KR20100006760A - 자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동적 상태에서 발생하는 진동에 의해 원심분리기의 불평형의 크기 및 위치를 산출하고, 그 결과에 의거하여 자동으로 불평형을 보정할 수 있도록 한 자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명의 자동 평형형 원심분리기는 시료가 담긴 버켓을 지지하는 로터; 상기 로터를 회전시키는 회전 구동 수단; 진동을 감지하는 진동 감지 수단; 상기 로터의 하중 불평형을 보정하는 불평형 보정 수단 및 상기 로터를 미리 정해진 측정용 회전속도로 동작시킨 상태에서 상기 진동 감지 수단에 의해 감지된 진동량에 의거하여 상기 로터의 하중 불평형을 산출한 후에 상기 산출된 하중 불평형이 보정되도록 상기 불평형 보정 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하여 이루어진다.

자동, 원심분리기, 동적, 평형, 가속도, 진동, 위상

Description

자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법{automatic balance adjusting centrifuge and the control method thereof}

본 발명은 자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 동적 상태에서 발생하는 진동에 의해 원심분리기의 불평형의 크기 및 위치를 산출하고, 그 결과에 의거하여 자동으로 불평형을 보정할 수 있도록 한 자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 원심분리기는 의료 및 이화학 분야에서 널리 사용되는 기본 장비로서, 시료를 담은 버켓을 로터에 장착한 후에 고속 회전시켜서 시료에 높은 원심 가속도를 부여함으로써 고밀도의 시료 성분은 반경 방향의 외층에 자리 잡게 하고, 저밀도의 시료 성분은 반경 방향의 내층에 자리 잡도록 하여 그 구성 성분들을 분리시키는 장치이다. 이러한 원심분리기를 동작시킴에 있어서 각 버켓에 담기는 시료의 개수나 시료 전체의 무게 차이로 인한 각 버켓 사이의 무게 차이 등으로 인해 불가피하게 원심력의 불평형이 발생하게 된다. 그런데, 종래 자동 평형 기능을 구비하지 않은 원심분리기의 경우에는 평형 유지를 위해 원심 분리 전에 사용자가 수작업으로 각 시료의 무게를 일일이 측정한 후에 동일한 무게의 시료를 로 터에 대칭되게 탑재해야 하기 때문에 많은 노력과 시간이 요구되는 문제점이 있었다.

이를 감안하여 본 출원인은 다수의 자동 평형형 원심분리기를 제안하여 특허로 등록받은바 있다. 구체적으로, 특허등록 제343336호(등록일: 2002. 6. 24))(이하 '선행발명1'이라 한다)에는 양팔형 로터 레버를 구비하여 그 양 단에 시료가 담긴 버켓을 걸어 둔 상태에서 로터 레버 양단의 최대 휨 응력점에 각각 접착된 스트레인 게이지에 의해 로터 레버의 양단에 걸리는 하중의 불평형을 감지한 후에 웜과 웜횔로 이루어진 로터레버 이송기구에 의해 로터 레버를 이송시킴으로써 하중의 불평형을 제거하는 자동 평형형 원심분리기가 제안되어 있다.

다음으로, 특허등록 제470068호(등록일: 2005. 1. 26)(이하 '선행발명2'라 한다)에는 선행발명1을 개량하여 고정식으로 이루어지되 그 중심부에는 이동 가능한 평형추가 설치된 양팔형 로터 레버를 채택하여 그 양 단에 시료가 담긴 버켓을 장착한 상태에서 로터 레버의 양단 하부에 설치된 압력 센서에 의해 로터 레버의 양단에 걸리는 하중의 불평형을 감지한 후에 웜과 웜휠로 이루어진 평형추 이송기구에 의해 평형추를 이송시킴으로써 하중의 불평형을 제거하는 자동 평형형 원심분리기가 제안되어 있다.

다음으로, 특허등록 제615630호(등록일: 2006. 8.7)(이하 '선행발명3'이라 합니다)에는 원심분리용 회전축을 기준으로 동일 반경 길이를 가지면서 등각으로 배치되며, 시료가 탑재된 버켓을 지지하는 복수, 예를 들어 3개의 회전암, 각각의 회전암에 반경 방향으로 이동가능하도록 설치되어 원심분리 과정 중 원심력 불평형 을 보정하는 평형추 및 각각의 평형추를 회전암의 반경 방향으로 수평 이송시키는 평형추 이송기구를 포함하여 이루어진 로터를 갖는 자동 평형형 원심분리기가 제안되어 있다. 선행발명3에서 원심력의 불평형, 즉 버켓 하중의 불평형의 감지는, 예를 들어 로터와 분리되어 설치되며 버켓의 하부에서 승강하는 전자 저울에 의해 수행될 수 있다.

마지막으로, 특허등록 제756231호(등록일: 2007. 8. 31)(이하 '선행발명4'라 한다)는 선행발명1과 같이 로터 레버 자체를 수평 이동시켜 하중의 불평형을 보정하는 방식의 원심분리기에서 로터 레버의 구동 정밀성을 더욱 향상시킨 자동 평형형 원심분리기를 제안하고 있는바, 이 경우에 버켓 하중의 불평형의 감지는, 예를 들어 로터와 분리되어 설치되며 버켓의 하부에서 승강하는 전자 저울에 의해 수행될 수 있다.

그러나 전술한 바와 같은 종래의 자동 평형형 원심분리기에 따르면, 하중의 불평형 감지가 모두 로터가 정지된 상태, 즉 정적 상태에서 이루어지기 때문에 복잡한 회로 및 기구 구성이 요구될 뿐만 아니라 하중의 불평형을 감지하기까지 긴 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

무엇보다도, 측정된 버켓 하중의 불평형량과 이를 바로 잡기 위한 평형추 또는 로터 레버의 이송량이 수없이 반복된 실험에 의해 구축된 데이터나 수식에 의해 강제적으로 산출되는바, 이러한 데이터나 수식의 오류, 제조 과정에서 발생하는 제품 간의 편차 및 장기간 사용으로 인한 기구적인 변형에 의해 그 무게 중심점이 달라지더라도 이를 전혀 반영하지 못하기 때문에 불평형의 보정이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 동적 상태에서 발생하는 진동에 의해 원심분리기의 불평형의 크기 및 위치를 산출하고, 그 결과에 의거하여 자동으로 불평형을 보정할 수 있도록 한 자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법을 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 평형형 원심분리기는 시료가 담긴 버켓을 지지하는 로터; 상기 로터를 회전시키는 회전 구동 수단; 진동을 감지하는 진동 감지 수단; 상기 로터의 하중 불평형을 보정하는 불평형 보정 수단 및 상기 로터를 미리 정해진 측정용 회전속도로 동작시킨 상태에서 상기 진동 감지 수단에 의해 감지된 진동량에 의거하여 상기 로터의 하중 불평형을 산출한 후에 상기 산출된 하중 불평형이 보정되도록 상기 불평형 보정 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 진동 감지 수단은 변위 센서, 속도 센서 및 가속도 센서 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 상기 회전 구동 수단은 그 회전축이 상기 로터에 축결합된 원심분리 모터를 포함하여 이루어지되, 이 경우에 상기 진동 감지 수단은 상기 원심분리 모터의 몸체에 장착되는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 로터는 동일 회전 반경을 가지면서 등각으로 배치되어 각각의 사이에 버켓을 지지하는 다수의 회전암을 포함하여 이루어지되, 상기 불평형 보정 수단은 각각의 상기 회전암에 설치되어 반경 방향으로 이동되는 평형추를 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 자동평형형 원심분리기의 제어 방법은 시료가 담긴 버켓을 지지하는 로터를 미리 정해진 측정용 회전속도로 가속한 상태에서 진동량을 측정하는 (a) 단계; 상기 (a) 단계에서 측정된 진동량의 진폭이 해당 허용치 이상인지를 판단하는 (b) 단계 및 상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 상기 진동량의 진폭이 해당 허용치 이상인 경우에는 상기 (a) 단계에서 측정된 진동량에 의거하여 산출된 하중 불평형량에 의해 로터의 하중 불평형을 보정한 후에 상기 (a) 단계로 복귀하고, 작은 경우에는 상기 로터를 원심분리 작업속도로 가속하여 원심분리를 수행하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 측정용 회전속도는 회차가 증가할수록 높아지는 2 이상의 값으로 주어지고, 상기 해당 허용치는 각 회차의 상기 측정용 회전속도마다 주어지되 회전속도가 높아질수록 작게 설정된다.

한편, 상기 (c) 단계에서 상기 하중 불평형의 보정은 로터를 정지시킨 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 (a) 단계에서 측정된 진동량의 진폭이 상기 해당 허용치보다 크고 이상 진동에 상응하여 설정된 최대치 이상인 경우에는 로터를 정지시킨 후에 경보를 발하는 것이 바람직하다.

본 발명의 자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법에 따르면, 원심분리기를 회전시킨 동적 상태에서 실제로 측정한 진동량에 의거하여 불평형을 보정하기 때문에 불평형을 보정하기 위한 데이터나 수식의 오류, 제조 과정에서 발생하는 제품 간의 편차 및 장기간 사용으로 인한 기구적인 변형 등에 관계없이 하중 불평형을 정확하게 보정할 수가 있다.

나아가, 고정된 위치에 설치되는 진동센서에 의해 측정된 진동량에 의거하여 하중의 불평형을 산출하기 때문에 종래와 같이 하중을 측정하기 위한 복잡한 회로 및 기구 구성이 불필요할 뿐만 아니라 하중의 불평형을 감지하기까지 소요되는 시간을 단축시킬 수가 있다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 자동 평형형 원심분리기 및 그 제어 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하는데, 이에 앞서 본 발명의 기본적인 동작 원리에 대해 설명한다.

1. 회전체의 동적평형(Dynamic balancing)

회전체의 회전중심과 무게중심이 어긋나게 되어 발생하는 불평형은 회전체의 진동을 초래할 뿐만 아니라 회전체 시스템의 성능에도 악영향을 미치는데, 회전체의 동적평형이란 회전중심과 무게중심을 가능한 일치시켜 회전체의 불평형으로 인한 진동을 제거하기 위한 작업을 말한다.

동적평형의 종류에는 영향계수법, 모달 밸런싱법 및 합병법 등이 있으며, 그 측정 및 보정 면수에 따라 단면 밸런싱, 양면 밸런싱 및 다면 밸런싱으로도 분류할 수 있다. 동적평형을 하기 위해서는 변위, 속도 또는 가속도 등의 진폭과 위상을 측정하는 센서가 필요하다.

2. 영향계수법(Influence coefficient method)

회전체의 평형 방법 중 영향계수법이 비교적 간단하고 널리 보편화되어 있으며 응용범위도 넓다. 영향계수법을 이용한 평형 방법은 몇 차례의 시험 질량(Trial mass)을 이용한 시험 운전(Trial run)을 통하여 불평형 상태를 알아내고 회전체 시스템에 보정 질량을 부착하거나 제거하는 방법이다. 여기에서, '영향계수'라 함은 불평형에 대한 시스템의 진동응답의 변화를 나타내는 함수로서 시스템의 동특성을 나타내며, 회전속도에 대한 함수이다. 이러한 영향계수법의 주요 특징을 열거하면, 평형 기법 중 가장 널리 사용되고, 강체 로터나 탄성 로터 모두에 적용이 가능하며, 현장 밸런싱 및 밸런싱 측정 장비에 모두 적용이 가능하고, 단면 밸런싱이나 다면 밸런싱 모두에 적용이 가능하다는 것이다.

영향계수법의 기본 원리는 아래의 수학식 1과 같이 진동량의 진폭은 불평형량에 비례한다는 것이다.

위의 수학식 1에서

는 진동 측정치로 알 수 있다.

는 시스템의 특성을 나타내는 영향계수, 즉 진동비례상수이고,

는 불평형 벡터인바, 이들 모두 는 진폭과 위상의 정보를 가지고 있기 때문에 복소수 형태로 표현할 수 있다.

3. 영향계수법의 절차

도 1은 영향계수법의 원리를 설명하기 위한 벡터 선도이다. 추가된 질량에 의한 불평형량(추가질량*거리)

은 시험 질량에 의한 진동량 벡터

에 비례한다는 관계를 이용하여 진동비례상수를 구할 수 있는바, 도 1에서

은 초기 운전(Initial run)에 따른 진동량 벡터를 나타내고,

는 임의의 위치에 시험 질량을 부착하고 측정한 진동량 벡터를 나타낸다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

Step 1 : 초기 운전에 따른 진동량의 진폭과 위상을 측정하고 이를

이라 한다. 진동량과 불평형량의 관계가 일정 회전수에서 선형적이라 가정하면 아래의 수학식 2가 성립한다.

위의 수학식 2에서,

는 불평형 벡터이고,

는 진동비례상수이다.

Step 2 : 시험 질량을 특정한 위치에 부착하고 진동량을 측정하여 이를

이라 한다. 이때 총 불평형량

은 아래의 수학식 3과 같이 초기 불평 형량

에서

로 바뀌게 된다.

Step 3 : 위의 수학식 3에서 수학식 2를 뺀 후에

에 대해 정리하면 아래의 수학식 4가 도출된다.

위의 수학식 4에서

,

및

는 알고 있는 값이므로 진동비례상수

가 위의 수학식 4로부터 구해질 수 있다.

Step 4 : 따라서, 불평형량

는 위의 수학식 4를 수학식 2에 대입하여 아래의 수학식 5와 같이 구할 수 있다.

Step 5 : 마지막으로 보정량과 보정방향은 아래의 수학식 6으로부터 얻을 수 있다.

4. 자동평형 원심분리기의 자동평형 원리

전술한 바와 같이, 영향계수법에 사용되는 진동비례상수는 동일 시스템에서 회전속도에만 관계있는 함수이기 때문에 선행 시험을 통하여 당해 시스템의 회전수별 진동비례상수를 미리 알고 있다면 초기 측정 진동량만으로 불평형의 크기와 방향을 알 수 있다.

그리고 이를 위해 먼저 정해진 절차에 따라 각 회전수별 진동비례상수, 즉 진동량과 불평형량의 관계를 구하여 기본 데이터베이스에 저장한다.

다음으로, 초기 시험 운전으로 진동량을 측정한 후에 그 진동의 크기가 허용치 이상이면 기본 데이터베이스에 저장된 진동비례상수와 측정 진동의 크기 및 위상을 이용하여 불평형의 크기와 위치를 자동 계산한다.

여기에서, 보정해야 할 양은 불평형의 크기와 같고 위상이 반대가 되는데, 정해진 보정 알고리즘을 통해 평형추를 보정량에 해당하는 만큼 이송시켜 원심분리시의 평형을 유지하게 한다.

5. 평형추 이송 알고리즘

진동량과 불평형량의 관계가 아래의 수학식 7과 같이 선형적일 수 있는데, 여기에서

는 진동량 벡터,

는 불평형량 벡터,

는 크기와 방향을 갖는 비례상수이다.

위의 수학식 7에서 비례상수

를 알고 있는 경우에 진동량

를 측정하여 안다면 아래의 수학식 8을 통해 불평형량을 알 수가 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 자동평형형 원심분리기의 개략적인 평면도이고, 도 3은 도 2에서 A-A선을 절취하여 본 개략 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 자동평형형 원심분리기는 케이싱(10)의 바닥 중앙 부위에 그 회전축이 상부를 향하도록 원심분리 모터(20)가 배치되는데, 이러한 원심분리 모터(20)는 베이스(30) 상에 뜬 채로 지지된다. 나아가, 원심분리시의 진동을 흡수하기 위해 원심분리 모터(20)와 베이스(30) 사이에는 방진 부재(40), 예를 들어 방진 고무가 개재되게 된다.

원심분리 모터(20)의 회전축(22)에는 로터(50)가 축결합되는데, 이러한 로터(50)는, 예를 들어 회전축(22)을 중심으로 동일 반경 길이를 가지면서 등각, 예를 들어 상호 120°를 이루는 3개의 회전암(52)으로 이루어질 수 있다. 각각의 회전암(52)들 사이의 공간에는 시료가 탑재된 버켓(60)이 각각의 회전암(52)에 의해 지지된 채로 자리잡게 된다.

각각의 회전암(52)에는 반경 방향으로 이동가능하도록 설치되어 원심분리 과정 중에 발생하는 불평형량을 보정하는 평형추(70) 및 각각의 평형추(70)를 회전암(52)의 반경 방향으로 수평 이송시키는 평형추 이송기구(미도시)가 장착되어 있다.

원심분리기의 적소, 예를 들어 원심분리 모터(20)의 몸체 또는 이러한 몸체에 부착되어 외부로 연장된 브라켓에는 원심분리 과정 중에 발생하는 진동량을 측정하는 진동센서(80)가 부착되어 있다.

도 4는 도 2에 예시한 자동평형형 원심분리기에서 평형추의 이송 방향을 설명하기 위한 도이고, 도 5는 보정량의 위치에 따른 평형추 이송 방법을 설명하기 위한 도이다. 도 4 및 도 5에서, 3개의 평형추에 대한 각도 관계는 1번 평형추(m_cw1)를 기준으로 할 때 아래의 수학식 9와 같이 정해진다.

한편, 도 2에서 평형추(70)의 이송에 의해 발생되는 모멘트는 아래의 수학식 10과 같이 정해질 수 있다.

위의 수학식 10에서

,

및

은 각 평형추의 질량을 나타내고,

,

및

는 각 평형추 이송거리를 나타내는 위치벡터를 나타내며,

는 전체 평형추의 불평형량 벡터이다.

따라서 평형을 맞추기 위해서는 아래의 수학식 11에서와 같이 보정량과 평형추에 의한 모멘트가 같아야 한다.

즉, 평형추에 의한 모멘트 벡터 합이 보정량에 따른 모멘트 벡터와 같다. 따라서, 보정량을 평형추의 각각의 방향, 즉 0°, 120°및 -120°방향으로 분해하면 된다. 나아가, 이러한 보정량의 분해는 평형추 3개를 모두 이동시킴이 없이 보정량의 방향에 따라 1개 또는 2개만을 이동시키면 된다. 즉 도 5에서 보정량의 방향과 가까운 인접한 두 개의 평형추를 이용하여 분해한다. 예를 들어 Ⅰ번 영역에 해당하면 1번 평형추(m_cw1)와 2번 평형추(m_cw2), Ⅱ번 영역에 해당하면 2번 평형추(m_cw2)와 3번 평형추(m_cw3), Ⅲ번 영역에 해당하면 3번 평형추(m_cw3)와 1번 평형추(m_cw1)를 이용하여 분해한다. 따라서 버켓을 장착하고 측정한 진동량의 진폭이

, 위상이

라면, 자동평형을 위한 평형추 이송거리

,

및

은

와

및 비례상수

에 대한 함수 형태로 표현되어 쉽게 구할 수가 있다.

도 6은 본 발명의 자동평형형 원심분리기의 전기적인 블록 구성도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 자동평형형 원심분리기의 전기적인 구성은 크게 원심분리기의 동작에 필요한 각종 사항을 입력 또는 설정받는 키 입력부(110), 원심분리기의 동적 상태, 즉 회전 상태에서의 진동을 감지하는 진동 감지부(120), 로터를 회전시키는 원심분리 모터(145) 및 모터 구동부(140), 로터의 회전 속도를 감지하는 회전속도 감지부(130), 원심분리기의 오동작 및 과진동 발생시에 이를 경보하는 경보부(160), 원심분리기의 동작 과정에서 발생하는 각종 사항을 표시하는 표시부(170), 원심분리기의 하중 불평형을 보정하는 불평형 보정부(150) 및 원심분리기의 전반적인 동작을 총괄적으로 제어하는 마이크로 콘트롤러 유닛(100)을 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 구성에서, 원심분리 모터(145)는, 예를 들어 브러시리스 DC 모터로 구현될 수 있다. 진동 감지부(120)는, 예를 들어 가속도 센서, 속도 센서 또는 변위 센서 등으로 구현될 수 있는데, 가속도 센서로 구현되는 경우에는 1축 이상을 감지하는 가속도 센서로 구현할 수가 있다. 회전속도 감지부(130)는, 예를 들어 엔코더 방식 등으로 구현될 수 있다. 불평형 보정부(150)는, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이 평형추를 이송하는 방식으로 구현되거나, 선행발명들에서 언급된 바와 같이 로터 레버를 직접 이동시키는 방식으로 구현될 수 있을 것이다.

마지막으로, 마이크로 콘트롤러 유닛(100)은 마이크로 프로세서와 부속 메모 리를 포함하여 이루어질 수 있는데, 이러한 메모리에는 도 7에 도시한 흐름도에 따른 프로그램, 이송거리 환산용 함수나 비례상수 및 후술하는 최대치와 각종 허용치 등이 저장되어 있다.

도 7은 본 발명의 자동평형형 원심분리기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도인바, 이를 위한 사전 작업으로 일정한 측정용 회전속도 간격으로 진동 비례상수를 구하여 데이터베이스화하고, 각 측정용 회전속도에서의 최대값(보정범위 초과 또는 이상 진동)과 보정 해상도에 해당하는 허용치를 사전에 설정하여 두어야 한다. 이 과정에서, 측정하지 않은 회전속도 영역은 선형 보간법을 이용하여 구할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 S10에서는 원심분리 모터(145)를 동작시켜 로터를 미리 정해진 1회차 측정용 회전속도, 예를 들어 500rpm까지 가속한다. 다음으로, 단계 S12에서는 이 속도하에서 진동 감지부(130)에 의해 감지된 진동량에 의해 그 크기, 즉 진폭과 위상을 측정하고, 다시 단계 S14에서는 이렇게 측정된 진폭이 미리 정해진 최대치, 즉 기기에 무리를 줄 수 있다거나 보정 한계를 초과할 수 있다고 미리 정해 놓은 진폭 최대치 이상인지를 판단하는데, 이상인 경우는 과진동이 발생하거나 보상한계를 초과한 경우에 해당하므로 단계 S36으로 진행하여 즉시 로터를 정지시킴과 함께 필요한 경보나 메시지를 발하게 된다.

한편, 단계 S14에서의 판단 결과, 진폭이 최대치보다 작은 경우에는 단계 S16으로 진행하여 진폭이 당해 회전속도에서의 해당 허용치 이상인지를 판단하는데, 이러한 허용치는 회전속도가 낮을수록 크게 설정될 수 있다. 단계 S16에서의 판단 결과, 진폭이 당해 회전속도에서의 해당 허용치 이상인 경우에는 불평형의 보정이 필요한 경우에 해당하므로 단계 S18 및 단계 S20을 수행하여 로터를 정지시킨 상태에서 불평형을 보정한 후에 다시 단계 S10으로 복귀하게 된다.

한편, 단계 S16에서의 판단 결과, 진폭이 당해 회전속도의 해당 허용치보다 작은 경우에는 단계 S22로 진행하여 다음 회차의 측정용 회전속도, 즉 1회차 측정용 회전속도보다 높은 회전속도 하에서의 진동량 측정 요구가 존재하는지를 판단한다. 이렇게 하는 이유는 대부분의 회전체의 불평형이 그 구조나 기타 여러 가지 원인에 의해 또는 임계 속도(위험 속도) 전후로 불평형 상태가 변할 수 있기 때문에 이를 감안한 적절한 보정을 수행하기 위해서이다. 따라서, 원심분리 작업속도까지 회전체의 불평형이 변하는 임계 속도가 존재하지 않는 경우에는 단계 S22는 불필요하다. 나아가, 측정용 최대 회전속도도 원심분리 작업속도보다 낮은 값으로 결정될 것이다.

단계 S22에서의 판단 결과, 다음 회차의 진동량 측정 요구가 존재하지 않는 경우에는 현 상태에서 불평형이 보정된 경우에 해당하므로 단계 S34에서 로터를 원심분리 작업속도까지 가속하여 원심분리 작업을 수행한다. 반면에, 다음 회차의 진동량 측정 요구가 존재하는 경우에는 단계 S24로 진행하여 다음 회차의 측정용 회전속도, 예를 들어 1,000rpm까지 가속하고, 다시 단계 S26에서는 이 속도하에서 진동 감지부(120)에 의해 감지된 진동량에 의해 진폭 및 위상을 측정한다. 다음으로, 단계 S28에서는 이렇게 측정된 진폭이 당해 회전속도의 해당 허용치 이상인지를 판단하는데, 진폭이 당해 회전속도의 해당 허용치 이상인 경우에는 불평형의 보정이 필요한 경우에 해당하므로 단계 S30 및 단계 S32를 수행하여 로터를 정지시킨 상태에서 불평형을 보정한 후에 다시 단계 S22로 복귀하게 된다. 반면에, 단계 S28에서의 판단 결과 진폭이 당해 회전속도의 해당 허용치보다 작은 경우에는 불평형의 보정이 불가능한 경우에 해당하므로 곧바로 단계 S22로 복귀하게 된다.

이상과 같이 하여 단계 S22에서 다음 회차의 진동량 측정 요구가 존재하지 않는 경우에는 단계 S34를 수행하게 된다. 여기에서, 회전속도가 높을수록 해당 허용치는 상대적으로 작아지게 된다.

본 발명의 자동평형형 원심분리기 및 그 제어 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 전술한 실시예에서는 로터를 정지시킨 상태에서 불평형을 보정하였으나 로터를 정지시키지 않은 채로 불평형을 보정할 수도 있을 것이다. 나아가, 원심분리 작업을 진행하는 동안에도 그 진동량을 실시간으로 감지하여 진폭이 최대치를 초과하면 로터를 비상 정지시킬 수도 있다. 진동센서의 설치 위치는 원심분리 머터의 몸체 또는 이러한 몸체에 부착되어 외부로 연장된 브라켓의 고정된 개소이면 관계가 없는데, 보다 큰 진동을 감지할 수 있도록 로터의 회전축에서 가급적 멀리 떨어진 개소에 설치하는 것이 바람직하다.

도 1은 영향계수법의 원리를 설명하기 위한 벡터 선도,

도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 자동평형형 원심분리기의 개략적인 평면도,

도 3은 도 2에서 A-A선을 절취하여 본 개략 단면도,

도 4는 도 2에 예시한 자동평형형 원심분리기에서 평형추의 이송 방향을 설명하기 위한 도,

도 5는 보정량의 위치에 따른 평형추 이송 방법을 설명하기 위한 도,

도 6은 본 발명의 자동평형형 원심분리기의 전기적인 블록 구성도,

도 7은 본 발명의 자동평형형 원심분리기의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 케이싱, 20: 원심분리 모터,

22: 회전축, 30: 베이스,

40: 방진 부재, 50: 로터,

60: 버켓, 70: 평형추,

80: 진동센서, 100: 마이크로 콘트롤러 유닛,

110: 키 입력부, 120: 진동 감지부,

130: 회전속도 감지부, 140: 모터 구동부,

145: 원심분리 모터, 150: 불평형 보정부,

160: 경보부, 170: 표시부

Claims (8)

1. 시료가 담긴 버켓을 지지하는 로터;

   상기 로터를 회전시키는 회전 구동 수단;

   진동을 감지하는 진동 감지 수단;

   상기 로터의 하중 불평형을 보정하는 불평형 보정 수단 및

   상기 로터를 미리 정해진 측정용 회전속도로 동작시킨 상태에서 상기 진동 감지 수단에 의해 감지된 진동량에 의거하여 상기 로터의 하중 불평형을 산출한 후에 상기 산출된 하중 불평형이 보정되도록 상기 불평형 보정 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하여 이루어진 자동 평형형 원심분리기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 진동 감지 수단은 변위 센서, 속도 센서 및 가속도 센서 중 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동 평형형 원심분리기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 회전 구동 수단은 그 회전축이 상기 로터에 축결합된 원심분리 모터를 포함하여 이루어지고,

   상기 진동 감지 수단은 상기 원심분리 모터의 몸체에 장착되는 것을 특징으로 하는 자동 평형형 원심분리기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 로터는 동일 회전 반경을 가지면서 등각으로 배치되어 각각의 사이에 버켓을 지지하는 다수의 회전암을 포함하여 이루어지되,

   상기 불평형 보정 수단은 각각의 상기 회전암에 설치되어 반경 방향으로 이동되는 평형추를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동평형형 원심분리기.
5. 시료가 담긴 버켓을 지지하는 로터를 미리 정해진 측정용 회전속도로 가속한 상태에서 진동량을 측정하는 (a) 단계;

   상기 (a) 단계에서 측정된 진동량의 진폭이 해당 허용치 이상인지를 판단하는 (b) 단계 및

   상기 (b) 단계에서의 판단 결과, 상기 진동량의 진폭이 해당 허용치 이상인 경우에는 상기 (a) 단계에서 측정된 진동량에 의거하여 산출된 하중 불평형량에 의해 로터의 하중 불평형을 보정한 후에 상기 (a) 단계로 복귀하고, 작은 경우에는 상기 로터를 원심분리 작업속도로 가속하여 원심분리를 수행하는 (c) 단계를 포함하여 이루어진 자동평형형 원심분리기의 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 측정용 회전속도는 회차가 증가할수록 높아지는 2 이상의 값으로 주어지고, 상기 해당 허용치는 각 회차의 상기 측정용 회전속도마다 주어지되 회전속도 가 높아질수록 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 자동평형형 원심분리기의 제어 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 (c) 단계에서 상기 하중 불평형의 보정은 로터를 정지시킨 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 자동평형형 원심분리기의 제어 방법.
8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 (a) 단계에서 측정된 진동량의 진폭이 상기 해당 허용치보다 크고 이상 진동에 상응하여 설정된 최대치 이상인 경우에는 로터를 정지시킨 후에 경보를 발하는 것을 특징으로 하는 자동 평형형 원심분리기의 제어 방법.

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