JP5949144B2 - Centrifuge - Google Patents

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Description

本発明は遠心機(遠心分離機)のロータを回転させるモータの制御に関し、特に誘導モータを用いた遠心機の加減速時の振動を抑制する技術に関する。   The present invention relates to control of a motor that rotates a rotor of a centrifuge (centrifugal separator), and more particularly to a technique for suppressing vibration during acceleration / deceleration of a centrifuge using an induction motor.

遠心機は、試料を収容したロータを高速で回転させることにより遠心力を利用した試料の分離作業等を行う装置である。使用するロータは着脱式であって交換可能とすることが多い。遠心機により試料の分離を行なう際は、作業者は入力パネル等の入力手段から、それぞれ試料の分離目的に応じたロータの回転速度、運転時間、ロータ室の温度などの遠心条件を設定する。遠心機は、設定された遠心条件に従ってロータを加速又は減速させて所定の回転速度を保ち、設定された運転時間が経過するか、使用者により停止操作が為されるとロータを減速して停止する。   A centrifuge is a device that performs a sample separation operation using centrifugal force by rotating a rotor containing a sample at high speed. The rotor used is detachable and often replaceable. When the sample is separated by the centrifuge, the operator sets centrifugal conditions such as the rotational speed of the rotor, the operation time, and the temperature of the rotor chamber according to the purpose of separating the sample from input means such as an input panel. The centrifuge accelerates or decelerates the rotor according to the set centrifugal conditions to maintain a predetermined rotational speed, and decelerates and stops the rotor when the set operation time has elapsed or when a stop operation is performed by the user. To do.

図1は従来例による遠心機の全体構成の概略を示す断面図である。遠心機1は、本体内部に回転室5を備え、回転室5はドア3により閉塞され、回転室5の下には駆動源としてモータ4が設けられる。モータ4から回転トルクを伝達するシャフト(出力軸)16が回転室5内まで突出するように延び、シャフト16の先端に設けられたクラウン17にロータ2がセットされる。このようにモータ4のシャフト16の先端にロータ2がセットされるので、モータ4による回転駆動力はロータ2に直接伝達される。シャフト16の周囲にはモータ4内部への水分等の侵入防止のため略円筒形状のシャフトケース14が配置される。冷却装置18はチャンバ13の外周に巻きつけられた冷却配管18aに冷媒を流すことによって回転室5内を冷却するものであって、フロンガスなどを冷媒とする冷凍サイクルが用いられる。冷凍サイクルのコンプレッサとしては様々な方式があるが、インバータを用いた可変速コンプレッサを搭載すると冷却能力の向上が図れるので好ましい。制御装置7は温度センサ15によって検出された回転室5の温度に基づいて冷却装置18を駆動制御し、回転室5を所定の温度に制御する。チャンバ13と冷却配管18aの周囲、および回転室5を閉塞するドア3の内部には図示しない断熱材が設けられる。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the overall configuration of a centrifuge according to a conventional example. The centrifuge 1 includes a rotation chamber 5 inside the main body, the rotation chamber 5 is closed by a door 3, and a motor 4 is provided below the rotation chamber 5 as a drive source. A shaft (output shaft) 16 that transmits rotational torque from the motor 4 extends so as to protrude into the rotary chamber 5, and the rotor 2 is set on a crown 17 provided at the tip of the shaft 16. Since the rotor 2 is set at the tip of the shaft 16 of the motor 4 in this way, the rotational driving force by the motor 4 is directly transmitted to the rotor 2. A substantially cylindrical shaft case 14 is disposed around the shaft 16 to prevent moisture and the like from entering the motor 4. The cooling device 18 cools the inside of the rotating chamber 5 by flowing a refrigerant through a cooling pipe 18a wound around the outer periphery of the chamber 13, and a refrigeration cycle using a refrigerant such as Freon gas is used. There are various types of compressors for the refrigeration cycle, but it is preferable to install a variable speed compressor using an inverter because the cooling capacity can be improved. The control device 7 drives and controls the cooling device 18 based on the temperature of the rotating chamber 5 detected by the temperature sensor 15, and controls the rotating chamber 5 to a predetermined temperature. A heat insulating material (not shown) is provided around the chamber 13 and the cooling pipe 18 a and inside the door 3 that closes the rotating chamber 5.

従来からロータ2を回転駆動するモータ4として誘導モータ(誘導電動機)、特に3相誘導モータが広く用いられる。誘導モータは、固定子側コイルと、かご型の導体を有する回転子を有し、固定子側コイルが、回転子の導体に対して電磁誘導作用でエネルギーを伝達して動作する。遠心機においては、ギヤやベルトなどによる減速・増速を行わず、モータ4の回転軸上にロータ2を載置して直接駆動することが多く、その場合はモータ4の回転数とロータ2の回転数が一致する。モータ4の駆動回路は制御装置7内に配置され、電圧や周波数を可変に制御可能な3相交流インバータ(図示せず)が用いられる。3相交流インバータの出力電圧はPWM(パルス幅変調)方式により擬似的に正弦波電圧を発生する。   Conventionally, an induction motor (induction motor), particularly a three-phase induction motor, has been widely used as the motor 4 that rotationally drives the rotor 2. The induction motor includes a stator-side coil and a rotor having a squirrel-cage conductor, and the stator-side coil operates by transmitting energy to the rotor conductor by electromagnetic induction. In centrifuges, the rotor 2 is often mounted directly on the rotating shaft of the motor 4 without being decelerated / accelerated by gears or belts. In this case, the rotational speed of the motor 4 and the rotor 2 are often driven. The number of rotations is the same. A drive circuit for the motor 4 is disposed in the control device 7 and a three-phase AC inverter (not shown) capable of variably controlling voltage and frequency is used. The output voltage of the three-phase AC inverter generates a pseudo sine wave voltage by a PWM (pulse width modulation) method.

3相誘導モータは、3相交流インバータが3相交流を固定子巻線に与えてモータ内に回転磁界を発生し、回転磁界によってモータ内の回転子に誘導電流を発生させ、それらの相互作用によりトルクを発生させるものである。従って回転磁界の速度と回転子の速度には“すべり”と呼ばれる速度差が生じる。すべりは(数1)であらわされ、すべりが正であればモータ4の出力軸には、回転方向に正のトルク(加速トルク)が発生し、負であれば回転方向に負のトルク(制動トルク)が発生する。
すべり = 回転磁界の回転速度 − 回転子の回転速度 ・・・(数1)
3相誘導モータには、その巻線方式により2極、4極またはそれ以上の極数のものがある。極数をPとすると、回転磁界の回転速度は3相交流インバータから与えられる励磁速度の2/P倍であるので、例えば2極の3相誘導モータであれば、回転磁界の回転速度は励磁速度(励磁周波数)と一致する。この場合は(数1)を以下の(数2)に置き換えることができる。
すべり = 励磁速度 − 回転子の回転速度 ・・・・(数2)
In a three-phase induction motor, a three-phase AC inverter applies a three-phase alternating current to the stator winding to generate a rotating magnetic field in the motor, and the rotating magnetic field generates an induction current in the rotor in the motor, and their interaction To generate torque. Therefore, a speed difference called “slip” occurs between the speed of the rotating magnetic field and the speed of the rotor. The slip is expressed by (Equation 1). If the slip is positive, a positive torque (acceleration torque) is generated in the rotation direction on the output shaft of the motor 4, and if the slip is negative, a negative torque (braking) in the rotation direction is generated. Torque) is generated.
Slip = rotational speed of rotating magnetic field-rotational speed of rotor ... (Equation 1)
Some three-phase induction motors have two, four, or more poles depending on the winding method. If the number of poles is P, the rotation speed of the rotating magnetic field is 2 / P times the excitation speed given from the three-phase AC inverter. Therefore, for example, in the case of a two-pole three-phase induction motor, the rotation speed of the rotating magnetic field is It matches the speed (excitation frequency). In this case, (Equation 1) can be replaced with the following (Equation 2).
Slip = Excitation speed-Rotor rotation speed (2)

3相誘導モータの駆動にはセンサレス制御が適用されることが一般的であるが、遠心機においては、より正確に回転速度を制御するために回転センサ(後述)を設けることが多い。制御装置7はPWM制御により出力電圧を可変とした3相交流インバータを含んで構成され、回転センサによって得られたモータの回転速度をもとに、所定の電圧、所定の周波数の3相交流をモータ4に印加する。   In general, sensorless control is applied to drive a three-phase induction motor. However, in a centrifuge, a rotation sensor (described later) is often provided in order to control the rotation speed more accurately. The control device 7 includes a three-phase AC inverter whose output voltage is variable by PWM control, and generates a three-phase AC with a predetermined voltage and a predetermined frequency based on the rotation speed of the motor obtained by the rotation sensor. Applied to the motor 4.

以上のような従来の遠心機1における、励磁速度とモータ4の回転速度の関係を図6から図9を用いて説明する。以下の説明においては、モータの極数は2極、すなわち回転磁界の回転速度が励磁速度と一致する場合、すなわち(数2)が適用できることを前提にして説明する。図6において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は制御装置7からモータ4への印加電圧(単位V)、および励磁速度(単位rpm)とモータ4の回転速度(単位rpm)を示している。遠心機1は時刻tで、設定された回転速度である20000rpmで運転しているものとする(整定状態)。このとき励磁速度252はモータ4の回転速度251より高い値となって正のすべりが生じている。時刻tであらかじめ設定された所定の運転時間が経過するか、または使用者により停止操作がなされ、減速制御への移行を開始すると、励磁速度252は矢印252aのように徐々に低下して、矢印252bで回転速度251と等しくなり、その後は矢印252cに示すように励磁速度252が回転速度251を下回った状態を維持した負のすべりになる。すべりが正から負へ変化する際、モータ4には200Vまたは200Vよりやや高い電圧を印加した状態を維持していても、誘導モータの特性上、すべりが小さくなるにつれモータ4に流れる電流(不図示)も低下し、すべりゼロとなる時点で電流もゼロ付近まで極小化した後、負のすべりが増えるにつれ再びモータ電流が増加する。この負のすべり状態によってモータ4は制動状態となり、所定の減速率で減速される。同時に印加電圧253は減速制御のために予め定められた値に向けて変化される。ここで、モータ4の整定状態においては矢印253aのように印加電圧が定格よりもやや低い状態に抑えられている。 The relationship between the excitation speed and the rotation speed of the motor 4 in the conventional centrifuge 1 as described above will be described with reference to FIGS. In the following description, the number of poles of the motor is two, that is, the case where the rotation speed of the rotating magnetic field coincides with the excitation speed, that is, it is assumed that (Equation 2) can be applied. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the voltage applied from the control device 7 to the motor 4 (unit V), the excitation speed (unit rpm), and the rotation speed (unit rpm) of the motor 4. ing. Centrifuge 1 at time t 0, it is assumed that operating at a rotational speed set 20000 rpm (settling state). At this time, the excitation speed 252 is higher than the rotational speed 251 of the motor 4 and a positive slip occurs. When a predetermined operation time set in advance at time t 1 has elapsed or when a stop operation is performed by the user and a shift to deceleration control is started, the excitation speed 252 gradually decreases as indicated by an arrow 252a, At the arrow 252b, the rotational speed becomes equal to the rotational speed 251, and thereafter, as shown by the arrow 252c, a negative slip is maintained while the excitation speed 252 remains below the rotational speed 251. When the slip changes from positive to negative, even if a voltage slightly higher than 200 V or 200 V is applied to the motor 4, the current flowing through the motor 4 as the slip decreases due to the characteristics of the induction motor (non- When the slip becomes zero and the current is minimized to near zero, the motor current increases again as the negative slip increases. Due to this negative slip state, the motor 4 enters a braking state and is decelerated at a predetermined deceleration rate. At the same time, the applied voltage 253 is changed toward a predetermined value for deceleration control. Here, in the set state of the motor 4, the applied voltage is suppressed to a state slightly lower than the rating as indicated by an arrow 253a.

減速制御において時刻tで励磁速度252が所定の負のすべりを生じる値になり、印加電圧253が所定の値になると充分な制動トルクが発生してロータ2が減速する。減速の途中でも制御装置7は逐次、回転速度251を検出して、その回転速度ごとに定められた所定のすべりを生じる励磁速度252、および所定の印加電圧253をモータ4に印加するように制御する。図6の下側には印加電圧253の大きさを示しており、縦軸は印加電圧[V]であり、横軸は時間の経過である。誘導モータの加速・減速制御は、励磁速度と印加電圧の比を概ね一定とするV/F制御が一般的であるが、ここで示す従来例では矢印253bのように減速時に印加電圧がわずかながら上昇するが、回路部品の耐電圧等の制約により印加電圧の上限値が制約されることがあり、図6において時刻tからtまでの間に矢印253cのように印加電圧が一定となっているのは、その上限値の制約によるものである。時刻tで回転速度251がNに達すると、制御装置7は励磁速度252の周波数をゼロすなわち直流をモータ4に印加する所謂直流制動に切り替え、回転速度251がゼロになるまで継続し、時刻tで減速制御が終了する。 Exciting speed 252 at time t 2 in the deceleration control becomes a value resulting a predetermined negative slip, the applied voltage 253 is the rotor 2 sufficient braking torque when a predetermined value is generated to decelerate. Even during deceleration, the control device 7 sequentially detects the rotational speed 251 and performs control so as to apply to the motor 4 an excitation speed 252 that generates a predetermined slip determined for each rotational speed and a predetermined applied voltage 253. To do. The lower side of FIG. 6 shows the magnitude of the applied voltage 253, the vertical axis represents the applied voltage [V], and the horizontal axis represents the passage of time. In general, the acceleration / deceleration control of the induction motor is V / F control in which the ratio between the excitation speed and the applied voltage is substantially constant. In the conventional example shown here, the applied voltage is slightly reduced during deceleration as indicated by the arrow 253b. rises, sometimes the upper limit value of the constraint by an applied voltage, such as the withstand voltage of circuit components is limited, is the applied voltage as shown by the arrow 253c during the period from the time t 2 in FIG. 6 to t 3 is constant This is due to the limitation of the upper limit value. When the rotational speed 251 reaches N 0 at time t 4 , the control device 7 switches the frequency of the excitation speed 252 to zero, that is, so-called DC braking in which direct current is applied to the motor 4, and continues until the rotational speed 251 becomes zero, deceleration control is terminated at time t 5.

次に図7を用いて、従来例に係る遠心機における減速制御から所定の回転速度での定速制御への移行について説明する。図7の縦軸、横軸は上記で説明した図6と同一である。モータ4の減速中の時刻tでは矢印262aに示すように励磁速度262が回転速度261より低く、負のすべりが生じている。時刻tで励磁速度262がモータ4の目標回転速度Nに対して所定の正のすべりを加えた値である設定励磁速度Mに達すると、制御装置7は励磁速度262がMを維持するように制御し、回転速度261は矢印262bにて励磁速度262とクロスし、励磁速度Mに対して必要な正トルクが発生する正すべりが生じるところまで減速して速度Nの定速運転となる。 Next, the transition from the deceleration control to the constant speed control at a predetermined rotational speed in the centrifuge according to the conventional example will be described with reference to FIG. The vertical and horizontal axes in FIG. 7 are the same as those in FIG. 6 described above. Excitation rate 262 as shown at time t 0 the arrow 262a in the deceleration of the motor 4 is lower than the rotation speed 261, the negative slippage occurs. When the excitation speed 262 reaches a set excitation speed M 2 that is a value obtained by adding a predetermined positive slip to the target rotational speed N 2 of the motor 4 at time t 1 , the control device 7 determines that the excitation speed 262 becomes M 2 . controlled to maintain the rotational speed 261 cross the exciting speed 262 at arrows 262b, positive slip speed N 2 is decelerated until it caused the constant positive torque is generated needed for the excitation rate M 2 Fast driving.

定速運転に移行した後は、制御装置7は所定の印加電圧を維持し、回転速度261をフィードバックすることにより励磁速度262を適切に増減または維持し、回転速度261がNを維持するように定速運転の制御が行われる。このようにモータの回転速度を検出してすべりを制御する技術は、特許文献1に示されている。 After shifting to the constant speed operation, the control device 7 maintains a predetermined applied voltage, feeds back the rotation speed 261, appropriately increases / decreases or maintains the excitation speed 262, and the rotation speed 261 maintains N 2. The constant speed operation is controlled at the same time. A technique for controlling the slip by detecting the rotational speed of the motor in this way is disclosed in Patent Document 1.

特開平9−74784号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-74784

上記図6の例で説明したように、遠心機(遠心分離機)が所定の回転速度を保っている状態から減速を開始する際、インバータが3相誘導モータに与える回転磁界の回転速度の変化は、すべり状態が正から負へと推移することになる。この推移の過程にはモータのトルクが極小化する期間があり、モータの構造やロータの形状によっては、この期間に振動が発生して騒音がやや大きくなったり、ロータとモータとの嵌合部が摩耗しやすいなどの不都合が生じる恐れがある。また、図7で説明したようなロータの減速状態から所定の回転速度に保つ定速制御に推移する場合にもすべりが負から正の状態へ推移するため、この推移の過程でもトルクが極小化する期間があり、図6で示す例と同様に振動が発生しやすいという問題があった。   As described in the example of FIG. 6 above, when the centrifuge (centrifuge) starts to decelerate from the state where the predetermined rotation speed is maintained, the change in the rotation speed of the rotating magnetic field applied to the three-phase induction motor by the inverter is changed. Will cause the slip state to transition from positive to negative. This transition process includes a period during which the motor torque is minimized, and depending on the motor structure and rotor shape, vibration may occur during this period, resulting in a slight increase in noise, or the engagement between the rotor and motor. May cause inconveniences such as wear. In addition, since the slip changes from a negative state to a positive state when the rotor is decelerated as described with reference to FIG. 7 and the constant speed control is maintained to maintain the predetermined rotational speed, the torque is minimized even during this transition process. There is a problem that vibration is likely to occur as in the example shown in FIG.

誘導モータ単体の制御においては軽負荷または無負荷のときに振動が発生しやすいという問題は以前から知られていて、図6、図7の動作での振動も一時的に軽負荷、無負荷の状態になったことによるものである。一般的な誘導モータでは所定の励磁速度を誘導モータに印加しているので、負荷が軽くなるほど回転速度が上昇して励磁速度に接近し、結果的にすべりが小さい状態になって振動が発生する。この振動を抑制する技術として、電流の変化を検出するなどして振動を積極的に抑制する技術が提案されている。しかしながらこうした振動の積極的な抑制は、制御装置に含まれるマイクロコンピュータに複雑かつ高速な処理を要求するものであって製品コストの上昇につながる。そのため従来の遠心機においては、制御による対策ではなく、モータの懸架構造、緩衝部材の改良、モータとロータの嵌合部分の強化など機械的な改善により対策を行ってきた。   In the control of a single induction motor, the problem that vibration is likely to occur when the load is light or no load has been known for a long time, and the vibration in the operations of FIGS. It is because it became a state. In a general induction motor, a predetermined excitation speed is applied to the induction motor. Therefore, as the load becomes lighter, the rotation speed increases and approaches the excitation speed. As a result, the slip becomes small and vibration occurs. . As a technique for suppressing this vibration, a technique for actively suppressing vibration by detecting a change in current has been proposed. However, such active suppression of vibration requires a complicated and high-speed processing for the microcomputer included in the control device, leading to an increase in product cost. For this reason, conventional centrifuges have taken countermeasures not by control, but by mechanical improvements such as improvement of the suspension structure of the motor, shock-absorbing members, and strengthening of the fitting portion between the motor and the rotor.

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は誘導電動機をスムーズに回転制御することにより、騒音を低下させると共に長寿命化を図った遠心機を提供することである。   The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide a centrifuge that reduces noise and extends its life by smoothly controlling the rotation of an induction motor.

本発明の他の目的によれば、トルクが正と負の間で推移する際の誘導モータの振動の発生を低減させた遠心機を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a centrifuge that reduces the occurrence of vibration of the induction motor when the torque changes between positive and negative.

本発明のさらに他の目的によれば、軽負荷、無負荷時であっても回転速度変更中に振動が発生しにくい遠心機を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a centrifuge that is less likely to generate vibration during rotation speed change even under light load and no load.

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、試料を保持するロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータまたはモータの回転速度を検出する回転センサと、モータの回転制御をする制御装置を有する遠心機において、モータは誘導モータであって、制御装置はパルス幅変調による可変電圧可変周波数型のインバータを含み、モータを駆動するインバータを含んで構成される。制御装置は、インバータによってモータに供給される回転磁界の回転速度が、モータの回転速度より高い状態から低い状態へ変化させる際、または、モータの回転速度より低い状態から高い状態へ変化させる際は、制御装置はインバータの出力電圧を変化の開始前の出力電圧に対して所定の比率で低減させてから状態を変化させるようにした。出力電圧の低減させた状態は、変化直前の出力電圧(実効値)の3/4以下の電圧であり、好ましくは1/2以下の電圧、さらに好ましくはほぼゼロ電圧である。   According to one aspect of the present invention, a centrifuge having a rotor that holds a sample, a motor that rotationally drives the rotor, a rotation sensor that detects the rotational speed of the rotor or the motor, and a control device that controls the rotation of the motor. The motor is an induction motor, and the control device includes a variable voltage variable frequency type inverter by pulse width modulation, and includes an inverter for driving the motor. When changing the rotation speed of the rotating magnetic field supplied to the motor by the inverter from a state higher than the motor rotation speed to a lower state, or when changing from a state lower than the motor rotation speed to a higher state, The controller changes the state after reducing the output voltage of the inverter at a predetermined ratio relative to the output voltage before the start of the change. The state in which the output voltage is reduced is a voltage that is 3/4 or less of the output voltage (effective value) immediately before the change, preferably a voltage that is 1/2 or less, and more preferably approximately zero voltage.

本発明の他の特徴によれば、インバータの出力電圧の低減は、モータの回転速度と生成される回転磁界の回転速度とが一致する時点を含む前後の所定範囲において低減状態が維持される。インバータは、回転磁界の回転速度の切り替えが行われるときのモータへの印加電圧の調整をパルス幅変調で行い、制御装置は回転センサから得られる回転数とインバータによる励磁速度との差からすべりを算出して、インバータの出力電圧を制御する。ロータは着脱可能であり、制御装置は装着されたロータの種類を識別して、装着されたロータの特性に合わせてインバータの出力電圧の低減比率を決定するように構成しても良い。 According to another feature of the present invention, the reduction of the output voltage of the inverter is maintained in a predetermined range before and after the point in time when the rotation speed of the motor matches the rotation speed of the generated rotating magnetic field. The inverter adjusts the voltage applied to the motor when the rotation speed of the rotating magnetic field is switched by pulse width modulation, and the control device slips from the difference between the rotation speed obtained from the rotation sensor and the excitation speed by the inverter. Calculate and control the output voltage of the inverter. The rotor may be detachable, and the control device may be configured to identify the type of the mounted rotor and determine a reduction ratio of the output voltage of the inverter in accordance with the characteristics of the mounted rotor.

請求項1、2の発明によれば、回転磁界の回転速度(励磁速度、励磁周波数)が、モータの回転速度の上側から下側、又は、下側から上側に切り替わる際に、制御装置はインバータの出力電圧を所定の比率で低減させるように構成したので、すべりが小さくなったときに発生する振動を低減でき、騒音が大きくなったり、ロータとモータの嵌合部が摩耗するなどの不都合を抑制できる。
請求項3、4の発明によれば、低減させた状態は、変化直前の出力電圧の1/2以下の電圧であるので、変化直前の出力電圧に比べてすべりが小さくなったときに発生する振動を大幅に低減させることができる。
請求項5の発明によれば、インバータの出力電圧の低減は、回転速度に対して励磁速度が切り替わる時点の前後所定時間において低減状態が維持されるので、振動の出やすい切り替え前後で振動の発生を低減させることができる。
請求項6の発明によれば、インバータは、すべりが小さくなるときの出力電圧(印加電圧)の調整をパルス幅変調で行うので、一般的なインバータの回路のままソフトウェアの変更だけで実現でき、コストアップを大幅に抑えて本発明が実現できる。
請求項7の発明によれば制御装置はすべりを正確に算出できるので、インバータ電圧の大小に関わらず適切な周波数の電力をインバータから出力することができる。
請求項8の発明によれば、制御装置は識別された種類に応じてインバータの出力電圧の低減比率を決定するので、ロータに合わせたきめ細かなモータの回転制御を実現できる。
According to the first and second aspects of the present invention, when the rotational speed (excitation speed, excitation frequency) of the rotating magnetic field is switched from the upper side to the lower side or from the lower side to the upper side of the rotational speed of the motor, the control device is an inverter. The output voltage is reduced at a predetermined ratio, so that vibrations that occur when the slip is reduced can be reduced, noise increases, and the rotor / motor fitting part wears out. Can be suppressed.
According to the third and fourth aspects of the invention, since the reduced state is a voltage that is ½ or less of the output voltage immediately before the change, it occurs when the slip is smaller than the output voltage immediately before the change. Vibration can be greatly reduced.
According to the invention of claim 5, since the reduction state of the output voltage of the inverter is maintained at a predetermined time before and after the time when the excitation speed is switched with respect to the rotation speed , the occurrence of vibration before and after the switching at which vibration is likely to occur. Can be reduced.
According to the invention of claim 6, since the inverter adjusts the output voltage (applied voltage) when the slip becomes small by pulse width modulation, it can be realized by changing the software as it is in a general inverter circuit, The present invention can be realized with greatly reduced cost.
According to the seventh aspect of the present invention, since the control device can accurately calculate the slip, it is possible to output electric power of an appropriate frequency from the inverter regardless of the magnitude of the inverter voltage.
According to the eighth aspect of the invention, since the control device determines the reduction ratio of the output voltage of the inverter according to the identified type, it is possible to realize fine motor rotation control in accordance with the rotor.

本発明および従来例に係る遠心機1の全体構成の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the whole structure of the centrifuge 1 which concerns on this invention and a prior art example. 本発明の実施例に係る遠心機の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the centrifuge which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る遠心機の、モータが定速運転から減速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the rotational speed of a motor, the excitation speed, and the applied voltage at the time of the motor shifting from the constant speed operation to the deceleration operation of the centrifuge according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係る遠心機の、モータが減速運転から定速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the rotational speed of a motor, the excitation speed, and the applied voltage when the motor transfers to the constant speed driving | operation of the centrifuge which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る遠心機の、モータの回転変更時のモータ制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the motor control procedure at the time of the rotation change of the motor of the centrifuge which concerns on the Example of this invention. 従来例の遠心機における、モータが定速運転から減速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフであるIt is a graph which shows the rotation speed of a motor, the excitation speed, and the change of an applied voltage at the time of a motor shifting from constant speed operation to deceleration operation in the centrifuge of a prior art example. 従来例の遠心機における、モータが減速運転から定速運転に移行する際の、モータの回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the rotational speed of a motor, an excitation speed, and an applied voltage when the motor transfers from a deceleration operation to a constant speed operation in the centrifuge of a prior art example. 励磁速度Fが一定の場合の印加電圧とトルクの関係を示す誘導モータの特性図である。It is a characteristic diagram of the induction motor showing the relationship between the applied voltage and torque when the excitation speed F is constant. 励磁速度Fが一定の場合のすべりがゼロ近傍における印加電圧とトルクの関係を示す誘導モータの特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of an induction motor showing the relationship between applied voltage and torque when slip is near zero when the excitation speed F is constant.

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、従来例と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。本出願の発明者らは、従来の誘導電動機を用いた遠心機の振動の原因について推定し、誘導モータ制御において公知例と異なる技術的な解決方法によって、比較的容易な制御方法で解決できると考えた。本実施例における遠心機1のハード構成は図1で示したものと同一である。しかしながら本実施例では、制御装置7によるモータ4の回転制御方法が従来と異なる。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same parts as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and repeated description is omitted. The inventors of the present application estimate the cause of the vibration of a centrifuge using a conventional induction motor, and can solve the problem with a relatively easy control method by a technical solution different from the known example in induction motor control. Thought. The hardware configuration of the centrifuge 1 in the present embodiment is the same as that shown in FIG. However, in this embodiment, the rotation control method of the motor 4 by the control device 7 is different from the conventional one.

まず本実施例による制御装置7の構成を説明するために、図8及び図9を用いて誘導モータにおける印加電圧とトルクとの関係を説明する。図8は誘導モータに印加される励磁速度(励磁周波数)Fが一定の場合の印加電圧とトルクとの関係を示す特性図であり、誘導モータの特性図として広く知られているものである。ここでいう印加電圧とはモータの線間に印加される交流電圧の実効値のことを指し、横軸はモータの回転速度を、縦軸はモータに生じるトルクを示している。記号V、V、Vが印加電圧を示し、例えばVは50Vrms、Vは100Vrms、Vは200Vrmsのように、V<V<Vの関係とする。 First, in order to describe the configuration of the control device 7 according to the present embodiment, the relationship between the applied voltage and torque in the induction motor will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between applied voltage and torque when the excitation speed (excitation frequency) F applied to the induction motor is constant, and is widely known as a characteristic diagram of the induction motor. The applied voltage here refers to the effective value of the alternating voltage applied between the lines of the motor, the horizontal axis indicates the rotational speed of the motor, and the vertical axis indicates the torque generated in the motor. Symbols V 1 , V 2 , and V 3 indicate applied voltages. For example, V 1 is 50 V rms , V 2 is 100 V rms , and V 3 is 200 V rms , such that V 1 <V 2 <V 3 .

図8において励磁速度がF、印加電圧がVの場合、無負荷であれば回転速度は励磁速度Fと一致するが、負荷によって回転速度が低下し、負荷と釣りあうトルクがTnの場合には、Fに対してすべりSだけ速度低下したところで定速運転を維持する。印加電圧がVの場合は、回転速度はFに対してすべりSが生じるところまで速度低下して定速運転を維持する。更に印加電圧がVであれば、同様にすべりがSになるまで速度低下して定速運転を維持する。このように、それぞれ負荷と釣りあうトルクTnが発生するような回転速度にてモータ4が回転するため、励磁速度Fが同じであっても印加電圧に応じてつり合うモータ4の回転速度が変化する。 Excitation rate F in FIG. 8, when the applied voltage is V 3, the rotational speed when the no-load is consistent with the excitation rate F, but the rotational speed by the load is reduced, when the load and balance torque of the Tn maintains constant speed operation where decreased speed by slip S 3 with respect to F. When the applied voltage is V 2 , the rotation speed decreases to a point where S 2 occurs with respect to F, and the constant speed operation is maintained. Further, if the applied voltage is V 1 , the speed is lowered until the slip reaches S 1 and the constant speed operation is maintained. In this way, since the motor 4 rotates at a rotation speed at which a torque Tn that balances with the load is generated, even if the excitation speed F is the same, the rotation speed of the motor 4 that is balanced changes according to the applied voltage. .

図9は、図8のすべりゼロ近傍を拡大したものである。グラフを見やすくするため印加電圧Vの図示を省略し、印加電圧VとVだけを図示している。すべりがゼロのときは、印加電圧がVでもVでもトルクもゼロになるが、図から判るように特性曲線の傾き、即ち回転速度の変化に対するトルクの変化率が印加電圧によって異なっている。従って回転速度がΔnだけ変化したときのトルクの変化は、印加電圧Vの時はわずかΔtなのに対して、印加電圧VならばΔtとなり、印加電圧が高いほど回転速度の変動に伴うトルクの変化量も大きくなる。従って印加電圧が高い場合、僅かな回転速度変化が大きなトルク変化を引き起こすと共に、回転速度が脈動する原因となるので、適切な減衰が得られなければ大きなトルク変化が回転速度の変化を助長して振動となると考えられる。 FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of the zero slip of FIG. To make the graph easier to read omitted applied voltage V 2, it is shown only the applied voltage V 1 and V 3. When the slip is zero, the torque is zero even if the applied voltage is V 3 or V 1 , but as can be seen from the figure, the slope of the characteristic curve, that is, the rate of change of the torque with respect to the change in the rotational speed differs depending on the applied voltage. . Therefore, the torque change when the rotation speed changes by Δn is only Δt 1 at the applied voltage V 1 , but becomes Δt 3 at the applied voltage V 3 , and the higher the applied voltage, the more the rotation speed varies. The amount of change in torque also increases. Therefore, when the applied voltage is high, a slight change in rotational speed causes a large torque change and causes the rotational speed to pulsate. It is thought to be vibration.

発明者らは誘導モータにおける軽負荷・無負荷時の振動は、以上の特徴から推定からすれば、必要なトルクが得られる程度に印加電圧を低減しておけば振動が抑制できると予想した。しかしながら一般的な誘導モータの制御において印加電圧を低くすると、負荷が変化したときに失速・脱調してしまう可能性が高くなってしまうため、好ましい制御とは言い難い。特に回転センサを用いないセンサレス制御が一般的な誘導モータの場合は失速、脱調を速やかに検出できず、負荷変動に対する適切な応答が困難となる。このような理由から印加電圧を低くする制御は一般的な誘導モータでは行わないのが常識であったが、発明者らは遠心機ではこの常識にとらわれる必要はないと考えた。すなわち遠心機においては、回転対象が試料を保持するロータを回転させるだけであって負荷の急変は起きることが少ないこと、モータの回転軸又はロータの回転数を直接検出する回転センサも設けているという理由から、定速運転や加速、減速制御中のみならず、すべりが正と負を行き交う過渡期でも正確にすべりや回転速度を把握でき、すべりの値に応じた的確な印加電圧の制御が可能であると考え、本発明に至った。   The inventors predicted that the vibration of the induction motor at light load / no load can be suppressed if the applied voltage is reduced to such an extent that the required torque can be obtained based on the above estimation. However, if the applied voltage is lowered in the control of a general induction motor, the possibility of stalling / stepping out when the load changes increases, so it is difficult to say that it is preferable control. In particular, in the case of an induction motor in which sensorless control without using a rotation sensor is general, stall and step-out cannot be detected quickly, making it difficult to appropriately respond to load fluctuations. For this reason, it was common knowledge that the control for reducing the applied voltage is not performed by a general induction motor, but the inventors thought that it is not necessary to be caught by this common sense in a centrifuge. That is, in the centrifuge, the rotation object only rotates the rotor holding the sample and the load hardly changes, and a rotation sensor for directly detecting the rotation shaft of the motor or the number of rotations of the rotor is also provided. For this reason, not only during constant speed operation, acceleration, and deceleration control, but also during the transitional period when the slip is positive and negative, it is possible to accurately grasp the slip and rotation speed, and to accurately control the applied voltage according to the slip value. It was considered possible and the present invention was reached.

図2は本実施例に係る遠心機の概略ブロック図である。モータ4は3相誘導モータであって、モータ4の極数は2極、すなわち回転磁界の回転速度が励磁速度と一致する。尚、モータ4は4極またはそれ以上の極数であっても良く、そのような極数の場合は、回転磁界の回転速度は励磁速度の2/P倍(但しPは極数)であるとして、同一の説明が可能である。制御装置7には、モータ4に供給される駆動電力を供給するインバータ10と、商用電源20を整流する整流装置9と、整流装置9とインバータ10と並列に接続される平滑コンデンサ11を含んで構成される。インバータ10は、複数のFET(電界効果トランジスタ)を含んで構成され、PWM制御により出力電圧を可変にするとともに、誘導電動機のV相、U相、W相に対して所定の周波数の交流電流を供給することによりモータ4を回転駆動する。演算部8は、遠心機1の全体の制御をするもので、図示しないマイクロコンピュータや、ROM/RAM等の記憶装置を含んで構成される。演算部8は整流装置9に対して出力電圧や受電電力の力率、モータ4の減速に伴う回生エネルギーの電源への逆潮流などを制御すると共に、インバータ10に含まれる複数のFET(電界効果トランジスタ)のゲートへ適切なタイミングで適切な時間だけ信号(駆動信号)を供給することにより、誘導電動機のV相、U相、W相に対して所定の周波数の交流電流を供給する。交流電圧の大きさは、PWM制御を行うことによって制御することができる。モータ4の回転軸近傍には、ホールICやフォトセンサ等の公知の機構による回転センサ12が設けられており、演算部8は回転センサ12の出力を元にモータ4の回転速度(回転周波数)を得ることができる。演算部8はモータ4の回転数に応じた適切な励磁速度の駆動電流を供給するようにフィードバック制御する。尚、演算部8は、モータ4の制御だけでなく、図示しない真空ポンプの起動・停止制御や冷却装置の駆動制御、操作表示部6への情報の表示と入力データの取得等の遠心機1の運転に伴う全体の制御を行う。   FIG. 2 is a schematic block diagram of the centrifuge according to the present embodiment. The motor 4 is a three-phase induction motor, and the number of poles of the motor 4 is two, that is, the rotation speed of the rotating magnetic field matches the excitation speed. The motor 4 may have four or more poles. In such a case, the rotational speed of the rotating magnetic field is 2 / P times the excitation speed (where P is the number of poles). The same explanation is possible. The control device 7 includes an inverter 10 that supplies driving power supplied to the motor 4, a rectifier 9 that rectifies the commercial power supply 20, and a smoothing capacitor 11 that is connected in parallel with the rectifier 9 and the inverter 10. Composed. The inverter 10 includes a plurality of FETs (field effect transistors), makes the output voltage variable by PWM control, and supplies an alternating current with a predetermined frequency to the V phase, U phase, and W phase of the induction motor. By supplying, the motor 4 is rotationally driven. The arithmetic unit 8 controls the entire centrifuge 1 and includes a microcomputer (not shown) and a storage device such as a ROM / RAM. The arithmetic unit 8 controls the output voltage, the power factor of the received power, the reverse flow of the regenerative energy to the power source accompanying the deceleration of the motor 4, and the like with respect to the rectifier 9. By supplying a signal (drive signal) to the gate of the transistor) at an appropriate timing for an appropriate time, an alternating current having a predetermined frequency is supplied to the V phase, U phase, and W phase of the induction motor. The magnitude of the AC voltage can be controlled by performing PWM control. A rotation sensor 12 using a known mechanism such as a Hall IC or a photo sensor is provided in the vicinity of the rotation axis of the motor 4, and the calculation unit 8 rotates the rotation speed (rotation frequency) of the motor 4 based on the output of the rotation sensor 12. Can be obtained. The arithmetic unit 8 performs feedback control so as to supply a drive current having an appropriate excitation speed according to the rotational speed of the motor 4. The calculation unit 8 is not only for controlling the motor 4 but also for starting and stopping a vacuum pump (not shown), driving control for the cooling device, displaying information on the operation display unit 6 and acquiring input data, etc. Performs overall control accompanying the operation.

図3は本実施例に係る遠心機1において、モータ4が定速運転から減速運転に移行する際の、モータ4の回転速度と励磁速度と印加電圧の変化を示すグラフである。本実施例においてはモータ4の極数は2極であるので、回転磁界の回転速度が励磁速度と一致する。グラフの横軸は時間の経過を示し、縦軸は制御装置7からモータ4への印加電圧、および励磁速度とモータの回転速度(rpm)を示す。遠心機は時刻tで、設定された回転速度である20000rpmで運転している。このときの励磁速度52は回転速度51よりやや高い値となって正のすべりが生じている。 FIG. 3 is a graph showing changes in the rotational speed, excitation speed, and applied voltage of the motor 4 when the motor 4 shifts from the constant speed operation to the deceleration operation in the centrifuge 1 according to the present embodiment. In this embodiment, since the number of poles of the motor 4 is two, the rotational speed of the rotating magnetic field matches the excitation speed. The horizontal axis of the graph indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the voltage applied from the control device 7 to the motor 4, the excitation speed, and the rotation speed (rpm) of the motor. Centrifuge at time t 0, running at a rotational speed set 20000 rpm. At this time, the excitation speed 52 is slightly higher than the rotation speed 51, and a positive slip occurs.

時刻tであらかじめ設定された所定の運転時間が経過するか(所定の遠心分離運転の完了)、または使用者により停止操作がなされ、減速制御への移行を開始すると、励磁速度52はその時点の励磁速度を維持し、矢印53aで示すように印加電圧53を低減する。印加電圧53の低減は、インバータ10のPWM制御により行うことができるが、印加電圧53の低減の速さは電圧低下に伴うトルク急減で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば200Vから0V近傍まで低下するのに0.5秒程度で行うとよい。矢印53bにおいて印加電圧53が所定の値(ここでは、ほぼ電圧0)まで低下した後、わずかな待機時間(時間a)が経過した後に、時刻tで励磁速度52を矢印52aの状態から矢印52bの状態に低下させて、回転速度51に対して所定の負のすべりが生じる値にする。ここで待機時間aを設けたのは、励磁速度52が回転速度51とクロスする時点ではトルクがゼロとなるので、その前後で振動が出やすいためであり、その振動を極力回避したいためである。ここで励磁速度52を矢印52aから52bに低下させる速さは、トルクが正から負へと変化することによる不適切な振動が生じない程度に早くすればよく、理想的には図のように印加電圧53を0Vまで低下していればトルクは発生しないので、可能な限り素早く変化させてよい。尚、この切り替えの際には、印加電圧53を必ずしも0Vにまで低下させる必要はなく、例えば3/4程度の電圧への低減であっても、従来の200Vでの切り替えに比べて十分な振動抑制効果が得られる。 When a predetermined operation time set in advance at time t 1 has passed (completion of a predetermined centrifugal operation) or when a stop operation is performed by the user and a shift to deceleration control is started, the excitation speed 52 is determined at that time. The applied voltage 53 is reduced as indicated by the arrow 53a. Although the applied voltage 53 can be reduced by PWM control of the inverter 10, the speed of the applied voltage 53 is reduced so quickly that torque is not reduced due to the voltage drop and inappropriate vibration does not occur, for example, 200V to 0V. It may be performed in about 0.5 seconds to decrease to the vicinity. Applied voltage 53 is a predetermined value in the arrow 53b (here, approximately zero voltage) was lowered to, after a slight waiting time (time a) has elapsed, arrows excitation rate 52 from the state of arrow 52a at time t 2 The value is reduced to the state of 52b to a value that causes a predetermined negative slip with respect to the rotational speed 51. Here, the standby time a is provided because the torque is zero when the excitation speed 52 crosses the rotational speed 51, and vibration is likely to occur before and after that, and it is desired to avoid the vibration as much as possible. . Here, the speed at which the excitation speed 52 is decreased from the arrows 52a to 52b may be set to a speed that does not cause inappropriate vibration due to the torque changing from positive to negative, and ideally as shown in the figure. Since torque is not generated if the applied voltage 53 is reduced to 0V, it may be changed as quickly as possible. In this switching, it is not always necessary to lower the applied voltage 53 to 0V. For example, even if the voltage is reduced to about 3/4, sufficient vibration compared to the conventional switching at 200V. An inhibitory effect is obtained.

次に、矢印53bにおいて印加電圧53の低下が完了し、時間aを確保して、さらに時間bをおいてから時刻tで励磁速度52を矢印53cから矢印53dのように減速制御に必要な所定の値まで再び増加させる。この時の印加電圧53の増加の速さも、電圧変化に伴うトルク急増で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば1秒程度で復帰するように行うとよい。尚、待機時間a、待機時間bのいずれかまたは双方をほぼ0として所定の電圧への低下完了後に直ちに励磁速度52を矢印52aから52bのように変化させて、その後直ちに印加電圧53を矢印53dのように復帰させるように構成してもよい。また、矢印53dで復帰させる印加電圧53は矢印53aで示す電圧よりも高くなっているが、これは20000rpm(整定状態)の定速運転において印加電圧53を定格よりもやや低く設定しているためである。 Next, reduction is complete the applied voltage 53 in the arrow 53b, to secure the time a, the required excitation rate 52 at time t 3 from at a further time b to the deceleration control as indicated by the arrow 53d from arrow 53c Increase again to a predetermined value. The speed of increase of the applied voltage 53 at this time may be set so as to return quickly, for example, in about 1 second, so that inappropriate vibration does not occur due to a sudden increase in torque accompanying a voltage change. It should be noted that either or both of the standby time a and the standby time b are substantially zero, and immediately after the reduction to the predetermined voltage is completed, the excitation speed 52 is changed as indicated by arrows 52a to 52b, and then the applied voltage 53 is immediately changed to the arrow 53d. You may comprise so that it may return like. The applied voltage 53 to be restored by the arrow 53d is higher than the voltage indicated by the arrow 53a. This is because the applied voltage 53 is set slightly lower than the rated value at a constant speed operation of 20000 rpm (settling state). It is.

以後は、図6で説明した従来技術と同様に減速制御を行い、矢印53eから矢印53fのように印加電圧53を徐々に低下させ、時刻tで励磁速度52をゼロとして時刻tで減速制御が終了する。以上説明したように図3に説明した制御によれば、モータ4内に発生する回転磁界の切り替え時においてはモータ4への印加電圧をほぼゼロに低下させるので、回転速度とモータの回転速度の差、即ちすべりが小さくなったときに発生する振動を低減でき、騒音の増大を防止できる。 Thereafter, performs deceleration control as in the conventional described techniques Figure 6, gradually decreases the applied voltage 53 as shown by the arrow 53f from the arrow 53e, the deceleration at time t 5 the excitation rate 52 as zero at time t 4 Control ends. As described above, according to the control described in FIG. 3, the applied voltage to the motor 4 is reduced to almost zero when the rotating magnetic field generated in the motor 4 is switched. The vibration generated when the difference, that is, the slip becomes small can be reduced, and an increase in noise can be prevented.

次に図4を用いてモータ4が減速運転から定速運転に移行する際の、モータ4の回転速度と励磁速度とモータ4への印加電圧の変化を説明する。図4における横軸、縦軸は上記で述べた図3と同一である。減速中の時刻tでは励磁速度62が回転速度61より低く、負のすべりが生じている状態である。回転速度61が目標回転速度Nより所定値だけ高いN’に達した時刻tにおいて、励磁速度62は所定の負のすべりを維持したまま印加電圧63を矢印63bから矢印63cのように急激に低減させる。ここで印加電圧63の低減の速さは、電圧低下に伴う制動トルクの急変で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば1秒程度で行うとよい。 Next, changes in the rotation speed and excitation speed of the motor 4 and the voltage applied to the motor 4 when the motor 4 shifts from the deceleration operation to the constant speed operation will be described with reference to FIG. The horizontal and vertical axes in FIG. 4 are the same as those in FIG. 3 described above. At time t 0 during deceleration lower excitation rate 62 than the rotation speed 61, a state where the negative slip occurs. At the time t 1 when the rotational speed 61 reaches N 2 ′ higher than the target rotational speed N 2 by a predetermined value, the excitation voltage 62 maintains the predetermined negative slip while the applied voltage 63 is changed from the arrow 63b to the arrow 63c. Reduce rapidly. Here, the rate of reduction of the applied voltage 63 is preferably fast enough to prevent improper vibration due to a sudden change in braking torque accompanying a voltage drop, for example, in about 1 second.

印加電圧63が所定の値まで低下した後、所定の時間cを経過した時刻tで矢印62aから62bに示すように、励磁速度62を回転速度61に対して所定の正のすべりが生じる値に増加させる。ここで励磁速度62を増加させる速さは、トルクが負から正へと変化することによる不適切な振動が生じない程度に早くすればよい。図4に示す制御では、矢印62aから62bへの切り替え時、または切り替え時の前後所定時間内において印加電圧63を十分低減させておくようにした。本実施例では、印加電圧63を励磁速度62の切り替えの際(時刻t)にて0Vまで低下させるようにしたので、モータ4のトルクは発生しないので不要な振動が発生する恐れが大幅に低減する。なお、励磁速度62の切り替えの際に低減させる印加電圧63は、実質的に0Vに下げるのが最も好ましいが、振動を抑制効果が得られるならば、たとえば矢印63bの3/4以下、好ましくは1/2以下、さらに好ましくはほぼゼロにまで下げるようにすれば良い。また、印加電圧63は可能な限り素早く変化させてよい。また図では印加電圧63の低下が完了して待機時間cをおいてから励磁速度62を変化させているが、この待機時間cを確保しなくてもよい。 After the applied voltage 63 has dropped to a predetermined value, as shown in 62b from an arrow 62a at time t 2 has elapsed a predetermined time c, a predetermined positive slip relative to the excitation speed 62 speed 61 is generated values Increase to. Here, the speed at which the excitation speed 62 is increased may be increased to such an extent that inappropriate vibration due to the torque changing from negative to positive does not occur. In the control shown in FIG. 4, the applied voltage 63 is sufficiently reduced at the time of switching from the arrows 62a to 62b or within a predetermined time before and after the switching. In the present embodiment, the applied voltage 63 is reduced to 0 V at the time of switching the excitation speed 62 (time t 2 ), so that the torque of the motor 4 is not generated, so that there is a significant risk of unnecessary vibrations. To reduce. The applied voltage 63 to be reduced when switching the excitation speed 62 is most preferably lowered to 0 V. However, if an effect of suppressing vibration can be obtained, for example, 3/4 or less of the arrow 63b, preferably It may be reduced to 1/2 or less, more preferably to almost zero. Further, the applied voltage 63 may be changed as quickly as possible. In the figure, the excitation speed 62 is changed after the waiting time c has elapsed after the decrease of the applied voltage 63 is completed, but this waiting time c need not be ensured.

次に、時刻tから待機時間dが経過したのちに、矢印63dから矢印63eで示すように印加電圧63を定速運転に必要な所定の値まで再び増加する。この時の印加電圧63の増加の速さも、電圧変化に伴うトルク急増で不適切な振動が生じない程度に早く、例えば1秒程度で行うとよい。また時刻tでの励磁速度62の変化が終了したら、待機時間dをおくことなく直ちに印加電圧63を増加に転じてよい。その後、制御装置7は回転速度61を検出して励磁速度62または印加電圧63の増減にフィードバック制御することにより定速運転を持続する。この定速運転を持続するためのモータ4の制御方法は、従来から公知の技術により制御すればよいのでここでの説明は省略する。 Then, from time t 2 to after a lapse waiting time d is again increased from an arrow 63d to a predetermined value required applied voltage 63 to constant speed operation as shown by arrow 63e. The speed of increase of the applied voltage 63 at this time is preferably as fast as, for example, about 1 second so that inappropriate vibration does not occur due to a rapid increase in torque accompanying a voltage change. Further After changed the end of the excitation rate 62 at time t 2, the may been increasing immediately applied voltage 63 without placing the waiting time d. Thereafter, the control device 7 detects the rotation speed 61 and performs feedback control to increase / decrease the excitation speed 62 or the applied voltage 63, thereby continuing the constant speed operation. Since the control method of the motor 4 for maintaining this constant speed operation may be controlled by a conventionally known technique, a description thereof is omitted here.

次に、図5のフローチャートを用いて回転数を変更する時のモータ4の制御手順を説明する。フローチャートに示す手順は、演算部8に含まれる図示しないマイクロコンピュータが、コンピュータプログラムを実行することによってソフトウェア制御により実現することができる。   Next, the control procedure of the motor 4 when changing the rotation speed will be described using the flowchart of FIG. The procedure shown in the flowchart can be realized by software control by a microcomputer (not shown) included in the calculation unit 8 executing a computer program.

遠心機1の電源スイッチ(図示せず)がオンになると、演算部8は操作表示部6(図1参照)から作業者による遠心分離運転の設定条件の入力と、運転開始入力を受け付ける(ステップ101)。すると、演算部8はモータ4を起動してロータ2を低速にて回転させて、ロータ2に記録された識別情報を読み取ることによりロータ2の固有情報の識別を行う(ステップ102)。次に、演算部8は識別されたロータ2の情報に基づいて制御条件を設定して、ロータ2を設定回転数まで加速させ、一定回転数にて運転(整定)させる(ステップ103)。次に演算部8は、減速を行う状態になったか否かを判定する。具体的には、整定状態にて所定の運転時間が満了したかどうか、または、作業者による操作表示部6からの停止操作があるかを判定する(ステップ104)。ここでいずれにも該当しない場合は、該当するまで待機し、いずれかに該当する場合は、励磁速度をモータ4の回転速度よりも高い状態から低い状態に切り替えるために、演算部8はインバータ10からモータ4に印加される電圧を低下させる(ステップ105)。このステップ105の制御は、例えば図3の時刻tの制御であるが、ステップ102で識別されたロータ2の種類に応じて低下させる電圧の度合いを変える、例えば、電圧を50%低下、電圧を75%低下、電圧をほぼ0Vにまで低下、という具合に細かく制御するように構成しても良い。 When a power switch (not shown) of the centrifuge 1 is turned on, the calculation unit 8 receives an input of setting conditions for the centrifugal operation by the operator and an operation start input from the operation display unit 6 (see FIG. 1) (steps). 101). Then, the calculation part 8 starts the motor 4, rotates the rotor 2 at low speed, and reads the identification information recorded on the rotor 2, and identifies the specific information of the rotor 2 (step 102). Next, the calculation unit 8 sets a control condition based on the identified information of the rotor 2, accelerates the rotor 2 to the set rotational speed, and operates (sets) at a constant rotational speed (step 103). Next, the calculation unit 8 determines whether or not deceleration has been entered. Specifically, it is determined whether a predetermined operation time has expired in the settling state, or whether there is a stop operation from the operation display unit 6 by the operator (step 104). If none of the above applies, the operation waits until the condition is met, and if any of the conditions apply, in order to switch the excitation speed from a state higher than the rotational speed of the motor 4 to a lower state, the calculation unit 8 operates the inverter 10. To lower the voltage applied to the motor 4 (step 105). The control in step 105 is, for example, the control at time t 1 in FIG. 3, but the degree of voltage to be reduced is changed according to the type of the rotor 2 identified in step 102, for example, the voltage is reduced by 50%, the voltage May be configured to be finely controlled such that the voltage is reduced by 75% and the voltage is reduced to almost 0V.

次に、演算部8はモータ4への印加電圧を低下させた状態で所定時間待機し(たとえば図3の待機時間a)、励磁速度をモータ4の回転速度よりも高い状態から低い状態へ切り替える(ステップ106、107)。尚、待機時間aは必ず必要というものではなく、装着されるロータの種類や回転速度との関係で待機時間aを確保する必要がない場合もあるので、適宜設定すれば良い。   Next, the arithmetic unit 8 waits for a predetermined time with the voltage applied to the motor 4 lowered (for example, the standby time a in FIG. 3), and switches the excitation speed from a state higher than the rotational speed of the motor 4 to a lower state. (Steps 106 and 107). Note that the standby time a is not necessarily required, and it may not be necessary to ensure the standby time a in relation to the type of rotor to be mounted and the rotational speed, and may be set as appropriate.

次に、演算部8はモータ4への印加電圧を低下させた状態を維持したまま所定時間待機し(たとえば図3の待機時間b)、モータ4への印加電圧を上昇させて、モータ4の減速制御に即した印加電圧となるようにフィードバック制御を行う(ステップ108、109)。尚、待機時間bは待機時間aと同様に必ず必要というものではなく、装着されるロータの種類や回転速度との関係で待機時間bを確保する必要がない場合もあるので、適宜設定すれば良い。このようにして所定の減速制御を行い(ステップ110)、モータ4を停止させる。以降の制御については従来から用いられる遠心機における公知の制御と同じであるのでここでの説明は省略する。   Next, the calculation unit 8 stands by for a predetermined time while maintaining the state where the voltage applied to the motor 4 is reduced (for example, the standby time b in FIG. 3), and increases the voltage applied to the motor 4 to Feedback control is performed so that the applied voltage conforms to the deceleration control (steps 108 and 109). Note that the standby time b is not necessarily required in the same manner as the standby time a, and it may not be necessary to secure the standby time b depending on the type of rotor to be mounted and the rotational speed. good. Thus, predetermined deceleration control is performed (step 110), and the motor 4 is stopped. Since the subsequent control is the same as a known control in a centrifuge conventionally used, description thereof is omitted here.

以上の実施例に基づいた制御により、インバータによってモータに供給される回転磁界の回転速度(励磁回転数)が、モータの回転速度より高い状態から低い状態へ変化する際、または、モータの回転速度より低い状態から高い状態へ変化する際に、インバータの出力電圧を変化の開始前の出力電圧に対して所定の比率で低減させるようにしたので、遠心機のモータ制御においてすべりが正と負で行き交う過渡期の振動の発生を大幅に抑制させることができた。   By the control based on the above embodiment, when the rotational speed (excitation speed) of the rotating magnetic field supplied to the motor by the inverter changes from a higher state to a lower state than the motor rotational speed, or the motor rotational speed. When changing from a lower state to a higher state, the output voltage of the inverter is reduced at a predetermined ratio with respect to the output voltage before the start of the change, so slippage is positive and negative in the centrifuge motor control. It was possible to greatly suppress the generation of vibration during the transitional period.

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば上述の実施例では、定速運転から減速制御への移行、および減速制御から定速運転への移行の例を示したが、本発明はこの実施例のみに係るものではなく、加速制御から減速制御、あるいは減速制御から加速制御への移行のように、すべりが正と負の間で変化する際に対して実施が可能である。また、上述の実施例ではモータが2極の場合を前提として説明したが、モータが4極またはそれ以上の極数であっても励磁速度を2/P倍にすれば同一の効果が得られ、本発明の適用が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to the above-mentioned Example, A various change is possible within the range which does not deviate from the meaning. For example, in the above-described embodiment, an example of the transition from the constant speed operation to the deceleration control and the transition from the deceleration control to the constant speed operation is shown, but the present invention is not only related to this embodiment, and the acceleration control It can be implemented when the slip changes between positive and negative, such as deceleration control or transition from deceleration control to acceleration control. In the above-described embodiment, the description has been given on the assumption that the motor has two poles. However, even if the motor has four or more poles, the same effect can be obtained by increasing the excitation speed by 2 / P times. The application of the present invention is possible.

1 遠心機 2 ロータ
3 ドア 4 モータ
5 回転室 6 操作表示部
7 制御装置 8 演算部
9 整流装置 10 インバータ
11 平滑コンデンサ 12 回転センサ
13 チャンバ 14 シャフトケース
15 温度センサ 16 シャフト
17 クラウン 18 冷却装置
18a 冷却配管 20 商用電源
51、61 回転速度 52、62 励磁速度
53、63 印加電圧 251、261 回転速度
252、262 励磁速度 253、263 印加電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifuge 2 Rotor 3 Door 4 Motor 5 Rotary chamber 6 Operation display part 7 Control apparatus 8 Arithmetic part 9 Rectifier 10 Inverter 11 Smoothing capacitor 12 Rotation sensor 13 Chamber 14 Shaft case 15 Temperature sensor 16 Shaft 17 Crown 18 Cooling device 18a Cooling Piping 20 Commercial power supply 51, 61 Rotational speed 52, 62 Excitation speed 53, 63 Applied voltage 251, 261 Rotational speed 252, 262 Excitation speed 253, 263 Applied voltage

Claims (8)

試料を保持するロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記ロータまたは前記モータの回転速度を検出する回転センサと、前記モータの回転制御をする制御装置を有する遠心機において、
前記モータは誘導モータであって、前記制御装置はパルス幅変調による可変電圧可変周波数型のインバータを含み、
前記モータの減速時に、前記インバータによって前記モータに供給される回転磁界の回転速度前記モータの回転速度より高い状態から低い状態への切り替えを行い、
前記制御装置は前記切り替えを行う前に前記インバータの出力電圧を減速開始時の電圧よりも低減させ、前記出力電圧が低減された状態で前記回転磁界の回転速度の切り替えが行われることを特徴とする遠心機。
In a centrifuge having a rotor that holds a sample, a motor that rotationally drives the rotor, a rotation sensor that detects a rotation speed of the rotor or the motor, and a control device that controls the rotation of the motor.
The motor is an induction motor, and the control device includes a variable voltage variable frequency type inverter by pulse width modulation,
When the motor decelerates, the rotational speed of the rotating magnetic field supplied to the motor by the inverter is switched from a higher state to a lower state than the motor rotational speed ,
Wherein the control device before performing the switching, the inverter reduces the output voltage than the voltage at the start of deceleration, and that the output voltage is the switching of the rotational speed of the rotating magnetic field while being reduced performed Centrifuge.
試料を保持するロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記ロータまたは前記モータの回転速度を検出する回転センサと、前記モータの回転制御をする制御装置を有する遠心機において、In a centrifuge having a rotor that holds a sample, a motor that rotationally drives the rotor, a rotation sensor that detects a rotation speed of the rotor or the motor, and a control device that controls the rotation of the motor.
前記モータは誘導モータであって、前記制御装置はパルス幅変調による可変電圧可変周波数型のインバータを含み、The motor is an induction motor, and the control device includes a variable voltage variable frequency type inverter by pulse width modulation,
前記モータの減速中から定速運転への移行時には、前記インバータによって前記モータに供給される回転磁界の回転速度を、前記モータの回転速度より低い状態から高い状態への切り替えを行い、At the time of transition from decelerating to constant speed operation of the motor, the rotational speed of the rotating magnetic field supplied to the motor by the inverter is switched from a lower state to a higher state than the rotational speed of the motor,
前記制御装置は前記切り替えを行う前に、前記インバータの出力電圧を定速回転の回転数よりも所定の回転数だけ高い回転時の電圧よりも低減させ、前記出力電圧が低減された状態で前記回転磁界の回転速度の切り替えが行われることを特徴とする遠心機。Before performing the switching, the control device reduces the output voltage of the inverter below a voltage at the time of rotation higher than a rotation speed of constant speed rotation by a predetermined rotation speed, and the output voltage is reduced in the state where the output voltage is reduced. A centrifuge characterized by switching the rotation speed of a rotating magnetic field.
前記低減させた状態は、前記減速開始時の電圧の1/2以下、又は、前記定速回転の回転数よりも所定の回転数だけ高い回転時の電圧の1/2以下の電圧であることを特徴とする請求項1又は2に記載の遠心機。 The reduced state is a voltage that is ½ or less of the voltage at the start of deceleration, or ½ or less of the voltage at the time of rotation higher by a predetermined number of rotations than the number of rotations of the constant speed rotation. The centrifuge according to claim 1 or 2 , wherein 前記低減させた状態は、ほぼゼロ電圧であることを特徴とする請求項3に記載の遠心機。   The centrifuge according to claim 3, wherein the reduced state is substantially zero voltage. 記回転磁界の回転速度を切り替える時点の、前側及び後所定時間にわたって前記インバータの出力電圧の低減状態維持することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の遠心機。 Before at the time of switching the rotational speed of the Machinery rolling magnetic field, according to claims 1, characterized in that to maintain the reduced state of the inverter output voltage over a predetermined time before side and rear side in any one of the 4 Centrifuge. 前記インバータは、すべりが小さくなるときのモータへの印加電圧の調整をパルス幅変調で行うことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の遠心機。   The centrifuge according to any one of claims 1 to 5, wherein the inverter adjusts a voltage applied to the motor when the slip becomes small by pulse width modulation. 前記制御装置は前記回転センサから得られる回転数と前記インバータによる励磁速度との差からすべりを算出して、前記インバータの出力電圧を制御することを特徴とする請求項6に記載の遠心機。   The centrifuge according to claim 6, wherein the control device calculates a slip from a difference between a rotation speed obtained from the rotation sensor and an excitation speed by the inverter, and controls an output voltage of the inverter. 前記ロータは着脱可能であり、
前記制御装置は装着された前記ロータの種類を識別して、識別された種類に応じて前記インバータの出力電圧の低減比率を決定す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機。
The rotor is removable;
4. The control device according to claim 1, wherein the control device identifies a type of the mounted rotor and determines a reduction ratio of the output voltage of the inverter according to the identified type. 5. The centrifuge described.
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