JPH10272384A

JPH10272384A - 電動モータを備えた実験室用遠心分離機

Info

Publication number: JPH10272384A
Application number: JP10052649A
Authority: JP
Inventors: Joachim Scheuber; ショイベルヨアヒム; Juergen Koeppel; コエペルユルゲン; Jochen Beese; ベーゼヨヒン; Rolf Kleemann; クリーマンロルフ
Original assignee: Eppendorf Geraetebau Netheler and Hinz GmbH
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 1997-03-29
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1998-10-13
Also published as: EP0867226A3; US5971908A; EP0867226A2

Abstract

(57)【要約】【課題】安価な構造で、遠心分離される試料への熱影
響を低減できる実験室用遠心分離機を提供する。【解決手段】軸受け４により回転軸線７の周りで回転
可能で、ステータ６に支承されたロータ１と、ステータ
６に固定された直立部分である磁極13及びロータに直接
に固定される金属薄板19を有するロータ１を駆動する電
動モータとを備え、直立部分は励磁コイル14を有する磁
極13を備え、前記磁極13は間隙面21，21′により金属薄
板19と磁気的に係合し、間隙面21，21′は回転軸線７に
対して垂直又は平坦な円錐状に配置して、電動モータを
備えた実験室用遠心分離機を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、請求項１の上位
概念で記載した種類の遠心分離機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置は、米国特許第５５０５６
８４号明細書から周知である。この明細書に開示された
構造では、モータの回転部分がロータに直接固定され、
つまり、従来周知である構造のような中間軸を介してい
ない。このことから、特に小さい実験室用遠心分離機に
適する非常に簡単な構造が生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】周知な構造では、電動
モータの直立部分はロータの内部で半径方向へ配置され
る。それで、従来のモータ構造は、回転軸線に対して同
心の円筒状間隙面を生じ、このことは、ここでは著しい
欠点を有する。

【０００４】モータの効率を上げるため、間隙を狭くす
ると、アンバランスによって発生するロータの振動によ
り、ステータに対して許容できないものとなる。それ
故、周知な構造はステータと硬く連結した軸受けを備え
ている。発生する全ての振動は、ステータに伝達され
る。この構造態様では、遠心分離機の内部での振動緩衝
装置の可能性を提供しない。

【０００５】更に、電動モータ全体がロータにより包囲
される。このことは熱的問題を生じる。長期間の大きい
モータ負荷において、ロータの内部にある熱が実質的に
ロータを通してのみ放出される。ロータ内にあり、遠心
分離される試料は加熱され、このことは、殆どの場合許
容されるものではない。

【０００６】円筒状間隙面を有する従来のモータ配置
は、更に、ロータの内部における利用する空間によって
電動モータに対する実質的な構造上の制限を生じる。そ
れにより、費用をかけてコイルを磁極に巻き付けなけれ
ばならない。更に、磁極及びコイルに利用する場所が、
半径方向内方で急激に減少し、著しい空間上の配置問題
や寸法問題を生じ、このことはモータ出力の制限や熱的
問題をもたらす。更に、高い効率を持つ種類の電動モー
タだけが使用できるが、それにより費用がかかる。

【０００７】この発明の課題は、非常に安価な構造であ
り、遠心分離される試料への熱影響を減少する最初に述
べた種類の遠心分離機を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題は、この発明に
よると請求項１の特徴部分にり解決される。

【０００９】この発明による構造では、電動モータは平
坦状に構成され、つまり、回転軸線に対して実質的に垂
直であり、すなわち、正確に垂直であるか、平坦な円錐
面としての平坦な角度内にある間隙面を有する。電動モ
ータの回転部分及び直立部分は、実質的に円板状部品と
して間隙面に対向し、その際、電動モータで一般的に必
要とされるように、磁極から発生される磁界は間隙面を
実質的に垂直に通過する。

【００１０】この構成では、ロータは間隙面の一方の側
でモータの回転部分上に配置され、モータの構造を考慮
する必要がない。しかし、その際、特に、モータは従来
の構造のように取り囲まれたロータにより狭くされるこ
ともない。モータは非常に大きい直径で構成でき、それ
により、簡単な構造で高いトルク及び出力を発生するこ
とができる。

【００１１】外方へ開放した周辺での間隙の周囲長さ及
びモータの大きい面の構成は、ロータでの非常にわずか
な熱発生と熱伝達を生じ、それにより、遠心分離される
試料への非常にわずかな熱影響を生じる。

【００１２】回転軸線に対して実質的に垂直な間隙面
は、更に、ステータに対するロータの揺動を許容する。
ステータは、たいてい回転軸線に対して垂直であり、す
なわち、間隙面の方向にあり、狭い間隙を許容でき、間
隙で接触することはない。

【００１３】請求項２の特徴部分は有利である。例え
ば、そのようなばね要素は、回転軸線に対するロータの
運動（つまり、回転軸線の平行移動運動）だけを許容す
るが、間隙接触をもたらす傾斜運動を有効に抑制するよ
うに板ばねで構成できる。それにより、特に、遠心分離
機全体が実験テーブルを介して跳躍したり横へ移動した
りすることをもたらすような、遠心分離機の臨界回転数
範囲の高速回転で生じるステータの振動が有効に回避さ
れる。

【００１４】請求項３の特徴部分は有利である。これに
より、磁極は最適態様で間隙面を垂直に通過する磁力線
を生じ、特に製造技術的に簡単な構造を生じ、殆どの他
の遠心分離機の組み合わせと同様にコイルのある磁極の
装備が、回転軸線の方向で行える。

【００１５】請求項４の特徴部分は有利である。コイル
はモータ制御のための残りの電子部品と共に基板上に固
定でき、基板は回転軸線の方向において通路に磁極を差
し込む。それにより、請求項１による構造で可能となる
製造費における著しい節約が生じる。

【００１６】請求項５の特徴部分は有利である。請求項
１により可能な大きい面のモータの構造によって、実質
的に構造上簡単化されるというわずかな効果により安価
なモータ原理を採用できる。電動モータの回転部分は適
当な切断部の簡単な金属薄板として、例えば、ロータの
底に接着剤により簡単に固定できる。

【００１７】その際、請求項６の特徴部分は有利であ
る。回転部分の非対称の構成により、モータのオンの際
に、常に同一方向の回転が達成される。この効果が達成
されるため、費用のかかる回転制御が回避される。

【００１８】請求項７の特徴部分は有利である。これに
より、互いに隣接する金属薄板位置での区分による渦電
流損失の低減した、簡単に製造できる磁極構造が生じ、
それにより熱発生が有利に著しく減少される。

【００１９】請求項８の特徴部分は有利である。このよ
うにして、電動モータの磁極は補助駆動装置として使用
でき、補助駆動装置により駆動部材を介して操作を行う
ことができ、例えば、作動中安全上の理由から遮断しな
ければならない遠心分離機のカバーのためのカバーロッ
クの操作を行うことができる。

【００２０】請求項９の特徴部分は有利である。これに
より、例えば、カバーロックの使用の際に高度な安全性
が生じる。というのは、両方の隣接する磁極の同時のオ
ンの場合にだけ、駆動部材は操作され、このことは、交
互に駆動される磁極によるモータ動作中は生じない。つ
まり、駆動部材は磁極の特定動作態様にモータを切り換
える場合にだけ、操作できることが確保される。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図において、この発明に係る実験室用遠心分離機の
実施の形態の概略を示す。

【００２２】図示の遠心分離機は、非常に概略的に示す
ロータ１を備える。例えば、ロータは大量成形体として
図示の形状に構成できる。ロータ１は、上から接近でき
る窪みに向けて開放し、外方に傾斜して下方へ向く、遠
心分離機の試料のための凹所２を有する。

【００２３】ロータ１は、軸受４及びばね要素５を介し
て、遠心分離機のステータ６と連結される軸３に固定さ
れている。

【００２４】安全上の理由から全体構造を包むハウジン
グは、図の簡単化のため図示していない。

【００２５】図１で示すように、軸受４内において、遠
心分離機の回転軸線７に沿って配置される軸３は、図１
で示すように、軸方向へ離れて配置された２つの軸受け
内に保持され、軸受けに対して半径方向に支えられてい
る。両方の軸受け（通常、Ｘ印断面で示す）は、ばね要
素５の内リング８で外側が保持されている。

【００２６】ばね要素５は外リング９を有し、外リング
９に対して図２の平面図で示すように、内リング８が４
つのＳ形状に湾曲した板ばね10により支えられている。
板ばね10は図１により明瞭なように断面は薄いが、回転
軸線７の方向へ非常に高く構成され、つまり、回転軸線
７に対する軸３の平行運動を許容し、傾斜運動を非常に
有効に抑制する。外リング９により、ばね要素５はステ
ータ６に支えられ、図示のねじ11によりステータに固定
されている。

【００２７】ステータ６は回転軸線７に対して同心に配
置されたリング鉄芯12を有し、リング鉄芯12は、その上
部領域でその高さの約半分までフライスで切削され、リ
ング鉄芯12から突出する４つの磁極13を構成し、磁極13
はリング鉄芯12と一体的に構成される。磁極13を備えた
リング鉄芯12は、渦電流を避けるため高い透磁率の金属
薄板を巻回して構成される。リング鉄芯12は個々の磁極
13の間で短絡路を構成する。各磁極13はコイル14で包囲
される。

【００２８】リング鉄芯12の内部で、ばね要素５の外リ
ング９を支え、ねじ11が螺合する支持リング25が固定さ
れている。

【００２９】コイル14は基板15の上に配置され、基板15
は内方切り欠き16でばね要素５を包囲し、通路17で磁極
13を包囲する。基板15は図１で示すように簡単な仕方で
ステータ６に支承され、図示しない手段、例えば、接着
剤によりステータに固定できる。

【００３０】ステータ６の磁極13は、回転軸線７に対し
て平行であり、つまり、ステータ６の底部分に対して垂
直である。また、コイル14はその軸線が回転軸線の方向
にある。基板15はコイル14及びモータ用電子機器の構成
部品18を備え、大量生産される。それから、基板15は回
転軸線７の方向で磁極の上から設置される。

【００３１】図示の遠心分離機では、電動モータはリラ
クタンスモータとして構成される。遠心分離機の回転部
分は、高透磁率材料からなる金属薄板19として構成され
る。図１で示すように、例えば、金属薄板19は接着剤に
よりロータ１の下側に固定される。金属薄板19は常に、
図２で点線で示すように２つの磁極13に亘って広がる。
電動モータ用電子機器は、図２で示す構造では、常に、
２つの対向する磁極が90°だけずれて配置される磁極に
切り換わるように付勢し、それにより金属薄板19が回転
される。

【００３２】図２で示すように、金属薄板19の対向する
極部は横方向の隅部20により非対称に構成される。金属
薄板は磁極と非対称の磁気結合を生じ、金属薄板はモー
タのオンの際に、常に同じ方向へ回転する。

【００３３】図１から分かるように、電動モータの回転
部分を形成する金属薄板19は、回転軸線７に垂直な平面
に平坦に配置されている。金属薄板19は、点線21で示す
間隔でステータ６及びステータに固定されているモータ
の直立部分、つまり、磁極13，コイル14と対向する。

【００３４】図１で示す例では、点線21で示す間隙は回
転軸線７に対して完全に垂直である。しかしながら、間
隙を形成する回転部分や直立部分の対応する形状によっ
ては、点線21′で示すように、ホッパ形に向けられ、図
１で示すように上方へ開いたホッパか、下方へ開いたホ
ッパとなる。また、円錐形状の間隙面21′の構成では、
間隙はステータに対するロータのなお大きい横への揺動
を許容し、間隙で接触することはない。更に、間隙は半
径方向に沿って階段状に構成でき、つまり、半径方向内
方にある領域で高くされ、支承のための多くの場所を提
供する。

【００３５】図示の構造では、ばね要素５により徹底的
に抑制することができないときは、実質的な傾斜運動に
よる接触に対して傷つきにくい。それから、回転部分と
直立部分との間の接触が生じる。図１で示すように、そ
の際、金属薄板19は、例えば、ばね要素５の外リング９
の上側に対して当たる。そのような接触は害にはならな
い。問題となる接触面は、極端な傾斜運動にも破壊せず
緩衝する図示しないスライドリングで確保される。

【００３６】図２で示すように、この遠心分離機は、付
属駆動装置を備えており、付属駆動装置は、駆動力の発
生のため電動モータのいずれにしても存在する磁極13を
使用する。このことは図２で示されている。

【００３７】Ｙ形レバー26が軸27上にあり、回転可能に
支承される。軸27は回転軸線７に対して平行で、例え
ば、基板15に固定できる。Ｙ形レバーは、２つの隣接す
る磁極13の近くで２本のアーム28，29に広がっている。
第３のアーム30は、32で固定保持されるばね31を介して
反時計方向に付勢されている。

【００３８】例えば、基板15の上に配置されたモータ用
電子機器から、Ｙ形レバー26のアーム28，29に隣接して
いる電動モータの隣接する両方の磁極13をオンすると、
Ｙ形レバー26に作用する引っ張り力が十分となり、ばね
31の力を克服する。アーム30は支持部の周りで時針方向
へ回転され、アーム30の自由端部に破断線で示す端部
で、例えば、遠心分離機カバーをロックし、又はロック
を解除する操作を行う。

【００３９】電動モータの作動中、遠心分離機を駆動す
るため、磁極は常に交互に作動される。その場合、Ｙ形
レバー26と協働する一方の磁極だけが通電される。その
際、しかし、ばね31の戻り力は克服できない。通常のモ
ータ駆動がオフされる遠心分離機の停止状態では、特定
動作モードにおいてＹ形レバー26に作用する隣接した両
方の磁極に同時励起を生じさせることができる。

【００４０】簡単な構成では、アーム28，29を省くこと
ができ、もしレバーが適当な慣性をもっているならば、
モータの通常動作中に、駆動、例えばロックのための連
続駆動が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、図２の線１−１に沿った、この発明に
よる遠心分離機の実施の形態の断面図である。

【図２】図２は、図１の線２−２に沿った間隙面を通る
断面を示す図である。

【符号の説明】

１ロータ２凹所３軸４軸受５ばね要素６ステータ７回転軸線８内リング９外リング 10 板ばね 11 ねじ 12 リング鉄芯 13 磁極 14 コイル 15 基板 16 内方切り欠き 17 通路 18 モータ用電子機器構成部品 19 高透磁率金属薄板 20 隅部 21 間隙 21′ 円錐形状間隙面 25 支持リング 26 Ｙ形レバー 27 軸 28，29，30 アーム 31 ばね

フロントページの続き (72)発明者ヨヒンベーゼドイツ国，22851 ノルデルシュテート, ミッテルシュトラーセ 26 (72)発明者ロルフクリーマンドイツ国，23869 エルメンホルシュト, メンケンブローク２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受（４）により回転軸線（７）の周り
で回転可能で、ステータ（６）に支承されたロータ
（１）と、ステータに固定された直立部分である磁極
（13）及びロータに直接に固定された回転部分（金属薄
板19）を有するロータを駆動する電動モータとを備え、
直立部分は励磁コイル（コイル14）を有する磁極（13）
を備え、前記磁極は間隙面（21，21′）により回転部分
と磁気的に係合している実験室用遠心分離機において、
前記間隙面は回転軸線（７）に対して垂直（21）又は平
坦な円錐形状（21′）に配列されていることを特徴とす
る電動モータを備えた実験室用遠心分離機。
【請求項２】軸受（４）は、ばね要素（５）を介して
ステータ（６）に固定され、実質的に回転軸線（７）に
対して垂直運動だけを許容されていることを特徴とする
請求項１記載の遠心分離機。
【請求項３】直立部分の磁極（13）及びコイル（14）
は、それらの軸線が回転軸線（７）に対して実質的に平
行であることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
【請求項４】コイル（14）は、回転軸線（７）に対し
て実質的に垂直に配置された基板（15）上に固定され、
基板は磁極（13）のための通路（17）を有することを特
徴とする請求項３記載の遠心分離機。
【請求項５】リラクタンスモータとして構成される電
動モータは、回転部分（金属薄板19）を備え、金属薄板
は直立部分の２つの磁極（13）の上に亘るように配置さ
れ、高透磁率金属薄板から構成されていることを特徴と
する請求項１記載の遠心分離機。
【請求項６】回転部分（金属薄板19）は、磁極（13）
に亘る半径方向端部が非対称（隅部20）に形成されてい
ることを特徴とする請求項５記載の遠心分離機。
【請求項７】磁極（13）は、磁性金属薄板を巻き付け
たリング鉄芯（12）の一体的な突出部として構成されて
いることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
【請求項８】磁気的に動かされる駆動部材（Ｙ形レバ
ー26）は、磁極（13）の近傍で操作方向へ動作可能に支
承されていることを特徴とする請求項１記載の遠心分離
機。
【請求項９】駆動部材（Ｙ形レバー26）は、隣接する
磁極（13）の近くで駆動領域（アーム28，29）を備え、
駆動部材は、両方の磁極（13）の磁気付勢の際に、両方
の磁極の同時付勢の場合にだけ克服できる戻りばね（3
1）に対抗して、ロック解除作用をすることを特徴とす
る請求項８記載の遠心分離機。