JP2006198564A

JP2006198564A - 遠心分離機

Info

Publication number: JP2006198564A
Application number: JP2005014931A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahashi; 広之高橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US7288060B2; CN1810382A; CN100460080C; US20060166801A1; DE102006003169A1

Abstract

【課題】本発明の目的は、コスト高の絶縁トランスの使用やモータの二重絶縁構造または強化絶縁構造の使用をすることなく、設置設備の有無に関わらず、比較的簡単な構成により感電防止手段の二重化と漏洩電流の低減を図った遠心分離機を提供することにある。
【解決手段】電気的に導通または非導通する開閉装置７を、制御装置６１のモータ駆動回路６１ａとモータ巻線５ｃとの間の駆動電源供給線路Ｌ中に電気的接続し、ドア３が開放されているときに開閉装置７を非導通とするように制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心分離機の電気的安全性を確保するための構造に関するものである。

遠心分離機は、分離すべき試料をチューブやボトルを介して保持させたロータをロータ室（回転室）の中に収容し、ドアによってロータ室の開口部を密閉した状態で、モータ等の駆動装置によって、ロータを高速に回転させることによって、ロータに保持された試料の分離、精製等を行うものである。ロータの回転速度は用途によって異なり、最高回転速度が数千回転（ｒｐｍ）程度の比較的低速のものから、最高回転速度が１５万回転（ｒｐｍ）程度の高速のものまで、幅広い回転速度をもつ製品群が一般に提供されている。

周知の遠心分離機の構成図を図６に示す。遠心分離機は、回転駆動源であるモータ５ａを内蔵するモータのハウジング（筐体）５と、モータ５ａに回転可能に接続された回転軸（シャフト）５ｂと、回転軸５ｂに固定され、分離する試料を保持するロータ１と、ロータ１を収容し、上面に開口部２ａを有するロータ室２と、ロータ室２の開口部２ａに開閉自在に設けられたドア３と、ドア３の開閉を制限するドアロック機構４と、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器１２と、モータ５ａ及びドアロック機構４を制御する制御装置６０とを備え、モータハウジング５、ロータ室２、ドアロック機構４、及び制御装置６０は筐体（フレーム）１０に収納されている。

かかる遠心分離機において、ロータ室２のドア３を開けたときに、モータ５ａの回転軸５ｂや、回転軸５ｂと電気的に導通しているロータ１に使用者が接触することがある。このため、一般にモータ５ａの巻線と回転軸５ｂの間に電気的な絶縁層を施して感電を防止することが行われている。

更に、万が一そのような絶縁層が絶縁破壊しても回転軸５ｂに電圧を発生させないために、シャフト５ｂと電気的に導通しているモータ５ａのハウジング５を電気的に接地接続線８により接地することで、感電防止手段を二重化している。通常、遠心分離機の筐体１０は接地接続線９に接続されているので、モータハウジング５の接地接続線８は、モータハウジング５の付近に位置する遠心分離機の筐体１０の一部に電気的接続することが行われている。なお、遠心分離機の漏洩電流は、ＪＩＳ（日本工業規格）やＩＥＣ（国際電気標準会議）などで規定された安全規格により、人体に重大な影響を及ぼさない所定の漏洩電流以下（例えば、３．５ｍＡ以下）に制限され、更に使用者が接触する可能性のある遠心分離機の部材に対しては複数の感電防止手段を設置することが義務付けられている。感電防止手段として絶縁を使用する場合は、その絶縁部に高い耐電圧（例えば１３００V以上）を有することも規定されている。

しかしながら、遠心分離機の使用状態によっては、使用者が接地設備がない環境で使用する場合もあり得る。この場合、上記した接地による感電防止手段が採用できなくなるので、感電防止手段の他の一般的なものとして、図５に示すように、絶縁トランス１３の使用が行われ、安全性を確保している。更に他の安全性を確保する手段として、モータの筐体自体を巻線に対して絶縁層で二重絶縁または強化絶縁する方法も行われる場合がある。

なお、上記従来技術に関し、モータの回転子巻線と回転軸の間に電気的な絶縁層を施して感電を防止する技術、またはモータの筐体も絶縁物で構成した、所謂、二重絶縁の技術が下記特許文献１に示されている。また、絶縁トランスによる漏洩電流の防止技術に関しては、下記特許文献２に示されている。更に、遠心分離機において、モータの回転軸に取付けられる遠心分離用ロータを絶縁物で構成することによって、使用者がロータ等へ触れた場合の安全性を確保する技術が下記特許文献３に示されている。

実公昭６０−２０７５３号公報特開平９−１８７４２８号公報特開２００１−８７６７７号公報

しかしながら、上述した絶縁トランス１３を使用した構造、及びモータ５ａの二重絶縁または強化絶縁した構造は、接地接続線９をアース接続しない場合に有利であるが、その構造上、コスト増加を招くという問題がある。また、上記特許文献３に記載された技術では、ロータの加工材料が絶縁物という制約があり、一般に使用されている金属材料のロータを遠心分離機本体に組合せることが困難となる。

更に、上記した絶縁トランスの追加や、モータの二重絶縁または強化絶縁を行うにあたっては、単に感電防止手段の複数化にとどまらず、それら絶縁部に生じる浮遊容量（ストレイ容量）を介した漏洩電流（使用者が接触したときに使用者の体を流れる電流）を上記安全規格で規定された漏洩電流値以下に制限するための更なる対策を行っている。

従って、本発明の目的は、上記したコスト高の絶縁トランスの使用やモータの二重絶縁構造または強化絶縁構造の使用をすることなく、また漏洩電流を低減するための更なる対策をすることもなく、比較的簡単な構成により漏洩電流の低減と感電防止手段の二重化を図った遠心分離機を提供することにある。

本発明の上記目的及び更に他の目的、ならびに新規な特徴は、以下の本明細書の記述及び添付図面より更に明らかにされる。

本願発明者は、次のような遠心分離機の特殊性について着眼し発明を構成した。すなわち、遠心分離機は、通常、運転時の万が一の機械的な破損等に対する安全確保のために、運転中はロータ室のドアをロックしてドアが開かないように構成される。従って、遠心分離機の使用者は、ドアの閉塞によって運転中のモータの回転軸やロータに接触することができないので、モータまたはロータへの接触による感電を防止することができる。これによって、運転中において、モータハウジングに感電防止手段が講じられたことになる。一方、遠心分離機が停止しているときは、使用者がドアを開けてロータなどに接触することができるので、電気的な安全確保のために二重絶縁や強化絶縁構造を持たないモータハウジングにおいては接地接続が必要となる。しかし、停止中は、モータを回転させる必要がないので、モータ駆動回路を電源から切り離すことによって感電防止手段とすることができる。従って、運転中、停止中のどちらの場合にも、モータの巻線と回転軸の間に設けられている絶縁構造と併せて複数の感電防止手段を実現することができる。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、以下のとおりである。

（１）本発明の遠心分離機に従えば、回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記モータを制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、前記ドアロック機構、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体とを有する遠心分離機において、電気的に導通または非導通する開閉装置が、前記制御装置と前記モータとを接続するモータ駆動電源の線路中に電気的接続され、前記ドアロック機構が前記ドアをロックしていないときに該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする。

（２）上記（１）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記ドアロック機構が前記ドアをロックしていないときに、前記開閉装置を非道通とすることを特徴とする。

（３）本発明の遠心分離機に従えば、回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器と、前記モータを制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体とを有する遠心分離機において、電気的に導通または非導通する開閉装置が、前記制御装置と前記モータとを接続するモータ駆動電源の線路中に電気的接続され、前記ドアが開放されているときに該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする。

（４）上記（３）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記ドア開閉検出器が前記ドアの開放を検出しているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする。

（５）上記（１）乃至（４）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記制御装置が前記モータを制御していないときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする。

（６）上記（１）乃至（５）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記開閉装置は電磁開閉器であることを特徴とする。

（７）上記（１）乃至（６）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記モータハウジングは前記筐体から電気的に分離されて、該筐体内に収納されていることを特徴とする。

（８）上記（１）乃至（７）項の本発明の遠心分離機に従えば、前記ロータは金属材料で形成されていることを特徴とする。

上記（１）に述べたような本発明の構成によれば、電気的に導通または非導通する開閉装置が前記制御装置と前記モータとを接続するモータ駆動電源の線路中に電気的接続され、遠心分離機のドアが開放されて、使用者がロータやモータ回転軸に接触可能な状態にあるときは、該開閉装置を非導通とすることにより、モータの絶縁と併せた感電防止手段の二重化を図ることができるので、従来のような絶縁トランスの追加や、モータの二重絶縁または強化絶縁を不要とし、簡単な構成でコスト低廉な遠心分離機を提供することができる。一方、モータを運転するときは該開閉装置を導通とするが、遠心分離機のドアが閉塞され使用者がロータやモータ回転軸に接触できないように該ドアをロックすることを以って、モータの絶縁と併せた感電防止手段の二重化を図ることができる。

また、上記（６）に述べたような本発明によれば、開閉装置として特に電磁開閉器を用いているので、その電磁開閉器の非導通時において、感電防止手段として開閉端子間に必要となる高い耐圧電圧（例えば１３００Ｖ以上）を容易に得ることができ、かつトランジスタなどの電子的スイッチによる開閉装置に比べ、開閉端子間の浮遊容量（ストレイ容量）を小さくできるので、停止中のロータやモータの回転軸に使用者が接触した際に発生する漏洩電流をＪＩＳやＩＥＣが定める値以下に抑制することも容易となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、繰返しの説明を省略する。また、上記背景技術と同一機能を有する部材についても、背景技術と同一の符号を付してある。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図を示し、特に、図１は開閉装置７が非導通状態となって、モータ５ａが停止され、ロータ１が回転していないときの状態図、図２は開閉装置７が導通状態となって、モータ５ａが回転して、ロータ１が回転しているときの状態図をそれぞれ示す。遠心分離機は、筐体（フレーム）１０を備え、その内部に組立てられ、収納された、回転駆動源であるモータ５ａを内蔵する金属材料のハウジング（筐体）５と、モータ５ａに回転可能に接続された金属材料の回転軸（シャフト）５ｂと、回転軸５ｂに固定され、分離する試料を保持する金属材料（例えば、アルミニウム合金）のロータ１と、ロータ１を収容し、上面に開口部２ａを有するロータ室２と、筐体１０内に形成されたロータ室２の開口部２ａに開閉自在に設けられたドア３と、ドア３の開閉を制限するドアロック機構４と、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器１２と、モータ５ａの駆動電源の供給線路Ｌ中に電気的接続された開閉装置７と、モータ５ａ、ドアロック機構４、及び開閉装置７を制御する制御装置６１とを備える。筐体１０はアースＥに電気的接続されていない状態を示す。また、本発明において、モータハウジング５を筐体１０に電気的接続するための接地接続線（図６の接続線８に該当するもの）は設けられていない。

モータ５ａは、例えば、３００Ｖの３相交流電源で起動する３相誘導モータから構成され、モータ５ａの巻線と鉄心の間、または回転軸５ｂの外周面等には絶縁層が形成されている。モータ５ａと開閉装置７のより具体的な接続関係を図３に示す。

図３に示すように、制御装置６１は、モータ駆動回路６１ａを具備し、モータ駆動回路６１ａは、インバータシステムを含み、例えば商用交流電源１００Ｖまたは２００Ｖ（５０／６０Ｈｚ）から成る交流電源１１をインバータ６１ａによって、３相交流電源３００Ｖ（５Ｈｚ〜２．６ｋＨｚ）に変換し、線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に３相交流電圧を出力する。

開閉装置７は、その制御端子ＣＬに印加される制御信号によって、線路Ｌを導通（接続）または非導通（遮断）する特性を有するものである。開閉装置７は、好ましい実施形態では、電磁開閉器（電磁リレー）より構成される。図３に示す例は、３連式（３接点式）の電磁開閉器７を用いた場合である。駆動電源の供給線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には開閉装置である電磁開閉器７の３接点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が接続され、３相交流電源は、これら接点を通して、誘導モータ５ａの３相巻線５ｃに供給される。電磁開閉器７の各スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の導通（接続）または非導通（遮断）の制御は、その制御端子ＣＬに印加される制御装置６１の制御信号によって制御される。開閉装置７として電磁開閉器を使用する他の構成例を図４に示す。図４の電磁開閉器７は、１接点式３個（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を使用した例であり、上記図３の場合と同様に構成できる。

次に、本発明に従う動作について説明する。開閉装置（電磁開閉器）７は、図２に示すように、遠心分離機の運転の段階で、ドア３が閉塞状態にされたときに、制御装置６１によって導通状態に制御される。ドア３が閉められてドア開閉検出器１２がドア３の閉塞状態を検出したとき、またはドアが閉められてドアがドアロック機構４によってロックされたとき、図３に示す電磁開閉器７の各接点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は導通状態（接続状態）となる。然る後、モータ駆動回路６１ａは、モータ巻線５ｃに、供給線路Ｌを介して、高い３相交流電源電圧（例えば、３００Ｖ）を供給し、モータ５ａを回転させる。すなわち、交流電源１１は制御装置６１内に構成されたインバータ６１ａを介して昇圧され、モータ５ａの巻線５ｃに供給される。従って、モータ５ａの運転中には、交流電源１１とロータ１及びモータハウジング５との間にはモータ５ａに施された単一の絶縁のみとなるが、このモータ５ａの運転中には、ドア３が閉じられロックされているので、遠心分離機の使用者は、モータハウジング５、モータ５ａの回転軸５ｂ、あるいはロータ１に触れることができず、一方、モータハウジング５は筐体１０と電気的に接続されていないので、第２の感電防止手段を設置したことになる。

一方、図１に示すように、遠心分離機の運転を停止させドア３を開いた場合、例えば、モータ５ａの運転を停止させた後、制御装置６１がドアロック機構４を解除し、使用者がドア３を開いた場合、制御装置６１は、ドアロック機構４のロック解除信号またはドア開閉検出器１２の開放信号を受信し、制御端子ＣＬに制御信号を出力し、図３に示す開閉装置（電磁開閉器）７の各接点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を非道通（遮断）として、モータ５ａの巻線５ｃに対する駆動電源との電気的接続を遮断する。ドア３が開放されているときは、使用者がモータ５ａの回転軸５ｂや、回転軸５ｂに電気的に導通しているロータ１に接触する可能性があるが、本発明に従えば、開閉装置７によってモータ巻線５ｃへの駆動電源との電気的接続が遮断するので、ドア３が開放されている状態では、開閉装置７は、第２の感電防止手段として機能する。

本発明に従って挿入される開閉装置７として電磁開閉器を使用する有利な点は、開放時の開閉装置７両端の耐電圧を１３００Ｖ以上に設定することができ、かつ、その開閉装置７の遮断時（非導通時）の両端間の浮遊容量（ストレイ容量）Ｃｓ（図３参照）を小さくできることにある。特に、電磁開閉器を使用する場合は、遠心分離機の高耐電圧試験を行う場合に有利であり、また電磁開閉器は遮断時の浮遊容量Ｃｓが小さいので、ロータやロータの回転軸に使用者が接触した際に発生する漏洩電流を低減できる点で有利である。開閉装置７として耐電圧の比較的低いもので良い場合は、電磁開閉器の他に、トランジスタ等の半導体スイッチから成る電子スイッチを使用しても良い。

制御装置６１による開閉装置７の制御は、ドア開閉検出器１２によってドア３の開閉を検出した時点で実行してもよく、もしくはドアロック機構４でドアロックまたはその解除を検出した時点で実行しても良い。また、制御装置６１がモータ５ａを駆動していないときに開閉装置７を非導通とするように制御しても良い。

図２に示すように、遠心分離機をアース設置のある環境で使用する場合は、遠心分離機本体の筐体１０を設置接続線９を介してアースＥに接続しても良い。以上の説明より明らかにされるように、本発明によれば、開閉装置をモータ駆動電源の供給線路中に挿入し、その導通、非導通の開閉制御をモータ駆動の制御装置によって制御することによって漏洩電流を低減せしめ、また感電防止手段の二重化が図れるので、モータの鉄心または回転軸に二重絶縁構造または強化絶縁構造を用いることなく、また、遠心機用ロータの形状及び材料に制約されることなく、比較的簡単な構成により所期の目的を達成することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明の実施形態に係る遠心分離機の構成図。図１に示す本発明の遠心分離機においてドアを閉塞した状態を示す構成図。図１に示す本発明の遠心分離機の一構成例に従う要部構成図。図１に示す本発明の遠心分離機の他の構成例に従う要部構成図。従来技術の一例を示す遠心分離機の構成図。従来技術の他の例を示す遠心分離機の構成図

符号の説明

１：ロータ２：ロータ室２ａ：ロータ室の開口部３：ドア
４：ドアロック機構５：モータハウジング（モータの筐体）５ａ：モータ
５ｂ：回転軸（シャフト）５ｃ：モータ巻線（３相巻線）
６０：制御装置（従来）６１：制御装置（本発明）
６１ａ：モータ駆動回路（インバータを含む）７：開閉装置
８：モータ接地接続線９：筐体接地接続線１０：遠心機本体の筐体
１１：交流電源（商用交流電源）１２：ドア開閉検出器
１３：絶縁トランス１４：回転検出器ＣＬ：制御端子Ｅ：アース
Ｃｓ：浮遊容量（ストレイ容量）Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：駆動電源供給線路
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：電磁開閉器接点

Claims

回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を制限するドアロック機構と、前記モータを制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、前記ドアロック機構、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体とを有する遠心分離機において、
電気的に導通または非導通する開閉装置が、前記制御装置と前記モータとを接続するモータ駆動電源の線路中に電気的接続され、前記ドアロック機構が前記ドアをロックしていないときに該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする遠心分離機。
前記ドアロック機構が前記ドアをロックしていないときに、前記開閉装置を非道通とすることを特徴とする請求項１に記載された遠心分離機。
回転駆動源であるモータを内蔵するモータハウジングと、前記モータに回転可能に接続された回転軸と、前記回転軸に固定され、分離する試料を保持するロータと、前記ロータを収容し、上面に開口部を有するロータ室と、前記ロータ室の開口部に開閉自在に設けられたドアと、前記ドアの開閉を検出するドア開閉検出器と、前記モータを制御する制御装置と、前記モータハウジング、前記ロータ室、及び前記制御装置を収納する筐体であって、前記ロータ室の前記上面開口部において開放部を有し、該開放部に前記ドアが開閉自在に設けられた筐体とを有する遠心分離機において、
電気的に導通または非導通する開閉装置が、前記制御装置と前記モータとを接続するモータ駆動電源の線路中に電気的接続され、前記ドアが開放されているときに該開閉装置を非導通とするように、前記制御装置によって制御することを特徴とする遠心分離機。
前記ドア開閉検出器が前記ドアの開放を検出しているときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする請求項３に記載された遠心分離機。
前記制御装置が前記モータを制御していないときに、前記開閉装置を非導通とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載された遠心分離機。
前記開閉装置は電磁開閉器であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載された遠心分離機。
前記モータハウジングは前記筐体から電気的に分離されて、該筐体内に収納されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載された遠心分離機。
前記ロータは金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載された遠心分離機。