遠心分離機
【課題】
電源周波数によって動作する交流電圧が異なる冷却機を用いた遠心分離機において、現地で設置する作業者による配線の接続切替え作業ミスを無くした遠心分離機を提供する。
【解決手段】
試料を収容するロータ２と、ロータ２を回転駆動するモータ３と、ロータ室を冷却する冷却機８を有する遠心分離機において、複数の二次側タップを有し、一次側から入力される交流電圧３０を複数の電圧に変換して出力するトランス１５と、トランス１５の複数の二次側タップと接続され二次側タップのいずれかの出力を選択して冷却機８に出力する電圧切替え手段２１を設けた。マイクロコンピュータ２７は、ゼロクロス検出回路２６の出力を用いて判別された電源周波数に対応して電圧切替え手段２１を制御し、冷却機８に所望の駆動電圧を供給する。
電源周波数によって動作する交流電圧が異なる冷却機を用いた遠心分離機において、現地で設置する作業者による配線の接続切替え作業ミスを無くした遠心分離機を提供する。
【解決手段】
試料を収容するロータ２と、ロータ２を回転駆動するモータ３と、ロータ室を冷却する冷却機８を有する遠心分離機において、複数の二次側タップを有し、一次側から入力される交流電圧３０を複数の電圧に変換して出力するトランス１５と、トランス１５の複数の二次側タップと接続され二次側タップのいずれかの出力を選択して冷却機８に出力する電圧切替え手段２１を設けた。マイクロコンピュータ２７は、ゼロクロス検出回路２６の出力を用いて判別された電源周波数に対応して電圧切替え手段２１を制御し、冷却機８に所望の駆動電圧を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを高速回転させる遠心分離機に関し、特に、電源周波数判別による冷却機への駆動電圧切替えを自動で行うようにした遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠心分離機は商用電源で動作するコンプレッサを搭載した冷却機を備え、ロータに収容された分離すべき試料を高速回転させて遠心分離する際、ロータ室内の空気とロータとの摩擦熱により試料温度が上昇するのを防止するため、冷却機を駆動してロータ室内を冷却し、試料の温度が所望の目標温度になるように制御していた。
【０００３】
具体的には、ロータ室内の温度を温度センサでセンシングし、冷却機をオン／オフ制御する。ロータ室内温度はオーバーシュート、アンダーシュートを繰返してロータ室内の温度を脈動させながら所望の目標温度に近づけるように制御していた。このとき、温度制御誤差を補うため、予め実験して求めておいた目標温度と試料温度の差である温度補正値を用いて制御温度の高精度化を図っていた。
【０００４】
上記した冷却機には、電源周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚによって駆動電圧が異なるように構成されたものがあり、このような冷却機を用いる場合には、電源周波数の違いによって冷却機に供給される駆動電圧を変更させる必要がある。例えば、駆動電圧がＡＣ１００Ｖ付近で動作する冷却機の場合、交流周波数が５０Ｈｚ環境の場合は冷却機にＡＣ１００Ｖの駆動電圧を供給し、交流周波数が６０Ｈｚ環境の場合はＡＣ１１５Ｖの駆動電圧を供給する必要がある。
【０００５】
近年、遠心分離機においては海外規格適合の要求が益々高まっている。こうした中、北米などの海外規格に適合した冷却機の多くは、電源周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に関わらずに同じ電圧で動作するものがラインナップされておらず、電源周波数によって動作電圧が異なる。そのため、遠心分離機の製造業者は、仕向け先の国・地域別に電圧を切り替える作業、具体的にはトランスのタップ接続切替え等の作業を行っていた。
【０００６】
また電源周波数に関しては、日本のように５０Ｈｚ／６０Ｈｚを併用している国があることから、国別に自動的に仕向けることができない場合もあり、その場合は、設置する場所の電源周波数に応じて、現地の設置作業者が接続切替え作業を現地で行うようにしている。こうした作業は手間が掛かる上に、作業ミスなどのリスクを伴う。また、現地の設置作業者がトランスのタップ接続切替えを忘れてしまうといった問題がある。
【０００７】
電源周波数の違いで駆動能力が異なる電気機器の例として、交流電源で駆動する冷却ファンがある。交流駆動式の冷却ファンは、電源周波数５０Ｈｚと６０Ｈｚとでは回転数が異なるため、風量及びファン音が異なる。そこで特許文献１では、必要風量の確保、またファン音の低減を目的に電源周波数を分別し冷却ファンに印加する電圧を制御するようにしているが、遠心分離機における冷却機の駆動電圧を変えることについては何ら言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２９１８５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、コンバータ回路／インバータ回路を用いて冷却機を駆動する方式がある。本方式では電源周波数に関わらず冷却機を駆動できるというメリットがある一方、駆動回路が複雑、大きい、高額になってしまうなどのデメリットがある。
【００１０】
一方、遠心分離機においてはロータ室を所望の温度に保つために、冷却機を断続的に稼働させるオン／オフ制御が行われる。この冷却機をオンにして起動する際に、起動電流が数サイクル間で数十アンペア流れることから、リレーなどの機械的なオン／オフ動作は接点が痛んでしまい遠心分離機の寿命を短くしてしまう恐れがある。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、現地の設置作業者が行っていた配線の切替え作業を無くして、冷却機を駆動する電圧の切替えを自動化させた遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、マイクロコンピュータによって冷却機等の周波数及び電圧依存機器への電圧供給を容易に切り替えるように構成した遠心分離機を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、冷却機を頻繁にオン／オフ制御してもリレーの接点が溶着しない長寿命の冷却機の駆動回路を有する遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
【００１５】
本発明の一つの特徴によれば、遠心分離される試料を収容するロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータを収容するロータ室を画定するボウルと、ボウルを冷却することによってロータ室を所望の温度に保つための冷却機と、モータの回転と冷却機の運転の制御する制御部（制御装置）を有する遠心分離機において、複数の二次側タップを有し一次側から入力される交流電圧を複数の電圧に変換して出力するトランスと、トランスの複数の二次側タップと接続され二次側タップのいずれかの出力を選択して冷却機に出力する電圧切替え手段と、交流電圧の周波数を判別する周波数判別手段とを設け、制御部は周波数判別手段によって判別された電源周波数に対応した二次側タップを選択するように電圧切替え手段を制御する。ここで用いられる冷却機は、複数の電源周波数によって動作可能であって、電源周波数毎に動作電圧が異なるように構成されたものである。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、モータ及び制御部に供給される交流電圧は、電圧切替え手段を介さずにトランスの二次側タップのいずれかから供給される。トランスは一次巻線及び二次巻線に複数のタップを有する降圧トランスとすると好ましい。周波数判別手段は、トランスの二次側タップのいずれかと接続され、トランスの出力電圧が０Ｖ電位をクロスするタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、ゼロクロス検出手段から出力されたゼロクロス信号の間隔を測定することにより電源周波数を算出する算出手段を含む。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御部はマイクロコンピュータを含み、算出手段はマイクロコンピュータによって実現される。電圧切替え手段から冷却機の接続は、冷却機へ通電をオン又はオフ制御する半導体リレーを介して行い、半導体リレーは制御部によってオン／オフ制御される。半導体リレーは、ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーとすると良い。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、トランスの複数の二次側タップと接続され、いずれかの二次側タップの出力を選択して冷却機に出力する電圧切替え手段を設け、制御部が周波数判別手段によって判別された電源周波数に対応した二次側タップを選択するように電圧切替え手段を操作し、適切な電圧を冷却機に供給するようにしたので、現地で行っていた配線の切替え作業を無くすことができ、冷却機を駆動する電圧の切替えを自動化させた遠心分離機を提供することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、冷却機は複数の電源周波数によって動作可能であって、電源周波数毎に動作電圧が異なるように構成されるので、電源周波数に即した適切な電源電圧を自動的に供給できる遠心分離機を提供することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、モータ及び制御部に供給される交流電圧は、電圧切替え手段を介さずに、トランスの二次側タップのいずれかから供給されるので、電圧切替え手段による電圧切替え時の瞬断に影響されることなく安定して動作させることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、トランスは一次巻線及び二次巻線に複数のタップを有する降圧トランスであるので、複数の電源電圧、電源周波数の国においても使用することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、ゼロクロス検出手段から出力されたゼロクロス信号の間隔を測定することにより電源周波数を算出するので、制御部は電源周波数に応じた適切な電源電圧管理を行うことができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、制御部はマイクロコンピュータを含み、算出手段はマイクロコンピュータによって実現されるので、コンピュータプログラムを用いて様々な制御を行うことができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、電圧切替え手段から冷却機の接続は、冷却機へ通電をオン又はオフ制御する半導体リレーを介して行うので、リレーなどのように機械的な接点で直接冷却機をオン／オフしないですみ、冷却機の駆動回路の寿命を長くすることができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、半導体リレーは、ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーであるので、出力電圧のＯＮへの切り替えを電圧０Ｖの時に行うことができ、冷却機の起動電流が安定するため、起動時の動作が安定するとともにノイズレベルを抑えることができる。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機１の全体構成の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る遠心分離機１の電源供給回路を示すブロック図である。
【図３】図２の電圧切替え手段２１の構成を示す切替え回路図である。
【図４】図２の電圧切替え手段２１の変形例の構成を示す切替え回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る遠心分離機１の電源周波数判別処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２８】
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、その繰り返しの説明は省略する。図１は本発明の実施例に係る遠心分離機１の全体構成の概略を示す断面図である。
【００２９】
遠心分離機１は、本体内部にロータ室４を備え、ロータ室４の下方には駆動源であるモータ３とモータ３の回転数を検出するためのエンコーダ１１が設けられる。モータ３から上方であってボウル５の内部へ延びる出力軸（モータ軸）１３の先端部には、ロータ２が着脱可能に装着される。ボウル５は、上部に円形の開口部を有する略円筒形の容器であり、ロータ室４を画定する。ボウル５の上側の開口部は、ドア１２により開閉可能に構成される。遠心分離機１の運転時には、図示していないロック機構でドア１２が開かないようにロックされ密閉される。ボウル５の外周には、冷却機８より配管されたエバポレータ（蒸発器）９が巻装され、その周囲は断熱材１０で覆われる。ロータ室４の底部にはロータ室４内の温度またはロータ２からの輻射熱を検出する温度センサ１４が設けられる。ここで、冷却機８は、ボウル５の温度を所定の低温に下げるように冷却する電気機器であって、冷蔵機又は冷凍機とも呼ばれる。冷却機８の種類は、閉じたパイプの中を冷媒を循環させながら圧縮する冷媒使用型の冷却機であっても良いし、その他の冷却装置を用いても良い。
【００３０】
遠心分離機１の上部には操作パネル７が設置される。操作パネル７は、例えばタッチ式の液晶表示パネルとすると情報の表示だけでなく、各種情報の入力も操作パネル７から可能となる。遠心分離機１の内部には制御装置６が設けられる。制御装置６は、図示しないマイクロコンピュータ、タイマー、記憶装置等を含んで構成され、モータ３の回転制御、ロータ室４の温度制御のための冷却機８の運転制御を含め、遠心分離機１の全体の制御を行う。制御装置６は、トランス１５の電圧切替え制御ライン３１、冷却機８への制御信号ライン３２、モータ３の回転制御ライン３３、エンコーダ１１からの出力信号ライン３４、温度センサ１４の出力信号ライン３５、及び操作パネル７への入出力ライン３６によって各部と電気的に接続される。
【００３１】
次に、遠心分離機１の電源周波数判別による冷却機８への駆動電圧切替えについて、図２及び図３に基づいて説明する。図２は本発明の実施例に係る遠心分離機１の電源供給回路を示すブロック図である。
【００３２】
遠心分離機１に設けられた電源コード（図示せず）を商用電源３０のコンセントに接続することにより、商用電源３０がトランス１５の一次側に入力される。トランス１５は、交流電力の電圧を電磁誘導を利用して変換する装置であり、例えば、入力側の巻線（一次巻線）の交流電流により変化する磁場を発生させ、それを相互インダクタンスで結合された出力側の巻線（二次巻線）に伝えて再び電流に変換するものである。相互インダクタンスで結合する磁気回路として例えば鉄心が用いられ、異なる電圧の二次電圧に対応するために二次巻線側には複数のタップが設けられる。さらに、異なる電圧の一次電圧に対応する場合には、一次巻線側にも複数のタップを設けると好ましい。本実施例では図示していないが一次巻線側に、例えば０Ｖ、２００Ｖ、２０８Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖの５つのタップ（端子）が設けられ、商用電源電圧に合わせて任意のタップ（例えば商用電圧が２２０Ｖの時は、０Ｖと２２０Ｖのタップ）を選択する。同様にして二次巻線側には、０Ｖ、１００Ｖ、１１５Ｖの３つのタップが設けられ、１００Ｖ及び１１５Ｖのタップは電圧切替え手段２１の入力側に接続される。
【００３３】
トランス１５の異なるタップから出力された異なる電圧ライン（ＡＣ１００ＶまたはＡＣ１１５Ｖ）は電圧切替え手段２１に接続される。電圧切替え手段２１はマイクロコンピュータ２７によって操作され、異なる電圧ラインのどちらか片方を選択して出力させるものであり、本実施例においては冷却機８のように周波数及び電圧に依存する電気機器に供給される電圧のみを電圧切替え手段２１によって切り替えるように構成し、その他の電圧
機器（周波数にも電圧にも依存しない電気機器、別の表現をすれば更に変換される電圧で駆動される電気機器）には電圧切替え手段２１を介さずにＡＣ１００Ｖのタップから接続される。尚、本実施例では、その他の電圧機器にはＡＣ１００Ｖのタップから接続する例を示したが、トランス１５のＡＣ１００Ｖ側のタップから、あるいはその他の電圧のタップから接続するようにしても良い。
【００３４】
トランス１５から出力された電圧ライン（ＡＣ１００Ｖと０Ｖ）は、マイクロコンピュータ２７用に例えば直流５Ｖの低電圧を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ２３と、商用電圧の周波数の判別のために用いられるゼロクロス検出手段２６と、モータ３を駆動するインバータ回路２９用の直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ２８に接続される。ゼロクロス検出手段２６は、トランス１５の１００Ｖ出力波が０Ｖ電位をクロスするタイミングでゼロクロス信号を生成し、マイクロコンピュータ２７へ伝達する。マイクロコンピュータ２７は、内蔵するタイマーを用いて後述する電源周波数の判別処理を実行し、電源周波数を確定する。この判別は、例えば商用電圧の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを識別する。マイクロコンピュータ２７は確定した電源周波数の情報から、電源周波数に対応した適正な電圧が冷却機８に供給されるように電圧切替え手段２１を制御する。
【００３５】
図３は本発明に係る遠心分離機１の電圧切替え手段２１の一実施例を示す切替え回路図である。図３に示す電圧切替え手段２１はｃ接点タイプのリレーであり、リレーのオン／オフで接続先を接点（ア）または接点（イ）に切替える。このｃ接点タイプのリレーは、冷却機などの大電流に耐えるものが少なく、高容量タイプは大型で高価である。
【００３６】
また、電圧切替え手段２１の変形例として、図４に示されるような電圧切替え手段２１ａを用いても良い。電圧切替え手段２１ａは、比較的安価なａ接点タイプのリレーを２個（ＲＹ１とＲＹ２）設け、マイクロコンピュータ２７によってリレーＲＹ１かリレーＲＹ２のいずれか一方だけをオンすることで電圧切替えを実現できる。電圧切替え手段２１ａにおいて、誤って２個（ＲＹ１とＲＹ２）のリレーを同時にオンしてしまうと、トランス１５間で短絡回路となってしまうため、冷却機８の保護も含めたヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を設けるようにした。
【００３７】
再び図２に戻り、電圧切替え手段２１の出力側と冷却機８の間に配置される半導体リレー２２は、マイクロコンピュータ２７によってオン又はオフが制御されるスイッチ手段であって、例えば、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ：Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）が用いられる。電磁リレーを用いることも可能であるが、半導体を使った無接点リレーであるソリッドステートリレーを用いれば接点の劣化を防止できるので、長期にわたって安定して動作をさせることができる。ソリッドステートリレーは、入力側と出力側が絶縁され、入力と出力のＯＮ、ＯＦＦが一致する機能を半導体素子を用いて無接点化した半導体制御部品である。
【００３８】
尚、冷却機８は通常、起動電流が大きいことから、起動時にノイズが発生し易くなる。そこで、位相制御用のソリッドステートリレーを用いるのではなく、０Ｖ電位からオン動作するように構成したゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーを用いる方が好ましい。ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーでは、入力電圧が交流電源電圧のピーク値近傍で印加されたとすると、ゼロクロス回路の作用により出力回路にすぐには電流が流れない。交流電源電圧が減少して０Ｖ近くになると、ソリッドステートリレーの出力回路のトライアックがオン状態となり、負荷に電流が流れるようになる。このようにゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーでは、出力電圧のＯＮへの切り替えを交流電源電圧が０Ｖの時に行うようにしたので、冷却機８の起動電流が安定し、冷却機８の寿命を大幅に伸ばすことができ、起動時のノイズレベルを抑えることができる。
【００３９】
トランス１５から出力された電圧ライン（ＡＣ１００Ｖと０Ｖ）の一つは、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２３は、商用の交流電力からマイクロコンピュータ２７及びその他の制御装置６や操作パネル７等の動作電源を提供するものである。ここで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３を電圧切替え手段２１の後段側（出力側）から接続するのではなく、前段側（入力側）から接続するようにしたのは、電圧切替え手段２１による切り替え時に、電圧切替え手段２１からの出力電圧が瞬断されるため、それによってマイクロコンピュータ２７の動作に影響が出るためである。尚、電圧切替え手段２１からの出力電圧が瞬断を補償するためのバックアップ電源をマイクロコンピュータ２７に設けるならば、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３を電圧切替え手段２１の後段側（出力側）から接続するように構成しても良い。
【００４０】
トランス１５から出力された電圧ライン（ＡＣ１００Ｖと０Ｖ）は、さらにＡＣ／ＤＣコンバータ２８に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２８は、商用の交流電力からモータ３を駆動するための高電圧の直流電圧を生成し、インバータ回路２９に接続される。インバータ回路２９は、例えば６個の半導体スイッチング素子を用いてスター結線された三相のブラシレスＤＣモータ等のモータ３のステータ巻線に、順次駆動電圧を供給するためのものである。インバータ回路２９は、エンコーダ１１によって検出された回転数信号を用いてマイクロコンピュータ２７によって制御される。以上のように、マイクロコンピュータ２７はモータ３の回転数制御を実行し、ロータ２に収容された試料を所定の回転数で所定の時間だけ遠心分離運転を行う。
【００４１】
次に図５のフローチャートを用いて電源周波数の判別処理の手順について説明する。図５は本発明に係る遠心分離機１の電源周波数判別処理を示すフローチャートである。図５の手順は、遠心分離機１の電源コードが、商用電源のコンセントに接続された際に実行される。電源コードがコンセントに接続されると、トランス１５の一次側に商用電源３０が供給される。用いられる商用電源３０には、国や地域によって、２００Ｖ、２０８Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖ等の様々な電圧があるが、工場での組立時にトランスの適切な入力端子に接続されるか、遠心分離機１を設置する現地の設置作業者によって、トランスの適切な入力端子が選択されている。
【００４２】
トランス１５の一次側に商用電源３０が供給されると、所定の巻線比に応じた出力電源がトランス１５の二次側の端子である１００Ｖタップ、１１５Ｖタップに出力される。二次側の１００Ｖ及び０Ｖタップから出力される電圧はゼロクロス検出手段２６に入力され、ゼロクロス検出手段２６からゼロクロス信号がマイクロコンピュータ２７の外部割込み端子に入力される。
【００４３】
先ず、電源コンセントが接続されると（ステップ１０１）、ゼロクロス検出手段２６に所定電圧の交流信号が入力されるので、マイクロコンピュータ２７はゼロクロス信号が１０回入力されるまで待つ（ステップ１０２）。これは、電源接続直後の電圧歪みが無くなるまで待つのと、ゼロクロス検出手段２６によってゼロクロス信号が正しく生成されているかの確認を行うためである。同時に、ゼロクロス信号によってゼロクロス検出手段２６からの出力信号（ゼロクロス信号）と、マイクロコンピュータ２７のタイマーとの同期が取られる。ゼロクロス信号の出力間隔（割り込み間隔）は、５０Ｈｚの場合１０ｍｓ、６０Ｈｚの場合８．３ｍｓになる。
【００４４】
その後、ゼロクロス信号がさらに１００回入力されたときの時間を計測する（ステップ１０３）。このとき、ゼロクロス信号の割り込み間隔が異常に早い信号がある場合（例えば５ｍｓ以内）は、ノイズの混入と判断して、異常に早い信号はカウントに含めないようにすると良い。次に、ゼロクロス信号の１００回分の時間から１周期分の平均時間を算出し、平均時間から周波数に換算する（ステップ１０４）。
【００４５】
次に、周波数への換算値が５０±３Ｈｚ以内かを判定する（ステップ１０５）。換算値が５０±３Ｈｚ以内ならば電源周波数を５０Ｈｚと確定し（ステップ１０６）、マイクロコンピュータ２７は電圧切替え手段２１の設定信号により、冷却機８に出力するトランス１５の出力として１００Ｖタップを選択する（ステップ１０７）。この際、トランス１５のアース出力（０Ｖ）は、予め冷却機８に接続されているので、電圧切替え手段２１によって１００Ｖタップが選択されることにより、冷却機８に交流１００Ｖが供給される回路が形成されることになる。
【００４６】
ステップ１０５において、周波数への換算値が５０±３Ｈｚ以内で無い場合は、６０±３Ｈｚ以内かを判定する（ステップ１０８）。換算値が６０±３Ｈｚ以内ならば電源周波数を６０Ｈｚと確定し（ステップ１０９）、マイクロコンピュータ２７は電圧切替え手段２１の設定信号により、冷却機８に出力するトランス１５の出力として１１５Ｖタップを選択する（ステップ１１０）。ステップ１０８において、周波数への換算値が６０±３Ｈｚ以内で無い場合は、５０Ｈｚでも６０Ｈｚでもないので、電源周波数異常と判断してアラームを出力する（ステップ１１１）。アラームの出力の仕方は、公知の種々の方法を用いることができるが、例えば音で警告すると良い。また、同時に操作パネル７に“電源周波数異常”である旨と、その状況を表示すると好ましい。尚、ステップ１０５とステップ１０８において、所望の周波数から±３Ｈｚ以内であるかをチェックしたが、この３Ｈｚという範囲は、必ずしもこの範囲に限られずに、用いられる冷却機８の仕様や遠心分離機１に応じて任意に設定すれば良い。
【００４７】
ステップ１０７又はステップ１１０にて正しい電圧が設定されると、遠心分離機１の冷却機８が駆動できる状態、即ちスタンバイ状態となる。冷却機８以外に、電源周波数及び電源電圧に依存しない機器は、あらかじめトランス１５の出力タップ（ここでは、１００Ｖと０Ｖ）に接続されているため電圧設定制御は不要である。この状態で、マイクロコンピュータ２７は、ユーザ（オペレータ）による遠心分離運転の設定及び開始（スタートボタンの押下）を待つ。
【００４８】
ユーザ（オペレータ）は、図示しない試料をロータ２にセットし、モータ軸１３の先端部に装着する。ドア１２を閉じ、操作パネル７からロータ２の回転数と遠心時間と設定温度などのパラメータを入力して運転を開始する。制御装置６は、入力された回転数に基づきエンコーダ１１によって検出された回転数信号をフィードバックしてモータ３の回転数制御を実行する。このとき、制御装置６は、ロータ２が収容されるロータ室４の底部に設けた温度センサ１４の検出温度をフィードバックして、ロータ２の温度が設定された温度になるように冷却機８を半導体リレー２２によりオン又はオフの制御をして、冷却機８を断続運転する。
【００４９】
電圧切替え手段２１は、マイクロコンピュータ２７により電源周波数に対応した電圧に接点を切り替えられており、半導体リレー２２をオンにすることによって、設定済みの適切な電圧が冷却機８に供給されることになり、冷却機８は稼働を開始する。このように、電圧切替え手段２１の電圧切替え動作は、図５のフローチャートで示したように電源コンセントの接続時に行われ、冷却機８をオン又はオフにする制御の際には、半導体リレー２２を使用するので、電圧切替え手段２１の接点部は大きな電流の開閉動作をしないため、電圧切替え手段２１の接点部が受ける負荷は軽減され、接点寿命を心配する必要はほとんど無い。
【００５０】
以上説明したように、本実施例によれば通電された電源周波数を判別して適切な電圧を冷却機に供給するようにしたので、従来は設置する国や地域で行っていたトランスの二次側配線の切替え作業を無くすことができ、冷却機を駆動する電圧の切替えを自動化させた遠心分離機を実現できる。また、リレーなどのように機械的な接点で冷却機をオン／オフせずに、半導体リレーを用いて冷却機を駆動するようにしたので、寿命が長い遠心分離機を提供することができる。
【００５１】
以上、本発明者によってなされた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、遠心分離機中の周波数及び電圧に依存する機器として、冷却機の例をもって説明したが、冷却機だけに拘わらず、その他の周波数及び電圧依存機器（例えばＡＣファン等）が有る場合は、その機器に対しても同様に電圧切替え手段２１を介して電圧を供給するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ 遠心分離機 ２ ロータ ３ モータ ４ ロータ室
５ ボウル ６ 制御装置 ７ 操作パネル ８ 冷却機
９ エバポレータ １０ 断熱材 １１ エンコーダ
１２ ドア １３ モータ軸 １４ 温度センサ
１５ トランス ２１、２１ａ 電圧切替え手段
２２ 半導体リレー ２３ ＡＣ／ＤＣコンバータ
２６ ゼロクロス検出手段 ２７ マイクロコンピュータ
２８ ＡＣ／ＤＣコンバータ ２９ インバータ回路
３０ 商用電源 ３１ 制御ライン ３２ 制御信号ライン
３３ 回転制御ライン ３４、３５ 出力信号ライン
３６ 入出力ライン ＲＹ１、ＲＹ２ リレー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを高速回転させる遠心分離機に関し、特に、電源周波数判別による冷却機への駆動電圧切替えを自動で行うようにした遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠心分離機は商用電源で動作するコンプレッサを搭載した冷却機を備え、ロータに収容された分離すべき試料を高速回転させて遠心分離する際、ロータ室内の空気とロータとの摩擦熱により試料温度が上昇するのを防止するため、冷却機を駆動してロータ室内を冷却し、試料の温度が所望の目標温度になるように制御していた。
【０００３】
具体的には、ロータ室内の温度を温度センサでセンシングし、冷却機をオン／オフ制御する。ロータ室内温度はオーバーシュート、アンダーシュートを繰返してロータ室内の温度を脈動させながら所望の目標温度に近づけるように制御していた。このとき、温度制御誤差を補うため、予め実験して求めておいた目標温度と試料温度の差である温度補正値を用いて制御温度の高精度化を図っていた。
【０００４】
上記した冷却機には、電源周波数が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚによって駆動電圧が異なるように構成されたものがあり、このような冷却機を用いる場合には、電源周波数の違いによって冷却機に供給される駆動電圧を変更させる必要がある。例えば、駆動電圧がＡＣ１００Ｖ付近で動作する冷却機の場合、交流周波数が５０Ｈｚ環境の場合は冷却機にＡＣ１００Ｖの駆動電圧を供給し、交流周波数が６０Ｈｚ環境の場合はＡＣ１１５Ｖの駆動電圧を供給する必要がある。
【０００５】
近年、遠心分離機においては海外規格適合の要求が益々高まっている。こうした中、北米などの海外規格に適合した冷却機の多くは、電源周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）に関わらずに同じ電圧で動作するものがラインナップされておらず、電源周波数によって動作電圧が異なる。そのため、遠心分離機の製造業者は、仕向け先の国・地域別に電圧を切り替える作業、具体的にはトランスのタップ接続切替え等の作業を行っていた。
【０００６】
また電源周波数に関しては、日本のように５０Ｈｚ／６０Ｈｚを併用している国があることから、国別に自動的に仕向けることができない場合もあり、その場合は、設置する場所の電源周波数に応じて、現地の設置作業者が接続切替え作業を現地で行うようにしている。こうした作業は手間が掛かる上に、作業ミスなどのリスクを伴う。また、現地の設置作業者がトランスのタップ接続切替えを忘れてしまうといった問題がある。
【０００７】
電源周波数の違いで駆動能力が異なる電気機器の例として、交流電源で駆動する冷却ファンがある。交流駆動式の冷却ファンは、電源周波数５０Ｈｚと６０Ｈｚとでは回転数が異なるため、風量及びファン音が異なる。そこで特許文献１では、必要風量の確保、またファン音の低減を目的に電源周波数を分別し冷却ファンに印加する電圧を制御するようにしているが、遠心分離機における冷却機の駆動電圧を変えることについては何ら言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２９１８５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、コンバータ回路／インバータ回路を用いて冷却機を駆動する方式がある。本方式では電源周波数に関わらず冷却機を駆動できるというメリットがある一方、駆動回路が複雑、大きい、高額になってしまうなどのデメリットがある。
【００１０】
一方、遠心分離機においてはロータ室を所望の温度に保つために、冷却機を断続的に稼働させるオン／オフ制御が行われる。この冷却機をオンにして起動する際に、起動電流が数サイクル間で数十アンペア流れることから、リレーなどの機械的なオン／オフ動作は接点が痛んでしまい遠心分離機の寿命を短くしてしまう恐れがある。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、現地の設置作業者が行っていた配線の切替え作業を無くして、冷却機を駆動する電圧の切替えを自動化させた遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、マイクロコンピュータによって冷却機等の周波数及び電圧依存機器への電圧供給を容易に切り替えるように構成した遠心分離機を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、冷却機を頻繁にオン／オフ制御してもリレーの接点が溶着しない長寿命の冷却機の駆動回路を有する遠心分離機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
【００１５】
本発明の一つの特徴によれば、遠心分離される試料を収容するロータと、ロータを回転駆動するモータと、ロータを収容するロータ室を画定するボウルと、ボウルを冷却することによってロータ室を所望の温度に保つための冷却機と、モータの回転と冷却機の運転の制御する制御部（制御装置）を有する遠心分離機において、複数の二次側タップを有し一次側から入力される交流電圧を複数の電圧に変換して出力するトランスと、トランスの複数の二次側タップと接続され二次側タップのいずれかの出力を選択して冷却機に出力する電圧切替え手段と、交流電圧の周波数を判別する周波数判別手段とを設け、制御部は周波数判別手段によって判別された電源周波数に対応した二次側タップを選択するように電圧切替え手段を制御する。ここで用いられる冷却機は、複数の電源周波数によって動作可能であって、電源周波数毎に動作電圧が異なるように構成されたものである。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、モータ及び制御部に供給される交流電圧は、電圧切替え手段を介さずにトランスの二次側タップのいずれかから供給される。トランスは一次巻線及び二次巻線に複数のタップを有する降圧トランスとすると好ましい。周波数判別手段は、トランスの二次側タップのいずれかと接続され、トランスの出力電圧が０Ｖ電位をクロスするタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、ゼロクロス検出手段から出力されたゼロクロス信号の間隔を測定することにより電源周波数を算出する算出手段を含む。
【００１７】
本発明のさらに他の特徴によれば、制御部はマイクロコンピュータを含み、算出手段はマイクロコンピュータによって実現される。電圧切替え手段から冷却機の接続は、冷却機へ通電をオン又はオフ制御する半導体リレーを介して行い、半導体リレーは制御部によってオン／オフ制御される。半導体リレーは、ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーとすると良い。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、トランスの複数の二次側タップと接続され、いずれかの二次側タップの出力を選択して冷却機に出力する電圧切替え手段を設け、制御部が周波数判別手段によって判別された電源周波数に対応した二次側タップを選択するように電圧切替え手段を操作し、適切な電圧を冷却機に供給するようにしたので、現地で行っていた配線の切替え作業を無くすことができ、冷却機を駆動する電圧の切替えを自動化させた遠心分離機を提供することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、冷却機は複数の電源周波数によって動作可能であって、電源周波数毎に動作電圧が異なるように構成されるので、電源周波数に即した適切な電源電圧を自動的に供給できる遠心分離機を提供することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、モータ及び制御部に供給される交流電圧は、電圧切替え手段を介さずに、トランスの二次側タップのいずれかから供給されるので、電圧切替え手段による電圧切替え時の瞬断に影響されることなく安定して動作させることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、トランスは一次巻線及び二次巻線に複数のタップを有する降圧トランスであるので、複数の電源電圧、電源周波数の国においても使用することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、ゼロクロス検出手段から出力されたゼロクロス信号の間隔を測定することにより電源周波数を算出するので、制御部は電源周波数に応じた適切な電源電圧管理を行うことができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、制御部はマイクロコンピュータを含み、算出手段はマイクロコンピュータによって実現されるので、コンピュータプログラムを用いて様々な制御を行うことができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、電圧切替え手段から冷却機の接続は、冷却機へ通電をオン又はオフ制御する半導体リレーを介して行うので、リレーなどのように機械的な接点で直接冷却機をオン／オフしないですみ、冷却機の駆動回路の寿命を長くすることができる。
【００２５】
請求項８の発明によれば、半導体リレーは、ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーであるので、出力電圧のＯＮへの切り替えを電圧０Ｖの時に行うことができ、冷却機の起動電流が安定するため、起動時の動作が安定するとともにノイズレベルを抑えることができる。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機１の全体構成の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る遠心分離機１の電源供給回路を示すブロック図である。
【図３】図２の電圧切替え手段２１の構成を示す切替え回路図である。
【図４】図２の電圧切替え手段２１の変形例の構成を示す切替え回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る遠心分離機１の電源周波数判別処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２８】
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、その繰り返しの説明は省略する。図１は本発明の実施例に係る遠心分離機１の全体構成の概略を示す断面図である。
【００２９】
遠心分離機１は、本体内部にロータ室４を備え、ロータ室４の下方には駆動源であるモータ３とモータ３の回転数を検出するためのエンコーダ１１が設けられる。モータ３から上方であってボウル５の内部へ延びる出力軸（モータ軸）１３の先端部には、ロータ２が着脱可能に装着される。ボウル５は、上部に円形の開口部を有する略円筒形の容器であり、ロータ室４を画定する。ボウル５の上側の開口部は、ドア１２により開閉可能に構成される。遠心分離機１の運転時には、図示していないロック機構でドア１２が開かないようにロックされ密閉される。ボウル５の外周には、冷却機８より配管されたエバポレータ（蒸発器）９が巻装され、その周囲は断熱材１０で覆われる。ロータ室４の底部にはロータ室４内の温度またはロータ２からの輻射熱を検出する温度センサ１４が設けられる。ここで、冷却機８は、ボウル５の温度を所定の低温に下げるように冷却する電気機器であって、冷蔵機又は冷凍機とも呼ばれる。冷却機８の種類は、閉じたパイプの中を冷媒を循環させながら圧縮する冷媒使用型の冷却機であっても良いし、その他の冷却装置を用いても良い。
【００３０】
遠心分離機１の上部には操作パネル７が設置される。操作パネル７は、例えばタッチ式の液晶表示パネルとすると情報の表示だけでなく、各種情報の入力も操作パネル７から可能となる。遠心分離機１の内部には制御装置６が設けられる。制御装置６は、図示しないマイクロコンピュータ、タイマー、記憶装置等を含んで構成され、モータ３の回転制御、ロータ室４の温度制御のための冷却機８の運転制御を含め、遠心分離機１の全体の制御を行う。制御装置６は、トランス１５の電圧切替え制御ライン３１、冷却機８への制御信号ライン３２、モータ３の回転制御ライン３３、エンコーダ１１からの出力信号ライン３４、温度センサ１４の出力信号ライン３５、及び操作パネル７への入出力ライン３６によって各部と電気的に接続される。
【００３１】
次に、遠心分離機１の電源周波数判別による冷却機８への駆動電圧切替えについて、図２及び図３に基づいて説明する。図２は本発明の実施例に係る遠心分離機１の電源供給回路を示すブロック図である。
【００３２】
遠心分離機１に設けられた電源コード（図示せず）を商用電源３０のコンセントに接続することにより、商用電源３０がトランス１５の一次側に入力される。トランス１５は、交流電力の電圧を電磁誘導を利用して変換する装置であり、例えば、入力側の巻線（一次巻線）の交流電流により変化する磁場を発生させ、それを相互インダクタンスで結合された出力側の巻線（二次巻線）に伝えて再び電流に変換するものである。相互インダクタンスで結合する磁気回路として例えば鉄心が用いられ、異なる電圧の二次電圧に対応するために二次巻線側には複数のタップが設けられる。さらに、異なる電圧の一次電圧に対応する場合には、一次巻線側にも複数のタップを設けると好ましい。本実施例では図示していないが一次巻線側に、例えば０Ｖ、２００Ｖ、２０８Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖの５つのタップ（端子）が設けられ、商用電源電圧に合わせて任意のタップ（例えば商用電圧が２２０Ｖの時は、０Ｖと２２０Ｖのタップ）を選択する。同様にして二次巻線側には、０Ｖ、１００Ｖ、１１５Ｖの３つのタップが設けられ、１００Ｖ及び１１５Ｖのタップは電圧切替え手段２１の入力側に接続される。
【００３３】
トランス１５の異なるタップから出力された異なる電圧ライン（ＡＣ１００ＶまたはＡＣ１１５Ｖ）は電圧切替え手段２１に接続される。電圧切替え手段２１はマイクロコンピュータ２７によって操作され、異なる電圧ラインのどちらか片方を選択して出力させるものであり、本実施例においては冷却機８のように周波数及び電圧に依存する電気機器に供給される電圧のみを電圧切替え手段２１によって切り替えるように構成し、その他の電圧
機器（周波数にも電圧にも依存しない電気機器、別の表現をすれば更に変換される電圧で駆動される電気機器）には電圧切替え手段２１を介さずにＡＣ１００Ｖのタップから接続される。尚、本実施例では、その他の電圧機器にはＡＣ１００Ｖのタップから接続する例を示したが、トランス１５のＡＣ１００Ｖ側のタップから、あるいはその他の電圧のタップから接続するようにしても良い。
【００３４】
トランス１５から出力された電圧ライン（ＡＣ１００Ｖと０Ｖ）は、マイクロコンピュータ２７用に例えば直流５Ｖの低電圧を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ２３と、商用電圧の周波数の判別のために用いられるゼロクロス検出手段２６と、モータ３を駆動するインバータ回路２９用の直流電力を生成するＡＣ／ＤＣコンバータ２８に接続される。ゼロクロス検出手段２６は、トランス１５の１００Ｖ出力波が０Ｖ電位をクロスするタイミングでゼロクロス信号を生成し、マイクロコンピュータ２７へ伝達する。マイクロコンピュータ２７は、内蔵するタイマーを用いて後述する電源周波数の判別処理を実行し、電源周波数を確定する。この判別は、例えば商用電圧の周波数が５０Ｈｚか６０Ｈｚかを識別する。マイクロコンピュータ２７は確定した電源周波数の情報から、電源周波数に対応した適正な電圧が冷却機８に供給されるように電圧切替え手段２１を制御する。
【００３５】
図３は本発明に係る遠心分離機１の電圧切替え手段２１の一実施例を示す切替え回路図である。図３に示す電圧切替え手段２１はｃ接点タイプのリレーであり、リレーのオン／オフで接続先を接点（ア）または接点（イ）に切替える。このｃ接点タイプのリレーは、冷却機などの大電流に耐えるものが少なく、高容量タイプは大型で高価である。
【００３６】
また、電圧切替え手段２１の変形例として、図４に示されるような電圧切替え手段２１ａを用いても良い。電圧切替え手段２１ａは、比較的安価なａ接点タイプのリレーを２個（ＲＹ１とＲＹ２）設け、マイクロコンピュータ２７によってリレーＲＹ１かリレーＲＹ２のいずれか一方だけをオンすることで電圧切替えを実現できる。電圧切替え手段２１ａにおいて、誤って２個（ＲＹ１とＲＹ２）のリレーを同時にオンしてしまうと、トランス１５間で短絡回路となってしまうため、冷却機８の保護も含めたヒューズ（Ｆ１、Ｆ２）を設けるようにした。
【００３７】
再び図２に戻り、電圧切替え手段２１の出力側と冷却機８の間に配置される半導体リレー２２は、マイクロコンピュータ２７によってオン又はオフが制御されるスイッチ手段であって、例えば、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ：Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）が用いられる。電磁リレーを用いることも可能であるが、半導体を使った無接点リレーであるソリッドステートリレーを用いれば接点の劣化を防止できるので、長期にわたって安定して動作をさせることができる。ソリッドステートリレーは、入力側と出力側が絶縁され、入力と出力のＯＮ、ＯＦＦが一致する機能を半導体素子を用いて無接点化した半導体制御部品である。
【００３８】
尚、冷却機８は通常、起動電流が大きいことから、起動時にノイズが発生し易くなる。そこで、位相制御用のソリッドステートリレーを用いるのではなく、０Ｖ電位からオン動作するように構成したゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーを用いる方が好ましい。ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーでは、入力電圧が交流電源電圧のピーク値近傍で印加されたとすると、ゼロクロス回路の作用により出力回路にすぐには電流が流れない。交流電源電圧が減少して０Ｖ近くになると、ソリッドステートリレーの出力回路のトライアックがオン状態となり、負荷に電流が流れるようになる。このようにゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーでは、出力電圧のＯＮへの切り替えを交流電源電圧が０Ｖの時に行うようにしたので、冷却機８の起動電流が安定し、冷却機８の寿命を大幅に伸ばすことができ、起動時のノイズレベルを抑えることができる。
【００３９】
トランス１５から出力された電圧ライン（ＡＣ１００Ｖと０Ｖ）の一つは、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２３は、商用の交流電力からマイクロコンピュータ２７及びその他の制御装置６や操作パネル７等の動作電源を提供するものである。ここで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３を電圧切替え手段２１の後段側（出力側）から接続するのではなく、前段側（入力側）から接続するようにしたのは、電圧切替え手段２１による切り替え時に、電圧切替え手段２１からの出力電圧が瞬断されるため、それによってマイクロコンピュータ２７の動作に影響が出るためである。尚、電圧切替え手段２１からの出力電圧が瞬断を補償するためのバックアップ電源をマイクロコンピュータ２７に設けるならば、ＡＣ／ＤＣコンバータ２３を電圧切替え手段２１の後段側（出力側）から接続するように構成しても良い。
【００４０】
トランス１５から出力された電圧ライン（ＡＣ１００Ｖと０Ｖ）は、さらにＡＣ／ＤＣコンバータ２８に入力される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２８は、商用の交流電力からモータ３を駆動するための高電圧の直流電圧を生成し、インバータ回路２９に接続される。インバータ回路２９は、例えば６個の半導体スイッチング素子を用いてスター結線された三相のブラシレスＤＣモータ等のモータ３のステータ巻線に、順次駆動電圧を供給するためのものである。インバータ回路２９は、エンコーダ１１によって検出された回転数信号を用いてマイクロコンピュータ２７によって制御される。以上のように、マイクロコンピュータ２７はモータ３の回転数制御を実行し、ロータ２に収容された試料を所定の回転数で所定の時間だけ遠心分離運転を行う。
【００４１】
次に図５のフローチャートを用いて電源周波数の判別処理の手順について説明する。図５は本発明に係る遠心分離機１の電源周波数判別処理を示すフローチャートである。図５の手順は、遠心分離機１の電源コードが、商用電源のコンセントに接続された際に実行される。電源コードがコンセントに接続されると、トランス１５の一次側に商用電源３０が供給される。用いられる商用電源３０には、国や地域によって、２００Ｖ、２０８Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖ等の様々な電圧があるが、工場での組立時にトランスの適切な入力端子に接続されるか、遠心分離機１を設置する現地の設置作業者によって、トランスの適切な入力端子が選択されている。
【００４２】
トランス１５の一次側に商用電源３０が供給されると、所定の巻線比に応じた出力電源がトランス１５の二次側の端子である１００Ｖタップ、１１５Ｖタップに出力される。二次側の１００Ｖ及び０Ｖタップから出力される電圧はゼロクロス検出手段２６に入力され、ゼロクロス検出手段２６からゼロクロス信号がマイクロコンピュータ２７の外部割込み端子に入力される。
【００４３】
先ず、電源コンセントが接続されると（ステップ１０１）、ゼロクロス検出手段２６に所定電圧の交流信号が入力されるので、マイクロコンピュータ２７はゼロクロス信号が１０回入力されるまで待つ（ステップ１０２）。これは、電源接続直後の電圧歪みが無くなるまで待つのと、ゼロクロス検出手段２６によってゼロクロス信号が正しく生成されているかの確認を行うためである。同時に、ゼロクロス信号によってゼロクロス検出手段２６からの出力信号（ゼロクロス信号）と、マイクロコンピュータ２７のタイマーとの同期が取られる。ゼロクロス信号の出力間隔（割り込み間隔）は、５０Ｈｚの場合１０ｍｓ、６０Ｈｚの場合８．３ｍｓになる。
【００４４】
その後、ゼロクロス信号がさらに１００回入力されたときの時間を計測する（ステップ１０３）。このとき、ゼロクロス信号の割り込み間隔が異常に早い信号がある場合（例えば５ｍｓ以内）は、ノイズの混入と判断して、異常に早い信号はカウントに含めないようにすると良い。次に、ゼロクロス信号の１００回分の時間から１周期分の平均時間を算出し、平均時間から周波数に換算する（ステップ１０４）。
【００４５】
次に、周波数への換算値が５０±３Ｈｚ以内かを判定する（ステップ１０５）。換算値が５０±３Ｈｚ以内ならば電源周波数を５０Ｈｚと確定し（ステップ１０６）、マイクロコンピュータ２７は電圧切替え手段２１の設定信号により、冷却機８に出力するトランス１５の出力として１００Ｖタップを選択する（ステップ１０７）。この際、トランス１５のアース出力（０Ｖ）は、予め冷却機８に接続されているので、電圧切替え手段２１によって１００Ｖタップが選択されることにより、冷却機８に交流１００Ｖが供給される回路が形成されることになる。
【００４６】
ステップ１０５において、周波数への換算値が５０±３Ｈｚ以内で無い場合は、６０±３Ｈｚ以内かを判定する（ステップ１０８）。換算値が６０±３Ｈｚ以内ならば電源周波数を６０Ｈｚと確定し（ステップ１０９）、マイクロコンピュータ２７は電圧切替え手段２１の設定信号により、冷却機８に出力するトランス１５の出力として１１５Ｖタップを選択する（ステップ１１０）。ステップ１０８において、周波数への換算値が６０±３Ｈｚ以内で無い場合は、５０Ｈｚでも６０Ｈｚでもないので、電源周波数異常と判断してアラームを出力する（ステップ１１１）。アラームの出力の仕方は、公知の種々の方法を用いることができるが、例えば音で警告すると良い。また、同時に操作パネル７に“電源周波数異常”である旨と、その状況を表示すると好ましい。尚、ステップ１０５とステップ１０８において、所望の周波数から±３Ｈｚ以内であるかをチェックしたが、この３Ｈｚという範囲は、必ずしもこの範囲に限られずに、用いられる冷却機８の仕様や遠心分離機１に応じて任意に設定すれば良い。
【００４７】
ステップ１０７又はステップ１１０にて正しい電圧が設定されると、遠心分離機１の冷却機８が駆動できる状態、即ちスタンバイ状態となる。冷却機８以外に、電源周波数及び電源電圧に依存しない機器は、あらかじめトランス１５の出力タップ（ここでは、１００Ｖと０Ｖ）に接続されているため電圧設定制御は不要である。この状態で、マイクロコンピュータ２７は、ユーザ（オペレータ）による遠心分離運転の設定及び開始（スタートボタンの押下）を待つ。
【００４８】
ユーザ（オペレータ）は、図示しない試料をロータ２にセットし、モータ軸１３の先端部に装着する。ドア１２を閉じ、操作パネル７からロータ２の回転数と遠心時間と設定温度などのパラメータを入力して運転を開始する。制御装置６は、入力された回転数に基づきエンコーダ１１によって検出された回転数信号をフィードバックしてモータ３の回転数制御を実行する。このとき、制御装置６は、ロータ２が収容されるロータ室４の底部に設けた温度センサ１４の検出温度をフィードバックして、ロータ２の温度が設定された温度になるように冷却機８を半導体リレー２２によりオン又はオフの制御をして、冷却機８を断続運転する。
【００４９】
電圧切替え手段２１は、マイクロコンピュータ２７により電源周波数に対応した電圧に接点を切り替えられており、半導体リレー２２をオンにすることによって、設定済みの適切な電圧が冷却機８に供給されることになり、冷却機８は稼働を開始する。このように、電圧切替え手段２１の電圧切替え動作は、図５のフローチャートで示したように電源コンセントの接続時に行われ、冷却機８をオン又はオフにする制御の際には、半導体リレー２２を使用するので、電圧切替え手段２１の接点部は大きな電流の開閉動作をしないため、電圧切替え手段２１の接点部が受ける負荷は軽減され、接点寿命を心配する必要はほとんど無い。
【００５０】
以上説明したように、本実施例によれば通電された電源周波数を判別して適切な電圧を冷却機に供給するようにしたので、従来は設置する国や地域で行っていたトランスの二次側配線の切替え作業を無くすことができ、冷却機を駆動する電圧の切替えを自動化させた遠心分離機を実現できる。また、リレーなどのように機械的な接点で冷却機をオン／オフせずに、半導体リレーを用いて冷却機を駆動するようにしたので、寿命が長い遠心分離機を提供することができる。
【００５１】
以上、本発明者によってなされた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、遠心分離機中の周波数及び電圧に依存する機器として、冷却機の例をもって説明したが、冷却機だけに拘わらず、その他の周波数及び電圧依存機器（例えばＡＣファン等）が有る場合は、その機器に対しても同様に電圧切替え手段２１を介して電圧を供給するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ 遠心分離機 ２ ロータ ３ モータ ４ ロータ室
５ ボウル ６ 制御装置 ７ 操作パネル ８ 冷却機
９ エバポレータ １０ 断熱材 １１ エンコーダ
１２ ドア １３ モータ軸 １４ 温度センサ
１５ トランス ２１、２１ａ 電圧切替え手段
２２ 半導体リレー ２３ ＡＣ／ＤＣコンバータ
２６ ゼロクロス検出手段 ２７ マイクロコンピュータ
２８ ＡＣ／ＤＣコンバータ ２９ インバータ回路
３０ 商用電源 ３１ 制御ライン ３２ 制御信号ライン
３３ 回転制御ライン ３４、３５ 出力信号ライン
３６ 入出力ライン ＲＹ１、ＲＹ２ リレー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心分離される試料を収容するロータと、
前記ロータを回転駆動するモータと、
前記ロータを収容するロータ室を画定するボウルと、
前記ボウルを冷却することによって前記ロータ室を所望の温度に保つための冷却機と、
前記モータの回転と前記冷却機の運転の制御する制御部を有する遠心分離機において、
複数の二次側タップを有し、一次側から入力される交流電圧を複数の電圧に変換して出力するトランスと、
前記トランスの複数の二次側タップと接続され、二次側タップのいずれかの出力を選択して前記冷却機に出力する電圧切替え手段と、
前記交流電圧の周波数を判別する周波数判別手段と、を設け、
前記制御部は、前記周波数判別手段によって判別された電源周波数に対応した前記二次側タップを選択するように前記電圧切替え手段を制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記冷却機は複数の電源周波数によって動作可能であって、電源周波数毎に動作電圧が異なるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記モータ及び前記制御部に供給される交流電圧は、前記電圧切替え手段を介さずに、前記トランスの二次側タップのいずれかから供給されることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離機。
【請求項４】
前記トランスは一次巻線及び二次巻線に複数のタップを有する降圧トランスであ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。
【請求項５】
前記周波数判別手段は、
前記トランスの二次側タップのいずれかと接続され、
前記トランスの出力電圧が０Ｖ電位をクロスするタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロス検出手段から出力されたゼロクロス信号の間隔を測定することにより電源周波数を算出する算出手段を含む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分離機。
【請求項６】
前記制御部はマイクロコンピュータを含み、
前記算出手段はマイクロコンピュータによって実現されることを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。
【請求項７】
前記電圧切替え手段から前記冷却機の接続は、前記冷却機へ通電をオン又はオフ制御する半導体リレーを介して行われ、
前記半導体リレーは前記制御部によってオン又はオフの制御がされることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項８】
前記半導体リレーは、ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーであることを特徴とする請求項７に記載の遠心分離機。
【請求項１】
遠心分離される試料を収容するロータと、
前記ロータを回転駆動するモータと、
前記ロータを収容するロータ室を画定するボウルと、
前記ボウルを冷却することによって前記ロータ室を所望の温度に保つための冷却機と、
前記モータの回転と前記冷却機の運転の制御する制御部を有する遠心分離機において、
複数の二次側タップを有し、一次側から入力される交流電圧を複数の電圧に変換して出力するトランスと、
前記トランスの複数の二次側タップと接続され、二次側タップのいずれかの出力を選択して前記冷却機に出力する電圧切替え手段と、
前記交流電圧の周波数を判別する周波数判別手段と、を設け、
前記制御部は、前記周波数判別手段によって判別された電源周波数に対応した前記二次側タップを選択するように前記電圧切替え手段を制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
前記冷却機は複数の電源周波数によって動作可能であって、電源周波数毎に動作電圧が異なるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
【請求項３】
前記モータ及び前記制御部に供給される交流電圧は、前記電圧切替え手段を介さずに、前記トランスの二次側タップのいずれかから供給されることを特徴とする請求項２に記載の遠心分離機。
【請求項４】
前記トランスは一次巻線及び二次巻線に複数のタップを有する降圧トランスであ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。
【請求項５】
前記周波数判別手段は、
前記トランスの二次側タップのいずれかと接続され、
前記トランスの出力電圧が０Ｖ電位をクロスするタイミングを検出するゼロクロス検出手段と、
前記ゼロクロス検出手段から出力されたゼロクロス信号の間隔を測定することにより電源周波数を算出する算出手段を含む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分離機。
【請求項６】
前記制御部はマイクロコンピュータを含み、
前記算出手段はマイクロコンピュータによって実現されることを特徴とする請求項５に記載の遠心分離機。
【請求項７】
前記電圧切替え手段から前記冷却機の接続は、前記冷却機へ通電をオン又はオフ制御する半導体リレーを介して行われ、
前記半導体リレーは前記制御部によってオン又はオフの制御がされることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項８】
前記半導体リレーは、ゼロクロス内蔵タイプのソリッドステートリレーであることを特徴とする請求項７に記載の遠心分離機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１０８７１（Ｐ２０１２−１１０８７１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４４３１（Ｐ２０１０−２６４４３１）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]