CN100352555C - 旋转驱动设备及具有该设备的离心分离器 - Google Patents

Abstract

在离心分离器中，温度传感器设置成与将感应电机弹性支撑到电机基部上的隔振橡胶件相接触。用于加热/冷却隔振橡胶件的珀耳帖效果元件设置成与隔振橡胶件相接触。温度传感器和珀耳帖效果元件连接控制器。基于来自于温度传感器的检测温度输入，控制器控制受珀耳帖效果元件影响的生热或冷却，从而保持隔振橡胶件的最佳温度，以保持其阻尼特性。

Description

旋转驱动设备及具有该设备的离心分离器

技术领域

本发明涉及旋转驱动设备，特别是涉及用于驱动设备、例如离心分离器中的支撑部分，在该设备中作为旋转体的转子易于失去平衡而导致大的振动。本发明还涉及具有该旋转驱动设备的离心分离器。

背景技术

在传统旋转驱动设备、例如离心分离器中，用驱动装置、例如电机获得的转矩通过旋转轴传递到转子上，从而使转子旋转。转子可安装有数个每一个都封装有试样的试管，每一个试管中的试样的离心分离受转子旋转的影响。

用于离心分离器中的转子的示例包括：角度转子，其中以相等间隔布置的并且插入有试样的插入孔的角度是不变的；和摇摆转子，其中装有安装了试管的容器(称为“存储桶”)，随转子的旋转一起摇摆。当执行离心操作时，使用者将试管安装到这些转子中，每一个试管装有用于离心分离的试样。在这种情况中，如果在数个试管中包含有不同量的试样，或者如果某个插入孔没有插入试管，转子和试管作为一个整体的重心便与旋转的中心轴线相偏离，即发生偏心重力，从而转子的旋转变得不平衡。

离心分离器的转速在例如从300到1000rpm的范围内以10rpm的增量设置，在从1000rpm到最大转速的范围内以100rpm的增量设置。在这种情况下，根据驱动装置的质量和支撑部分的弹簧常数确定的支撑系统的谐振点可以存在于其操作范围内。例如，如果使用具有低刚性的弹性轴作为旋转轴，该旋转轴在低转速范围内便具有大的谐振点，一旦超过该谐振点，便可以以稳定方式获得高转速。

当处于不平衡状态的转子旋转时，转子便产生振动，该振动被传递给驱动装置或外壳。特别是，振动在上述谐振点附近变得极其剧烈，这经常导致旋转轴或类似部件的断裂。因此，为了在谐振点将振动抑制到低的水平，在驱动装置和外壳之间设置具有振动阻尼功能的支撑部分。通常而言，用于此目的的支撑部分包括用于阻挡振动向外传递的弹簧元件和用于减弱振动的阻尼元件、例如隔振橡胶件。因此，为了在谐振点减小谐振扩大，所选择的隔振橡胶件应该具有高的能量吸收因子(高的衰减因子)。

然而，隔振橡胶件的真实温度不仅取决于其被使用时的室温(2-40℃)，还在很大程度上由于感应电机在驱动过程中所产生的热量而变化。在这种情况下，橡胶件的阻尼特性将变为去除了初始的高的衰减因子，这最终导致设备中振动或噪声的产生。

例如，设想转子处于不平衡状态，相对于下述两种情况进行转子振幅的测量：一种情况是橡胶件的温度处于可以使用离心分离器的室温范围内的最高值(当衰减因子和动弹性模量处于最低值时)；另一种情况是橡胶件的温度处于最低值(当衰减因子和动弹性模量处于最高值时)。在图8中示出了测量值。如图8图表中的实线A所示，当隔振橡胶件的温度处于最高值时，在第一谐振点的振幅可以被抑制到低转速范围中的较低水平。然而，在3500到6000rpm的范围内出现急剧的振动峰值，振幅在支撑系统在4000rpm附近的谐振点达到其最大水平。另一方面，如图8中的虚线A所示，当隔振橡胶件的温度处于最低值时，在3500到6000rpm的范围内不出现急剧的振动峰值，例如在隔振橡胶件的温度处于最高值时所观察到的峰值。然而，处于第一谐振点的振幅在初始低转速区域中变得非常大。应该注意的是，低转速区域中的峰值指的是在使用具有低弹性的弹性轴作为旋转轴的情况时观察到的第一谐振点。在这种情况中，峰值不可避免地出现在设备的操作范围内。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种旋转驱动设备和一种离心分离器，其中由于隔振橡胶件的温度特性可以防止出现振动中大的变化，并且可以表现出理想的阻尼效果以实现稳定驱动。

本发明的这一目的和其它目的可以通过包括外壳、转子、驱动单元、支撑部分、温度传感器、温度调节装置和控制器的旋转驱动设备实现。转子可旋转地放置在该外壳内。驱动单元被支撑到该外壳上用于旋转驱动该转子。支撑部分将驱动单元弹性地支撑到外壳上。该支撑部分包括隔振橡胶件。温度传感器检测支撑部分或其周围区域的温度并输出温度数据。温度调节装置执行支撑部分的冷却或加热。控制器基于来自于温度传感器的温度数据来控制由温度传感器产生的温度，以将支撑部分的温度控制到预定温度。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的离心分离器的部分横截面图；

图2是根据本发明第二实施例的离心分离器的部分横截面图；

图3是根据本发明第三实施例的离心分离器的部分横截面图；

图4是根据第三实施例的用于热敏电阻的恒压电路的示意图；

图5是一个图表，示出了热敏电阻的温度和阻值之间的关系；

图6是一个图表，示出了隔振橡胶件的温度和衰减因子之间的关系；

图7是一个图表，示出了隔振橡胶件的温度和动弹性模量之间的关系；和

图8是一个图表，示出了隔振橡胶件的由于温度差值导致的振动差值。

具体实施方式

下面结合图1说明根据本发明第一实施例的离心分离器1。一个水平延伸的隔板(电机基部)2被支撑到一个主体(未示出)上，一个上腔室3由主体和隔板2限定。在隔板2中形成一个中心开口2a。在隔板2的顶部设置有一个用于限定一个离心腔4的端部封闭的管状隔离件5，并且在隔离件5的内周表面上设置有一个用于冷却离心腔4内部的冷却管6。在隔离件5的底部形成有一个与隔板2的开口2a同中心的开口5a。作为驱动装置的感应电机7的电机壳8被插入并放置在由在这些开口2a和5a内限定的空间中。

在上腔室3的上端开口上设置一个盖9，从而可以打开和关闭该腔室。电机壳8的上部由一个端支架10盖住，该端支架10通过一个作为支撑件的隔振橡胶件11被支撑到隔板2上。因此，电机壳8被悬置支撑，并且感应电机7的振动被隔振橡胶件11减弱。

一个延伸到离心腔4中的旋转轴(弹性轴)13被同轴地连接到感应电机7的转子(输出轴)12上。一个冠状部分14设置在旋转轴13的上端部，并且一个角度转子15被可拆卸地安装在冠状部分14上。角度转子15整体为圆形形状，并具有相对于旋转轴心X按预定角度取向的插入孔17。数个每一个都封装有一个试样的试管16被插入倾斜的插入孔17中。

端支架10具有一个构成为电机壳8的一部分的凸缘部分10A、从该凸缘部分10A伸出并且容纳输出轴12的中空轴承支撑部分10B和旋转轴13。凸缘部分10A通过上述隔振橡胶件11被支撑到隔板2上。输出轴12借助于放置在轴承支撑部分10B中的轴承24和放置在电机壳8底部中的轴承25被支撑到电机壳8上。输出轴12的轴向负荷施加到上述轴承24和25上。隔离件5的底部开口5a由一个围绕轴承支撑部分10B放置的盖18封闭，盖18的顶表面由一个橡胶体19盖住，从而防止空气在转子15旋转时通过开口5a被吸入离心腔4中。

用于测量隔振橡胶件11的温度的温度传感器20被放置在隔振橡胶件11和凸缘部分10A之间。用作为温度调节装置的珀耳帖效果元件21设置在紧接在隔振橡胶件11之下和隔板2的底侧上的位置并用于加热或冷却隔振橡胶件11。数个散热片22从珀耳帖效果元件21向下悬置。要求温度调节装置21通过与在感应电机7被旋转驱动时产生的热量无关地控制橡胶件11的温度来提供隔振橡胶件11的理想阻尼效果，否则隔振橡胶件11会过热而承受其阻尼特性中的变化。在这种情况下，珀耳帖效果元件21是一种引起某种现象的元件，该种现象就是当电流流经两种不同类的导体或半导体的触点时，在该触点出现产生热量或吸收热量现象。如果电流方向反向，该热量产生/吸收便反过来。另外，温度传感器20和珀耳帖效果元件21与一个控制器23相连。控制器23用于控制电机7的转速，并用于通过珀耳帖效果元件21、根据来自于温度传感器20的检测温度数据输入对相对于珀耳帖效果元件21的电流流向和施加的时间阶段进行控制、来控制隔振橡胶件11的加热或冷却，从而使隔振橡胶件11的温度处于预定温度范围内。为此目的，控制器23设置有一个RAM(随机存取存储器)(未示出)和一个CPU(中央处理器)(未示出)。RAM用作为一个设置和存储部分，用于设置和存储允许隔振橡胶件11表现出其理想阻尼特性的温度范围。CPU进行由此存储的设置温度范围和来自于温度传感器20的检测温度输入之间的比较，以在该比较的结果上改变或保持相对于珀耳帖效果元件的电流方向和施加的时间阶段。

接下来，将说明隔振橡胶件11的温度特性。在使用由FujiPolymatech Co.，Ltd.生产的橡胶型阻尼器FE5150作为隔振橡胶件11的情况中，如图6所示，代表橡胶的阻尼特性的衰减因子(tanδ)在从0℃到大约40℃的橡胶件温度范围内线性降低。然后，衰减因子逐渐降低。同样，如图7所示，代表橡胶的弹簧常数的动弹性模量(E’)随着温度的升高而降低。因此，可以看出，鉴于图6和7所示的结果，当使用Fuji Polymatech Co.，Ltd.的橡胶型阻尼器FE5150时，其温度应该被保持在15℃到25℃的范围内。

通过上述布置形式，安装有数个每一个都封装了试样的试管16的转子15被连接到位于从感应电机7延伸的旋转轴13的顶端上的冠状件14上，转子15借助于感应电机7的旋转驱动而旋转。同时，如果转子15在安装于其上的数个试管16中的试样数量不同的状态下旋转，或者如果转子15在所有试管插入孔17中未全部安装有试管的状态下旋转，便导致转子15处于不平衡的状态，从而在旋转轴13中产生弯矩。当相应于转动频率的正弦曲线起振力由此被加到感应电机7上而产生振动时，隔振橡胶件11的阻尼效果用于防止振动被传递到主体上，同时感应电机7本身的振动也被减弱。

由于感应电机7被驱动，感应电机7便生热，该热量被传递到隔振橡胶件11上，从而也使隔振橡胶件11的温度升高。如果由温度传感器20检测到的温度高于存储在控制器23中的设置温度，控制器23便导致将正向电流施加到珀耳帖效果元件21上，从而珀耳帖效果元件21执行隔振橡胶件11的冷却，并用散热片22促进冷却操作。另一方面，在由温度传感器20检测到的温度低于存储在控制器23中的设置温度的情况下，控制器23便导致将反向电流施加到珀耳帖效果元件21上，从而隔振橡胶件被珀耳帖效果元件21加热。因此，隔振橡胶件11的阻尼特性可被保持在一个理想范围内。

如上所述，在该实施例的旋转驱动设备中，在由于橡胶件的温度特性而导致的振动的变化可被抑制。因此，可通过将隔振橡胶件11的温度控制为其最佳温度来减小振动，在该最佳温度时隔振橡胶件11可表现出最佳特性。另外，在由于使用者的误操作导致的不平衡状态中，振动的减小同样对转子的驱动提供了提高的容差，从而也可以达到噪声的降低。此外，不仅可以通过珀耳帖效果元件21执行隔振橡胶件11的加热，还可以通过珀耳帖效果元件21执行隔振橡胶件11的冷却，从而隔振橡胶件11的温度可以保持在一个最佳水平。

下面将结合图2说明根据本发明第二实施例的离心分离器101。应该注意，在图2中，与图3中相同或类似的部件用相同的附图标记表示，并且其说明将被省略。在该第二实施例中，一个冷却风扇26连接到离心分离器的主体上，以冷却感应电机7的电机壳8的主要区域，隔振橡胶件11位于使其暴露于由箭头A示出的冷却剂流的位置。具体而言，在隔板102中在相邻于隔振橡胶件11的位置形成一个台阶部分102A，从而使冷却剂流A更容易吹拂隔振橡胶件11。线圈状加热器121围绕隔振橡胶件11放置，取代了在第一实施例中使用的珀耳帖效果元件21，并且加热器121与一个控制器123相连。

当隔振橡胶件11被冷却剂流A冷却时，如果基于来自于温度传感器20的温度数据输入判断到已经发生了过度冷却，便从控制器123向加热器121输出一个加热信号，以加热隔振橡胶件11。一旦加热隔振橡胶件11的温度升高到预定温度，该温度便被检测到，并且由加热器121进行的加热便被停止。

如上所述，根据该第二实施例，当隔振橡胶件11被冷却风扇26过度冷却时，只有在它被冷却到低于预定温度的情况下，加热器121才被致动以将隔振橡胶件加热到预定温度并将隔振橡胶件11保持在最佳温度，从而使得可以保持隔振橡胶件的最佳特性。

下面将结合图3-5说明根据本发明第三实施例的离心分离器201。应该注意，在图3中，与图1中相同或类似的部件用相同的附图标记表示，并且其说明将被省略。根据该第三实施例，设置了热敏电阻221来表现第一和第二实施例中温度传感器和温度调节装置的功能。即，如图5所示，热敏电阻221具有这样的温度特性，从而一旦其温度达到预定值，例如50℃，其阻力系数便迅速增加。如图3所示，热敏电阻221设置在隔振橡胶件11底部附近，热敏电阻221被恒压电源224施加以恒定电压，如图4所示。这样的恒压电路被并入控制电机7的旋转的控制装置223中。当在电机7驱动的同时将恒定电压施加到热敏电阻上时，热敏电阻221的温度根据其在图5中示出的特性由于身加热而升高到50℃。然而，在50℃或更高的温度时，其阻力系数增加导致电流减小，从而产生的热量降低，抑制了温度的进一步增加。因此，当离心分离器在环境温度为50℃或更低的状态下被驱动时，热敏电阻221的温度便保持在大约50℃，从而在该温度下隔振橡胶件11的温度可以保持恒定。根据该第三实施例，热敏电阻本身的温度特性提供了等同于第一和第二实施例中温度传感器的功能，从而生热的热敏电阻用作为温度调节装置。

根据本发明的旋转驱动设备并不局限于上述实施例，而是可以在附后的权利书所说明的本发明的范围内进行各种各样的修改。例如，虽然在上述第一和第二实施例中，温度传感器20设置成在隔振橡胶件11和凸缘部分10A之间紧密接触，但温度传感器的位置并不受到限制，只要温度传感器能够检测隔振橡胶件附近的室温，从而评估隔振橡胶件的温度即可。

另外，在第一实施例中，隔振橡胶件11与驱动单元7接触。基于这一构形，第一实施例可被如此修改，即只赋予珀耳帖效果元件21冷却隔振橡胶件11的功能，专门通过将感应电机产生的热量传递给隔振橡胶件11来取代加热功能，从而使得当隔振橡胶件11的温度超过预定值时，珀尔贴效果元件21可被同时驱动和控制。

另外，图2中示出的第二实施例可被如此修改，从而省去温度传感器20和加热器121，热敏电阻可设置在与第三实施例的热敏电阻221相同的位置，以取代加热器121。此外，热敏电阻可以按与第二实施例的加热器121相同的方式连接到隔振橡胶件11的外周上。热敏电阻的使用取消了第二实施例中的温度传感器20。

此外，虽然控制器23、123不仅执行隔振橡胶件11的温度控制，还执行感应电机7的旋转控制，但也可以分别为单独的控制准备单独的控制器。

Claims (12)

1.一种旋转驱动设备，其包括：

外壳；

可旋转地放置在该外壳内的转子；

被支撑到在该外壳上用于旋转驱动该转子的驱动单元；

将驱动单元弹性支撑到外壳上的支撑部分，该支撑部分具有隔振橡胶件；

检测支撑部分或其周围区域的温度并输出温度数据的温度传感器；

执行支撑部分的冷却和加热之一的温度调节装置；和

基于来自于温度传感器的温度数据来控制由温度传感器产生的温度的控制器，该控制器用于控制支撑部分的温度。

2.按权利要求1所述的旋转驱动设备，其中，温度调节装置包括珀耳帖效果元件。

3.按权利要求1所述的旋转驱动设备，其中，温度调节装置包括冷却装置。

4.按权利要求1所述的旋转驱动设备，其还包括用于冷却驱动单元的冷却机构，并且其中温度调节装置包括加热装置。

5.按权利要求1所述的旋转驱动设备，其中，温度调节装置包括热敏电阻。

6.一种旋转驱动设备，其包括：

外壳；

可旋转地放置在该外壳内的转子；

被支撑到在该外壳上用于旋转驱动该转子的驱动单元；

将驱动单元弹性支撑到外壳上的支撑部分，该支撑部分具有隔振橡胶件；

将支撑部分或其周围区域加热到预定温度的热敏电阻；和

用于将恒定电压施加到热敏电阻上的恒压电路。

7.一种离心分离器，其包括：

外壳；

可旋转地放置在该外壳内的转子，每一个其中都装有试样的试管被保持在转子中用于离心分离；

被支撑到在该外壳上用于旋转驱动该转子的驱动单元；

将驱动单元弹性支撑到外壳上的支撑部分，该支撑部分具有隔振橡胶件；

检测支撑部分或其周围区域的温度并输出温度数据的温度传感器；

执行支撑部分的冷却和加热之一的温度调节装置；和

基于来自于温度传感器的温度数据来控制由温度传感器产生的温度的控制器，该控制器用于控制支撑部分的温度。

8.按权利要求7所述的旋转驱动设备，其中，温度调节装置包括珀耳帖效果元件。

9.按权利要求7所述的旋转驱动设备，其中，温度调节装置包括冷却装置。

10.按权利要求7所述的旋转驱动设备，其还包括用于冷却驱动单元的冷却机构，并且其中温度调节装置包括加热装置。

11.按权利要求7所述的旋转驱动设备，其中，温度调节装置包括热敏电阻。

12.一种离心分离器，其包括：

外壳；

可旋转地放置在该外壳内的转子，每一个其中都装有试样的试管被保持在转子中用于离心分离；

被支撑到在该外壳上用于旋转驱动该转子的驱动单元；

将驱动单元弹性支撑到外壳上的支撑部分，该支撑部分具有隔振橡胶件；

将支撑部分或其周围区域加热到预定温度的热敏电阻；和

用于将恒定电压施加到热敏电阻上的恒压电路。

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