-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge, welche einen Rotor bei hoher Geschwindigkeit umdreht, und bezieht sich insbesondere auf eine Zentrifuge, bei welcher eine Umschaltung von einer Antriebsspannung an ein Kühlaggregat (engl.: chiller) durch eine Bestimmung einer Stromversorgungsfrequenz automatisch durchgeführt wird, und auf eine Leistungssteuerungseinrichtung zum Antreiben einer Vorrichtung.
-
STAND DER TECHNIK
-
Im Stand der Technik ist eine Zentrifuge bereitgestellt, welche ein Kühlaggregat enthält, in welchem ein Kompressor, welcher unter Verwendung einer kommerziellen Stromversorgung arbeitet, eingebaut ist. Die Zentrifuge ist dazu ausgelegt, dass, wenn zentrifugal eine zu separierende Probe, welche im Rotor untergebracht ist, durch eine Rotation bei einer hohen Geschwindigkeit separiert wird, das Innere der Rotorkammer durch Betreiben eines Kühlaggregats gekühlt wird, und welche die Temperatur von der Probe auf eine gewünschte Zieltemperatur steuert, um ein Erhöhen der Temperatur von der Probe aufgrund von einer Reibungswärme zwischen der Luft in der Rotorkammer und dem Rotor zu verhindern.
-
Genauer gesagt, wird die Temperatur in der Rotorkammer unter Verwendung eines Temperatursensors abgetastet, und wird das Kühlaggregat zum Ein- oder Ausschalten gesteuert. Die Temperatur in der Rotorkammer wird derart gesteuert, dass sie nahe der gewünschten Zieltemperatur ist, während hervorgerufen wird, dass die Temperatur in der Rotorkammer durch wiederholtes Überschreiten und Unterschreiten pulsiert. Zu diesem Zeitpunkt wird, um einen Temperaturregelungsfehler zu kompensieren, ein Temperaturkorrekturwert verwendet, welcher die Differenz zwischen der Zieltemperatur, welche zuvor experimentell erlangt ist, und der Temperatur von der Probe ist, wodurch die Temperaturregelung bei einer hohen Genauigkeit unterstützt wird.
-
Einige der zuvor genannten Kühlaggregate sind dazu ausgelegt, dass deren Antriebsspannung im Hinblick darauf, ob die Stromversorgungsfrequenz gleich 50 Hz oder 60 Hz beträgt, unterschiedlich ist. Wenn ein solches Kühlaggregat übernommen wird, ist es notwendig, die Antriebsspannung, welche dem Kühlaggregat zugeführt wird, gemäß der Differenz in der Stromversorgungsfrequenz zu ändern. Beispielsweise ist es, wenn ein Kühlaggregat vorliegt, welches mit einer Antriebsspannung im Bereich von 100-V-Wechselspannung arbeitet, notwendig, eine Antriebsspannung von einer 100-V-Wechselspannung in einer Umgebung zuzuführen, wo die Wechselspannungsfrequenz gleich 50 Hz beträgt, und eine Antriebsspannung von einer 115-V-Wechselspannung in einer Umgebung zuzuführen, wo die Wechselspannungsfrequenz gleich 60 Hz beträgt.
-
In den jüngsten Jahren gibt es eine verstärkte Anforderung dahin gehend, dass die Zentrifuge den Überseestandard einhält. Viele der Kühlaggregate, welche solche Überseestandards von China, Nordamerika oder dergleichen einhalten, entsprechen nicht jenen, welche unabhängig von der Stromversorgungsfrequenz (50 Hz oder 60 Hz) mit der gleichen Spannung arbeiten, und deren Betriebsspannungen unterscheiden sich gemäß der Stromversorgungsfrequenz. Aus diesem Grund hat ein Zentrifugen-Hersteller die Arbeit zum Umschalten der Spannung gemäß dem Zielland oder der Region, genauer gesagt die Arbeit zum Umschalten der Transformator-Abzapfverbindung oder dergleichen, durchgeführt.
-
Zusätzlich gibt es bezogen auf die Stromversorgungsfrequenz einige Länder, in welchen 50 Hz und 60 Hz zusammen verwendet werden, wie zum Beispiel Japan, wobei es dort ebenfalls Fälle gibt, wo es nicht möglich ist, die Umschaltung für jedes Land automatisch durchzuführen. In diesem Fall ist der Verbindungs-Umschaltbetrieb lokal durch einen lokalen Installations-Arbeiter gemäß der Stromversorgungsfrequenz des Ortes, wo die Zentrifuge installiert wird, durchzuführen. Eine solche Arbeit ist zeitintensiv und ihr kann ein Betriebsfehler oder dergleichen innewohnen. Zusätzlich gibt es ein Problem dahin gehend, dass ein lokaler Installations-Arbeiter die Arbeit zum Umschalten der Transformator-Abzapfverbindung vergessen kann.
-
Als ein Beispiel elektrischer Vorrichtungen, bei welchen sich eine Antriebsfähigkeit gemäß der Differenz in der Stromversorgungsfrequenz unterscheidet, dient ein Kühllüfter, welcher mit einer Wechselspannung-Stromversorgung angetrieben ist. Da der Kühllüfter, welcher mit einer Wechselspannung-Stromversorgung angetrieben ist, im Hinblick darauf, ob die Stromversorgungsfrequenz gleich 50 Hz oder 60 Hz beträgt, eine unterschiedliche Drehzahl hat, sind die Luftmenge und ein Lüftergeräusch davon unterschiedlich. Aus diesem Grund ist im Japanischen Patent
JP 3 291 856 B2 , um die notwendige Luftmenge sicherzustellen oder um das Lüftergeräusch zu reduzieren, die Stromversorgungsfrequenz derart separiert, dass die an den Kühllüfter anzulegende Spannung gesteuert wird, wobei es jedoch keine Erwähnung im Hinblick auf eine Änderung der Antriebsspannung für das Kühlaggregat in der Zentrifuge gibt.
-
US 5 726 561 A betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Bereitstellung von Standard-Nennleistungen für den Betrieb von Geräten, bei denen die Stromquellen, die die Geräte mit elektrischer Energie versorgen, sowohl in der Spannung als auch in der Frequenz variieren können.
-
JP H07- 51 597 A betrifft die Steuerung eines Kühlgebläses in einer Vorrichtung, die einen rotierenden Körper mit hoher Geschwindigkeit dreht, wie z. B. einen Zentrifugalseparator.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
In den jüngsten Jahren ist ein Antriebssystem bekannt geworden, welches ein Kühlaggregat unter Verwendung von einer Konverterschaltung und/oder einer Inverterschaltung antreibt. Bei diesem System ist es vorteilhaft, dass das Kühlaggregat unabhängig von der Stromversorgungsfrequenz angetrieben werden kann, wobei es jedoch andererseits nachteilig ist, dass die Antriebsschaltung kompliziert, groß und teuer wird.
-
Andererseits wird, um eine Temperatur in der Rotorkammer von der Zentrifuge auf eine gewünschte Temperatur zu halten, eine EIN/AUS-Steuerung durchgeführt, welche das Kühlaggregat mit Unterbrechungen betreibt. Es gibt eine Befürchtung dahin gehend, dass ein mechanischer EIN/AUS-Betrieb, wie beispielsweise ein Relais, den Kontakt beschädigen kann, und dass die Lebensdauer der Zentrifuge verkürzt werden kann, da mehrere Zehnfache von Ampere eines Einschaltstroms über mehrere Zyklen hinweg fließen, wenn durch ein Einschalten des Kühlaggregats die Zentrifuge gestartet wird.
-
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der zuvor beschriebenen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe derer, eine Zentrifuge bereitzustellen, bei welcher die Verdrahtungs-Umschaltarbeit, welche durch einen lokalen Installations-Arbeiter durchgeführt wurde, ausgelassen wird, und die Umschaltung von Spannungen, welche das Kühlaggregat antreiben, automatisiert wird.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Zentrifuge, welche dazu ausgelegt ist, die Spannungsversorgung für eine frequenz- und spannungsabhängige Vorrichtung, wie beispielsweise ein Kühlaggregat oder dergleichen, unter Verwendung eines Mikrocomputers einfach umzuschalten.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung von einer Zentrifuge, welche eine Antriebsschaltung eines Kühlaggregats mit einer langen Lebensdauer hat, und deren Relais-Kontakt sogar dann nicht durchschmilzt, wenn die EIN/AUS-Steuerung des Kühlaggregats häufig durchgeführt wird, und von einer Leistungssteuerungseinrichtung zum Antreiben einer Vorrichtung.
-
Im Folgenden werden repräsentative Aspekte der Erfindung, welche in der Anmeldung der Erfindung aufgeführt sind, beschrieben.
- (1) Eine Zentrifuge enthält:
- einen Rotor, welcher dazu ausgelegt ist, eine Probe unterzubringen;
- einen Motor, welcher dazu ausgelegt ist, den Rotor drehbar anzutreiben;
- eine Trommel, welche dazu ausgelegt ist, eine Rotorkammer zu definieren, welche den Rotor unterbringt;
- ein Kühlaggregat, welches dazu ausgelegt ist, eine Temperatur der Rotorkammer durch Kühlen der Trommel auf eine gewünschte Temperatur zu halten;
- eine Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Umdrehung des Motors und einen Betrieb des Kühlaggregats zu steuern;
- einen Transformator, welcher eine Mehrzahl von Sekundärseiten-Abzapfungen enthält, und dazu ausgelegt ist, eine Wechselspannung, welche von einer Primärseite eingegeben ist, in eine Mehrzahl von Spannungen zu transformieren;
- eine Spannung-Umschalteinheit, welche dazu ausgelegt ist, mit der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen verbunden zu sein, eine jegliche aus der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen auszuwählen, und eine Ausgabe der ausgewählten Sekundärseite-Abzapfung auszugeben; und
- eine Frequenz-Bestimmungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Frequenz der Wechselspannung zu bestimmen,
- wobei die Steuereinheit die Spannung-Umschalteinheit derart steuert, dass eine der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen ausgewählt wird, welche der durch die Frequenz-Bestimmungseinheit bestimmten Frequenz entspricht.
- (2) Die Zentrifuge nach (1), wobei das Kühlaggregat dazu ausgelegt ist, in der Lage zu sein, gemäß einer Mehrzahl von Stromversorgungsfrequenzen zu arbeiten, und dessen Betriebsspannung bei jeder Stromversorgungsfrequenz unterschiedlich ist.
- (3) Die Zentrifuge nach (2), wobei die Wechselspannung, welche an den Motor und an die Steuereinheit zugeführt ist, von einer jeglichen der Sekundär-Transformator-Abzapfungen ohne eine Verwendung der Spannung-Umschalteinheit zugeführt ist.
- (4) Die Zentrifuge nach einem von (1) bis (3), wobei der Transformator ein Herabstuf-Transformator ist, welcher die Mehrzahl von Abzapfungen auf einer Primär-Wicklung und einer Sekundär-Wicklung hat.
- (5) Die Zentrifuge nach einem von (1) bis (4), wobei die Frequenz-Bestimmungseinheit umfasst:
- eine Nulldurchgang-Erfassungseinheit, welche mit jeglichen der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen des Transformators verbunden ist, und welche dazu ausgelegt ist, einen Zeitpunkt zu erfassen, bei welchem eine Ausgangsspannung des Transformators ein Potenzial von 0 V durchläuft; und
- eine Berechnungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Frequenz durch ein Messen des Intervalls des Nulldurchgang-Signals, welches von der Nulldurchgang-Erfassungseinheit ausgegeben ist, zu berechnen.
- (6) Die Zentrifuge nach (5), bei welcher
die Steuereinheit einen Mikrocomputer umfasst, welcher dazu ausgelegt ist, verschiedene Steuerungen unter Verwendung eines Computerprogramms durchzuführen, und
die Berechnungseinheit durch den Mikrocomputer implementiert ist.
- (7) Die Zentrifuge nach einem von (1) bis (6), bei welcher
die Spannung-Umschalteinheit über ein Halbleiter-Relais, welches ein Ein- und Ausschalten einer Leistung an das Kühlaggregat steuert, mit dem Kühlaggregat verbunden ist, und
die Steuereinheit EIN- und AUS-Zustände des Halbleiter-Relais steuert.
- (8) Die Zentrifuge nach (7), bei welcher das Halbleiter-Relais ein elektronisches Lastrelais (Solid-State-Relais, SSR) mit einer eingebauten Nulldurchgang-Erfassungseinheit ist.
- (9) Eine Leistungssteuerungseinrichtung zum Antreiben einer Vorrichtung, welche enthält:
- einen Transformator, welcher eine Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen umfasst und dazu ausgelegt ist, eine Wechselspannung, welche von einer Primärseite eingegeben ist, in eine Mehrzahl von Spannungen zu transformieren;
- eine Spannung-Umschalteinheit, welche dazu ausgelegt ist, mit der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen verbunden zu werden, eine jegliche der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen auszuwählen, und eine Ausgabe der ausgewählten Sekundärseite-Abzapfung an die Vorrichtung auszugeben;
- eine Frequenz-Bestimmungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Frequenz der Wechselspannung zu bestimmen; und
- eine Steuereinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Spannung-Umschalteinheit derart zu steuern, dass eine der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen ausgewählt wird, welche der durch die Frequenz-Bestimmungseinheit bestimmten Frequenz entspricht.
- (10) Die Leistungssteuerungseinrichtung nach (9), bei welcher der Transformator ein Herabstuf-Transformator ist, welcher die Mehrzahl von Abzapfungen auf einer Primär-Wicklung und einer Sekundär-Wicklung hat.
- (11) Die Leistungssteuerungseinrichtung nach (9), bei welcher die Frequenz-Bestimmungseinheit umfasst:
- eine Nulldurchgang-Erfassungseinheit, welche mit jeglichen der Mehrzahl von Sekundärseite-Abzapfungen des Transformators verbunden ist, und dazu ausgelegt ist, einen Zeitpunkt zu erfassen, bei welchem eine Ausgangsspannung des Transformators ein Potenzial von 0 V durchläuft; und
- eine Berechnungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Frequenz durch ein Messen des Intervalls des Nulldurchgang-Signals, welches von der Nulldurchgang-Erfassungseinheit ausgegeben ist, zu berechnen.
-
Gemäß einem ersten Aspekt ist es möglich, eine Zentrifuge bereitzustellen, bei welcher eine Arbeit zum lokalen Verdrahten einer Verschaltung entfällt, und eine Umschaltung von einer Spannung, welche ein Kühlaggregat antreibt, automatisiert ist, da die Zentrifuge dazu ausgelegt ist, eine Spannung-Umschalteinheit zu umfassen, welche mit einer Mehrzahl von Sekundärseite-Transformator-Abzapfungen verbunden ist, jegliche von Ausgaben der Sekundärseite-Abzapfungen auswählt, und an das Kühlaggregat ausgibt. Zusätzlich betreibt eine Steuereinheit davon die Spannung-Umschalteinheit derart, eine Sekundärseite-Abzapfung auszuwählen, welche einer Stromversorgungsfrequenz entspricht, welche unter Verwendung einer Frequenz-Bestimmungseinheit bestimmt ist, und wobei eine geeignete Spannung an das Kühlaggregat zugeführt wird.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt ist es möglich, eine Zentrifuge bereitzustellen, welche dazu in der Lage ist, automatisch eine geeignete Stromversorgungsspannung gemäß der Stromversorgungsfrequenz zuzuführen, da das Kühlaggregat dazu ausgelegt ist, in der Lage zu sein, gemäß einer Mehrzahl von Stromversorgungsfrequenzen zu arbeiten, und dessen Betriebsspannung sich bei jeder Stromversorgungsfrequenz unterscheidet.
-
Gemäß einem dritten Aspekt ist es, da eine Wechselspannung, welche einem Motor und der Steuereinheit zugeführt wird, von jeglichen der Sekundär-Transformator-Abzapfungen ohne Verwendung der Spannung-Umschalteinheit zugeführt wird, möglich, die Zentrifuge stabil zu betreiben, ohne dass sie durch temporäre Unterbrechungen beeinflusst wird, wenn die Spannung unter Verwendung der Spannung-Umschalteinheit umgeschaltet wird.
-
Gemäß einem vierten Aspekt ist es, da der Transformator ein Herabstuf-Transformator ist, welcher eine Mehrzahl von Abzapfungen auf der Primär-Wicklung und Sekundär-Wicklung hat, möglich, in Ländern adaptiert zu werden, welche eine Mehrzahl von Stromversorgungsspannungen und Stromversorgungsfrequenzen verwenden.
-
Gemäß einem fünften Aspekt ist die Steuereinheit dazu in der Lage, eine geeignete Verwaltung der Stromversorgungsspannung, welche der Stromversorgungsfrequenz entspricht, durchzuführen, da die Stromversorgungsfrequenz durch ein Messen des Intervalls des Nulldurchgang-Signals, welches von der Nulldurchgang-Erfassungseinheit ausgegeben ist, berechnet ist.
-
Gemäß einem sechsten Aspekt kann die Steuereinheit verschiedene Steuerungen unter Verwendung eines Computerprogramms durchführen, da die Steuereinheit einen Mikrocomputer enthält, und ist die Berechnungseinheit durch den Mikrocomputer implementiert.
-
Gemäß einem siebten Aspekt ist es möglich, eine Lebensdauer der Antriebsschaltung vom Kühlaggregat zu verlängern, da die Spannung-Umschalteinheit über ein Halbleiter-Relais mit dem Kühlaggregat verbunden ist, welches das Ein- oder Ausschalten einer Leistung an das Kühlaggregat entsprechend steuert, wobei das Kühlaggregat nicht direkt an einem mechanischen Kontakt, wie beispielsweise ein Relais oder dergleichen, ein- oder ausgeschaltet wird.
-
Gemäß einem achten Aspekt ist es für das Kühlaggregat möglich, beim Starten stabil zu arbeiten, und den Geräuschpegel dessen zu unterdrücken, da das Halbleiter-Relais ein elektronisches Lastrelais mit einer eingebauten Nulldurchgang-Erfassungseinheit ist, und ist es möglich, die Umschaltung auf den EIN-Zustand der Ausgangsspannung durchzuführen, wenn 0 V vorliegt, und ist der Einschaltstrom des Kühlaggregats stabil.
-
Die zuvor beschriebenen Aufgaben, weitere Aufgaben und neue Aspekte der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibungen und Zeichnungen erläutert.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
- 1 ist eine Querschnittansicht, welche einen Überblick des Gesamtaufbaus von der Zentrifuge gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Stromversorgungsschaltung der Zentrifuge 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
- 3 ist ein Umschalt-Schaltdiagramm, welches einen Aufbau der Spannung-Umschalteinheit in 2 zeigt.
- 4 ist ein Umschalt-Schaltdiagramm, welches einen Aufbau von einer Modifikation der Spannung-Umschalteinheit in 2 zeigt.
- 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Verarbeitungs-Reihenfolge einer Stromversorgungsfrequenz-Bestimmung der Zentrifuge gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
-
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Zusätzlich werden in der folgenden Zeichnung die gleichen Abschnitte durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und werden Beschreibungen davon ausgelassen. 1 ist eine Querschnittansicht, welche einen Überblick des Gesamtaufbaus von der Zentrifuge 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
Die Zentrifuge 1 ist mit einer Rotorkammer 4 im Hauptkörper bereitgestellt, und umfasst einen Encoder 11 auf der unteren Seite der Rotorkammer 4, welcher einen Motor 3 als eine Antriebsquelle und die Drehzahl des Motors 3 erfasst. Ein Rotor 2 ist an dem Spitzen-Endabschnitt von einer Ausgabewelle (Motorwelle) 13, welche sich in das Innere von einer Trommel 5 erstreckt, welche oberhalb des Motors 3 vorliegt, abnehmbar angebracht. Die Trommel 5 ist ein Behältnis von einer im Wesentlichen zylindrischen Form mit einem kreisförmigen Öffnungsabschnitt an dem oberen Abschnitt und bestimmt die Rotorkammer 4. Der Öffnungsabschnitt an der Oberseite von der Trommel 5 ist dazu ausgelegt, durch eine Klappe 12 geöffnet und geschlossen zu werden. Wenn die Zentrifuge 1 betrieben wird, wird die Klappe 12 unter Verwendung eines Verriegelungsmechanismus, welcher nicht angezeigt ist, verriegelt und abgedichtet, um sich somit nicht zu öffnen. Ein Verdampfer 9, welcher von einem Kühlaggregat 8 mittels Rohre versorgt wird, ist um den Außenumfang von der Trommel 5 gewickelt, und ist durch eine Wärmeisolation 10 abgedeckt. Ein Temperatursensor 14, welcher die Temperatur in der Rotorkammer 4 oder eine Strahlungswärme von dem Rotor 2 erfasst, ist an der Unterseite von der Rotorkammer 4 bereitgestellt. Das Kühlaggregat 8 ist hier eine elektrische Vorrichtung, welche die Temperatur von der Trommel 5 auf eine vorbestimmte Temperatur kühlt, und wird als eine Kühlmaschine oder eine Gefriermaschine bezeichnet. Der Typ des Kühlaggregats 8 kann von einem Typ sein, welcher ein Kühlmittel verwendet, bei welchem das Kühlmittel komprimiert wird, während es in einer geschlossenen Röhre zirkuliert wird, und wobei weitere Kühlaggregate verwendet werden können.
-
An der Zentrifuge 1 ist eine Bedientafel 7 bereitgestellt. Wenn sie als eine Flüssigkristallanzeige-Berührtafel eingesetzt ist, kann die Bedientafel 7 als eine Bedientafel wirken, über welche eine Vielzahl von Informationen eingeben wird, anstelle von einer Tafel, welche lediglich Informationen anzeigt. In der Zentrifuge 1 ist eine Steuervorrichtung 6 bereitgestellt. Die Steuervorrichtung 6 ist durch einen Mikrocomputer, einen Zeitnehmer, eine Speichervorrichtung oder dergleichen, welche nicht angezeigt sind, aufgebaut, und führt eine Gesamtsteuerung der Zentrifuge 1, welche eine Drehsteuerung des Motors 3 umfasst, und eine Betriebssteuerung des Kühlaggregats 8, welche die Temperatur in der Rotorkammer 4 steuert, durch. Die Steuervorrichtung 6 ist über eine Spannung-Umschalt-Steuerleitung 31 des Transformators 15, eine Steuersignal-Leitung 32 an das Kühlaggregat 8, eine Drehsteuerleitung 33 des Motors 3, eine Ausgangssignalleitung 34 vom Encoder 11, eine Ausgangssignalleitung 35 des Temperatursensors 14 und eine Eingang-Ausgang-Leitung 36 an die Bedientafel 7 mit jeder Einheit elektrisch verbunden.
-
Nachfolgend wird die Umschaltung der Antriebsspannung an das Kühlaggregat 8 gemäß der Bestimmung der Stromversorgungsfrequenz von der Zentrifuge 1 unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, welches eine Stromversorgungsschaltung der Zentrifuge 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
Wenn eine Leistungs-Codierung (nicht gezeigt), welche in der Zentrifuge 1 bereitgestellt ist, mit einem Ausgang einer kommerziellen Stromversorgung 31 verbunden wird, wird die kommerzielle Stromversorgung 30 der Primärseite des Transformators 15 eingegeben. Der Transformator 15 ist eine Vorrichtung, welche eine Wechselspannung unter Verwendung von elektromagnetischer Induktion umwandelt. Beispielsweise erzeugt der Transformator ein Magnetfeld, welches sich gemäß eines Wechselstroms der Wicklung auf der Eingabeseite (Primär-Wicklung) ändert, und wandelt das Magnetfeld durch eine Übertragung auf eine Wicklung auf der Ausgabeseite (Sekundär-Wicklung), welche durch gegenseitige Induktivität gekoppelt ist, abermals in einen Strom um. Als eine Magnetschaltung, welche durch die gegenseitige Induktivität gekoppelt ist, wird beispielsweise ein Eisenkern verwendet, und werden seitens der Sekundär-Wicklung mehrere Abzapfungen bereitgestellt, um einer Sekundär-Spannung zu entsprechen, welche eine unterschiedliche Spannung ist. Zusätzlich, im Falle des Entsprechens einer Primär-Spannung, welche eine unterschiedliche Spannung ist, ist es bevorzugt, ebenso mehrere Abzapfungen seitens der Primär-Wicklung bereitzustellen. Gemäß der Erfindung werden beispielsweise fünf Abzapfungen (Anschlüsse) von 0 V, 200 V, 208 V, 220 V, 230 V und 240 V seitens der Primär-Wicklung bereitgestellt, wobei sie jedoch nicht angezeigt sind, und werden beliebige Abzapfungen (beispielsweise Abzapfungen von 0 V und 220 V, wenn die kommerzielle Spannung gleich 220 V entspricht) gemäß der kommerziellen Stromversorgungsspannung ausgewählt. Ähnlich werden drei Abzapfungen von 0 V, 100 V und 115 V seitens der Sekundär-Wicklung bereitgestellt, und werden die Abzapfungen von 100 V und 115 V mit der Eingangsseite der Spannung-Umschalteinheit 21 verbunden.
-
Eine unterschiedliche Spannungsleitung (100 V Wechselspannung oder 115 V Wechselspannung), welche von einer unterschiedlichen Abzapfung des Transformators 15 ausgeht, ist mit der Spannung-Umschalteinheit 21 verbunden. Die Spannung-Umschalteinheit 21 wird durch einen Mikrocomputer 27 betrieben, und wählt jegliche der unterschiedlichen Spannungsleitungen aus, und gibt diese aus. Gemäß der Ausführungsform ist sie derart aufgebaut, dass lediglich jene Spannung, welche der elektrischen Vorrichtung zugeführt wird, welche von der Frequenz und Spannung abhängt, wie beispielsweise das Kühlaggregat 8, unter Verwendung der Spannung-Umschalteinheit 21 umgeschaltet wird, und wobei die Spannungsleitung mit einer weiteren elektrischen Vorrichtung (beispielsweise eine elektrische Vorrichtung, welche weder von der Frequenz noch von der Spannung abhängt, mit anderen Worten, eine elektrische Vorrichtung, welche durch eine Spannung angetrieben ist, welche weiter umgewandelt wird) von der Abzapfung von 100 V Wechselspannung anstelle über die Spannung-Umschalteinheit 21 verbunden ist. Zusätzlich wurde gemäß der Ausführungsform ein Beispiel gezeigt, bei welchem die Spannungsleitung von der Abzapfung von 100 V Wechselspannung mit der weiteren elektrischen Vorrichtung verbunden ist, wobei sie jedoch von der Abzapfung seitens der 100 V Wechselspannung vom Transformator 15 oder von einer Abzapfung einer weiteren Spannung verbunden sein kann.
-
Die Spannungsleitungen (100 V Wechselspannung und 0 V), welche vom Transformator 15 ausgegeben sind, sind mit einem AC/DC-Konverter 23, welcher eine geringe Spannung von beispielsweise 5 V Wechselspannung für den Mikrocomputer 27 erzeugt, einer Nulldurchgang-Erfassungseinheit 26 zum Bestimmen der Frequenz von der kommerziellen Spannung, und einem AC/DC-Konverter 28, welcher eine Wechselspannung für eine Inverterschaltung 29, welche den Motor 3 antreibt, erzeugt, verbunden. Die Nulldurchgang-Erfassungseinheit 26 erzeugt ein Nulldurchgang-Signal zu einem Zeitpunkt, bei welchem eine Ausgabewelle von 100 V des Transformators 15 einen Potenzialstrom von 0 V durchläuft, und überträgt das Signal an den Mikrocomputer 27. Der Mikrocomputer 27 führt eine Bestimmungsverarbeitung der Stromversorgungsfrequenz, welche später beschrieben wird, aus, und bestimmt die Stromversorgungsfrequenz unter Verwendung eines eingebetteten Zeitnehmers. Diese Bestimmung dient beispielsweise zur Unterscheidung, ob die Frequenz der kommerziellen Spannung gleich 50 Hz oder 60 Hz beträgt. Der Mikrocomputer 27 steuert die Spannung-Umschalteinheit 21 derart, dass eine geeignete Spannung, welche der Stromversorgungsfrequenz entspricht, von der bestimmten Stromversorgungsfrequenz-Information dem Kühlaggregat 8 zugeführt wird.
-
3 ist ein Schaubild von einer Umschaltvorrichtung, welches eine Ausführungsform der Spannung-Umschalteinheit 21 von der Zentrifuge 1 gemäß der Erfindung zeigt. Die Spannung-Umschalteinheit 21, wie in 3 gezeigt, ist ein c Kontakt-Typ Relais, und schaltet das Kontaktziel auf einen Kontakt (a) oder einen Kontakt (b) gemäß dem EIN- oder AUS-Zustand des Relais um. Das c Kontakt-Typ Relais widersteht kaum einem hohen Strom des Kühlaggregats oder dergleichen, und ein Typ einer hohen Kapazität davon ist groß und teuer.
-
Zusätzlich kann als ein modifiziertes Beispiel der Spannung-Umschalteinheit 21 eine in 4 gezeigte Spannung-Umschalteinheit 21a verwendet werden. Die Spannung-Umschalteinheit 21a ist mit zwei Relais (RY 1 und RY 2) von einem a Kontakt-Typ, welcher relativ kostengünstig ist, bereitgestellt, und führt die Umschaltung der Spannungen durch ein Einschalten von einem jeglichen der zwei Relais RY 1 und RY 2 unter Verwendung des Mikrocomputers 27 aus. Wenn versehentlich zwei Relais RY 1 und RY 2 zur gleichen Zeit eingeschaltet werden, tritt in der Spannung-Umschalteinheit 21a ein Kurzschluss zwischen dem Transformator 15 auf. Aus diesem Grund sind Sicherungen (F1 und F2) bereitgestellt, welche ebenso das Kühlaggregat 8 schützen.
-
Abermals Bezug nehmend auf 2, ist das Halbleiter-Relais 22, welches zwischen der Ausgabeseite von der Spannung-Umschalteinheit 21 und dem Kühlaggregat 8 angeordnet ist, eine Umschalteinheit, deren EIN- oder AUS-Zustand durch den Mikrocomputer 27 gesteuert wird, und wird beispielsweise ein elektronisches Lastrelais (SSR, Solid-State-Relais) verwendet. Es ist möglich, ein elektromagnetisches Relais zu verwenden, wobei es jedoch, da eine Verschlechterung des Kontakts verhindert werden kann, indem ein elektronisches Lastrelais verwendet wird, welches ein kontaktloses Relais ist, in welchem ein Halbleiter verwendet wird, möglich ist, dass das Relais für eine lange Zeitdauer stabil arbeitet. Das elektronische Lastrelais ist ein Halbleiter-Steuerbauteil, dessen Eingangsseite und Ausgangsseite isoliert sind, und dessen Funktion einer Übereinstimmung des EIN- oder AUS-Zustandes des Eingangs und Ausgangs unter Verwendung der Halbleitervorrichtung kontaktlos gestaltet werden kann.
-
Zusätzlich, da für gewöhnlich der Einschaltstrom des Kühlaggregats hoch ist, wird schnell ein Lärm beim Starten erzeugt. Daher ist es bevorzugt, ein elektronisches Lastrelais zu verwenden, welches eine eingebaute Nulldurchgang-Erfassungseinheit hat, welches dazu ausgelegt ist, von dem Potenzial von 0 V ausgehend eingeschaltet zu werden, ohne Verwendung eines elektronischen Lastrelais für eine Phasensteuerung. Bei dem elektronischen Lastrelais mit der eingebauten Nulldurchgang-Erfassungseinheit wird, wenn eine Eingangsspannung in der Nähe des Spitzenwertes von einer Stromversorgung-Wechselspannung angelegt wird, der Strom aufgrund eines Betriebes der Nulldurchgang-Schaltung nicht unmittelbar zu der Ausgangsschaltung fließen. Wenn die Stromversorgung-Wechselspannung auf die Nähe von 0 V abnimmt, wird ein Triac der Ausgangsschaltung von dem elektronischen Lastrelais eingeschaltet, und der Strom fließt zur Last. Auf diese Art und Weise wird bei dem elektronischen Lastrelais mit der eingebauten Nulldurchgang-Erfassungseinheit ein Umschalten auf den EIN-Zustand der Ausgangsspannung dann durchgeführt, wenn die Stromversorgung-Wechselspannung gleich 0 V beträgt, wodurch der Einschaltstrom des Kühlaggregats stabil wird, und es möglich ist, die Lebensdauer des Kühlaggregats 8 wesentlich zu verlängern, und den Lärm des Kühlaggregats beim Starten zu unterdrücken.
-
Eine der Spannungsleitungen (100 V Wechselspannung und 0 V), welche vom Transformator 15 ausgegeben werden, wird dem AC/DC-Konverter 23 eingegeben. Der AC/DC-Konverter 23 stellt die Betriebsspannung dem Mikrocomputer 27 und der weiteren Steuervorrichtung 6, der Bedientafel 7 oder dergleichen von der kommerziellen Wechselspannung-Leistung bereit. Hier ist der AC/DC-Konverter 23 mit der Vorderseite der Spannung-Umschalteinheit 21 (Eingangsseite), nicht mit der Rückseite (Ausgangsseite), verbunden, da die Ausgangsspannung von der Spannung-Umschalteinheit 21 unmittelbar abbricht, wenn die Spannung-Umschalteinheit 21 ein Umschalten durchführt, und der Betrieb des Mikrocomputers 27 aufgrund der temporären Unterbrechung beeinflusst wird. Zusätzlich, wenn eine Reserve-Stromversorgung bereitgestellt ist, welche im Mikrocomputer 27 die temporäre Unterbrechung von der Ausgangsspannung von der Spannung-Umschalteinheit 21 kompensiert, kann der AC/DC-Konverter 23 mit der Rückseite (Ausgangsseite) von der Spannung-Umschalteinheit 21 verbunden werden.
-
Die Spannungsleitungen (100 V Wechselspannung und 0 V), welche von dem Transformator 15 ausgegeben werden, werden ferner einem AC/DC-Konverter 28 eingegeben. Der AC/DC-Konverter 28 erzeugt eine Hochspannung-Gleichspannung, welche den Motor 3 antreibt, von der kommerziellen Wechselspannung-Stromversorgung, und ist mit einer Inverterschaltung 29 verbunden. Die Inverterschaltung 29 ist eine Schaltung, welche eine Antriebsspannung sequenziell einer Stator-Wicklung des Motors 3, beispielsweise ein bürstenloser Drei-Phasen-Gleichstrommotor, welcher sternverbunden ist, unter Verwendung von sechs Halbleiter-Umschaltvorrichtungen oder dergleichen zuführt. Die Inverterschaltung 29 wird durch den Mikrocomputer 27 unter Verwendung des Umdrehung-Zählsignals, welches durch den Encoder 11 erfasst wird, gesteuert. Wie zuvor beschrieben, führt der Mikrocomputer 27 die Steuerung der Drehzahl des Motors 3 durch, und führt den Betrieb der zentrifugalen Trennung der Probe im Rotor 2 durch eine vorbestimmte Drehzahl und eine vorbestimmte Zeit durch.
-
Nachfolgend wird die Reihenfolge einer Bestimmungsverarbeitung der Stromversorgungsfrequenz unter Verwendung des Ablaufdiagramms in 5 beschrieben. 5 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Bestimmungsverarbeitung der Stromversorgungsfrequenz von der Zentrifuge 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die in 5 gezeigte Reihenfolge wird ausgeführt, wenn die Leistungs-Codierung von der Zentrifuge 1 mit einem Ausgang der kommerziellen Stromversorgung verbunden wird. Wenn die Leistungs-Codierung mit dem Ausgang verbunden ist, wird eine kommerzielle Stromversorgung 30 an die Primärseite des Transformators 15 zugeführt. Bei der kommerziellen Stromversorgung 30 gibt es verschiedene Spannungen, wie beispielsweise 200 V, 208 V, 20 V, 230 V, 240 V oder dergleichen, welche gemäß dem Land oder der Region zu verwenden sind, wobei jedoch ein geeigneter Eingabe-Anschluss des Transformators durch ein Verbinden mit dem geeigneten Eingabe-Anschluss des Transformators, wenn er in der Fabrik zusammengebaut wird, oder durch einen lokalen Arbeiter, welcher die Zentrifuge 1 installiert, ausgewählt wird.
-
Wenn die kommerzielle Stromversorgung 30 der Primärseite des Transformators 15 zugeführt wird, wird eine Ausgangs-Stromversorgung, welche einem vorbestimmten Wicklungsverhältnis entspricht, der Abzapfung von 100 V oder 115 V, welche dem Sekundärseite-Anschluss des Transformators 15 entspricht, ausgegeben. Die Spannungen, welche von den Abzapfungen von 100 V und 0 V auf der Sekundärseite ausgegeben werden, werden der Nulldurchgang-Erfassungseinheit 26 eingegeben, und ein Nulldurchgang-Signal wird von der Nulldurchgang-Erfassungseinheit 26 aus einem externen Unterbrechungs-Anschluss von dem Mikrocomputer 27 eingegeben.
-
Zunächst, wenn der Stromversorgung-Ausgang verbunden ist (Schritt 101), wartet der Mikrocomputer 27 ab, bis das Nulldurchgang-Signal zehnmal eingegeben ist (Schritt 102), da ein Wechselspannung-Signal einer vorbestimmten Spannung der Nulldurchgang-Erfassungseinheit 26 eingegeben ist. Der Grund hierfür liegt darin, abzuwarten, bis eine Spannungsstörung, welche unmittelbar nach der Leistungsverbindung auftritt, verschwunden ist, und um zu überprüfen, ob das Nulldurchgang-Signal durch die Nulldurchgang-Erfassungseinheit 26 korrekt erzeugt ist oder nicht. Zur gleichen Zeit werden das Ausgangssignal (Nulldurchgang-Signal) von der Nulldurchgang-Erfassungseinheit 26 und der Zeitnehmer vom Mikrocomputer 27 unter Verwendung des Nulldurchgang-Signals synchronisiert. Ein Ausgabe-Intervall (Unterbrechungs-Intervall) des Nulldurchgang-Signals beträgt im Falle von 50 Hz gleich 10 ms, und im Falle von 60 Hz gleich 8,3 ms.
-
Danach wird eine Zeit, bei welcher das Nulldurchgang-Signal ferner 100 Mal eingeben ist, gemessen (Schritt 103). Zu diesem Zeitpunkt wird im Falle, dass ein Signal von einem Unterbrechungs-Intervall des Nulldurchgang-Signals anormal kurz ist (beispielsweise innerhalb von 5 ms), bestimmt, dass Rauschen gemischt ist, und kann das anormale Signal mit einem kurzen Intervall nicht gezählt werden. Nachfolgend wird die mittlere Zeit von einem Zyklus anhand der Zeit von einem Hundertfachen eines Nulldurchgang-Signals berechnet, und wird die mittlere Zeit in eine Frequenz umgewandelt (Schritt 104).
-
Nachfolgend wird bestimmt, dass der Wert, welcher auf die Frequenz umgewandelt ist, innerhalb von 50 ± 3 Hz ist (Schritt 105). Wenn der umwandelte Wert im Bereich von 50 ± 3 Hz ist, wird die Stromversorgungsfrequenz auf 50 Hz bestimmt (Schritt 106), und wählt der Mikrocomputer 27 die 100 V Abzapfung als die Ausgabe des Transformators 15, welche an das Kühlaggregat 8 auszugeben ist, unter Verwendung eines Signals aus, welches durch die Spannung-Umschalteinheit 21 eingestellt ist (Schritt 107). Zu diesem Zeitpunkt, da der Erdungsausgang (0 V) des Transformators 15 zuvor mit dem Kühlaggregat 8 verbunden ist, wird eine Schaltung, bei welcher die 100 V Wechselspannung dem Kühlaggregat 8 zugeführt wird, ausgebildet, wenn die 100 V Abzapfung durch die Spannung-Umschalteinheit 21 ausgewählt wird.
-
Wenn der umgewandelte Wert auf die Frequenz in Schritt 105 nicht innerhalb von 50 ± 3 Hz ist, wird bestimmt, ob er innerhalb von 60 ± 3 Hz ist oder nicht (Schritt 108). Wenn der umgewandelte Wert innerhalb von 60 ± 3 Hz, wird die Stromversorgungsfrequenz auf 60 Hz bestimmt (Schritt 109), und wählt der Mikrocomputer 27 die 115 V Abzapfung als die Ausgabe des Transformators 15, welche an das Kühlaggregat 8 auszugeben ist, unter Verwendung eines Signals, welches durch die Spannung-Umschalteinheit 21 eingestellt ist, aus (Schritt 110). Wenn in Schritt 108 der umgewandelte Wert auf die Frequenz nicht innerhalb von 60 ± 3 Hz ist, wird dieser als eine anormale Stromversorgungsfrequenz bestimmt, und wird ein Alarm ausgegeben (Schritt 111), da sie weder 50 Hz noch 60 Hz beträgt. Das Verfahren zum Ausgeben des Alarms kann verschiedene bekannte Verfahren umfassen, und kann beispielsweise eine akustische Warnung umfassen. Zusätzlich ist es bevorzugt, gleichzeitig auf der Bedientafel 7 anzuzeigen, dass „die Stromversorgungsfrequenz anormal ist“, und die Situation davon. Zusätzlich wird in Schritten 105 und 108 bestimmt, ob die gewünschte Frequenz innerhalb des Bereiches von ± 3 Hz ist oder nicht, wobei jedoch der Bereich von ± 3 Hz nicht hierauf beschränkt ist und gemäß der Spezifikation des zu verwendenden Kühlaggregats 8 und der Zentrifuge 1 beliebig eingestellt werden kann.
-
Wenn die korrekte Spannung in Schritt 107 oder 110 eingestellt ist, geht das Kühlaggregat 8 von der Zentrifuge 1 auf einen antreibbaren Zustand, das heißt ein Wartezustand, über. Da Vorrichtungen, welche sich vom Kühlaggregat 8 unterscheiden, welche nicht von der Stromversorgungsfrequenz und Stromversorgungsspannung abhängen, zuvor mit den Ausgabe-Abzapfungen (hier 100 V und 0 V) des Transformators 15 verbunden sind, ist eine Steuerung der Spannungs-Einstellung nicht notwendig. In diesem Zustand wartet der Mikrocomputer 27 auf die Einstellung und das Starten (ein Drücken der Starttaste) eines Betriebes der Zentrifugalabscheidung, welches durch einen Benutzer (ein Bediener) durchgeführt wird, ab.
-
Der Benutzer (Bediener) legt eine Probe (nicht gezeigt) in den Rotor 2 und befestigt den Rotor auf dem Spitzen-Endabschnitt der Motorwelle 13. Die Klappe 12 wird geschlossen, Parameter, wie beispielsweise die Drehzahl des Rotors 2, Zentrifugierzeit, voreingestellte Temperatur oder dergleichen, werden über die Bedientafel 7 eingegeben, und der Betrieb von der Zentrifuge wird gestartet. Die Steuervorrichtung 6 steuert die Drehzahl des Motors 3 durch ein Rückführen des Signals der durch den Encoder 11 erfassten Drehzahl auf Basis der eingegebenen Drehzahl. Zu diesem Zeitpunkt betreibt die Steuervorrichtung 6 das Kühlaggregat 8 periodisch durch Rückführen einer erfassten Temperatur des Temperatursensors 14, welcher an der Unterseite von der Rotorkammer 4, in welcher der Rotor 2 untergebracht ist, bereitgestellt ist, und durch ein Steuern des EIN- oder AUS-Zustandes des Kühlaggregats 8 unter Verwendung des Halbleiter-Relais 22, so dass die Temperatur des Rotors 2 die zuvor eingestellte Temperatur annimmt.
-
Der Kontakt von der Spannung-Umschalteinheit 21 wird durch den Mikrocomputer 27 auf eine Spannung, welche der Stromversorgungsfrequenz entspricht, umgeschaltet. Wenn das Halbleiter-Relais 22 eingeschaltet wird, wird die geeignete Spannung, welche zuvor eingestellt ist, an das Kühlaggregat 8 zugeführt, und wird der Betrieb des Kühlaggregats 8 gestartet. Auf diese Art und Weise wird der Spannung-Umschaltbetrieb von der Spannung-Umschalteinheit 21 durchgeführt, wenn sie mit dem Stromversorgung-Ausgang verbunden wird, wie in dem Ablaufdiagramm in 5 gezeigt. Die Steuerung des EIN- oder AUS-Zustandes des Kühlaggregats 8 wird unter Verwendung des Halbleiter-Relais 22 durchgeführt. Demgemäß, da der Kontaktabschnitt von der Spannung-Umschalteinheit 21 bei einem hohen Strom keinen Umschalt-Betrieb durchführt, wird die Last auf den Kontaktabschnitt von der Spannung-Umschalteinheit 21 abgebaut, und ist es nicht notwendig, sich über die Lebensdauer des Kontaktes Sorgen zu machen.
-
Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß der Ausführungsform, da die elektrische Stromversorgungsfrequenz derart bestimmt wird, dass eine geeignete Spannung an das Kühlaggregat zugeführt wird, möglich, den Verschaltungs-Betrieb der Sekundärseite-Verdrahtung des Transformators auszulassen, welcher im Stand der Technik beim Installieren in Ländern und Regionen durchgeführt wurde, und eine Zentrifuge zu realisieren, bei welcher die Umschaltung der Spannung, welche das Kühlaggregat antreibt, automatisiert ist. Zusätzlich, da bei dem Kühlaggregat angenommen wird, dass es unter Verwendung des Halbleiter-Relais angetrieben wird, ohne dass das Kühlaggregat bei einem mechanischen Kontakt, wie beispielsweise ein Relais oder dergleichen, ein- oder ausgeschaltet wird, ist es möglich, eine Zentrifuge mit einer langen Lebensdauer bereitzustellen.
-
Wie zuvor beschrieben, wurde die Erfindung, welche durch den Erfinder durchgeführt wurde, auf Basis der Ausführungsform beschrieben, wobei jedoch die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise war das Kühlaggregat bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform als eine Vorrichtung beispielhaft veranschaulicht, welche von der Frequenz und Spannung in der Zentrifuge abhängt, wobei sie jedoch nicht auf das Kühlaggregat beschränkt ist. Wenn eine weitere Vorrichtung vorliegt, welche von der Frequenz und Spannung abhängt (beispielsweise ein Wechselspannung-Lüfter oder dergleichen), kann eine Leistungssteuerungseinrichtung gemäß der Erfindung dazu ausgelegt sein, eine Spannung über die Spannung-Umschalteinheit 21 von der Leistungs-Steuereinrichtung an die Vorrichtung zuzuführen.
-
Diese Anmeldung basiert auf der Priorität der japanischen Patentanmeldung
JP 2012- 110 871 A , eingereicht am 26. November 2010, und beansprucht den Nutzen hieraus, wobei der Inhalt davon hier in seiner Gänze durch Referenznahme einbezogen ist.
