JP2004154724A

JP2004154724A - ロータ回転異常検出装置

Info

Publication number: JP2004154724A
Application number: JP2002324738A
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

Abstract

【課題】ロータ識別装置の構成部品を用いて実現できるロータ回転異常検出装置を提案し、装着されたロータ種類の識別が可能であると共に、安全性の高い遠心分離機を安価に提供すること。
【解決手段】ロータ３に配置された識別子４と、上記識別子を検出する本体側に設けられた識別子センサ６Ａと、上記ロータを回転させるモータ１の回転軸２に設けられエンコーダ７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回転異常を検出する信号処理部１５とを備え、上記信号処理部はロータの回転数と回転軸の回転数とを比較し、それらの差が所定の範囲内でない場合にロータ回転が異常であると判断してロータ回転異常検出信号を出力するロータ回転異常検出装置とした。
【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たロータの回転異常を検出するロータ回転異常検出装置に関するもので、特に、ロータ識別装置の構成部品を利用したロータ回転異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、遠心分離機は、モータの回転軸の回転数又はロータの回転数のどちらか一方のみを検出し、ロータの回転数としている。ここで、モータの回転をロータに伝えている駆動ピン等に折れが発生し、モータの回転がロータに正常に伝わらないことが生じた場合、表示されるロータの回転数と実回転数との間に差異が生じ、試料の遠心分離操作に支障をきたすと共に、ロータが空回りを始め、ロータが外れるなど大事故につながる憂いがある。
【０００３】
一方、複数の種類のロータを装着できる遠心分離機において、装着したロータの種類を識別するロータ識別装置を備えた遠心分離機が種々提案されている。
【０００４】
例えば、実開平６−４１８５２号公報には、ロータの同一円周上をｎ等分した位置の一箇所にＳ極又はＮ極の磁極を取付け、他の等分した位置の最多でｎ−１箇所に前記取付けた磁極とは反対のＮ極又はＳ極の磁極を取付けることにより固有の磁気パターンを形成し、該ロータが装着される遠心分離機本体の前記磁気パターンが形成された面と対向する位置にＳ極及びＮ極の磁極を判別する磁気センサを上記ロータに取付けられた磁極と同一円周上にｎ個等間隔に設け、該ｎ個の磁気センサにより装着された各ロータの上記固有の磁気パターンを検知し、ロータを識別するロータ識別装置が開示されている。
【０００５】
また、特開平１０−３４０２１号公報には、ロータの回転軸を中心とした同一円周上の等角間隔の格子点上に配置された識別子と、該識別子の有無を検出する識別子検出センサと、前記識別子と識別子検出センサの回転角度を検知する角度検出器と、該角度検出器の信号出力と前記識別子検出センサの信号出力から前記識別子の配置パターンを識別する制御装置を備え、前記識別子の配置パターンから表わされる識別コードは、分類コードと該分類コードから得られるチェックコードとから構成されているロータ識別装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
実開平６−４１８５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４０２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したようなロータ識別装置の構成部品を用いて実現できるロータ回転異常検出装置を提案し、装着されたロータ種類の識別が可能であると共に、ロータの空回り等の回転異常を検出し得る安全性の高い遠心分離機を安価に提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、ロータに配置された識別子と、上記識別子を検出する本体側に設けられた識別子センサと、上記ロータを回転させるモータの回転軸に設けられエンコーダと、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回転異常を検出する信号処理部とを備え、上記信号処理部は所定の時間内に上記識別子センサが上記識別子を検出する回数に基づきロータの回転数を計測することと、上記信号処理部は所定の時間内に上記エンコーダが発生する信号に基づき回転軸の回転数を計測することと、上記信号処理部は上記ロータの回転数と上記回転軸の回転数とを比較し、それらの差が所定の範囲内でない場合にロータ回転が異常であると判断してロータ回転異常検出信号を出力するロータ回転異常検出装置によって解決された。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、ロータ識別装置と構成部品を共通化した本発明に係るロータ回転異常検出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。
【００１０】
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。そして、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。
【００１１】
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。或いは、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。そして、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０１０１０１００）とコード化される。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
また、上記モータ１の回転軸２には、図１に示したようにエンコーダ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されている。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、Ｓ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。
【００２２】
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を備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
上記した識別子４、識別子センサ６Ａ，６Ｂ、エンコーダ７の構成を使用したロータ回転異常の検出は、マイクロコンピュータ１５及びそ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。
【００３０】
図１のモード選択信号が、ロータ回転異常検出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はロータ回転異常検出過程のための信号処理部として機能する。
【００３１】
例えば、ロータ回転開始直後からロータ停止過程開始前までは、上記モード選択信号をロータ回転異常検出過程とすることにより、遠心分離機の運転中の回転異常を監視することができる。
【００３２】
ロータ回転異常検出過程においては、マイクロコンピュータ１５がクロック信号により所定の時間（例えば２．５秒）内に上記第１の識別子センサ６ＡがＳ極の磁石（第１種の識別子）を検出する回数を計数する。
これにより、ロータ３の回転数が得られる。このロータ３の回転数Ｒは、Ｓ極の磁石はロータ３に一箇所しか配置されていないため、ロータ１回転毎に１カウントされ、Ｒ＝Ｐ１×２４（Ｐ１＝２．５秒当たりのＳ極信号のカウント数）で計算され、２４ｒｐｍの分解能で算出される。
【００３３】
また、マイクロコンピュータ１５はクロック信号により所定の時間（例えば２．５秒）内の上記エンコーダ７の出力パルスを計数する。
これにより、モータの回転軸２の回転数が得られる。この回転軸２の回転数Ｍは、エンコーダ７はモータ１回転毎に２４パルスの信号を発生し、２４カウントされるため、Ｍ＝Ｐ２（Ｐ２＝２．５秒当たりのパルス信号のカウント数）で計算され、１ｒｐｍの分解能で算出される。
【００３４】
ロータ３とモータの回転軸２とが正常に取り付けられた状態であれば、上記計測されたロータ回転数Ｒとモータ回転数Ｍとは一致しているはずである。
そのため、両者が不一致であれば、ロータ回転異常検出信号を出力し、モータ１の回転出力を遮断して運転を中止すると共に、使用者にブザー等で知らせる。
【００３５】
ここで、上記ロータ回転数Ｒ、或いはモータ回転数Ｍの計測誤差は当然あるため、両者が完全に一致している場合のみを本発明において「一致」していると言うのではなく、所定の範囲、例えば、上記した実施の形態においては、ロータ回転数Ｒの読み取り分解能が２４ｒｐｍであるので、計測されたロータ回転数Ｒとモータ回転数Ｍとの差がプラス／マイナス５０ｒｐｍ以上となったときに回転数不一致と判断し、マイクロコンピュータ１５はロータ回転異常検出信号を出力し、モータ１の回転出力を遮断して運転を中止すると共に、使用者にブザー等で知らせる。
【００３６】
次に、上記したロータ回転異常の検出に使用した構成をロータ識別装置として機能させる場合について説明する。
【００３７】
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。
【００３８】
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、或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。
【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】
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。
【００４２】
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。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、図７に示したように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。
【００４３】
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。
また、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。
【００４４】
以上、ロータ識別装置と構成部品の共通化を図った本発明に係るロータ回転異常検出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、上記実施の形態においては識別子は磁石であるとして説明したが、これに限らず、例えば、光学的識別子を光学的識別子センサを用いて識別する構成としても良い。例えば、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種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、上記実施の形態においては識別子センサを２つ設け、両者の識別子の認識情報を比較することにより誤認識を検出できるロータ識別装置を説明したが、これに限らず、ロータの停止状態でもロータを識別し得るように識別子と同数の識別子センサを配置したもの、逆に一つの識別子センサのみを配置したもの等であっても良い。
更に、上記実施の形態においてはモータ回転軸の回転を検出するエンコーダとしてフォトインタラプタ型エンコーダを説明したが、エンコーダ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はなく絶対位置を検出できるタイプのもの等であっても良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上、説明した本発明に係るロータ回転異常検出装置によれば、ロータ種類を識別するために設けられた構成部品を利用してロータの回転異常を検出できる装置としているため、装着されたロータ種類の識別が可能であると共に、安全性の高い遠心分離機を安価に提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータ回転異常検出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

ロータに配置された識別子と、上記識別子を検出する本体側に設けられた識別子センサと、上記ロータを回転させるモータの回転軸に設けられたエンコーダと、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回転異常を検出する信号処理部とを備え、上記信号処理部は所定の時間内に上記識別子センサが上記識別子を検出する回数に基づきロータの回転数を計測することと、上記信号処理部は所定の時間内に上記エンコーダが発生する信号に基づき回転軸の回転数を計測することと、上記信号処理部は上記ロータの回転数と上記回転軸の回転数とを比較し、それらの差が所定の範囲内でない場合にロータ回転が異常であると判断してロータ回転異常検出信号を出力することを特徴とする、ロータ回転異常検出装置。
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、上記エンコーダは上記回転軸が所定の角度を回転する毎にパルス信号を発生することと、上記識別子センサは上記識別子の特性を検出することと、上記信号処理部は所定の時間内に上記識別子センサが上記第１種の識別子を検出する回数に基づき上記ロータの回転数を計測することと、上記信号処理部は所定の時間内に上記エンコーダが発生するパルスの数に基づき上記回転軸の回転数を計測することを特徴とする、請求項１記載のロータ回転異常検出装置。
上記識別子は磁石であり、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、上記識別子センサはホール素子であることと、上記エンコーダは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フォトインタラプタ型エンコーダであることと、上記信号処理部は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２記載のロータ回転異常検出装置。