JP2004154721A

JP2004154721A - ロータ識別装置

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Publication number: JP2004154721A
Application number: JP2002324611A
Authority: JP
Inventors: Takamaro Ishii; 隆麿石井; Kenji Takano; 賢治高野
Original assignee: Tomy Co Ltd
Current assignee: Tomy Co Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-08
Also published as: JP4017184B2

Abstract

【課題】ロータに多数の識別子を配置し、その配置パターンによりロータの種類を識別するロータ識別装置において、識別子センサの数を少なくすることができると共に、識別の誤動作を検出すること。
【解決手段】ロータ３に設けられた複数の識別子４と、前記識別子４を検出する第１及び第２の識別子センサ６Ａ，６Ｂと、回転軸２の回転に応じてパルス信号を発生するエンコーダ７とを備え、上記第１の識別子センサ６Ａが出力した信号と、後に第２の識別子センサ６Ｂが出力する信号とを比較し、それらが一致するとき誤動作していないと判断し、ロータの種類を識別するロータ識別装置とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心分離機に装着されるロータの種類を識別するロータ識別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心分離機は、遠心分離する試料を装着した各種のロータを高速で回転させるための装置であり、用途によってロータを頻繁に取り替えて目的に合ったロータを使用するという使われ方をする。
【０００３】
この場合の遠心分離機の制御方法としては、ロータの種類が変わればそのロータに許容された最高回転数や加速特性、減速特性などの駆動条件に合った制御を行わなければならないことから、自動的に装着したロータを識別し得る機能を有する遠心分離機とすることが望ましく、このためにロータ識別装置が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開平６−１９８２１９号公報に開示されたロータ識別装置では、ロータ軸と同心に多数の磁石を配置する。その際、磁石の有無のパターンによりロータの種類をコード化している。その磁石の有無を等間隔に配置された多数の磁石センサで検出している。
【０００５】
また、実開平６−４１８５２号公報には、やはり多数の磁気センサを配置したロータ識別装置を開示している。この発明においては、ロータ軸と同心に配置される多数の磁石の中の一つの磁石の極性を他の磁石の極性と異ならせ、該極性を異ならせた磁石を検知した磁気センサから時計回り（或いはその逆）に常に磁気センサの検出信号を並べ、磁石の有無のパターンによりコード化されたロータの種類を識別している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１９８２１９号公報
【特許文献２】
実開平６−４１８５２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−１９８２１９号公報、実開平６−４１８５２号公報に開示されたロータ識別装置では、いずれも多数の磁気センサが必要であり、費用及び実装の観点において問題がある。また多数の磁気センサの中の一つが誤作動すると、ロータ識別装置が誤った信号を出力するという問題がある。本発明は、このような問題を解決することを課題とする。
【０００８】
また、遠心分離機の停止時にモータを減速する方法として、逆転制動方式を採用することがある。逆転しているかどうかを判断できないシステムで、いったん逆転が開始すると、回転数をゼロにしようとブレーキが掛かり、さらに逆転してしまう可能性があった。このため、本発明は、逆回転の開始後、１回転以内でモータの電圧を遮断することができる、逆回転検出装置を提案することも課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、装着されるロータに回転軸を中心として同心且つ等角度間隔で設けられたｎ箇所（ｎは整数）の識別子設置位置の全部又は一部に配置された複数の識別子と、遠心分離機の本体側に設けられ、上記各識別子設置位置に識別子が存在するか否かを検出する複数の識別子センサと、上記回転軸の回転に対応する信号を発生するエンコーダと、上記識別子センサの出力信号と上記エンコーダの出力信号に基づいてロータの種類を識別する信号処理部とを備え、上記識別子の中の第１種の識別子は他の第２種の識別子の有する特性とは異なる特性を有し、上記第１種の識別子の位置を基準として残りのｎ−１箇所の設置位置における上記第２種の識別子の配置パターンによりロータの種類がコード化されることと、上記複数の識別子センサが上記回転軸を中心として同心且つ所定の角度間隔で上記本体に配置されていることと、上記信号処理部が、上記エンコーダの出力によりどの識別子設置位置が上記各識別子センサに近接しているかを判断することと、上記各識別子センサが、それに近接している識別子設置位置に識別子が存在するか否か及びその識別子の特性を検出することと、上記信号処理部が、上記一つの識別子センサが出力した信号と、後に他の識別子センサが上記所定の角度間隔に対応する時間遅れで出力する信号と比較し、それらが一致するとき誤動作していないと判断し、上記識別子センサの出力に基づき上記各識別子設置位置に上記第２種の識別子が存在するか否かにより形成されているコードを読み取り、そのコードによりロータの種類を識別するロータ識別装置によって解決された。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のロータ識別装置を備えた遠心分離機の一実施の形態を示した概念的垂直一部断面図である。この実施の形態では、識別子センサとして本発明においては必要最小限である第１と第２の二つの識別子センサを用いている。
【００１１】
この遠心分離機のモータ１の回転軸２には、ロータ３が着脱自在に装着されている。モータ１が回転軸２を介してロータ３を回転駆動し、遠心分離機として機能する。
【００１２】
上記ロータ３の底部には、上記回転軸２を中心として同心に且つ等角度間隔で、識別子４としての複数の磁石が配置されている。この識別子４としての磁石は、ロータ底面上の、回転軸２を中心とする円周をｎ（整数）等分したｎ箇所の識別子設置位置に配置されている。それらの磁石の中の一つの磁石（以下、第１種の識別子と呼ぶ）の極性は他の磁石（以下、第２種の識別子と呼ぶ）の極性とは異なる。例えば、第１種の識別子の極性だけがＳ極であり、第２種の識別子の極性はＮ極である。あるいは、その逆である。以下、その第１種の識別子の極性はＳ極であるとして説明する。この場合、本発明において言う「識別子の特性」とは、磁石がＳ極であるかＮ極であるかを意味する。
【００１３】
磁石が配置される位置がｎ箇所の場合、以下の説明で、Ｓ極の磁石が配置されている識別子設置位置を位置Ｓと呼び、Ｎ極が配置される識別子設置位置を位置Ｓの隣りから回転軸の正転方向とは逆順に位置Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｎ−１と呼ぶ。
【００１４】
図２は、識別子４の配置の一例を示す。この例では回転軸２を中心とする円周上の４５度間隔の８箇所（ｎ＝８）の位置に、４個の磁石が配置されている。位置Ｓの磁石の極性はＳ極であり、この配置例では、位置Ｎ１、Ｎ３、Ｎ５にＮ極の磁石が配置され、位置Ｎ２、Ｎ４、Ｎ６、Ｎ７には磁石が配置されていない。この例では、Ｎ極の磁石の数は最小ゼロ個から最大７個である。本実施の形態においては、これらのＮ極の磁石の存在の有無の配置によってロータの種類が２進数でコード化される。例えば図２の配置の場合は１０１０１００（或いは０１００１０１００）とコード化される。
【００１５】
各位置Ｓ，Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎ７に識別子４としての磁石が存在するか否かを検出する識別基板５が、遠心分離機の本体側、即ちモータ１が取り付けられている側に、上記回転軸２を中心として同心に、上記複数の識別子４と対向する位置に設けられている。識別基板５には、第１と第２の識別子センサ６Ａ，６Ｂが設けられている。この識別子センサ６Ａ，６Ｂはホール素子で実現することが好ましい。しかし他の磁気センサ、例えば、電磁誘導による磁気センサ等で実現することも可能である。
【００１６】
図３は、識別基板５の上面図である。識別基板５には、第１と第２の識別子センサ６Ａ、６Ｂとしての二つのホール素子が、回転軸２を中心として同心に４５度の角度間隔で配置されている。以下、回転軸２の正転方向に関して上流側に第１の識別子センサ６Ａが配置されているとして説明する。即ち、回転軸２が正転している場合、ロータ３上の各識別子４は第１の識別子センサ６Ａに検出されてからロータ３が４５度だけ回転したときに第２の識別子センサ６Ｂで検出されるように配置されている。
【００１７】
一般に、ロータ３の識別子設置位置の角度間隔と、上記第１と第２の識別子センサ６Ａ，６Ｂの角度間隔は、等しいことが好ましい。しかし等しいことは必要条件ではない。等しくなければ、信号処理が複雑になるだけである。
【００１８】
また、上記モータ１の回転軸２には、エンコーダ７が取り付けられていて、回転軸２の回転に応じてパルス信号を発生する。このエンコーダ７はフォトインタラプタ型エンコーダで実現することが好ましい。しかし、エンコーダ７はこの型のものに限らず、スリット幅が異なるスリット列の複数の組を用いて回転角の相対位置でなく絶対位置を検出できるタイプのものを用いても実現できる。
【００１９】
図４は、フォトインタラプタ型エンコーダ７の一例の概念図である。また図５は、このフォトインタラプタ型エンコーダ７に使用される円板８の一例の上面図である。
【００２０】
フォトインタラプタ型エンコーダ７においては、円板８に半径方向に延在するスリット９を等角度間隔で配置したものを、上記モータ１の回転軸２に取り付け、その円板８の一方側に発光素子１０を設け、他方の側に受光素子１１を設け、上記回転軸２の回転に応じて発光素子１０からの光が上記スリット９によって断続されることを上記受光素子１１で検出してパルス信号を発生する。
【００２１】
この例では、半径方向に延在する２４本のスリット９が回転軸２を中心として等角度間隔で配置されている。この場合、エンコーダ７は、回転軸２の１５度の回転毎にパルス信号を発生する。
【００２２】
ロータ３にｎ個の識別子設置位置が設けられているとき、エンコーダ７は回転軸２が一回転する毎に発生するパルスの数ｍは、ｍ＝ｎの整数（ｋ）倍であることが好ましい。すなわち、円板８のスリット９の角度間隔の整数倍が、ロータ３の識別子設置位置の角度間隔になるように角度間隔を設定することが好ましい。しかしこれは必要条件ではない。そうでなければ、信号処理が複雑になるだけである。この実施例では、ｎ＝８、ｋ＝３、ｍ＝２４である。
【００２３】
またこの例では、発光素子１０としてＬＥＤを、受光素子１１としてフォトトランジスタを採用している。発光素子１０と受光素子１１の間に上記円板８を配置し、円板８のスリット９による光伝達の断続を検出し、回転軸２の回転に応じてパルス信号１２を発生している。
【００２４】
本発明の好ましい実施例では、上記パルス信号１２の立ち上がりエッジにおいて、ロータ識別過程が開始する。しかし、他の時点、例えば立下りエッジで開始させることも可能である。
【００２５】
識別子センサ６Ａ，６Ｂとしてホール素子を採用したとき、ホール素子の近傍をＮ極の磁石が通過する場合と０Ｓ極の磁石が通過する場合では、互いに逆極性の信号をホール素子が出力する。
【００２６】
図６の（ａ）はホール素子を用いる識別子センサ６Ａ，６Ｂのブロックダイアグラムである。識別子センサ６Ａ，６Ｂの各々はホール素子と第１と第２の比較器１３Ａ，１３Ｂを備える。
【００２７】
図６の（ｂ）は、ホール素子の近傍をＳ極の磁石が通過するときとＮ極の磁石が通過する時の、ホール素子の出力の概念的波形である。ある正の閾値１４Ｓを超える正の信号が現れると、第１の比較器１３ＡがＳ極が存在すると判断し、図６の（ｃ）のようにＳ極検出信号Ｓを発生し、ある負の閾値１４Ｎを超える負の信号が現れると、第２の比較器１３ＢがＮ極が存在すると判断し、図６の（ｄ）のようにＮ極検出信号Ｎを発生する。
【００２８】
図７は、図２のように識別子４がロータ３に配置され、図３のように第１と第２の識別センサ６Ａ、６Ｂが識別基板５に配置され、図５のように２４本のスリット９が円板８に配置されている場合に、回転軸２が一回転する時の、上記エンコーダ７と、識別子センサ６Ａ、６Ｂの出力波形ＳとＮを概念的に示す。
【００２９】
エンコーダ７は回転軸２の一回転毎に２４個のパルスを発生する。即ち、回転軸２の１５度の回転毎に１個のパルスを発生する。
【００３０】
ホール素子である第１の識別子センサ６Ａは、回転軸２の一回転毎に一回だけＳ極の磁石が近傍に接近するので、それを検出し保存し出力する。即ち、位置Ｓが第１の識別子センサ６Ａに近接すると、Ｓ極の磁石の存在を検出し出力する。位置Ｓは、ロータ識別用の２進数コードの基準の位置となる。
【００３１】
同様に、ホール素子である第２の識別子センサ６Ｂも、回転軸２の一回転毎に一回だけＳ極の磁石が近傍に存在することを検出し出力する。即ち、位置Ｓが第２の識別子センサ６Ｂに近接すると、Ｓ極の磁石の存在を検出し出力する。
【００３２】
第１の識別子センサ６Ａは、Ｎ極の磁石が近傍に存在することも検出する。図２の例では、位置Ｎ１、Ｎ３、Ｎ５が識別子センサ６Ａの近傍に近接するとＮ極検出信号Ｎを発生する。また、第２の識別子センサ６Ｂも、Ｎ極の磁石が近傍に存在することも検出しＮ極検出信号Ｎを発生する。図２の例では、位置Ｎ１、Ｎ３、Ｎ５が識別子センサ６Ａ，６Ｂの近傍に近接すると信号Ｎを発生する。しかし、位置Ｎ２、Ｎ４、Ｎ６、Ｎ７が識別子センサ６Ａ，６Ｂの近傍に近接しても信号Ｎを発生しない。
【００３３】
第２の識別子センサ６Ｂと第１の識別子センサ６Ａは４５度の角度間隔で配置されているので、これらの第１と第２の識別子センサ６Ａ、６Ｂが正常に動作していると、それらの出力は波形は同じであり、検出時刻に時間差があるだけである。
【００３４】
エンコーダ７の出力パルスは回転軸２の１５度の回転毎に発生し、第１の識別子センサ６Ａと第２の識別子センサ６Ｂは４５度の角度間隔があるので、第１と第２の識別子センサ６Ａ、６Ｂが正常に動作していると、検出時刻にエンコーダ７の出力パルス３個分の位相差がある。
【００３５】
ロータ３の種類の識別はマイクロコンピュータ１５及びそれの制御プログラムを含む信号処理部において、次のようにして行われる。
【００３６】
図１のモード選択信号が、ロータ識別過程を選択しているとする。この場合マイクロコンピュータ１５はロータ識別のための信号処理部として機能する。
【００３７】
例えば、ロータ３を手動で回転する場合、ロータ識別スイッチを押す場合、あるいはロータ回転開始直後にロータ識別過程が選択される。
【００３８】
エンコーダ７の出力パルスがマイクロコンピュータ１５のＩ／Ｏインターフェースに送られ、出力パルスの立ち上がりエッジで割り込み信号が発生する。マイクロコンピュータ１５から割り込み許可信号が出力されていると、割り込み信号によりロータ識別過程が開始する。
【００３９】
ロータ識別過程が開始すると、第１の識別子センサ６ＡがＳ極の磁石（第１種の識別子）の存在を検出するまで待つ。即ち、第１の識別子センサ６ＡがＳ極の存在を検出しないと、直ちにロータ識別過程は終了し、次の割り込み信号の発生を待つ。第１の識別子センサ６ＡがＳ極の存在を検出すると、ロータ識別過程が進行する。
【００４０】
第１の識別子センサ６ＡがＳ極の存在を検出してからエンコーダ７の出力パルス３個毎に識別子センサ６Ａの出力を保存する。この時点で、次の識別子設置位置が識別子センサに接近するからである。
【００４１】
一般的には、識別子を設置可能な等角度間隔に設けられた位置の数がｎ、回転軸２が一回転する時のエンコーダ７の出力パルスの数がｍである場合、ｋ＝ｍ÷ｎとするとき、第１の識別子センサ６ＡがＳ極の存在を検出してからエンコーダ７の出力パルスｋ個毎に識別子センサ６Ａの出力を保存する。
【００４２】
図７は、図２、図３、図５の場合の、ロータ識別過程における、エンコーダ７の出力、第１の識別子センサ６ＡのＳ極検出信号ＳとＮ極検出信号Ｎと、第２の識別子センサ６ＢのＳ極検出信号ＳとＮ極検出信号Ｎと、得られる識別コードを示す。
【００４３】
第１の識別子センサ６ＡがＳ極の存在を検出してからエンコーダ７の出力パルス３個毎に、第２の識別子センサ６Ｂの今回の出力と第１の識別子センサ６Ａの前回の出力が比較される。即ち、第１の識別子センサ６Ａの出力は、エンコーダ７の出力パルス３個分の時間遅れで出力される第２の識別子センサ６Ｂの出力と比較される。両者が一致しないときは、誤動作していると判断して、ロータ識別過程は終了する。両者が一致するときは、誤動作していないと判断して、第２種の識別子（Ｎ極磁石）の存在の有無に関する第２の識別子センサ６Ｂの出力を識別コードの一つのビット信号としてセットする。
【００４４】
この過程を全ての識別子設置位置について行い２進数コードが得られる。ロータ３にｎ個の識別子設置位置が設けられ、第２種の識別子は最大（ｎ−１）個設けることができる場合、（ｎ−１）ビットの２進数コードが得られる。この実施例ではｎ＝８であるので、７ビットの２進数コードが得られる。これは、図７に示すように、第１ビットが常に０である８ビットの２進数コードとも言える。
【００４５】
一旦、上記２進数コードが得られると、その旨の信号を発生し、再びロータ識別過程が開始しないようにすることが好ましい。
【００４６】
例えば、図２、図３、図５の例においては、位置ＳにはＳ極の磁石が、位置Ｎ１，Ｎ３，Ｎ５にはＮ極の磁石が配置されて、位置Ｎ２，Ｎ４，Ｎ６，Ｎ７には磁石が配置されていないので、２進数コード１０１０１００（或いは、０１０１０１００）がセットされる。１６進数では５４となる。Ｓ極の位置は信号の頭出しとして機能している。
【００４７】
ロータ３の特性についての２進数コードが得られると、そのコードに対応してメモリの所定位置からそのロータ３の特性等の制御パラメータを呼び出し、遠心分離機をそのパラメータに従って制御するために使うことができる。
【００４８】
ロータ３を停止させるとき、図１のモード選択信号がロータ逆転検出過程を選択する。このとき図１のマイクロコンピュータ１５は、ロータ逆転検出過程のための信号処理部として機能する。
【００４９】
図１から図７までの実施の形態をロータ逆転検出装置として機能させる場合は、第２の識別子センサ６Ｂが第１種の識別子（Ｓ極の磁石）を検出してから、エンコーダ７が３パルスを出力するだけの時間遅れで第１の識別子センサ６Ａが該第１種の識別子を検出するか否かを信号処理部（マイクロコンピュータ）が判断し、検出した場合には、ロータ３が逆転していると判断し、ロータ逆転信号を発生する。そして、ロータ逆転信号が発生すると、モータ１の出力電圧をゼロにする。
【００５０】
以上、本発明にかかるロータ識別装置の実施の形態を説明したが、本発明は何ら既述の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。
例えば、上記実施の形態の識別子は磁石であるとして説明してきたが、これに限らない。例えば、光学的識別子及び光学的センサを用いて実現することもできる。即ち、第１種の識別子を赤印、第２種の識別子が存在することを青印、第２の識別子が存在しないことを白印として実現することもできる。
また、識別子センサの数は上記した実施の形態の如く第１と第２の二つの識別子センサを用いた場合に限らず、例えば３つ用い、その３つの識別センサの識別情報を比較するものとしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明した請求項１の本発明によると、ロータ識別装置を最小限２個の識別子センサで実現でき、また、この複数の識別子センサの出力結果が一致するか否かによって誤動作しているか否かを判断しているので、少ない識別子センサでありながら誤作動を回避できるロータ識別装置となる。
【００５２】
また、請求項２の本発明によると、回転軸の回転速度に関係なく、識別子（磁石）の存在及びその極性（Ｓ極又はＮ極）を検出できるので、回転軸を手で回しても、あるいはモータで低速又は高速で回転させても動作させることができるロータ識別装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータ識別装置を備える遠心分離機の概念的垂直断面図である。
【図２】ロータに配置された識別子の配置の一例を示した図である。
【図３】識別基板に配置された識別子センサの配置の一例を示した図である。
【図４】フォトインタラプタ型エンコーダの一例を示した概念図である。
【図５】フォトインタラプタ型エンコーダに使用される円板のスリットの配置の一例を示した図である。
【図６】ホール素子の出力の概念的波形などを示した図である。
【図７】回転軸が一回転する時のエンコーダ、第１，第２の識別子センサの各々の出力波形を概念的に示した図である。
【符号の説明】
１モータ
２回転軸
３ロータ
４識別子
５識別基板
６Ａ，６Ｂ識別子センサ
７エンコーダ
８円板
９スリット
１０発光素子
１１受光素子
１２パルス
１３Ａ１３Ｂ比較器
１４Ｓ１４Ｎ閾値
１５マイクロコンピュータ

Claims

複数種のロータを交換可能に装着できる遠心分離機のロータの種類を識別するロータ識別装置において、装着されるロータに回転軸を中心として同心且つ等角度間隔で設けられたｎ箇所（ｎは整数）の識別子設置位置の全部又は一部に配置された複数の識別子と、上記遠心分離機の本体側に設けられ、上記各識別子設置位置に識別子が存在するか否かを検出する複数の識別子センサと、上記回転軸の回転に対応する信号を発生するエンコーダと、上記識別子センサの出力信号と上記エンコーダの出力信号に基づいてロータの種類を識別する信号処理部とを備え、上記識別子の中の第１種の識別子は他の第２種の識別子の有する特性とは異なる特性を有し、上記第１種の識別子の位置を基準として残りのｎ−１箇所の設置位置における上記第２種の識別子の配置パターンによりロータの種類がコード化されることと、上記複数の識別子センサが上記回転軸を中心として同心且つ所定の角度間隔で上記本体に配置されていることと、上記信号処理部が、上記エンコーダの出力によりどの識別子設置位置が上記各識別子センサに近接しているかを判断することと、上記各識別子センサが、それに近接している識別子設置位置に識別子が存在するか否か及びその識別子の特性を検出することと、上記信号処理部が、上記一つの識別子センサが出力した信号と、後に他の識別子センサが上記所定の角度間隔に対応する時間遅れで出力する信号と比較し、それらが一致するとき誤動作していないと判断し、上記識別子センサの出力に基づき上記各識別子設置位置に上記第２種の識別子が存在するか否かにより形成されているコードを読み取り、そのコードによりロータの種類を識別することを特徴とするロータ識別装置。
上記複数の識別子センサが第１と第２の二つの識別子センサであり、上記複数の識別子が磁石であり、上記第１種の識別子はＳ極（又はＮ極）が上記識別子センサに対向している磁石であり、上記第２種の識別子はＮ極（又はＳ極）が上記識別子センサに対向している磁石であることと、上記識別子センサがホール素子であることと、上記エンコーダが発光部と受光部及び該発光部と該受光部の間に配置され上記回転軸と共に回転するスリット付き円板を備え該スリットにより光が断続することによりパルス信号を発生する光インタラプタ型エンコーダであることと、上記信号処理部がマイクロコンピュータ及びその制御プログラムを備えることを特徴とする、請求項１記載のロータ識別装置。