JP3744494B2 - 遠心機 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は最高許容回転数が異なる種々のロータがセット可能な遠心機に於て、いかなる単一故障状態が発生してもロータの最高許容回転数以上にロータを回転させない遠心機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
遠心機に於ては周知の通り、ロータを回転駆動するモータ駆動装置或いはこのモータ駆動装置に速度指令を与えるマイクロコンピュータ等に何らかの異常或いは故障が発生し、ロータがそれ固有の機械的強度により制限される最高許容回転数を越えて回転する過回転状態に陥いると、ロータの破損、破壊を招き重篤な事故を引き起こす恐れがあり、従来からロータの過回転防止に関する種々の発明がなされて来た。
【0003】
そしてそれらは例えば、図9に示すように、ロータ201を回転駆動するモータ202に回転エネルギを供給するモータ駆動装置203と、上記ロータ201の下面に設けられたマグネット214の存在を感知するセンサ204の出力信号に基づきロータ201の実回転数を計測しロータ201を所定回転数に維持するために上記モータ駆動装置203に回転数制御信号206を出力する第1のプロセッサ205と、上記モータ駆動装置203から上記モータ202への回転エネルギの供給を遮断するエネルギ遮断装置207と、このエネルギ遮断装置207を動作させる遮断信号を出力するオアゲート208と操作パネル209からの入力情報に基づき補器類210を制御すると共に第1のプロセッサとマスター・スレーブの関係にあり、第1のプロセッサ205と通信制御を行なう統括プロセッサとなる第2のプロセッサ211を設け、上記第1及び第2のプロセッサ205、211が夫々独立して同一のロータのセンサ204の出力信号に基づき、ロータ201の実回転数を計測すると共にロータの種類を判別しそのロータの最高許容回転数を割り出し、ロータの実回転数がロータの最高許容回転数を越えロータが過回転状態にあると判定すると上記オアゲート208に遮断信号212、213を出力するように構成されている。
【0004】
また、ロータを回転駆動するモータに回転エネルギを供給するモータ駆動装置と、ロータの種類コード及び実回転数を計測するための信号を出力する第1のセンサと第2のセンサと、上記モータ駆動装置から上記モータへ回転エネルギが供給されるのを遮断するための回転エネルギの制御供給路に対して互いに直列に配置された第1の遮断装置と第2の遮断装置と、第1のプロセッサと第2のプロセッサを設けることが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】
特開平8−108098
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来の遠心機は複数のプロセッサの演算処理により、夫々のプロセッサがロータの実回転数及びロータの最高許容回転数を計測し、これらの回転数を比較することによりロータの過回転状態を判断しモータの回転を停止させる機能構成になっており、プロセッサの暴走或いは処理ソフトウエアの不具合に起因するロータの過回転は防げるようにはなっているが、ロータのセンサ出力信号不良、エネルギ遮断装置に遮断信号を出力するオアゲートの故障等の特定の箇所の単一故障状態に対してはロータの過回転を完全には防げないという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を排除するためになされたものであり、この種の遠心機に於て、いかなる単一故障状態が発生してもロータの過回転を完全・確実に防止可能な遠心機を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ロータを回転駆動するモータに回転エネルギを供給するモータ駆動装置と、ロータの種類コード及び実回転数を計測するための信号を出力する第1のセンサと第2のセンサと、上記モータの供給エネルギを検出するセンサと、上記モータ駆動装置から上記モータへ回転エネルギが供給されるのを遮断するための回転エネルギの制御供給路に対して互いに直列に配置された第1の遮断装置と第2の遮断装置と、第1のプロセッサと第2のプロセッサを設けることにより達成される。
【0008】
上記のように構成された遠心機に於て、第1のプロセッサは、上記第1のセンサの信号出力に基づきロータの実回転数を計測しロータを所定の回転数に維持するために上記モータ駆動装置に回転数制御信号を出力すると共に、上記第1のセンサの信号出力に基づきロータの種類コードを判別し、ロータの種類コードが不当と判断した場合或いはロータの種類コードからあらかじめ定められた手順に従って割り出したロータの最高許容回転数をロータの実回転数が越えたと判断した場合上記第1の遮断装置に遮断動作信号を出力し、第2のプロセッサは、上記第2のセンサの信号出力に基づきロータの種類コードを判別すると共にロータの実回転数を計測し、ロータの種類コードが不当と判断した場合或いはロータの種類コードからあらかじめ定められた手順に従って割り出したロータの最高許容回転数をロータの実回転数が越えたと判断した場合、或いはロータの実回転数が0、即ちロータが停止中に供給エネルギを検出するセンサからモータにエネルギが供給されていると判断した場合、上記第2の遮断装置に遮断動作信号を出力するように動作する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施例を以下図面に就き詳細に説明する。
【0010】
本発明の具体的実施例となるブロック図で示す図1の構成について説明すると、遠心機の過回転防止制御装置全体を100で示し、1はロータ、2はロータ1を回転駆動するモータ、3はモータ2に回転エネルギを供給するインバータ等のモータ駆動装置、4はロータ1の下面に埋設された識別子で、本実施例においてはマグネット、5はマグネット4の存在を検出するホール素子或いは磁気抵抗素子或いはピックアップコイル等から成る第1のセンサであり、6はキーボード・ディスプレイ等から成る操作パネル、7は真空ポンプ、温度調節器等から成る補機類であり、8は第1のプロセッサである。第1のプロセッサ8は、操作パネル6から入力される運転指令に従ってモータ駆動装置3に制御線9を介して回転数制御信号を出力し、第1のセンサ5の出力信号を入力しロータ1のいわゆるiDとなるロータの種類コード、実回転数を計測すると共に補機類7を制御する。
【0011】
10はモータの駆動装置3からモータ2へ回転エネルギの補給を第1のプロセッサ8が任意に遮断するための第1の遮断装置であり、11は第1のプロセッサ8から第1の遮断装置10へ遮断動作信号を出力する制御線である。15は第1のセンサ5と同様のマグネット4の存在を検出する第2のセンサ、16は第2のプロセッサであり、上記の第1のプロセッサとは独立して第2のセンサ15の出力信号を入力しロータ1のいわゆるiDとなるロータの種類コード、実回転数を計測する。
【0012】
17はモータの駆動装置3からモータ2への回転エネルギの供給を第2のプロセッサ16が任意に遮断するための第2の遮断装置であり、第1の遮断装置10とは別個で独立に設けられており、第1の遮断装置10と第2の遮断装置17はモータ駆動装置3からモータ2への回転エネルギの供給を遮断するための回転エネルギの制御供給路に対して互いに直列に配置されており、いずれかの遮断装置が動作すると、モータ2への回転エネルギの供給は遮断されモータ2は回転を停止する。18は第2のプロセッサ16から第2の遮断装置17へ遮断動作信号を出力する制御線である。第1のプロセッサ8と操作パネル6、補機類7間の制御線をそれぞれ12、13で示す。
【0013】
14はモータ駆動装置3とモータ2の間の回転エネルギの供給線であり、50は回転エネルギの供給線14のうち14Aに介在して設けられた供給エネルギを検出センサで、本実施例では例えば巻線式或いはホールセンサと適当な増幅平滑回路を持つ電流センサであり、第2のプロセッサ16のA/D変換入力端子ADにその出力信号が入力される。
【0014】
図2は、図1に示す遠心機の過回転防止制御装置全体100のうち、操作パネル6、補機類7を除いた部分のブロック回路図を示したものであり、図1と同一の機能の部分には同一の番号が符してあり、モータ駆動装置3に於て19は交流電源等のモータ駆動装置3の電源、20はインバータ制御装置、21、22、23はそれぞれ誘導モータ2に3相電力を供給するための例えばパワートランジスタ、IGBT、GTO等のパワー素子から構成されるパワーブリッジであり、パワーブリッジ21、22、23の各アームからモータ2へ回転エネルギの供給線14としてそれぞれ14A、14B、14Cが接続されており、電流センサ50はこの場合、回転エネルギの供給線14Aにクランプされている。
【0015】
パワーブリッジ21を代表し、パワーブリッジ構成する上アーム、下アームのiGBTの場合のパワー素子を24、25で示し、26、27はそれぞれパワー素子24、25のゲート制御回路であり、これらはそれぞれホトカプラ28、29から点孤信号が送られるようになっている。30はホトカプラ28、29の発光素子を点灯するための電源であり、発光素子はそれぞれ抵抗器31、32を介してインバータ制御装置20に接続されており、ホトカプラ28、29の発光素子の点孤によりそれぞれパワー素子24、25が導通しモータ2に回転エネルギが供給されるようになっている。従って電源30と抵抗器31、32の間に介して接続されたトランジスタ等の半導体スイッチ、リレー等から成る第2の遮断装置17が制御線18により遮断状態になると、パワーブリッジ21、22、23の発光素子を点孤するための電源供給が遮断され、回転数制御信号の制御線9からインバータ制御装置20にいかなる指令が入力されようとも、モータ2への回転エネルギの供給が遮断されるようになっている。同様にして、トライアック等の半導体スイッチ、リレー等から成る第1の遮断装置10は電源19とインバータ制御装置20の間に介して設けられており、第1の遮断装置10が制御線11により遮断状態になるとモータ2への回転エネルギの供給が遮断されるようになっている。
【0016】
第1のプロセッサ8に於て、33はCUP、34はクロック発生器、35はリセット回路であり、それぞれCPU33に信号を出力し、クロック発生器34の信号出力は分周器36を介してCPU33のタイマ割り込み端子T1に出力されている。37は第1のセンサ5の2分周器であり、信号出力はそれぞれCPU33のイベント割り込み入力端子EV11、EV12、EV13に入力されている。同様にして第2のプロセッサ16に於て、38はCPU、39はクロック発生器、40はリセット回路であり、それぞれCPU38に信号を出力し、クロック発生器39の信号出力は分周器41を介してCPU38のタイマ割り込み端子T2に出力されており、42は第2のセンサ15の2分周器であり、その信号出力はそれぞれCPU38のイベント割り込み入力端子EV21、EV22、EV23に入力されている。
【0017】
図3はロータ1の回転信号の検出の構成について示したものであり、図1、図2と同一の機能の部分には同一の番号が符してあり、ロータ1の底面には同一周上に埋設された複数個の識別子であるマグネット4が第1のセンサ5、第2のセンサ15に対してS極を向けた4AS及び4BSが回転中心Oに対して角度θをなすように配置してあり、またマグネット4AS、4BSに対してカウンタバランスを取る位置、即ちマグネット4AS、4BSに対して点対称となる位置に、バランサ4AN、4BNが配置されている。
【0018】
本実施例では、第1のセンサ5及び第2のセンサ15は、ロータ1の回転に伴ないマグネット4AS及び4BSが通過するのを検出するものであるが、バランサ4AN、4BNを第1のセンサ5、第2のセンサ15に対してN極を向けたマグネットで構成し、例えば第1のセンサ5がS極のマグネット、即ちマグネット4AS及び4BSを検出し、第2のセンサ15がN極のマグネット、即ちマグネット4AN、4BNを検出することとすることもできる。当然、このSNの関係は逆にしても同じである。このように構成することにより、例えばマグネットからの信号の欠損、マグネットの磁力低下、マグネット自体の欠損といったマグネット自体から生じる問題を解消することができる。
【0019】
上記のように構成された具体的実施例の動作について図4に示す回転センサ15の信号出力に対する第2のプロセッサ16の処理タイムチャート、図5、図6、図7に示す第2のプロセッサ16の処理フローを参照しながら説明すると、モータ駆動装置3からモータ2に回転エネルギが供給されロータ1が回転すると、図4の第2のセンサ15の信号出力43に示すようにロータ1の1回転につき2コのパルスが第2のセンサ15から出力され、2分周器42の信号出力44に示すように2分周器42からCPU38のイベント割り込み端子EV21、EV22、EV23に分周信号が与えられる。
【0020】
CPU38としては三菱電機製のマイクロコンピュータM37451を用いる例で示すと、CPU3の信号入力端子EV21に与えられる2分周器42の信号出力44の立ち上がり部44Hに於て、ロータ1の1回転につき図5の処理フローのパルス周期測定モードのイベント割り込みEVR1が発生し、処理101により図4に示すT区間のRCNTのクロックカウント数範囲45中のクロック発生器34のクロックを分周した周波数のクロック例えば3MHZのクロック数をCPU38内のメモリRCNTに転送する。同様にしてCPU3の信号入力端子EV22に与えられる2分周器42の信号出力44の立ち上がり部44Hに於て、ロータの1回転につき図5の処理フローの論理「Hi」区間のパルス幅測定モードのイベント割り込みEVR2が発生し、処理102により図4に示すTH区間のIDHCNTのクロックカウント数範囲46中のクロック数をCPU38内のメモリiDHCNTに転送する。更に同様にして、CPU3の信号入力端子EV22に与えられる立ち下がり部44Lに於て、論理「Lo」区間のパルス幅測定モードのイベント割り込みEVR3が発生し、処理103により図4に示すTL区間のiDLCNTのクロックカウント数範囲47のクロック数をCPU38内のメモリiDLCNTに転送する。
【0021】
続いて、分周器41の信号出力がCPU38のT2タイマ割り込み端子に出力されることにより例えば100msec程度の周期で図6に示すタイマ割り込みiNT1が発生し、処理104によりメモリRCNTの値からロータ1の実回転数を次式により計算し
【0022】
【数1】
【0023】
メモリRRPMに格納する。処理105により、メモリiDHCNT及びiDLCNTの値から図5の角度θに対応するロータ1の種類コードiDθを次式により判別計算し、メモリに格納する。
【0024】
【数2】
【0025】
【数3】
【0026】
続いて処理106により、メモリiDθの値からロータ1の最高許容回転数RMAXを例えば次式により割り出し、メモリに格納する。
【0027】
【数4】
【0028】
図7は、CPU3がロータ1の回転中に遂次求めたロータ1の実回転数RRPM、種類コードiDθ、種類コードから割り出した最高許容回転数RMAXに基づき、第2の遮断装置17に遮断動作信号を出力するか否かを判断するCHECK処理フローを示したものであり、処理107により遮断信号はまずOFFされ、制御線18により第2の遮断装置17は非遮断状態になり、パワーブリッジ21のホトカプラ28、29は電源30に接続されインバータ制御装置20の制御動作により動作可能な状態になる。処理108の1秒タイマにより判断処理の周期が適切な間隔に調節され、判断114によりロータの実回転数が0でない回転中は判断109に分岐し、判断109によりロータ1の実回転数が低い回転数例えば1000回転以下の場合は、遠心機にセットするロータの交換作業、停電によるロータ1の回転数の低下、計測誤差等のため上記判断処理を禁止する。
【0029】
ロータ1の実回転数が1000回転を越えた状態に於て、遠心機の何らかの不具合により実回転数RRPMが最高回転数RMAXを越えると判断110により処理113を実行し、遮断信号がONし、制御線18により第2の遮断装置17が遮断状態になり、モータ2のモータ駆動装置3からの回転エネルギの供給は遮断され、ロータ1の回転数は下降停止し、遠心機のロータ1の過回転に対する安全が確保される。
【0030】
この時、遮断信号ONの処理113は繰り返し実行されるため、制御装置100の電源を一旦落とし、リセット回路40からリセット信号が再び入力されるまで、遮断装置17は遮断状態を保ち安全が保護されるようになっている。またロータ1の種類コードiDθが、一例として8°以下、或いは175°以上等の不当な場合は、それぞれ判断処理111、112により処理113が実行される。このような状態は、図3に於てマグネット4AS、4BSのいずれかが落下欠損するか或いは第2のセンサ15のマグネット4AS、4BSのいずれかに対する感度不良等により、図4の第2センサ15の信号出力43が、ロータ1の1回転につき1パルスとなり2分周器42の信号出力44の論理で「Hi」、「Lo」のデューティが50%となり、iDθの計測値がθ°、180°に近い値となるのを検出することも含まれている。
【0031】
一方判断114によりロータ1の実回転数が毎分0回転、即ち、ロータ1の回転が停止している場合は判断115に分岐しCPU38はAD端子から電流センサ50のアナログ出力をA/D変換しデジタル量として認識すると共に所定の値と比較しモータ2に駆動エネルギが供給されているか否かをチェックし、電流有と判断した場合は処理113に分岐し、上記と同様にして制御線18により第2の遮断装置17が遮断状態になり、モータ2のモータ駆動装置3からの回転エネルギの供給は遮断される。このような状態は図3において、マグネット4AS、4BSのいずれもが落下欠損するか或いは第2のセンサ15のマグネット4AS、4BSのいずれもに対する感度不良等により、図4の第2センサ15の信号出力がロータの回転にもかかわらず現われないことに相当する。
【0032】
上記の判断115において、CPU38が電流無と判断した場合は処理108に分岐し、上記の判断、処理を繰り返し実行するが、このような状態はモータ2にエネルギが供給されず単にロータ1が回転を停止している正常な状態に相当することはいうまでもない。ここで、上記の具体的実施例においては、電流センサ50の出力をCPU38に入力しロータ1の過回転防止を図っているが、更に電流センサ50とは別個に同様の電流センサを例えば回転エネルギの供給線14のうちの14B或いは14Cに介在して電流センサ51として設けCPU38に電流センサ50の出力信号を入力するのと同様CPU33に入力しCPU33側でも判断114、判断115、処理113に相当する判断処理を並行して同時に実行させ、マグネット4AN,4BN或いは第1のセンサ5の不具合に起因するロータ1の過回転防止を図ることも可能であることは、本発明の思想に照らして明白である。
【0033】
上記の具体的実施例の動作については、回転センサ15の信号出力に対する第2のプロセッサ16の動作について説明したが、回転センサ5の信号出力に対する第1のプロセッサ8のロータ1の過回転防止制御動作についても、操作パネル6から入力される運転指令に従ってモータ駆動装置3に制御線9を介して回転数制御信号を出力したり、補機類7の制御の実行に関する通常の遠心機の制御処理を除けば、上述の第2のプロセッサの動作と同様である。
【0034】
本発明のその他の実施例を部分的に示すブロック回路図の図8に於て、図2と同一の機能を示す部分には同一の番号が符してあり、第1の遮断装置10としてスリーステットゲートバッファ等のドライバ48、49を用いた例を示す。第1の遮断装置10と第2の遮断装置17はホトカプラ28、29の発光素子の点灯路に対して直列に設けられており、制御線11の論理「Hi」の信号出力によりドライバ48、49は高抵抗状態になり上記と同様にしてモータ2へのモータ駆動装置3からのエネルギの供給は遮断される。
【0035】
また、第3のプロセッサ、第3のセンサを用い、ロータの過回転検出並びにロータの種類コードの異常を判別し、モータ駆動装置3からモータ2への回転エネルギの供給を遮断するための回転エネルギの制御供給路に対して互いに直列に配置された第1の遮断装置10、第2の遮断装置17に対して直列に第3の遮断装置を設け、この遮断装置に第3のプロセッサが異常判別時に遮断信号を出力する等の冗長な構成も本発明の思想になるものである。
【0036】
また、ロータの種類コード及び実回転数を計測するための検知機構に関しては、本実施例のような磁気的検出の他に、光学的検出、超音波による検出、電磁波による検出、等を採用することによっても、本発明が実施可能であることはいうまでもなく、更には、ロータに設けられたインデックスの位置や角度又はその数、複合的なインデックスパターン、磁気的な記憶媒体、光学的記憶媒体により検出する手段を採用しても、本発明は実施可能である。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、プロセッサとセンサの組合わせを並列に設け、第1のプロセッサと第2のプロセッサの互いに独立した異なるプロセッサにより、それぞれのプロセッサが第1のセンサと第2のセンサの独立したロータの回転信号に基づき、ロータの種類コードを判別すると共にロータの実回転数を計測し、ロータの種類コードが不当と判断した場合或いはロータの種類コードから割り出したロータの最高許容回転数をロータの実回転数が越えたと判断した場合、或いはロータの実回転数が0、即ちロータが停止中に供給エネルギを検出するセンサからモータにエネルギが供給されていると判断した場合、モータ駆動装置からモータへの回転エネルギの供給を遮断するための回転エネルギの制御供給路に対して互いに直列に配置された第1の遮断装置、第2の遮断装置に遮断動作信号を出力するようにしたので、遠心機の単一故障状態に対してロータの過回転を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になる遠心機の一実施例を示すブロックである。
【図2】 図1のブロック図を部分的に示すブロック回路図である。
【図3】 ロータの回転信号の構成を示す説明図である。
【図4】 回転センサの信号出力に対する第2のプロセッサの処理タイムチャートである。
【図5】 第2のプロセッサの処理フローである。
【図6】 第2のプロセッサの処理フローである。
【図7】 第2のプロセッサの処理フローである。
【図8】 本発明のその他の実施例を部分的に示すブロック回路図である。
【図9】 従来の技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
1はロータ、2はモータ、3はモータ駆動装置、5は第1のセンサ、8は第1のプロセッサ、10は第1の遮断装置、15は第2のセンサ、16は第2のプロセッサ、17は第2の遮断装置、50はモータ2の供給エネルギを検出するセンサである。
Claims (8)
- ロータと、該ロータを回転駆動するモータと、該モータに回転エネルギを供給するモータ駆動装置と、前記ロータの回転軸線から同一半径上に設けられる識別子と、該識別子を検出することで信号を出力し、且つ前記回転軸線から同距離に設けられるセンサと、前記モータへ供給されるエネルギを検出するセンサと、プロセッサを備えた遠心機において、前記モータ駆動装置から前記モータへの回転エネルギの供給を遮断するための回転エネルギの制御供給路に対して遮断装置を設け、前記センサからの信号を受けて前記ロータが停止中と判断し前記供給エネルギを検出するセンサからの信号を受けてエネルギが供給されていると判断した場合に前記遮断装置に遮断動作信号を出力することを特徴とする遠心機。
- 前記識別子を検出するセンサを複数個設け、前記プロセッサを複数個設け、前記遮断装置を複数個設け、各々独立した回路を構成することを特徴とする請求項1記載の遠心機。
- 前記複数個のセンサからの信号から前記ロータの種類コード及び実回転数を計測することを特徴とする請求項2記載の遠心機。
- 前記識別子をマグネットで構成することを特徴とする請求項1乃至3記載の遠心機。
- 前記遮断装置は、前記モータ駆動装置に設けられたインバータ制御装置と該インバータ制御装置に電力を供給するための電源との間で、該電力を遮断するよう働くものであることを特徴とする請求項1乃至4記載の遠心機。
- 前記遮断装置は、前記モータ駆動装置に設けられた発光素子と該発光素子に電力を供給するための電源との間で、該電力を遮断するよう働くものであることを特徴とする請求項1乃至5記載の遠心機。
- 複数個設けられている前記プロセッサの内一つ以上は、真空ポンプや温度調節器の制御を司ることを特徴とする請求項2記載の遠心機。
- 複数個設けられている前記プロセッサは各々独立し、互いに関与しない構成とすることを特徴とする請求項2乃至7記載の遠心機。
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