CN1812842A

CN1812842A - 用于离心机的自动平衡转子

Info

Publication number: CN1812842A
Application number: CN200480005593.5A
Authority: CN
Inventors: 柳熙瑾; 金度均
Original assignee: Hanlab Corp
Current assignee: Hanlab Corp
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2008518747A; CA2520198A1; WO2006033502A1; EP1667799A1; JP4440892B2; KR100615630B1; ATE407741T1; AU2004313215A1; US7285085B2; AU2004313215B2; EP1667799B1; CA2520198C; DE602004016538D1; KR20060027614A; US20060252627A1; HK1089406A1; CN100455358C; EP1667799A4

Abstract

本发明提供了一种用于离心机的自动平衡转子，其可以平衡由样品重量差异而引起的离心力的不平衡。所述的自动平衡转子包括多个以规则的角向间隔隔开的转臂(29)，多个其内容置有样品的料罐(31)由所述的转臂(29)支撑。所述的自动平衡转子进一步包括一设置于各转臂(29)中而可沿径向移动的配重(15)，从而补偿了施加于料罐(15)上的不平衡的离心力，以及包括一个配重移动装置，其沿各转臂(29)的径向水平地移动配重(15)。

Description

用于离心机的自动平衡转子

技术领域

本发明总体上涉及用于离心机的自动平衡转子，更具体地说，涉及这样的用于离心机的自动平衡转子：其在每次离心分离之前感测容置于料罐中样品重量的不平衡，且根据重量感测的结果而径向地移动设置在转臂中的配重，从而在离心分离过程中动态地保持平衡。

背景技术

大体而言，离心机为这样的设备：其中容置有样品的转子高速旋转而对样品施加一个很大的离心力，从而使得高密度部分径向地往外移动，而低密度部分径向地向内移动，从而使这些部分彼此分开。

图1为一个剖视图，其示出了一传统的用于离心机的自动平衡转子。如图1所示，传统的用于离心机的自动平衡转子使用这样的一个机构：其中一个杠杆中心体636依据控制算法而水平地移动，以补偿容置于料罐中样品之间的不平衡，所述的料罐由转臂632支撑。在此，杠杆移动机构包括一个轴向地耦合至杠杆移动马达652的蜗杆662、一个与蜗杆662啮合的蜗轮(未示)、一个共轴地耦合至蜗轮的小齿轮666、以及具有一个架子636a的杠杆中心体636，所述的架子636a与小齿轮666相接合。

此外，在每个转臂632的下方设置有一个压力传感器690以测量容置于相应料罐(未示)中样品的重量。一个配线层562一体地接合至转子的下部，以接收来自于压力传感器690的电信号且根据控制算法把电信号传递至杠杆移动马达652，从而平衡离心机。

传统的具有上述结构的、用于离心机的自动平衡转子通过测量设置在转子杠杆两端的料罐的重量而感测样品的不平衡，且根据样品的重量差而控制各料罐与转子的转动轴杆之间的距离，从而对容置有样品的彼此相对的料罐施加以相同的离心力。从而，在转子转动而离心分离的过程中，容置于料罐中的样品保持一个动态平衡的状态。在由本发明的申请人所申请的韩国申请10-2002-0017498(公布日：2002年4月17日)中进行了更为详细的描述，从而认为不需要进行更多的解释。

发明内容

然而，在上述的传统的用于离心机的自动平衡转子中，因为通过沿转子的径向移动杠杆中心体而平衡转子，所以，随着容置有样品的彼此相对的料罐之间重量差异的增加，转子杠杆的转动半径也增加了。从而，转子转动所需要的空间也增加了。

此外，随着从转动中心至容置有样品的一个料罐的距离的增加，通过在相对侧的距离增加，从转动中心至另一个料罐的距离减少了。这样，离心力有差异地施加至容置于相对料罐中的样品。从而，样品可能被过度地或不充分地分离。此外，由于杠杆中心体水平移动的距离是在一定范围之内的，以及由于水平移动单元的松动间隙，该平衡转子的操作存在有一个预定的最小极限。

因此，本发明是就上述现有技术中的问题而做出的，且本发明的一个目的是提供一种用于离心机的自动平衡转子，其通过水平地移动设置在转臂中的配重而不改变转臂长度，来补偿由于样品重量差异而引起的离心力的不平衡，从而减小了自动平衡转子所占据的空间，且对容置于料罐中的样品施加相同的离心力，以及防止了在自动平衡过程中转子受松动间隙的影响。

在一个依据本发明的用于离心机的自动平衡转子中，通过控制设置在转臂中的配重的转动半径而补偿了由于样品重量差异而引起的转子离心力的不平衡。因此，防止了在离心分离过程中由于不平衡而导致的自动平衡转子的振动，从而自动平衡转子以及带有该转子的离心机的寿命得以延长，且样品不会遭到损坏。

此外，因为使用者不必称样品的重量或者控制样品的数目，所以可以正确且快速地进行样品的离心分离，从而减少了离心分离所需要的时间。此外，与常规的使用直接移动转子杠杆方法的二臂摇摆转子相比较，本发明使用配重移动方法的自动平衡三臂转子可减少离心分离所需要的空间，从而其在大容量的离心机中是特别有用的。同样地，因为导引配重的槽可穿过几乎整个转臂而纵向地形成，所以保证了足够的配重移动距离，从而把发生在配重和配重移动轴杆之间的松动间隙的影响减到最小。

附图说明

图1为一剖视图，其示出了一传统的用于离心机的自动平衡转子；

图2为依据本发明一个实施方式的用于离心机的自动平衡转子的立体视图；

图3为图2的自动平衡转子的分解立体视图；

图4为沿图2的A-A线的自动平衡转子的剖视图；以及

图5为具有本发明自动平衡转子的离心机的电路框图。

最优实施方式

为了实现上述的目的，本发明提供了一种用于离心机的自动平衡转子，其包括：多个具有相等径向长度且绕着离心转动轴杆而设置的转臂，所述转臂以规则的角向距离间隔开，多个其内容置有样品的料罐由所述的转臂支撑；一设置于各转臂中而可沿径向移动的配重，从而补偿了在离心分离过程中施加于料罐上的不平衡的离心力；以及一个配重移动装置，以沿各转臂的径向水平地移动配重。

该料罐分别地支撑在限定于转臂之间的空间中。此外，每个转臂都可包括一个沿径向穿过转臂而形成的槽，以在其中容置配重且导引配重的水平移动。配重可具有穿过配重中心而形成的内螺纹。配重移动装置包括：一个配重移动马达；一个轴向耦合至配重移动马达的蜗杆；一个与蜗杆啮合的蜗轮；以及一个径向设置在转臂槽中的配重移动轴杆，且此配重移动轴杆在其外表面上具有外螺纹以与配重的内螺纹相接合。配重移动轴杆在其端部处与蜗轮共轴地耦合。

自动平衡转子可进一步包括一个设置在转臂槽中预定位置处的参考位置感测装置，以感测位于参考位置处的配重。

在下文中，将参照附图来详细地描述依据本发明一个优选实施方式的用于离心机的自动平衡转子。

图2为依据本发明一个实施方式的用于离心机的自动平衡转子的立体视图。图3为图2的自动平衡转子的分解立体视图。图4为沿图2的A-A线的转子剖视图。在附图中，作为示例而示出了一个三臂摇摆转子。如图2至4所示，依据本发明实施方式的用于离心机的自动平衡转子包括三个转臂29，所述转臂支撑多个其内容置有样品的料罐31。自动平衡转子进一步包括一个设置于各转臂29中的配重15，以补偿在离心分离过程中施加于料罐31上的不平衡的离心力，还包括有一个配重移动装置，以沿各转臂29的径向水平地移动各配重15。

在上述的构造中，通过以规则的角度间隔切割一具有预定厚度的圆板的部分而形成转臂29，从而，料罐31放置在切割部分中。在此实施方式中，转臂29的间距为120°。在各转臂29的相对的侧壁上设置有一对料罐支撑销33以可转动地支撑各料罐31。在此，通过两个相邻转臂29的配合而支撑各料罐31。

同时，在各转臂29上沿径向形成有槽29a，以在其中容置各配重15以及导引配重15的水平移动。优选地，槽29a具有长矩形孔的形状。此外，优选地，配重15具有六面体的形状以防止配重15在槽29a中滚动。内螺纹(未示)穿过各配重15的中心而形成。

各配重移动装置都具有一个设置在自动平衡转子中心部分的配重移动马达5，从而，配重移动马达5的输出轴杆竖直地设置。配重移动装置进一步具有一个轴向耦合至配重移动马达5的输出轴杆端部的蜗杆7，以及一个纵向设置在转臂29槽29a中的配重移动轴杆17。配重移动轴杆17在其外表面上具有与配重15的内螺纹相接合的外螺纹。配重移动装置进一步具有一个轴向耦合至配重移动轴杆17一端且与蜗杆7啮合的蜗轮19，以及一个止推轴承21和一个径向轴承23，这两个轴承共轴地耦合于配重移动轴杆17的相对端。

为了感测在槽29a中水平移动的各配重15的参考位置，需要一个参考位置传感器13，优选地为一个限位开关。在各槽29a中的预定位置处设置一个这种参考位置传感器13。优选地，参考位置传感器13安装至一个支撑支架11上，所述支撑支架从槽盖9向下延伸一个预定的长度。

在附图中，参考标号3和1分别地指代一个在其内支撑配重移动马达5的支撑框架、以及一个遮盖所述支撑框架3的马达盖。参考标号9指代一个遮盖各槽29a的开口上端的槽盖。参考标号25和27分别地指代用于在各槽29a中支撑各止推轴承21和各径向轴承23的轴承座。

图5为具有本发明自动平衡转子的离心机的工作电路框图。如图5所示，具有本发明自动平衡转子的离心机的电气构造包括一个键输入单元110、以及一个平衡感测单元120，所述键输入单元用于选择及输入由具有自动平衡转子的离心机所提供的各种功能，而所述平衡感测单元具有一个设置于离心机中的重量测量设备(未示)，且感测容置于料罐31中的样品重量，该料罐由转臂29支撑。离心机的电气构造还包括一显示单元130、以及一控制单元100，此显示单元在显示面板上显示与离心机操作有关的信息，所述控制单元控制离心机的整个操作。离心机的电气构造还包括一个配重移动单元150，该配重移动单元通过沿配重移动轴杆17驱动配重移动马达5而从一个初始位置移动配重15，该初始位置通过参考位置传感器13感测。离心机的电气构造还包括信号连接单元140，此信号连接单元通过驱动一个配线层连接马达170而将一个配线连接板(未示)连接至一个配线层(未示)，从而形成一个可根据由平衡感测单元120所感测到的信号而将控制指令传递至配重移动单元150的电气系统。离心机的电气构造还包括一个离心分离驱动单元160，此离心分离驱动单元通过驱动一个转子驱动马达180而转动三臂摇摆转子，此三臂摇摆转子在其内支撑有料罐31。

在上述的构造中，配重移动马达5可以步进马达的方式实施，所述的步进马达可以精确地控制其转角。选择地，配重移动马达5可以实施为伺服马达。控制单元100包括一个配重移动距离计算方程(视在下文中所公开的方程1)，其利用样品重量的差异，从而计算通过配重移动马达5的转动而沿配重移动轴杆17移动配重15的距离。

在下文中，将详细地解释具有本发明自动平衡转子的离心机的操作顺序以及操作原理。

首先，使用者在三个料罐31中放入含有样品的适配器(未示)，所述的料罐由转臂29的料罐支撑销33支撑。其后，使用者利用键输入单元110输入适合于各样品离心分离状态的控制指令。然后，控制单元100将控制指令传递到平衡感测单元120。在平衡感测单元120中，在通过向上升起料罐31而将料罐31与料罐支撑销33空间分离开后，具有重量测量传感器(未示)的重量测量设备测量容置于料罐31中的样品重量。此后，控制单元100接收到一个由平衡感测单元120所测得的有关样品重量的信号，且计算各配重15的移动距离，以补偿样品重量的不平衡。然后，控制单元100把控制指令传递至信号连接单元140，从而驱动配线层连接马达170，因此，配线连接板(未示)连接至配线层(未示)。

接下来，为了通过连接好的信号连接单元140而控制各配重移动马达5的转角——此转角与所计算出的各配重15的移动距离相对应——控制单元100首先通过信号连接单元140从各参考位置传感器13而接收到的信号确定各配重15是否放置于初始参考位置。在此，如果一个来自于参考位置传感器13的信号显示相关的配重15放置在初始参考位置处，控制单元100则通过相连的信号连接单元140把控制指令传递到配重移动单元150，以控制相关的配重移动马达5的转角。由此，配重15沿配重移动轴杆17前进计算好的距离。

另一方面，如果一个来自参考位置传感器13的信号显示相关的配重15没有放置在初始参考位置处，即，此配重已沿相关的配重移动轴杆17前进了预定的距离，控制单元100则通过相连的信号连接单元140把控制指令传递到配重移动单元150，以控制相关配重移动马达5沿需要方向的转角。然后，配重15沿配重移动轴杆17后退至初始参考位置。同时，控制单元100连续地从参考位置传感器13读取信号且确定配重15是否到达了初始参考位置。当来自参考位置传感器13的信号显示配重15到达了初始参考位置时，控制单元100立即停止已经被传递至配重移动马达5的控制信号，且反向地转动配重移动马达5，从而使配重15沿配重移动轴杆17前进计算好的距离。

如此，当配重15沿配重移动轴杆17前进了计算好的距离时，配重15可补偿其内容置有样品的料罐31之间的不平衡。由此，哪怕在自动平衡转子的转动期间，也可保持样品和配重15之间的离心力平衡。在平衡了转子以后，控制单元100将一个控制指令传递到信号连接单元140以驱动配线层连接马达170，从而将配线连接板与配线层分开。在此状态，控制单元100将一个控制指令传递至离心分离驱动单元160以驱动转子驱动马达180。然后，离心机在平衡状态下执行一个离心分离工序。同时，在离心分离的过程中，显示单元130在显示屏面上显示与当前设置以及操作状态有关的各种类型的信息。

在对上述具有本发明的自动平衡转子的离心机操作顺序以及原理的描述中，在控制单元100中，通过料罐31之间的重量差来计算各配重15的移动距离——所述料罐容置有通过重量测量设备来测量的样品——以补偿由于重量差异而引起的料罐31之间的离心力的不平衡。此配重移动距离的计算通过一个将被逐步描述的步骤而进行。首先，当转动时，各料罐31的离心力由料罐31的重量、料罐31与转子的转动轴杆之间的距离、以及设定的转动速度而决定。料罐31总离心力的矢量值通过对料罐3l的离心力矢量求和而获得。随后，通过配重15的重量、配重15与被感应的转子的转动轴杆之间的距离、以及设定的转动速度而确定各配重15的离心力。

可通过对配重15的离心力矢量求和而计算配重15总离心力的矢量值。为了平衡在离心分离过程中的离心力，必须保持料罐31的总离心力矢量与配重15的总离心力矢量之间的动态平衡，由于容置于料罐31中的样品，料罐31的总离心力矢量起到了不平衡因素的作用，而配重15的总离心力矢量补偿或抵销了料罐31的总离心力矢量。通过使用一个料罐31总离心力矢量与配重15总离心力矢量之间的动态平衡关系式而获得了各配重15沿各配重移动轴杆17移动的距离。所述的料罐31与配重15的总离心力矢量之间的动态平衡关系式如下：

[方程1]

Σ_{i = 1}^{3} m_{b, i} \overset{&OverBar;}{r_{b, i}} Ω^{2} = - Σ_{i = 1}^{3} m_{cw} \overset{&OverBar;}{r_{cw, i}} Ω^{2}

在上述方程l中，系数m_b，i以及m_cw分别指代各料罐31的重量以及各配重15的重量。系数

以及

分别指代从转子的转动轴杆分别指向料罐31质心以及配重15质心的矢量。系数Ω指代自动平衡转子的转动速度。方程1用于一个三臂转子。方程1显示：左侧，即三个容置有样品的料罐31的总离心力矢量，必须与右侧，即三个配重1的总离心力矢量相等，从而使得从理论上来说它们之间的总离心力必须为零。从方程1可获得各配重15所移动的距离

同时，在信号连接单元140中，连接至配重移动马达5以及参考位置传感器13的电路的配线层(未示)绕转子驱动马达180的输出轴杆设置。相应地，在转子驱动马达180的输出轴杆以一个适当的角度转动的状态下，配线层与配线连接板(未示)可移动地连接，在转臂29附近电线并不缠结。

在配重移动单元150中，各配重移动马达5的输出轴杆轴向地耦合至各蜗杆7，以沿相应的配重移动轴杆17移动相应的配重15。此外，蜗杆7以适当的齿轮比与相应的蜗轮19相啮合。在这种蜗杆7与蜗轮19的啮合中，蜗轮19可由蜗杆7的转动而驱动，但蜗杆7不能反过来由蜗轮19的转动而驱动。因此，哪怕转臂29高速转动，配重15也不会由于离心力而沿配重移动轴杆17不利地向外移动。

依据本发明的用于离心机的自动平衡转子并不限于上述的实施方式，且可进行各种修改而不会偏离本发明的范畴和精神。

例如，可在离心机中使用二臂摇摆转子、四臂摇摆转子或者是具有五臂或更多臂的转子，以替代在上述实施方式中所示的三臂摇摆转子。在二臂摇摆转子的情况下，转臂间隔为180°。在四臂摇摆转子的情况下，转臂间隔为90°。在这种多臂摇摆转子中，必须在转臂的槽中设置具有相同结构的配重移动单元。此外，除了蜗杆7与蜗轮19的接合之外，可通过锥齿轮或其它齿轮之间的接合来用作配重移动单元而控制配重15的移动。此外，可在配重移动单元中采用多个轴承，用于替代止推轴承21和径向轴承23支撑配重移动轴杆17，以帮助平稳地转动配重移动轴杆17，并且支承配重的离心力。可选择地，其也可以止推轴承21和径向轴承23的组合方式而实施。

Claims

1.一种用于离心机的自动平衡转子，包括：

多个转臂，其具有相等的径向长度且环绕一离心转动轴杆设置，所述转臂以规则的角向距离间隔开，多个其内容置有样品的料罐由所述的转臂支撑；

配重，其设置于各转臂中而可沿径向移动，从而在离心分离过程中补偿施加于料罐上的不平衡的离心力；以及

配重移动装置，以沿各转臂的径向水平地移动该配重。

2.如权利要求1所述的用于离心机的自动平衡转子，其中该料罐分别支撑在限定于所述转臂之间的空间中。

3.如权利要求1所述的用于离心机的自动平衡转子，其中：

每个转臂都包括一个沿径向穿过所述转臂而形成的槽，以在其中容置配重且导引配重的水平移动，

所述的配重具有穿过配重中心而形成的内螺纹，以及

所述的配重移动装置包括：一个配重移动马达；一个轴向耦合至所述配重移动马达的蜗杆；一个与所述蜗杆啮合的蜗轮；以及一个径向设置在所述转臂的槽中的配重移动轴杆，且此配重移动轴杆在其外表面上具有外螺纹以与所述配重的内螺纹相接合，所述配重移动轴杆的一端共轴地耦合到所述蜗轮。

4.如权利要求1至3中任一项所述的用于离心机的自动平衡转子，进一步包括：

设置在所述转臂的槽中预定位置处的参考位置感测装置，以感测位于参考位置处的配重。