JP5682826B2 - centrifuge - Google Patents

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Description

本発明は、異なる種々のロータを回転駆動可能な遠心分離機において、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に測定して、遠心分離中のロータの回転速度を制御し、いかなる単一故障が発生してもロータの回転エネルギーを遠心分離機の封じ込めエネルギー以内に制限する遠心分離機に関するものである。   The present invention, in a centrifuge capable of rotationally driving various different rotors, accurately measures the rotor's moment of inertia or rotational energy to control the rotational speed of the rotor during centrifugation, so that any single failure can occur. The present invention relates to a centrifuge that limits the rotational energy of a rotor within the containment energy of a centrifuge even if it occurs.

遠心分離機は、たとえ単一故障が発生してロータが破損しても破片が外部に飛び出すことなく封じ込められるように、ロータ固有の機械的強度或いは遠心分離機の封じ込めエネルギーを超えない回転速度に制限することが要求される。   The centrifuge has a rotational speed that does not exceed the inherent mechanical strength of the rotor or the containment energy of the centrifuge so that even if a single failure occurs and the rotor breaks, the debris can be contained without popping out. Restriction is required.

一つの遠心分離機に組み合わせて使用可能なロータのファミリーは50種類を超え、それぞれのロータの許容最高回転速度と、許容最高回転速度における回転エネルギーは様々である。一方で遠心分離機本体はロータファミリー中の最も高速なロータを回転できる駆動能力を持つため、ロータにロータの種類を示すIDタグ或いは、許容最高回転速度を示す信号発生器を備え、ロータ固有の機械的強度或いは遠心分離機の封じ込めエネルギーを超えた回転速度で回転しない仕組みを設けるようにしている。遠心分離機のロータファミリーが、ロータ自身に種類或いは許容最高回転速度の識別を装備していないロータの場合は、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する機能を遠心分離機に持たせて、ロータ固有の機械的強度或いは遠心分離機の封じ込めエネルギーを超えた回転速度で回転しないようにしている。   There are over 50 types of rotor families that can be used in combination with one centrifuge, and the maximum allowable rotational speed of each rotor and the rotational energy at the maximum allowable rotational speed vary. On the other hand, the centrifuge body has a drive capability capable of rotating the fastest rotor in the rotor family, so the rotor is equipped with an ID tag indicating the type of rotor or a signal generator indicating the maximum allowable rotation speed, A mechanism that does not rotate at a rotational speed exceeding the mechanical strength or the containment energy of the centrifuge is provided. If the rotor family of the centrifuge is a rotor that does not have its own type or maximum allowable rotational speed, the centrifuge has a function to measure the rotor's moment of inertia or rotational energy, and the rotor It prevents rotation at a rotational speed that exceeds the inherent mechanical strength or the containment energy of the centrifuge.

ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する際は、測定中にモータの出力トルクを極力一定にして測定の精度を向上させる。測定中のモータ電流・モータ電圧を取り込みモータの出力トルクを補正して測定中の真のモータ出力トルクに補正する構成は、例えば特許文献1にて開示されている。特許文献1に示されているように、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する際に測定の精度を向上させるために、モータのすべり、電圧及び巻線の温度などの変化によりモータ電流と出力トルクの線形性が失われ計算に使用するトルクが真のモータ出力トルクからずれるのを補正する手段として、事前にモータ電流とインバータDCリンク電圧及び回転時角加速度の各要素を回帰分析し、各要素の寄与率を定めモータの出力トルクを補正した技術がある。   When measuring the moment of inertia or rotational energy of the rotor, the output torque of the motor is kept as constant as possible during the measurement to improve the measurement accuracy. For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which the motor current / motor voltage being measured is taken in and the output torque of the motor is corrected to correct the true motor output torque being measured. As shown in Patent Document 1, in order to improve the measurement accuracy when measuring the moment of inertia or rotational energy of the rotor, the motor current and output are changed by changes in motor slip, voltage, winding temperature, etc. As a means of correcting that the torque linearity is lost and the torque used for calculation deviates from the true motor output torque, the regression analysis is performed on each element of the motor current, the inverter DC link voltage, and the angular acceleration during rotation in advance. There is a technology that determines the contribution ratio of elements and corrects the output torque of the motor.

また特許文献2に示されているように、モータ電流とインバータDCリンク電圧及びモータの回転速度を検出する制御装置を二重に設け、それぞれの制御装置はインバータ変換器からロータを回転するモータへの電圧供給路に互いに独立して配置された遮断機能を備え、それぞれの制御装置がモータの出力トルクを補正してロータの回転エネルギーを求め、これを回転エネルギー制限値と比較してエネルギーがロータの回転エネルギー制限値を超えたと判断した時に遮断動作信号を出力するようにした技術がある。   Further, as shown in Patent Document 2, a control device for detecting motor current, inverter DC link voltage, and motor rotation speed is provided in duplicate, and each control device is changed from an inverter converter to a motor that rotates a rotor. The voltage supply paths of the motors are provided with shut-off functions that are arranged independently of each other, and each control device corrects the output torque of the motor to obtain the rotational energy of the rotor, and compares this with the rotational energy limit value to compare the energy with the rotor. There is a technology that outputs a shut-off operation signal when it is determined that the rotational energy limit value is exceeded.

特開2005−230750号公報JP 2005-230750 A 特開2005−230751号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-230751

一つの遠心分離機に組み合わせて使用するロータファミリー内のロータが装備している識別標識には2種類あり、一つはロータの種類を示すIDタグ、一つは許容最高回転速度を示す信号発生器である。現在市販されているロータは上記の識別標識を両方装備しており、そのロータの所定回転速度でロータが破壊しても、遠心分離機の内部の封じ込めエネルギーを越えないようにロータの遠心分離回転速度を設定するような構成になっている。   There are two types of identification signs equipped on the rotor in the rotor family used in combination with one centrifuge, one is an ID tag that indicates the type of rotor, and one is a signal that indicates the maximum allowable rotational speed. It is a vessel. The rotors currently on the market are equipped with both of the above-mentioned identification marks. Even if the rotor breaks at the predetermined rotational speed of the rotor, the rotor is centrifuged and rotated so as not to exceed the containment energy inside the centrifuge. It is configured to set the speed.

しかし、古い設計のロータ或いはロータ特有の形状によりIDタグが装備できないロータは、許容最高回転速度を示す信号発生器のみを装備しており、その一部のロータでは許容最高回転速度以内でロータが破壊した場合、新しい遠心分離機との組合せでは遠心分離機で保証された封じ込めエネルギーを越えないように注意して制御する必要があり、ロータの許容最高回転速度を信号発生器の信号に拠らずに、遠心分離機側で封じ込めエネルギー以内に設定することが望ましい。   However, an old design rotor or a rotor that cannot be equipped with an ID tag due to the shape unique to the rotor is equipped only with a signal generator indicating the maximum allowable rotation speed, and some rotors are within the maximum allowable rotation speed. If broken, the new centrifuge must be carefully controlled so as not to exceed the containment energy guaranteed by the centrifuge, and the maximum allowable rotational speed of the rotor depends on the signal generator signal. Instead, it is desirable to set it within the containment energy on the centrifuge side.

さらに古い設計のロータでは、上記のIDタグ及び許容最高回転速度を示す信号発生器の両方とも装備していないものもあり、その場合はそのままでは古いロータを使用できない。しかし、遠心分離機側の何らかの工夫、例えば新たな防護技術などにより古いロータが使用できれば高価なロータを廃棄することなく運転でき至便である。   Some older rotors are not equipped with both the ID tag and the signal generator indicating the maximum allowable rotational speed. In that case, the old rotor cannot be used as it is. However, if the old rotor can be used by some device on the centrifuge side, for example, a new protection technique, it is possible to operate without discarding the expensive rotor.

ロータの許容最高回転速度を、信号発生器の信号に拠らずに遠心分離機側で封じ込めエネルギー以内に自動的に再設定し運転するには、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出する必要がある。またその算出の際には、測定誤差を生む最大の原因となっているモータの実際の出力トルクを補正するため、これを的確に補正する技術の実現が必要である。   To automatically reset the maximum allowable rotational speed of the rotor within the containment energy on the centrifuge without relying on the signal from the signal generator, calculate the rotor inertia moment or rotational energy with high accuracy. There is a need to. Further, in the calculation, in order to correct the actual output torque of the motor which is the largest cause of the measurement error, it is necessary to realize a technique for accurately correcting this.

本発明は上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的はID情報の有無に拘わらずに新旧双方のロータを安全に用いることができる遠心分離機を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described background, and an object thereof is to provide a centrifuge capable of safely using both new and old rotors regardless of the presence or absence of ID information.

本発明の他の目的は、ID情報を有しないロータを新しい遠心分離機で運転する際に、遠心分離機で保証された封じ込めエネルギー以内に収まるようにロータの遠心分離回転速度を自動的に算出する機能を備えた遠心分離機を提供することにある。     Another object of the present invention is to automatically calculate the rotational speed of the rotor centrifuge so that it does not exceed the containment energy guaranteed by the centrifuge when the rotor without ID information is operated with a new centrifuge. An object of the present invention is to provide a centrifuge having the function of:

本発明のさらに他の目的は、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出するに当たり、測定誤差を生む最大の原因となるモータの実際の出力トルクをモータ電流とインバータDCリンク電圧及び回転時角加速度の各要素から的確に補正することができる遠心分離機を提供することにある。   Still another object of the present invention is to calculate the actual output torque of the motor that causes the largest measurement error when calculating the inertia moment or rotational energy of the rotor with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a centrifuge capable of accurately correcting from each element of angular acceleration.

本発明のさらに他の目的は、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出するにあたり誤差を生む最大の原因となっているモータの実際の出力トルクを補正するのを事前に的確に同定した遠心分離機を提供することにある。   Still another object of the present invention is to accurately and beforehand identify the correction of the actual output torque of the motor that causes the largest error in calculating the inertia moment or rotational energy of the rotor with high accuracy. It is to provide a centrifuge.

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。   The characteristics of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.

本発明の一つの特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、ロータを回転させるモータと、モータに可変周波数の交流電圧を出力するインバータ変換器と、ロータを収容する回転室と、ロータに付されたID情報を読み取るID検出器と、ロータ或はモータの回転速度を検出する速度検出器と、遠心分離機の運転を制御する制御装置を有する遠心分離機において、制御装置は、モータを起動してロータを回転させたらID情報を読み取り、ID情報が検出できない場合はロータが設定回転速度に到達する前に速度検出器の信号出力からロータの慣性モーメントを算出し、慣性モーメントから制限回転速度閾値を求めるようにした。制御装置は、設定された遠心分離回転速度が制限回転速度閾値以下の場合は設定回転速度までロータの回転を加速させて整定させ、設定された遠心分離回転速度が制限回転速度閾値を越えた場合はロータの回転を停止させるように制御する。ID検出器は、例えば、ロータに配置されるマグネットの磁気を検出してロータの許容最高回転速度を検出するホールIC等の信号発生器、又は/及び、ロータに設けられた識別穴(穴パターン)によりロータの型式番号を検出する信号発生器を用いることができる。   According to one aspect of the present invention, a rotor that holds a sample and is detachably mounted, a motor that rotates the rotor, an inverter converter that outputs an AC voltage of variable frequency to the motor, and a rotation that houses the rotor A centrifuge having a chamber, an ID detector for reading ID information attached to the rotor, a speed detector for detecting the rotational speed of the rotor or the motor, and a control device for controlling the operation of the centrifuge The apparatus reads the ID information when the motor is started and the rotor is rotated, and if the ID information cannot be detected, the inertia moment of the rotor is calculated from the signal output of the speed detector before the rotor reaches the set rotational speed, The limiting rotational speed threshold value is obtained from the moment of inertia. When the set centrifugal rotation speed is less than or equal to the limit rotation speed threshold, the control device accelerates and stabilizes the rotor rotation to the set rotation speed, and the set centrifugal rotation speed exceeds the limit rotation speed threshold. Controls to stop the rotation of the rotor. The ID detector is, for example, a signal generator such as a Hall IC that detects the maximum allowable rotation speed of the rotor by detecting the magnetism of a magnet arranged in the rotor, and / or an identification hole (hole pattern provided in the rotor). The signal generator for detecting the rotor model number can be used.

本発明の他の特徴によれば、モータの電流を検出する電流検出器と、インバータ変換器の直流電源電圧を検出する直流電圧検出器を設け、制御装置はロータを所定のトルクになるように制御し、電流検出器により検出された電流と直流電圧検出器による検出された直流電源電圧の積を、速度検出器で検出されたモータの回転速度で除算し、これをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメントを求めるようにした。また、制御装置に記憶手段を設け、トルク定数の値を記憶手段にあらかじめ記憶させるようにした。制御装置によって算出される制限回転速度閾値は、ロータ固有の許容最高回転速度以下になるように設定される。   According to another feature of the present invention, a current detector for detecting the current of the motor and a DC voltage detector for detecting the DC power supply voltage of the inverter converter are provided, and the control device causes the rotor to have a predetermined torque. The product of the current detected by the current detector and the DC power supply voltage detected by the DC voltage detector is divided by the rotational speed of the motor detected by the speed detector, and this is set to a predetermined torque constant. The moment of inertia of the rotor was calculated by multiplying by. Further, a storage means is provided in the control device, and the value of the torque constant is stored in the storage means in advance. The limit rotational speed threshold calculated by the control device is set to be equal to or lower than the maximum allowable rotational speed unique to the rotor.

本発明のさらに他の特徴によれば、制御装置は、ロータを第1の回転速度から第2の回転速度まで加速し、電流検出器によるモータの平均電流と、直流電圧検出器によるインバータ変換器の直流電源平均電圧と、速度検出手段によるロータ又はモータの平均回転速度に基づいて、トルク定数に掛けて慣性モーメントを算出する。そして制御装置は、モータの出力トルクが一定の値となるようにインバータ変換器を制御してロータを第1の回転速度から第2の回転速度に加速させる。さらに制御装置は、ロータか加速して第2の回転速度に到達したら、モータの出力トルクがゼロとなるようにインバータ変換器を制御し、ロータを第2の回転速度から第3の回転速度に減速し、この際の速度検出手段によるロータ或はモータ減速時の回転速度の変化率を測定し、モータの出力トルク補正値と減速時の回転速度の変化率に基づいてロータの慣性モーメントを求めるようにした。   According to still another aspect of the present invention, the control device accelerates the rotor from the first rotation speed to the second rotation speed, and the inverter current converter includes an average current of the motor by the current detector and an inverter converter by the DC voltage detector. The moment of inertia is calculated by multiplying the torque constant based on the average DC power supply voltage and the average rotational speed of the rotor or motor by the speed detection means. Then, the control device controls the inverter converter so that the output torque of the motor becomes a constant value, and accelerates the rotor from the first rotational speed to the second rotational speed. Further, when the rotor accelerates and reaches the second rotational speed, the control device controls the inverter converter so that the output torque of the motor becomes zero, and the rotor is changed from the second rotational speed to the third rotational speed. Decelerate and measure the rate of change of the rotational speed when the rotor or motor is decelerated by the speed detection means, and obtain the inertia moment of the rotor based on the motor output torque correction value and the rate of change of the rotational speed during deceleration I did it.

本発明のさらに他の特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、ロータを回転させるモータと、モータに可変周波数の交流電圧を出力するインバータ変換器と、モータの電流を検出する第1及び第2の電流検出器と、インバータ変換器の直流電源電圧を検出する第1及び第2の直流電圧検出器と、ロータ或はモータの回転速度を検出する第1及び第2の速度検出手段と、第1及び第2の制御装置を備え、第1の制御装置は、第1の電流検出器によるモータの平均電流と、第1の直流電圧検出器によるインバータ変換器の直流電源平均電圧との積をモータの回転速度を検出する第1の速度検出器によるロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメントを求め、第2の制御装置は、第2の電流検出器によるモータの平均電流と、第2の直流電圧検出器によるインバータ変換器の直流電源平均電圧との積をモータの回転速度を検出する第2の速度検出器によるロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメントを求める遠心分離機とした。   According to still another aspect of the present invention, a rotor that holds a sample and is detachably mounted, a motor that rotates the rotor, an inverter converter that outputs an AC voltage having a variable frequency to the motor, and an electric current of the motor. First and second current detectors for detection, first and second DC voltage detectors for detecting the DC power supply voltage of the inverter converter, and first and second for detecting the rotational speed of the rotor or motor. Speed detection means, and first and second control devices, the first control device comprising: a motor current averaged by the first current detector; and a direct current of the inverter converter by the first DC voltage detector. The product of the average power supply voltage divided by the rotational speed based on the average rotational speed of the rotor by the first speed detector for detecting the rotational speed of the motor is multiplied by a predetermined torque constant to obtain the inertia moment of the rotor. The second control device detects the rotational speed of the motor by the product of the average current of the motor by the second current detector and the average voltage of the DC power of the inverter converter by the second DC voltage detector. A centrifugal separator that obtains the moment of inertia of the rotor by multiplying by a predetermined torque constant the value obtained by dividing the rotation speed based on the average rotation speed of the rotor by the second speed detector.

本発明のさらに他の特徴によれば、第1の制御装置は、ロータの設定回転速度を操作者が任意に設定できるユーザインターフェイス手段を備え、算出されたロータの慣性モーメントからロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値及び、制限回転速度閾値より低い設定回転速度閾値を求め、制限回転速度閾値を超えたと判断した時にインバータに遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断し、ロータの回転速度が設定回転速度閾値を超えて設定されていると判断した場合は設定回転速度閾値以下にロータの回転速度を制御する。第2の制御装置は、算出されたロータの慣性モーメントからロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値を求め制限回転速度閾値を超えたと判断した時にインバータに遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断する。遠心分離機はインバータ変換器からモータへの電圧供給路に互いに独立して配置されたインバータ変換器からモータへの電圧供給を遮断する第1の遮断装置及び第2の遮断装置を備え、第1の制御装置はロータが任意の回転速度で回転している状態で制限回転速度閾値を超えたと判断した時に第1の遮断装置に遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断する。第2の制御装置はロータが任意の回転速度で回転している状態で制限回転速度閾値を超えたと判断した時に第2の遮断装置に遮断動作信号を出力してインバータ変換器からのモータへの電圧供給を遮断する。   According to still another aspect of the present invention, the first control device includes user interface means that allows an operator to arbitrarily set a set rotational speed of the rotor, and the rotor centrifuge is calculated from the calculated rotor inertia moment. The limit rotational speed threshold value below the containment energy and the set rotational speed threshold value lower than the limited rotational speed threshold value are obtained, and when it is determined that the limited rotational speed threshold value has been exceeded, a shut-off operation signal is output to the inverter to the motor from the inverter converter. Is turned off, and when it is determined that the rotational speed of the rotor exceeds the set rotational speed threshold, the rotational speed of the rotor is controlled below the set rotational speed threshold. The second control device obtains a limit rotational speed threshold value equal to or less than the containment energy of the rotor centrifuge from the calculated rotor inertia moment, and outputs a shut-off operation signal to the inverter when determining that the limit rotational speed threshold value is exceeded. Shut off the voltage supply to the motor from the inverter converter. The centrifuge includes a first shut-off device and a second shut-off device that shut off the voltage supply from the inverter converter to the motor, which are arranged independently of each other in the voltage supply path from the inverter converter to the motor. When the controller determines that the limit rotational speed threshold has been exceeded while the rotor is rotating at an arbitrary rotational speed, it outputs a shut-off operation signal to the first shut-off device and supplies voltage from the inverter converter to the motor. Shut off. The second control device outputs a shut-off operation signal to the second shut-off device when determining that the limit rotational speed threshold has been exceeded while the rotor is rotating at an arbitrary rotational speed, and outputs the shut-off operation signal to the motor from the inverter converter. Cut off the voltage supply.

本発明のさらに他の特徴によれば、第1の制御装置と第2の制御装置の間に通信手段を備え、第1の制御装置はインバータ変換器を制御すると共に、通信手段を介して第2の制御装置とのロータの慣性モーメントの測定に関する時間の同期を取るようにした。第1の制御装置は第2の制御装置との通信が異常であると判断した時にモータを減速させ、第2の制御装置は通信手段による第1の制御装置との通信が異常であると判断した時に第2の遮断装置に遮断動作信号を出力する。第1の制御装置は、第1の制御装置が算出したロータの慣性モーメントと第2の制御装置が算出したロータの慣性モーメントの誤差が所定値を超えたと判断した時に、インバータ変換器を制御してモータを減速させる。   According to still another feature of the present invention, a communication means is provided between the first control device and the second control device, the first control device controls the inverter converter and the first control device via the communication means. The time of the measurement of the moment of inertia of the rotor with the control device 2 was synchronized. The first control device decelerates the motor when determining that the communication with the second control device is abnormal, and the second control device determines that the communication with the first control device by the communication means is abnormal. When this occurs, a shutoff operation signal is output to the second shutoff device. The first control device controls the inverter converter when it is determined that an error between the rotor inertia moment calculated by the first control device and the rotor inertia moment calculated by the second control device exceeds a predetermined value. Decelerate the motor.

請求項1の発明によれば、遠心分離機が使えるロータファミリーの全てのロータをその遠心分離機で保証された封じ込めエネルギー以下に自動的に制御して使用できるようにしたので、高価な古いロータを廃棄することなく使用することが可能になる。   According to the invention of claim 1, since all the rotors of the rotor family in which the centrifuge can be used are automatically controlled to be equal to or lower than the containment energy guaranteed by the centrifuge, the expensive old rotor can be used. Can be used without being discarded.

請求項2の発明によれば、制御装置は、ID情報が正しく検出できた場合は設定回転速度までロータの回転を加速させ、妥当でない場合はロータの回転を停止させるので、遠心分離機で保証された封じ込めエネルギー以上の負荷がかかる恐れのある遠心分離運転が実行されることを阻止することができる。   According to the invention of claim 2, since the control device accelerates the rotation of the rotor to the set rotational speed when the ID information can be correctly detected, and stops the rotation of the rotor when it is not valid, the control device guarantees with the centrifuge. Therefore, it is possible to prevent a centrifugal operation that may be loaded more than the contained containment energy from being performed.

請求項3の発明によれば、ID検出器は、ロータに配置されるマグネットの磁気を検出する信号発生器、又は/及び、ロータに設けられた識別穴の有無を検出する信号発生器であるので、ロータを極低回転で開始させるだけで容易にロータに関するID情報を検出することができる。   According to invention of Claim 3, an ID detector is a signal generator which detects the magnetism of the magnet arrange | positioned at a rotor, or / and a signal generator which detects the presence or absence of the identification hole provided in the rotor. Therefore, it is possible to easily detect ID information related to the rotor only by starting the rotor at a very low rotation.

請求項4の発明によれば、制御装置は、電流検出器により検出された電流と直流電圧検出器による検出された直流電源電圧の積を、速度検出器で検出されたモータの回転速度で除算し、これをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算してロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーを高精度に算出できる。この結果、算出誤差を考慮して遠心分離機の封じ込めエネルギーを大きめに設計する必要性が縮小し、遠心分離機のプロテクタが小型化できると共にドアロック機構の強化が軽減され、構造の簡易化及び遠心分離機本体のサイズの小型化、ひいては遠心分離機製造コストの低減が達成できる。   According to the invention of claim 4, the control device divides the product of the current detected by the current detector and the DC power supply voltage detected by the DC voltage detector by the rotational speed of the motor detected by the speed detector. Then, by multiplying this by a predetermined torque constant, the inertia moment or rotational energy of the rotor can be calculated with high accuracy. As a result, the necessity for designing a larger containment energy of the centrifuge in consideration of calculation errors is reduced, the protector of the centrifuge can be reduced in size, the strengthening of the door lock mechanism is reduced, the structure is simplified and It is possible to reduce the size of the centrifuge body and thus reduce the manufacturing cost of the centrifuge.

請求項5の発明によれば、トルク定数の値を記憶手段にあらかじめ記憶させるので、ロータの慣性モーメント或いは回転エネルギーの算出に用いる定数を迅速に取得することができる。さらに、モータ、制御装置を現地などで交換した場合も再教示することによりロータの慣性モーメント或いは回転エネルギー算出の精度を継続して維持可能である。   According to the invention of claim 5, since the value of the torque constant is stored in the storage means in advance, the constant used for calculating the inertia moment or rotational energy of the rotor can be quickly acquired. Furthermore, even when the motor and the control device are exchanged at the site, the accuracy of calculation of the inertia moment or rotational energy of the rotor can be continuously maintained by re-teaching.

請求項6の発明によれば、制限回転速度閾値はロータ固有の許容最高回転速度以下になるように設定されるので、遠心分離機が加速から整定状態に移行する際にロータの制御回転速度が一時的に設定回転速度をオーバーシュートする特性があっても制限回転速度閾値を越えることがないため、安定してロータを運転することができる。   According to the invention of claim 6, since the limit rotational speed threshold is set to be equal to or lower than the maximum allowable rotational speed unique to the rotor, the controlled rotational speed of the rotor is changed when the centrifuge shifts from acceleration to the settling state. Even if there is a characteristic of temporarily overshooting the set rotational speed, the limit rotational speed threshold is not exceeded, so that the rotor can be operated stably.

請求項7の発明によれば、ロータを第1の回転速度から第2の回転速度まで加速させた際に慣性モーメントを算出するので、実測値に基づいた高精度な慣性モーメント値を得ることができ、信頼性の高い遠心分離機を実現できる。   According to the seventh aspect of the invention, since the moment of inertia is calculated when the rotor is accelerated from the first rotation speed to the second rotation speed, a highly accurate inertia moment value based on the actual measurement value can be obtained. And a highly reliable centrifuge can be realized.

請求項8の発明によれば、制御装置は、モータの出力トルクが一定の値となるようにインバータ変換器を制御してロータを第1の回転速度から第2の回転速度に加速させるので、ロータの慣性モーメントの算出精度が向上すると共に、如何なる単一故障に対してもロータの回転速度の制限を可能とすることができる。   According to the invention of claim 8, the control device controls the inverter converter so that the output torque of the motor becomes a constant value and accelerates the rotor from the first rotation speed to the second rotation speed. The calculation accuracy of the moment of inertia of the rotor is improved, and the rotation speed of the rotor can be limited for any single failure.

請求項9の発明によれば、ロータを第2の回転速度から第3の回転速度に惰性により減速させた際に慣性モーメントを算出するので、実測値に基づいた高精度な慣性モーメント値を得ることができ、信頼性の高い遠心分離機を実現できる。   According to the ninth aspect of the invention, since the moment of inertia is calculated when the rotor is decelerated from the second rotation speed to the third rotation speed by inertia, a highly accurate inertia moment value based on the actual measurement value is obtained. And a highly reliable centrifuge can be realized.

請求項10の発明によれば、ロータ或はモータの回転速度を検出する第1及び第2の速度検出手段と、第1及び第2の制御装置を備え、2つの制御装置にて独立して慣性モーメントを算出するので、得られた慣性モーメント値の信頼性を高めることができる。   According to the invention of claim 10, the first and second speed detecting means for detecting the rotational speed of the rotor or the motor and the first and second control devices are provided, and the two control devices independently. Since the moment of inertia is calculated, the reliability of the obtained moment of inertia value can be improved.

請求項11の発明によれば、第1及び第2の制御装置が独立してロータの回転速度が設定回転速度閾値を超えて設定されていると判断した場合は設定回転速度閾値以下にロータの回転速度を制御するので、遠心分離機側で封じ込めエネルギーを越えてロータを回転させることを確実に防止することができる。   According to the eleventh aspect of the invention, when the first and second control devices independently determine that the rotational speed of the rotor is set to exceed the set rotational speed threshold, the rotor speed falls below the set rotational speed threshold. Since the rotation speed is controlled, it is possible to reliably prevent the rotor from rotating beyond the containment energy on the centrifuge side.

請求項12の発明によれば、インバータ変換器からモータへの電圧供給路に互いに独立して配置されたインバータ変換器からモータへの電圧供給を遮断する第1の遮断装置及び第2の遮断装置を設け、これらが第1及び第2の制御装置が独立して制御するので二重の安全性を確保した遠心分離機を実現できる。   According to invention of Claim 12, the 1st interruption | blocking apparatus and 2nd interruption | blocking apparatus which interrupt | block the voltage supply to the motor from the inverter converter arrange | positioned mutually independently in the voltage supply path from an inverter converter to a motor Since these are independently controlled by the first and second control devices, a centrifuge with double safety can be realized.

請求項13の発明によれば、第1の制御装置はインバータ変換器を制御すると共に、通信手段を介して第2の制御装置とのロータの慣性モーメントの測定に関する時間の同期を取るので、なんらかのエラーの発生によりいずれかの制御装置の測定結果に異常が生じても、その異常を早期に検出することができる。   According to the invention of claim 13, since the first control device controls the inverter converter and synchronizes the time with respect to the measurement of the moment of inertia of the rotor with the second control device via the communication means, Even if an abnormality occurs in the measurement result of one of the control devices due to the occurrence of an error, the abnormality can be detected early.

請求項14の発明によれば、第1の制御装置は第2の制御装置との通信が異常であると判断した時にモータを減速させるので、如何なる単一故障に対してもロータの回転速度の制限を可能とすることができる。   According to the invention of claim 14, the first control device decelerates the motor when it is determined that the communication with the second control device is abnormal. Restrictions can be possible.

請求項15の発明によれば、第2の制御装置は、通信手段による第1の制御装置との通信が異常であると判断した時に第2の遮断装置に遮断動作信号を出力するので、如何なる単一故障に対してもロータの回転速度の制限を可能とすることができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, the second control device outputs a shut-off operation signal to the second shut-off device when it is determined that communication with the first control device by the communication means is abnormal. It is possible to limit the rotational speed of the rotor even for a single failure.

請求項16の発明によれば第1の制御装置はメイン・サブの慣性モーメントの誤差が所定値を超えたと判断した時に、インバータ遮断するので確実に安全措置を施すことができる。   According to the sixteenth aspect of the present invention, when the first control device determines that the error of the main and sub inertia moments exceeds a predetermined value, the inverter is shut off, so that the safety measures can be taken reliably.

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the following description and drawings.

本発明の実施例に係る遠心分離機のモータの回転制御ブロックを示す図である。It is a figure which shows the rotation control block of the motor of the centrifuge which concerns on the Example of this invention. 図1の第1の制御装置8と第2の制御装置9の詳細ブロック回路図である。FIG. 2 is a detailed block circuit diagram of a first control device 8 and a second control device 9 in FIG. 1. 図1のインバータ変換器3の回路図である。It is a circuit diagram of the inverter converter 3 of FIG. 本発明の実施例においてロータの回転速度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the rotational speed of a rotor in the Example of this invention. 本発明の実施例においてロータの慣性モーメント或いはエネルギー算出を行う際のロータの回転速度を示す図である。It is a figure which shows the rotational speed of the rotor at the time of calculating the inertia moment or energy of a rotor in the Example of this invention. ロータの慣性モーメント或いはエネルギー算出動作を模擬的に示す図である。It is a figure which shows the inertia moment or energy calculation operation | movement of a rotor in simulation. 速度の様子を模擬的に示す図である。It is a figure which shows the mode of speed in simulation. 算出した慣性モーメントから制限回転速度閾値及び設定回転速度閾値を求めるデータベースを模擬的に示す図である。It is a figure which shows the database which calculates | requires a limiting rotational speed threshold value and a setting rotational speed threshold value from the calculated inertia moment. 第1の制御装置の、ロータの慣性モーメント或いはエネルギー測定動作フローチャート図である。FIG. 3 is a flowchart of a rotor operation moment of inertia or energy measurement operation of the first controller. 第2の制御装置の、ロータの慣性モーメント或いはエネルギー測定動作フローチャート図である。It is a moment of inertia measurement or energy measurement operation flow chart of a rotor of the 2nd control device. 第1の制御装置のモータへの電力供給遮断動作のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the electric power supply interruption | blocking operation | movement to the motor of a 1st control apparatus. 第2の制御装置のモータへの電力供給遮断動作のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the electric power supply interruption | blocking operation | movement to the motor of a 2nd control apparatus. 定数の係数kを慣性モーメントが既知のロータを用いて教示により求める操作画面の教示開始時を例示した図である。It is the figure which illustrated the time of the teaching start of the operation screen which calculates | requires the constant coefficient k by teaching using a rotor with a known moment of inertia. 定数の係数kを慣性モーメントが既知のロータを用いて教示により求める操作画面の教示終了時を例示した図である。It is the figure which illustrated the time of completion | finish of the teaching of the operation screen which calculates | requires the constant coefficient k by teaching using a rotor with a known moment of inertia. 従来例の遠心分離運転におけるロータの回転速度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the rotational speed of the rotor in the centrifugation operation | movement of a prior art example.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part in the following figures, and repeated description is abbreviate | omitted.

図1の構成において、本発明になる遠心分離機全体を100で示し、1は試料を収納するロータであり、2はロータ1を回転駆動する3相の誘導モータ或いはDCブラシレスのモータであり本実施例では以下トルク補正がより困難な3相の誘導モータとして説明する。13は駆動シャフト14の駆動トルクをロータ1に伝達するクラウン、スパッド等のトルク伝達器である。3は交流電源4を入力としモータ2に可変周波数の電圧を出力するインバータ変換器であり、5はロータ1或いはモータ2の第1の回転速度検出手段であり、例えば、エンコーダディスク27のスリットの有無によりパルス信号MPGを出力するフォトインタラプタである。6はロータ1或いはモータ2のホール素子等のマグネットセンサからなる第2の回転速度検出手段であり、トルク伝達器13の底部の円周上に設けた少なくとも1つ以上のマグネット7の有無を検出しパルス信号SPGを出力する。   In the configuration of FIG. 1, the entire centrifuge according to the present invention is indicated by 100, 1 is a rotor for storing a sample, 2 is a three-phase induction motor or a DC brushless motor for driving the rotor 1 to rotate. In the embodiment, a description will be given below of a three-phase induction motor in which torque correction is more difficult. Reference numeral 13 denotes a torque transmitter such as a crown or a spud that transmits the drive torque of the drive shaft 14 to the rotor 1. Reference numeral 3 denotes an inverter converter that receives the AC power supply 4 and outputs a variable frequency voltage to the motor 2. Reference numeral 5 denotes first rotation speed detection means for the rotor 1 or the motor 2. It is a photo interrupter that outputs a pulse signal MPG depending on the presence or absence. Reference numeral 6 denotes a second rotational speed detection means comprising a magnet sensor such as a Hall element of the rotor 1 or the motor 2 and detects the presence or absence of at least one magnet 7 provided on the circumference of the bottom of the torque transmitter 13. The pulse signal SPG is output.

15は遠心分離機のフレームであり、10はフレーム15で支持されるロータ1の表面を囲うボウルであり、11はフレーム15で支持されるプロテクタリングであり、ボウル10を囲いロータ1破損時に遠心力に従い遠心分離機外部に飛び出そうとするロータ1の破片を受け止めるものである。12は開閉可能なドアであり、ロータ1が回転している際は、プロテクタリング11及びボウル10と共にロータ1を閉じ込める空間を作る。   Reference numeral 15 denotes a centrifuge frame, 10 denotes a bowl surrounding the surface of the rotor 1 supported by the frame 15, and 11 denotes a protector ring supported by the frame 15, which surrounds the bowl 10 and is centrifuged when the rotor 1 is broken. The debris of the rotor 1 that tries to jump out of the centrifuge according to the force is received. Reference numeral 12 denotes an openable / closable door. When the rotor 1 is rotating, a space for confining the rotor 1 is formed together with the protector ring 11 and the bowl 10.

16はモータ2のU相の1次電流を検出し電流信号Iuを出力する第1の電流検出器であり、同様に17はモータ2のW相の1次電流を検出し電流信号Iwを出力する第2の電流検出器であり、電流検出器16、17は、例えばこの場合ホール素子を利用した電流の波形に沿った電圧を出力するカレントセンサである。   Reference numeral 16 denotes a first current detector that detects a U-phase primary current of the motor 2 and outputs a current signal Iu. Similarly, 17 detects a W-phase primary current of the motor 2 and outputs a current signal Iw. The current detectors 16 and 17 are, for example, current sensors that output a voltage along a current waveform using a Hall element in this case.

18はインバータ変換器3の直流電源電圧を検出し電圧信号V1を出力する第1の直流電圧検出器であり、19は同様にインバータ変換器3の直流電源電圧を検出し電圧信号V2を出力する第2の直流電圧検出器であり、20はインバータ変換器3からモータ2への電圧供給路に配置されたインバータ変換器3からモータ2への電圧供給を遮断する第1の遮断装置である。21は交流電源4からインバータ変換器3への電力供給路に設けられたインバータ入力遮断装置となる第2の遮断装置である。8は第1の制御装置であり、インバータ変換器3にモータ2へ出力する電圧の指令値をインバータ制御部210から信号ライン30を介して出力することによりインバータ変換器3を制御し、また、第1の速度検出手段5が出力するパルス信号MPGと、第1の電流検出器16が出力する電流信号Iuと、第1の直流電圧検出器18が出力する電圧信号V1に従いロータ1の慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する。9は第2の制御装置であり、第2の速度検出手段6が出力するパルス信号SPGと、第2の電流検出器17が出力する電流信号Iwと、第2の直流電圧検出器19が出力する電圧信号V2に従いロータ1の慣性モーメント或いは回転エネルギーを測定する。   Reference numeral 18 denotes a first DC voltage detector that detects a DC power supply voltage of the inverter converter 3 and outputs a voltage signal V1, and 19 similarly detects a DC power supply voltage of the inverter converter 3 and outputs a voltage signal V2. A second DC voltage detector 20 is a first shut-off device that shuts off the voltage supply from the inverter converter 3 to the motor 2 arranged in the voltage supply path from the inverter converter 3 to the motor 2. Reference numeral 21 denotes a second cutoff device serving as an inverter input cutoff device provided in a power supply path from the AC power supply 4 to the inverter converter 3. Reference numeral 8 denotes a first control device, which controls the inverter converter 3 by outputting a command value of a voltage to be output to the motor 2 to the inverter converter 3 from the inverter control unit 210 via the signal line 30; The moment of inertia of the rotor 1 according to the pulse signal MPG output from the first speed detection means 5, the current signal Iu output from the first current detector 16, and the voltage signal V1 output from the first DC voltage detector 18. Alternatively, rotational energy is measured. Reference numeral 9 denotes a second control device, which includes a pulse signal SPG output from the second speed detecting means 6, a current signal Iw output from the second current detector 17, and an output from the second DC voltage detector 19. The inertia moment or rotational energy of the rotor 1 is measured in accordance with the voltage signal V2.

25は運転するロータの種類をロータテーブルから選択するための識別コードの入力と、その選択されたロータ1の整定回転速度や、運転時間、設定温度等を操作者が任意に設定できるユーザインターフェイス手段である。遠心分離機は種々のロータについてのロータ固有の情報となるロータテーブルを予め備えており、各々のロータテーブルには温度補正係数や許容最高回転速度、ロータの所定の回転速度でのエネルギー、さらにロータの許容最高回転速度でのエネルギーEmaxの情報が予め登録されている。操作者はユーザインターフェイス手段25からロータを1つ選択でき且つ選択したロータの整定回転速度、運転時間、設定温度を設定することができるようになっており、第1の制御装置は、信号ライン56を介してユーザインターフェイス手段25に入力されたロータ1の設定回転速度等に従いロータ1の回転速度、運転時間、図示されていない冷凍機等を制御する。   25 is a user interface means for allowing the operator to arbitrarily set the input of an identification code for selecting the type of rotor to be operated from the rotor table and the settling speed, operating time, set temperature, etc. of the selected rotor 1 It is. The centrifuge is preliminarily provided with a rotor table serving as rotor-specific information for various rotors. Each rotor table has a temperature correction coefficient, an allowable maximum rotational speed, energy at a predetermined rotational speed of the rotor, and a rotor. Information on energy Emax at the allowable maximum rotation speed is registered in advance. The operator can select one rotor from the user interface means 25 and can set the set rotational speed, operation time, and set temperature of the selected rotor. The rotational speed of the rotor 1, the operation time, the refrigerator not shown, and the like are controlled according to the set rotational speed of the rotor 1 input to the user interface means 25 via

ユーザインターフェイス手段25からの手動設定によらず、ロータ1から風損、慣性モーメント、最大回転速度等の情報を自動的に自動識別装置から入手する手段として特開平11−156245号公報に開示されているようなロータ識別装置による自動取得が可能なように、ロータ1の下部に設けられたロータアダプタ51の下面の円周上に設けられた識別穴パターン54と穴の有無を検出する渦電流センサ55が設けられ渦電流センサ55の信号出力はロータ識別信号IDとして後述する信号変換器222(図2参照)を介して第1の制御装置8に入力されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 11-156245 discloses means for automatically obtaining information such as windage loss, moment of inertia, and maximum rotational speed from the rotor 1 from the automatic identification device, regardless of manual setting from the user interface means 25. An identification hole pattern 54 provided on the circumference of the lower surface of the rotor adapter 51 provided at the lower part of the rotor 1 and an eddy current sensor for detecting the presence or absence of the hole so that automatic acquisition by the rotor identification device as described above is possible 55, and the signal output of the eddy current sensor 55 is input to the first control device 8 via a signal converter 222 (see FIG. 2) described later as a rotor identification signal ID.

53はロータ1或いはモータ2のホール素子等のマグネットセンサからなる許容最高回転速度を示す信号発生器であり、ロータアダプタ51の内面の円周上に設けた少なくとも2つ以上のマグネット52の配置を検出しパルス信号RPGを出力する。パルス信号RPGは第1の制御装置8及び第2の制御装置9に出力されている。   Reference numeral 53 denotes a signal generator that indicates an allowable maximum rotational speed, which is composed of a magnet sensor such as a Hall element of the rotor 1 or the motor 2, and includes an arrangement of at least two or more magnets 52 provided on the circumference of the inner surface of the rotor adapter 51. Detect and output a pulse signal RPG. The pulse signal RPG is output to the first control device 8 and the second control device 9.

本実施例において、第1の制御装置8と第1の遮断装置20は信号ライン22で接続され、第1の遮断装置20は第1の制御装置8が出力する遮断信号によりモータ2の駆動を停止させることができる。第2の制御装置9と第2の遮断装置21は信号ライン23で接続され、第2の遮断装置21は第2の制御装置9が出力する遮断信号によりモータ2の駆動を停止させることができる。また、第1の制御装置8と第2の制御装置9は通信ライン24で接続されており、両制御装置は通信手段を備えることで装置間の双方向の通信が可能である。   In this embodiment, the first control device 8 and the first shut-off device 20 are connected by a signal line 22, and the first shut-off device 20 drives the motor 2 by the shut-off signal output from the first control device 8. Can be stopped. The second control device 9 and the second shut-off device 21 are connected by a signal line 23, and the second shut-off device 21 can stop the driving of the motor 2 by a shut-off signal output from the second control device 9. . Moreover, the 1st control apparatus 8 and the 2nd control apparatus 9 are connected by the communication line 24, and both control apparatuses can perform two-way communication between apparatuses by providing a communication means.

図2は図1の第1の制御装置8と第2の制御装置9の詳細ブロック回路図である。図2において、第1の制御装置8は、CPU201と電流実効値変換器202とスタティックRAMとなる不揮発性メモリ208と印加電圧が消失しても記憶内容を保持するEEPROMの不揮発性メモリ223とインバータ制御部210を含んで構成される。第2の制御装置9はCPU211と電流実効値変換器212と印加電圧が消失しても記憶内容を保持するEEPROMの不揮発性メモリ218を含んで構成される。不揮発性メモリ223、218には教示作業により慣性モーメントが既知のロータの慣性モーメントに合うようにトルク定数を逆算して決定したものなどが記憶される。CPU201及びCPU211としては市販のマイクロプロセッサを使用でき、例えばルネサステクノロジー社製のSH7080シリーズやH8/3048Fシリーズを使用できる。これらは、マルチファンクションタイマパルスユニット(以下MTUと称す)、A/D変換器、シリアルコミュニケーションインターフェース(以下SCIと称す)、入出力ポート(以下I/Oと称す)等のペリフェラル機能を内蔵したマイクロプロセッサである。尚、用いられるメモリはRAMやEEPROMに限定させるものではなく、他の記憶手段で実現しても良い。   FIG. 2 is a detailed block circuit diagram of the first control device 8 and the second control device 9 of FIG. In FIG. 2, the first control device 8 includes a CPU 201, a current effective value converter 202, a non-volatile memory 208 serving as a static RAM, an EEPROM non-volatile memory 223 that retains stored contents even when an applied voltage is lost, and an inverter. The control unit 210 is included. The second control device 9 includes a CPU 211, a current effective value converter 212, and an EEPROM nonvolatile memory 218 that retains stored contents even when the applied voltage is lost. The non-volatile memories 223 and 218 store information obtained by back-calculating the torque constant so that the moment of inertia matches the known moment of inertia of the rotor by teaching work. A commercially available microprocessor can be used as the CPU 201 and the CPU 211, for example, SH7080 series or H8 / 3048F series manufactured by Renesas Technology. These are built-in peripheral functions such as a multi-function timer pulse unit (hereinafter referred to as MTU), an A / D converter, a serial communication interface (hereinafter referred to as SCI), and an input / output port (hereinafter referred to as I / O). It is a processor. Note that the memory used is not limited to RAM or EEPROM, but may be realized by other storage means.

電流実効値変換器202は第1の電流検出器16による電流信号Iuを実効値変換し、出力信号をCPU201内蔵のA/D変換器203に入力し、電流実効値変換器212は第2の電流検出器17による電流信号Iwを実効値変換し、出力信号をCPU211内蔵のA/D変換器213に入力する。A/D変換器203とA/D変換器213で入力されたアナログ電圧をデジタル値に変換し、CPU201とCPU211は、これらのデジタル値に基づき、モータ2の1次電流を測定する。第1の遮断装置20への遮断信号はCPU201内蔵のI/O207から、第2の遮断装置21への遮断信号はCPU211内蔵のI/O217から出力される。   The current effective value converter 202 converts the current signal Iu from the first current detector 16 into an effective value, inputs the output signal to the A / D converter 203 built in the CPU 201, and the current effective value converter 212 performs the second operation. The current signal Iw from the current detector 17 is converted into an effective value, and the output signal is input to the A / D converter 213 built in the CPU 211. The analog voltage input by the A / D converter 203 and the A / D converter 213 is converted into digital values, and the CPU 201 and the CPU 211 measure the primary current of the motor 2 based on these digital values. A blocking signal to the first blocking device 20 is output from the I / O 207 built in the CPU 201, and a blocking signal to the second blocking device 21 is output from the I / O 217 built in the CPU 211.

第1の速度検出手段5によるパルス信号MPGはCPU201内蔵のMTU204に、第2の速度検出手段6によるパルス信号SPGはCPU201内蔵のMTU221に入力されると共にCPU211内蔵のMTU214にも入力される。MTU204及びMTU214は、各々パルス信号MPG、SPGのパルスの周期をCPUの内部クロックにより計測する。第3の速度検出手段26が出力する2相のパルス信号ENCa、ENCbは、それぞれ、ENCaはCPU201内蔵のMTU205に、ENCbはCPU211内蔵のMTU215に入力される。同様にパルス信号ENCa、ENCbのパルスの周期は、MTU205及びMTU215により計測される。同様にパルス信号RPGはCPU201内蔵のMTU230とCPU211内蔵のMTU231に入力され計測される。   The pulse signal MPG from the first speed detection means 5 is input to the MTU 204 built in the CPU 201, and the pulse signal SPG from the second speed detection means 6 is input to the MTU 221 built in the CPU 201 and also to the MTU 214 built in the CPU 211. The MTU 204 and MTU 214 measure the pulse periods of the pulse signals MPG and SPG, respectively, using the CPU internal clock. As for the two-phase pulse signals ENCa and ENCb output from the third speed detection means 26, ENCa is input to the MTU 205 built in the CPU 201, and ENCb is input to the MTU 215 built in the CPU 211. Similarly, the pulse periods of the pulse signals ENCa and ENCb are measured by the MTU 205 and MTU 215. Similarly, the pulse signal RPG is input to the MTU 230 built in the CPU 201 and the MTU 231 built in the CPU 211 and measured.

第1の直流電圧検出器18による電圧信号V1はCPU201内蔵のA/D変換器206に、第2の直流電圧検出器19による電圧信号V1はCPU211内蔵のA/D変換器216に入力され、A/D変換器206とA/D変換器216で入力されたアナログ電圧をデジタル値に変換し、CPU201とCPU211は、これらのデジタル値に基づき、インバータ変換器3の直流電源電圧を計測する。   The voltage signal V1 from the first DC voltage detector 18 is input to the A / D converter 206 built in the CPU 201, and the voltage signal V1 from the second DC voltage detector 19 is input to the A / D converter 216 built in the CPU 211. The analog voltage input by the A / D converter 206 and the A / D converter 216 is converted into a digital value, and the CPU 201 and the CPU 211 measure the DC power supply voltage of the inverter converter 3 based on these digital values.

インバータ制御部210は、インバータ変換器3へ可変周波数の3相電圧指令信号を出力し、CPU201は、パルス信号MPG或はENCaよりモータ2の速度を検出し、インバータ制御部210を介してインバータ変換器3を制御する。なお、第1の制御装置8と第2の制御装置9は、CPU201内蔵のSCI209とCPU211内蔵のSCI219が通信ライン24を介し接続されることでCPU間の通信が可能であり、第1の制御装置8は第2の制御装置9の動作状態あるいはロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーの算出結果をモニタでき、且つ、ロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーを測定する際に測定タイミングの同期ハンドシェイクを取ることができる。   The inverter control unit 210 outputs a three-phase voltage command signal having a variable frequency to the inverter converter 3, and the CPU 201 detects the speed of the motor 2 from the pulse signal MPG or ENCa and performs inverter conversion via the inverter control unit 210. The device 3 is controlled. The first control device 8 and the second control device 9 can communicate with each other by connecting the SCI 209 built in the CPU 201 and the SCI 219 built in the CPU 211 via the communication line 24, and the first control device 8 and the second control device 9 can communicate with each other. The device 8 can monitor the operation state of the second control device 9 or the calculation result of the moment of inertia or energy of the rotor 1, and take a synchronous handshake of the measurement timing when measuring the moment of inertia or energy of the rotor 1. Can do.

本実施例では、パルス信号MPG、SPGはモータ2の1回転当たり2パルスの信号であり、パルス信号ENCa、ENCbはモータ2の1回転で30パルスの信号としている。ロータ1及びモータ2の回転速度N(min−1)の測定は、パルス信号MPGによる速度検出を例にすると、CPU201内蔵のMTU204によりパルス信号MPGの立ち下りエッジ間の時間を測定することでなされ、具体的には、パルス信号MPGの立下りエッジ毎に、前回立下りエッジから今回エッジが発生するまでのCPU201の内部クロックのカウント値に基づき算出される。ここで、CPU201或いはCPU211の内部クロックの周波数をF、信号立下りエッジ間での内部クロックのカウント数をCNTとすると、モータ2の回転速度Nは数式1のとおりである。式1中の小さな黒丸は、乗算をすることを意味し(本明細書の数式中では以下同じ)、数式1の分子は60×Fの意味である。 In this embodiment, the pulse signals MPG and SPG are signals of 2 pulses per rotation of the motor 2, and the pulse signals ENCa and ENCb are signals of 30 pulses per rotation of the motor 2. The rotation speed N (min −1 ) of the rotor 1 and the motor 2 is measured by measuring the time between the falling edges of the pulse signal MPG by the MTU 204 built in the CPU 201, taking speed detection by the pulse signal MPG as an example. Specifically, each time the falling edge of the pulse signal MPG is calculated based on the count value of the internal clock of the CPU 201 from the previous falling edge to the occurrence of the current edge. Here, assuming that the frequency of the internal clock of the CPU 201 or the CPU 211 is F and the count number of the internal clock between the signal falling edges is CNT, the rotational speed N of the motor 2 is as shown in Equation 1. Small black circles in Equation 1 mean multiplication (the same applies to the following equations in this specification), and the numerator in Equation 1 means 60 × F.

Figure 0005682826
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なお、3相誘導モータであるモータ2の瞬時の現在回転速度Nrは、励磁周波数の3の倍数成分となる6次や、12次成分のトルクリプルの影響やモータ制御上の電圧指令変更時の応答により、モータ2の1回転周期trで波線で示すモータ2の理想回転速度Noに対して変動しており、速度勾配は測定タイミングで値が変化してしまう恐れがある(これは図7の実線で示したNrで後述する)。このため、本実施例では、求める速度は、速度の高次変動を減衰するように速度計測毎に速度を逐次更新するソフトウェアでのフィルタリング処理を施しており、フィルタリング後の今回の速度Nn(後述する図7の一点破線)は、フィルタリング後の前回の速度をNn−1、測定した瞬時の現在回転速度をNr、フィルタリングの定数をαとすると数式2で求められる。  Note that the instantaneous current rotational speed Nr of the motor 2 which is a three-phase induction motor is influenced by the torque ripple of the 6th order and 12th order components that are multiple components of 3 of the excitation frequency, and the response when the voltage command is changed in the motor control. Thus, the motor 2 changes with respect to the ideal rotation speed No indicated by the wavy line in one rotation cycle tr, and the value of the speed gradient may change at the measurement timing (this is the solid line in FIG. 7). (It will be described later with Nr). For this reason, in the present embodiment, the speed to be obtained is subjected to filtering processing by software that sequentially updates the speed for each speed measurement so as to attenuate higher-order fluctuations in speed, and this speed Nn after filtering (described later) 7 is obtained by Equation 2 where Nn-1 is the previous speed after filtering, Nr is the measured current rotational speed, and α is the filtering constant.

Figure 0005682826
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ここで、αは1より小さい値であり、小さい値であればあるほど減衰効果を期待できるが、図7のΔtで表した実際の速度に対する時間遅れも大きくなってしまう。さらにこの時間遅れは速度の検出周期が長いほど大きくなってしまう。本実施例では、CPU201とCPU211が検出する速度は、フィルタリング処理での時間遅れを極力小さくできるようにモータ2の1回転当たりのパルス数が多く速度の更新周期が短くなる第3の速度検出手段26からのパルス信号ENCa、ENCbから求め、上記時間遅れを200ms程度にし遠心分離機の回転速度制御上問題無いようにしている。   Here, α is a value smaller than 1, and the smaller the value, the more the damping effect can be expected. However, the time delay with respect to the actual speed represented by Δt in FIG. 7 also increases. Furthermore, this time delay becomes larger as the speed detection cycle is longer. In this embodiment, the speed detected by the CPU 201 and the CPU 211 is the third speed detecting means in which the number of pulses per rotation of the motor 2 is large and the speed update cycle is shortened so that the time delay in the filtering process can be minimized. 26 is obtained from the pulse signals ENCa and ENCb from No. 26, and the time delay is set to about 200 ms so that there is no problem in the rotational speed control of the centrifuge.

なお、パルス信号ENCa、ENCbのパルス欠損等の速度検出での不具合が発生すると正確なロータエネルギーの測定ができなくなるので、このような不具合の発生を検知できるように、第1の制御装置8ではパルス信号MPGで求めた速度とパルス信号ENCaで求めた速度を比較し、同様に第2の制御装置9ではパルス信号SPGで求めた速度とパルス信号ENCbで求めた速度を比較できる構成としている。   In addition, since the rotor energy cannot be accurately measured when a failure in speed detection such as pulse loss of the pulse signals ENCa and ENCb occurs, the first controller 8 can detect the occurrence of such a failure. The speed obtained from the pulse signal MPG and the speed obtained from the pulse signal ENCa are compared, and similarly, the second controller 9 is configured to be able to compare the speed obtained from the pulse signal SPG and the speed obtained from the pulse signal ENCb.

また、A/D変換器203、213に入力される電流実効値変換器202、212の出力信号も高次の電流リプル成分を含んでいるので、例えば、2msec周期でA/D変換器203、213でのA/D値のサンプリングを行い、速度検出と同様のソフトウェアでのフィルタリング処理を実施している。   In addition, since the output signals of the RMS current value converters 202 and 212 input to the A / D converters 203 and 213 include high-order current ripple components, for example, the A / D converter 203 and the The A / D value is sampled at 213, and the same filtering process as software for speed detection is performed.

次にインバータ変換器3の詳細な構成について図3を用い説明する。インバータ変換器3において312は交流電源4を直流電源に変換するコンバータであり、311はコンバータ312で変換された電源を平滑する平滑コンデンサである。31、32、33は、それぞれモータ2に3相の交流電力を供給するインバータブリッジであり、例えばIGBTやMOSFET等のスイッチング素子に還流ダイオードを逆接続した上アーム、下アームで構成されている。図3ではスイッチング素子としてIGBTを用いており、インバータブリッジ31を代表してブリッジを構成する上アーム、下アームを301、302で示し、304、306はそれぞれ上アーム301、下アーム302のゲート制御回路であり、これらはフォトカプラ305、307から点孤信号が送られる。310は フォトカプラ305、307の発光素子を点灯させるための電源であり、トランジスタ等の半導体スイッチ或いはスリーステートゲートから成る第1の遮断装置20と抵抗器308、309を介しフォトカプラ305、307の発光素子のアノード側に接続されている。インバータ制御部210が出力する各ブリッジのオン・オフ信号はドライバ316、317を介しフォトカプラ305、307の発光素子のカソード側に送られ、上アーム301、下アーム302は各々インバータ制御部210の出力信号がLOWレベルになった時にオンする。   Next, a detailed configuration of the inverter converter 3 will be described with reference to FIG. In the inverter converter 3, 312 is a converter that converts the AC power supply 4 into a DC power supply, and 311 is a smoothing capacitor that smoothes the power supply converted by the converter 312. Reference numerals 31, 32, and 33 denote inverter bridges that supply three-phase AC power to the motor 2. The inverter bridge includes an upper arm and a lower arm in which a free wheel diode is reversely connected to a switching element such as an IGBT or a MOSFET. In FIG. 3, an IGBT is used as a switching element, and the upper arm and the lower arm constituting the bridge on behalf of the inverter bridge 31 are indicated by 301 and 302, and 304 and 306 are gate controls for the upper arm 301 and the lower arm 302, respectively. These are circuits, and a lonely signal is sent from the photocouplers 305 and 307. Reference numeral 310 denotes a power source for turning on the light emitting elements of the photocouplers 305 and 307, and the first coupler 20 including the semiconductor switch such as a transistor or a three-state gate and the resistors 308 and 309, and the photocouplers 305 and 307. It is connected to the anode side of the light emitting element. The on / off signal of each bridge output from the inverter control unit 210 is sent to the cathode side of the light emitting elements of the photocouplers 305 and 307 via the drivers 316 and 317, and the upper arm 301 and the lower arm 302 are respectively connected to the inverter control unit 210. Turns on when the output signal becomes LOW level.

また、交流電源4とコンバータ312との間にリレーコイル314による励磁信号に従いオン・オフするリレー接点313を設けており、リレーコイル314トランジスタ等の半導体スイッチ或いはスリーステートゲートから成る第2の遮断装置21を介し電源310に接続され、カソード側にはインバータ制御部210の制御信号がドライバ318を介し送られる。ここで、第1の遮断装置20が信号ライン22により遮断状態になると、インバータブリッジ31、32、33の発光素子の電源供給は断たれるので、インバータ制御部210がモータ2を駆動すべくオン・オフ信号を出力しても全てのブリッジはオンできず、モータ2を駆動する電圧供給を遮断される。同様にして、第2の遮断装置21が信号ライン23により遮断状態になると、インバータ制御部210がモータ2を駆動すべくリレー接点313をオンさせる制御信号を出力しても、リレー接点313はオフ状態となり、交流電源4からのインバータ変換器3への電源供給が遮断され、モータ2への電力の供給も断たれる。   In addition, a relay contact 313 that is turned on and off in accordance with an excitation signal from the relay coil 314 is provided between the AC power supply 4 and the converter 312, and a second cutoff device including a semiconductor switch such as a relay coil 314 transistor or a three-state gate. 21 is connected to the power source 310 via the control terminal 21, and the control signal of the inverter control unit 210 is sent to the cathode side via the driver 318. Here, when the first shutoff device 20 is shut off by the signal line 22, the power supply to the light emitting elements of the inverter bridges 31, 32, 33 is cut off, so that the inverter control unit 210 is turned on to drive the motor 2. Even if the off signal is output, all the bridges cannot be turned on, and the voltage supply for driving the motor 2 is cut off. Similarly, when the second breaking device 21 is turned off by the signal line 23, the relay contact 313 is turned off even if the inverter control unit 210 outputs a control signal for turning on the relay contact 313 to drive the motor 2. As a result, the power supply from the AC power supply 4 to the inverter converter 3 is cut off, and the power supply to the motor 2 is also cut off.

次に図4のフローチャートを用いて、本実施例の遠心分離機100の動作を説明する。まずユーザがロータ1を任意に選択して遠心分離機100に装着する。その後、ステップ401において遠心分離機100の図示しない操作部から、ロータ1の運転回転速度を入力することにより設定する。次にステップ401において、ロータ1の設定温度、遠心分離の運転時間等その他の遠心分離運転に必要な条件を操作部から入力することにより設定する。遠心分離のための条件の入力が終わると、作業者は遠心分離機100のドア12を閉めて、操作部からSTARTキーを押すことにより(ステップ403)、ステップ404でモータ2が起動する。次にステップ405において、回転速度が毎分約50回転程度の低回転領域において、信号発生器53及び渦電流センサ55の出力の有無から、ロータ1の識別する信号と制限回転速度を示す信号を検出する。通常ロータ1の識別信号を検出すると、ロータ1のIDが認識できるため、遠心分離機100に予め格納されているデータからロータ1の種類、ロータ単体の制限回転速度Ns等がわかる。また、制限回転速度を示す信号によると、信号発生器53からの信号の出現間隔を測定することによってロータ単体の許容回転速度等がわかる。   Next, the operation of the centrifuge 100 of the present embodiment will be described using the flowchart of FIG. First, the user arbitrarily selects the rotor 1 and attaches it to the centrifuge 100. Thereafter, in step 401, the operation rotational speed of the rotor 1 is set by inputting it from an operation unit (not shown) of the centrifuge 100. Next, in step 401, other conditions necessary for the centrifugal operation such as the set temperature of the rotor 1 and the operation time of the centrifugal separation are set by inputting from the operation unit. When the input of the conditions for centrifugation is completed, the operator closes the door 12 of the centrifuge 100 and presses the START key from the operation unit (step 403), whereby the motor 2 is started in step 404. Next, at step 405, in the low rotation region where the rotation speed is about 50 rotations per minute, a signal for identifying the rotor 1 and a signal indicating the limit rotation speed are determined from the presence or absence of the outputs of the signal generator 53 and the eddy current sensor 55. To detect. Usually, when the identification signal of the rotor 1 is detected, the ID of the rotor 1 can be recognized, and therefore the type of the rotor 1, the limited rotational speed Ns of the rotor alone, and the like are known from the data stored in the centrifuge 100 in advance. Further, according to the signal indicating the limiting rotational speed, the allowable rotational speed of the rotor alone can be determined by measuring the appearance interval of the signal from the signal generator 53.

次にステップ406において、第1の制御装置8は識別信号があるか否か判定し、有りの場合は、ロータテーブル(図示せず)からロータ1の種類を特定し、ロータ1の制限回転速度(許容最高回転速度)Nsを設定し、ステップ401で入力された設定回転速度と比較し、設定回転速度が許容最高回転速度以下であれば、ステップ409において所定の条件下で所定時間だけ遠心分離運転を行う。この遠心分離運転は公知の方法で行えばよいので、ここでの詳細な説明は省略する。次にステップ410において、第1の制御装置8は回転中のロータ1の回転速度が、ステップ408で設定された制限回転速度Ns以下であるかを判断する。制限回転速度Ns以下の場合は、ステップ411で設定された運転時間が終了して遠心分離動作が終了であるかを判断する。   Next, in Step 406, the first control device 8 determines whether or not there is an identification signal. If there is, the type of the rotor 1 is specified from the rotor table (not shown), and the rotational speed limit of the rotor 1 is determined. (Allowable maximum rotation speed) Ns is set and compared with the set rotation speed input in step 401. If the set rotation speed is equal to or less than the allowable maximum rotation speed, in step 409, centrifugation is performed for a predetermined time under predetermined conditions. Do the driving. Since this centrifugation operation may be performed by a publicly known method, detailed explanation here is omitted. Next, in step 410, the first control device 8 determines whether or not the rotational speed of the rotating rotor 1 is equal to or lower than the limit rotational speed Ns set in step 408. If it is equal to or less than the limit rotational speed Ns, it is determined whether the operation time set in step 411 has ended and the centrifugal separation operation has ended.

ステップ410においてロータ1の回転速度が制限回転速度Nsを越えた場合、又は、ステップ411において遠心分離運転が終了した場合は、ステップ412においてロータ1を減速して処理を終了する(ステップ412)。以上説明したステップ401〜412が通常の遠心分離機100の動作手順である。尚、従来の遠心分離機においては、ステップ406において識別信号が無い場合は、遠心分離運転を停止させるようにしていた。   When the rotational speed of the rotor 1 exceeds the limit rotational speed Ns at step 410 or when the centrifugal separation operation is finished at step 411, the rotor 1 is decelerated at step 412 and the process is finished (step 412). Steps 401 to 412 described above are the operation procedure of the normal centrifuge 100. In the conventional centrifuge, if there is no identification signal in step 406, the centrifuge operation is stopped.

本実施例においては、ステップ406で識別信号(ID)が無しと判断されても、ステップ413〜414のステップを実行することにより遠心分離運転を継続できるようにした。ステップ413においては、RPG信号の有無が判断される。RPG信号によって判断できるのは、ロータ1固有の許容最高回転速度である。この許容最高回転速度はロータ1にかかる遠心応力等を考慮して決められている回転速度数であり、遠心分離機100の封じ込めエネルギーを考慮したロータ1の許容回転速度(通常、この許容回転速度は遠心分離機100毎に異なる)と必ずしも一致しない。そこでRPG信号が無い場合は、ロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーを算出するステップ415を実行する。このステップ415の詳細な手順については後述する。次に、算出された数値を元に第1の制御装置8は制限回転速度Nsを設定し、ステップ409に進む。   In this embodiment, even if it is determined that there is no identification signal (ID) in step 406, the centrifugal operation can be continued by executing steps 413 to 414. In step 413, it is determined whether or not there is an RPG signal. What can be determined by the RPG signal is the maximum allowable rotational speed unique to the rotor 1. This allowable maximum rotational speed is a rotational speed number determined in consideration of centrifugal stress applied to the rotor 1 and the allowable rotational speed of the rotor 1 considering the containment energy of the centrifuge 100 (usually, this allowable rotational speed). Does not always match). If there is no RPG signal, step 415 for calculating the moment of inertia or energy of the rotor 1 is executed. The detailed procedure of step 415 will be described later. Next, based on the calculated numerical value, the first control device 8 sets a limit rotational speed Ns, and the process proceeds to step 409.

以上のように、遠心分離機100にID情報を有しない旧式のロータを装着したとしても、ロータ1の起動後であって整定状態に達する前に慣性モーメント或いはエネルギーを測定して、安全な制限回転速度Nsを求めるので、旧式のロータを使用することができ、使い勝手の良い遠心分離機を実現できる。   As described above, even if an old-style rotor having no ID information is attached to the centrifuge 100, the inertia moment or energy is measured after the rotor 1 is started and before the settling state is reached, so that the safe restriction is achieved. Since the rotation speed Ns is obtained, an old-style rotor can be used, and a user-friendly centrifuge can be realized.

ステップ413においてRPG信号がある場合は、ステップ414にてRPG信号によって判断されたロータ1固有の許容回転速度が7000min−1未満であるか判断する。ここで7000min−1未満である場合は、ステップ409に移り通常の遠心分離動作を開始する。これは、7000min−1未満の回転速度ならば装着されるどのロータであっても、遠心分離機100での封じ込めエネルギー以内に収まるため、わざわざロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーを算出する必要がないからである。尚、遠心分離機100での封じ込めエネルギーは、遠心分離機100のボウル10、ドア12を含めた構造自体に大きく左右されるため、必ずしも一定ではなく、ステップ414で判断基準とされる回転速度は遠心分離機100の種類毎に異なるものである。 If there is an RPG signal in step 413, it is determined in step 414 whether the allowable rotational speed specific to the rotor 1 determined by the RPG signal is less than 7000 min −1 . Here, when it is less than 7000 min −1 , the process proceeds to step 409 to start a normal centrifugal separation operation. This is because any rotor mounted at a rotational speed of less than 7000 min −1 falls within the containment energy of the centrifugal separator 100, so there is no need to bother to calculate the inertia moment or energy of the rotor 1. It is. The containment energy in the centrifuge 100 is greatly affected by the structure itself including the bowl 10 and the door 12 of the centrifuge 100, and therefore is not necessarily constant. It is different for each type of centrifuge 100.

ステップ414でRPG信号によって判断されたロータ1固有の許容最高回転速度が7000min−1以上の場合は、ステップ415に移りロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーを算出するステップ415を実行する。次に、算出された数値を元に第1の制御装置8は制限回転速度Nsを設定し、ステップ409に進む。このようにロータ1固有の許容最高回転速度が7000min−1以上の場合は、ロータの種類によっては遠心分離機100での封じ込めエネルギーを越える恐れがあるため、ロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーを算出して安全な慣性モーメント或いはエネルギーを算出するようにした。 When the allowable maximum rotational speed unique to the rotor 1 determined by the RPG signal in step 414 is 7000 min −1 or more, the process proceeds to step 415 to execute step 415 for calculating the moment of inertia or energy of the rotor 1. Next, based on the calculated numerical value, the first control device 8 sets a limit rotational speed Ns, and the process proceeds to step 409. In this way, when the allowable maximum rotational speed inherent to the rotor 1 is 7000 min −1 or more, depending on the type of rotor, there is a risk of exceeding the containment energy in the centrifuge 100, so the inertia moment or energy of the rotor 1 is calculated. The safe moment of inertia or energy was calculated.

次に、ロータ1の慣性モーメント或いはエネルギー算出動作の一例について図5及び図6を参照し説明する。従来の遠心分離機においては、図15の経過時間(秒)とロータ1の回転速度の関係を示すグラフで示すように運転される。時間t=0においてモータの回転を起動させ、矢印1501で示す低回転領域(例えば50min―1付近)で、ロータの識別信号及び制限回転速度信号を検出する。その後、矢印1502で示すようにロータの回転を加速させて所定の回転速度にて整定させ、矢印1503のように設定された遠心分離時間だけ運転される。設定された時間の遠心分離が終了したら矢印1504のようにロータは減速されて回転が停止する。 Next, an example of an inertia moment or energy calculation operation of the rotor 1 will be described with reference to FIGS. The conventional centrifuge is operated as shown in the graph showing the relationship between the elapsed time (seconds) and the rotational speed of the rotor 1 in FIG. At time t = 0, the rotation of the motor is started, and a rotor identification signal and a limit rotation speed signal are detected in a low rotation region (for example, around 50 min− 1 ) indicated by an arrow 1501. Thereafter, the rotation of the rotor is accelerated and set at a predetermined rotational speed as indicated by an arrow 1502, and the operation is performed for the centrifugation time set as indicated by an arrow 1503. When centrifugation for the set time is completed, the rotor is decelerated as indicated by an arrow 1504 and stops rotating.

ここで従来の遠心分離機においては、矢印1501で示す低回転領域で、ロータの識別信号及び制限回転速度信号を検出できない場合は、エラーとしてロータの回転が停止され遠心分離運転が停止していた。本実施例では、このロータの回転が停止してしまう状態を回避すると共に、安全に遠心分離運転を保証できる遠心分離機を実現することにあり、その運転状況を示すのが図5である。 Here, in the conventional centrifuge, when the rotor identification signal and the limit rotation speed signal cannot be detected in the low rotation region indicated by the arrow 1501, the rotation of the rotor is stopped as an error and the centrifugal separation operation is stopped. . In the present embodiment, a state in which the rotation of the rotor stops is avoided and a centrifuge capable of safely guaranteeing the centrifuge operation is realized, and the operation state is shown in FIG.

図5は、本実施例においてロータ1に識別信号及び制限回転速度信号等のID情報が無い場合の、経過時間(秒)とロータ1の回転速度の関係を示すグラフである。本実施例に係る遠心分離機100は、矢印501で示す低回転領域で、ロータの識別信号及び制限回転速度信号を検出する。ここでロータ1の識別信号及び制限回転速度信号を検出できない場合は、ロータ1の回転をさらに加速させて、矢印502で示す所定の低速回転領域において図4のステップ415で示したロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーの算出を行う。本実施例では所定の低速回転領域は、約2000min−1の回転領域を用いている。その後、遠心分離運転のための設定回転速度が、ステップ416で求められた制限回転速度Ns以下であれば矢印503のようにロータ1をさらに加速させて、矢印504のように設定回転速度にて設定時間の遠心分離運転を行い、設定時間が経過したら矢印505のようにロータ1を減速させて停止させる。尚、ステップ402において設定された遠心分離のための回転速度が、矢印502で示す所定の低速回転領域において算出された制限回転速度Nsよりも大きい場合は、点線506に示すようにロータ1を減速してその回転を停止させる。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the elapsed time (seconds) and the rotation speed of the rotor 1 when there is no ID information such as an identification signal and a limit rotation speed signal in the rotor 1 in this embodiment. The centrifuge 100 according to the present embodiment detects the rotor identification signal and the limit rotation speed signal in the low rotation region indicated by the arrow 501. If the identification signal and the limit rotational speed signal of the rotor 1 cannot be detected here, the rotation of the rotor 1 is further accelerated, and the inertia of the rotor 1 indicated by step 415 in FIG. Calculate moment or energy. In this embodiment, the predetermined low-speed rotation region uses a rotation region of about 2000 min −1 . Thereafter, if the set rotational speed for the centrifugal separation operation is equal to or lower than the limit rotational speed Ns obtained in step 416, the rotor 1 is further accelerated as indicated by an arrow 503, and at the set rotational speed as indicated by an arrow 504. Centrifugation operation is performed for a set time, and when the set time has elapsed, the rotor 1 is decelerated and stopped as indicated by an arrow 505. If the rotational speed for centrifugation set in step 402 is larger than the limited rotational speed Ns calculated in the predetermined low speed rotational area indicated by the arrow 502, the rotor 1 is decelerated as indicated by a dotted line 506. And stop its rotation.

次に、図6を用いて図5の矢印502の付近におけるロータ1の慣性モーメント或いはエネルギーの算出のしかたについて説明する。図6において実線はロータ1及びモータ2の現在回転速度Nを表し、一点破線はモータ2の出力トルクτaやτmを表している。   Next, how to calculate the moment of inertia or energy of the rotor 1 near the arrow 502 in FIG. 5 will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the solid line represents the current rotational speed N of the rotor 1 and the motor 2, and the one-dot broken line represents the output torque τa and τm of the motor 2.

第1の制御装置8は加速途上の回転速度N1となる時刻T1で、慣性モーメントの小さいロータの急加速状態での測定を避けるために、モータ2の出力トルクをτaからτmに低減するように制御し、上記した速度検出や電流検出フィルタリング処理の、速度勾配と電流値が一定の値として検出できるように時刻T3まで出力トルクを低減させた状態を保つ。トルクτmでの測定開始時刻T2の回転速度はN2(第1の回転速度)となっており、トルクτmでの測定終了時刻T3では回転速度はN3(第2の回転速度)に達する。   The first control device 8 reduces the output torque of the motor 2 from τa to τm in order to avoid the measurement in the rapid acceleration state of the rotor having a small moment of inertia at the time T1 when the rotational speed N1 is being accelerated. Control is performed, and the state in which the output torque is reduced is maintained until time T3 so that the speed gradient and the current value can be detected as constant values in the speed detection and current detection filtering processes described above. The rotation speed at the measurement start time T2 at the torque τm is N2 (first rotation speed), and at the measurement end time T3 at the torque τm, the rotation speed reaches N3 (second rotation speed).

時刻T3からは、第1の制御装置8は出力トルクをゼロとし、ロータ1の風損或いはモータ2のベアリングなどの支持系機械損による減速トルクτwに従う自然減速状態となり、速度検出フィルタリング処理時間遅れを考慮し、測定開始時刻T4まで自然減速状態を保ち、T4での回転速度N4から更に自然減速させ、測定終了時刻T5の回転速度N5(第3の回転速度)まで低下させる。   From time T3, the first control device 8 sets the output torque to zero, enters a natural deceleration state according to the deceleration torque τw due to the windage loss of the rotor 1 or the support system mechanical loss such as the bearing of the motor 2, and delays the speed detection filtering processing time In consideration of the above, the natural deceleration state is maintained until the measurement start time T4, the natural speed is further reduced from the rotational speed N4 at T4, and the rotational speed is reduced to the rotational speed N5 (third rotational speed) at the measurement end time T5.

時刻T2からT3の加速状態でのモータ2の回転速度をNf、算出するロータ1の慣性モーメントをIp、モータ2の回転子、駆動シャフト14やトルク伝達器13等のロータ1以外の回転系の慣性モーメントをIrとすると、Irはこの場合は定数となる0.00139kg・m程度の既知の一定量、下記数式3で表される。 The rotational speed of the motor 2 in the acceleration state from time T2 to T3 is Nf, the inertia moment of the rotor 1 to be calculated is Ip, the rotor of the motor 2, the rotational shaft other than the rotor 1 such as the drive shaft 14 and the torque transmitter 13 Assuming that the moment of inertia is Ir, Ir is expressed by the following mathematical formula 3, which is a known fixed amount of about 0.00139 kg · m 2 which is a constant in this case.

Figure 0005682826
Figure 0005682826

一方、時刻T4からT5の自然減速状態でのモータ2の回転速度をNbとして下記数式4で表される。   On the other hand, the rotational speed of the motor 2 in the natural deceleration state from time T4 to T5 is represented by the following formula 4 as Nb.

Figure 0005682826
Figure 0005682826

数式3、4に於いて、モータ2の回転速度Nf、Nbの時間変化率は、時間差Δtf=T3−T2 、時間差Δtb=T4−T5として良いから近似的に数式5、数式6で表される。   In Equations 3 and 4, the temporal change rates of the rotational speeds Nf and Nb of the motor 2 may be expressed as Equations 5 and 6 approximately because the time difference Δtf = T3−T2 and the time difference Δtb = T4−T5 may be used. .

Figure 0005682826
Figure 0005682826

Figure 0005682826
数式4、数式5、数式6を数式1に代入してロータ1の慣性モーメントIpについて整理すると、数式7を得る。
Figure 0005682826
By substituting Equation 4, Equation 5, and Equation 6 into Equation 1 and rearranging the inertia moment Ip of the rotor 1, Equation 7 is obtained.

Figure 0005682826
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ここで、算出するロータ1の慣性モーメントIpの範囲は、最小のもので100×10−4kg・m程度から最大のもので4000×10−4kg・m程度まであり慣性モーメント値の比率で40倍の開きがある。特にモータ2が誘導モータの場合は、経験的に、ロータ1の慣性モーメントの大小で励磁スベリが変化し、Ipの小さいものでは見かけ上大きく算出され誤差が大きい傾向がある。 Here, the range of the inertia moment Ip of the rotor 1 to be calculated ranges from about 100 × 10 −4 kg · m 2 to about 4000 × 10 −4 kg · m 2 at the minimum and about the moment of inertia value. There is a 40-fold difference in ratio. In particular, when the motor 2 is an induction motor, empirically, the excitation slip varies depending on the magnitude of the inertia moment of the rotor 1, and if it has a small Ip, it tends to be apparently large and the error tends to be large.

モータの制御は一定周期でモータ電圧の大きさと周波数を変更しているので、扱うロータの慣性モーメントIpの大きさに伴い瞬時のすべりが変化し、更に平滑コンデンサ311の電圧やモータ2の巻線の温度変化による1次巻線抵抗の変化により、モータ電流と出力トルクの線形性が失われてしまうので、本実施例の遠心分離機ではモータ2の出力トルクτmを数式8で近似する。   Since the motor control changes the magnitude and frequency of the motor voltage at a constant cycle, the instantaneous slip changes with the magnitude of the inertia moment Ip of the rotor to be handled, and further the voltage of the smoothing capacitor 311 and the winding of the motor 2 Since the linearity of the motor current and the output torque is lost due to the change in the primary winding resistance due to the temperature change, the output torque τm of the motor 2 is approximated by Equation 8 in the centrifuge of this embodiment.

Figure 0005682826
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数式8の意味するところは、単位をW(ワット)とすると、右辺はモータの出力は、出力トルクτmと時刻T2とT3間の時間差Δtf間のモータ2の平均回転速度Navの積であり、左辺は定数の係数をkとしてモータ2に入力された電流信号Iuの実効電流の平均値Iuavと平滑コンデンサ311の電圧すなわちDCリンク電圧の電圧信号V1の平均値V1avの積であり、これらは短い時間差Δtfで効率が殆んど変化しないので定数の係数をkを用いて釣り合う。回転速度Navは時刻T2での回転速度N2と時刻T3でのN3の中間速度とし、数式9のようになる。   The meaning of Equation 8 is that if the unit is W (Watt), the right side is the product of the output torque τm and the average rotational speed Nav of the motor 2 between the time difference Δtf between the times T2 and T3, The left side is the product of the average value Iuav of the effective current of the current signal Iu input to the motor 2 with a constant coefficient k and the average value V1av of the voltage of the smoothing capacitor 311, that is, the voltage signal V1 of the DC link voltage, and these are short. Since the efficiency hardly changes with the time difference Δtf, the constant coefficient is balanced using k. The rotational speed Nav is an intermediate speed between the rotational speed N2 at time T2 and N3 at time T3, and is given by Equation 9.

Figure 0005682826
Figure 0005682826

数式8をモータ2のトルクτmについて整理すると数式10が得られ、これを数式7に代入すると数式11を得る。     When formula 8 is arranged with respect to the torque τm of the motor 2, formula 10 is obtained, and when this is substituted into formula 7, formula 11 is obtained.

Figure 0005682826
Figure 0005682826

Figure 0005682826
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次に、上記のロータ1の慣性モーメント算出動作における第1の制御装置8と第2の制御装置9の動作の詳細を図9と図10を参照し説明する。図9は第1の制御装置8内のCPU201の動作フローチャートであり、図10は第2の制御装置9内のCPU211の動作フローチャートである。なお、ロータ1の慣性モーメントIpに替えてロータ1の回転速度Navでの回転エネルギーEavを求める場合は、ロータ1のEav測定時の回転速度をNav(min−1)とすると数式12を用いれば良い。 Next, details of the operations of the first control device 8 and the second control device 9 in the inertia moment calculation operation of the rotor 1 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is an operation flowchart of the CPU 201 in the first control device 8, and FIG. 10 is an operation flowchart of the CPU 211 in the second control device 9. In addition, when calculating | requiring the rotational energy Eav in the rotational speed Nav of the rotor 1 instead of the inertia moment Ip of the rotor 1, if the rotational speed at the time of Eav measurement of the rotor 1 is Nav (min < -1 >), if Formula 12 is used, good.

Figure 0005682826
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動作中の出力トルクτmをモータ2に入力された電流信号IuとDCリンク電圧の電圧信号V1をトルク変動要因として統計処理によりこれらの要因に対する重み付けする従来の方法では、±8%程度の慣性モーメントIp或いは回転エネルギーEの算出精度でしかカバーできない。   In the conventional method in which the current signal Iu input to the motor 2 and the voltage signal V1 of the DC link voltage as the torque fluctuation factors are used as the torque fluctuation factors for the output torque τm during operation, the moment of inertia is about ± 8%. It can be covered only with the calculation accuracy of Ip or rotational energy E.

これは、モータ2の固有エアギャップ長による磁束の大小、元々の巻線抵抗の違い、モータ2がブラシレスDCモータであればマグネットから出力される磁束量が異なり、モータ2の製造時のばらつきを排除できないのが誤差を生む要因の一つになり、定数の係数kは遠心分離機100に搭載されるモータ或いはインバータ等の制御装置によって異なる固有の数値となる。従って、定数の係数kを教示により定めることによりこのばらつきを排除する。数式11或いは数式12の計算方法と係数kの教示の実施により慣性モーメントIp或いは回転のエネルギーEの算出誤差は±3%台の値に高精度化できる。数式11或いは数式12に於いて、算出される慣性モーメントIpが既知の値であれば、慣性モーメント算出プロセスをそのまま用いて定数の係数kを逆算して求めることができる。   This is because the difference in the magnetic flux due to the inherent air gap length of the motor 2, the difference in the original winding resistance, and the amount of magnetic flux output from the magnet is different if the motor 2 is a brushless DC motor. The fact that it cannot be excluded is one of the factors that cause an error, and the constant coefficient k is a specific numerical value that varies depending on a control device such as a motor or an inverter mounted on the centrifuge 100. Therefore, this variation is eliminated by determining the constant coefficient k by teaching. By performing the calculation method of Formula 11 or Formula 12 and teaching the coefficient k, the calculation error of the inertia moment Ip or the rotational energy E can be increased to a value of ± 3%. In Equation 11 or Equation 12, if the calculated inertia moment Ip is a known value, the constant coefficient k can be calculated by using the inertia moment calculation process as it is.

定数の係数kを教示する方法について、図13、図14を参照しながら説明する。図13に於いて、ここでは例えば出願人が販売するR15A形ロータをロータ選択ボタン1300により選択する。選択可能なロータはこの遠心分離機で使用できるロータファミリーの殆んど或いは全てから選択でき、それぞれについて慣性モーメント値がデータベースとして入力されており、現地での教示を可能にしている。なお、ロータ1は、同じ形式のものであれば、その性質上すなわち、合金製で高精度に機械加工されたものであるから慣性モーメントに殆んど違いは無い。   A method of teaching the constant coefficient k will be described with reference to FIGS. In FIG. 13, for example, an R15A rotor sold by the applicant is selected by a rotor selection button 1300. Selectable rotors can be selected from most or all of the rotor families that can be used in this centrifuge, and moment of inertia values are entered as a database for each, allowing on-site teaching. If the rotor 1 is of the same type, there is almost no difference in the moment of inertia because of its nature, that is, it is made of an alloy and machined with high precision.

次に、スタートボタン1301を押下すると、後述の慣性モーメント或いは回転エネルギー算出と同様な動作が行われ、回転速度N2、N3以下Navまでが測定され数式11を用いて図14に示すように定数の係数kが求まる。定数の係数kは複数回の動作により平均値として求めることにより高精度化が可能である。この後、確定ボタン1302を押下することにより、第1の制御装置のCPU201は不揮発性メモリ223、第2の制御装置のCPU211では不揮発性メモリ218にそれぞれの算出された定数の係数kを保存し、以後、実際の遠心分離機運転時に数式11或いは数式12を用いて慣性モーメントIp或いは回転のエネルギーEを算出する際に読み出し利用する。   Next, when the start button 1301 is pressed, an operation similar to the moment of inertia calculation or rotational energy calculation described later is performed, and rotational speeds N2, N3 and below Nav are measured, and a constant value as shown in FIG. The coefficient k is obtained. The constant coefficient k can be increased in accuracy by obtaining an average value by a plurality of operations. Thereafter, by pressing the confirm button 1302, the CPU 201 of the first control device stores the coefficient k of the calculated constant in the nonvolatile memory 223, and the CPU 211 of the second control device stores the calculated constant coefficient k in the nonvolatile memory 218. Thereafter, when the actual moment of operation of the centrifuge is calculated, the moment of inertia Ip or the rotational energy E is calculated using Equation 11 or Equation 12 and is read out and used.

CPU201の動作を示す図9において、ステップ700はモータ2の速度がN1(図6参照)に達しているかを判断する判断処理であり、N1以上であればステップ701に進み、CPU201はCPU211が正常に動作しているか確認するために、CPU211の現在の状態を問い合わせる通信を行う。ステップ702ではCPU211からステップ701での通信に対する応答の有無をチェックし、応答がない場合CPU211は異常であると判断し、ステップ703でモータ2の減速停止処理を実施し測定を終了する。   In FIG. 9 showing the operation of the CPU 201, step 700 is a determination process for determining whether the speed of the motor 2 has reached N1 (see FIG. 6). If it is N1 or more, the process proceeds to step 701, and the CPU 201 indicates that the CPU 211 is normal. In order to check whether the CPU 211 is operating, communication for inquiring about the current state of the CPU 211 is performed. In step 702, the presence or absence of a response to the communication in step 701 from the CPU 211 is checked. If there is no response, the CPU 211 determines that there is an abnormality. In step 703, the motor 2 is decelerated and stopped, and the measurement ends.

応答があった場合は、ステップ704に進み、モータ滑りとモータ印加電圧を所定の値まで低減させ、モータ2の出力トルクをτmに低減する。この後、上記したように速度検出や電流検出フィルタリング処理後の速度勾配と電流値が安定した状態で検出できるように、ステップ705で図6の時刻T1からT2までの時間であるtxの間、出力トルクを低減させた状態を保つインターバルを置き、ステップ705でCPU201とCPU211の回転速度N2の測定に関する同期が取れるようにCPU211に加速開始の通知を通信出力し、ステップ706で回転速度N2を測定する。   If there is a response, the process proceeds to step 704, where the motor slip and the motor applied voltage are reduced to predetermined values, and the output torque of the motor 2 is reduced to τm. After that, as described above, in step 705, during the time tx from time T1 to T2 in FIG. 6, so that the speed gradient and current value after speed detection and current detection filtering processing can be detected in a stable state, An interval for maintaining the state where the output torque is reduced is set, and in step 705, a notification of acceleration start is communicated to CPU 211 so that the CPU 201 and CPU 211 are synchronized with respect to the measurement of rotational speed N2, and rotational speed N2 is measured in step 706. To do.

ステップ707はトルクτmの加速状態での予め決められた時間インターバルtyだけ持続させ、ステップ709に進む。ステップ709では回転速度N2を測定してから増加回転速度ΔNx以上加速しているかを判断する。もしも回転速度が増加回転速度ΔNx以上加速していない場合は、ΔNx以上上昇するまで現状の加速を維持するようインバータ制御部210を制御する。   Step 707 is continued for a predetermined time interval ty in the acceleration state of torque τm, and the process proceeds to step 709. In step 709, it is determined whether or not the rotational speed N2 has been accelerated after measuring the rotational speed N2. If the rotational speed has not accelerated more than the increased rotational speed ΔNx, the inverter control unit 210 is controlled to maintain the current acceleration until it increases by ΔNx or more.

ΔNx以上加速していればステップ710に進み、ステップ710ではこの時の回転速度N3とN2からN3までの加速に要した時間差Δtfの測定及びトルクτmで加速している時の回転速度の時間変化率dNf/dtを数式5に従い演算し、電流信号Iuと平滑コンデンサ電圧V1の時間差Δtfでの平均値、Iuav、V1av、時刻T2とT3の間のモータ2の平均回転速度Navを求める。ここで、時間差Δtfは図6の時刻T2からT3までの時間である。ステップ712はモータ2への電力供給を停止しトルク0で自然減速を開始する処理であり、ステップ713に進み、速度検出フィルタリング処理の時間遅れを考慮し、速度勾配が安定した状態で検出できるように、図6の時刻T3からT4までの時間tzの間トルク0の時間インターバルを置き、ステップ714でCPU201、211の回転速度N4の測定に関する同期が取れるようにCPU211に減速開始の通知を通信出力し、ステップ715で回転速度N4を測定する。   If the acceleration is more than ΔNx, the process proceeds to Step 710, where the rotational speed N3 and the time difference Δtf required for the acceleration from N2 to N3 at this time are measured and the temporal change in the rotational speed when accelerating with the torque τm. The rate dNf / dt is calculated according to Equation 5, and the average value, Iuav, V1av, and the average rotational speed Nav of the motor 2 between the times T2 and T3 between the current signal Iu and the smoothing capacitor voltage V1 are obtained. Here, the time difference Δtf is the time from time T2 to time T3 in FIG. Step 712 is a process for stopping the power supply to the motor 2 and starting the natural deceleration at a torque of 0. The process proceeds to step 713, and the time delay of the speed detection filtering process is taken into consideration so that the speed gradient can be detected in a stable state. 6, a time interval of zero torque is set for a time tz from time T3 to T4 in FIG. 6, and in step 714, the CPU 211 and 211 are notified of the start of deceleration so as to synchronize the measurement of the rotational speed N4 of the CPU 201 and 211 In step 715, the rotational speed N4 is measured.

ステップ716では回転速度N4を測定してからの減少回転速度ΔNy分以上モータ2が減速しているかを判断する。もし、減少回転速度がΔNy以上減速していない場合は、ΔNy以上減速するまで現状の減速状態を維持するようインバータ制御部210を制御する。ΔNy以上減速していればステップ717に進み、ステップ717ではこの時の回転速度N5とN4からN5までの減速に要した時間差Δtb(=時刻T4からT5までの時間)の測定が行われる。   In step 716, it is determined whether or not the motor 2 is decelerating by a reduction rotational speed ΔNy after the rotational speed N4 is measured. If the reduced rotational speed is not decelerating more than ΔNy, the inverter control unit 210 is controlled to maintain the current decelerating state until decelerating more than ΔNy. If the vehicle is decelerated by ΔNy or more, the process proceeds to step 717. In step 717, the rotational speed N5 at this time and the time difference Δtb (= time from time T4 to T5) required for deceleration from N4 to N5 are measured.

ステップ717ではロータ1の慣性モーメント或いは回転エネルギーを算出する項目の測定が完了したので、急加速するためにモータ2の出力トルクをτaまで増加させる処理が行われ、自然減速時の回転速度の時間変化率dNb/dtを次数式6により演算する。   In step 717, since the measurement of the item for calculating the moment of inertia or rotational energy of the rotor 1 is completed, the process of increasing the output torque of the motor 2 to τa for rapid acceleration is performed, and the time of the rotational speed at the time of natural deceleration The change rate dNb / dt is calculated by the following equation 6.

ステップ719では、各測定結果を数式11或いは数式12に代入して慣性モーメントIp或いは回転速度Navでのロータ1の回転エネルギーEavを算出し、ステップ723でIp或いはNavとEavを不揮発性メモリのRAM208に記憶すると共に、ユーザインターフェイス手段25により操作者が設定した許容回転速度NsでのロータエネルギーEsが次数式13に従い演算される。   In step 719, each measurement result is substituted into Equation 11 or Equation 12 to calculate the rotational energy Eav of the rotor 1 at the moment of inertia Ip or the rotational speed Nav. In Step 723, Ip or Nav and Eav are converted into the RAM 208 of the nonvolatile memory. And the rotor energy Es at the allowable rotational speed Ns set by the operator by the user interface means 25 is calculated according to the following equation (13).

Figure 0005682826
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ステップ724ではCPU201とCPU211で測定したロータ1の慣性モーメントIp或いはエネルギーEavを通信にて照合し、互いのCPUが異常なく慣性モーメント或いはエネルギー算出が実施されたか否かを判断し、正常に演算が実施されていれば、各CPUが演算した値を比較し合い所定の誤差以内にあれば正常と判断しステップ726に進む。所定の値を超えた誤差がある時は、第1の制御装置8と第2の制御装置9のいずれか一方に不具合があると判断し、ステップ725に進みモータ2の減速停止処理を実施し測定を終了する。   In step 724, the inertia moment Ip or energy Eav of the rotor 1 measured by the CPU 201 and the CPU 211 is collated by communication, and it is determined whether the mutual CPUs have performed the inertia moment or energy calculation without any abnormality. If so, the values calculated by the CPUs are compared with each other, and if within a predetermined error, it is determined as normal and the process proceeds to step 726. If there is an error exceeding the predetermined value, it is determined that either one of the first control device 8 and the second control device 9 has a problem, and the process proceeds to step 725 to execute the deceleration stop processing of the motor 2. End measurement.

また、ステップ726では、遠心分離機の封じ込めエネルギーよりも低い封じ込めエネルギー閾値Ecとユーザインターフェイス手段25より入力された設定整定回転速度での許容回転速度NsでのロータエネルギーEsとを比較し、EsがEc以上であればステップ725に進み減速停止し、EsがEc未満であれば許容回転速度Nsまでの加速を続行し、ロータエネルギーの測定を終了する。   Further, in step 726, the containment energy threshold value Ec lower than the containment energy of the centrifuge is compared with the rotor energy Es at the allowable rotational speed Ns at the set set rotational speed input from the user interface means 25. If it is equal to or greater than Ec, the process proceeds to step 725, where deceleration is stopped.

本実施例の遠心分離機はユーザインターフェイス手段25により操作者が試料を遠心分離するために選択したロータの機種(ID)コード例えば、ロータ毎に割振られている番号などを入力することにより、CPU201は不揮発性メモリのRAM208に記憶されている複数のロータテーブルの中から、選択されたロータ情報の仕様のデータを読み込むことができる。第1の制御装置8は、上記選択されたロータのロータ情報の1つとして記憶されている所定の回転速度NuでのロータエネルギーEuと、ステップ723で演算した回転エネルギーEavを基に回転速度Nuでロータ1が持つと推定されるエネルギーEu’との比較を行い、所定の値を超えた誤差があった場合は、ユーザインターフェイス手段25より入力されたロータの機種コードと回転駆動中のロータが一致していないと判断して、モータ2を減速停止させることも可能である。   The centrifuge according to the present embodiment is provided with the CPU 201 by inputting the rotor model (ID) code selected by the operator for centrifuging the sample by the user interface means 25, for example, the number assigned to each rotor. Can read the data of the specification of the selected rotor information from among a plurality of rotor tables stored in the RAM 208 of the nonvolatile memory. The first controller 8 determines the rotational speed Nu based on the rotor energy Eu at the predetermined rotational speed Nu stored as one of the rotor information of the selected rotor and the rotational energy Eav calculated in Step 723. Is compared with the energy Eu ′ estimated to be possessed by the rotor 1, and if there is an error exceeding a predetermined value, the rotor model code input from the user interface means 25 and the rotor being rotated are It is possible to decelerate and stop the motor 2 by judging that they do not match.

CPU211の動作を示す図10において、ステップ800は回転速度N2の測定に関するCPU201とCPU211の同期を取るためのCPU201から加速開始通知の通信があったか判断する判断処理であり、通信が無い場合は、ステップ801に進み、モータ2の回転速度が慣性モーメント或いはエネルギー算出の下限回転速度未満であればステップ800に戻り、逆に上限回転速度Nlim以上であれば、第1の制御装置8に異常が発生した状態で加速を継続している危険 状態と判断し、ステップ802でインバータ変換器3の電源入力を遮断するようにI/O217から信号ライン23を介し第2の遮断装置21へ遮断信号を出力し、エネルギー測定を終了する。   In FIG. 10 showing the operation of the CPU 211, step 800 is a determination process for determining whether or not there is an acceleration start notification communication from the CPU 201 for synchronizing the CPU 201 and the CPU 211 with respect to the measurement of the rotational speed N2. Proceeding to step 801, if the rotational speed of the motor 2 is less than the moment of inertia or the lower limit rotational speed of energy calculation, the process returns to step 800. Conversely, if the rotational speed is equal to or higher than the upper limit rotational speed Nlim, an abnormality has occurred in the first control device 8. In step 802, the I / O 217 outputs a cutoff signal to the second cutoff device 21 via the signal line 23 so that the power input to the inverter converter 3 is cut off. End energy measurement.

ステップ800で加速開始通知の通信があったと判断した場合は、ステップ803に進み回転速度N2を測定する。ステップ804では時間インターバルtyだけタイムインターバルを取り、ステップ805に進み、回転速度N2を測定してから増加回転速度ΔNx以上加速しているかを判断する。もし増加回転速度がΔNx以上加速していない場合は、ΔNx以上上昇するまで待機する。ΔNx以上加速していればステップ806に進み、この時の回転速度N3とN2からN3に加速に要した時間差Δtfの測定が行われ、また、ステップ807でモータ電流Iwと平滑コンデンサ電圧V2の時間差Δtfでの電流信号Iwの実効電流の平均値Iwavと電圧信号V2の平均値V2av、時刻T2とT3の間のモータ2の平均回転速度Navを求める。   If it is determined in step 800 that an acceleration start notification has been communicated, the process proceeds to step 803 to measure the rotational speed N2. In step 804, the time interval is taken by the time interval ty, and the process proceeds to step 805, where it is determined whether the rotational speed N2 is measured and the acceleration is increased by the increased rotational speed ΔNx or more. If the increased rotational speed has not accelerated more than ΔNx, it waits until it increases by ΔNx. If the acceleration is greater than ΔNx, the process proceeds to step 806, where the rotational speed N3 and the time difference Δtf required for acceleration from N2 to N3 are measured. In step 807, the time difference between the motor current Iw and the smoothing capacitor voltage V2 is measured. The average value Iwav of the effective current of the current signal Iw at Δtf, the average value V2av of the voltage signal V2, and the average rotation speed Nav of the motor 2 between times T2 and T3 are obtained.

ステップ808は回転速度N4の測定に関するCPU201、CPU211の同期を取るためのCPU201から減速開始通知の通信があったか判断する処理であり、通信が無い場合は、ステップ809に進み、速度がNlim未満であればステップ808に戻り、Nlim以上であれば、ステップ810でI/O217から信号ライン23を介し第2の遮断装置21へ遮断信号を出力し、エネルギー測定を終了する。   Step 808 is processing for determining whether or not there is a deceleration start notification communication from the CPU 201 to synchronize the CPU 201 and CPU 211 with respect to the measurement of the rotational speed N4. If there is no communication, the process proceeds to step 809 and the speed is less than Nlim. For example, the process returns to step 808, and if it is Nlim or more, in step 810, a cutoff signal is output from the I / O 217 to the second cutoff device 21 via the signal line 23, and the energy measurement is terminated.

ステップ808で減速開始通知の通信があったと判断した場合は、ステップ811に進み回転速度N4を測定し、ステップ812で回転速度N4を測定してからΔNy以上減速しているかを判断する。もし回転速度がΔNy以上減速していない場合は、ΔNy以上減速するまで待機する。ΔNy以上減速していればステップ813に進み、この時の回転速度N5とN4からN5までの減速に要した時間tbの測定が行われる。以降、ステップ814、815では図9のステップ719、723と同様の処理が実施され、第2の制御装置9が同定する回転速度Nmでのロータ1の回転エネルギーEmが求められ、ステップ815でIp或いはNm及びEmを不揮発性メモリのEEPROM218に記憶し算出を終了する。   If it is determined in step 808 that a deceleration start notification has been communicated, the process proceeds to step 811 where the rotational speed N4 is measured. In step 812, the rotational speed N4 is measured, and then it is determined whether the speed is reduced by ΔNy or more. If the rotational speed is not decelerating more than ΔNy, it waits until it decelerates more than ΔNy. If the vehicle is decelerated by ΔNy or more, the process proceeds to step 813, where the rotational speed N5 and the time tb required for deceleration from N4 to N5 are measured. Thereafter, in steps 814 and 815, processing similar to that in steps 719 and 723 in FIG. 9 is performed, and the rotational energy Em of the rotor 1 at the rotational speed Nm identified by the second control device 9 is obtained. In step 815, Ip Alternatively, Nm and Em are stored in the EEPROM 218 of the nonvolatile memory, and the calculation ends.

なお、第2の制御装置9は第1の制御装置8のSCI209からの通信信号を受けてから、測定を開始するため時間遅れを考慮して、ステップ804での時間インターバルtyは図9のステップ708でのtyより短い時間とし、ステップ805及びステップ812でのΔNx、ΔNyは、それぞれ図9のステップ709及びステップ716でのΔNx、ΔNyより小さい値として、CPU201とCPU211での角加速度の検出に関する時間の整合を取ることにより、第1の制御装置8と第2の制御装置9が同定するエネルギーの誤差を最小限にすることが可能である。また、本実施例では測定したロータエネルギーとその測定速度は例えばRAM等の不揮発性メモリ208及びEEPROM等の不揮発性メモリ218に記憶されており、ロータエネルギー測定終了後に停電が発生し、復電した際のロータ1の速度が高速であっても、不揮発性メモリ208及び218からEav及びEmを読み出すことでロータエネルギーの管理を可能としている。   The second control device 9 receives the communication signal from the SCI 209 of the first control device 8 and then considers the time delay to start the measurement, so that the time interval ty in step 804 is the step in FIG. It is assumed that the time is shorter than ty in 708, and ΔNx and ΔNy in steps 805 and 812 are smaller than ΔNx and ΔNy in steps 709 and 716 in FIG. By taking time alignment, it is possible to minimize the error in energy identified by the first control device 8 and the second control device 9. Further, in this embodiment, the measured rotor energy and the measured speed are stored in the nonvolatile memory 208 such as RAM and the nonvolatile memory 218 such as EEPROM, and a power failure occurs after the rotor energy measurement is completed and power is restored. Even when the speed of the rotor 1 is high, the rotor energy can be managed by reading Eav and Em from the nonvolatile memories 208 and 218.

次に、遠心分離機運転時の第1の制御装置8と第2の制御装置9のモータ2への電力供給遮断動作について図11、図12を参照して説明する。図11、図12はそれぞれ第1の制御装置8、第2の制御装置9についての動作を示すフローチャート図である。   Next, the operation of shutting off the power supply to the motor 2 of the first control device 8 and the second control device 9 during the centrifuge operation will be described with reference to FIGS. FIGS. 11 and 12 are flowcharts showing the operations of the first control device 8 and the second control device 9, respectively.

図11において、ステップ900はロータ1が回転しているか否かを判断し、回転していなければ、ステップ901に進み不揮発性メモリのRAM208に記憶した上記したエネルギー測定時の回転速度Navと回転速度Navでのロータ1の回転エネルギーEavをクリアし、ステップ900に戻る。ステップ900でロータ1が回転していると判断した時は、ステップ902に進み、回転速度N1を超えEavの測定が完了したかを判断する。測定未完の時はステップ900に戻り、測定が完了していればステップ903でNavとEavを基にモータ2の現在回転速度NでのロータエネルギーEを次式に従い算出する。   In FIG. 11, step 900 determines whether or not the rotor 1 is rotating. If not, the process proceeds to step 901, where the rotational speed Nav and rotational speed at the time of energy measurement stored in the RAM 208 of the nonvolatile memory are stored. The rotational energy Eav of the rotor 1 at Nav is cleared, and the process returns to Step 900. If it is determined in step 900 that the rotor 1 is rotating, the process proceeds to step 902, where it is determined whether the rotation speed N1 is exceeded and the measurement of Eav is completed. When the measurement is not completed, the process returns to Step 900, and when the measurement is completed, the rotor energy E at the current rotational speed N of the motor 2 is calculated according to the following equation at Step 903 based on Nav and Eav.

Figure 0005682826
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ステップ904は、遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値Ecと回転速度NでのロータエネルギーEとの大小を判断し、EがEc以上であればステップ905に進み第1の遮断装置20に遮断信号を出力し、EがEc未満であればステップ906に進み、ステップ906では、ユーザインターフェイス手段25を介し操作者が選択したロータの許容最高回転速度
Nmaxでのロータ固有のエネルギー上限値Emaxと上記Eを比較し、EがEmax以上であればステップ905に進み第1の遮断装置20に遮断信号を出力し、EがEmax未満であればステップ900に戻り、以降、現在回転速度Nに従い大小するロータエネルギーを監視し、遠心分離機の封じ込めエネルギー又はロータ固有のエネルギー上限値Emaxに対して上記ロータエネルギーが超えないように、エネルギーの監視が実施される。
Step 904 determines the magnitude of the containment energy threshold Ec of the centrifuge and the rotor energy E at the rotational speed N. If E is equal to or greater than Ec, the process proceeds to Step 905 and outputs a cutoff signal to the first cutoff device 20. If E is less than Ec, the process proceeds to step 906. In step 906, the above-mentioned E is compared with the rotor-specific energy upper limit Emax at the allowable maximum rotational speed Nmax of the rotor selected by the operator via the user interface means 25. If E is equal to or greater than Emax, the process proceeds to step 905 to output a shut-off signal to the first shut-off device 20; if E is less than Emax, the process returns to step 900; The rotor is monitored against the centrifuge containment energy or the rotor specific energy upper limit Emax. As energy does not exceed, the monitoring of energy is performed.

第2の制御装置9の動作は、図12に示すとおり、上記の図11により説明した第1の制御装置8の動作と同様であり、エネルギー測定時の回転速度Nmと回転速度Nmでのロータ1の回転エネルギーEavのクリアと参照はEEPROM218を対象とし、モータ2の駆動の禁止は、遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値Ecと現在回転速度NでのロータエネルギーEとの大小を判断し、ErがEc以上となった時に第2の遮断装置21に遮断信号を出力することでなされている。   The operation of the second control device 9 is the same as the operation of the first control device 8 described with reference to FIG. 11, as shown in FIG. 12, and the rotor at the rotational speed Nm and the rotational speed Nm at the time of energy measurement. The clearing and reference of the rotational energy Eav of 1 is intended for the EEPROM 218, and the prohibition of driving the motor 2 is determined by determining the magnitude of the enclosing energy threshold value Ec of the centrifuge and the rotor energy E at the current rotational speed N. This is done by outputting a cut-off signal to the second cut-off device 21 when Ec or more is reached.

次に、ロータ1の設定回転速度及び制限回転速度を、算出された回転エネルギーではなく慣性モーメントIpによって行う場合について、制限回転速度閾値及び設定回転速度閾値を求めるデータベースを5種類のロータにより模擬的に示す図8を参照しながら説明する。   Next, in the case where the set rotation speed and the limit rotation speed of the rotor 1 are performed not by the calculated rotation energy but by the inertia moment Ip, a database for determining the limit rotation speed threshold and the set rotation speed threshold is simulated by five types of rotors. This will be described with reference to FIG.

エネルギー限界値602(エネルギー(kJ)軸)は、本実施例に係る遠心分離機100の封じ込めエネルギーの上限値を示したものであり、遠心分離機100は、約175kJのエネルギーまで耐えることが保証される。制限回転速度閾値600は、ロータ1の単体での許容回転速度(min−1)である。設定回転速度閾値601は、遠心分離機100を操作するユーザによって設定される設定回転速度の閾値であり、安全マージンを確保して制限回転速度閾値600よりも低い回転速度が設定される。例えば慣性モーメントIpがロータ1の真の慣性モーメントに対して最大±10%の誤差を含んで算出されたとしても同一の制限回転速度閾値600、設定回転速度閾値601が選択されるべきであるので、制限回転速度閾値600、設定回転速度閾値601はこれらの算出誤差を考慮して引かれている。
The energy limit value 602 (energy (kJ) axis) indicates the upper limit value of the containment energy of the centrifuge 100 according to the present embodiment, and the centrifuge 100 is guaranteed to withstand an energy of about 175 kJ. Is done. The limit rotation speed threshold 600 is an allowable rotation speed (min −1 ) of the rotor 1 alone. The set rotation speed threshold 601 is a set rotation speed threshold set by the user who operates the centrifuge 100, and a rotation speed lower than the limit rotation speed threshold 600 is set while ensuring a safety margin. For example, even if the inertia moment Ip is calculated including a maximum ± 10% error with respect to the true inertia moment of the rotor 1, the same limited rotational speed threshold value 600 and the set rotational speed threshold value 601 should be selected. The limit rotation speed threshold value 600 and the set rotation speed threshold value 601 are drawn in consideration of these calculation errors.

例えば、ロータ1の慣性モーメントIpの算出値が3370(×10−4kg・m)であった場合は、データベース算出イナーシャIp(×10−4kg・m)の横軸の数値3370の所から垂直に延ばしたライン603とライン600との交点P(黒●)から制限回転速度閾値となるこの場合9000min−1が得られる。同様にしてライン601との交点Q(白抜き□)は設定回転速度閾値となるこの場合8500min−1が得られ、ライン603上の点R(白抜き△)はロータ1が制限回転速度閾値で回転中の回転エネルギーこの場合150kJを示す。このようにロータ1が制限回転速度で回転した場合に遠心分離機100の封じ込めエネルギー限界値となるこの場合175kJ未満になるようにライン600が設定されており、さらにライン600より小さな値にライン601が設定されている。ライン600との交点(Ipmax(白抜き□)とIpmin(白抜き□)は、算出されたIpの誤差が無い場合が点Pであるのに対して、誤差が−10%で算出された場合をIpmin、誤差が+10%で算出された場合をIpmaxで示したものである。算出された慣性モーメントに対応する制限回転速度とユーザが入力した設定回転速度を比較して設定回転速度が制限回転速度を上回る場合は、モータの回転を停止させる。 For example, when the calculated value of the inertia moment Ip of the rotor 1 is 3370 (× 10 −4 kg · m 2 ), the value 3370 on the horizontal axis of the database calculated inertia Ip (× 10 −4 kg · m 2 ) In this case, a limit rotational speed threshold value of 9000 min −1 is obtained from the intersection P (black ●) of the line 603 and the line 600 extending vertically from the point. Similarly, the intersection point Q (white square □) with the line 601 is the set rotational speed threshold value, and in this case, 8500 min −1 is obtained, and the point R (white square Δ) on the line 603 is the limit rotational speed threshold value of the rotor 1. Rotational energy during rotation is 150 kJ in this case. In this way, the line 600 is set to be less than 175 kJ, which is the containment energy limit value of the centrifuge 100 when the rotor 1 rotates at the speed limit, and the line 601 is set to a value smaller than the line 600. Is set. The point of intersection with the line 600 (Ipmax (outline □) and Ipmin (outline □) is the point P when there is no error in the calculated Ip, whereas the error is calculated at −10%. Is expressed as Ipmin, and when the error is calculated as + 10%, it is expressed as Ipmax.The set rotational speed corresponding to the calculated moment of inertia is compared with the set rotational speed input by the user, and the set rotational speed is limited. When the speed is exceeded, the rotation of the motor is stopped.

ライン600、601が階段状になっており、算出された慣性モーメントIpが増加するに従い低くなる折れ線としている。これは、同一種類のロータであってもチューブや試料が極めて軽いほぼ空身に近い場合と試料が満杯でさらに金属チューブ等を使用した場合では実際の慣性モーメントIpに大きな差があるので、折れ点をその種類のロータの慣性モーメント最大時にさらに誤差が+10%を加算した位置に定めている。   The lines 600 and 601 are stepped, and are broken lines that become lower as the calculated moment of inertia Ip increases. This is because there is a large difference in the actual moment of inertia Ip when the tube and sample are almost light, even when the rotor is the same type, and when the sample is full and a metal tube is used. Is set to a position where an error is further added by + 10% at the moment of inertia of the rotor of the type.

算出されるべき慣性モーメントIpは数値範囲が予め決まっているので、ライン601a、ライン601bは予定の範囲外の慣性モーメントの場合にロータ1を回転させないためのガードラインである。ロータ1の回転エネルギーで制御する場合のエネルギーEmaxがライン602に、ロータ1の許容最高回転Nmaxがライン600に相当するから、現在の回転速度Nと算出された慣性モーメントIpから、数式15を用いてErを計算する。   Since the inertial moment Ip to be calculated has a predetermined numerical range, the line 601a and the line 601b are guard lines for preventing the rotor 1 from rotating when the inertial moment is outside the predetermined range. Since the energy Emax when controlled by the rotational energy of the rotor 1 corresponds to the line 602 and the allowable maximum rotation Nmax of the rotor 1 corresponds to the line 600, the current rotational speed N and the calculated moment of inertia Ip are used. To calculate Er.

Figure 0005682826
Figure 0005682826

この置き換えにより、図11及び図12のフローチャートに従って制御し、第1の制御装置8、第2の制御装置9は、各々このEと遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値Ecとを比較し、EがEcを越えたと判断した時に第1の遮断装置20、第2の遮断装置21に遮断信号を出力するように動作するので、遠心分離機100の封じ込めエネルギーに対しロータ1のエネルギーが超えないようにロータ1の速度の制限が可能であることは明らかである。   By this replacement, control is performed according to the flowcharts of FIGS. 11 and 12, and the first control device 8 and the second control device 9 respectively compare this E with the containment energy threshold value Ec of the centrifuge, and E is Ec. Since it operates so as to output a shut-off signal to the first shut-off device 20 and the second shut-off device 21 when it is determined that the rotor has exceeded, the rotor 1 energy does not exceed the containment energy of the centrifuge 100. It is clear that a speed limit of 1 is possible.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の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。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It is.

1 ロータ 2 モータ 3 インバータ変換器 4 交流電源
5 第1の速度検出手段 6 第2の速度検出手段 7 マグネット
8 第1の制御装置 9 第2の制御装置 10 ボウル
11 プロテクタリング 12 ドア 13 トルク伝達器
14 駆動シャフト 15 フレーム 16 第1の電流検出器
17 第2の電流検出器 18 第1の直流電圧検出器
19 第2の直流電圧検出器 20 第1の遮断装置
21 第2の遮断装置 22 信号ライン 23、24 通信ライン
25 ユーザインターフェイス手段 26 第3の速度検出手段
27 エンコーダディスク 30 信号ライン
31、32、33 インバータブリッジ 51 ロータアダプタ
52 マグネット 53 信号発生器 54 識別穴パターン
55 渦電流センサ 56 信号ライン 100 遠心分離機
201 CPU 202 電流実効値変換器 203 A/D変換器
204、205 MTU 206 A/D変換器 207 I/O
208 不揮発性メモリ 209 SCI 210 インバータ制御部
211 CPU 212 電流実効値変換器 213 A/D変換器
214、215 MTU 216 A/D変換器 217 I/O
218 不揮発性メモリ 219 SCI
221、230、231 MTU 222 信号変換器
223 不揮発性メモリ 301 上アーム 302 下アーム
304 ゲート制御回路 305 フォトカプラ 306 ゲート制御回路
307 フォトカプラ 308、309 抵抗器 310 電源
311 平滑コンデンサ 312 コンバータ 313 リレー接点
314 リレーコイル 316、317、318 ドライバ
600 制限回転速度閾値 601 設定回転速度閾値
602 遠心分離機100の封じ込めエネルギー限界値
601a 算出Ip小の場合の設定回転速度閾値及び制限回転速度閾値のガードライン
601b 算出Ip大の場合の設定回転速度閾値及び制限回転速度閾値のガードライン
1300 ロータ選択ボタン 1301 スタートボタン
1302 確定ボタン Iu 電流信号 Iw 電流信号
MPG、RPG、SPG パルス信号
ENCa、ENCb 2相のパルス信号
ID ロータ判別信号 V1、V2 電圧信号
F CPU201或いはCPU211の内部クロックの周波数
CNT 信号立下りエッジ間でのクロックのカウント数
N モータ2の現在回転速度 τa 加速時のモータ2の出力トルク
τm 測定時のモータ2の出力トルク N1 時刻T1でのモータ2の回転速度
N2 時刻T2でのモータ2の回転速度 N3 時刻T3でのモータ2の回転速度
N4 時刻T4でのモータ2の回転速度 N5 時刻T5でのモータ2の回転速度
Nav 時刻T2とT3間のモータ2の平均回転速度
T1 加速途上の回転速度N1となる時刻
T2 トルクτmでの測定開始時刻 T3 トルクτmでの測定終了時刻
T4 自然減速での測定開始時刻 T5 自然減速での測定終了時刻
Nf 時刻T2からT3の加速状態でのモータ2の回転速度
Nb 時刻T4からT5の自然減速状態でのモータ2の回転速度
Δtf 時間差 Δtb 時間差 tr モータ2の1回転周期
Δt 実際の速度に対する時間遅れ No モータ2の理想回転速度
Nr モータ2の瞬時の現在回転速度 Nn フィルタリング後の今回の速度
Nn−1 フィルタリング後の前回の速度 α フィルタリングの定数
N モータ2の現在回転速度 k 定数の係数
Ip ロータ1の慣性モーメント
Ir ロータ1以外の回転系の慣性モーメント
Iuav 電流信号Iuの実効電流の平均値
V1av 電圧信号V1の平均値
Iwav 電流信号Iwの実効電流の平均値
V2av 電圧信号V2の平均値
tx 時刻T1からT2までの時間インターバル
ty トルクτmの加速状態での予め決められた時間インターバル
tz 時刻T3からT4までのトルクゼロの時間インターバル
ΔNx 回転速度N2を測定してからの増加回転速度
ΔNy 回転速度N4を測定してからの減少回転速度
Nlim ロータ1の慣性モーメント或いはエネルギー算出の上限速度
Em 回転速度Nmでのロータ1の回転エネルギー
Ns 許容回転速度
Es 許容回転速度Nsでのロータエネルギー
E 現在回転速度Nでのロータエネルギー
Ec 遠心分離機の封じ込めエネルギー閾値
Er モータ2の瞬時の現在回転速度Nrでのロータエネルギー
Nmax ロータの許容最高回転速度
Emax ロータの許容最高回転速度Nmaxでのロータ固有のエネルギー上限値
P ライン603とライン600との交点(黒●)
Q ライン601との交点(白抜き□)
R ライン602上の点(白抜き△)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 2 Motor 3 Inverter converter 4 AC power supply 5 1st speed detection means 6 2nd speed detection means 7 Magnet 8 1st control apparatus 9 2nd control apparatus 10 Bowl 11 Protecting ring 12 Door 13 Torque transmitter 14 drive shaft 15 frame 16 first current detector 17 second current detector 18 first DC voltage detector 19 second DC voltage detector 20 first cutoff device 21 second cutoff device 22 signal line 23, 24 Communication line
25 User interface means 26 Third speed detecting means 27 Encoder disk 30 Signal lines 31, 32, 33 Inverter bridge 51 Rotor adapter 52 Magnet 53 Signal generator 54 Identification hole pattern 55 Eddy current sensor 56 Signal line 100 Centrifuge 201 CPU 202 Current RMS Converter 203 A / D Converter 204, 205 MTU 206 A / D Converter 207 I / O
208 Nonvolatile memory 209 SCI 210 Inverter control unit 211 CPU 212 Current effective value converter 213 A / D converter 214, 215 MTU 216 A / D converter 217 I / O
218 Nonvolatile memory 219 SCI
221, 230, 231 MTU 222 Signal converter 223 Non-volatile memory 301 Upper arm 302 Lower arm 304 Gate control circuit 305 Photocoupler 306 Gate control circuit 307 Photocoupler 308, 309 Resistor 310 Power supply 311 Smoothing capacitor 312 Converter 313 Relay contact 314 Relay coil 316, 317, 318 Driver 600 Limited rotation speed threshold value 601 Set rotation speed threshold value 602 Containment energy limit value 601a of centrifuge 100 Guard line 601b of set rotation speed threshold value and limited rotation speed threshold value when calculation Ip is small Guard line 1300 for the set rotation speed threshold value and limit rotation speed threshold value in the case of large rotor selection button 1301 start button 1302 confirmation button Iu current signal Iw current signal MPG, R PG, SPG pulse signal
ENCa, ENCb Two-phase pulse signal ID Rotor discrimination signal V1, V2 Voltage signal F Frequency of internal clock of CPU 201 or CPU 211 CNT Clock count between falling edges N Current speed of motor 2 τa Motor at acceleration Output torque τm of motor 2 Output torque of motor 2 during measurement N1 Rotational speed of motor 2 at time T1 Rotational speed of motor 2 at time T2 N3 Rotational speed of motor 2 at time T3 N4 Motor 2 at time T4 Rotational speed N5 Rotational speed Nav of motor 2 at time T5 Average rotational speed T1 of motor 2 between times T2 and T3 Time T2 at which rotational speed N1 during acceleration T2 Measurement start time at torque τm T3 Measurement at torque τm End time T4 Measurement start time with natural deceleration T5 Measurement end time with natural deceleration Nf From time T2 to T3 Rotational speed Nb of motor 2 in high speed state Rotational speed of motor 2 in natural deceleration state from time T4 to T5 Δtf Time difference Δtb Time difference tr One rotation period Δt of motor 2 Time delay relative to actual speed No Ideal rotational speed of motor 2 Nr Instantaneous current rotational speed of motor 2 Nn Current speed after filtering Nn-1 Previous speed after filtering α Filtering constant N Current rotational speed of motor 2 k Constant coefficient Ip Moment of inertia of rotor 1
Ir Moment of inertia Iuav of rotation system other than rotor 1 Average value V1av of effective current of current signal Iu Average value Iwav of voltage signal V1 Average value of effective current V2av of current signal Iw Average value t2 of voltage signal V2 From time T1 to time T2 Time interval ty Predetermined time interval tz in the acceleration state of torque τm Time interval of torque zero from time T3 to T4 ΔNx Increase rotational speed after measuring rotational speed N2 ΔNy After measuring rotational speed N4 Rotational speed Nlim Inertia moment of rotor 1 or upper limit speed Em of energy calculation Rotational energy Ns of rotor 1 at rotational speed Nm Permissible rotational speed Es Rotor energy E at permissible rotational speed Ns Rotor energy Ec at present rotational speed N Centrifuge containment energy threshold Er Rotor energy Nmax at the instantaneous current rotational speed Nr of the motor 2 Maximum allowable rotational speed Emax of the rotor At the maximum allowable rotational speed Nmax of the rotor, the upper limit energy P peculiar to the rotor P The intersection of the line 603 and the line 600 (black)
Intersection with Q line 601 (outlined □)
Point on R line 602 (open triangle)

Claims (16)

試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記モータに可変周波数の交流電圧を出力するインバータ変換器と、
前記ロータを収容する回転室と、
前記ロータに付されたID情報を読み取るID検出器と、
前記ロータ或は前記モータの回転速度を検出する速度検出器と、
遠心分離機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機において、
前記制御装置は、
前記ロータの前記ID情報を読み取り、
前記ID情報が検出できない場合は前記ロータの慣性モーメントを算出し、
前記慣性モーメントから制限回転速度閾値を求め、
設定された遠心分離回転速度が前記制限回転速度閾値以下の場合は設定回転速度まで前記ロータの回転を加速させて整定させ、
設定された遠心分離回転速度が前記制限回転速度閾値を越えた場合は前記ロータの回転を停止させることを特徴とする遠心分離機。
A rotor that holds the sample and is detachably mounted;
A motor for rotating the rotor;
An inverter converter for outputting a variable frequency AC voltage to the motor;
A rotating chamber that houses the rotor;
An ID detector for reading ID information attached to the rotor;
A speed detector for detecting the rotational speed of the rotor or the motor;
A centrifuge having a control device for controlling the operation of the centrifuge,
The controller is
Reading the ID information of the rotor;
If the ID information cannot be detected, calculate the moment of inertia of the rotor,
A limit rotational speed threshold is determined from the moment of inertia,
When the set centrifugal rotation speed is equal to or lower than the limit rotation speed threshold, the rotation of the rotor is accelerated to the set rotation speed and settling,
The centrifuge is characterized in that the rotation of the rotor is stopped when the set centrifugal rotation speed exceeds the limit rotation speed threshold.
前記制御装置は、前記ID情報が検出できた場合は、検出された情報に基づいて前記設定回転速度の妥当性を判断し、
妥当である場合は前記設定回転速度までロータの回転を加速させ、妥当でない場合は前記ロータの回転を停止させることを特徴とする請求項1に記載の遠心分離機。
When the ID information can be detected, the control device determines the validity of the set rotational speed based on the detected information,
If it is reasonable to accelerate the rotation of the rotor to the set rotational speed, if not valid centrifuge according to claim 1, characterized in that stopping the rotation of the rotor.
前記ID検出器は、前記ロータに配置されるマグネットの磁気を検出する信号発生器、又は/及び、前記ロータに設けられた識別穴の有無を検出する信号発生器であることを特徴とする請求項2に記載の遠心分離機。   The ID detector is a signal generator for detecting magnetism of a magnet arranged in the rotor, and / or a signal generator for detecting presence / absence of an identification hole provided in the rotor. Item 3. The centrifuge according to Item 2. 前記モータの電流を検出する電流検出器と、
前記インバータ変換器の直流電源電圧を検出する直流電圧検出器を設け、
前記制御装置は、
前記ロータを所定のトルクになるように制御し、
前記電流検出器により検出された電流と前記直流電圧検出器によ検出された直流電源電圧の積を、前記速度検出器で検出された前記モータの回転速度で除算し、これをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算して前記ロータの慣性モーメントを求めることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の遠心分離機。
A current detector for detecting the current of the motor;
A DC voltage detector for detecting a DC power supply voltage of the inverter converter is provided,
The controller is
Controlling the rotor to a predetermined torque,
The product of the detected current and the DC voltage detector by Ri detected DC power supply voltage by the current detector, divided by the rotational speed of the motor detected by the speed detector, determined this advance 4. The centrifugal separator according to claim 1, wherein a moment of inertia of the rotor is obtained by multiplying the torque constant.
前記制御装置に記憶手段を設け、
前記トルク定数の値を前記記憶手段にあらかじめ記憶させることを特徴とする請求項4に記載の遠心分離機。
A storage means is provided in the control device,
The centrifugal separator according to claim 4, wherein the value of the torque constant is stored in advance in the storage means.
前記制御装置によって算出される前記制限回転速度閾値は、前記ロータが制限回転速度で回転した場合の回転エネルギーが前記遠心分離機の封じ込めエネルギー限界値未満になるように設定されることを特徴とする請求項5に記載の遠心分離機。 The limiting rotational speed threshold calculated by the control device is set such that rotational energy when the rotor rotates at the limiting rotational speed is less than a containment energy limit value of the centrifuge. The centrifuge according to claim 5. 前記制御装置は、
前記ロータを第1の回転速度から第2の回転速度まで加速し、
前記電流検出器による前記モータの平均電流と、前記直流電圧検出器により検出された直流電源平均電圧の積を、前記速度検出による前記モータの平均回転速度で除算し、前記トルク定数に掛け算して前記慣性モーメントを算出することを特徴とする請求項6に記載の遠心分離機。
The controller is
Accelerating the rotor from a first rotational speed to a second rotational speed;
And the average current of the motor by the current detector, the product of the DC voltage detector is by Ri detected in the DC power supply average voltage, divided by the average rotational speed of the front SL motor Ru good to the speed detector, before centrifuge according to claim 6, characterized in that to calculate the moment of inertia and calculated over the serial torque constant.
前記制御装置は、前記モータの出力トルクが一定の値となるように前記インバータ変換器を制御して前記ロータを第1の回転速度から第2の回転速度に加速させることを特徴とする請求項7に記載の遠心分離機。   The said control apparatus controls the said inverter converter so that the output torque of the said motor may become a fixed value, The said rotor is accelerated from 1st rotation speed to 2nd rotation speed, It is characterized by the above-mentioned. 8. The centrifuge according to 7. 前記制御装置は、
前記ロータ加速して第2の回転速度に到達したら、前記モータの出力トルクがゼロとなるように前記インバータ変換器を制御し、
前記ロータを第2の回転速度から第3の回転速度に減速し、この際の前記速度検出による前記ロータ或は前記減速時の回転速度の変化率を測定し、
前記モータの出力トルク補正値と前記回転速度の変化率に基づいて前記ロータの慣性モーメントを求めることを特徴とする請求項7又は8に記載の遠心分離機。
The controller is
Upon reaching the second rotational speed the rotor is accelerated, the output torque of the motor by controlling the inverter transformer to be zero,
The rotor was decelerated from the second rotation speed to a third rotation speed, measuring the rotor or the rate of change of the rotational speed before Symbol decrease deceleration time by the speed detector at this time
Centrifuge according to claim 7 or 8, wherein the determination of the moment of inertia of the rotor based on an output torque correction value and the previous Kikai rolling rate of change of velocity of the motor.
記モータの電流を検出する第1及び第2の電流検出器と、
前記インバータ変換器の直流電源電圧を検出する第1及び第2の直流電圧検出器と、を備え、
前記速度検出器として第1及び第2の速度検出器を有し
前記制御装置として第1及び第2の制御装置を有し、
前記第1の制御装置は、前記第1の電流検出器による前記モータの平均電流と、前記第1の直流電圧検出器による前記インバータ変換器の直流電源平均電圧との積を前記モータの回転速度を検出する第1の速度検出器による前記ロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算して前記ロータの慣性モーメントを求め、
前記第2の制御装置は、前記第2の電流検出器による前記モータの平均電流と、前記第2の直流電圧検出器による前記インバータ変換器の直流電源平均電圧との積を前記モータの回転速度を検出する第2の速度検出器による前記ロータの平均回転速度に基づく回転速度で除算したものをあらかじめ定められたトルク定数に掛け算して前記ロータの慣性モーメントを求めることを特徴とする請求項1に記載の遠心分離機。
First and second current detector for detecting a current before SL motor,
First and second DC voltage detectors for detecting a DC power supply voltage of the inverter converter ,
Has first and second speed detectors as the speed detector,
The control device includes first and second control devices ,
The first control device calculates a product of an average current of the motor by the first current detector and a DC power source average voltage of the inverter converter by the first DC voltage detector as a rotational speed of the motor. The inertial moment of the rotor is obtained by multiplying a predetermined torque constant by dividing the rotational speed based on the average rotational speed of the rotor by the first speed detector for detecting
The second control device calculates a product of an average current of the motor by the second current detector and a DC power source average voltage of the inverter converter by the second DC voltage detector as a rotational speed of the motor. by multiplying the average predetermined torque constant divided by the rotational speed based on the rotational speed of the rotor by the second speed detector for detecting and obtaining the moment of inertia of the rotor according to claim 1 The centrifuge described in 1 .
前記第1の制御装置は、
前記ロータの設定回転速度を操作者が任意に設定できるユーザインターフェイス手段を備え、
算出されたロータの慣性モーメントから前記ロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値及び、前記制限回転速度閾値より低い設定回転速度閾値を求め、
前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記インバータ変換器に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断し、
前記ロータの回転速度が設定回転速度閾値を超えて設定されていると判断した場合は前記設定回転速度閾値以下に前記ロータの回転速度を制御し、
前記第2の制御装置は、
算出されたロータの慣性モーメントから前記ロータの遠心分離機の封じ込めエネルギー以下の制限回転速度閾値を求め、前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記インバータ変換器に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断することを特徴とする請求項10に記載の遠心分離機。
The first control device includes:
Comprising user interface means by which an operator can arbitrarily set the set rotational speed of the rotor,
From the calculated moment of inertia of the rotor, a limiting rotational speed threshold value equal to or lower than the containment energy of the centrifuge of the rotor and a set rotational speed threshold value lower than the limiting rotational speed threshold value are obtained,
Shutting off the voltage supply to the motor from the inverter converter by outputting a cutoff operation signal to the inverter converter when it is determined that the limit rotational speed threshold has been exceeded,
When it is determined that the rotational speed of the rotor is set to exceed a set rotational speed threshold, the rotational speed of the rotor is controlled to be equal to or less than the set rotational speed threshold;
The second control device includes:
From the calculated moment of inertia of the rotor, a limit rotational speed threshold value equal to or less than the containment energy of the rotor centrifuge is obtained, and when it is determined that the limit rotational speed threshold value is exceeded, a shutoff operation signal is output to the inverter converter, The centrifuge according to claim 10, wherein voltage supply to the motor from an inverter converter is cut off.
前記遠心分離機は前記インバータ変換器から前記モータへの電圧供給路に互いに独立して配置された前記インバータ変換器から前記モータへの電圧供給を遮断する第1の遮断装置及び第2の遮断装置を備え、
前記第1の制御装置は前記ロータが任意の回転速度で回転している状態で前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記第1の遮断装置に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断し、
前記第2の制御装置は前記ロータが任意の回転速度で回転している状態で前記制限回転速度閾値を超えたと判断した時に前記第2の遮断装置に遮断動作信号を出力して前記インバータ変換器からの前記モータへの電圧供給を遮断することを特徴とする請求項10に記載の遠心分離機。
The centrifuge includes a first shut-off device and a second shut-off device that shut off the voltage supply to the motor from the inverter converter that is arranged independently of the voltage feed path from the inverter converter to the motor. With
The first control device outputs a cut-off operation signal to the first cut-off device when it is determined that the limit rotation speed threshold is exceeded in a state where the rotor is rotating at an arbitrary rotation speed, and the inverter converter Shut off the voltage supply to the motor from
The second control device outputs a shut-off operation signal to the second shut-off device when it is determined that the limit rotational speed threshold has been exceeded in a state where the rotor is rotating at an arbitrary rotational speed, and the inverter converter The centrifuge according to claim 10, wherein voltage supply to the motor is cut off.
前記第1の制御装置と前記第2の制御装置の間に通信手段を備え、
前記第1の制御装置は前記インバータ変換器を制御すると共に、前記通信手段を介して前記第2の制御装置との前記ロータの慣性モーメントの測定に関する時間の同期を取ることを特徴とする請求項12に記載の遠心分離機。
A communication means is provided between the first control device and the second control device,
The said 1st control apparatus controls the said inverter converter, and synchronizes the time regarding the measurement of the inertia moment of the said rotor with the said 2nd control apparatus via the said communication means. The centrifuge according to 12 .
前記第1の制御装置は、前記第2の制御装置との通信が異常であると判断した時に前記モータを減速させることを特徴とする請求項13に記載の遠心分離機。   The centrifuge according to claim 13, wherein the first control device decelerates the motor when it is determined that communication with the second control device is abnormal. 前記第2の制御装置は、前記通信手段による前記第1の制御装置との通信が異常であると判断した時に前記第2の遮断装置に遮断動作信号を出力することを特徴とする請求項13に記載の遠心分離機。   The said 2nd control apparatus outputs a interruption | blocking operation signal to a said 2nd interruption | blocking apparatus, when it determines that communication with the said 1st control apparatus by the said communication means is abnormal. The centrifuge described in 1. 前記第1の制御装置は、前記第1の制御装置が算出した前記ロータの慣性モーメントと前記第2の制御装置が算出した前記ロータの慣性モーメントの誤差が所定値を超えたと判断した時に、前記インバータ変換器を制御して前記モータを減速させることを特徴とする請求項13に記載の遠心分離機。   When the first controller determines that an error between the rotor inertia moment calculated by the first controller and the rotor inertia moment calculated by the second controller exceeds a predetermined value, The centrifuge according to claim 13, wherein the motor is decelerated by controlling an inverter converter.
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