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Diese
Erfindung betrifft eine Zentrifuge, die die Funktion der Detektion
von Information über
einen in diesem befindlichen Rotor hat, gemäß den Ansprüchen 1 oder 5, sowie einen
Rotor gemäß Anspruch
6.
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Zentrifugen
umfassen Rotoren, in denen zu analysierende Proben platziert werden
können.
Die Rotoren werden mit hohen Drehzahlen rotiert. Bei den meisten
Zentrifugen sind die Rotoren austauschbar. Hinsichtlich dieser Zentrifugen
kann ein Benutzer einen Rotor von einem am besten für die zu
analysierende Probe geeigneten Typ wählen. Die maximal zulässige Umlaufgeschwindigkeit
variiert von Rotor zu Rotor.
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Im
Allgemeinen wird eine Identifikationsinformation (ID-Information)
verwendet, die die maximal zulässige
Umlaufgeschwindigkeit eines Rotors oder den Typ des Rotors darstellt.
Eine typische Drehzahlsteuerungstechnik umfasst einen Schritt, dass
ID-Information detektiert wird, einen Schritt, dass die maximal
zulässige
Umlaufgeschwindigkeit eines Rotors aus der detektierten ID-Information
abgeleitet wird, und einen Schritt, dass verhindert wird, dass die Ist-Umlaufgeschwindigkeit
des Rotors die maximal zulässige
Umlaufgeschwindigkeit übersteigt.
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Die
japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung
JP 03 34279 Y2 offenbart,
dass zwei Magnete an jedem Zentrifugenrotor vorgesehen sind. Das Winkelintervall
zwischen den beiden Magneten ist gemäß dem Rotortyp vorbestimmt.
Während
der Drehung eines Rotors in einer Zentrifuge wird das Winkelintervall
zwischen den beiden Magneten durch einen Magnetsensor gemessen,
und der Rotortyp wird auf der Grundlage des gemessenen Winkelintervalls detektiert.
Es ist bekannt, dass das Winkelintervall zwischen den beiden Magneten
gemäß der maximal zulässigen Umlaufgeschwindigkeit
des Rotors vorbestimmt ist.
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Das
U.S.-Patent Nr.
US 5,382,218
A , das der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr.
JP 06 198219 A entspricht,
offenbart, dass es an jedem Zentrifugenrotor vorgeschriebene Punkte
gibt, die in gleichen Winkelintervallen beabstandet angeordnet sind.
Ein Magnet ist an jedem der vorgeschriebenen Punkte anwesend oder
abwesend, so dass der Rotor ein vorbestimmtes Anwesenheits/Abwesenheits-Muster
von Magneten aufweist. Unterschiedliche Anwesenheits/Abwesenheits-Muster
von Magneten sind jeweils unterschiedlichen Rotortypen zugeordnet.
Die Anwesenheits/Abwesenheits-Muster der Magnete stellen einen Code
dar, der als eine ID-Information (Identifikationsinformation) über den
Rotortyp verwendet wird. Während
der Drehung eines Rotors in einer Zentrifuge wird das Anwesenheits/Abwesenheits-Muster
der Magnete an dem Rotor durch eine Vielzahl von Magnetsensoren
gemessen, und der Rotortyp wird auf der Grundlage des gemessenen
Anwesenheits/Abwesenheits-Musters der Magnete identifiziert.
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Die
Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr.
JP 07 47305 A offenbart,
dass ein Zentrifugenrotor mit einer Anordnung von einem Südpol und
höchstens
sieben Nordpolen als Rotor-ID-Information versehen ist. Ein Zentrifugenkörper weist
Magnetsensoren zum Detektieren der Magnetpolanordnung zur Identifikation
des Rotors auf.
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Das
U.S.-Patent Nr.
US 4,551,715
A ; das dem japanischen Patent mit der Veröffentlichungs-Nr.
JP 0641956 B2 entspricht,
offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen der Ist-Drehzahl und einer
maximalen Sicherheitsdrehzahl eines Zentrifugenrotors. Ein einziges
kreisförmiges
Array aus gleich beabstandet angeordneten Codierelementen von zwei
deutlich unterscheidbaren Typen ist an dem Rotor angebracht. Ein
einziger Detektor, der auf die Codierelemente anspricht, erzeugt
ein Ausgangssignal, das gemäß sowohl
der Anzahl als auch des Typs der Codierelemente variiert. Ein erstes
Schaltungsnetz spricht auf die Anzahl von Codierelementen, auf die pro
Zeiteinheit getroffen wird, ohne Rücksicht auf den Typ an, um
ein Ist-Drehzahl- oder Tachometersignal zu erzeugen. Ein zweites
Schaltungsnetz spricht auf die Anzahl von Codierelementen von jedem
Typ, auf die während
jeder Umdrehung des Rotors getroffen wird, ohne Rücksicht
auf seine Drehzahl an, um ein Rotoridentifikationssignal zu erzeugen,
das die maximale Sicherheitsdrehzahl des Rotors angibt.
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Das
U.S.-Patent Nr.
US 4,772,254
A das dem japanischen Patent mit der Veröffentlichungs-Nr.
JP 6333911 B2 entspricht,
offenbart einen Zentrifugenrotor mit einem Trägerring, an dem 24 Bohrungslöcher ausgebildet
sind, die gleichmäßig um seinen Umfang
herum in einem vorbestimmten radialen Abstand von der Drehachse
verteilt sind, um Permanentmagnete aufzu nehmen. Die Magnete sind
derart eingesetzt, dass in manchen Fällen ihre Südpole und in anderen ihre Nordpole
sich von dem Ring weg nach außen
erstrecken. Die Orientierung der Magnete und/oder ihre Anwesenheit
oder Abwesenheit erlaubt die Verwendung eines binären Codiersystems (0
oder 1), das einzigartig ist, um jeden Zentrifugenrotor zu identifizieren.
Jedes der 24 Bohrungslöchern entspricht
1 Bit. Der Anwesenheit eines Magneten in einem Bohrungsloch ist
ein Bit "1" zugewiesen, während der
Abwesenheit eines Magneten aus diesem einem Bit "0" zugewiesen
ist. Die Anordnung der 24 Bohrungslöcher ist in einen ersten, einen
zweiten, einen dritten und einen vierten Sektor unterteilt; die
jeweils 4 Bits, 7 Bits, 4 Bits bzw. 9 Bits aufweisen. Magnete in
dem ersten, dem zweiten und dem dritten Sektor weisen sich nach
außen
erstreckende Nordpole auf. Andererseits weisen Magnete in dem vierten
Sektor sich nach außen
erstreckende Südpole auf.
Die 4 Bits in dem ersten Sektor geben das Baujahr das Rotors an.
Die 7 Bits in dem zweiten Sektor geben die Seriennummer des Rotors
an. Die 4 Bits in dem dritten Sektor geben den Rotortyp an. Die
9 Bits in dem vierten Sektor geben die maximal zulässige Drehzahl
des Rotors an. In U.S.-Patent Nr
US 4,772,254 A sind die Positionen der Permanentmagnete
auf die Positionen der 24 Bohrungslöcher beschränkt. Diese Positionsbeschränkung verursacht eine
geringere Anzahl von unterschiedlichen Rotorinformationszuständen, die
durch die Orientierung der Magnete und/oder ihre Anwesenheit und
Abwesenheit dargestellt werden kann.
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Die
DE 197 06 997 A1 beschreibt
eine Laborzentrifuge, deren Rotor mit einem separaten Informationsträger ausgestattet
ist, auf welchem mehrere Magnetkörper
verteilt angeordnet sind. Wenn die Magnetkörper bei einer Drehung des
Rotors einen induktiven Übertrager
passieren, lässt
sich daraus ein definiertes Bitmuster ableiten, welches für die höchst zulässige Drehzahl
des jeweils eingesetzten Rotors repräsentativ ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Zentrifuge mit einem Rotor bereitzustellen,
der Markierungen oder Identifikationselemente aufweist, die Ro torinformation
darstellen, die zwischen vielen unterschiedlichen Zuständen verändert werden
kann.
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Dieses
Ziel wird mit einer Zentrifuge gemäß den Ansprüchen 1 oder 5 sowie einem Rotor
gemäß Anspruch
6 erreicht.
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Die
Unteransprüche
geben weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den nachfolgenden Zeichnungen
dargestellten Ausführungsform
näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 ist
eine Draufsicht einer ersten Anordnung von Magneten an einer Unterseite
eines Zentrifugenrotors bei einer Ausführungsform dieser Erfindung.
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2 ist
ein Schaubild, teilweise im Schnitt, einer Zentrifuge bei der Ausführungsform
dieser Erfindung.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines elektrischen Schaltkreises in der Zentrifuge
von 2.
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4 ist
ein Zeitablaufdiagramm eines Beispiels der Wellenform des Ausgangssignals
von dem Magnetsensor in den 2 und 3.
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5 ist
ein Schaubild der Relation zwischen einem Winkelintervall θspd der
Anzahl von unterschiedlichen ID-Informationszuständen und Kombinationen von
Winkelintervallen θ1
und θ2
bei der Ausführungsform
dieser Erfindung.
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6 ist
eine Draufsicht einer zweiten Anordnung der Magnete an der Unterseite
des Zentrifugenrotors bei der Ausführungsform dieser Erfindung.
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7 ist
ein Flussdiagramm eines Segments eines Programms für einen
Mikrocomputer in 3.
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Es
gibt eine Vielzahl von Zentrifugenrotoren, die jeweils für unterschiedliche
zu analysierende Proben konstruiert sind. Aus den Rotoren wird einer
ausgewählt,
bevor er in einer Zentrifuge platziert wird. Den Rotoren sind jeweils
unterschiedliche Wörter
eines ID-Codes (Identifikationscodes) oder unterschiedliche Zustände von
ID-Information zugeordnet. Der Typ jedes Rotors kann aus dem ID-Informationszustand
detektiert werden. Die maximal zulässige Umlaufgeschwindigkeit
variiert von Rotor zu Rotor.
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Nach 1 weist
ein Zentrifugenrotor 2 eine Unterseite 2A auf,
an der Magnete 5a, 5b, 5c und 5d nacheinander
in dieser Reihenfolge als Markierungen oder Identifikationselemente
vorgesehen sind. Die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d sind
entlang des Umfangs eines an der Unterseite 2A des Rotors 2 befindlichen
Kreises angeordnet. Mit anderen Worten sind die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d entlang
des Umfangs des gleichen Kreises angeordnet, dessen Mitte mit der
Drehachse des Rotors 2 zusammenfällt. Somit weisen die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d gleiche
radiale Positionen in Bezug auf die Drehachse des Rotors 2 auf.
Die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d sind
vom gleichen Typ. Die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d besitzen
die gleiche Polaritätsrichtung
in Bezug auf die Drehachse des Rotors 2.
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Die
Magnete 5a und 5d sind einer Angabe der maximal
zulässigen
Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 zugewiesen. Genauer
ist eine vorge schriebenen Relation ist das Winkelintervall θspd abhängig von
der maximal zulässigen
Umlaufgeschwindigkeit vorbestimmt. Die Magnete 5a, 5b und 5c sind
einer Angabe des ID-Codewortes oder des ID-Informationszustandes
des Rotors 2 zugeordnet. Genauer ist eine vorgeschriebene
Relation zwischen dem ID-Codewort (dem ID-Informationszustand),
dem Winkelintervall θ1
zwischen den Magneten 5a und 5b und dem Winkelintervall θ2 zwischen
den Magneten 5b und 5c vorgesehen. Gemäß der vorgeschriebenen Relation
sind die Winkelintervalle θ1
und θ2
abhängig
von dem ID-Codewort (dem ID-Informationszustand) vorbestimmt. Dementsprechend
bilden die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d ein
magnetisches Muster, das den ID-Informationszustand des Rotors 2 und seine
maximal zulässige
Umlaufgeschwindigkeit darstellt. Das ID-Codewort (der ID-Informationszustand) weist
vorzugsweise eine Komponente auf, die den Typ des Rotors 2 angibt.
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Nach 2 ist
ein Antriebsmotor 6 an einem Zentrifugenkörper vorgesehen
und von diesem getragen. Der Antriebsmotor 6 weist eine
Abtriebswelle 3 auf, mit der eine Krone 8 durch
einen Axialkupplungsmechanismus verbunden ist. Der Rotor 2 ist
auf der Krone 8 platziert und mit dieser verbunden. Der Rotor 2 ist
mit der Abtriebswelle 3 des Antriebsmotors 6 über die
Krone 8 gekuppelt. Deshalb kann der Motor 2 durch
den Antriebsmotor 6 gedreht werden. Der Zentrifugenkörper weist
ein schalenförmiges
Element auf, das eine Kammer 1 zur Aufnahme des Rotors 2 bildet.
Der Zentrifugenkörper
ist mit einer Tür 7 zum
selektiven Versperren und Entsperren eines oberen Endes der Rotorkammer 1 versehen.
Wie zuvor erwähnt,
sind die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d (siehe 1),
die die Markierungen oder die Identifikationselemente bilden, an
der Unterseite 2A des Rotors 2 vorgesehen. Ein
Magnetsensor 4, der in der Rotorkammer 1 platziert
und auf dem Zentrifugenkörper getragen
ist, wirkt, um die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d zu
detektieren. Somit funktioniert der Magnetsensor 4 als
ein Identifikationselemente detektierender Sensor. Der Magnetsensor 4 nimmt
eine radiale Position entsprechend der radialen Position der Magnete 5a, 5b, 5c und 5d ein.
Der Magnetsensor 4 erstreckt sich in der Nähe des Umfangs
des Kreises, entlang welchem die Magnete 5a, 5b, 5c und 5d angeordnet sind.
Außerdem
erstreckt sich der Magnetsensor 4 an einer Position direkt
unter einem Abschnitt des Umfangs des Kreises, entlang welchem die
Magnete 5a, 5b, 5c und 5d angeordnet
sind. Der Magnetsensor 4 umfasst beispielsweise ein Hall-Element.
Ein Sensor 10, der dem Antriebsmotor 6 zugeordnet
ist, detektiert die Umlaufgeschwindigkeit der Motorabtriebswelle 3,
d.h. die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, sind der Magnetsensor 4 und
der Umlaufgeschwindigkeitssensor 10 elektrisch mit einem
Mikrocomputer 9 verbunden. Der Antriebsmotor 6 ist
elektrisch mit dem Mikrocomputer 9 über einen Motorsteuerschaltkreis 13 verbunden.
Eine Betätigungseinheit 15,
die von einem Benutzer betätigt
werden kann, ist elektrisch mit dem Mikrocomputer 9 verbunden.
Ein RAM (Direktaugriffsspeicher) 11 und ein ROM (Nurlesespeicher) 12 sind
elektrisch mit dem Mikrocomputer 9 verbunden.
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Der
Mikrocomputer 9 umfasst einen Signalverarbeitungsabschnitt,
Speicher und Schnittstellen mit dem Magnetsensor 4, dem
Umlaufgeschwindigkeitssensor 10, dem Motorsteuerschaltkreis 13 und der
Betätigungseinheit 15.
Der Mikrocomputer 9 arbeitet gemäß einem in dem ROM 12 gespeicherten Programm.
Das Programm ist entworfen, um es dem Mikro computer 9 zu
ermöglichen,
die nachstehend erwähnten
Arbeitsschritte auszuführen.
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Während der
Drehung des Rotors 2 detektiert der Magnetsensor 4,
wann jeder der Magnete 5a, 5b, 5c und 5d durch
eine Position direkt über
dem Magnetsensor 4 hindurchtritt. Der Mikrocomputer 9 empfängt ein
Ausgangssignal von einem Magnetsensor 4, das die Detektion
von jedem der Magnete 5a, 5b, 5c und 5d widerspiegelt.
Der Mikrocomputer 9 verarbeitet das Ausgangssignal des
Magnetsensors 4, wodurch der ID-Informationszustand des
Rotors 2 und seine maximal zulässige Umlaufgeschwindigkeit detektiert
werden. Bevor der normale Betrieb der Zentrifuge gestartet wird,
betätigt
der Benutzer die Betätigungseinheit 15,
so dass Daten, die die gewünschten
Betriebsbedingungen der Zentrifuge und des Antriebsmotors 6 darstellen,
in den Mikrocomputer 9 eingegeben werden. Der Mikrocomputer 9 überträgt die Daten
der gewünschten
Betriebsbedingungen zum RAM 11. Während des normalen Betriebes der
Zentrifuge liest der Mikrocomputer 9 die Daten der gewünschten
Betriebsbedingungen aus dem RAM 11 aus und steuert den
Antriebsmotor 6 über den
Motorsteuerschaltkreis 13 in Abhängigkeit von den gewünschten
Betriebsbedingungen.
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Vorzugsweise
werden in den RAM 11 oder den ROM 12 zuvor Informationen
geladen, die eine Tabelle darstellen, die die Relation zwischen
den Rotortypen und den Kreisbewegungsradien der Rotoren kennzeichnet.
Der Mikrocomputer 9 leitet den Typ des Rotors 2 aus
dem detektierten ID-Informationszustand
ab. Der Mikrocomputer 9 durchsucht die Tabelle nach dem
Kreisbewegungsradius des Rotors 2, der dem abgeleiteten
Typ des Rotors 2 entspricht. Der Mikrocomputer 9 berechnet
die Fliehkraftbe schleunigung des Rotors 2 aus Parametern,
die dessen Kreisbewegungsradius umfassen.
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Der
Rotor 2 wird auf die Krone 8 gesetzt, bevor er
durch den Antriebsmotor 6 gedreht wird. Während der
Drehung des Rotors 2 detektiert der Magnetsensor 4,
wann jeder der Magnete 5a, 5b, 5c und 5d durch
die Position direkt über
dem Magnetsensor 4 hindurchtritt. Der Magnetsensor 4 informiert
den Mikrocomputer 9 über
die Detektionsergebnisse. Der Mikrocomputer 9 empfängt ein
Ausgangssignal von dem Umlaufgeschwindigkeitssensor 10,
das die Umlaufgeschwindigkeit der Abtriebswelle 3 des Antriebsmotors 6 oder
die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 darstellt. Somit
erkennt der Mikrocomputer 9 die Umlaufgeschwindigkeit des
Rotors 2.
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Wie
es in 4 gezeigt ist, weist das Ausgangssignal von dem
Magnetsensor 4 Impulse "a", "b", "c" und "d" während der
Periode "T" der Drehung des
Rotors 2 auf, das heißt
das Zeitintervall "T" von einer Umdrehung
des Rotors 2. Die Impulse "a", "b", "c" und "d" entsprechen jeweils den Magneten 5a, 5b, 5c bzw. 5d.
Der Mikrocomputer 9 detektiert die steigenden Flanken (die
voreilenden Flanken) der Impulse "a", "b", "c" und "d" in dem Ausgangssignal von dem Magnetsensor 4.
Zusätzlich
detektiert der Mikrocomputer 9 die Momente des Auftretens
der steigenden Flanken der Impulse "a", "b", "c" und "d". Der Mikrocomputer 9 berechnet
das Zeitintervall Tspd zwischen den detektierten Momenten des Auftretens
der steigenden Flanken der Impulse "a" und "d". Zusätzlich berechnet der Mikrocomputer 9 das Zeitintervall
zwischen den detektierten Momenten des Auftretens der steigenden
Flanken der beiden benachbarten Impulse "a" als
eine Angabe der Drehperiode "T". Alternativ leitet
der Mikrocomputer 9 die Drehperiode "T" aus
dem Ausgangssignal des Umlaufgeschwindigkeitssensors 10 ab.
Der Mikrocomputer 9 berechnet das Winkelintervall θspd zwischen den
Magneten 5a und 5d aus der Drehperiode "T" und dem Zeitintervall Tspd. Der Mikrocomputer 9 detektiert
die maximal zulässige
Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 aus dem berechneten
Winkelintervall θspd
gemäß einer
vorbestimmten Funktion oder einer Nachschlagetabellenprozedur. Genauer
entspricht die vorbestimmte Funktion der vorgeschriebenen Relation
zwischen der maximal zulässigen
Umlaufgeschwindigkeit und dem Winkelintervall θspd. In den RAM 11 oder
den ROM 12 können
zuvor Daten geladen werden, die eine Tabelle darstellen, die die vorgeschriebene
Relation zwischen der maximal zulässigen Umlaufgeschwindigkeit
und dem Winkelintervall θspd
kennzeichnet. In diesem Fall verwendet die Nachschlagetabellenprozedur
die Tabelle in dem RAM 11 oder dem ROM 12. Nachdem
die maximal zulässige
Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 detektiert worden ist,
begrenzt der Mikrocomputer 9 die Ist-Umlaufgeschwindigkeit
des Rotors 2 wie folgt. Der Mikrocomputer 9 detektiert
die Ist-Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2, indem auf das
Ausgangssignal von dem Umlaufgeschwindigkeitssensor 10 Bezug
genommen wird. Der Mikrocomputer 9 vergleicht die detektierte
Ist-Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 mit seiner maximal
zulässigen
Umlaufgeschwindigkeit. Der Mikrocomputer 9 steuert den
Antriebsmotor 6 über
den Motorsteuerschaltkreis 13 in Ansprechen auf das Vergleichsergebnis,
um die Ist-Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 auf innerhalb
eines Bereiches zu begrenzen, der gleich ist oder unter der maximal
zulässigen
Umlaufgeschwindigkeit liegt. In dem Fall, dass die Ist-Umlaufgeschwindigkeit
des Rotors 2 (die detektierte Umlaufgeschwindigkeit des
Rotors 2) die maximal zulässige Umlaufgeschwindigkeit übersteigt,
kann der Mikro computer 13 den Antriebsmotor 6 derart
steuern, dass sein Betrieb ausgesetzt wird.
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Der
Mikrocomputer 9 berechnet das Zeitintervall T1 zwischen
den Momenten des Auftretens der steigenden Flanken der Impulse "a" und "b".
Der Mikrocomputer 9 berechnet das Winkelintervall θ1 zwischen
den Magneten "a" und "b" aus der Drehperiode "T" und dem Zeitintervall T1. Der Mikrocomputer 9 berechnet
das Zeitintervall T2 zwischen den Momenten des Auftretens der steigenden
Flanken der Impulse "b" und "c". Der Mikrocomputer 9 berechnet das
Winkelintervall θ2
zwischen den Magneten "b" und "c" aus der Drehperiode "T" und dem Zeitintervall T2. Der Mikrocomputer 9 detektiert
das ID-Codewort (den ID-Informationszustand) des Rotors 2 aus
den berechneten Winkelintervallen θ1 und θ2 gemäß einer Tabellennachschlageprozedur.
Genauer werden in den RAM 11 oder den ROM 12 zuvor
Daten geladen, die eine Tabelle darstellen, die die vorgeschriebene
Relation zwischen dem ID-Codewort (dem ID-Informationszustand),
dem Winkelintervall θ1
und dem Winkelintervall θ2
kennzeichnet. Die Nachschlageprozedur verwendet die Tabelle in dem
RAM 11 oder dem ROM 12. Der Mikrocomputer 9 leitet
den Typ des Rotors 2 aus dem detektierten ID-Informationszustand
ab. Der Mikrocomputer 9 detektiert den Kreisbewegungsradius
des Rotors 2 aus dem Typ des Rotors 2, wie es
zuvor erwähnt
wurde. Der Mikrocomputer 9 berechnet die Fliehkraftbeschleunigung des
Rotors 2 aus Parametern, die seinen detektierten Kreisbewegungsradius
umfassen.
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Nach
den 1 und 6 ist das Winkelintervall zwischen
den Magneten 5c und 5d mit θ3 bezeichnet. Das Winkelintervall
der längeren
Seite zwischen den Magneten 5a und 5d ist mit θmgn bezeichnet.
Vorzugsweise ist das Winkelintervall zwischen zwei benachbarten
Magneten von den Magneten 5a, 5b, 5c und 5d gleich
einem ganzzahligen Vielfachen eines spezifischen Winkelintervalls θres gemäß einer Winkelintervallmessauflösung (einer
Winkelintervallmessgenauigkeit). In diesem Fall sind die Winkelintervalle θ1, θ2, θ3 und θmgn wie
folgt gegeben. θ1 = N1·θres θ2 = N2·θres θ3
= N3·θres θmgn
= N4 – θreswobei
N1, N2, N3 bzw. N4 jeweils ganze Zahlen bezeichnen.
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Vorzugsweise
ist das Winkelintervall zwischen zwei benachbarten Magneten von
den Magneten 5a, 5b, 5c und 5d gleich
oder größer als
die untere Grenze θmin
eines Winkelintervallbereiches, in dem verhindert wird, dass die
beiden Magnete aufgrund des Magnetflusskombinationseffektes als
ein Magnet detektiert werden. Vorzugsweise ist das Winkelintervall θmgn um mindestens
das Auflösungswinkelintervall θres größer als
jedes der Winkelintervalle θ1, θ2 und θ3, so dass
der Magnet 5a als ein Kopf (erster) in dem Satz der Magnete 5a, 5b, 5c und 5d detektiert
werden kann. In diesen Fällen
gibt es die folgenden Relationen. θmin ≦ θ1 ≦ θmgn – θres θmin ≦ θ2 ≦ θmgn – θres θmin ≦ θ3 ≦ θmgn – θres
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Vorzugsweise
ist das Winkelintervall θ1 gleich
oder kleiner als das Winkelintervall θ3, um eine falsche Erkennung
des Rotors 2 in dem Fall zu verhindern, dass der Rotor 2 reversiert
wird. In diesem Fall gibt es die Relation "θ1 ≦ θ3".
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In
dem Fall, dass das Winkelintervall an der unteren Grenze θmin gleich
30° ist
und das Auflösungswinkelintervall θres gleich
5° ist (θmin = 30° und θres = 5°), kann das
Winkelintervall θspd
zwischen 36 unterschiedlichen Werten verändert werden (90°, 95°, 100°, 105°, ..., 260° und 265°), wie es in 5 gezeigt
ist. Es ist anzumerken, dass das Winkelintervall θspd auf
einen Wert von größer als 180° eingestellt
werden kann. Die 36 unterschiedlichen Werte des Winkelintervalls θspd sind
jeweils 36 unterschiedlichen maximal zulässigen Umlaufgeschwindigkeiten
zugeordnet. Somit bezeichnet das detektierte Winkelintervall θspd eine
entsprechende von den 36 unterschiedlichen maximal zulässigen Umlaufgeschwindigkeiten.
Wie es in 5 für das Winkelintervall θspd von
gleich 90° gezeigt
ist, ist die Kombination der Winkelintervalle θ1 und θ2 auf einen Zustand von 30/30
(θ1/θ2 in Graden)
festgelegt. Für jeden
der anderen 35 unterschiedlichen Werte des Winkelintervalls θspd kann
die Kombination der Winkelintervalle θ1 und θ2 zwischen unterschiedlichen Zuständen verändert werden.
Die unterschiedlichen Zustände
der Kombination der Winkelintervalle θ1 bzw. θ2 sind jeweils unterschiedlichen
ID-Codeworten (unterschiedlichen ID-Informationszuständen) zugeordnet.
Somit kennzeichnet die Kombination der detektierten Winkelintervalle θ1 und θ2 entsprechende
der unterschiedlichen ID-Codeworte (der unterschiedlichen ID-Informationszustände). Beispielsweise
kann hinsichtlich des Winkelintervalls θspd von gleich 100° die Kombination
der Winkelintervalle θ1 und θ2 zwischen
einem Zustand von 30/30 (θ1/θ2 in Graden),
einem Zustand von 30/35, einem Zustand von 30/40 und einem Zustand
von 35/30 verändert werden.
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6 zeigt
eine Anordnung der Magnete 5a, 5b, 5c und 5d,
bei der die Winkelintervalle θ1, θ2, θ3, θspd und θmgn jeweils
gleich 30°,
70°, 125°, 225° bzw. 135° sind. Wie
es in 6 gezeigt ist, kann das Winkelintervall θspd auf
einen Wert von größer als 180° eingestellt
sein.
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7 ist
ein Flussdiagramm eines Segments des Programms für den Mikrocomputer 9.
Das Programmsegment in 7 wird ausgeführt, nachdem
der Antriebsmotor 6 die Drehung des Rotors 2 startet.
Das Programmsegment in 7 kann wiederholt ausgeführt werden.
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Wie
es in 7 gezeigt ist, detektiert ein erster Schritt S1
des Programmsegments die Momente des Auftretens der steigenden Flanken
der Impulse "a", "b", "c" und "d" im Ausgangssignal von dem Magnetsensor 4.
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Ein
Schritt S2, der dem Schritt S1 folgt, berechnet das Zeitintervall
Tspd zwischen den detektierten Momenten des Auftretens der steigenden Flanken
der Impulse "a" und "d".
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Ein
Schritt S3 im Anschluss an Schritt S2 berechnet das Zeitintervall
zwischen den detektierten Momenten des Auftretens der steigenden
Flanken der beiden benachbarten Impulse "a" als
eine Angabe der Drehperiode "T". Alternativ leitet
der Schritt S3 die Drehperiode "T" aus dem Ausgangssignal
des Umlaufgeschwindigkeitssensors 10 ab.
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Ein
Schritt S4, der dem Schritt S3 folgt, berechnet das Winkelintervall θspd zwischen
den Magneten 5a und 5d aus der Drehperiode "T" und dem Zeitintervall Tspd.
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Ein
Schritt S5 im Anschluss an den Schritt S4 detektiert die maximal
zulässige
Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 auf der Grundlage des
berechneten Winkelintervalls θspd.
Wie es zuvor erwähnt
wurde, wird die detektierte maximal zulässige Umlaufgeschwindigkeit
bei der Steuerung des Antriebsmotors 6 über den Motorsteuerschaltkreis 13 verwendet,
um die Ist-Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 zu begrenzen.
Deshalb wird die Ist-Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 2 in
einem Bereich gleich oder unter der detektierten maximal zulässigen Umlaufgeschwindigkeit
gehalten.
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Ein
Schritt S6, der dem Schritt S5 folgt, berechnet das Zeitintervall
T1 zwischen den detektierten Momenten des Auftretens der steigenden
Flanken der Impulse "a" und "b".
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Ein
Schritt S7 im Anschluss an den Schritt S6 berechnet das Winkelintervall θ1 zwischen
den Magneten "a" und "b" aus der Drehperiode "T" und dem Zeitintervall T1.
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Ein
Schritt S8, der dem Schritt S7 folgt, berechnet das Zeitintervall
T2 zwischen den detektierten Momenten des Auftretens der steigenden
Flanken der Impulse "b" und "c".
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Ein
Schritt S9 im Anschluss an den Schritt S8 berechnet das Winkelintervall θ2 zwischen
den Magneten "b" und "c" aus der Drehperiode "T" und dem Zeitintervall T2.
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Ein
Schritt S10, der dem Schritt S9 folgt, detektiert das ID-Codewort
(den ID-Informationszustand) des Rotors 2 auf der Grundlage
der berechneten Winkelintervalle θ1 und θ2.
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Ein
Schritt S11 im Anschluss an den Schritt S10 leitet den Typ des Rotors 2 aus
dem detektierten ID-Informationszustand ab. Der abgeleitete Rotortyp wird
beim Detektieren des Kreisbewegungsradius des Rotors 2 verwendet.
Die Fliehkraftbeschleunigung des Rotors 2 wird aus Parametern
berechnet, die seinen detektierten Kreisbewegungsradius umfassen.
Nach dem Schritt S11 endet das Programmsegment.
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Es
ist anzumerken, dass die Gesamtzahl von Magneten pro Rotor sich
von vier unterscheiden kann. Die Gesamtzahl von Magneten pro Rotor
kann gleich drei, fünf
oder mehr sein. In diesen Fällen
sind die Magnete in einem für
den Rotor besonderen Muster angeordnet. Das Winkelintervall zwischen
zweien der Magnete wird als eine Angabe der maximal zulässigen Umlaufgeschwindigkeit
des Rotors verwendet, während
die Relativpositionen der Magnete als eine Angabe der ID-Information
des Rotors verwendet werden.