CN1347765A - 离心机 - Google Patents

Abstract

一种离心机,包括转子和旋转转子的马达。设置在转子上的至少三个识别元件,这三个识别元件沿圆环的圆周排列,该圆环的中心与马达的旋转轴一致。在至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度。至少三个识别元件中的一个或多个表示转子的类型。一传感器用于在转子旋转期间检测至少三个识别元件。根据从传感器输出的信号来测量至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角,从而检测转子的最大可允许旋转速度。根据从传感器输出的信号检测转子类型。

Description

离心机

发明领域

本发明涉及离心机或具有检测其中的转子信息的功能的离心式分离器。

相关技术的说明

普通离心机或离心式分离器包括转子，要被分析的样品被放置在转子内。转子以高速旋转。在多数离心机中，转子是可更换的。关于这些离心机，用户可以选择最适合于要分析的样品的转子。转子与转子的最大允许转速是不同的。

通常，使用识别(ID)信息，该信息代表转子的最大可允许旋转速度或转子类型。典型的速度控制技术包括检测ID信息的步骤、从检测的ID信息导出转子最大可允许旋转速度的步骤、和防止转子实际旋转速度超过最大可允许旋转速度的步骤。

日本实用新型专利公开3-34279公开了在每一个离心机转子上设置两个磁体。根据转子类型预先确定两个磁体之间的间隔角。转子在离心机中旋转期间，通过磁性传感器测量两个磁体之间的间隔角，根据测量的间隔角测定转子类型。众所周知，根据转子的最大可允许旋转速度预先确定两个磁体之间的间隔角。

对应于日本专利申请公开号6-198219的美国专利5382218公开了在每一个离心机转子上有以相等间隔角隔开的规定点。在每一个规定点上有或没有磁体，从而转子具有预定的磁体存在/缺乏图。不同的磁体存在/缺乏图被分别分配给不同的转子类型。磁体存在/缺乏图是用作转子类型ID(识别)信息的码。转子在离心机内旋转期间，通过多个磁性传感器测量转子上的磁体存在/缺乏图，根据测量的磁体存在/缺乏图识别转子类型。

日本专利申请公开号7-47305公开了离心机转子具有一个南极和至多七个北极的排列，作为转子ID信息。离心机主体具有用来测量磁极排列以识别转子的磁性传感器。

对应于日本专利公开号6-41956的美国专利4551715公开了一种用于测量离心机转子的实际速度和最大安全速度的装置。两个可清楚识别的类型的相等间隔的编码元件的单个环形阵被附加到转子。对编码元件起响应的单个检测器产生一个输出信号，该输出信号根据编码元件的号和类型变化。第一电路网络对每单位时间的编码元件的号起响应(不考虑类型)，以产生实际速度或转速计信号。第二电路网络对在转子的每个循环期间的每种类型的编码元件的号起响应(不考虑其速度)，以产生表示转子最大安全速度的转子识别信号。

对应于日本专利公开号63-33911的美国专利4772254公开了一种离心机转子，该转子具有一个支承环，支承环形成有24个钻孔，以预定的距转轴的径向距离均匀分布在支承环周缘，以接纳永磁体。插入磁体，使得在某些情况下其南极从该环向外伸出，在其他情况下它们的北极从该环向外伸出。磁体的方向和/或磁体的存在或缺乏允许唯一地使用二进制编码系统(0或1)，以识别每一个离心机转子。24个钻孔中的每一个对应于1比特(bit)。钻孔中存在磁体被指定为二进制位“1”，而缺乏磁体被指定为二进制位“0”。24个钻孔的排列被分成分别具有4比特、7比特、4比特和9比特的第一、第二、第三和第四扇区。第一、第二和第三扇区中的磁体具有向外延伸的北极。另一方面，第四扇区中的磁体具有向外延伸的南极。第一扇区中的4比特表示转子的设计年代。第二扇区中的7比特表示转子的序列号。第三扇区中的4比特表示转子类型。第四扇区中的9比特表示转子的最大可允许速度。在美国专利4772254中，永磁体的位置被限定到24个钻孔的位置。该位置限制导致转子信息的不同状态的较小的号，该信息可以由磁体的方向和/或磁体的存在和缺乏来表示。

发明概述

本发明的目的是提供一种离心机，该离心机具有一个转子，该转子具有代表转子信息的标志或识别元件，转子信息能够在很多不同状态之间变化。

本发明第一方面提供一种离心机，包括：转子；用于旋转转子的马达；设置在转子上的至少三个识别元件，这三个识别元件沿圆环的圆周排列，该圆环的中心与马达的旋转轴一致，其中在至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，至少三个识别元件中的一个或多个表示转子的类型；传感器，用于在转子旋转期间检测至少三个识别元件，并输出一个表示所述检测结果的信号；用于根据从传感器输出的信号以测量至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角的装置，从而检测转子的最大可允许旋转速度；和根据从传感器输出的信号以检测转子类型的装置。

本发明的第二方面是基于其第一方面，并提供一种离心机，其中至少三个识别元件中的指定两个是至少三个识别元件中的相邻两个识别元件中的一个，其间隔角是最大的，并且沿路径的至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，该路径上具有至少三个识别元件中的一个或多个其他识别元件。

本发明的第三方面是基于其第一方面，并提供一种离心机，其中至少三个识别元件中的指定两个是至少三个识别元件中的相邻两识别元件中的一个，其间隔角是最大的，并且沿路径的至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，该路径上具有至少三个识别元件中的一个或多个其他识别元件，并且其中至少三个识别元件中的一个或多个其他识别元件表示转子类型。

本发明的第四方面是基于其第一方面，并提供一种离心机，其中至少三个识别元件中的第一次给定的两个之间的间隔角大于至少三个识别元件中第二次给定的两个之间的间隔角。

本发明的第五方面是基于其第一方面，并提供一种离心机，其中至少三个识别元件中的每一个包括一个磁体。

本发明的第六方面提供一种用于离心机的转子。该转子包括沿圆环的圆周排列的第一、第二、第三和第四磁体；其中第一和第四磁体之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角表示转子的识别信息。

本发明的第七方面提供一种离心机，该离心机包括：转子；用于旋转转子的马达；设置在转子上并且沿圆环的圆周排列的第一、第二、第三和第四磁体，其中第一和第四磁体之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角表示转子的识别信息；在转子旋转期间用于检测第一、第二、第三和第四磁体并产生代表所述检测结果的信号的磁性传感器；用于根据由磁性传感器产生的信号来测量第一和第四磁体之间的间隔角的装置；用于根据所测量的第一和第四磁体之间间隔角而检测转子最大允许转速的装置；用于根据磁性传感器产生的信号以测量第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角的装置；用于根据测量的第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角来识别转子信息的装置。

附图简要说明

图1是本发明一个实施例中在离心机转子底部上的磁体的第一种排列的平面图。

图2是该实施例中离心机的局部剖视图。

图3是图2中离心机内的电路之方框图。

图4是从图2和3中的磁性传感器输出的信号波形的一个例子的时域图。

图5所示为在本发明实施例中间隔角θspd、不同ID信息状态号、和间隔角θ1和θ2的组合之间的关系。

图6是本发明实施例中在离心机转子底部上的磁体的第二种排列的平面图。

图7是图3中微型计算机的部分程序的流程图。

本发明的详细说明

分别为要分析的不同样品设计了多个离心机转子。在放入离心机之前从多个转子中选择一种。ID(识别)码的不同的字或ID信息的不同状态被分别分配给转子。可以从ID信息状态检测每个转子的类型。转子与转子之间最大可允许旋转速度不同。

参考图1，离心机转子2具有一个底部2A，在底部2A上按标记或识别元件的顺序依次设置磁体5a、5b、5c和5d。磁体5a、5b、5c和5d沿以转子2的底部2A为中心的同一个圆的圆周排列。换句话说，磁体5a、5b、5c和5d沿同一个圆的圆周排列，该圆的中心与转子2的旋转轴一致。因此，磁体5a、5b、5c和5d相对于转子2的旋转轴具有相等的径向位置。磁体5a、5b、5c和5d类型相同。磁体5a、5b、5c和5d相对于转子2的旋转轴而言极性方向相同。

磁体5a和5d被分配用于表示转子2的最大可允许旋转速度。特别是，在最大可允许旋转速度和磁体5a与5d间的间隔角(短侧间隔角)θspd之间设置规定的关系。根据预定关系，依据最大可允许旋转速度预先确定间隔角θspd。磁体5a、5b和5c被分配用于表示转子2的ID码字或ID信息状态。特别是，在ID码字(ID信息状态)、磁体5a和5b间的间隔角θ1、和磁体5b和5c间的间隔角θ2之间设置规定的关系。根据预定关系，依据ID码字(ID信息状态)预先确定间隔角θ1和θ2。因而，磁体5a、5b、5c和5d形成代表转子2的ID信息状态以及及转子2的最大可允许旋转速度的磁性图。尤其是，ID码字(ID信息状态)具有一个表示转子2的类型的部分。

参考图2，驱动马达6设置在离心机主体上并被离心机主体支承。驱动马达6具有一个输出轴3，顶部8通过轴向连接结构与输出轴3连接。转子2放置在顶部8上并与顶部8连接。转子2通过顶部8与驱动马达6的输出轴3连接。因而，转子2能够被驱动马达6旋转。离心机主体有一个杯状部件，该部件限定了一个容纳转子2的室1。离心机主体设有一个门7，用于选择性地阻塞和打开转子室1的上端。如上所述，磁体5a、5b、5c和5d(见图1)构成设置在转子2的底部2A上的标记或识别元件。放置在转子室1内并支承在离心机主体上的磁性传感器4用于检测磁体5a、5b、5c和5d。因此，磁性传感器4用作识别元件检测传感器。磁性传感器4占用对应于磁体5a、5b、5c和5d的径向位置的径向位置。磁生传感器4在圆环的圆周附近延伸，磁体5a、5b、5c和5d沿该圆周排列。此外，磁性传感器4就在一部分圆环圆周之下的位置延伸，磁体5a、5b、5c和5d沿该圆周排列。磁性传感器4包括例如一个霍尔元件。与驱动马达6连接的传感器10检测马达输出轴3的旋转速度，即，转子2的旋转速度。

如图3所示，磁性传感器4和旋转速度传感器10与微型计算机9电连接。驱动马达6通过马达控制电路13与微型计算机9电连接。使用者能够启动的操作单元15与微型计算机9电连接。一个RAM(随机存取存储器)11和ROM(只读存储器)12与微型计算机9电连接。

微型计算机9包括信号处理部分、存储器、与磁性传感器4的接口、旋转速度传感器10、马达控制电路13、和操作单元15。微型计算机9根据存储在ROM12内的程序工作。设计该程序使得微型计算机9进行后面将描述的操作步骤。

在转子2旋转期间，磁性传感器4检测每一个磁体5a、5b、5c和5d何时穿过就在磁性传感器4之上的位置。微型计算机9从磁性传感器4接收一输出信号，磁性传感器4反应每一个磁体5a、5b、5c和5d的检测。微型计算机9处理磁性传感器4的输出信号，从而检测转子2的ID信息状态及其最大可允许旋转速度。在离心机的正常操作开始之前，用户启动操作单元15，从而表示离心机和驱动马达6理想工作状况的数据被输入到微型计算机9。微型计算机9把理想工作状况的数据传输到RAM11。在离心机正常工作期间，微型计算机9从RAM11读取理想工作状况的数据，并通过马达控制电路13控制驱动马达6，以响应理想工作状况。

优选地，RAM11或ROM12预先装有表示一个表格的信息，该表格表示转子类型和转子旋转半径之间的关系。微型计算机9从检测的ID信息状态得出转子2的类型。微型计算机9从表格中搜索对应于得出的转子2类型的转子2旋转半径。微型计算机9从参数计算出转子2的离心加速度，所述参数包括转子2的旋转半径。

转子2在被驱动马达6旋转之前被放置在顶部8上。在转子2旋转期间，磁性传感器4检测每一个磁体5a、5b、5c和5d何时穿过就在磁性传感器4之上的位置。磁性传感器4把检测结果通知微型计算机9。微型计算机9从旋转速度传感器10接收一个输出信号，其表示驱动马达6的输出轴3的旋转速度或转子2的旋转速度。从而微型计算机9识别转子2的旋转速度。

如图4所示，在转子2的旋转时间“T”(即转子2的一次旋转的时间间隔“T”)期间，来自磁性传感器4的输出信号具有脉冲“a”、“b”、“c”和“d”。脉冲“a”、“b”、“c”和“d ”分别对应于磁体5a、5b、5c和5d。微型计算机9检测来自磁性传感器4的输出信号中的脉冲“a”、“b”、“c”和“d”的上升沿(前沿)。此外，微型计算机9检测脉冲“a”、“b”、“c”和“d”上升沿产生的时刻。微型计算机9计算在检测的脉冲“a”和“d”上升沿产生时刻之间的时间间隔Tspd。此外，微型计算机9计算在检测的两相邻脉冲“a”上升沿产生时刻之间的时间间隔，表示旋转时间“T”。或者，微型计算机9从旋转速度传感器10的输出信号得出旋转时间“T”。微型计算机9根据旋转时间“T”和时间间隔Tspd计算磁体5a和5b之间的间隔角θspd。根据预定函数或表格查询程序，微型计算机9根据计算的间隔角θspd检测转子2的最大可允许旋转速度。具体地说，预定函数对应于最大可允许旋转速度和间隔角θspd之间的预定关系。RAM11或ROM12可以预先装有表示最大可允许旋转速度和间隔角θspd之间预定关系的表格的数据。在这种情况下，表格查询程序使用RAM11或ROM12中的表格。检测转子2的最大可允许旋转速度之后，微型计算机9依下列各项限制转子2的实际旋转速度。微型计算机9通过参照旋转速度传感器10的输出信号而检测转子2的实际旋转速度。微型计算机9把检测的转子2实际旋转速度与其最大可允许旋转速度比较。根据比较结果，微型计算机9通过马达控制电路13控制驱动马达6，从而把转子2的实际旋转速度限制在与最大可允许旋转速度相等或更低的范围内。在转子2实际旋转速度(检测的转子2的旋转速度)超过最大可允许旋转速度的情况下，微型计算机13可以控制驱动马达6以抑制其工作。

微型计算机9计算在脉冲“a”和“b”上升沿产生时刻之间的时间间隔T1。微型计算机9根据旋转时间“T”和时间间隔T1计算磁体“a”和“b”之间的间隔角θ1。微型计算机9计算在脉冲“b”和“c”上升沿产生时刻之间的时间间隔T2。微型计算机9根据旋转时间“T”和时间间隔T2计算磁体“b”和“c”之间的间隔角θ2。根据表格查询程序，微型计算机9根据计算的间隔角θ1和θ2检测转子2的ID码字(ID信息状态)。具体地说，RAM11或ROM12可以预先装有表示ID码字(ID信息状态)、间隔角θ1和间隔角θ2之间预定关系的表格的数据。表格查询程序使用RAM11或ROM12中的表格。微型计算机9从检测的ID信息状态得出转子2的类型。如前所述，微型计算机9从转子2的类型检测转子2的旋转半径。微型计算机9根据参数计算转子2的离心加速度，这种参数包括检测的转子2旋转半径。

参考图1和5，磁体5c和5d之间的间隔角表示为θ3。磁体5a和5d之间的长侧间隔角表示为θmgn。优选地，磁体5a、5b、5c和5d中的两相邻磁体之间的间隔角等于特定间隔角θres的整数倍，该特定间隔角θres对应于间隔角测量精度(间隔角测量精确度)。在这种情况下，间隔角θ1、θ2、θ3和θmgn由下面的等式给出。

θ1＝N1·θres

θ2＝N2·θres

θ3＝N3·θres

θmgn＝N4·θres

其中N1、N2、N3和N4分别表示整数。

优选地，磁体5a、5b、5c和5d中的两相邻磁体之间的间隔角等于或大于间隔角范围的下限θmin，其中防止两个磁体由于磁通结合效应被作为一个磁体而检测。优选地，间隔角θmgn比每一个间隔角θ1、θ2和θ3至少大θres(精度间隔角)，从而磁体5a能够作为一组磁体5a、5b、5c和5d中的头(第一个)被检测。在这些情况下，有下面的关系。

θmin≤θ1≤θmgn-θres

θmin≤θ2≤θmgn-θres

θmin≤θ3≤θmgn-θres

优选地，间隔角θ1等于或小于间隔角θ3，以防止在转子2相反的情况下错误识别转子2。在这种情况下，有“θ1≤θ3”的关系。

在下限间隔角θmin等于30°并且精度间隔角θres等于5°(θmin＝30°，θres＝5°)的情况下，间隔角θspd能够在36个不同的值(90°、95°、100°、105°......260°和265°)之间改变，如图5所示。应当注意，间隔角θspd能够被设置为一个大于180°的值。间隔角θspd的36个不同的值分别被分配给36个不同的最大可允许旋转速度。因此，检测的间隔角θspd表示36个不同的最大可允许旋转速度中相应的一个。如图5所示，对于间隔角θspd等于90°的情况，间隔角θ1和θ2的结合被固定到30/30(以度数表示的θ1/θ2)的状态。对于间隔角θspd的其他35个不同值中的每一个值，间隔角θ1和θ2的结合可以在不同状态之间变化。间隔角θ1和θ2的结合的不同状态分别被分配给不同的ID码字(不同的ID信息状态)。因此，检测的间隔角θ1和θ2的结合表示对应的一个不同的ID码字(不同的ID信息状态)。例如，关于间隔角θspd等于100°，间隔角θ1和θ2的结合可以在30/30(以度数表示的θ1/θ2)的状态、30/35的状态、30/40的状态、35/30的状态之间变化。

图6示出了磁体5a、5b、5c和5d的一种排列，其中间隔角θ1、θ2、θ3、θspd和θmgn分别等于30°、70°、125°、225°和135°。如图6所示，间隔角θspd可以被设置为大于180°的值。

图7是微型计算机9一段程序的流程图。驱动马达6开始旋转转子2之后图7中的程序段开始执行。可以分别执行图7中的程序段。

如图7所示，程序段第一步骤S1检测磁性传感器4的输出信号中脉冲“a”、“b”、“c”和“d”上升沿产生的时刻。

步骤S1之后的步骤S2计算所检测的脉冲“a”和“d”上升沿产生的时刻之间的时间间隔Tspd。

步骤S2之后的步骤S3计算所检测的两个相邻脉冲“a”上升沿的产生时刻之间的时间间隔，作为旋转时间“T”的一个表示。或者，步骤S3从旋转速度传感器10的输出信号得出旋转时间“T”。

步骤S3之后的步骤S4根据旋转时间“T”和时间间隔Tspd计算磁体5a和5d之间的间隔角θspd。

步骤S4之后的步骤S5根据所计算的间隔角θspd检测转子2的最大可允许旋转速度。如前所述，检测的最大可允许旋转速度通过马达控制电路13被用在驱动马达6的控制中以限制转子2的实际旋转速度。因此，转子2的实际旋转速度维持在等于或低于所检测的最大可允许旋转速度的范围内。

步骤S5之后的步骤S6计算所检测的脉冲“a”和“b”上升沿产生时刻之间的时间间隔T1。

步骤S6之后的步骤S7根据旋转时间“T”和时间间隔T1计算磁体“a”和“b”之间的间隔角θ1。

步骤S7之后的步骤S8计算所检测的脉冲“b”和“c”上升沿产生时刻之间的时间间隔T2。

步骤S8之后的步骤S9根据旋转时间“T”和时间间隔T2计算磁体“b”和“c”之间的间隔角θ2。

步骤S9之后的步骤S10根据计算的间隔角θ1和θ2检测转子2的ID码字(ID信息状态)。

步骤S10之后的步骤S11从检测的ID信息状态得出转子2的类型。得出的转子类型被用于检测转子2的旋转半径。从参数计算转子2的离心加速度，这些参数包括检测的转子旋转半径。在步骤S11之后，该程序段终止。

应当注意，每个转子的磁体总数可以不同于四个。每个转子磁体总数可以等于3、5或更多。在这种情况下，磁体按转子所特有的图案排列。两个磁体之间的间隔角被用于表示转子最大可允许旋转速度，而磁体的相对位置被用于表示转子ID信息。

Claims (7)

1.一种离心机，包括：

转子；

用于旋转转子的马达；

设置在转子上的至少三个识别元件，这三个识别元件沿圆环的圆周排列，该圆环的中心与马达的旋转轴一致，其中在至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，至少三个识别元件中的一个或多个表示转子的类型；

传感器，用于在转子旋转期间检测所述至少三个识别元件，并输出一个表示所述检测结果的信号；

用于根据从传感器输出的信号以测量至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角的装置，从而检测转子的最大可允许旋转速度；和

用于根据从传感器输出的信号以检测转子类型的装置。

2.根据权利要求1的离心机，其中至少三个识别元件中的指定两个是至少三个识别元件中的相邻两识别元件之一，其间隔角是最大的，并且沿一路径的至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，该路径上具有至少三个识别元件中的一个或多个其他识别元件。

3.根据权利要求1的离心机，其中至少三个识别元件中的指定两个是至少三个识别元件中的相邻两识别元件之一，其间隔角是最大的，并且沿一路径的至少三个识别元件中指定的两个之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，该路径上具有至少三个识别元件中的一个或多个其他识别元件，并且其中至少三个识别元件中的一个或多个其他识别元件表示转子类型。

4.根据权利要求1的离心机，其中至少三个识别元件中的第一次给定的两个之间的间隔角大于至少三个识别元件中第二次给定的两个之间的间隔角。

5.根据权利要求1的离心机，其中至少三个识别元件中的每一个包括一个磁体。

6.一种用于离心机的转子，该转子包括：

沿圆环的圆周排列的第一、第二、第三和第四磁体；

其中第一和第四磁体之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角表示转子的识别信息。

7.一种离心机，该离心机包括：

转子；

用于旋转转子的马达；

设置在转子上并且沿圆环的圆周排列的第一、第二、第三和第四磁体，其中第一和第四磁体之间的间隔角表示转子的最大可允许旋转速度，第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角表示转子的识别信息；

在转子旋转期间用于检测第一、第二、第三和第四磁体并产生代表所述检测结果的信号的磁性传感器；

用于根据由磁性传感器产生的信号来测量第一和第四磁体之间的间隔角的装置；

用于根据所测量的第一和第四磁体之间间隔角来检测转子的最大可允许旋转速度的装置；

用于根据磁性传感器产生的信号以测量第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角的装置；

用于根据测量的第一与第二磁体之间的间隔角和第二与第三磁体之间的间隔角以检测转子识别信息的装置。

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