JPH08108098A - 遠心機に於るロータの過回転防止制御装置 - Google Patents

遠心機に於るロータの過回転防止制御装置

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JPH08108098A
JPH08108098A JP6212311A JP21231194A JPH08108098A JP H08108098 A JPH08108098 A JP H08108098A JP 6212311 A JP6212311 A JP 6212311A JP 21231194 A JP21231194 A JP 21231194A JP H08108098 A JPH08108098 A JP H08108098A
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雅裕 稲庭
Shinji Watabe
伸二 渡部
Shinji Kido
伸治 城戸
Noriyasu Matsufuji
徳康 松藤
Yoshinori Niinai
佳能 二井内
Osamu Kawanobe
収 川野辺
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    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
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    • B04B13/00Control arrangements specially designed for centrifuges; Programme control of centrifuges
    • B04B13/003Rotor identification systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、最高許容回転数が異なる種々のロ
ータがセット可能な遠心機に於て、いかなる単一故障状
態が発生してもロータの最高許容回転数以上にロータが
回転するロータの過回転を完全・確実に防止可能なロー
タ過回転防止制御装置を提供することを目的としてい
る。 【構成】 ロータ1を回転駆動するモータ2に回転エネ
ルギを供給するモータ駆動装置3とロータの種類コード
及び実回転数を計測するための信号を出力する第1のセ
ンサ5と第2のセンサ15と、モータ駆動装置3からモ
ータ2へ回転エネルギが供給されるのを遮断するための
回転エネルギの制御供給路に対して互いに直列に配置さ
れた第1の遮断装置10と第2の遮断装置17とモータ
駆動装置3を制御し第1の遮断装置10に遮断信号を出
力する第1のプロセッサ8と第2の遮断装置16に遮断
信号を出力する第2のプロセッサ16により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は最高許容回転数が異なる
種々のロータがセット可能な遠心機に於て、いかなる単
一故障状態が発生してもロータの最高許容回転数以上に
ロータを回転させないロータの過回転防止制御装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】遠心機に於ては周知の通り、ロータを回
転駆動するモータ駆動装置或いはこのモータ駆動装置に
速度指令を与えるマイクロコンピュータ等に何らかの異
常或いは故障が発生し、ロータがそれ固有の機械的強度
により制限される最高許容回転数を越えて回転する過回
転状態に陥いると、ロータの破損、破壊を招き重篤な事
故を引き起こす恐れがあり、従来からロータの過回転防
止に関する種々の発明がなされて来た。そしてそれらは
例えば、図9に示すように、ロータ201を回転駆動す
るモータ202に回転エネルギを供給するモータ駆動装
置203と、上記ロータ201の下面に設けられたマグ
ネット214の存在を感知するセンサ204の出力信号
に基づきロータ201の実回転数を計測しロータ201
を所定回転数に維持するために上記モータ駆動装置20
3に回転数制御信号206を出力する第1のプロセッサ
205と、上記モータ駆動装置203から上記モータ2
02への回転エネルギの供給を遮断するエネルギ遮断装
置207と、このエネルギ遮断装置207を動作させる
遮断信号を出力するオアゲート208と操作パネル20
9からの入力情報に基づき補器類210を制御すると共
に第1のプロセッサとマスター・スレーブの関係にあ
り、第1のプロセッサ205と通信制御を行なう統括プ
ロセッサとなる第2のプロセッサ211を設け、上記第
1及び第2のプロセッサ205、211が夫々独立して
同一のロータのセンサ204の出力信号に基づき、ロー
タ201の実回転数を計測すると共にロータの種類を判
別しそのロータの最高許容回転数を割り出し、ロータの
実回転数がロータの最高許容回転数を越えロータが過回
転状態にあると判定すると上記オアゲート208に遮断
信号212、213を出力するように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来のロータ
過回転防止装置は複数のプロセッサの演算処理により、
夫々のプロセッサがロータの実回転数及びロータの最高
許容回転数を計測し、これらの回転数を比較することに
よりロータの過回転状態を判断しモータの回転を停止さ
せる機能構成になっており、プロセッサの暴走或いは処
理ソフトウエアの不具合に起因するロータの過回転は防
げるようにはなっているが、ロータのセンサ出力信号不
良、エネルギ遮断装置に遮断信号を出力するオアゲート
の故障等の特定の箇所の単一故障状態に対してはロータ
の過回転を完全には防げないという問題があった。
【0004】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を排除するためになされたものであり、この種のロータ
過回転防止装置に於て、いかなる単一故障状態が発生し
てもロータの過回転を完全・確実に防止可能なロータ過
回転防止制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ロータを回
転駆動するモータに回転エネルギを供給するモータ駆動
装置と、ロータの種類コード及び実回転数を計測するた
めの信号を出力する第1のセンサと第2のセンサと、上
記モータ駆動装置から上記モータへ回転エネルギが供給
されるのを遮断するための回転エネルギの制御供給路に
対して互いに直列に配置された第1の遮断装置と第2の
遮断装置と、第1のプロセッサと第2のプロセッサを設
けることにより達成される。
【0006】
【作用】上記のように構成されたロータの過回転防止制
御装置に於て、第1のプロセッサは、上記第1のセンサ
の信号出力に基づきロータの実回転数を計測しロータを
所定の回転数に維持するために上記モータ駆動装置に回
転数制御信号を出力すると共に、上記第1のセンサの信
号出力に基づきロータの種類コードを判別し、ロータの
種類コードが不当と判断した場合或いはロータの種類コ
ードからあらかじめ定められた手順に従って割り出した
ロータの最高許容回転数をロータの実回転数が越えたと
判断した場合上記第1の遮断装置に遮断動作信号を出力
し、第2のプロセッサは、上記第2のセンサの信号出力
に基づきロータの種類コードを判別すると共にロータの
実回転数を計測し、ロータの種類コードが不当と判断し
た場合或いはロータの種類コードからあらかじめ定めら
れた手順に従って割り出したロータの最高許容回転数を
ロータの実回転数が越えたと判断した場合上記第2の遮
断装置に遮断動作信号を出力するように動作する。
【0007】
【実施例】本発明の具体的実施例を以下図面に就き詳細
に説明する。
【0008】本発明の具体的実施例となるブロック図で
示す図1の構成について説明すると、遠心機の過回転防
止制御装置全体を100で示し、1はロータ、2はロー
タ1を回転駆動するモータ、3はモータ2に回転エネル
ギを供給するインバータ等のモータ駆動装置、4はロー
タ1の下面に埋設された識別子で、本実施例においては
マグネット、5はマグネット4の存在を検出するホール
素子或いは磁気抵抗素子或いはピックアップコイル等か
ら成る第1のセンサであり、6はキーボード・ディスプ
レイ等から成る操作パネル、7は真空ポンプ、温度調節
器等から成る補機類であり、8は第1のプロセッサであ
る。第1のプロセッサ8は、操作パネル6から入力され
る運転指令に従ってモータ駆動装置3に制御線9を介し
て回転数制御信号を出力し、第1のセンサ5の出力信号
を入力しロータ1のいわゆるiDとなるロータの種類コ
ード、実回転数を計測すると共に補機類7を制御する。
10はモータの駆動装置3からモータ2へ回転エネルギ
の補給を第1のプロセッサ8が任意に遮断するための第
1の遮断装置であり、11は第1のプロセッサ8から第
1の遮断装置10へ遮断動作信号を出力する制御線であ
る。15は第1のセンサ5と同様のマグネット4の存在
を検出する第2のセンサ、16は第2のプロセッサであ
り、上記の第1のプロセッサとは独立して第2のセンサ
15の出力信号を入力しロータ1のいわゆるiDとなる
ロータの種類コード、実回転数を計測する。17はモー
タの駆動装置3からモータ2への回転エネルギの供給を
第2のプロセッサ16が任意に遮断するための第2の遮
断装置であり、第1の遮断装置10とは別個で独立に設
けられており、第1の遮断装置10と第2の遮断装置1
7はモータ駆動装置3からモータ2への回転エネルギの
供給を遮断するための回転エネルギの制御供給路に対し
て互いに直列に配置されており、いずれかの遮断装置が
動作すると、モータ2への回転エネルギの供給は遮断さ
れモータ2は回転を停止する。18は第2のプロセッサ
16から第2の遮断装置17へ遮断動作信号を出力する
制御線である。第1のプロセッサ8と操作パネル6、補
機類7間の制御線をそれぞれ12、13で示す。14は
モータ駆動装置3とモータ2の間の回転エネルギの供給
線である。
【0009】図2は、図1に示す遠心機の過回転防止制
御装置全体100のうち、操作パネル6、補機類7を除
いた部分のブロック回路図を示したものであり、図1と
同一の機能の部分には同一の番号が符してあり、モータ
駆動装置3に於て19は交流電源等のモータ駆動装置3
の電源、20はインバータ制御装置、21、22、23
はそれぞれ誘導モータ2に3相電力を供給するための例
えばパワートランジスタ、IGBT、GTO等のパワー
素子から構成されるパワーブリッジであり、パワーブリ
ッジ21、22、23の各アームからモータ2へ回転エ
ネルギの供給線14としてそれぞれ14A、14B、1
4Cが接続されている。パワーブリッジ21を代表し、
パワーブリッジ構成する上アーム、下アームのiGBT
の場合のパワー素子を24、25で示し、26、27は
それぞれパワー素子24、25のゲート制御回路であ
り、これらはそれぞれホトカプラ28、29から点孤信
号が送られるようになっている。30はホトカプラ2
8、29の発光素子を点灯するための電源であり、発光
素子はそれぞれ抵抗器31、32を介してインバータ制
御装置20に接続されており、ホトカプラ28、29の
発光素子の点孤によりそれぞれパワー素子24、25が
導通しモータ2に回転エネルギが供給されるようになっ
ている。従って電源30と抵抗器31、32の間に介し
て接続されたトランジスタ等の半導体スイッチ、リレー
等から成る第2の遮断装置17が制御線18により遮断
状態になると、パワーブリッジ21、22、23の発光
素子を点孤するための電源供給が遮断され、回転数制御
信号の制御線9からインバータ制御装置20にいかなる
指令が入力されようとも、モータ2への回転エネルギの
供給が遮断されるようになっている。同様にして、トラ
イアック等の半導体スイッチ、リレー等から成る第1の
遮断装置10は電源19とインバータ制御装置20の間
に介して設けられており、第1の遮断装置10が制御線
11により遮断状態になるとモータ2への回転エネルギ
の供給が遮断されるようになっている。第1のプロセッ
サ8に於て、33はCUP、34はクロック発生器、3
5はリセット回路であり、それぞれCPU33に信号を
出力し、クロック発生器34の信号出力は分周器36を
介してCPU33のタイマ割り込み端子T1に出力され
ている。37は第1のセンサ5の2分周器であり、信号
出力はそれぞれCPU33のイベント割り込み入力端子
EV11、EV12、EV13に入力されている。同様
にして第2のプロセッサ16に於て、38はCPU、3
9はクロック発生器、40はリセット回路であり、それ
ぞれCPU38に信号を出力し、クロック発生器39の
信号出力は分周器41を介してCPU38のタイマ割り
込み端子T2に出力されており、42は第2のセンサ1
5の2分周器であり、その信号出力はそれぞれCPU3
8のイベント割り込み入力端子EV21、EV22、E
V23に入力されている。
【0010】図3はロータ1の回転信号の検出の構成に
ついて示したものであり、図1、図2と同一の機能の部
分には同一の番号が符してあり、ロータ1の底面には同
一周上に埋設された複数個の識別子であるマグネット4
が第1のセンサ5、第2のセンサ15に対してS極を向
けた4AS及び4BSが回転中心Oに対して角度θをな
すように配置してあり、またマグネット4AS、4BS
に対してカウンタバランスを取る位置、即ちマグネット
4AS、4BSに対して点対称となる位置に、バランサ
4AN、4BNが配置されている。
【0011】本実施例では、第1のセンサ5及び第2の
センサ15は、ロータ1の回転に伴ないマグネット4A
S及び4BSが通過するのを検出するものであるが、バ
ランサ4AN、4BNを第1のセンサ5、第2のセンサ
15に対してN極を向けたマグネットで構成し、例えば
第1のセンサ5がS極のマグネット、即ちマグネット4
AS及び4BSを検出し、第2のセンサ15がN極のマ
グネット、即ちマグネット4AN、4BNを検出するこ
ととすることもできる。当然、このSNの関係は逆にし
ても同じである。このように構成することにより、例え
ばマグネットからの信号の欠損、マグネットの磁力低
下、マグネット自体の欠損といったマグネット自体から
生じる問題を解消することができる。
【0012】上記のように構成された具体的実施例の動
作について図4に示す回転センサ15の信号出力に対す
る第2のプロセッサ16の処理タイムチャート、図5、
図6、図7に示す第2のプロセッサ16の処理フローを
参照しながら説明すると、モータ駆動装置3からモータ
2に回転エネルギが供給されロータ1が回転すると、図
4の第2のセンサ15の信号出力43に示すようにロー
タ1の1回転につき2コのパルスが第2のセンサ15か
ら出力され、2分周器42の信号出力44に示すように
2分周器42からCPU38のイベント割り込み端子E
V21、EV22、EV23に分周信号が与えられる。
CPU38としては三菱電機製のマイクロコンピュータ
M37451を用いる例で示すと、CPU3の信号入力
端子EV21に与えられる2分周器42の信号出力44
の立ち上がり部44Hに於て、ロータ1の1回転につき
図5の処理フローのパルス周期測定モードのイベント割
り込みEVR1が発生し、処理101により図4に示す
T区間のRCNTのクロックカウント数範囲45中のク
ロック発生器34のクロックを分周した周波数のクロッ
ク例えば3MHZのクロック数をCPU38内のメモリ
RCNTに転送する。同様にしてCPU3の信号入力端
子EV22に与えられる2分周器42の信号出力44の
立ち上がり部44Hに於て、ロータの1回転につき図5
の処理フローの論理「Hi」区間のパルス幅測定モード
のイベント割り込みEVR2が発生し、処理102によ
り図4に示すTH区間のIDHCNTのクロックカウン
ト数範囲46中のクロック数をCPU38内のメモリi
DHCNTに転送する。更に同様にして、CPU3の信
号入力端子EV22に与えられる立ち下がり部44Lに
於て、論理「Lo」区間のパルス幅測定モードのイベン
ト割り込みEVR3が発生し、処理103により図4に
示すTL区間のiDLCNTのクロックカウント数範囲
47のクロック数をCPU38内のメモリiDLCNT
に転送する。続いて、分周器41の信号出力がCPU3
8のT2タイマ割り込み端子に出力されることにより例
えば100msec程度の周期で図6に示すタイマ割り
込みiNT1が発生し、処理104によりメモリRCN
Tの値からロータ1の実回転数を次式により計算し
【0013】
【数1】
【0014】メモリRRPMに格納する。処理105に
より、メモリiDHCNT及びiDLCNTの値から図
5の角度θに対応するロータ1の種類コードiDθを次
式により判別計算し、メモリに格納する。
【0015】
【数2】
【0016】
【数3】
【0017】続いて処理106により、メモリiDθの
値からロータ1の最高許容回転数RMAXを例えば次式
により割り出し、メモリに格納する。
【0018】
【数4】
【0019】図7は、CPU3がロータ1の回転中に遂
次求めたロータ1の実回転数RRPM、種類コードiD
θ、種類コードから割り出した最高許容回転数RMAX
に基づき、第2の遮断装置17に遮断動作信号を出力す
るか否かを判断するCHECK処理フローを示したもの
であり、処理107により遮断信号はまずOFFされ、
制御線18により第2の遮断装置17は非遮断状態にな
り、パワーブリッジ21のホトカプラ28、29は電源
30に接続されインバータ制御装置20の制御動作によ
り動作可能な状態になる。処理108の1秒タイマによ
り判断処理の周期が適切な間隔に調節され、判断109
によりロータ1の実回転数が低い回転数例えば1000
回転以下の場合は、遠心機にセットするロータの交換作
業、停電によるロータ1の回転数の低下、計測誤差等の
ため上記判断処理を禁止する。ロータ1の実回転数が1
000回転を越えた状態に於て、遠心機の何らかの不具
合により実回転数RRPMが最高回転数RMAXを越え
ると判断110により処理113を実行し、遮断信号が
ONし、制御線18により第2の遮断装置17が遮断状
態になり、モータ2のモータ駆動装置3からの回転エネ
ルギの供給は遮断され、ロータ1の回転数は下降停止
し、遠心機のロータ1の過回転に対する安全が確保され
る。この時、遮断信号ONの処理113は繰り返し実行
されるため、制御装置100の電源を一旦落とし、リセ
ット回路40からリセット信号が再び入力されるまで、
遮断装置17は遮断状態を保ち安全が保護されるように
なっている。またロータ1の種類コードiDθが、一例
として8°以下、或いは175°以上等の不当な場合
は、それぞれ判断処理111、112により処理113
が実行される。このような状態は、図3に於てマグネッ
ト4AS、4BSのいずれかが落下欠損するか或いは第
2のセンサ15のマグネット4AS、4BSのいずれか
に対する感度不良等により、図4の第2センサ15の信
号出力43が、ロータ1の1回転につき1パルスとなり
2分周器42の信号出力44の論理で「Hi」、「Lo」の
デューティが50%となり、iDθの計測値がθ°、1
80°に近い値となるのを検出することも含まれてい
る。
【0020】上記の具体的実施例の動作については、回
転センサ15の信号出力に対する第2のプロセッサ16
の動作について説明したが、回転センサ5の信号出力に
対する第1のプロセッサ8のロータ1の過回転防止制御
動作についても、操作パネル6から入力される運転指令
に従ってモータ駆動装置3に制御線9を介して回転数制
御信号を出力したり、補機類7の制御の実行に関する通
常の遠心機の制御処理を除けば、上述の第2のプロセッ
サの動作と同様である。
【0021】本発明のその他の実施例を部分的に示すブ
ロック回路図の図8に於て、図2と同一の機能を示す部
分には同一の番号が符してあり、第1の遮断装置10と
してスリーステットゲートバッファ等のドライバ48、
49を用いた例を示す。第1の遮断装置10と第2の遮
断装置17はホトカプラ28、29の発光素子の点灯路
に対して直列に設けられており、制御線11の論理「H
i」の信号出力によりドライバ48、49は高抵抗状態
になり上記と同様にしてモータ2へのモータ駆動装置3
からのエネルギの供給は遮断される。
【0022】また、第3のプロセッサ、第3のセンサを
用い、ロータの過回転検出並びにロータの種類コードの
異常を判別し、モータ駆動装置3からモータ2への回転
エネルギの供給を遮断するための回転エネルギの制御供
給路に対して互いに直列に配置された第1の遮断装置1
0、第2の遮断装置17に対して直列に第3の遮断装置
を設け、この遮断装置に第3のプロセッサが異常判別時
に遮断信号を出力する等の冗長な構成も本発明の思想に
なるものである。
【0023】また、ロータの種類コード及び実回転数を
計測するための検知機構に関しては、本実施例のような
磁気的検出の他に、光学的検出、超音波による検出、電
磁波による検出、等を採用することによっても、本発明
が実施可能であることはいうまでもなく、更には、ロー
タに設けられたインデックスの位置や角度又はその数、
複合的なインデックスパターン、磁気的な記憶媒体、光
学的記憶媒体により検出する手段を採用しても、本発明
は実施可能である。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、プロセッサとセンサの
組合わせを並列に設け、第1のプロセッサと第2のプロ
セッサの互いに独立した異なるプロセッサにより、それ
ぞれのプロセッサが第1のセンサと第2のセンサの独立
したロータの回転信号に基づき、ロータの種類コードを
判別すると共にロータの実回転数を計測し、ロータの種
類コードが不当と判断した場合或いはロータの種類コー
ドから割り出したロータの最高許容回転数をロータの実
回転数が越えたと判断した場合、モータ駆動装置からモ
ータへの回転エネルギの供給を遮断するための回転エネ
ルギの制御供給路に対して互いに直列に配置された第1
の遮断装置、第2の遮断装置に遮断動作信号を出力する
ようにしたので、遠心機の単一故障状態に対してロータ
の過回転を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になるロータの過回転防止制御装置の
一実施例を示すブロックである。
【図2】 図1のブロック図を部分的に示すブロック回
路図である。
【図3】 ロータの回転信号の構成を示す説明図であ
る。
【図4】 回転センサの信号出力に対する第2のプロセ
ッサの処理タイムチャートである。
【図5】 第2のプロセッサの処理フローである。
【図6】 第2のプロセッサの処理フローである。
【図7】 第2のプロセッサの処理フローである。
【図8】 本発明のその他の実施例を部分的に示すブロ
ック回路図である。
【図9】 従来の技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
1はロータ、2はモータ、3はモータ駆動装置、5は第
1のセンサ、8は第1のプロセッサ、10は第1の遮断
装置、15は第2のセンサ、16は第2のプロセッサ、
17は第2の遮断装置である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松藤 徳康 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内 (72)発明者 二井内 佳能 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内 (72)発明者 川野辺 収 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータと、該ロータを回転駆動するモー
    タと、該モータに回転エネルギを供給するモータ駆動装
    置と、該ロータに設けられた識別子と、該識別子を検出
    することで信号を出力する第1のセンサ及び第2のセン
    サと、第1のプロセッサ及び第2のプロセッサを備えた
    遠心機において、前記モータ駆動装置から前記モータへ
    の回転エネルギの供給を遮断するための回転エネルギの
    制御供給路に対して互いに直列に配置された第1の遮断
    装置と第2の遮断装置を設け、前記第1のプロセッサ
    は、前記第1のセンサからの信号を受けて該信号に基づ
    き前記モータ駆動装置を制御すると共に、前記第1のセ
    ンサからの信号が不当と判断した場合或いは前記ロータ
    の最高許容回転数を前記ロータの実回転数が越えたと判
    断した場合に、前記第1の遮断装置に遮断動作信号を出
    力し、前記第2のプロセッサは、前記第2のセンサから
    の信号を受けて前記第2のセンサからの信号が不当と判
    断した場合或いは前記ロータの最高許容回転数を前記ロ
    ータの実回転数が越えたと判断した場合に、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遠
    心機に於るロータの過回転防止制御装置。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2のセンサからの信号か
    ら前記ロータの種類コード及び実回転数を計測すること
    を特徴とする請求項1記載の遠心機に於るロータの過回
    転防止制御装置。
  3. 【請求項3】 前記識別子をマグネットで構成すること
    を特徴とする請求項1記載の遠心機に於るロータの過回
    転防止制御装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の遮断装置は、前記モータ駆動
    装置に設けられたインバータ制御装置と該インバータ制
    御装置に電力を供給するための電源との間で、該電力を
    遮断するよう働くものであることを特徴とする請求項1
    記載の遠心機に於るロータの過回転防止制御装置。
  5. 【請求項5】 前記第2の遮断装置は、前記モータ駆動
    装置に設けられた発光素子と該発光素子に電力を供給す
    るための電源との間で、該電力を遮断するよう働くもの
    であることを特徴とする請求項1記載の遠心機に於るロ
    ータの過回転防止制御装置。
  6. 【請求項6】 前記第1のプロセッサは、真空ポンプや
    温度調節器等の補機類の制御を司ることを特徴とする請
    求項1記載の遠心機に於るロータの過回転防止制御装
    置。
  7. 【請求項7】 前記第1のプロセッサと前記第2のプロ
    セッサは各々独立し、互いに関与しない構成とすること
    を特徴とする請求項1記載の遠心機に於るロータの過回
    転防止制御装置。
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