳO （最新のすべり量ＳN に対して予め決められた時間だけ過去のすべり量）に所定の係数ｋ（絶対値が１未満の正の数値）を掛けて得えた値とする点が特徴点である。
第１の実施の形態での基準値ＳREF が固定値であったのに対し、すべり量ＳO に比例した値とした理由は、すべり量Ｓは略実回転数の増加と共に増えるため、脱調した際の実回転数の変動幅も実回転数の増加とともに増える関係にある。一方、実回転数は種々の原因によって変動するが、この変動幅も実回転数の増加とともに増える関係にあると考えられる。
そして、基準値ＳREF もｋ×ＳO としてすべり量Ｓの増減に連動して変更するようにすれば、図３（ｃ）の二点鎖線ｃに示す脱調検出ラインまでのマージンを略実回転数に比例して増加させることができる。よって、脱調以外の原因による実回転数の変動を脱調と誤認しないようにでき、より正確で、安定した脱調検出が可能となる。
この基準値ＳREF は、図５の動作フローの内、例えば基準値ＳREF を使用するステップ１０８に移行する前のステップ１０６において、若しくはステップ１０８とステップ１０６との間において演算しておく。
【００４２】
〔第３の実施の形態〕
以下、脱調の検出動作についての第３の実施の形態について説明する。
「脱調検出のための準備動作」の手順は第１、２の実施の形態と同様であり、説明は省略する。また、「脱調の検出動作」の手順については第２の実施の形態と略同じであるが、脱調検出の判断の基準値ＳREF の設定方法についてのみ異なり、この部分が本実施の形態の特徴点になっている。
以下、この基準値ＳREF の設定方法について説明する。
【００４３】
本実施の形態の特徴点の概要は、第２の実施の形態と同様に基準値ＳREF はｋ×ＳO として求め、すべり量Ｓ（実際には過去のすべり量ＳO ）の増減に連動して変更するのであるが、さらにこの係数ｋの値を過去のすべり量ＳO の大きさに応じて変更する点にある。
詳細には、予め定格すべり量ＳTKというものを１つ決定しておく。また、係数ｋは、数値の異なるものを予め２つ（ｋ1 とｋ2 、１＞ｋ1 ＞ｋ2 ＞０）用意しておく。
そして、制御手段２２は、図５の動作フローの内の例えばステップ１０６において基準値ＳREF を演算する際に、図７に示す動作フローのごとく、まず過去のすべり量ＳO と定格すべり量ＳTKとを比較する（ステップ２００）。
そして、過去のすべり量ＳO が定格すべり量ＳTKより大きい場合には、基準値ＳREF は、ｋ2 ×ＳO として求める（ステップ２０２）。そして、この基準値ＳREF を使ってステップ１０８において脱調の有無を検出する。
一方、ステップ２００において過去のすべり量ＳO が定格すべり量ＳTK以下の場合には、基準値ＳREF は、ｋ1 ×ＳO として求める（ステップ２０４）。そして、この基準値ＳREF を使ってステップ１０８において脱調の有無を検出する。
【００４４】
第２の実施の形態のように、係数ｋ、すなわち基準値ＳREF を過去のすべり量ＳO に基づいて変更すれば、脱調検出ライン（基準値ＳREF ）までのマージンを実回転数に比例して増加させることができるのであるが、この基準値の決定の仕方を駆動サイクル全体に一律適用すると、実回転数が低い領域、具体的には加速期間Ｔ１の初期の段階においてはすべり量Ｓ自体が小さいために脱調検出ラインまでのマージンが小さくなり過ぎてしまう。
そこで、本実施の形態のように、過去のすべり量ＳO の大きさに応じて基準値ＳREF を算定するための係数ｋを変え、図３（ｂ）に示すように過去のすべり量ＳO （すべり量Ｓと等価）が予め決められた定格すべり量ＳTK以下の場合（すなわち実回転数が低い場合）の係数ｋ1 は、過去のすべり量ＳO が予め決められた定格すべり量ＳTKを越える場合の係数ｋ2 に比べて数値を大きくすることにより、実回転数が低い期間での脱調検出ラインまでのマージンを図３（ｃ）に示す点線のように部分的に増やすことができ、実回転数が低い領域での脱調の誤検出を有効に防止することが可能となる。
【００４５】
また、上記の例は一駆動サイクル中において、その一部の期間のすべり量Ｓが定格すべり量ＳTK以下となる場合であったが、例えば培養液２４の粘度が低く、実回転数が無負荷時回転数に近い場合においては図８（ａ）に示すようにすべり量自体が少なく、すべり量Ｓが全駆動サイクルにわたり定格すべり量ＳTK以下となる場合もある。このような場合には、全駆動サイクルにわたり数値が大きい係数ｋ1 が適用されて、基準値ＳREF は、ｋ1 ×ＳO となる。よって、図８（ｂ）に示すように基準値ＳREF のライン（脱調検出ライン、二点鎖線）は脱調時のすべり量の差分ＳDEF （一点鎖線）に近づき、マージンが多くなる。
【００４６】
〔第４の実施の形態〕
以下、脱調の検出動作についての第４の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上述した第１、第２、第３の各実施の形態において行っている２つのすべり量（ＳO とＳN ）の差分ＳDEF を求める際の手順に関するものである。
ところで、上述した各実施の形態では、所定時間間隔Δｔで求めて記憶記憶領域Ｗ内に順番に記憶したすべり量Ｓの内の最新のすべり量ＳN と、このすべり量ＳN から予め決められた時間ＴREF だけ前に記憶されていた過去のすべり量ＳO （一例としてＳN-4 ）との差分（ＳO −ＳN ）を、２つのすべり量の差分ＳDEF としていた。
しかしながら、この手法では、たまたまノイズ等の原因によって、例えばＳN が脱調してはいないのであるが、その値が小さくなったような場合には、当然に差分ＳDEF が大きくなるため、脱調と誤認する恐れがある。これはすべり量ＳO にも当てはまる。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、記憶領域Ｗに記憶したすべり量を一つずつ単独で用いて差分ＳDEF を求める代わりに、制御手段２２は最新のすべり量ＳN を含み、最新のすべり量ＳN に時間的に近接した所定の個数（２以上の個数）のすべり量Ｓの平均値を最新すべり平均値ＳNAVEとして求めると共に、最新のすべり量ＳN を含まない時間的に接近した所定の個数（２以上の個数であって、ＳNAVEを求めるのに使用したすべり量の数と同数）のすべり量Ｓの平均値を過去のすべり平均値ＳOAVEとして求める。
そして、第１、第２、第３の実施の形態において使用した最新のすべり量ＳN に代えて最新すべり平均値ＳNAVEを使用し、過去のすべり量ＳO に代えて過去のすべり平均値ＳOAVEを使用し、差分ＳDEF （＝ＳOAVE−ＳNAVE）を求めて脱調検出に使用するのである。
【００４８】
これにより、実際には脱調してはいないが、制御手段２２が検出した実回転数がノイズ等の原因によって、瞬間的に大きく変動した場合でも、所定の個数のすべり量Ｓの平均値（ＳOAVEやＳNAVE）を求め、この平均値に基づいて判断することによって、すべり量が平均化されてノイズに強い、安定した、誤認識の少ない脱調の検出が可能となる。
具体的には、一例として所定の個数を２個とした場合には、図６に示す記憶領域Ｗに記憶された各すべり量Ｓの内のＳN とＳN-1 の平均をＳNAVEとし、またＳN-4 とＳN-3 の平均をＳOAVEとする。なお、ＳOAVEには最新のすべり量ＳN が含まれなければ良く、例えば所定の個数を４個とし、ＳN からＳN-3 までのすべり量の平均をＳNAVEとし、またＳN-4 からＳN-1 までの平均をＳOAVEとすることも可能である。
【００４９】
また、上述した第１、第２、第３、第４の各実施の形態において、２つのすべり量の差分ＳDEF （脱調がない状態の差分）は図３（ｃ）や図８（ｂ）において実線で示すように、特に定速期間Ｔ２の内の期間Ｔ２F において大きくなる。一方、逆にこの期間Ｔ２F での脱調時のすべり量の差分は下がる。従って、期間Ｔ２F での脱調検出ライン（基準値ＳREF ）までのマージンは減少する傾向にある。
このため、実回転数の加速期間中の回転数の上昇の程度や、所定時間間隔Δｔの設定のしかたによっては、さらにこのマージンが小さくなり、脱調検出が不安定になる可能性もある。
【００５０】
そこで、期間Ｔ２F での２つのすべり量の差分ＳDEF の値を小さくするために、制御手段２２は、駆動側磁石１４の回転数を目標回転数まで上昇させる際の、加速期間Ｔ１から定速期間Ｔ２への移行は、すべり量Ｓが急激に変化しないように緩やかに行うようにすると良い。具体的には、定速期間Ｔ２に移行する加速期間Ｔ１の後端部における加速度を徐々に減少させてゼロになった状態でちょうど目標回転数になるように駆動側磁石１４の回転数を制御すると良い。これにより、期間Ｔ２F での２つのすべり量の差分ＳDEF の値を小さくなり、マージンが増え、より安定した脱調検出が可能となる。
なお、加速期間Ｔ１の初期においては実際のところ、モータ１２へ制御量を出力しても、実際にモータ１２が回転し始めるまでに時間がかかる等の理由によって、すべり量を基準とした本発明の脱調検出がうまくいかない場合もある。従って、このような場合には、攪拌動作直後の一定時間だけは、実回転数も低く、脱調の可能性も低いことから、すべり量の差分に基づいた脱調検出動作を停止し、実回転数がある程度上昇してから脱調検出動作を開始するようにしても良い。
【００５１】
以上の第１、第２、第３、第４の各実施の形態の攪拌装置によれば、マグネットカップリングを用いた駆動装置１０において安定した確実な脱調検出が可能となることから、従来例と比べて攪拌動作が途中で停止してしまうというようなことが少なくなる。よって、より安定した攪拌動作が行えるという効果がある。
【００５２】
〔第５の実施の形態〕
本実施の形態では、マグネットカップリングを用いた駆動装置における安定した被駆動体の駆動動作、攪拌装置を例にとれば、安定した攪拌動作を得るために成されたものであり、その特徴点は、上述した各実施の形態とは異なり、脱調検出そのものに関してではなく、脱調を検出した後の脱調処理動作に関するものである。
ところで、従来の脱調検出後の脱調処理動作は、従来例でも述べたが、一旦モータ１２の回転を停止する。そして、再度停止状態から駆動側磁石１４を脱調前と同じ攪拌パターンに従って、駆動側磁石１４の回転数を制御しながら、加速期間Ｔ１から定速期間Ｔ２に移行させると共に、再度脱調しないように定速期間Ｔ２の目標回転数ＲNOP を脱調前の目標回転数ＲNOP よりも低い回転数としていた。
【００５３】
しかしながら、本願出願人は、脱調の原因には種々あるが、例えば攪拌装置３０の場合には培養液２４の粘度が上がって従動側磁石１８に対する負荷が増えたことが原因となる場合がある。このような場合には、既に攪拌の初期に比べて従動側磁石１８が培養液２４から受ける抵抗が大きくなっているのであるから、同じ加速度で回転数を上げると、加速期間中に脱調する恐れが強いという点に着目した。
そこで、目標とする最高回転数ＲNOP のみならず、加速期間Ｔ１中の加速度を脱調前の加速度よりもさらに下げた低い加速度で、慎重に回転数を上げることによって、不要な脱調を未然に防止するようにしたのである。
具体的には、例えば予めこの低い加速度を使用した別個の攪拌パターンを記憶部２２ｂに記憶させておき、制御回路２２ａが脱調検出後の脱調処理動作において、モータ１２の再起動を行う際に、最初に使用した攪拌パターンに代えてこの別個の攪拌パターンを使用するようにすることが考えられる。
【００５４】
本実施の形態は、上述した各実施の形態と併用し、脱調検出の確度、安定度を確保しつつ、さらに脱調後の処理においても脱調のしにくい加速動作を行って、マグネットカップリングを用いた駆動装置の攪拌動作全体をさらに一層、安定したものとすることも可能である。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施の形態について種々述べてきたが、本発明は上述する実施の形態に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る請求項１乃至請求項５記載のマグネットカップリングを用いた駆動装置によれば、すべり量の差分に基づいて脱調検出を行うから、駆動側磁石の加速期間においても定速期間と同様に脱調を検出することができ、従来のように定速期間しか脱調検出を行えない場合に比べて、安定した被駆動体の駆動動作、例えば攪拌装置に適用した場合には攪拌動作が行えるようになる。
また、請求項６記載のマグネットカップリングを用いた駆動装置のように、すべり量の差分に基づいた脱調検出を行うと共に、脱調後の被駆動体の加速度を駆動前の加速度よりも低い加速度で駆動することによって、駆動動作全体としての安定性がより一層向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】マグネットカップリングを用いた駆動装置の一適用例としての攪拌装置の構成を示すブロック図である。
【図２】脱調検出を含む攪拌動作全体の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】（ａ）は攪拌動作全体の動作を説明するための、駆動側磁石の回転数（実回転数と無負荷時回転数）と時間との関係を示したグラフであり、（ｂ）はすべり量の変化を示すグラフであり、（ｃ）はすべり量の差分の変化（脱調のない状態と脱調した状態）を示すグラフである。
【図４】無負荷時の回転数を算出する数式を求める手順を説明するための説明図である。
【図５】本発明に係るマグネットカップリングを用いた駆動装置の脱調検出動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】すべり量を記憶した記憶部内の記憶領域の内容を示す説明図である。
【図７】本発明に係るマグネットカップリングを用いた駆動装置の脱調検出動作の他の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【図８】すべり量が定格すべり量以下の場合の基準値の設定方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０  マグネットカップリングを用いた駆動装置
１２  モータ
１４  駆動側磁石
１６ａ  隔壁としての培養槽の底面
１８  従動側磁石
２０  回転検出手段
２２  制御手段
２２ｂ  記憶部
３０  攪拌装置
【図１】
0004008129.tif 000003
【図２】
0004008129.tif 000004
【図３】
0004008129.tif 000005
【図４】
0004008129.tif 000006
【図５】
0004008129.tif 000007
【図６】
0004008129.tif 000008
【図７】
0004008129.tif 000009
【図８】
0004008129.tif 000010