遠心分離機
【課題】
遠心分離機において、交流電源の容量に対して複数のモータへの電力配分を設定する。
【解決手段】
双方向の昇圧コンバータ４からインバータ８を介して接続される遠心用モータ（ロータ駆動用モータ）９と、単方向の昇圧コンバータ５からインバータ１２を介して接続されるロータ冷却用コンプレッサ用モータ１３を交流電源２２に並列に接続し、これらのコンバータ４、５の昇圧電圧を交流電圧２２のピーク値以上とし、制御装置２０はインバータ８、１２を例えばＰＷＭ制御によりこれらのモータ９、１３に適切な電圧が供給されるように制御する。この際、交流電源２２の給電容量に合わせて遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３のロータ加速時の電力配分を設定する。この配分はあらかじめ設定して記憶しておき、これに従ってモータ９、１３の回転を制御する。
遠心分離機において、交流電源の容量に対して複数のモータへの電力配分を設定する。
【解決手段】
双方向の昇圧コンバータ４からインバータ８を介して接続される遠心用モータ（ロータ駆動用モータ）９と、単方向の昇圧コンバータ５からインバータ１２を介して接続されるロータ冷却用コンプレッサ用モータ１３を交流電源２２に並列に接続し、これらのコンバータ４、５の昇圧電圧を交流電圧２２のピーク値以上とし、制御装置２０はインバータ８、１２を例えばＰＷＭ制御によりこれらのモータ９、１３に適切な電圧が供給されるように制御する。この際、交流電源２２の給電容量に合わせて遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３のロータ加速時の電力配分を設定する。この配分はあらかじめ設定して記憶しておき、これに従ってモータ９、１３の回転を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な電源事情に対して構成を変更せずに対応でき、小形化・低騒音化を達成すると共に高精度な温度制御を実現した遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機、とりわけ高速冷却遠心機と呼ばれる種類に属する遠心分離機は、高速回転するロータを低温（例えば４℃）に冷却保持し、短時間にロータ加速・減速する能力が必要な実験室用或いは製造工程のルーチン作業に広く使用される。このような遠心分離機は、チューブ・ボトルに入れた分離・沈殿させる試料をロータに保持させて、チャンバ内のクラウンにセットされたロータを所定の回転数まで加速した後に整定させ、しかる後に減速停止して遠心分離した試料を得る装置である。
【０００３】
従来の高速冷却遠心機では、試料の遠心分離時間がさほど長くないことが多く、ロータの加速・減速時間を短縮して分離・沈殿物の収集能率を向上させることが重要であり、加減速時間が短いことが特に要求される。また、遠心分離運転中に分離・沈殿させる試料は、生化学的活性の低下・温度による劣化を防ぐために、遠心分離運転中はロータに保持された試料を低温（例えば４℃）に高精度に保持する能力が求められる。さらに、設置スペースが小さく小形であることが重要であり、研究・実験室などの静かな周囲環境で使用されるため運転音が静かであることも重要である。
【０００４】
一方、遠心分離機の仕向け先（配送先）は全世界に及ぶため、各国での電源事情が様々であり、従来から一つの設計仕様で電源の電圧・周波数・給電容量に対応できるような構成とされている。出願人により現在販売されている製品の一般的な構成としては、ロータの加速・減速するためのモータはインバータによる可変速制御が行われ、試料を低温に保持する冷凍ユニットのコンプレッサモータと凝縮機通風ファンは共に単相誘導モータによるオンオフ制御が行われる。
【０００５】
遠心分離機にインバータ制御による可変速モータとする技術は特許文献１により提案されている。特許文献１では、ロータを回転駆動するモータの力行・電源回生運転に際し、電源から給電或いは電源に戻す電流を高力率でかつ高調波電流を低減させた電流波形とするものである。また、特許文献２に示す技術は、供給される電源周波数が６０Ｈｚの地域で、冷却ファンの回転数を５０Ｈｚ時の回転数と同等になるように低減し、電源周波数が変わることにより冷却ファンから発する騒音レベルが変動しないようにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２４６３５１号公報
【特許文献２】特開平６−１７０２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、仕向け先毎の電源電圧への対応については、できる限り一つの設計仕様で対応させるため、通常電源電圧への整合が困難である遠心用モータ制御、コンプレッサ用モータ制御、凝縮機通風ファン等のために遠心分離機の電源入力部に単巻トランスを設け、この単巻トランスのタップを切替えて遠心分離機の機内動作電圧に合わせていた。しかしながら接続電源の電流容量が様々であるため、給電容量が小さい場合には給電容量を超えないようにロータ加速時の遠心用モータの電流を、電流容量の最も小さい電源仕様に合わせてロータの加速を鈍くするか、或いは、ロータの加速に電源容量を振り向けるためにロータの加速が終了するまでの間、冷凍機のコンプレッサ用モータの動作を停めてロータが回転に伴う風損で温められてしまうのを容認するようにしていた。しかしながらこのような制御方法を採用すると、遠心分離機本来の機能を低下させていることになってしまう。
【０００８】
従来の電源周波数への対応に関しては、電源周波数が変化するとモータの回転数が変わり冷却能力に違いが生じるコンプレッサ用モータ及び凝縮機通風ファンを用いている。この際、コンプレッサ用モータでは回転数の低下により冷媒循環量が低下する５０Ｈｚ電源でも冷凍能力が十分確保できるように、能力が大きいものを組み込んでいる。また、同様に凝縮機通風ファンでは回転数の低下により凝縮機の放熱量が低下する５０Ｈｚ電源でも放熱が十分確保できるように大形のファンを装備している。しかしながらこれらを６０Ｈｚ電源で使用する際には、これらのモータやファンの回転数が上昇することにより発生する動作音が大きくなる。これらの音を下げるために防音・遮音などの装備を組み込んで製品化している製品もある。これはロータ駆動用のモータの冷却ファン、制御装置冷却ファンでも事情は同様である。
【０００９】
従来のロータの温度制御においては、コンプレッサ用モータの回転数は電源周波数に依存する単一の回転数とし、コンプレッサ用モータのＯＮ及びＯＦＦの制御を行っている。この制御では回転中のロータの大きな温度脈動や、ロータの風損損失が低い領域での温度制御精度の低下がある。この対策として、インバータ制御による可変速コンプレッサを利用したものがあるが、連続可変速運転だけでなく間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転が必要な制御の場合は、ロータの風損損失が低い連続可変速運転と間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転の境界領域でのロータの温度制御性が悪くなり、依然として高精度な温度制御が実現できていなかった。
【００１０】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的はワールドワイドな仕向け先の電源事情に対して、単巻トランスの搭載を不要とし、給電容量の違いに対して容易に対応可能な遠心分離機を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、供給電源の電源周波数が異なっていても冷凍能力の低下や騒音上昇を大幅に抑えることができ、余分な防音・遮音材などを組み込み不要とした小形・低騒音の遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、ロータの風損損失が低い領域においても高精度な温度制御精度が得られ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】
【００１３】
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。
【００１４】
本発明の一つの特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、ロータを収容する回転室を有し、三相交流電力にて回転駆動される複数のモータと、遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、複数のモータの一つはロータを回転させる遠心用モータであり、制御装置は遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配を変更するように構成した。制御装置は１運転中に遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配を変更するように制御する。遠心分離機はインバータ制御の冷凍機を備え、制御装置はロータの回転加速中は冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当て、例えば装着されるロータの種類或いは接続電源の給電容量に応じて、ロータの回転加速時のモータへの最大分配電力と、ロータの回転整定時のモータへの最大分配電力が異なるように制御する。制御装置は、ロータの回転加速中は冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当てるようにする。制御装置は、装着されるロータの種類又は接続電源の給電容量に応じて、モータへの電力供給分配比を変更する。遠心分離機はさらに、商用交流電力を直流電力に変換（昇圧又は降圧）するコンバータと、コンバータの直流出力を変換して遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、コンバータの直流出力を変換してその他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、制御装置は第一及び第二のインバータから供給する電力量を調整することにより分配比を変更する。
【００１５】
本発明の他の特徴によれば、遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配比は、ロータの種類毎に或いは接続電源の給電容量に応じて予め設定され制御装置の記憶装置に格納される。また、遠心分離機は回転室を冷却する冷却装置と交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータの直流出力を変換して遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、コンバータの直流出力を変換してその他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、冷却装置は第二のインバータから給電された交流電力により可変速に制御可能なコンプレッサ用モータを有し、遠心用モータへの電力供給とコンプレッサ用モータへの電力供給の分配比がロータの種類に応じて変更される。さらに、第一の昇圧コンバータは交流電源を直流電力への変換する機能と、第一のインバータから供給される直流電力を交流電力に変換して交流電源に戻す機構を有する。その他のモータとして、冷却装置において冷媒を冷却する凝縮機に通風する凝縮機ファンを含み、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータと凝縮機ファンのそれぞれをフィードバック制御する。凝縮機ファンを可変速制御するために、昇圧コンバータからの直流電力を交流電力に変換する第三のインバータが設けられる。凝縮機ファンの可変速制御回転数は装着されるロータの種類に応じて変更される。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、交流電源から給電された交流電力を直流電力に変換する第一及び第二のコンバータと、第一のコンバータに接続される遠心用インバータと、遠心用インバータの出力により可変速制御される遠心用モータと、遠心用モータにより駆動され試料を遠心分離するロータと、ロータを内蔵するチャンバと、チャンバを冷却するエバポレータと、エバポレータに冷媒を循環供給する冷媒を圧縮するコンプレッサと、第二のコンバータに接続されるコンプレッサ用インバータと、コンプレッサ用インバータの出力により可変速制御されるコンプレッサを駆動するコンプレッサ用モータと、これらを制御する制御装置を有する遠心分離機において、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータをフィードバック制御すると共に、ロータ加速時にあらかじめ設定された遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータに従ってコンプレッサ用モータの回転数を制御するように構成した。ロータの加速時と定常回転時において、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータを変更する。分配パラメータは、ロータの種類毎に制御装置に含まれる記憶装置にあらかじめ格納され、制御装置は装着されたロータを識別し、記憶装置に格納された分配パラメータに従って制御する。第一のコンバータは交流電源を直流電力に変換する機能に加えて、遠心用インバータから供給される直流電力を交流電力に変換して交流電源に電力を回生する双方向コンバータとすると好ましい。ロータの加速中において、制御装置はコンプレッサ用モータの回転数をロータの設定温度にて熱平衡状態に維持可能な回転数にほぼ等しい回転数を維持するように制御する。ロータの加速が終了して定速回転に移行した後は、制御装置はコンプレッサ用モータの回転数を、ロータを目標温度に冷却維持するのに必要な回転数よりも高くなるように制御する。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持するロータを収容する回転室と、ロータを回転駆動する遠心用モータと、回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、遠心用モータと冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、制御装置は、ロータの回転加速時の冷凍機への最大分配電力と、ロータの回転整定時の冷凍機への最大分配電力を異なるように制御する。この際、加速時の冷凍機の最大分配電力が、整定時の冷凍機への最大分配電力よりも小さくすると良い。冷凍機は可変速に制御されるコンプレッサ用モータを有し、加速時にはコンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を低く設定し、整定時のコンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を高く設定し、制御装置は設定された上限値の範囲内でコンプレッサ用モータの運転を行う。制御部はロータの回転整定時に、コンプレッサ用モータの回転制御をＰＩＤ制御又はＯＮ・ＯＦＦ制御によって行う。また、加速時及び整定時の冷凍機への最大分配電力は、装着されるロータに合わせて設定されるようにしても良い。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、ロータを回転駆動する遠心用モータと、回転室を冷却する冷凍機と、遠心用モータと冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、 冷凍機はインバータ制御されるコンプレッサを有し、制御部は、遠心用モータの回転加速中はコンプレッサ用モータを第１の速度で回転させ、遠心用モータが設定回転数近くに達したらコンプレッサ用モータを第１の速度よりも高い第２の速度に切り替えて運転するようにした。ここで設定回転数近くとは、設定回転数から数百回転低い回転数である。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、ロータを回転駆動する遠心用モータと、回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、遠心用モータと冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、遠心用モータに流れる電流値に応じて冷凍機の回転数の上限を設定するようにした。ロータの回転加速後半の冷凍機への最大分配電力は、ロータの回転整定時の冷凍機への最大分配電力よりも小さくした。
【００２０】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持するロータと、ロータを収容する回転室を有し、インバータ回路にて回転駆動されるロータ駆動用モータと、ロータを冷却する冷凍機と、冷却温度や運転時間などの運転条件を入力する操作パネルと、遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、操作パネルで入力可能な最低温度に設定した際のロータの加速中の冷凍機への分配電力は、ロータが整定運転時の冷凍機への分配電力より小さくした。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、制御装置は１運転中に遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配を変更するので、限られた供給電力の範囲内で効率よく各モータを回転させることができる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、制御装置はロータの回転加速時のモータへの最大分配電力と、ロータの回転整定時のモータへの最大分配電力が異なるように制御するので、限られた供給電力の範囲内で素早くロータの加速を行うことができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、制御装置はロータの回転加速中は冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当てるので、加速中であっても冷凍機が停止することがなく、温度上昇等の弊害が出ない範囲で冷凍機を稼働させることができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、装着されるロータの種類或いは接続電源の給電容量に応じてモータへの電力供給分配比を変更するので、ロータの冷却特性に合わせた必要な冷却能力を確保しつつ素早くロータの加速を行うことができる。
【００２５】
請求項５の発明によれば、制御装置は第一及び第二のインバータが消費する電力量を調整することによって電力供給の分配比を変更するので、インバータを用いて電力供給の分配比を容易に制御することができる。
【００２６】
請求項６の発明によれば、電力供給の分配比はロータの種類毎或いは接続電源の給電容量に応じて予め設定され制御装置の記憶装置に格納されるので、ロータの種類或いは給電容量がわかれば即座に電力供給の分配比が定まるので、制御装置は容易に制御することができる。
【００２７】
請求項７の発明によれば、冷却装置は第二のインバータから給電された交流電力により可変速に制御可能なコンプレッサ用モータを有し、遠心用モータへの電力供給とコンプレッサ用モータへの電力供給の分配比がロータの種類に応じて変更されるので、ロータの運転とロータの冷却を全く独立してそれぞれを最適に制御できる。
【００２８】
請求項８の発明によれば、第一のコンバータは交流電源を直流電力への変換する機能と、遠心用インバータから供給される直流電力を交流電力に変換して交流電源に戻す機構を設けたので、受電力率が高まりロータを短時間に加速・減速させることができる。さらに高速回転するロータを強力に冷却でき電源高調波を低減できる。さらに、ロータの減速回生制動時に発生する電気エネルギーは、逆潮流機能により電源若しくはロータ冷却用可変速コンプレッサに吸収できるので、減速回生放電抵抗器を省略して機器の小形化可能になり省スペースが実現できる。
【００２９】
請求項９の発明によれば、その他のモータとして、冷却装置において冷媒を冷却する凝縮機に通風する凝縮機ファンを含み、制御装置は、遠心用モータとコンプレッサ用モータと凝縮機ファンのそれぞれを電圧フィードバック制御するので、ロータの温度を急速に目標温度に近づけるのに必要な冷却能力を確保しながら低騒音化を実現できる。
【００３０】
請求項１０の発明によれば、凝縮機ファンを可変速制御するために、コンバータからの直流電力を交流電力に変換する第三のインバータを設けたので、凝縮機ファンをコンプレッサ用モータと独立して制御することができる。
【００３１】
請求項１１の発明によれば、凝縮機ファンの可変速制御回転数は装着されるロータの種類に応じて変更されるので、ロータに併せて最適な冷却能力を達成できる。
【００３２】
請求項１２の発明によれば、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータをフィードバック制御すると共に、ロータ加速時にあらかじめ設定された遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータに従ってコンプレッサ用モータの回転数を制御するので、電源電圧に依存しないかつ接続電源の給電容量以内で動作可能な構成とすることができ、単巻きトランスが不要となると共に接続電源の給電容量以内で最大の能力が発揮できる。また、仕向け先の電圧に合ったタップに切換える必要がないから製品の小形化でき生産性が向上する。さらに、電源周波数に依存しない構成とし主な騒音源となるコンプレッサ用モータと凝縮機ファンを可変速制御とし適切な回転数で運転するようにしたので、６０Ｈｚ運転に備えた防音・遮音等の、騒音対策のための騒音低減部材を必要としないから材料費低減が可能であり機器の設計が容易になる。さらに、仕向け先の給電容量に合わせてロータ加速時の電流を調整するように設定・記憶させるので、この内容に基づいて機器がほぼ最大給電可能電流値付近で動作するよう制御でき、常にその電源事情で最大の性能が発揮できる。
【００３３】
請求項１３の発明によれば、ロータの加速時と定常回転時において、制御装置は、遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータを変更するので、加速時には遠心用モータへの電力分配量を増やして、定常回転時は加速時に比べて遠心用モータへの電力分配量を減らすことができる。
【００３４】
請求項１４の発明によれば、制御装置は装着されたロータを識別し記憶装置に格納された分配パラメータに従って制御を行うので、制御装置にてコンピュータプログラムを実行するだけで容易に本発明を実現することができる。
【００３５】
請求項１５の発明によれば、第一のコンバータは遠心用インバータから供給される直流電力を変換して交流電源に電力を回生する双方向コンバータであるので、ロータの減速回生制動時に発生する電気エネルギーは、逆潮流機能により電源若しくはロータ冷却用可変速コンプレッサに吸収できるから、減速回生放電抵抗器を搭載する必要が全く無く機器が小形化可能になり省スペースが実現でき、ロータの運転とロータの冷却は全く独立してそれぞれを最適に制御できる。
【００３６】
請求項１６の発明によれば、ロータの加速中において制御装置はコンプレッサ用モータの回転数をロータの設定温度にて熱平衡状態に維持可能な回転数にほぼ等しい回転数を維持するので、ロータが加速途上で過度に過熱されるのを防止でき、冷却遠心分離機本来の性能を低下させることを回避できる。
【００３７】
請求項１７の発明によれば、ロータの加速が終了して定速回転に移行した後は、制御装置はコンプレッサ用モータの回転数をロータの目標温度に冷却維持するのに必要な回転数よりも高くなるように制御するので、整定状態での冷却装置の冷却能力を十分確保することができる。
【００３８】
請求項１８の発明によれば、制御装置は、回転加速時と整定時の冷凍機への最大分配電力を異なるように制御するので、限られた供給電力の範囲内で効率よく冷凍機を回転させることができる。
【００３９】
請求項１９の発明によれば、加速時の方が整定時よりも冷凍機の最大分配電力よりも小さいので、限られた供給電力の範囲内で素早くロータの加速を行うことができる。
【００４０】
請求項２０の発明によれば、加速時にはコンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を整定時より低く設定するので、遠心用モータ側へ多く電力を分配することができ素早くロータを加速できる。
【００４１】
請求項２１の発明によれば、回転整定時にはコンプレッサ用モータの回転制御はＰＩＤ制御又はＯＮ・ＯＦＦ制御によって行われるので、目標温度にて精度良く回転室を冷却することができる。
【００４２】
請求項２２の発明によれば、加速時及び整定時の冷凍機への最大分配電力と冷凍機への最大分配電力は、装着されるロータに合わせて設定されるので、ロータの冷却特性に合わせた必要な冷却能力を確保しつつ素早くロータの加速を行うことができる。
【００４３】
請求項２３の発明によれば、インバータ制御されるコンプレッサ用モータを、加速中は低い第１の速度で回転させ、整定回転数近くに達したら高い第２の速度に切り替えて運転するので、迅速に目標温度まで回転室を冷却することができる。
【００４４】
請求項２４の発明によれば、整定回転数から数百回転低い回転数で第１から第２の速度に上昇させるので、遠心用モータが減速して消費電力が下がることに応じて直ちにコンプレッサ用モータの回転を上昇させることができる。
【００４５】
請求項２５の発明によれば、遠心用モータに流れる電流値に応じて冷凍機の回転数の上限を設定するので、限られた供給電力の範囲内で最大限に回転室を冷却することができる。
【００４６】
請求項２６の発明によれば、回転加速後半の冷凍機への最大分配電力は、ロータの回転整定時の冷凍機への最大分配電力よりも小さいので、ロータの回転を整定させることを優先した制御を行うことができる。
【００４７】
請求項２７の発明によれば、ロータの加速中の冷凍機への分配電力は、ロータが整定運転時の冷凍機への分配電力より小さくすることにより、ロータ加速中に必要な電力をロータ駆動用モータに供給することができ、効率的にロータの加速を行うことができる。
【００４８】
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】
【００４９】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機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のブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る遠心分離機の交流電源電流の分配パラメータを設定する手段の表示・操作画面を示した図である。
【図４】本発明の実施例に係る遠心分離機の制御装置に記憶される交流電源電流の分配パラメータ例を示した表である。
【図５】本発明の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを加速・整定・減速停止時のロータとコンプレッサ用モータの回転数及び電流の関係を実測例で示した図である。
【図６】本発明の実施例に係る遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータを加速・整定・減速停止時のロータとコンプレッサ用モータの回転数及び電流の関係を実測例で示した図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る遠心分離機において、ロータの種類と電力分配の関係を説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る遠心分離機のブロック図であり、三相交流電源に接続する場合を示す。
【図９】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御に温度センサ４０ａを用いた場合の実測例を示した図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御に温度センサ４０ｂを用いた場合の実測例を示した図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御を実測例で示した図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータを７８００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御を実測例で示した図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する途上で、回転数を１２０００ｍｉｎ−１に変更させた制御を実測例で示した図である。
【図１４】ロータ３１の最大回転数に対する設定回転数との比率とコンプレッサ用モータ１３の制御開始時の初期回転数の関係を示す図である。
【図１５】遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。
【図１６】遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。
【図１７】ＰＩＤ制御に移行する直前２分間の温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率（℃／秒）とＩ（積分項）の初期値との関係を示す図である。
【図１８】遠心分離機に使用するロータ３１の種類と凝縮機ファン１８の回転数との関係の組み合わせ例を示した表である。
【図１９】本発明の第５の実施例の遠心分離機において、ロータの回転を上昇させて設定回転数に整定させる際の遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３の回転数の関係を示す図である。
【図２０】本発明の第６の実施例の遠心分離機において、ロータの回転を上昇させて設定回転数に整定させる際の遠心用モータ９の電流量とコンプレッサ用モータ１３の回転数の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００５０】
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、繰り返しの説明は省略する。
【００５１】
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。遠心分離機１は、本体内部に回転室４８を備え、回転室の下方には駆動源である遠心用モータ９が設けられる。遠心用モータ９は、インバータによる可変速制御が可能な高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータが用いられる。遠心用モータ９の下部には、出力軸（モータ軸）の回転数を検出するための回転センサ２４が設けられ、側方には遠心用モータ９を冷却するためのＤＣファン２５が設けられる。遠心用モータ９から上方へチャンバ３２の内部にまで延びる出力軸（モータ軸）の先端部にはロータ３１が着脱可能に装着される。チャンバ３２は、上部に円形の開口部を有する略円筒形の容器である。チャンバ３２の上側の開口部は、断熱材を内包したドア４３が設けられ、ロータ３１の回転室を開閉可能に構成する。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４３が開かないようにロックされる。
【００５２】
チャンバ３２の外周には、配管されたエバポレータ（蒸発器）３３が巻装され、その周囲は発泡剤などの適切な断熱材３４で断熱される。冷媒を循環供給するために冷媒を圧縮するコンプレッサ３５はコンプレッサ用モータ１３を有し、吐出管３６から圧縮した冷媒を凝縮機（コンデンサ）３７に供給し、冷媒は凝縮機３７において凝縮機ファン１８からの風で放熱・冷却され液化し、キャピラリ３８を通してチャンバ３２の外周に巻きつけられたエバポレータ３３の下部に送られる。ロータ３１の回転時の風損により回転室４８内で発生する熱は、エバポレータ３３内で冷媒が蒸発する際の気化熱により奪われ、気化された冷媒はエバポレータ３３の上部から排出されサクション管４２を介してコンプレッサ３５に戻る。ロータ３１を収容するチャンバ３２の底部の金属部に接する部分には温度センサ４０ａが設けられ、ロータ３１の温度を間接的に検出する。さらに遠心用モータ９の出力軸を貫通させる貫通穴を塞ぐためのゴム製のシールラバー４１には、その内部に温度センサ４０ｂ（破線で図示）が埋め込まれ、ロータ３１の温度を間接的に検出するのに用いられる。ここで、本実施例では温度センサ４０ａと温度センサ４０ｂの２つが設けられるが、必ずしも２つ必要な訳ではなくいずれか一方でも良い。また、他の場所に温度センサを設けても良いが、ロータ３１の温度に間接的な検出にあたりその精度が変わってくるので注意が必要である。
【００５３】
遠心分離機１の内部には後述する制御装置を収容するための制御ボックス２９が設けられる。制御装置は、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、遠心用モータ９の回転制御、回転室４８の温度制御のための冷却機の運転制御を含め、遠心分離機１の全体の制御を行う。よって制御ボックス２９の内部には各種の電気機器や電子回路が含まれ、動作時に各機器や回路が発熱する。そのため冷却用としてＤＣファン２６が設けられ、制御装置の通電時にはＤＣファン２６によって冷却風が電気機器や電子回路に送られる。制御装置２０には温度センサ４０ａの検出温度がフィードバックされ、ロータ３１内の試料が設定された目標温度になるようにコンプレッサ３５内のコンプレッサ用モータ１３の回転数が制御される。以上のように、遠心分離機１においては、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６、遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８の５つの電気駆動のモータが含まれるが、本発明に於いては、遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８の3つの電気駆動のモータが特に発明に関与する。
【００５４】
遠心分離機１の上部には操作パネル２１が設置される。操作パネル２１は、例えばタッチ式の液晶表示パネルとすると好ましい。操作パネル２１によって、試料を保持するロータ３１の運転回転数（回転速度）設定、運転時間設定、冷却温度設定などの遠心運転条件の入力が行われ、各種情報の表示が行われる。
【００５５】
図２は、本発明の実施例に係る遠心分離機のブロック図である。これらは点線で示すように制御ボックス２９の内部に収容される。図２の構成において、単相の交流電源２２に接続された給電ライン２には、双方向コンバータ４、単方向コンバータ５、整流器１５、及び、直流電源６が主に接続される。双方向コンバータ４は、電流波形を絶縁しながら計測可能な遠心用モータ電流センサ１９を介して電力の順変換時には昇圧コンバータとして動作して交流電源２２の電力を直流電力に変換する。電力の逆変換時には降圧コンバータとして動作して直流電力を交流電力に変換し交流電源２２に電力を回生するものであって高力率である。双方向コンバータ４の直流電力供給端は平滑コンデンサ７を介して遠心用インバータ８に接続される。遠心用インバータ８の逆変換端子は高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータ等から成るロータ３１を回転駆動する遠心用モータ９に接続される。この双方向コンバータ４の構成と動作は出願人が特開平７−２４６３５１号公報で詳細を開示したものと同様であり、交流側は交流電源２２に接続され、直流側は平滑コンデンサ７に接続され、双方向コンバータ４を構成する複数の整流素子に逆方向並列にバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等のスイッチング素子を接続して構成される。尚、双方向コンバータ４はそのような構成だけでなく、その他の公知の構成による双方向コンバータを用いても良い。
【００５６】
直流電力供給端に直流電力を供給し遠心用モータ９を加速するときは、双方向コンバータ４の昇圧機能により電源電圧のピーク値より高い一定の直流電圧に昇圧しながら通過電流は電源電圧波形の正弦波形と等しく位相が同期した電流波形とし受電力率を改善する。遠心用モータ９を回生減速するときは双方向コンバータ４の降圧機能により交流電源２２の電源電圧にほぼ等しく電圧波形に倣わせながら直流電力供給端の電圧を降圧し通過電流は電源電圧波形のサイン波形と等しく流れる方向が逆の電流波形とし逆潮流力率の改善をし、交流電源２２に電力を戻す。双方向コンバータ４と遠心用インバータ８の間には、充電電圧を絶縁しながら測定する電圧センサ４４が平滑コンデンサ７と並列に設けられる。電圧センサ４４の出力は、入力コントロールライン２３を介して制御装置２０に伝達され、制御装置によってモニタされるとともに制御動作に活用される。
【００５７】
給電ライン２は直流電源６にも接続され、直流電源６の直流定電圧出力端からは、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６のＯＮ・ＯＦＦを制御するコントロールスイッチ１０、１４を介してそれぞれ遠心用モータ９を冷却するＤＣファン２５及び制御ボックス２９を冷却するＤＣファン２６が接続される。また、直流電源６の直流定電圧出力端は制御装置２０に接続される。この直流電源６としてはスイッチング方式の安定化電源を用いることができ、交流電源２２の広範囲な電源電圧に対応可能である。このように本実施例では各ファンをＡＣファンではなくてＤＣファンを用いることにより、電源電圧・周波数にかかわらず一定な回転数が得られるようにすることができ、一定の冷却能力が確実に得られるように構成される。
【００５８】
単方向コンバータ５は、電流波形を絶縁しながら計測可能なコンプレッサ用モータ電流センサ２８を介して交流電源２２に接続され、交流電源２２の電力を高力率で直流電力に変換する。単方向コンバータ５の直流電力供給端は、平滑コンデンサ１１を設けてコンプレッサ用インバータ１２に接続される。コンプレッサ用インバータ１２の逆変換端子は、高周波誘導モータ或いはＤＣブラシレスマグネット同期モータ等から成るコンプレッサ用モータ１３に接続される。単方向コンバータ５は、直流電力供給端から平滑コンデンサ１１に直流電力を供給し昇圧機能により交流電源２２のピーク値より数１０Ｖ高い直流電圧に昇圧しながら通過電流は電源電圧波形のサイン波形と等しく位相が同期した電流波形とし受電力率を改善する。平滑コンデンサ１１の充電電圧はコンプレッサ用インバータ１２へ供給され、コンプレッサ用インバータ１２で交流電圧値変換されてコンプレッサ用モータ１３を駆動する。コンプレッサ用モータ１３の回転数は交流電圧の周波数に依存し、その最大許容回転数は１２０Ｈｚ弱、即ち７２００ｍｉｎ−１弱である。コンプレッサ用モータ１３は常に冷媒を圧縮する反力を受けており、電源供給を遮断すると直ちに減速停止するので回生電力を生じさせることはできない。従って、遠心用モータ９の回路のような双方向コンバータのような双方向変換機能は必要とされない。単方向コンバータ５とコンプレッサ用インバータ１２の間には、平滑コンデンサ１１の充電電圧を絶縁しながら測定する電圧センサ４５が設けられる。電圧センサ４５の出力は、出力コントロールライン２７を介して制御装置２０に伝達され、制御装置によってモニタされるとともに制御動作に活用される。
【００５９】
交流電源２２は給電ライン３を介して整流器１５にも給電され、整流器１５の直流出力端から平滑コンデンサ１６を介して凝縮機ファン用インバータ１７に接続される。凝縮機ファン用インバータ１７の出力端には高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータ等から成る凝縮機ファン１８が接続される。前述した遠心用モータ９及びコンプレッサ用モータ１３の所要電力は最大で通常２〜４ｋＷ程度であるが、直流電源６及び凝縮機ファン１８の所要電力は合計１００Ｗ程度であり、昇圧動作による力率改善機能は必要ない。また、電源高調波の抑制が必要ならば、電源入力部にリアクトル等を介在させれば良い。なお、電源高調波の更なる低減が必要なら力率改善機能を付加しても良い。
【００６０】
制御装置２０の出力コントロールライン２７からは、双方向コンバータ４が昇圧コンバータ動作か又は降圧コンバータ動作の動作選択、コントロールスイッチ１０、１４のＯＮ・ＯＦＦ制御によるＤＣファン２５、２６の回転・停止の選択信号が出力される。遠心用インバータ８、コンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン用インバータ１７に遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３と凝縮機ファン１８のそれぞれには、電源電圧の変化を吸収し且つこれらのモータの回転状態に応じた適切な印加電圧となるよう例えばＰＷＭ方式の電圧フィードバック制御するための信号が出力される。遠心用インバータ８には出力電圧・出力周波数制御による遠心用モータ９のＯＮ・ＯＦＦを含む回転数の可変速制御信号が出力され、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８へも上記と同様な制御のためにそれぞれコンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン用インバータ１７にもＯＮ・ＯＦＦを含む回転数の可変速制御がなされる。これらのモータの制御方法は制御装置２０によって実行され、公知のＶＶＶＦ制御あるいはセンサ付またはセンサレスベクトル制御技術と同様のものであり、モータの回転数に応じて適切な電圧とスベリまたは同期周波数を与え駆動する。
【００６１】
凝縮機ファン用インバータ１７の整流器１５には高価な昇圧機能を用いずに交流電源２２の様々な電圧に対応するため、凝縮機ファン１８の動作電圧を交流電源２２の最小電圧とし、交流電源２２の他の高い電圧に対応するためにＰＷＭ方式の電圧フィードバック制御する安価な構成とする。凝縮機ファン用インバータ１７には電流波形を絶縁しながら計測可能な電流センサ４７と電圧センサ４６が設けられ、入力コントロールライン２３を介して制御装置２０に信号が入力されており、制御装置２０から凝縮機ファン用インバータ１７の電流及び平滑コンデンサ１６の電圧がモニタできる。
【００６２】
制御装置２０の入力コントロールライン２３からは、交流電源２２のライン電圧を検出し交流電源２２の電圧の変化を吸収して制御装置２０が遠心用インバータ８、コンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン１８のそれぞれを電圧フィードバック制御するための電圧センサ３０の電圧モニタ入力、双方向コンバータ４の入力部に設けられ双方向コンバータ４に流れる電流を検出する遠心用モータ電流センサ１９の電流モニタ入力、単方向コンバータ５の入力部に設けられ単方向コンバータ５に流れる電流を検出するコンプレッサ用モータ電流センサ２８の電流モニタ入力、遠心用モータ９の回転数を検出する回転センサ２４の信号が入力される。電圧センサ３０は、交流電源２２の電圧を測定する
【００６３】
制御装置２０には、試料を遠心分離するロータ３１の種類、運転回転数設定、運転時間設定、冷却温度設定などの遠心運転条件を入力し設定値を記憶するための操作パネル２１が設けられる。制御装置は設定値に従って、接続する交流電源２２に対する電源電流の分配パラメータを操作パネル２１に出力する。また、制御装置２０には設定された電源電圧と許容電流定格をパラメータとして記憶することができる。この操作パネル２１の表示内容を図３を参照して説明する。
【００６４】
本発明が適用される高速冷却遠心機は、２００Ｖ系を入力電圧としており、交流電源２２の定格電源電圧は、例えば単相交流では仕向け国によって２００Ｖ，２０８Ｖ，２２０Ｖ，２３０Ｖ又は２４０Ｖがある。また、三相交流の場合は４００Ｖである。ただし、この三相交流の場合はパワーグランドＰＥと各ライン間の電圧を使用するので実際には２３０Ｖが各相間の電圧となる。電圧変動幅は、通常その電圧下限は−１５％、その電圧上限は＋１０％であり、１７０Ｖ〜２６４Ｖの電源電圧範囲に対応する必要がある。一方の交流電源２２の定格給電容量は、例えば単相交流では３０Ａ、２４Ａ、２３Ａ、２２Ａ、２１Ａ、三相交流では３０Ａ、１５Ａである。電源周波数は５０Ｈｚと６０Ｈｚが存在し、電源周波数の違いに依る特性への影響はないが、その他の制御で分別して活用することがあり電源周波数も一応選択する。これらの電源パラメータを操作パネル２１の操作画面から入力設定し記憶する。
【００６５】
図３は、電源パラメータを定格電圧２００Ｖ、周波数５０Ｈｚ、定格電流３０Ａ、単相交流に設定した際の操作パネル２１の表示例を示したものである。定格電圧は仕向先の電源に合わせてＩｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ欄１３０、周波数はＦｒｅｑｕｅｎｃｙ欄１３１、電源相数はＰｈａｓｅ欄１３２、定格電流はＭａｘ． Ｃｕｒｒｅｎｔ欄１３３のそれぞれの設定項目ごとに用意されている数字の所にチェックマーク１３４を入れ、ＯＫボタン１３５を選択するとこれらの設定値が制御装置２０に含まれる記憶手段に記憶される。この設定作業は例えば遠心分離機の製造者が工場出荷時に行うが、製品出荷後に中継ハブでの仕向け先の変更、或いは現地にて設置作業者が工場出荷時の設定と異なる電源に接続する場合にも行う。この設定された定格電流に基づいて、制御装置２０は遠心用モータ９への電力供給とコンプレッサ用モータ１３への電力供給の分配比を決定する。
【００６６】
この例では、総入力電力が２００Ｖ×３０Ａで６０００Ｗであるから、分配パラメータはコンプレッサ用モータ１３用に２４００Ｗの消費電力の固定値を６０００Ｗから差し引き、残りの電力でロータ３１を加速する制御を行うから遠心用モータ９の消費電力は３６００Ｗとなり、遠心用モータ９の加速時は、遠心用モータ電流センサ１９の通過電流が１８Ａ、コンプレッサ用モータ１３の回転数が５８Ｈｚ（５８Ｈｚは６０倍して３４８０ｍｉｎ−１に相当）になるように制御装置２０が出力コントロールライン２７を介して遠心用インバータ８及びコンプレッサ用インバータ１２を制御する。ロータ３１の加速整定後は、遠心用モータ９の消費電力が少なくなるため、コンプレッサ用モータ１３の回転数は６５Ｈｚに引き上げてロータ３１の冷却能力を強めて運転制御する。
【００６７】
ここで、コンプレッサ用モータ１３に分配された２４００Ｗはコンプレッサ用モータ１３を５８Ｈｚで運転するときの最大の消費電力であり、この回転数５８Ｈｚは、コンプレッサ用モータ１３が加速期間中にロータ３１を余分に過熱しない回転数である。なお、コンプレッサ用モータ１３の消費電力はエバポレータ３３の吸熱量が大きいほど大きくなる。
【００６８】
図４は、本実施例に係る遠心分離機１の交流電源電流の分配パラメータ例を示すもので、これらはあらかじめ制御装置２０の記憶手段に、例えばテーブル形式で格納される。ここでは、各定格電源電圧・定格給電容量、許容入力電力の組み合わせと、それに対応する分配パラメータが含まれ、これは図３の画面操作の結果に対する分配パラメータのファクタと決定例でもある。図３で設定された条件は、定格電圧単相２００Ｖ時、定格電流３０Ａの場合の例であり、この例以外に同じ騒音・冷却条件下で遠心分離機を稼働させることができる条件の各パラメータが記憶される。
【００６９】
例えば、交流電源２２の定格電圧が２４０Ｖ定格電流２１Ａの場合は、許容入力電力が５０４０Ｗとなる。この際、遠心用モータ９の入力電力は２６４０Ｗに設定され、制御装置２０は遠心用モータ電流センサ１９の出力が１１．００Ａになるように遠心用インバータ８にスベリ指令を出力する。これらの項番１から６は使用ロータ３１のファミリが異なりロータが冷え難いため凝縮機ファン１８の回転数は５４Ｈｚとしている。
【００７０】
項番５に示すように定格電圧三相４００Ｖ（上述の通り実際には２３０Ｖが各相間の電圧）、定格電流が１５Ａ／相（各１相当り）の場合の例は、計算上の許容入力電力は６９００Ｗになるが遠心用モータ９の入力電力は遠心用モータ電流センサ１９の電源定格電流の１５Ａに抑えられ３４５０Ｗとされる。項番６に示すように定格電流が３０Ａ／相（各１相当り）の場合の例は、計算上の許容入力電力は１３８００Ｗになるが遠心用モータ９の入力電力は加速時の駆動トルクの制限などにより３９００Ｗが最大であるとし遠心用モータ電流センサ１９の電源定格電流は１６．９５Ａに抑えられる。このように、各定格電源電圧・定格給電容量、許容入力電力の組み合わせによって予め遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３の回転数が設定されており、しかもロータ３１の加速時と整定後に分けて設定される。
【００７１】
もちろん、本発明になる遠心分離機は、騒音・冷却条件は上記に限る必要はなく、従い分配パラメータも上記にとらわれずに様々に設定可能で、設定値に従い様々な交流電源２２の電源事情で遠心分離機の最大能力とマッチさせて運転可能である。
【００７２】
なお、ロータ３１が識別できると後述の風損、慣性モーメント、最大回転速度が自動的に決まるため本実施例の実現に特に好都合である。このロータ３１の識別は、特開平１１−１５６２４５号公報に開示されているようなロータ識別装置による自動取得でも良いし、操作パネル２１からユーザが手動設定することよっても良い。
【００７３】
図５は、上記で決定された分配パラメータに従って制御装置２０が、出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数２２０００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．０１４１ｋｇ・ｍ２の比較的高速回転で低慣性モーメントのＲ２２Ａ４形ロータを加速し、２２０００ｍｉｎ−１で整定したのち減速させた動作の実測例を示したものである。
【００７４】
ロータ３１、遠心用モータ９の回転数１００（左縦軸：回転数２５０００ｍｉｎ−１目盛）、コンプレッサ用モータ１３の回転数１０１（右縦軸：回転数（Ｈｚ）目盛）、遠心用モータ電流センサ１９の出力１０２（右縦軸：電流（Ａ）目盛）、コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力１０３（右縦軸：電流（Ａ）目盛）にて示す。１０４は、遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値（右縦軸：電流（Ａ）目盛）である。この場合、凝縮機ファン１８、ＤＣファン２５とＤＣファン２６の消費電力は合計１００Ｗ程度であるので、合算電流値１０４は、遠心分離機全体の消費電流にほぼ等しい。
【００７５】
ライン１００で示すようにＲ２２Ａ４形ロータ３１を加速開始後に約４５秒でロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達するまでは、回転数１０１で示すようにコンプレッサ用モータ１３の回転数をロータ３１冷却の熱平衡状態となる回転数５８Ｈｚに制御される。この回転数５８Ｈｚでは合算電流値１０４で示すように加速中のロータ３１を不用意に温めることない上、ロータ３１の加速のために一時的に増加する遠心分離機全体の消費電流をほぼ３０Ａ弱で一定に保つことが可能となる。Ｒ２２Ａ４形ロータを加速開始後ロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達するまでは、ライン１０２で示すように遠心用モータ電流センサ１９の通過電流が約１８Ａ、遠心用モータ９の入力電力で約３６００Ｗになるように制御装置２０が遠心用モータ電流センサ１９の出力をフィードバック信号とし遠心用インバータ８にスベリ指令を出力している。一方、ライン１０３で示すようにコンプレッサ用モータ１３の入力電力として最大約１２Ａ、約２４００Ｗの消費電力と合わせて、制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの設定電源容量定格以内で動作し、遠心分離機が最大の能力を発揮している。
【００７６】
このとき、単方向コンバータ５の通過電流が一定の電流になるようにコンプレッサ用モータ１３の回転数を細かく制御する定電流制御方法も実施可能であるが、この方法では回転数の応答が悪く通過電流の安定化が困難であり、むしろコンプレッサ用モータ１３の回転数をあらかじめ定めた回転数に保つ方が結果としての定電流特性は勝り異音発生も無い結果が得られている。
【００７７】
Ｒ２２Ａ４形ロータが２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達した後は、コンプレッサ用モータ１３の回転数を、例えば６５Ｈｚに引き上げてロータ３１を強力に冷却する。このコンプレッサ用モータ１３の回転数６５Ｈｚは、コンプレッサ３５から発生する騒音が遠心分離機の規定騒音値限度、例えば５８ｄＢ以下になるような回転数であり、遠心分離機１から発する騒音を適切に抑えている。
【００７８】
Ｒ２２Ａ４形ロータが２２０００ｍｉｎ−１の整定状態からこの場合は約３６秒で減速停止する際はライン１０２で示すようにロータ３１減速時の遠心用モータ電流センサ１９の出力はマイナスになり、ライン１０４で示すようにロータ３１の減速回生制動時に発生する電気エネルギーは双方向コンバータ４の逆潮流機能により交流電源２２あるいは、コンプレッサ用モータ１３が動作中のときは単方向コンバータ５からコンプレッサ用インバータ１２を介してコンプレッサ用モータ１３に吸収される。従って、本実施例の遠心分離機１では、いわゆる減速回生放電抵抗器を搭載する必要が全く無いので、遠心分離機１の小形化が可能になり省スペースが実現できる。さらに、ロータの運転とロータの冷却は全く独立してそれぞれを最適に制御でき、さらに、受電力率が高いので、高速回転するロータ３１を強力に冷却しかつ短時間に加速・減速する性能が得られ、電源高調波を低減できる。ライン１０２で示すようにロータ３１の停止間際に一時電流が増えているのは、滑らかな減速により遠心分離したサンプルの舞い上がりなどの乱れを防ぐために直流制動動作するためである。
【００７９】
通常遠心分離機は慣性モーメント、最高回転数の異なる様々なロータとの組合せがありこれにも対応する必要がある。図６は、本発明になる遠心分離機により図５と同じ制御方法により、出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数１００００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．２７７ｋｇ・ｍ２の比較的低速回転で高慣性モーメントなＲ１０Ａ３形ロータを約１００秒で加速し、１００００ｍｉｎ−１で整定したのち約９０秒で減速停止したときの、図５と同様の特性を表示したものである。ライン１１０（左縦軸：回転数２５０００ｍｉｎ−１目盛）は遠心用モータ９の回転数、ライン１１１（右縦軸：回転数（Ｈｚ）目盛）はコンプレッサ用モータ１３の回転数、ライン１１２（右縦軸：電流（Ａ）目盛）は遠心用モータ電流センサ１９の出力、ライン１１３（右縦軸：電流（Ａ）目盛）はコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力である。ライン１１４（右縦軸：電流（Ａ）目盛）は遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値を示したものである。
【００８０】
制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの電源容量定格以内で動作し、ロータ３１の慣性モーメント値にかかわらず本実施例の遠心分離機は最大の能力を発揮していることが理解できるであろう。次に、凝縮機ファン１８の回転数の制御に関する選択・設定について説明する。
【００８１】
凝縮機ファン１８の回転数の制御選択範囲はこの例の場合０Ｈｚから６０Ｈｚであり、消費電力は最大で７５Ｗ程度であるから遠心分離機全体の電力の消費にはさほど影響ないが、回転数を増やすと騒音には大きな影響を及ぼすため、ロータ３１の冷却能力が確保できるかぎり回転数を低く抑える必要がある。
【００８２】
図１５はＲ２０Ａ４形ロータの目標制御温度と風損の大きさを示すグラフである。図１６はＲ１０Ａ３形ロータの目標制御温度と風損の大きさを示すグラフである。図１５で、１７０〜１７２は、Ｒ１０Ａ３形ロータを各設定温度に冷やす際の目標制御温度であり、ライン１７３はロータ３１の回転数と風損の大きさの関係を示すものである。ここで目標制御温度が４℃の時のロータ３１の違いによる目標制御温度の違いは、図１５のライン１７０、１７３と図１６のライン１７５、１７８を比較してわかるように、Ｒ２２Ａ４形小容量高速回転ロータは表面積が小さく風損発熱源が集中しており、風損が小さいにもかかわらず冷却には大きな冷力が必要であり、一方、Ｒ１０Ａ３形大容量低速回転ロータは表面積が大きく風損発熱源が広いため風損が大きいにもかかわらず冷却には小さな冷力で済む。
【００８３】
さらに一般的に、大容量のロータは風損低減のため外面をカバーで覆う部材が必要なものが多く、回転中のこのカバー変形により風切り音が発生するため騒音が大きい傾向がある。これらの要因を考慮して、回転中のロータ３１の所要冷力と発生騒音の関係から図１８に示すように、遠心分離に使用するロータ３１の種類に対応して凝縮機ファン１８の回転数の上限値を自動的に選択して設定する。なお、図１８において、Ｒ１５Ａは出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数１５０００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．１２４７ｋｇ・ｍ２の比較的中速回転で中慣性モーメントのロータである。
【００８４】
もちろん、冷却能力、騒音への影響が大きい凝縮機ファン１８の設定回転数は上述の分配パラメータの決定ファクタに加えてよいし、コンプレッサ用モータ１３の回転数や遠心用モータ９の回転数に応じて所要冷力との関係で凝縮機ファン１８の回転数を適宜変更するように構成しても良い。
【００８５】
以上、本実施例によれば遠心分離機１を電源電圧に依存しない構成としたので、単巻きトランスが不要となり仕向け先の電圧に合ったタップに切換える必要がなく、製品の小形化でき生産性が向上する。また、電源周波数に依存しない構成とするとともに、主な騒音源となるコンプレッサ用モータと凝縮機ファンを可変速制御として適切な回転数で運転するようにしたので防音・遮音性に優れた遠心分離機を実現できる。仕向け先の給電容量に合わせてロータ加速時の電流を調整するように設定・記憶し、この内容に基づいて機器がほぼ最大給電可能電流値付近で動作するよう制御するので、常にその電源事情で最大の性能が発揮できる。
【実施例２】
【００８６】
次に図７を用いて、装着されるロータ３１の種類に応じて遠心用モータ９への電力供給とコンプレッサ用モータ１３への電力供給の分配比を変更する制御について説明する。図７に示すような、ロータ３１の種類と分配パラメータをテーブル形式にて記憶装置にあらかじめ格納し、制御装置２０は装着されたロータ３１を識別し、記憶装置から読み出した分配パラメータに従って遠心用インバータ８とコンプレッサ用インバータ１２への電力供給を制御する。
【００８７】
制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの電源容量定格以内で動作する場合の例であり、項番１のＲ２２Ａ４形小容量高速回転ロータは加速時間は短いが冷却するのに大きな冷力が必要であるから、加速時遠心用モータ９の電力を３３５０Ｗ程度に絞る。一方、コンプレッサ用モータ１３の回転数を６４Ｈｚと高速にして冷却能力を十分に確保する。
【００８８】
項番３のＲ１０Ａ３形大容量低速回転ロータは、加速時間は長いが冷却するのに大きな冷力は必要ないので、加速時には遠心用モータ９の電力への分配を高めて３９００Ｗ程度に増やして加速時間を短縮する。一方、コンプレッサ用モータ１３の回転数を５０Ｈｚと低速にして冷却能力は縮小している。項番２はＲ１５Ａ形中容量中速回転ロータであるため、コンプレッサ用モータ１３の回転数と加速時遠心用モータ９の電力を項番１と３の中間に定めている。なお、交流電源５２の定格電圧、定格電流が異なる他の電源事情の場合には、上記の思想に基づき予め分配パラメータを決めて、記憶装置に格納しておくと良い。
【００８９】
このように、仕向け先の給電容量と装着されるロータ３１の種類に応じて、コンプレッサ用モータ１３の回転数と加速時の遠心用モータ９の電力をロータ３１の加速時間・冷却特性に合わせて適切に分配されるように分配パラメータを設定・記憶してあり、この内容に基づいて遠心用モータ９への電力供給とその他のモータへの電力供給の分配比を決定し制御するので、常にその電源事情で最良の性能が発揮できる。
【実施例３】
【００９０】
次に図８を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図８の遠心分離機のブロック図において図１で示した第一の実施例と異なるところは、電源として三相交流電源を用いることであり、給電ライン２と給電ライン３が交流電源５２の異なる相に接続されることにある。その他の同じ参照符号を付している部分は、図１で示した第一の実施例のブロック図と同一である。
【００９１】
遠心分離機がロータ３１を所定の最高回転数で整定制御中に、例えば４℃の温度に冷却維持する場合がより大きな消費電力となり、大気中でロータ３１を回転させる遠心分離機の場合、通常遠心用モータ９で消費される電力はほぼコンプレッサ用モータ１３で消費される電力に等しく１ｋＷから２ｋＷ程度になる。なお、これらの電力にこれらの駆動力に変換する効率を掛け算した値がロータ３１で発生する風損に等しい。一方、直流電源６の消費電力と凝縮機ファン１８の消費電力は共におおよそ５０Ｗから１００Ｗ程度であるから、給電ライン２と給電ライン３の消費電力はほぼ等しく、これらの給電ラインを交流電源５２の三相交流の異なる相に接続すると消費電力が偏ること無く良いバランスが取れる。図１のように給電ライン２と給電ライン３をまとめて交流電源２２に接続するのを図８のように分離して接続し直す、或いはその逆への接続の変更は極めて容易であるので、汎用性のある接続の仕方である。
【００９２】
第三の実施例に係る遠心分離機では、大容量の遠心用モータ９のコンバータとなる双方向コンバータ４は交流電源２２の力率を改善して２６４Ｖ電源電圧のピーク電圧に約１０Ｖを加算した直流電圧になるように昇圧制御される。平滑コンデンサ７に充電される直流出力電圧は約３８５Ｖに一定電圧に制御されるので、遠心用モータ９のインバータ回路は交流電源２２の供給電圧の変動に対して安定した回転制御ができる。同様にしてコンプレッサ用モータ１３も大容量であり、コンプレッサ用モータ１３に電力を供給する単方向コンバータ５も同様に、１７０Ｖ〜２６４Ｖの電源電圧変動や５０Ｈｚ、６０Ｈｚの電源周波数の変化にも対応しているので、コンプレッサ用モータ１３も安定に制御される。
【００９３】
チャンバ３２を冷却する能力は、コンプレッサ３５のコンプレッサ用モータ１３の回転数に依存するのはもちろんであるが、この他に凝縮機３７を冷却する凝縮機ファン１８の風量によっても大きく左右される。特に、使用する電源周波数環境５０Ｈｚと６０Ｈｚとで、遠心分離機の騒音と最大冷却能力が異なるという問題があり、例えばＡＣファンタイプの凝縮機ファン１８は、電源周波数５０Ｈｚの場合は１時間あたりの風量は１８００リューベで騒音約５０．６ｄＢであり、電源周波数６０Ｈｚの場合は風量２０４０リューベで騒音５４．３ｄＢであり、電源周波数６０Ｈｚの方が風量は１０数％増えるが騒音も３から４ｄＢ程度大きくなる。
【００９４】
遠心用モータ９や制御ボックス２９を冷却するＡＣファンも同様で、電源周波数５０Ｈｚよりも６０Ｈｚの方が風量、騒音が大きい。従ってチャンバ３２を冷却する能力は、凝縮機ファン１８の回転数が高い６０Ｈｚの方が５０Ｈｚに比べて大きいため、５０Ｈｚの場合、遠心分離機の回転室４８の最大冷却能力は小さく騒音も小さく、電源６０Ｈｚの場合、遠心分離機の回転室４８の最大冷却能力は大きいが騒音も大きい。直流電源６の直流電圧は例えば２４Ｖであり電源電圧が１７０Ｖ〜２６４Ｖに変動してもＤＣ２４Ｖを供給するので、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６は一定の回転数を保ち風量・風圧は変化しないから電源電圧・周波数に依存せずまた騒音が変わることなく遠心用モータ９や制御ボックス２９を冷却することができる。
【００９５】
以上説明したように、第三の実施例では電源電圧・周波数フリーな構成とし、接続される電源電圧と許容電流定格を設定記憶した結果により分配パラメータを決定し遠心分離機を動作させるようにしたので、接続される交流電源の電圧が様々に異なっていても単巻トランスを用意する必要が無く、電源周波数５０Ｈｚと６０Ｈｚの違いによる能力・騒音の違いをなくし最適となる最大冷却能力と騒音特性を備える遠心分離機を実現できた。さらに、単相交流への接続だけではなく、遠心用モータ９の双方向コンバータ４とコンプレッサ用モータ１３の単方向コンバータ５で受電する相を異ならせる、いわゆるマルチフェイズ電源への接続が容易に変更可能な構成としたので、各相あたりの使用電流が低減でき、交流電源の電源インピーダンスが高い場合にも運転が可能となる。
【実施例４】
【００９６】
次に、遠心分離機１のロータ３１の温度制御において、ロータ３１の風損損失の大小にかかわらず速かに目標の設定温度にロータ３１の温度を近づけ、その後高精度な温度制御を得るための動作について説明する。
【００９７】
従来の温度制御方式はチャンバ３２の温度を温度センサ４０ｂで検出してコンプレッサ用モータ１３を間欠制御（ＯＮ・ＯＦＦ制御）するため、ロータ３１内の試料の温度を所望の目標温度に制御するのにオーバーシュート・アンダーシュートを繰返してチャンバ３２のロータ３１側の表面温度を脈動させるように構成している。この際の温度制御時に発生する誤差を補うため、予め実験等により求めておいたロータ３１回転時の温度センサ４０ｂの目標温度（目標制御温度）とロータ３１内の試料温度の差である温度補正値を用いて高精度化を実現している。しかしながら、従来のコンプレッサ３５のＯＮ・ＯＦＦ制御では、ＯＮ・ＯＦＦ切替え時に発生する騒音、及び交流電源２２の瞬時電圧低下などを伴う他、チャンバ３２室内の温度を脈動させながらロータ３１を温度制御していたので、温度変動に幅が発生するため温度制御のさらなる高精度化が長年の課題であった。ロータ３１の温度検出手段として、放射温度計等をロータ３１の回転室４８内に設け、直接ロータ３１の底面部の温度を測定し、これを目標制御温度としてロータ３１を所望の温度制御・維持そる方法もあるが、本発明の実施例では、チャンバ３２の温度をサーミスタ等の温度センサ４０ａ、４０ｂで間接的に測定する方法にて、以下説明する。
【００９８】
温度補正値はロータ３１の運転回転数、試料の維持温度の他に、ロータの種類・形状毎に風損による発生量とチャンバ３２とロータ３１間の熱交換量が異なるため、予めロータ種類・運転回転数・試料の維持温度毎に温度補正値を定め操作パネル２１又は制御装置２０に記憶しておき、ロータ３１の種類の他に運転・温度制御条件にあった温度補正値を用いて温度制御の精度向上を図っている。
【００９９】
昨今、エアコンや冷蔵庫などの民生機器では、冷凍機のコンプレッサ用モータ１３をコンプレッサ用インバータ１２によって可変速運転する技術が普及しており、遠心分離機への適用も検討され始めているが、遠心分離機は、試料維持温度が−２０℃から４０℃と広範囲であることや、ロータの回転数やロータの種類によって風損による損失が数１００Ｗ程度から２ｋＷの範囲で大きく変化するため、インバータ方式の冷凍機を適用するにあたり民生機器とは全く異なる温度制御技術が必要となる。ここで図１５、図１６を用いてロータの種類、回転数と風損の関係を説明する。図１５は日立工機株式会社製のＲ２０Ａ４形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。横軸はロータ３１の回転数（ｍｉｎ−１）である。ここでロータ３１の風損１７３（単位Ｗ）は、右側縦軸に対応するもので、ロータ３１の風損は回転数にほぼ比例して増加し、近似式とするとロータの回転数のほぼ２．８乗に比例する。
【０１００】
インバータ方式の冷凍機を採用して従来の温度センサ４０ｂの検出温度と設定された目標温度との差から、比例・積分・微分項からなるいわゆる温度フィードバックＰＩＤ制御方式を採用しても、前述のように運転条件によってロータの発熱量が大きく異なる。ロータ３１の回転数と目標制御温度との関係は、１７０〜１７２の通りであり、１７０はロータ３１を２０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７１は１０℃に冷やす時の目標制御温度曲線、１７２は４℃に冷やす時の目標制御温度である。１７０〜１７２により理解できるようにロータ３１の回転数が上昇すると風損が上昇するので、目標制御温度を低めに設定する必要がある。このように、比例・積分・微分項の配分となるＰＩＤ制御パラメータは温度制御条件によって最適値が大きく異なり、ＰＩＤ制御パラメータの適正値を一様に定めるのは困難である。従って、コンプレッサ用モータ１３の回転数を単にＰＩＤ制御するだけでは制御温度のハンチングが生じ易いので制御温度の更なる精度向上が望めないため、ロータ温度の好ましくない上下の温度差を抑え、温度制御精度を向上させる必要がある。
【０１０１】
そこで第四の実施例では、制御装置２０はチャンバ３２の底部に設けた温度センサ４０ａの検出温度をフィードバックし、ロータ３１内の試料が設定された目標温度になるようにコンプレッサ３５内のコンプレッサ用モータ１３の回転数を制御する。ここで、凝縮機３７の放熱のために風を送る凝縮機ファン１８の回転数は、前述のように５０Ｈｚで制御されている。
【０１０２】
図１６は出願人が販売するロータであるＲ１０Ａ３形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。Ｒ１０Ａ３形ロータは、図１５で例示したＲ２０Ａ４形ロータよりも大型であってロータ径が大きい。従って、回転数の上昇に伴うロータ３１の風損１７８（単位Ｗ）の上昇度合いは、図１５の風損１７３よりも大きくなる。しかしながら、Ｒ１０Ａ３形ロータの表面積が大きいため、チャンバ３２の冷却によって、Ｒ２０Ａ４形ロータよりも冷却効果が高くなる。従って、ロータ３１の回転数と目標制御温度との関係は、１７５〜１７７の通りであり、１７５はロータ３１を２０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７６は１０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７７は４℃に冷やす時の目標制御温度である。目標制御温度１７０〜１７２により理解できるようにロータ３１の回転数が上昇すると風損が上昇するので、目標制御温度を低くする
【０１０３】
図９は本実施例の遠心分離機１において、ロータ３１として前出のＲ２２Ａ４形ロータを回転数２２０００ｍｉｎ−１、試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５０と、温度センサ４０ａによる測定された温度１５１と、ロータ３１の底面温度１５２（単位℃）を示したものである。横軸はロータ３１を回転させてからの経過時間である。
【０１０４】
このロータの場合、ロータ３１を回転数２２０００ｍｉｎ−１において４℃に冷やすための目標制御温度は、図１５のライン１７２からわかるように−１２．７℃となる。この際のコンプレッサ用モータ１３の制御回転数は、図９の０〜５００秒付近の範囲に示すように、ロータ３１の加速段階では５８Ｈｚとし、ロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１で整定した以降は６５Ｈｚとする。このように制御することによって、時間の経過に伴い温度センサ４０ａの検出温度が低下し、経過時間６５０秒付近で目標制御温度より０．５℃高い−１２．２℃に達すると、温度センサ４０ａの検出温度と目標制御温度からＰＩＤ演算によりコンプレッサ用モータ１３の回転数を制御するＰＩＤ制御を開始する。図１７のＰＩＤ制御開始時のＩ（積分項）の初期値は、例えばＰＩＤ制御に移行する直前２分間の温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率（℃／秒）で決めることができる。
【０１０５】
例えば図１７では、温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率が２分間で約１．２℃であるから、ＰＩＤ制御のＩ項の初期値として５０Ｈｚが代入される。ここでＰＩＤ制御のＰとＩとＤの和をコンプレッサ周波数にするが、ＰとＤは演算の都度、新たな値を決めるのに対し、Ｉは時間軸に沿って積算するので、初期値として入れておくとその後の制御のオフセットのような効果がでる。この制御操作により、ＰＩＤ移行時にコンプレッサ用モータ１３の回転数を高く維持し、温度センサ４０ａが速やかに、滑らかに制御目標温度に近づく。この理由は、測温値が減少する温度時間変化率が大きい程ロータ３１の冷却が速いので、ＰＩＤ制御移行時のＩを小さく設定し、逆の場合は大きく設定し、いずれの場合も、コンプレッサ用モータ１３の回転数制御に変曲点を設けて、温度センサ４０ａが速やかに制御目標温度に近づくようにしている。
【０１０６】
以上のように制御することにより、コンプレッサ用モータ１３のＰＩＤ演算により算出される演算回転数は、当初若干の回転数のオーバーシュート・アンダーシュートを伴うものの、最終的には約４８Ｈｚの回転数に落ち着き、これ以降コンプレッサ用モータ１３の回転数制御は安定する。この間、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度１５２の時間経過は、制御開始時に２６℃であったものが滑らかに下降し、正確に４℃にて維持される。
【０１０７】
図１０は、従来の遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５３、ロータ３１の底面温度（単位℃）１５５、温度センサ４０ｂの測定温度値１５４の時間経過を示したものである。図９の本実施例と異なり、従来の遠心分離機では温度センサ４０ａの替わりにシールラバー４１内に設けられた温度センサ４０ｂを用いて温度制御を行っている。その場合は温度制御目標が異なるため、温度センサ４０ｂの冷却目標温度を図９の−１２．７℃から−７℃に変更したこと以外は図９で示した実測例と異なるところはない。
【０１０８】
図１０から明らかなように、従来のコンプレッサ用モータ１３の制御回転数は、時間が経過してもオーバーシュート・アンダーシュートを繰り返し回転数が収束安定しないためコンプレッサ３５から発生する騒音が変動し、ロータ３１の底面温度は脈動が継続するため温度制御精度が低下する。この原因は、温度センサ４０ｂがシールラバー４１に覆われているためコンプレッサ用モータ１３の回転数の変化によるエバポレータ３３の温度変化に対する遅れ、時定数などのレスポンスが悪いためである。したがって、本実施例による温度制御を行うには、図１０のように温度センサ４０ｂを用いて行うのではなく、図９のように温度センサ４０ａを用いて行うと良い。この理由は温度センサ４０ａがチャンバ３２の金属部に接触し設けられているためのエバポレータ３３の温度変化に対してレスポンス良く応答するからである。
【０１０９】
図１１は、遠心分離機１でロータ３１として前出のＲ２２Ａ４形ロータを回転数１００００ｍｉｎ−１で回転させ、ロータ３１内の試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５６、温度センサ４０ａの測定温度（単位℃）１５７、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度（単位℃）１５８の時間経過を示したものである。この条件では、ロータ３１の風損は、図９の場合の１１％程度で１００Ｗ未満となり、温度制御動作の進行に伴い測定温度１５７に対応した回転数１５６が最小連続回転数、例えば本実施例の場合１５Ｈｚを下回ったら、コンプレッサ用モータ１３の回転数制御はＰＩＤ連続回転数制御から２０ＨｚのＯＮ及びＯＦＦの制御となる。通常、コンプレッサ用モータ１３においては、定格や安定性の関係から連続回転できる最大回転数（最大連続回転数）と最小回転数（最小連続回転数）が設定されている。ここで、間欠制御の際の連続回転数を２０Ｈｚとして、コンプレッサ用モータ１３の最小連続回転数よりも高く設定する。コンプレッサ用モータ１３をＯＮ・ＯＦＦ制御する際のそれぞれの回転数、すなわち発停回転数は、本発明ではＯＮ時２０Ｈｚ、ＯＦＦ時０（ゼロ）Ｈｚである。
【０１１０】
連続回転できる最小回転数を１５Ｈｚとし、ＯＮ・ＯＦＦ制御時のＯＮ時回転数２０Ｈｚよりも低く設定しているため、最小連続制御時の吸熱量とＯＮ・ＯＦＦ間欠制御時の吸熱量間の吸熱量守備範囲がオーバーラップしており、低速の連続回転数制御とＯＮ・ＯＦＦ間欠制御間で制御状態の行き来があっても温度制御性特性が良好になる。このコンプレッサ用モータ１３のＯＮ及びＯＦＦの繰り返し制御に伴い、温度センサ４０ａの測定温度１５７は小幅に脈動するが、ロータ３１の底面温度１５８は変動がなく高精度で安定した温度制御となっていることが理解できるであろう。
【０１１１】
温度センサ４０ａの目標制御温度は約−１℃であり、コンプレッサ用モータ１３の回転数は温度制御開始当初１００〜３００秒付近は６５Ｈｚにあり、ＰＩＤ制御により温度センサ４０ａの温度が−０．５℃になると１５Ｈｚまで連続制御で回転数が低下する。しかし、コンプレッサ用モータ１３が１５Ｈｚの最小連続回転数であっても連続運転すると温度センサ４０ａの測定温度１５７がさらに低下するため、目標制御温度が約−１℃より２度低下した−３℃でコンプレッサ用モータ１３をＯＦＦにし、コンプレッサ用モータ１３のＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。そして温度センサ４０ａの測定温度１５７が上昇に転じ目標制御温度より１度高い０℃になると、コンプレッサ用モータ１３を再びＯＮにする。このＯＮ・ＯＦＦ制御は、目標制御温度に対して＋１度のオーバーに対してＯＦＦ状態からＯＮ動作へ、一方、−１度のアンダーに対してＯＮ動作からＯＦＦ状態に切換え制御し、ＯＦＦ状態からＯＮ動作への移行時には最小６０秒のＯＦＦ状態の状態確保（最小オフ時間）、逆のＯＮ動作からＯＦＦ状態への移行時には最小３０秒ＯＮ状態の状態確保（最小オン時間）を伴う。これは、コンプレッサ３５のオイル潤滑上の理由からで、サクション管４２と吐出管３６の間で圧力差が所定値以下でＯＮ、圧力差が所定値以上でＯＦＦする必要があるからである。
【０１１２】
図１２は、遠心分離機１でロータ３１として前出のＲ１０Ａ３形ロータを回転数７８００ｍｉｎ−１で回転させ、ロータ３１内の試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５９、温度センサ４０ａの測定温度（単位℃）１６０、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度（単位℃）１６１の時間経過を示したものである。温度センサ４０ａの制御温度目標は、おおよそ−２℃である。この条件では、ロータ３１の風損は６３０Ｗ程度となり、コンプレッサ用モータ１３の回転数１５９で示すように温度制御動作の進行に伴いコンプレッサ用モータ１３の回転数１５９は連続制御回転数の下限値となる１５Ｈｚ強の連続回転数制御となる。この回転数は、図９の場合のＯＮ・ＯＦＦ制御時のＯＮ時回転数２０Ｈｚよりも低いため、低速の連続回転数制御と２０Ｈｚ、ＯＮ・ＯＦＦ制御との間の吸熱量範囲がオーバーラップしている、低速の連続回転数制御とＯＮ・ＯＦＦ制御と狭間の領域の制御性が良好になる。
【０１１３】
図１３は、遠心分離機１でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する途上で、回転数を１２０００ｍｉｎ−１に設定変更した場合の温度制御を実測例で示した図である。図１１とは逆に、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１６２で示すように温度制御動作の進行に伴いコンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１６３の制御は２０ＨｚのＯＮ・停止ＯＦＦ制御からＰＩＤ連続回転数制御となる。温度センサ４０ａの目標制御温度は当初約−１℃であり、回転数の設定変更後は約−２℃である。図１１と同様にコンプレッサ用モータ１３の回転数１６２は温度制御開始当初の０〜２００秒程度までは６５Ｈｚにあり、ＰＩＤ制御による連続回転数制御により１５Ｈｚまで連続制御で回転数が低下した後にＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。
【０１１４】
この後約２０００秒付近で、ロータ３１の回転数が１００００ｍｉｎ−１から１２０００ｍｉｎ−１に設定回転数変更タイミング１７４で増速されると、ロータ３１の風損が若干増加する。よって、コンプレッサ用モータ１３の回転数が２５ＨｚでＯＮ状態にあるとき１８０秒以上温度センサ４０ａの検出温度が新しい目標制御温度−２℃を０．５℃上回る状態が継続してしまうので、制御装置２０はコンプレッサ用モータ１３を連続回転のＰＩＤ制御に移行する。この後の制御の状況は図１２での説明と同様である。
【０１１５】
連続回転のＰＩＤ制御に移行後の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数１６２は、約１９００〜２３００秒付近に示すように３０Ｈｚとし、過大な回転数からのＰＩＤ制御開始により一時過渡的にロータ３１の温度が低下してしまうのを防止している。この関係をまとめて示すと図１４のようになり、目標制御温度と温度センサ４０ａの検出温度が数度程度の所定値範囲内に接近している場合、ＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数は、ロータ３１の設定可能最大回転数に対する設定回転数との比率から求まる係数を、コンプレッサ用モータ１３の所定最大連続回転数に掛け算した回転数として設定され再変更される。最大回転数に対する設定回転数との比率（％）が６５％以下の場合は、コンプレッサ用モータ１３の回転数（Ｈｚ）は全て３０Ｈｚに設定される。例えば最大回転数２２，０００ｒｐｍのロータ３１の設定回転数が１２０００ｒｐｍの場合は、最大回転数の５４．５％になるので、図１４から６５％以下の３０ＨｚがＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数に再設定される。
【０１１６】
なお、ＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数はロータ３１の風損に依存するので、あらかじめ登録されているロータ群の風損係数と運転中のロータ３１の回転速度からロータの発熱量を算出した値を係数として、コンプレッサ用モータ１３の最大連続回転数に掛け算した回転数に再設定することでも良い。
【実施例５】
【０１１７】
次に図１９を用いて遠心分離機１の運転を開始して、ロータの回転を上昇させて設定回転数に整定させる際のコンプレッサ用モータ１３の回転数との関係を示す。（１）と（２）の横軸は同じ時間軸で並べて記載している。作業者が回転室４８にロータ３１をセットしてドア４３を閉め、操作パネル２１にて遠心分離の設定回転数を２２，０００ｒｐｍにし、遠心分離時間、設定温度等を設定してから時間ｔ１において運転を開始したとする。すると図１９（１）のロータ回転数２０１に示すように、遠心用モータ９の回転数が上昇することによってロータ３１の回転数が上昇し、時間ｔ３において加速が終了して整定状態（ロータ３１が設定回転数にて定速運転する状態）になる。図１９（１）では、遠心用モータ９の動作状態として、“停止”、“加速”、“整定”の３つの状態を示している。
【０１１８】
ここで、遠心用モータ９は電気モータであるため、起動時及び加速時の電流は、整定時の電流に比べて大きくなるという特性がある。このような状況下であっても、加速時間を短くしてできるだけ早く整定状態にするには、コンプレッサ用モータ１３に割り当てる最大電力を少なくして、その分を遠心用モータ９へ配分することにより遠心用モータ９への電力配分を多くすることが好ましい。一方、遠心用モータ９への電力配分を少なくするということは、コンプレッサ用モータ１３の回転数を所望の回転数まで上げられないこともある。例えば、コンプレッサ用モータ１３を最大連続回転数（例えば８０Ｈｚ）にあげて回転室４８内を急速冷却したい場合であっても、接続電源の給電容量の関係から制限せざるを得ない場合がある。本実施例では、遠心用モータ９の加速時と整定時に対するコンプレッサ用モータ１３への電力配分比を変更するようにし、例えば加速時にはコンプレッサ用モータ１３の回転上限を５８Ｈｚに制限して遠心用モータ９への電力分配比率を多めにし、整定時には遠心用モータ９への電力分配比を低下させてコンプレッサ用モータ１３の回転上限を６７Ｈｚ程度になるように設定した。ここで５８Ｈｚ、６７Ｈｚというのは接続電源の給電容量によって設定される値であるので、給電容量の異なる設置場所においてはコンプレッサ用モータ１３の回転上限値は変わるものである。
【０１１９】
このように本実施例では、インバータ制御の冷凍機への電力配分と遠心用モータ９への電力配分比を、ロータ３１の回転の加速時と整定時において異なるように構成した。このように構成することによって、加速時には遠心用モータ９への電力配分（最大分配電力）を多めにして加速を早く終了させ、整定時には遠心用モータ９への電力配分（最大分配電力）を減らして、その分をコンプレッサ用モータ１３への電力配分（最大分配電力）に回すようにして回転室４８内が良好に冷却されるように構成した。
【０１２０】
図１９（２）においては、時間ｔ３でロータ３１が整定状態になると、制御装置２０はコンプレッサ用モータ１３の回転数を５８Ｈｚから６７Ｈｚに上昇させ、時間ｔ４で６７Ｈｚの定常運転になる。その後、コンプレッサ用モータ１３が６７Ｈｚで連続運転をすることにより回転室４８内が十分に冷えると、ＰＩＤ制御によって時間ｔ５でコンプレッサ用モータ１３の回転数が徐々に落とされ、回転室４８を目標温度を保つように制御される。図１９の例では時間ｔ５以降は、５８Ｈｚよりやや高い程度の回転数を保つ例が図示されているが、整定して十分時間が経過した後のコンプレッサ用モータ１３の回転数は、ロータの種類、設定温度、回転数によって変わるものである。また、回転室４８を目標温度が高めの場合は、整定して十分時間が経過した後のコンプレッサ用モータ１３の設定回転数が最小連続回転数に近くまで、又はそれ以下にまで下がることがある。コンプレッサ用モータ１３の設定回転数が最小連続回転数以下の場合は、ＰＩＤ制御からコンプレッサ用モータ１３の間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転を行う。
【０１２１】
以上のように第５の実施例によれば、加速時と整定時において遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３への電力配分（最大分配電力）を変更するように制御するので、加速時には遠心用モータ９への電力分配量を増やして迅速に加速させ、整定時（定常回転時）は加速時に比べて遠心用モータへの電力分配量を減らすことによりロータ３１を確実に冷却することができる。尚、第５の実施例では時間ｔ１〜ｔ３までの加速時のコンプレッサ用モータへ配分される最大電力を、コンプレッサ用モータ１３の回転数５８Ｈｚ分に制限したが、この制限量を固定せずに、この間の期間を細分化して、加速前半の区間、後半の区間に２分割して、あるいはさらに多分割して、各区間毎の遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３への電力配分比を変更するように細かく制御しても良い。この際であっても加速時の最後の区間の遠心用モータ９への電力配分よりも、整定直後の遠心用モータ９への電力配分が少なくなるようにすると良い。
【実施例６】
【０１２２】
次に図２０を用いて本願発明の第６の実施例を説明する。第５の実施例においては加速時と整定時の遠心用モータ９への電力配分を変えるように、つまり２段階に変更可能なように設定した。第６の実施例においてはこの電力配分比の変更を、遠心用モータ９で消費される電流値に応じて連続可変にできるように構成したことに特徴がある。図２０（１）はロータ３１の加速時から整定時に至る際に遠心用モータに流れる電流値（単位Ａ）である。作業者が回転室４８にロータ３１をセットしてドア４３を閉め、操作パネル２１にて遠心分離の設定回転数を２２，０００ｒｐｍにし、遠心分離時間、設定温度等を設定してから時間ｔ１１において運転を開始したとする。すると遠心用モータ９の回転数の上昇に伴い、モータ電流２１１は図示のように上昇する。このモータ電流２１１の上昇は使用するモータの種類や制御の仕方によって一様でないが、本実施例の遠心用モータ９は遠心用インバータ８によって駆動されるため、時間ｔ１１直後に４Ａ付近まで上昇し、その後矢印２１１ａのようにほぼリニアに上昇し、矢印２１１ｂ付近では１３Ａ程度まで上昇する。ここで、給電容量に応じたモータ電流２１１の加速時の最大分配電力（上限値）が１３Ａであるので、その上限値の電流をキープしたまま加速を続け、時間ｔ１３において遠心用モータ９の回転数が設定回転数２２，０００ｒｐｍに到達したため、定速運転に移行する。すると遠心用モータ９の電流は７．５Ａ程度に落ちる。
【０１２３】
図２０（２）はコンプレッサ用モータ１３の回転数２１２の推移を示すグラフである。（１）と（２）の横軸は同じ時間軸で並べて記載している。第６の実施例では、各時間における（遠心用モータ９の消費電流＋コンプレッサ用モータ１３の消費電力）が、総給電容量内での遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３に割り当てられた消費電力の範囲内で収まるように制御される。そのため制御装置２０に含まれるマイクロコンピュータが遠心用モータ９の電流値（図２の電流センサ１９の出力）に応じてコンプレッサ用モータ１３の回転数２１２を設定するように構成した。図２０（２）において回転数２１２は、時間ｔ１１で起動してから大きく増加させ、遠心用モータ９の定速回転時（時間ｔ１３以降）の上限値の６７Ｈｚよりも大きくなるように設定される。しかしながら、矢印２１２ａにおいて遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３の消費電力の合計が割当て電力値の上限に達する上に遠心用モータ９の消費電力が更に上昇傾向にあるので、その分だけコンプレッサ用モータ１３の消費電力を落とすべく回転数２１２を矢印２１２ｂのように減少させる。
【０１２４】
加速時間の終了間際、即ち時間ｔ１３の直前の数百回転付近で矢印２１１ｃのように遠心用モータ９の消費電力が大きく低下するので、矢印２１２ｄのようにその分だけコンプレッサ用モータ１３の回転数を上昇させるようにして、最終的には矢印２１２ｅで示すように６７Ｈｚ付近で落ち着くようにした。尚、コンプレッサ用モータ１３の回転数６７Ｈｚは、遠心分離運転初期段階において回転室４８の温度を割り当てられた最大分配電力の範囲内で最大に冷却しようとする時の設定回転数であって、回転室４８が一端目標温度まで低下した後においては、その温度を維持するだけで良いので、コンプレッサ用モータ１３の回転数を大幅に下げることができ、時間ｔ１５以降の制御ではＰＩＤ制御によって、モータ１３の回転数を低回転に制御している。
【０１２５】
以上、本発明者によってなされた発明を各実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１ 遠心分離機 ２ 給電ライン ３ 給電ライン
４ 双方向コンバータ ５ 単方向コンバータ ６ 直流電源
７ 平滑コンデンサ ８ 遠心用インバータ ９ 遠心用モータ
１０ コントロールスイッチ １１ 平滑コンデンサ
１２ コンプレッサ用インバータ １３ コンプレッサ用モータ
１４ コントロールスイッチ １５ 整流器 １６ 平滑コンデンサ
１７ 凝縮機ファン用インバータ １８ 凝縮機ファン
１９ 遠心用モータ電流センサ ２０ 制御装置 ２１ 操作パネル
２２ 交流電源 ２３ 入力コントロールライン ２４ 回転センサ
２５ ＤＣファン ２６ ＤＣファン ２７ 出力コントロールライン
２８ コンプレッサ用モータ電流センサ ２９ 制御ボックス
３０ 電圧センサ ３１ ロータ ３２ チャンバ
３３ エバポレータ ３４ 断熱材 ３５ コンプレッサ
３６ 吐出管 ３７ 凝縮機 ３８ キャピラリ ３９ 給電ライン
４０ａ 温度センサ ４０ｂ 温度センサ ４１ シールラバー
４２ サクション管 ４３ ドア ４４、４５、４６ 電圧センサ
４７ インバータ１７用電流センサ ４８ 回転室 ５２ 交流電源
１００ 遠心用モータ９の回転数
１０１ コンプレッサ用モータ１３の回転数
１０２ 遠心用モータ電流センサ１９の出力
１０３ コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力
１０４ 遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値
１１０ 遠心用モータ９の回転数
１１１ コンプレッサ用モータ１３の回転数
１１２ 遠心用モータ電流センサ１９の出力
１１３ コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力
１１４ 遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値
１２０ コンプレッサ３５の入力電力
１２１ コンプレッサ３５の冷却能力
１３０ Ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ欄
１３１ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ欄
１３２ Ｐｈａｓｅ欄
１３３ Ｍａｘ． Ｃｕｒｒｅｎｔ欄
１３４ チェックマーク
１３５ ＯＫボタン
１５０、１５３、１５６、１６０、１６２ コンプレッサ用モータ１３の回転数
１５１、１５７、１６０ 温度センサ４０ａの温度
１５２、１５５、１５８、１６１、１６３、１６４ ロータ３１の底面温度
１５４ 温度センサ４０ｂの温度
１７０、１７１、１７２ 目標制御温度
１７３、１７８ 風損
１７４ 設定回転数変更タイミング
１７５、１７６、１７７ 目標制御温度
２０１ （ロータ３１の）回転数
２０２、２１２ （コンプレッサ用モータ１３の）回転数
２１１ （遠心用モータ９の）モータ電流
２１２ （コンプレッサ用モータ１３の）回転数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な電源事情に対して構成を変更せずに対応でき、小形化・低騒音化を達成すると共に高精度な温度制御を実現した遠心分離機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機、とりわけ高速冷却遠心機と呼ばれる種類に属する遠心分離機は、高速回転するロータを低温（例えば４℃）に冷却保持し、短時間にロータ加速・減速する能力が必要な実験室用或いは製造工程のルーチン作業に広く使用される。このような遠心分離機は、チューブ・ボトルに入れた分離・沈殿させる試料をロータに保持させて、チャンバ内のクラウンにセットされたロータを所定の回転数まで加速した後に整定させ、しかる後に減速停止して遠心分離した試料を得る装置である。
【０００３】
従来の高速冷却遠心機では、試料の遠心分離時間がさほど長くないことが多く、ロータの加速・減速時間を短縮して分離・沈殿物の収集能率を向上させることが重要であり、加減速時間が短いことが特に要求される。また、遠心分離運転中に分離・沈殿させる試料は、生化学的活性の低下・温度による劣化を防ぐために、遠心分離運転中はロータに保持された試料を低温（例えば４℃）に高精度に保持する能力が求められる。さらに、設置スペースが小さく小形であることが重要であり、研究・実験室などの静かな周囲環境で使用されるため運転音が静かであることも重要である。
【０００４】
一方、遠心分離機の仕向け先（配送先）は全世界に及ぶため、各国での電源事情が様々であり、従来から一つの設計仕様で電源の電圧・周波数・給電容量に対応できるような構成とされている。出願人により現在販売されている製品の一般的な構成としては、ロータの加速・減速するためのモータはインバータによる可変速制御が行われ、試料を低温に保持する冷凍ユニットのコンプレッサモータと凝縮機通風ファンは共に単相誘導モータによるオンオフ制御が行われる。
【０００５】
遠心分離機にインバータ制御による可変速モータとする技術は特許文献１により提案されている。特許文献１では、ロータを回転駆動するモータの力行・電源回生運転に際し、電源から給電或いは電源に戻す電流を高力率でかつ高調波電流を低減させた電流波形とするものである。また、特許文献２に示す技術は、供給される電源周波数が６０Ｈｚの地域で、冷却ファンの回転数を５０Ｈｚ時の回転数と同等になるように低減し、電源周波数が変わることにより冷却ファンから発する騒音レベルが変動しないようにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２４６３５１号公報
【特許文献２】特開平６−１７０２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、仕向け先毎の電源電圧への対応については、できる限り一つの設計仕様で対応させるため、通常電源電圧への整合が困難である遠心用モータ制御、コンプレッサ用モータ制御、凝縮機通風ファン等のために遠心分離機の電源入力部に単巻トランスを設け、この単巻トランスのタップを切替えて遠心分離機の機内動作電圧に合わせていた。しかしながら接続電源の電流容量が様々であるため、給電容量が小さい場合には給電容量を超えないようにロータ加速時の遠心用モータの電流を、電流容量の最も小さい電源仕様に合わせてロータの加速を鈍くするか、或いは、ロータの加速に電源容量を振り向けるためにロータの加速が終了するまでの間、冷凍機のコンプレッサ用モータの動作を停めてロータが回転に伴う風損で温められてしまうのを容認するようにしていた。しかしながらこのような制御方法を採用すると、遠心分離機本来の機能を低下させていることになってしまう。
【０００８】
従来の電源周波数への対応に関しては、電源周波数が変化するとモータの回転数が変わり冷却能力に違いが生じるコンプレッサ用モータ及び凝縮機通風ファンを用いている。この際、コンプレッサ用モータでは回転数の低下により冷媒循環量が低下する５０Ｈｚ電源でも冷凍能力が十分確保できるように、能力が大きいものを組み込んでいる。また、同様に凝縮機通風ファンでは回転数の低下により凝縮機の放熱量が低下する５０Ｈｚ電源でも放熱が十分確保できるように大形のファンを装備している。しかしながらこれらを６０Ｈｚ電源で使用する際には、これらのモータやファンの回転数が上昇することにより発生する動作音が大きくなる。これらの音を下げるために防音・遮音などの装備を組み込んで製品化している製品もある。これはロータ駆動用のモータの冷却ファン、制御装置冷却ファンでも事情は同様である。
【０００９】
従来のロータの温度制御においては、コンプレッサ用モータの回転数は電源周波数に依存する単一の回転数とし、コンプレッサ用モータのＯＮ及びＯＦＦの制御を行っている。この制御では回転中のロータの大きな温度脈動や、ロータの風損損失が低い領域での温度制御精度の低下がある。この対策として、インバータ制御による可変速コンプレッサを利用したものがあるが、連続可変速運転だけでなく間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転が必要な制御の場合は、ロータの風損損失が低い連続可変速運転と間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転の境界領域でのロータの温度制御性が悪くなり、依然として高精度な温度制御が実現できていなかった。
【００１０】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的はワールドワイドな仕向け先の電源事情に対して、単巻トランスの搭載を不要とし、給電容量の違いに対して容易に対応可能な遠心分離機を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、供給電源の電源周波数が異なっていても冷凍能力の低下や騒音上昇を大幅に抑えることができ、余分な防音・遮音材などを組み込み不要とした小形・低騒音の遠心分離機を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、ロータの風損損失が低い領域においても高精度な温度制御精度が得られ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】
【００１３】
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。
【００１４】
本発明の一つの特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、ロータを収容する回転室を有し、三相交流電力にて回転駆動される複数のモータと、遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、複数のモータの一つはロータを回転させる遠心用モータであり、制御装置は遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配を変更するように構成した。制御装置は１運転中に遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配を変更するように制御する。遠心分離機はインバータ制御の冷凍機を備え、制御装置はロータの回転加速中は冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当て、例えば装着されるロータの種類或いは接続電源の給電容量に応じて、ロータの回転加速時のモータへの最大分配電力と、ロータの回転整定時のモータへの最大分配電力が異なるように制御する。制御装置は、ロータの回転加速中は冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当てるようにする。制御装置は、装着されるロータの種類又は接続電源の給電容量に応じて、モータへの電力供給分配比を変更する。遠心分離機はさらに、商用交流電力を直流電力に変換（昇圧又は降圧）するコンバータと、コンバータの直流出力を変換して遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、コンバータの直流出力を変換してその他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、制御装置は第一及び第二のインバータから供給する電力量を調整することにより分配比を変更する。
【００１５】
本発明の他の特徴によれば、遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配比は、ロータの種類毎に或いは接続電源の給電容量に応じて予め設定され制御装置の記憶装置に格納される。また、遠心分離機は回転室を冷却する冷却装置と交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータの直流出力を変換して遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、コンバータの直流出力を変換してその他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、冷却装置は第二のインバータから給電された交流電力により可変速に制御可能なコンプレッサ用モータを有し、遠心用モータへの電力供給とコンプレッサ用モータへの電力供給の分配比がロータの種類に応じて変更される。さらに、第一の昇圧コンバータは交流電源を直流電力への変換する機能と、第一のインバータから供給される直流電力を交流電力に変換して交流電源に戻す機構を有する。その他のモータとして、冷却装置において冷媒を冷却する凝縮機に通風する凝縮機ファンを含み、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータと凝縮機ファンのそれぞれをフィードバック制御する。凝縮機ファンを可変速制御するために、昇圧コンバータからの直流電力を交流電力に変換する第三のインバータが設けられる。凝縮機ファンの可変速制御回転数は装着されるロータの種類に応じて変更される。
【００１６】
本発明の他の特徴によれば、交流電源から給電された交流電力を直流電力に変換する第一及び第二のコンバータと、第一のコンバータに接続される遠心用インバータと、遠心用インバータの出力により可変速制御される遠心用モータと、遠心用モータにより駆動され試料を遠心分離するロータと、ロータを内蔵するチャンバと、チャンバを冷却するエバポレータと、エバポレータに冷媒を循環供給する冷媒を圧縮するコンプレッサと、第二のコンバータに接続されるコンプレッサ用インバータと、コンプレッサ用インバータの出力により可変速制御されるコンプレッサを駆動するコンプレッサ用モータと、これらを制御する制御装置を有する遠心分離機において、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータをフィードバック制御すると共に、ロータ加速時にあらかじめ設定された遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータに従ってコンプレッサ用モータの回転数を制御するように構成した。ロータの加速時と定常回転時において、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータを変更する。分配パラメータは、ロータの種類毎に制御装置に含まれる記憶装置にあらかじめ格納され、制御装置は装着されたロータを識別し、記憶装置に格納された分配パラメータに従って制御する。第一のコンバータは交流電源を直流電力に変換する機能に加えて、遠心用インバータから供給される直流電力を交流電力に変換して交流電源に電力を回生する双方向コンバータとすると好ましい。ロータの加速中において、制御装置はコンプレッサ用モータの回転数をロータの設定温度にて熱平衡状態に維持可能な回転数にほぼ等しい回転数を維持するように制御する。ロータの加速が終了して定速回転に移行した後は、制御装置はコンプレッサ用モータの回転数を、ロータを目標温度に冷却維持するのに必要な回転数よりも高くなるように制御する。
【００１７】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持するロータを収容する回転室と、ロータを回転駆動する遠心用モータと、回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、遠心用モータと冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、制御装置は、ロータの回転加速時の冷凍機への最大分配電力と、ロータの回転整定時の冷凍機への最大分配電力を異なるように制御する。この際、加速時の冷凍機の最大分配電力が、整定時の冷凍機への最大分配電力よりも小さくすると良い。冷凍機は可変速に制御されるコンプレッサ用モータを有し、加速時にはコンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を低く設定し、整定時のコンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を高く設定し、制御装置は設定された上限値の範囲内でコンプレッサ用モータの運転を行う。制御部はロータの回転整定時に、コンプレッサ用モータの回転制御をＰＩＤ制御又はＯＮ・ＯＦＦ制御によって行う。また、加速時及び整定時の冷凍機への最大分配電力は、装着されるロータに合わせて設定されるようにしても良い。
【００１８】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、ロータを回転駆動する遠心用モータと、回転室を冷却する冷凍機と、遠心用モータと冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、 冷凍機はインバータ制御されるコンプレッサを有し、制御部は、遠心用モータの回転加速中はコンプレッサ用モータを第１の速度で回転させ、遠心用モータが設定回転数近くに達したらコンプレッサ用モータを第１の速度よりも高い第２の速度に切り替えて運転するようにした。ここで設定回転数近くとは、設定回転数から数百回転低い回転数である。
【００１９】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、ロータを回転駆動する遠心用モータと、回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、遠心用モータと冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、遠心用モータに流れる電流値に応じて冷凍機の回転数の上限を設定するようにした。ロータの回転加速後半の冷凍機への最大分配電力は、ロータの回転整定時の冷凍機への最大分配電力よりも小さくした。
【００２０】
本発明の他の特徴によれば、試料を保持するロータと、ロータを収容する回転室を有し、インバータ回路にて回転駆動されるロータ駆動用モータと、ロータを冷却する冷凍機と、冷却温度や運転時間などの運転条件を入力する操作パネルと、遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、操作パネルで入力可能な最低温度に設定した際のロータの加速中の冷凍機への分配電力は、ロータが整定運転時の冷凍機への分配電力より小さくした。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、制御装置は１運転中に遠心用モータへの電力供給とその他のモータへの電力供給の分配を変更するので、限られた供給電力の範囲内で効率よく各モータを回転させることができる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、制御装置はロータの回転加速時のモータへの最大分配電力と、ロータの回転整定時のモータへの最大分配電力が異なるように制御するので、限られた供給電力の範囲内で素早くロータの加速を行うことができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、制御装置はロータの回転加速中は冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当てるので、加速中であっても冷凍機が停止することがなく、温度上昇等の弊害が出ない範囲で冷凍機を稼働させることができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、装着されるロータの種類或いは接続電源の給電容量に応じてモータへの電力供給分配比を変更するので、ロータの冷却特性に合わせた必要な冷却能力を確保しつつ素早くロータの加速を行うことができる。
【００２５】
請求項５の発明によれば、制御装置は第一及び第二のインバータが消費する電力量を調整することによって電力供給の分配比を変更するので、インバータを用いて電力供給の分配比を容易に制御することができる。
【００２６】
請求項６の発明によれば、電力供給の分配比はロータの種類毎或いは接続電源の給電容量に応じて予め設定され制御装置の記憶装置に格納されるので、ロータの種類或いは給電容量がわかれば即座に電力供給の分配比が定まるので、制御装置は容易に制御することができる。
【００２７】
請求項７の発明によれば、冷却装置は第二のインバータから給電された交流電力により可変速に制御可能なコンプレッサ用モータを有し、遠心用モータへの電力供給とコンプレッサ用モータへの電力供給の分配比がロータの種類に応じて変更されるので、ロータの運転とロータの冷却を全く独立してそれぞれを最適に制御できる。
【００２８】
請求項８の発明によれば、第一のコンバータは交流電源を直流電力への変換する機能と、遠心用インバータから供給される直流電力を交流電力に変換して交流電源に戻す機構を設けたので、受電力率が高まりロータを短時間に加速・減速させることができる。さらに高速回転するロータを強力に冷却でき電源高調波を低減できる。さらに、ロータの減速回生制動時に発生する電気エネルギーは、逆潮流機能により電源若しくはロータ冷却用可変速コンプレッサに吸収できるので、減速回生放電抵抗器を省略して機器の小形化可能になり省スペースが実現できる。
【００２９】
請求項９の発明によれば、その他のモータとして、冷却装置において冷媒を冷却する凝縮機に通風する凝縮機ファンを含み、制御装置は、遠心用モータとコンプレッサ用モータと凝縮機ファンのそれぞれを電圧フィードバック制御するので、ロータの温度を急速に目標温度に近づけるのに必要な冷却能力を確保しながら低騒音化を実現できる。
【００３０】
請求項１０の発明によれば、凝縮機ファンを可変速制御するために、コンバータからの直流電力を交流電力に変換する第三のインバータを設けたので、凝縮機ファンをコンプレッサ用モータと独立して制御することができる。
【００３１】
請求項１１の発明によれば、凝縮機ファンの可変速制御回転数は装着されるロータの種類に応じて変更されるので、ロータに併せて最適な冷却能力を達成できる。
【００３２】
請求項１２の発明によれば、制御装置は遠心用モータとコンプレッサ用モータをフィードバック制御すると共に、ロータ加速時にあらかじめ設定された遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータに従ってコンプレッサ用モータの回転数を制御するので、電源電圧に依存しないかつ接続電源の給電容量以内で動作可能な構成とすることができ、単巻きトランスが不要となると共に接続電源の給電容量以内で最大の能力が発揮できる。また、仕向け先の電圧に合ったタップに切換える必要がないから製品の小形化でき生産性が向上する。さらに、電源周波数に依存しない構成とし主な騒音源となるコンプレッサ用モータと凝縮機ファンを可変速制御とし適切な回転数で運転するようにしたので、６０Ｈｚ運転に備えた防音・遮音等の、騒音対策のための騒音低減部材を必要としないから材料費低減が可能であり機器の設計が容易になる。さらに、仕向け先の給電容量に合わせてロータ加速時の電流を調整するように設定・記憶させるので、この内容に基づいて機器がほぼ最大給電可能電流値付近で動作するよう制御でき、常にその電源事情で最大の性能が発揮できる。
【００３３】
請求項１３の発明によれば、ロータの加速時と定常回転時において、制御装置は、遠心用モータとコンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータを変更するので、加速時には遠心用モータへの電力分配量を増やして、定常回転時は加速時に比べて遠心用モータへの電力分配量を減らすことができる。
【００３４】
請求項１４の発明によれば、制御装置は装着されたロータを識別し記憶装置に格納された分配パラメータに従って制御を行うので、制御装置にてコンピュータプログラムを実行するだけで容易に本発明を実現することができる。
【００３５】
請求項１５の発明によれば、第一のコンバータは遠心用インバータから供給される直流電力を変換して交流電源に電力を回生する双方向コンバータであるので、ロータの減速回生制動時に発生する電気エネルギーは、逆潮流機能により電源若しくはロータ冷却用可変速コンプレッサに吸収できるから、減速回生放電抵抗器を搭載する必要が全く無く機器が小形化可能になり省スペースが実現でき、ロータの運転とロータの冷却は全く独立してそれぞれを最適に制御できる。
【００３６】
請求項１６の発明によれば、ロータの加速中において制御装置はコンプレッサ用モータの回転数をロータの設定温度にて熱平衡状態に維持可能な回転数にほぼ等しい回転数を維持するので、ロータが加速途上で過度に過熱されるのを防止でき、冷却遠心分離機本来の性能を低下させることを回避できる。
【００３７】
請求項１７の発明によれば、ロータの加速が終了して定速回転に移行した後は、制御装置はコンプレッサ用モータの回転数をロータの目標温度に冷却維持するのに必要な回転数よりも高くなるように制御するので、整定状態での冷却装置の冷却能力を十分確保することができる。
【００３８】
請求項１８の発明によれば、制御装置は、回転加速時と整定時の冷凍機への最大分配電力を異なるように制御するので、限られた供給電力の範囲内で効率よく冷凍機を回転させることができる。
【００３９】
請求項１９の発明によれば、加速時の方が整定時よりも冷凍機の最大分配電力よりも小さいので、限られた供給電力の範囲内で素早くロータの加速を行うことができる。
【００４０】
請求項２０の発明によれば、加速時にはコンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を整定時より低く設定するので、遠心用モータ側へ多く電力を分配することができ素早くロータを加速できる。
【００４１】
請求項２１の発明によれば、回転整定時にはコンプレッサ用モータの回転制御はＰＩＤ制御又はＯＮ・ＯＦＦ制御によって行われるので、目標温度にて精度良く回転室を冷却することができる。
【００４２】
請求項２２の発明によれば、加速時及び整定時の冷凍機への最大分配電力と冷凍機への最大分配電力は、装着されるロータに合わせて設定されるので、ロータの冷却特性に合わせた必要な冷却能力を確保しつつ素早くロータの加速を行うことができる。
【００４３】
請求項２３の発明によれば、インバータ制御されるコンプレッサ用モータを、加速中は低い第１の速度で回転させ、整定回転数近くに達したら高い第２の速度に切り替えて運転するので、迅速に目標温度まで回転室を冷却することができる。
【００４４】
請求項２４の発明によれば、整定回転数から数百回転低い回転数で第１から第２の速度に上昇させるので、遠心用モータが減速して消費電力が下がることに応じて直ちにコンプレッサ用モータの回転を上昇させることができる。
【００４５】
請求項２５の発明によれば、遠心用モータに流れる電流値に応じて冷凍機の回転数の上限を設定するので、限られた供給電力の範囲内で最大限に回転室を冷却することができる。
【００４６】
請求項２６の発明によれば、回転加速後半の冷凍機への最大分配電力は、ロータの回転整定時の冷凍機への最大分配電力よりも小さいので、ロータの回転を整定させることを優先した制御を行うことができる。
【００４７】
請求項２７の発明によれば、ロータの加速中の冷凍機への分配電力は、ロータが整定運転時の冷凍機への分配電力より小さくすることにより、ロータ加速中に必要な電力をロータ駆動用モータに供給することができ、効率的にロータの加速を行うことができる。
【００４８】
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】
【００４９】
【図１】本発明の実施例に係る遠心分離機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のブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る遠心分離機の交流電源電流の分配パラメータを設定する手段の表示・操作画面を示した図である。
【図４】本発明の実施例に係る遠心分離機の制御装置に記憶される交流電源電流の分配パラメータ例を示した表である。
【図５】本発明の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを加速・整定・減速停止時のロータとコンプレッサ用モータの回転数及び電流の関係を実測例で示した図である。
【図６】本発明の実施例に係る遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータを加速・整定・減速停止時のロータとコンプレッサ用モータの回転数及び電流の関係を実測例で示した図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る遠心分離機において、ロータの種類と電力分配の関係を説明するための図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る遠心分離機のブロック図であり、三相交流電源に接続する場合を示す。
【図９】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御に温度センサ４０ａを用いた場合の実測例を示した図である。
【図１０】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御に温度センサ４０ｂを用いた場合の実測例を示した図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御を実測例で示した図である。
【図１２】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータを７８００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する制御を実測例で示した図である。
【図１３】本発明の第４の実施例に係る遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する途上で、回転数を１２０００ｍｉｎ−１に変更させた制御を実測例で示した図である。
【図１４】ロータ３１の最大回転数に対する設定回転数との比率とコンプレッサ用モータ１３の制御開始時の初期回転数の関係を示す図である。
【図１５】遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。
【図１６】遠心分離機でＲ１０Ａ３形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。
【図１７】ＰＩＤ制御に移行する直前２分間の温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率（℃／秒）とＩ（積分項）の初期値との関係を示す図である。
【図１８】遠心分離機に使用するロータ３１の種類と凝縮機ファン１８の回転数との関係の組み合わせ例を示した表である。
【図１９】本発明の第５の実施例の遠心分離機において、ロータの回転を上昇させて設定回転数に整定させる際の遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３の回転数の関係を示す図である。
【図２０】本発明の第６の実施例の遠心分離機において、ロータの回転を上昇させて設定回転数に整定させる際の遠心用モータ９の電流量とコンプレッサ用モータ１３の回転数の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００５０】
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、繰り返しの説明は省略する。
【００５１】
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。遠心分離機１は、本体内部に回転室４８を備え、回転室の下方には駆動源である遠心用モータ９が設けられる。遠心用モータ９は、インバータによる可変速制御が可能な高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータが用いられる。遠心用モータ９の下部には、出力軸（モータ軸）の回転数を検出するための回転センサ２４が設けられ、側方には遠心用モータ９を冷却するためのＤＣファン２５が設けられる。遠心用モータ９から上方へチャンバ３２の内部にまで延びる出力軸（モータ軸）の先端部にはロータ３１が着脱可能に装着される。チャンバ３２は、上部に円形の開口部を有する略円筒形の容器である。チャンバ３２の上側の開口部は、断熱材を内包したドア４３が設けられ、ロータ３１の回転室を開閉可能に構成する。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４３が開かないようにロックされる。
【００５２】
チャンバ３２の外周には、配管されたエバポレータ（蒸発器）３３が巻装され、その周囲は発泡剤などの適切な断熱材３４で断熱される。冷媒を循環供給するために冷媒を圧縮するコンプレッサ３５はコンプレッサ用モータ１３を有し、吐出管３６から圧縮した冷媒を凝縮機（コンデンサ）３７に供給し、冷媒は凝縮機３７において凝縮機ファン１８からの風で放熱・冷却され液化し、キャピラリ３８を通してチャンバ３２の外周に巻きつけられたエバポレータ３３の下部に送られる。ロータ３１の回転時の風損により回転室４８内で発生する熱は、エバポレータ３３内で冷媒が蒸発する際の気化熱により奪われ、気化された冷媒はエバポレータ３３の上部から排出されサクション管４２を介してコンプレッサ３５に戻る。ロータ３１を収容するチャンバ３２の底部の金属部に接する部分には温度センサ４０ａが設けられ、ロータ３１の温度を間接的に検出する。さらに遠心用モータ９の出力軸を貫通させる貫通穴を塞ぐためのゴム製のシールラバー４１には、その内部に温度センサ４０ｂ（破線で図示）が埋め込まれ、ロータ３１の温度を間接的に検出するのに用いられる。ここで、本実施例では温度センサ４０ａと温度センサ４０ｂの２つが設けられるが、必ずしも２つ必要な訳ではなくいずれか一方でも良い。また、他の場所に温度センサを設けても良いが、ロータ３１の温度に間接的な検出にあたりその精度が変わってくるので注意が必要である。
【００５３】
遠心分離機１の内部には後述する制御装置を収容するための制御ボックス２９が設けられる。制御装置は、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、遠心用モータ９の回転制御、回転室４８の温度制御のための冷却機の運転制御を含め、遠心分離機１の全体の制御を行う。よって制御ボックス２９の内部には各種の電気機器や電子回路が含まれ、動作時に各機器や回路が発熱する。そのため冷却用としてＤＣファン２６が設けられ、制御装置の通電時にはＤＣファン２６によって冷却風が電気機器や電子回路に送られる。制御装置２０には温度センサ４０ａの検出温度がフィードバックされ、ロータ３１内の試料が設定された目標温度になるようにコンプレッサ３５内のコンプレッサ用モータ１３の回転数が制御される。以上のように、遠心分離機１においては、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６、遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８の５つの電気駆動のモータが含まれるが、本発明に於いては、遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８の3つの電気駆動のモータが特に発明に関与する。
【００５４】
遠心分離機１の上部には操作パネル２１が設置される。操作パネル２１は、例えばタッチ式の液晶表示パネルとすると好ましい。操作パネル２１によって、試料を保持するロータ３１の運転回転数（回転速度）設定、運転時間設定、冷却温度設定などの遠心運転条件の入力が行われ、各種情報の表示が行われる。
【００５５】
図２は、本発明の実施例に係る遠心分離機のブロック図である。これらは点線で示すように制御ボックス２９の内部に収容される。図２の構成において、単相の交流電源２２に接続された給電ライン２には、双方向コンバータ４、単方向コンバータ５、整流器１５、及び、直流電源６が主に接続される。双方向コンバータ４は、電流波形を絶縁しながら計測可能な遠心用モータ電流センサ１９を介して電力の順変換時には昇圧コンバータとして動作して交流電源２２の電力を直流電力に変換する。電力の逆変換時には降圧コンバータとして動作して直流電力を交流電力に変換し交流電源２２に電力を回生するものであって高力率である。双方向コンバータ４の直流電力供給端は平滑コンデンサ７を介して遠心用インバータ８に接続される。遠心用インバータ８の逆変換端子は高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータ等から成るロータ３１を回転駆動する遠心用モータ９に接続される。この双方向コンバータ４の構成と動作は出願人が特開平７−２４６３５１号公報で詳細を開示したものと同様であり、交流側は交流電源２２に接続され、直流側は平滑コンデンサ７に接続され、双方向コンバータ４を構成する複数の整流素子に逆方向並列にバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等のスイッチング素子を接続して構成される。尚、双方向コンバータ４はそのような構成だけでなく、その他の公知の構成による双方向コンバータを用いても良い。
【００５６】
直流電力供給端に直流電力を供給し遠心用モータ９を加速するときは、双方向コンバータ４の昇圧機能により電源電圧のピーク値より高い一定の直流電圧に昇圧しながら通過電流は電源電圧波形の正弦波形と等しく位相が同期した電流波形とし受電力率を改善する。遠心用モータ９を回生減速するときは双方向コンバータ４の降圧機能により交流電源２２の電源電圧にほぼ等しく電圧波形に倣わせながら直流電力供給端の電圧を降圧し通過電流は電源電圧波形のサイン波形と等しく流れる方向が逆の電流波形とし逆潮流力率の改善をし、交流電源２２に電力を戻す。双方向コンバータ４と遠心用インバータ８の間には、充電電圧を絶縁しながら測定する電圧センサ４４が平滑コンデンサ７と並列に設けられる。電圧センサ４４の出力は、入力コントロールライン２３を介して制御装置２０に伝達され、制御装置によってモニタされるとともに制御動作に活用される。
【００５７】
給電ライン２は直流電源６にも接続され、直流電源６の直流定電圧出力端からは、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６のＯＮ・ＯＦＦを制御するコントロールスイッチ１０、１４を介してそれぞれ遠心用モータ９を冷却するＤＣファン２５及び制御ボックス２９を冷却するＤＣファン２６が接続される。また、直流電源６の直流定電圧出力端は制御装置２０に接続される。この直流電源６としてはスイッチング方式の安定化電源を用いることができ、交流電源２２の広範囲な電源電圧に対応可能である。このように本実施例では各ファンをＡＣファンではなくてＤＣファンを用いることにより、電源電圧・周波数にかかわらず一定な回転数が得られるようにすることができ、一定の冷却能力が確実に得られるように構成される。
【００５８】
単方向コンバータ５は、電流波形を絶縁しながら計測可能なコンプレッサ用モータ電流センサ２８を介して交流電源２２に接続され、交流電源２２の電力を高力率で直流電力に変換する。単方向コンバータ５の直流電力供給端は、平滑コンデンサ１１を設けてコンプレッサ用インバータ１２に接続される。コンプレッサ用インバータ１２の逆変換端子は、高周波誘導モータ或いはＤＣブラシレスマグネット同期モータ等から成るコンプレッサ用モータ１３に接続される。単方向コンバータ５は、直流電力供給端から平滑コンデンサ１１に直流電力を供給し昇圧機能により交流電源２２のピーク値より数１０Ｖ高い直流電圧に昇圧しながら通過電流は電源電圧波形のサイン波形と等しく位相が同期した電流波形とし受電力率を改善する。平滑コンデンサ１１の充電電圧はコンプレッサ用インバータ１２へ供給され、コンプレッサ用インバータ１２で交流電圧値変換されてコンプレッサ用モータ１３を駆動する。コンプレッサ用モータ１３の回転数は交流電圧の周波数に依存し、その最大許容回転数は１２０Ｈｚ弱、即ち７２００ｍｉｎ−１弱である。コンプレッサ用モータ１３は常に冷媒を圧縮する反力を受けており、電源供給を遮断すると直ちに減速停止するので回生電力を生じさせることはできない。従って、遠心用モータ９の回路のような双方向コンバータのような双方向変換機能は必要とされない。単方向コンバータ５とコンプレッサ用インバータ１２の間には、平滑コンデンサ１１の充電電圧を絶縁しながら測定する電圧センサ４５が設けられる。電圧センサ４５の出力は、出力コントロールライン２７を介して制御装置２０に伝達され、制御装置によってモニタされるとともに制御動作に活用される。
【００５９】
交流電源２２は給電ライン３を介して整流器１５にも給電され、整流器１５の直流出力端から平滑コンデンサ１６を介して凝縮機ファン用インバータ１７に接続される。凝縮機ファン用インバータ１７の出力端には高周波誘導モータ或いはブラシレスマグネット同期モータ等から成る凝縮機ファン１８が接続される。前述した遠心用モータ９及びコンプレッサ用モータ１３の所要電力は最大で通常２〜４ｋＷ程度であるが、直流電源６及び凝縮機ファン１８の所要電力は合計１００Ｗ程度であり、昇圧動作による力率改善機能は必要ない。また、電源高調波の抑制が必要ならば、電源入力部にリアクトル等を介在させれば良い。なお、電源高調波の更なる低減が必要なら力率改善機能を付加しても良い。
【００６０】
制御装置２０の出力コントロールライン２７からは、双方向コンバータ４が昇圧コンバータ動作か又は降圧コンバータ動作の動作選択、コントロールスイッチ１０、１４のＯＮ・ＯＦＦ制御によるＤＣファン２５、２６の回転・停止の選択信号が出力される。遠心用インバータ８、コンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン用インバータ１７に遠心用モータ９、コンプレッサ用モータ１３と凝縮機ファン１８のそれぞれには、電源電圧の変化を吸収し且つこれらのモータの回転状態に応じた適切な印加電圧となるよう例えばＰＷＭ方式の電圧フィードバック制御するための信号が出力される。遠心用インバータ８には出力電圧・出力周波数制御による遠心用モータ９のＯＮ・ＯＦＦを含む回転数の可変速制御信号が出力され、コンプレッサ用モータ１３、凝縮機ファン１８へも上記と同様な制御のためにそれぞれコンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン用インバータ１７にもＯＮ・ＯＦＦを含む回転数の可変速制御がなされる。これらのモータの制御方法は制御装置２０によって実行され、公知のＶＶＶＦ制御あるいはセンサ付またはセンサレスベクトル制御技術と同様のものであり、モータの回転数に応じて適切な電圧とスベリまたは同期周波数を与え駆動する。
【００６１】
凝縮機ファン用インバータ１７の整流器１５には高価な昇圧機能を用いずに交流電源２２の様々な電圧に対応するため、凝縮機ファン１８の動作電圧を交流電源２２の最小電圧とし、交流電源２２の他の高い電圧に対応するためにＰＷＭ方式の電圧フィードバック制御する安価な構成とする。凝縮機ファン用インバータ１７には電流波形を絶縁しながら計測可能な電流センサ４７と電圧センサ４６が設けられ、入力コントロールライン２３を介して制御装置２０に信号が入力されており、制御装置２０から凝縮機ファン用インバータ１７の電流及び平滑コンデンサ１６の電圧がモニタできる。
【００６２】
制御装置２０の入力コントロールライン２３からは、交流電源２２のライン電圧を検出し交流電源２２の電圧の変化を吸収して制御装置２０が遠心用インバータ８、コンプレッサ用インバータ１２、凝縮機ファン１８のそれぞれを電圧フィードバック制御するための電圧センサ３０の電圧モニタ入力、双方向コンバータ４の入力部に設けられ双方向コンバータ４に流れる電流を検出する遠心用モータ電流センサ１９の電流モニタ入力、単方向コンバータ５の入力部に設けられ単方向コンバータ５に流れる電流を検出するコンプレッサ用モータ電流センサ２８の電流モニタ入力、遠心用モータ９の回転数を検出する回転センサ２４の信号が入力される。電圧センサ３０は、交流電源２２の電圧を測定する
【００６３】
制御装置２０には、試料を遠心分離するロータ３１の種類、運転回転数設定、運転時間設定、冷却温度設定などの遠心運転条件を入力し設定値を記憶するための操作パネル２１が設けられる。制御装置は設定値に従って、接続する交流電源２２に対する電源電流の分配パラメータを操作パネル２１に出力する。また、制御装置２０には設定された電源電圧と許容電流定格をパラメータとして記憶することができる。この操作パネル２１の表示内容を図３を参照して説明する。
【００６４】
本発明が適用される高速冷却遠心機は、２００Ｖ系を入力電圧としており、交流電源２２の定格電源電圧は、例えば単相交流では仕向け国によって２００Ｖ，２０８Ｖ，２２０Ｖ，２３０Ｖ又は２４０Ｖがある。また、三相交流の場合は４００Ｖである。ただし、この三相交流の場合はパワーグランドＰＥと各ライン間の電圧を使用するので実際には２３０Ｖが各相間の電圧となる。電圧変動幅は、通常その電圧下限は−１５％、その電圧上限は＋１０％であり、１７０Ｖ〜２６４Ｖの電源電圧範囲に対応する必要がある。一方の交流電源２２の定格給電容量は、例えば単相交流では３０Ａ、２４Ａ、２３Ａ、２２Ａ、２１Ａ、三相交流では３０Ａ、１５Ａである。電源周波数は５０Ｈｚと６０Ｈｚが存在し、電源周波数の違いに依る特性への影響はないが、その他の制御で分別して活用することがあり電源周波数も一応選択する。これらの電源パラメータを操作パネル２１の操作画面から入力設定し記憶する。
【００６５】
図３は、電源パラメータを定格電圧２００Ｖ、周波数５０Ｈｚ、定格電流３０Ａ、単相交流に設定した際の操作パネル２１の表示例を示したものである。定格電圧は仕向先の電源に合わせてＩｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ欄１３０、周波数はＦｒｅｑｕｅｎｃｙ欄１３１、電源相数はＰｈａｓｅ欄１３２、定格電流はＭａｘ． Ｃｕｒｒｅｎｔ欄１３３のそれぞれの設定項目ごとに用意されている数字の所にチェックマーク１３４を入れ、ＯＫボタン１３５を選択するとこれらの設定値が制御装置２０に含まれる記憶手段に記憶される。この設定作業は例えば遠心分離機の製造者が工場出荷時に行うが、製品出荷後に中継ハブでの仕向け先の変更、或いは現地にて設置作業者が工場出荷時の設定と異なる電源に接続する場合にも行う。この設定された定格電流に基づいて、制御装置２０は遠心用モータ９への電力供給とコンプレッサ用モータ１３への電力供給の分配比を決定する。
【００６６】
この例では、総入力電力が２００Ｖ×３０Ａで６０００Ｗであるから、分配パラメータはコンプレッサ用モータ１３用に２４００Ｗの消費電力の固定値を６０００Ｗから差し引き、残りの電力でロータ３１を加速する制御を行うから遠心用モータ９の消費電力は３６００Ｗとなり、遠心用モータ９の加速時は、遠心用モータ電流センサ１９の通過電流が１８Ａ、コンプレッサ用モータ１３の回転数が５８Ｈｚ（５８Ｈｚは６０倍して３４８０ｍｉｎ−１に相当）になるように制御装置２０が出力コントロールライン２７を介して遠心用インバータ８及びコンプレッサ用インバータ１２を制御する。ロータ３１の加速整定後は、遠心用モータ９の消費電力が少なくなるため、コンプレッサ用モータ１３の回転数は６５Ｈｚに引き上げてロータ３１の冷却能力を強めて運転制御する。
【００６７】
ここで、コンプレッサ用モータ１３に分配された２４００Ｗはコンプレッサ用モータ１３を５８Ｈｚで運転するときの最大の消費電力であり、この回転数５８Ｈｚは、コンプレッサ用モータ１３が加速期間中にロータ３１を余分に過熱しない回転数である。なお、コンプレッサ用モータ１３の消費電力はエバポレータ３３の吸熱量が大きいほど大きくなる。
【００６８】
図４は、本実施例に係る遠心分離機１の交流電源電流の分配パラメータ例を示すもので、これらはあらかじめ制御装置２０の記憶手段に、例えばテーブル形式で格納される。ここでは、各定格電源電圧・定格給電容量、許容入力電力の組み合わせと、それに対応する分配パラメータが含まれ、これは図３の画面操作の結果に対する分配パラメータのファクタと決定例でもある。図３で設定された条件は、定格電圧単相２００Ｖ時、定格電流３０Ａの場合の例であり、この例以外に同じ騒音・冷却条件下で遠心分離機を稼働させることができる条件の各パラメータが記憶される。
【００６９】
例えば、交流電源２２の定格電圧が２４０Ｖ定格電流２１Ａの場合は、許容入力電力が５０４０Ｗとなる。この際、遠心用モータ９の入力電力は２６４０Ｗに設定され、制御装置２０は遠心用モータ電流センサ１９の出力が１１．００Ａになるように遠心用インバータ８にスベリ指令を出力する。これらの項番１から６は使用ロータ３１のファミリが異なりロータが冷え難いため凝縮機ファン１８の回転数は５４Ｈｚとしている。
【００７０】
項番５に示すように定格電圧三相４００Ｖ（上述の通り実際には２３０Ｖが各相間の電圧）、定格電流が１５Ａ／相（各１相当り）の場合の例は、計算上の許容入力電力は６９００Ｗになるが遠心用モータ９の入力電力は遠心用モータ電流センサ１９の電源定格電流の１５Ａに抑えられ３４５０Ｗとされる。項番６に示すように定格電流が３０Ａ／相（各１相当り）の場合の例は、計算上の許容入力電力は１３８００Ｗになるが遠心用モータ９の入力電力は加速時の駆動トルクの制限などにより３９００Ｗが最大であるとし遠心用モータ電流センサ１９の電源定格電流は１６．９５Ａに抑えられる。このように、各定格電源電圧・定格給電容量、許容入力電力の組み合わせによって予め遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３の回転数が設定されており、しかもロータ３１の加速時と整定後に分けて設定される。
【００７１】
もちろん、本発明になる遠心分離機は、騒音・冷却条件は上記に限る必要はなく、従い分配パラメータも上記にとらわれずに様々に設定可能で、設定値に従い様々な交流電源２２の電源事情で遠心分離機の最大能力とマッチさせて運転可能である。
【００７２】
なお、ロータ３１が識別できると後述の風損、慣性モーメント、最大回転速度が自動的に決まるため本実施例の実現に特に好都合である。このロータ３１の識別は、特開平１１−１５６２４５号公報に開示されているようなロータ識別装置による自動取得でも良いし、操作パネル２１からユーザが手動設定することよっても良い。
【００７３】
図５は、上記で決定された分配パラメータに従って制御装置２０が、出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数２２０００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．０１４１ｋｇ・ｍ２の比較的高速回転で低慣性モーメントのＲ２２Ａ４形ロータを加速し、２２０００ｍｉｎ−１で整定したのち減速させた動作の実測例を示したものである。
【００７４】
ロータ３１、遠心用モータ９の回転数１００（左縦軸：回転数２５０００ｍｉｎ−１目盛）、コンプレッサ用モータ１３の回転数１０１（右縦軸：回転数（Ｈｚ）目盛）、遠心用モータ電流センサ１９の出力１０２（右縦軸：電流（Ａ）目盛）、コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力１０３（右縦軸：電流（Ａ）目盛）にて示す。１０４は、遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値（右縦軸：電流（Ａ）目盛）である。この場合、凝縮機ファン１８、ＤＣファン２５とＤＣファン２６の消費電力は合計１００Ｗ程度であるので、合算電流値１０４は、遠心分離機全体の消費電流にほぼ等しい。
【００７５】
ライン１００で示すようにＲ２２Ａ４形ロータ３１を加速開始後に約４５秒でロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達するまでは、回転数１０１で示すようにコンプレッサ用モータ１３の回転数をロータ３１冷却の熱平衡状態となる回転数５８Ｈｚに制御される。この回転数５８Ｈｚでは合算電流値１０４で示すように加速中のロータ３１を不用意に温めることない上、ロータ３１の加速のために一時的に増加する遠心分離機全体の消費電流をほぼ３０Ａ弱で一定に保つことが可能となる。Ｒ２２Ａ４形ロータを加速開始後ロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達するまでは、ライン１０２で示すように遠心用モータ電流センサ１９の通過電流が約１８Ａ、遠心用モータ９の入力電力で約３６００Ｗになるように制御装置２０が遠心用モータ電流センサ１９の出力をフィードバック信号とし遠心用インバータ８にスベリ指令を出力している。一方、ライン１０３で示すようにコンプレッサ用モータ１３の入力電力として最大約１２Ａ、約２４００Ｗの消費電力と合わせて、制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの設定電源容量定格以内で動作し、遠心分離機が最大の能力を発揮している。
【００７６】
このとき、単方向コンバータ５の通過電流が一定の電流になるようにコンプレッサ用モータ１３の回転数を細かく制御する定電流制御方法も実施可能であるが、この方法では回転数の応答が悪く通過電流の安定化が困難であり、むしろコンプレッサ用モータ１３の回転数をあらかじめ定めた回転数に保つ方が結果としての定電流特性は勝り異音発生も無い結果が得られている。
【００７７】
Ｒ２２Ａ４形ロータが２２０００ｍｉｎ−１の整定回転数に到達した後は、コンプレッサ用モータ１３の回転数を、例えば６５Ｈｚに引き上げてロータ３１を強力に冷却する。このコンプレッサ用モータ１３の回転数６５Ｈｚは、コンプレッサ３５から発生する騒音が遠心分離機の規定騒音値限度、例えば５８ｄＢ以下になるような回転数であり、遠心分離機１から発する騒音を適切に抑えている。
【００７８】
Ｒ２２Ａ４形ロータが２２０００ｍｉｎ−１の整定状態からこの場合は約３６秒で減速停止する際はライン１０２で示すようにロータ３１減速時の遠心用モータ電流センサ１９の出力はマイナスになり、ライン１０４で示すようにロータ３１の減速回生制動時に発生する電気エネルギーは双方向コンバータ４の逆潮流機能により交流電源２２あるいは、コンプレッサ用モータ１３が動作中のときは単方向コンバータ５からコンプレッサ用インバータ１２を介してコンプレッサ用モータ１３に吸収される。従って、本実施例の遠心分離機１では、いわゆる減速回生放電抵抗器を搭載する必要が全く無いので、遠心分離機１の小形化が可能になり省スペースが実現できる。さらに、ロータの運転とロータの冷却は全く独立してそれぞれを最適に制御でき、さらに、受電力率が高いので、高速回転するロータ３１を強力に冷却しかつ短時間に加速・減速する性能が得られ、電源高調波を低減できる。ライン１０２で示すようにロータ３１の停止間際に一時電流が増えているのは、滑らかな減速により遠心分離したサンプルの舞い上がりなどの乱れを防ぐために直流制動動作するためである。
【００７９】
通常遠心分離機は慣性モーメント、最高回転数の異なる様々なロータとの組合せがありこれにも対応する必要がある。図６は、本発明になる遠心分離機により図５と同じ制御方法により、出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数１００００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．２７７ｋｇ・ｍ２の比較的低速回転で高慣性モーメントなＲ１０Ａ３形ロータを約１００秒で加速し、１００００ｍｉｎ−１で整定したのち約９０秒で減速停止したときの、図５と同様の特性を表示したものである。ライン１１０（左縦軸：回転数２５０００ｍｉｎ−１目盛）は遠心用モータ９の回転数、ライン１１１（右縦軸：回転数（Ｈｚ）目盛）はコンプレッサ用モータ１３の回転数、ライン１１２（右縦軸：電流（Ａ）目盛）は遠心用モータ電流センサ１９の出力、ライン１１３（右縦軸：電流（Ａ）目盛）はコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力である。ライン１１４（右縦軸：電流（Ａ）目盛）は遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値を示したものである。
【００８０】
制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの電源容量定格以内で動作し、ロータ３１の慣性モーメント値にかかわらず本実施例の遠心分離機は最大の能力を発揮していることが理解できるであろう。次に、凝縮機ファン１８の回転数の制御に関する選択・設定について説明する。
【００８１】
凝縮機ファン１８の回転数の制御選択範囲はこの例の場合０Ｈｚから６０Ｈｚであり、消費電力は最大で７５Ｗ程度であるから遠心分離機全体の電力の消費にはさほど影響ないが、回転数を増やすと騒音には大きな影響を及ぼすため、ロータ３１の冷却能力が確保できるかぎり回転数を低く抑える必要がある。
【００８２】
図１５はＲ２０Ａ４形ロータの目標制御温度と風損の大きさを示すグラフである。図１６はＲ１０Ａ３形ロータの目標制御温度と風損の大きさを示すグラフである。図１５で、１７０〜１７２は、Ｒ１０Ａ３形ロータを各設定温度に冷やす際の目標制御温度であり、ライン１７３はロータ３１の回転数と風損の大きさの関係を示すものである。ここで目標制御温度が４℃の時のロータ３１の違いによる目標制御温度の違いは、図１５のライン１７０、１７３と図１６のライン１７５、１７８を比較してわかるように、Ｒ２２Ａ４形小容量高速回転ロータは表面積が小さく風損発熱源が集中しており、風損が小さいにもかかわらず冷却には大きな冷力が必要であり、一方、Ｒ１０Ａ３形大容量低速回転ロータは表面積が大きく風損発熱源が広いため風損が大きいにもかかわらず冷却には小さな冷力で済む。
【００８３】
さらに一般的に、大容量のロータは風損低減のため外面をカバーで覆う部材が必要なものが多く、回転中のこのカバー変形により風切り音が発生するため騒音が大きい傾向がある。これらの要因を考慮して、回転中のロータ３１の所要冷力と発生騒音の関係から図１８に示すように、遠心分離に使用するロータ３１の種類に対応して凝縮機ファン１８の回転数の上限値を自動的に選択して設定する。なお、図１８において、Ｒ１５Ａは出願人が販売する高速冷却遠心機で使用している最高回転数１５０００ｍｉｎ−１、慣性モーメント０．１２４７ｋｇ・ｍ２の比較的中速回転で中慣性モーメントのロータである。
【００８４】
もちろん、冷却能力、騒音への影響が大きい凝縮機ファン１８の設定回転数は上述の分配パラメータの決定ファクタに加えてよいし、コンプレッサ用モータ１３の回転数や遠心用モータ９の回転数に応じて所要冷力との関係で凝縮機ファン１８の回転数を適宜変更するように構成しても良い。
【００８５】
以上、本実施例によれば遠心分離機１を電源電圧に依存しない構成としたので、単巻きトランスが不要となり仕向け先の電圧に合ったタップに切換える必要がなく、製品の小形化でき生産性が向上する。また、電源周波数に依存しない構成とするとともに、主な騒音源となるコンプレッサ用モータと凝縮機ファンを可変速制御として適切な回転数で運転するようにしたので防音・遮音性に優れた遠心分離機を実現できる。仕向け先の給電容量に合わせてロータ加速時の電流を調整するように設定・記憶し、この内容に基づいて機器がほぼ最大給電可能電流値付近で動作するよう制御するので、常にその電源事情で最大の性能が発揮できる。
【実施例２】
【００８６】
次に図７を用いて、装着されるロータ３１の種類に応じて遠心用モータ９への電力供給とコンプレッサ用モータ１３への電力供給の分配比を変更する制御について説明する。図７に示すような、ロータ３１の種類と分配パラメータをテーブル形式にて記憶装置にあらかじめ格納し、制御装置２０は装着されたロータ３１を識別し、記憶装置から読み出した分配パラメータに従って遠心用インバータ８とコンプレッサ用インバータ１２への電力供給を制御する。
【００８７】
制御装置２０は交流電源２２からの入力電力として２００Ｖ時電流約３０Ａの約６０００Ｗの電源容量定格以内で動作する場合の例であり、項番１のＲ２２Ａ４形小容量高速回転ロータは加速時間は短いが冷却するのに大きな冷力が必要であるから、加速時遠心用モータ９の電力を３３５０Ｗ程度に絞る。一方、コンプレッサ用モータ１３の回転数を６４Ｈｚと高速にして冷却能力を十分に確保する。
【００８８】
項番３のＲ１０Ａ３形大容量低速回転ロータは、加速時間は長いが冷却するのに大きな冷力は必要ないので、加速時には遠心用モータ９の電力への分配を高めて３９００Ｗ程度に増やして加速時間を短縮する。一方、コンプレッサ用モータ１３の回転数を５０Ｈｚと低速にして冷却能力は縮小している。項番２はＲ１５Ａ形中容量中速回転ロータであるため、コンプレッサ用モータ１３の回転数と加速時遠心用モータ９の電力を項番１と３の中間に定めている。なお、交流電源５２の定格電圧、定格電流が異なる他の電源事情の場合には、上記の思想に基づき予め分配パラメータを決めて、記憶装置に格納しておくと良い。
【００８９】
このように、仕向け先の給電容量と装着されるロータ３１の種類に応じて、コンプレッサ用モータ１３の回転数と加速時の遠心用モータ９の電力をロータ３１の加速時間・冷却特性に合わせて適切に分配されるように分配パラメータを設定・記憶してあり、この内容に基づいて遠心用モータ９への電力供給とその他のモータへの電力供給の分配比を決定し制御するので、常にその電源事情で最良の性能が発揮できる。
【実施例３】
【００９０】
次に図８を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図８の遠心分離機のブロック図において図１で示した第一の実施例と異なるところは、電源として三相交流電源を用いることであり、給電ライン２と給電ライン３が交流電源５２の異なる相に接続されることにある。その他の同じ参照符号を付している部分は、図１で示した第一の実施例のブロック図と同一である。
【００９１】
遠心分離機がロータ３１を所定の最高回転数で整定制御中に、例えば４℃の温度に冷却維持する場合がより大きな消費電力となり、大気中でロータ３１を回転させる遠心分離機の場合、通常遠心用モータ９で消費される電力はほぼコンプレッサ用モータ１３で消費される電力に等しく１ｋＷから２ｋＷ程度になる。なお、これらの電力にこれらの駆動力に変換する効率を掛け算した値がロータ３１で発生する風損に等しい。一方、直流電源６の消費電力と凝縮機ファン１８の消費電力は共におおよそ５０Ｗから１００Ｗ程度であるから、給電ライン２と給電ライン３の消費電力はほぼ等しく、これらの給電ラインを交流電源５２の三相交流の異なる相に接続すると消費電力が偏ること無く良いバランスが取れる。図１のように給電ライン２と給電ライン３をまとめて交流電源２２に接続するのを図８のように分離して接続し直す、或いはその逆への接続の変更は極めて容易であるので、汎用性のある接続の仕方である。
【００９２】
第三の実施例に係る遠心分離機では、大容量の遠心用モータ９のコンバータとなる双方向コンバータ４は交流電源２２の力率を改善して２６４Ｖ電源電圧のピーク電圧に約１０Ｖを加算した直流電圧になるように昇圧制御される。平滑コンデンサ７に充電される直流出力電圧は約３８５Ｖに一定電圧に制御されるので、遠心用モータ９のインバータ回路は交流電源２２の供給電圧の変動に対して安定した回転制御ができる。同様にしてコンプレッサ用モータ１３も大容量であり、コンプレッサ用モータ１３に電力を供給する単方向コンバータ５も同様に、１７０Ｖ〜２６４Ｖの電源電圧変動や５０Ｈｚ、６０Ｈｚの電源周波数の変化にも対応しているので、コンプレッサ用モータ１３も安定に制御される。
【００９３】
チャンバ３２を冷却する能力は、コンプレッサ３５のコンプレッサ用モータ１３の回転数に依存するのはもちろんであるが、この他に凝縮機３７を冷却する凝縮機ファン１８の風量によっても大きく左右される。特に、使用する電源周波数環境５０Ｈｚと６０Ｈｚとで、遠心分離機の騒音と最大冷却能力が異なるという問題があり、例えばＡＣファンタイプの凝縮機ファン１８は、電源周波数５０Ｈｚの場合は１時間あたりの風量は１８００リューベで騒音約５０．６ｄＢであり、電源周波数６０Ｈｚの場合は風量２０４０リューベで騒音５４．３ｄＢであり、電源周波数６０Ｈｚの方が風量は１０数％増えるが騒音も３から４ｄＢ程度大きくなる。
【００９４】
遠心用モータ９や制御ボックス２９を冷却するＡＣファンも同様で、電源周波数５０Ｈｚよりも６０Ｈｚの方が風量、騒音が大きい。従ってチャンバ３２を冷却する能力は、凝縮機ファン１８の回転数が高い６０Ｈｚの方が５０Ｈｚに比べて大きいため、５０Ｈｚの場合、遠心分離機の回転室４８の最大冷却能力は小さく騒音も小さく、電源６０Ｈｚの場合、遠心分離機の回転室４８の最大冷却能力は大きいが騒音も大きい。直流電源６の直流電圧は例えば２４Ｖであり電源電圧が１７０Ｖ〜２６４Ｖに変動してもＤＣ２４Ｖを供給するので、ＤＣファン２５、ＤＣファン２６は一定の回転数を保ち風量・風圧は変化しないから電源電圧・周波数に依存せずまた騒音が変わることなく遠心用モータ９や制御ボックス２９を冷却することができる。
【００９５】
以上説明したように、第三の実施例では電源電圧・周波数フリーな構成とし、接続される電源電圧と許容電流定格を設定記憶した結果により分配パラメータを決定し遠心分離機を動作させるようにしたので、接続される交流電源の電圧が様々に異なっていても単巻トランスを用意する必要が無く、電源周波数５０Ｈｚと６０Ｈｚの違いによる能力・騒音の違いをなくし最適となる最大冷却能力と騒音特性を備える遠心分離機を実現できた。さらに、単相交流への接続だけではなく、遠心用モータ９の双方向コンバータ４とコンプレッサ用モータ１３の単方向コンバータ５で受電する相を異ならせる、いわゆるマルチフェイズ電源への接続が容易に変更可能な構成としたので、各相あたりの使用電流が低減でき、交流電源の電源インピーダンスが高い場合にも運転が可能となる。
【実施例４】
【００９６】
次に、遠心分離機１のロータ３１の温度制御において、ロータ３１の風損損失の大小にかかわらず速かに目標の設定温度にロータ３１の温度を近づけ、その後高精度な温度制御を得るための動作について説明する。
【００９７】
従来の温度制御方式はチャンバ３２の温度を温度センサ４０ｂで検出してコンプレッサ用モータ１３を間欠制御（ＯＮ・ＯＦＦ制御）するため、ロータ３１内の試料の温度を所望の目標温度に制御するのにオーバーシュート・アンダーシュートを繰返してチャンバ３２のロータ３１側の表面温度を脈動させるように構成している。この際の温度制御時に発生する誤差を補うため、予め実験等により求めておいたロータ３１回転時の温度センサ４０ｂの目標温度（目標制御温度）とロータ３１内の試料温度の差である温度補正値を用いて高精度化を実現している。しかしながら、従来のコンプレッサ３５のＯＮ・ＯＦＦ制御では、ＯＮ・ＯＦＦ切替え時に発生する騒音、及び交流電源２２の瞬時電圧低下などを伴う他、チャンバ３２室内の温度を脈動させながらロータ３１を温度制御していたので、温度変動に幅が発生するため温度制御のさらなる高精度化が長年の課題であった。ロータ３１の温度検出手段として、放射温度計等をロータ３１の回転室４８内に設け、直接ロータ３１の底面部の温度を測定し、これを目標制御温度としてロータ３１を所望の温度制御・維持そる方法もあるが、本発明の実施例では、チャンバ３２の温度をサーミスタ等の温度センサ４０ａ、４０ｂで間接的に測定する方法にて、以下説明する。
【００９８】
温度補正値はロータ３１の運転回転数、試料の維持温度の他に、ロータの種類・形状毎に風損による発生量とチャンバ３２とロータ３１間の熱交換量が異なるため、予めロータ種類・運転回転数・試料の維持温度毎に温度補正値を定め操作パネル２１又は制御装置２０に記憶しておき、ロータ３１の種類の他に運転・温度制御条件にあった温度補正値を用いて温度制御の精度向上を図っている。
【００９９】
昨今、エアコンや冷蔵庫などの民生機器では、冷凍機のコンプレッサ用モータ１３をコンプレッサ用インバータ１２によって可変速運転する技術が普及しており、遠心分離機への適用も検討され始めているが、遠心分離機は、試料維持温度が−２０℃から４０℃と広範囲であることや、ロータの回転数やロータの種類によって風損による損失が数１００Ｗ程度から２ｋＷの範囲で大きく変化するため、インバータ方式の冷凍機を適用するにあたり民生機器とは全く異なる温度制御技術が必要となる。ここで図１５、図１６を用いてロータの種類、回転数と風損の関係を説明する。図１５は日立工機株式会社製のＲ２０Ａ４形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。横軸はロータ３１の回転数（ｍｉｎ−１）である。ここでロータ３１の風損１７３（単位Ｗ）は、右側縦軸に対応するもので、ロータ３１の風損は回転数にほぼ比例して増加し、近似式とするとロータの回転数のほぼ２．８乗に比例する。
【０１００】
インバータ方式の冷凍機を採用して従来の温度センサ４０ｂの検出温度と設定された目標温度との差から、比例・積分・微分項からなるいわゆる温度フィードバックＰＩＤ制御方式を採用しても、前述のように運転条件によってロータの発熱量が大きく異なる。ロータ３１の回転数と目標制御温度との関係は、１７０〜１７２の通りであり、１７０はロータ３１を２０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７１は１０℃に冷やす時の目標制御温度曲線、１７２は４℃に冷やす時の目標制御温度である。１７０〜１７２により理解できるようにロータ３１の回転数が上昇すると風損が上昇するので、目標制御温度を低めに設定する必要がある。このように、比例・積分・微分項の配分となるＰＩＤ制御パラメータは温度制御条件によって最適値が大きく異なり、ＰＩＤ制御パラメータの適正値を一様に定めるのは困難である。従って、コンプレッサ用モータ１３の回転数を単にＰＩＤ制御するだけでは制御温度のハンチングが生じ易いので制御温度の更なる精度向上が望めないため、ロータ温度の好ましくない上下の温度差を抑え、温度制御精度を向上させる必要がある。
【０１０１】
そこで第四の実施例では、制御装置２０はチャンバ３２の底部に設けた温度センサ４０ａの検出温度をフィードバックし、ロータ３１内の試料が設定された目標温度になるようにコンプレッサ３５内のコンプレッサ用モータ１３の回転数を制御する。ここで、凝縮機３７の放熱のために風を送る凝縮機ファン１８の回転数は、前述のように５０Ｈｚで制御されている。
【０１０２】
図１６は出願人が販売するロータであるＲ１０Ａ３形ロータの各回転数における温度センサ４０ａの目標制御温度と風損の関係を示す図である。Ｒ１０Ａ３形ロータは、図１５で例示したＲ２０Ａ４形ロータよりも大型であってロータ径が大きい。従って、回転数の上昇に伴うロータ３１の風損１７８（単位Ｗ）の上昇度合いは、図１５の風損１７３よりも大きくなる。しかしながら、Ｒ１０Ａ３形ロータの表面積が大きいため、チャンバ３２の冷却によって、Ｒ２０Ａ４形ロータよりも冷却効果が高くなる。従って、ロータ３１の回転数と目標制御温度との関係は、１７５〜１７７の通りであり、１７５はロータ３１を２０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７６は１０℃に冷やす時の目標制御温度曲線であり、１７７は４℃に冷やす時の目標制御温度である。目標制御温度１７０〜１７２により理解できるようにロータ３１の回転数が上昇すると風損が上昇するので、目標制御温度を低くする
【０１０３】
図９は本実施例の遠心分離機１において、ロータ３１として前出のＲ２２Ａ４形ロータを回転数２２０００ｍｉｎ−１、試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５０と、温度センサ４０ａによる測定された温度１５１と、ロータ３１の底面温度１５２（単位℃）を示したものである。横軸はロータ３１を回転させてからの経過時間である。
【０１０４】
このロータの場合、ロータ３１を回転数２２０００ｍｉｎ−１において４℃に冷やすための目標制御温度は、図１５のライン１７２からわかるように−１２．７℃となる。この際のコンプレッサ用モータ１３の制御回転数は、図９の０〜５００秒付近の範囲に示すように、ロータ３１の加速段階では５８Ｈｚとし、ロータ３１が２２０００ｍｉｎ−１で整定した以降は６５Ｈｚとする。このように制御することによって、時間の経過に伴い温度センサ４０ａの検出温度が低下し、経過時間６５０秒付近で目標制御温度より０．５℃高い−１２．２℃に達すると、温度センサ４０ａの検出温度と目標制御温度からＰＩＤ演算によりコンプレッサ用モータ１３の回転数を制御するＰＩＤ制御を開始する。図１７のＰＩＤ制御開始時のＩ（積分項）の初期値は、例えばＰＩＤ制御に移行する直前２分間の温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率（℃／秒）で決めることができる。
【０１０５】
例えば図１７では、温度センサ４０ａの測温値が減少する温度時間変化率が２分間で約１．２℃であるから、ＰＩＤ制御のＩ項の初期値として５０Ｈｚが代入される。ここでＰＩＤ制御のＰとＩとＤの和をコンプレッサ周波数にするが、ＰとＤは演算の都度、新たな値を決めるのに対し、Ｉは時間軸に沿って積算するので、初期値として入れておくとその後の制御のオフセットのような効果がでる。この制御操作により、ＰＩＤ移行時にコンプレッサ用モータ１３の回転数を高く維持し、温度センサ４０ａが速やかに、滑らかに制御目標温度に近づく。この理由は、測温値が減少する温度時間変化率が大きい程ロータ３１の冷却が速いので、ＰＩＤ制御移行時のＩを小さく設定し、逆の場合は大きく設定し、いずれの場合も、コンプレッサ用モータ１３の回転数制御に変曲点を設けて、温度センサ４０ａが速やかに制御目標温度に近づくようにしている。
【０１０６】
以上のように制御することにより、コンプレッサ用モータ１３のＰＩＤ演算により算出される演算回転数は、当初若干の回転数のオーバーシュート・アンダーシュートを伴うものの、最終的には約４８Ｈｚの回転数に落ち着き、これ以降コンプレッサ用モータ１３の回転数制御は安定する。この間、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度１５２の時間経過は、制御開始時に２６℃であったものが滑らかに下降し、正確に４℃にて維持される。
【０１０７】
図１０は、従来の遠心分離機でＲ２２Ａ４形ロータを２２０００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５３、ロータ３１の底面温度（単位℃）１５５、温度センサ４０ｂの測定温度値１５４の時間経過を示したものである。図９の本実施例と異なり、従来の遠心分離機では温度センサ４０ａの替わりにシールラバー４１内に設けられた温度センサ４０ｂを用いて温度制御を行っている。その場合は温度制御目標が異なるため、温度センサ４０ｂの冷却目標温度を図９の−１２．７℃から−７℃に変更したこと以外は図９で示した実測例と異なるところはない。
【０１０８】
図１０から明らかなように、従来のコンプレッサ用モータ１３の制御回転数は、時間が経過してもオーバーシュート・アンダーシュートを繰り返し回転数が収束安定しないためコンプレッサ３５から発生する騒音が変動し、ロータ３１の底面温度は脈動が継続するため温度制御精度が低下する。この原因は、温度センサ４０ｂがシールラバー４１に覆われているためコンプレッサ用モータ１３の回転数の変化によるエバポレータ３３の温度変化に対する遅れ、時定数などのレスポンスが悪いためである。したがって、本実施例による温度制御を行うには、図１０のように温度センサ４０ｂを用いて行うのではなく、図９のように温度センサ４０ａを用いて行うと良い。この理由は温度センサ４０ａがチャンバ３２の金属部に接触し設けられているためのエバポレータ３３の温度変化に対してレスポンス良く応答するからである。
【０１０９】
図１１は、遠心分離機１でロータ３１として前出のＲ２２Ａ４形ロータを回転数１００００ｍｉｎ−１で回転させ、ロータ３１内の試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５６、温度センサ４０ａの測定温度（単位℃）１５７、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度（単位℃）１５８の時間経過を示したものである。この条件では、ロータ３１の風損は、図９の場合の１１％程度で１００Ｗ未満となり、温度制御動作の進行に伴い測定温度１５７に対応した回転数１５６が最小連続回転数、例えば本実施例の場合１５Ｈｚを下回ったら、コンプレッサ用モータ１３の回転数制御はＰＩＤ連続回転数制御から２０ＨｚのＯＮ及びＯＦＦの制御となる。通常、コンプレッサ用モータ１３においては、定格や安定性の関係から連続回転できる最大回転数（最大連続回転数）と最小回転数（最小連続回転数）が設定されている。ここで、間欠制御の際の連続回転数を２０Ｈｚとして、コンプレッサ用モータ１３の最小連続回転数よりも高く設定する。コンプレッサ用モータ１３をＯＮ・ＯＦＦ制御する際のそれぞれの回転数、すなわち発停回転数は、本発明ではＯＮ時２０Ｈｚ、ＯＦＦ時０（ゼロ）Ｈｚである。
【０１１０】
連続回転できる最小回転数を１５Ｈｚとし、ＯＮ・ＯＦＦ制御時のＯＮ時回転数２０Ｈｚよりも低く設定しているため、最小連続制御時の吸熱量とＯＮ・ＯＦＦ間欠制御時の吸熱量間の吸熱量守備範囲がオーバーラップしており、低速の連続回転数制御とＯＮ・ＯＦＦ間欠制御間で制御状態の行き来があっても温度制御性特性が良好になる。このコンプレッサ用モータ１３のＯＮ及びＯＦＦの繰り返し制御に伴い、温度センサ４０ａの測定温度１５７は小幅に脈動するが、ロータ３１の底面温度１５８は変動がなく高精度で安定した温度制御となっていることが理解できるであろう。
【０１１１】
温度センサ４０ａの目標制御温度は約−１℃であり、コンプレッサ用モータ１３の回転数は温度制御開始当初１００〜３００秒付近は６５Ｈｚにあり、ＰＩＤ制御により温度センサ４０ａの温度が−０．５℃になると１５Ｈｚまで連続制御で回転数が低下する。しかし、コンプレッサ用モータ１３が１５Ｈｚの最小連続回転数であっても連続運転すると温度センサ４０ａの測定温度１５７がさらに低下するため、目標制御温度が約−１℃より２度低下した−３℃でコンプレッサ用モータ１３をＯＦＦにし、コンプレッサ用モータ１３のＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。そして温度センサ４０ａの測定温度１５７が上昇に転じ目標制御温度より１度高い０℃になると、コンプレッサ用モータ１３を再びＯＮにする。このＯＮ・ＯＦＦ制御は、目標制御温度に対して＋１度のオーバーに対してＯＦＦ状態からＯＮ動作へ、一方、−１度のアンダーに対してＯＮ動作からＯＦＦ状態に切換え制御し、ＯＦＦ状態からＯＮ動作への移行時には最小６０秒のＯＦＦ状態の状態確保（最小オフ時間）、逆のＯＮ動作からＯＦＦ状態への移行時には最小３０秒ＯＮ状態の状態確保（最小オン時間）を伴う。これは、コンプレッサ３５のオイル潤滑上の理由からで、サクション管４２と吐出管３６の間で圧力差が所定値以下でＯＮ、圧力差が所定値以上でＯＦＦする必要があるからである。
【０１１２】
図１２は、遠心分離機１でロータ３１として前出のＲ１０Ａ３形ロータを回転数７８００ｍｉｎ−１で回転させ、ロータ３１内の試料の温度を４℃に温度制御したときの、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１５９、温度センサ４０ａの測定温度（単位℃）１６０、ロータ３１の試料の温度にほぼ一致するロータ３１の底面温度（単位℃）１６１の時間経過を示したものである。温度センサ４０ａの制御温度目標は、おおよそ−２℃である。この条件では、ロータ３１の風損は６３０Ｗ程度となり、コンプレッサ用モータ１３の回転数１５９で示すように温度制御動作の進行に伴いコンプレッサ用モータ１３の回転数１５９は連続制御回転数の下限値となる１５Ｈｚ強の連続回転数制御となる。この回転数は、図９の場合のＯＮ・ＯＦＦ制御時のＯＮ時回転数２０Ｈｚよりも低いため、低速の連続回転数制御と２０Ｈｚ、ＯＮ・ＯＦＦ制御との間の吸熱量範囲がオーバーラップしている、低速の連続回転数制御とＯＮ・ＯＦＦ制御と狭間の領域の制御性が良好になる。
【０１１３】
図１３は、遠心分離機１でＲ２２Ａ４形ロータを１００００ｍｉｎ−１で回転させ、試料の温度を４℃に冷却維持する途上で、回転数を１２０００ｍｉｎ−１に設定変更した場合の温度制御を実測例で示した図である。図１１とは逆に、コンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１６２で示すように温度制御動作の進行に伴いコンプレッサ用モータ１３の回転数（単位Ｈｚ）１６３の制御は２０ＨｚのＯＮ・停止ＯＦＦ制御からＰＩＤ連続回転数制御となる。温度センサ４０ａの目標制御温度は当初約−１℃であり、回転数の設定変更後は約−２℃である。図１１と同様にコンプレッサ用モータ１３の回転数１６２は温度制御開始当初の０〜２００秒程度までは６５Ｈｚにあり、ＰＩＤ制御による連続回転数制御により１５Ｈｚまで連続制御で回転数が低下した後にＯＮ・ＯＦＦ制御に移行する。
【０１１４】
この後約２０００秒付近で、ロータ３１の回転数が１００００ｍｉｎ−１から１２０００ｍｉｎ−１に設定回転数変更タイミング１７４で増速されると、ロータ３１の風損が若干増加する。よって、コンプレッサ用モータ１３の回転数が２５ＨｚでＯＮ状態にあるとき１８０秒以上温度センサ４０ａの検出温度が新しい目標制御温度−２℃を０．５℃上回る状態が継続してしまうので、制御装置２０はコンプレッサ用モータ１３を連続回転のＰＩＤ制御に移行する。この後の制御の状況は図１２での説明と同様である。
【０１１５】
連続回転のＰＩＤ制御に移行後の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数１６２は、約１９００〜２３００秒付近に示すように３０Ｈｚとし、過大な回転数からのＰＩＤ制御開始により一時過渡的にロータ３１の温度が低下してしまうのを防止している。この関係をまとめて示すと図１４のようになり、目標制御温度と温度センサ４０ａの検出温度が数度程度の所定値範囲内に接近している場合、ＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数は、ロータ３１の設定可能最大回転数に対する設定回転数との比率から求まる係数を、コンプレッサ用モータ１３の所定最大連続回転数に掛け算した回転数として設定され再変更される。最大回転数に対する設定回転数との比率（％）が６５％以下の場合は、コンプレッサ用モータ１３の回転数（Ｈｚ）は全て３０Ｈｚに設定される。例えば最大回転数２２，０００ｒｐｍのロータ３１の設定回転数が１２０００ｒｐｍの場合は、最大回転数の５４．５％になるので、図１４から６５％以下の３０ＨｚがＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数に再設定される。
【０１１６】
なお、ＰＩＤ制御開始時の初期コンプレッサ用モータ１３の回転数はロータ３１の風損に依存するので、あらかじめ登録されているロータ群の風損係数と運転中のロータ３１の回転速度からロータの発熱量を算出した値を係数として、コンプレッサ用モータ１３の最大連続回転数に掛け算した回転数に再設定することでも良い。
【実施例５】
【０１１７】
次に図１９を用いて遠心分離機１の運転を開始して、ロータの回転を上昇させて設定回転数に整定させる際のコンプレッサ用モータ１３の回転数との関係を示す。（１）と（２）の横軸は同じ時間軸で並べて記載している。作業者が回転室４８にロータ３１をセットしてドア４３を閉め、操作パネル２１にて遠心分離の設定回転数を２２，０００ｒｐｍにし、遠心分離時間、設定温度等を設定してから時間ｔ１において運転を開始したとする。すると図１９（１）のロータ回転数２０１に示すように、遠心用モータ９の回転数が上昇することによってロータ３１の回転数が上昇し、時間ｔ３において加速が終了して整定状態（ロータ３１が設定回転数にて定速運転する状態）になる。図１９（１）では、遠心用モータ９の動作状態として、“停止”、“加速”、“整定”の３つの状態を示している。
【０１１８】
ここで、遠心用モータ９は電気モータであるため、起動時及び加速時の電流は、整定時の電流に比べて大きくなるという特性がある。このような状況下であっても、加速時間を短くしてできるだけ早く整定状態にするには、コンプレッサ用モータ１３に割り当てる最大電力を少なくして、その分を遠心用モータ９へ配分することにより遠心用モータ９への電力配分を多くすることが好ましい。一方、遠心用モータ９への電力配分を少なくするということは、コンプレッサ用モータ１３の回転数を所望の回転数まで上げられないこともある。例えば、コンプレッサ用モータ１３を最大連続回転数（例えば８０Ｈｚ）にあげて回転室４８内を急速冷却したい場合であっても、接続電源の給電容量の関係から制限せざるを得ない場合がある。本実施例では、遠心用モータ９の加速時と整定時に対するコンプレッサ用モータ１３への電力配分比を変更するようにし、例えば加速時にはコンプレッサ用モータ１３の回転上限を５８Ｈｚに制限して遠心用モータ９への電力分配比率を多めにし、整定時には遠心用モータ９への電力分配比を低下させてコンプレッサ用モータ１３の回転上限を６７Ｈｚ程度になるように設定した。ここで５８Ｈｚ、６７Ｈｚというのは接続電源の給電容量によって設定される値であるので、給電容量の異なる設置場所においてはコンプレッサ用モータ１３の回転上限値は変わるものである。
【０１１９】
このように本実施例では、インバータ制御の冷凍機への電力配分と遠心用モータ９への電力配分比を、ロータ３１の回転の加速時と整定時において異なるように構成した。このように構成することによって、加速時には遠心用モータ９への電力配分（最大分配電力）を多めにして加速を早く終了させ、整定時には遠心用モータ９への電力配分（最大分配電力）を減らして、その分をコンプレッサ用モータ１３への電力配分（最大分配電力）に回すようにして回転室４８内が良好に冷却されるように構成した。
【０１２０】
図１９（２）においては、時間ｔ３でロータ３１が整定状態になると、制御装置２０はコンプレッサ用モータ１３の回転数を５８Ｈｚから６７Ｈｚに上昇させ、時間ｔ４で６７Ｈｚの定常運転になる。その後、コンプレッサ用モータ１３が６７Ｈｚで連続運転をすることにより回転室４８内が十分に冷えると、ＰＩＤ制御によって時間ｔ５でコンプレッサ用モータ１３の回転数が徐々に落とされ、回転室４８を目標温度を保つように制御される。図１９の例では時間ｔ５以降は、５８Ｈｚよりやや高い程度の回転数を保つ例が図示されているが、整定して十分時間が経過した後のコンプレッサ用モータ１３の回転数は、ロータの種類、設定温度、回転数によって変わるものである。また、回転室４８を目標温度が高めの場合は、整定して十分時間が経過した後のコンプレッサ用モータ１３の設定回転数が最小連続回転数に近くまで、又はそれ以下にまで下がることがある。コンプレッサ用モータ１３の設定回転数が最小連続回転数以下の場合は、ＰＩＤ制御からコンプレッサ用モータ１３の間欠ＯＮ・ＯＦＦ運転を行う。
【０１２１】
以上のように第５の実施例によれば、加速時と整定時において遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３への電力配分（最大分配電力）を変更するように制御するので、加速時には遠心用モータ９への電力分配量を増やして迅速に加速させ、整定時（定常回転時）は加速時に比べて遠心用モータへの電力分配量を減らすことによりロータ３１を確実に冷却することができる。尚、第５の実施例では時間ｔ１〜ｔ３までの加速時のコンプレッサ用モータへ配分される最大電力を、コンプレッサ用モータ１３の回転数５８Ｈｚ分に制限したが、この制限量を固定せずに、この間の期間を細分化して、加速前半の区間、後半の区間に２分割して、あるいはさらに多分割して、各区間毎の遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３への電力配分比を変更するように細かく制御しても良い。この際であっても加速時の最後の区間の遠心用モータ９への電力配分よりも、整定直後の遠心用モータ９への電力配分が少なくなるようにすると良い。
【実施例６】
【０１２２】
次に図２０を用いて本願発明の第６の実施例を説明する。第５の実施例においては加速時と整定時の遠心用モータ９への電力配分を変えるように、つまり２段階に変更可能なように設定した。第６の実施例においてはこの電力配分比の変更を、遠心用モータ９で消費される電流値に応じて連続可変にできるように構成したことに特徴がある。図２０（１）はロータ３１の加速時から整定時に至る際に遠心用モータに流れる電流値（単位Ａ）である。作業者が回転室４８にロータ３１をセットしてドア４３を閉め、操作パネル２１にて遠心分離の設定回転数を２２，０００ｒｐｍにし、遠心分離時間、設定温度等を設定してから時間ｔ１１において運転を開始したとする。すると遠心用モータ９の回転数の上昇に伴い、モータ電流２１１は図示のように上昇する。このモータ電流２１１の上昇は使用するモータの種類や制御の仕方によって一様でないが、本実施例の遠心用モータ９は遠心用インバータ８によって駆動されるため、時間ｔ１１直後に４Ａ付近まで上昇し、その後矢印２１１ａのようにほぼリニアに上昇し、矢印２１１ｂ付近では１３Ａ程度まで上昇する。ここで、給電容量に応じたモータ電流２１１の加速時の最大分配電力（上限値）が１３Ａであるので、その上限値の電流をキープしたまま加速を続け、時間ｔ１３において遠心用モータ９の回転数が設定回転数２２，０００ｒｐｍに到達したため、定速運転に移行する。すると遠心用モータ９の電流は７．５Ａ程度に落ちる。
【０１２３】
図２０（２）はコンプレッサ用モータ１３の回転数２１２の推移を示すグラフである。（１）と（２）の横軸は同じ時間軸で並べて記載している。第６の実施例では、各時間における（遠心用モータ９の消費電流＋コンプレッサ用モータ１３の消費電力）が、総給電容量内での遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３に割り当てられた消費電力の範囲内で収まるように制御される。そのため制御装置２０に含まれるマイクロコンピュータが遠心用モータ９の電流値（図２の電流センサ１９の出力）に応じてコンプレッサ用モータ１３の回転数２１２を設定するように構成した。図２０（２）において回転数２１２は、時間ｔ１１で起動してから大きく増加させ、遠心用モータ９の定速回転時（時間ｔ１３以降）の上限値の６７Ｈｚよりも大きくなるように設定される。しかしながら、矢印２１２ａにおいて遠心用モータ９とコンプレッサ用モータ１３の消費電力の合計が割当て電力値の上限に達する上に遠心用モータ９の消費電力が更に上昇傾向にあるので、その分だけコンプレッサ用モータ１３の消費電力を落とすべく回転数２１２を矢印２１２ｂのように減少させる。
【０１２４】
加速時間の終了間際、即ち時間ｔ１３の直前の数百回転付近で矢印２１１ｃのように遠心用モータ９の消費電力が大きく低下するので、矢印２１２ｄのようにその分だけコンプレッサ用モータ１３の回転数を上昇させるようにして、最終的には矢印２１２ｅで示すように６７Ｈｚ付近で落ち着くようにした。尚、コンプレッサ用モータ１３の回転数６７Ｈｚは、遠心分離運転初期段階において回転室４８の温度を割り当てられた最大分配電力の範囲内で最大に冷却しようとする時の設定回転数であって、回転室４８が一端目標温度まで低下した後においては、その温度を維持するだけで良いので、コンプレッサ用モータ１３の回転数を大幅に下げることができ、時間ｔ１５以降の制御ではＰＩＤ制御によって、モータ１３の回転数を低回転に制御している。
【０１２５】
以上、本発明者によってなされた発明を各実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１ 遠心分離機 ２ 給電ライン ３ 給電ライン
４ 双方向コンバータ ５ 単方向コンバータ ６ 直流電源
７ 平滑コンデンサ ８ 遠心用インバータ ９ 遠心用モータ
１０ コントロールスイッチ １１ 平滑コンデンサ
１２ コンプレッサ用インバータ １３ コンプレッサ用モータ
１４ コントロールスイッチ １５ 整流器 １６ 平滑コンデンサ
１７ 凝縮機ファン用インバータ １８ 凝縮機ファン
１９ 遠心用モータ電流センサ ２０ 制御装置 ２１ 操作パネル
２２ 交流電源 ２３ 入力コントロールライン ２４ 回転センサ
２５ ＤＣファン ２６ ＤＣファン ２７ 出力コントロールライン
２８ コンプレッサ用モータ電流センサ ２９ 制御ボックス
３０ 電圧センサ ３１ ロータ ３２ チャンバ
３３ エバポレータ ３４ 断熱材 ３５ コンプレッサ
３６ 吐出管 ３７ 凝縮機 ３８ キャピラリ ３９ 給電ライン
４０ａ 温度センサ ４０ｂ 温度センサ ４１ シールラバー
４２ サクション管 ４３ ドア ４４、４５、４６ 電圧センサ
４７ インバータ１７用電流センサ ４８ 回転室 ５２ 交流電源
１００ 遠心用モータ９の回転数
１０１ コンプレッサ用モータ１３の回転数
１０２ 遠心用モータ電流センサ１９の出力
１０３ コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力
１０４ 遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値
１１０ 遠心用モータ９の回転数
１１１ コンプレッサ用モータ１３の回転数
１１２ 遠心用モータ電流センサ１９の出力
１１３ コンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力
１１４ 遠心用モータ電流センサ１９とコンプレッサ用モータ電流センサ２８の出力の合算電流値
１２０ コンプレッサ３５の入力電力
１２１ コンプレッサ３５の冷却能力
１３０ Ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ欄
１３１ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ欄
１３２ Ｐｈａｓｅ欄
１３３ Ｍａｘ． Ｃｕｒｒｅｎｔ欄
１３４ チェックマーク
１３５ ＯＫボタン
１５０、１５３、１５６、１６０、１６２ コンプレッサ用モータ１３の回転数
１５１、１５７、１６０ 温度センサ４０ａの温度
１５２、１５５、１５８、１６１、１６３、１６４ ロータ３１の底面温度
１５４ 温度センサ４０ｂの温度
１７０、１７１、１７２ 目標制御温度
１７３、１７８ 風損
１７４ 設定回転数変更タイミング
１７５、１７６、１７７ 目標制御温度
２０１ （ロータ３１の）回転数
２０２、２１２ （コンプレッサ用モータ１３の）回転数
２１１ （遠心用モータ９の）モータ電流
２１２ （コンプレッサ用モータ１３の）回転数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、前記ロータを収容する回転室を有し、三相交流電力にて回転駆動される複数のモータと、遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、
前記複数のモータの一つは前記ロータを回転させる遠心用モータであり、
前記制御装置は１運転中に前記遠心用モータへの電力供給とその他の前記モータへの電力供給の分配を変更することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
インバータ制御の冷凍機を備え、
前記制御装置は、前記ロータの回転加速時の前記モータへの最大分配電力と、前記ロータの回転整定時の前記モータへの最大分配電力が異なるように制御す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】
前記制御装置は、前記ロータの回転加速中は前記冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当て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】
前記制御装置は、装着される前記ロータの種類又は接続電源の給電容量に応じて、前記モータへの電力供給分配比を変更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分離機。
【請求項５】
前記遠心分離機は、
前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記その他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、
前記制御装置は、前記第一及び第二のインバータから供給する電力量を調整することにより前記分配比を変更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分離機。
【請求項６】
前記遠心用モータへの電力供給とその他の前記モータへの電力供給の分配比は、前記ロータの種類毎に予め設定され前記制御装置の記憶装置に格納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】
前記遠心分離機は、
前記回転室を冷却する冷却装置と、
前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記その他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、
前記冷却装置は前記第二のインバータから給電された交流電力により可変速に制御可能なコンプレッサ用モータを有し、
前記遠心用モータへの電力供給と前記コンプレッサ用モータへの電力供給の分配比が前記ロータの種類に応じて変更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８】
前記第一の昇圧コンバータは前記交流電源を直流電力への変換する機能と、前記第一のインバータから供給される直流電力を交流電力に変換して前記交流電源に戻す機構を有す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９】
前記その他のモータとして、前記冷却装置において冷媒を冷却する凝縮機に通風する凝縮機ファンを含み、
前記制御装置は、前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータと前記凝縮機ファンのそれぞれをフィードバック制御することを特徴とする請求項８に記載の遠心分離機。
【請求項１０】
前記凝縮機ファンを可変速制御するために、前記昇圧コンバータからの直流電力を交流電力に変換する第三のインバータを設けたことを特徴とする請求項９に記載の遠心分離機。
【請求項１１】
前記凝縮機ファンの可変速制御回転数は、装着される前記ロータの種類に応じて変更されることを特徴とする請求項１０に記載の遠心分離機。
【請求項１２】
交流電源から給電された交流電力を直流電力に変換する第一及び第二のコンバータと、
前記第一のコンバータに接続される遠心用インバータと、
前記遠心用インバータの出力により可変速制御される遠心用モータと、
前記遠心用モータにより駆動され試料を遠心分離するロータと、
前記ロータを内蔵するチャンバと、
前記チャンバを冷却するエバポレータと、
前記エバポレータに冷媒を循環供給する冷媒を圧縮するコンプレッサと、
前記第二のコンバータに接続されるコンプレッサ用インバータと、
前記コンプレッサ用インバータの出力により可変速制御される前記コンプレッサを駆動するコンプレッサ用モータと、
これらを制御する制御装置を有する遠心分離機において、
前記制御装置は前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータをフィードバック制御すると共に、前記ロータ加速時にあらかじめ設定された前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータに従って前記コンプレッサ用モータの回転数を制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項１３】
前記ロータの加速時と定常回転時において、前記制御装置は、前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータを変更することを特徴とする請求項１２に記載の遠心分離機。
【請求項１４】
前記分配パラメータは、前記ロータの種類毎に前記制御装置に含まれる記憶装置にあらかじめ格納され、
前記制御装置は、装着された前記ロータを識別し、前記記憶装置に格納された分配パラメータに従って制御を行うことを特徴とする請求項１３に記載の遠心分離機。
【請求項１５】
前記第一の昇圧コンバータは、前記交流電源を直流電力に変換する機能に加えて、前記遠心用インバータから供給される直流電力を交流電力に変換して前記交流電源に電力を回生する双方向コンバータであることを特徴とする請求項１４に記載の遠心分離機。
【請求項１６】
前記ロータの加速中において、前記制御装置は前記コンプレッサ用モータの回転数を前記ロータの設定温度にて熱平衡状態に維持可能な回転数にほぼ等しい回転数を維持するように制御することを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項１７】
前記ロータの加速が終了して定速回転に移行した後は、前記制御装置は前記コンプレッサ用モータの回転数を、前記ロータを目標温度に冷却維持するのに必要な回転数よりも高くなるように制御することを特徴とする請求項１６に記載の遠心分離機。
【請求項１８】
試料を保持するロータを収容する回転室と、前記ロータを回転駆動する遠心用モータと、前記回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、前記遠心用モータと前記冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、
前記制御装置は、前記ロータの回転加速時の前記冷凍機への最大分配電力と、前記ロータの回転整定時の前記冷凍機への最大分配電力を異なるように制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項１９】
前記加速時の前記冷凍機への最大分配電力が、前記整定時の前記冷凍機への最大分配電力よりも小さいことを特徴とする請求項１７に記載の遠心分離機。
【請求項２０】
前記冷凍機は可変速に制御されるコンプレッサ用モータを有し、
前記加速時には前記コンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を低く設定し、前記整定時の前記コンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を高く設定し、
前記制御装置は前記設定された上限値の範囲内で前記コンプレッサ用モータの運転を行うことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の遠心分離機。
【請求項２１】
前記制御部は前記ロータの回転整定時に、前記コンプレッサ用モータの回転制御をＰＩＤ制御又はＯＮ・ＯＦＦ制御によって行うことを特徴とする請求項２０に記載の遠心分離機。
【請求項２２】
前記加速時及び前記整定時の前記冷凍機への最大分配電力は、装着される前記ロータに合わせて設定されることを特徴とする請求項１８に記載の遠心分離機。
【請求項２３】
試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、前記ロータを回転駆動する遠心用モータと、前記回転室を冷却する冷凍機と、前記遠心用モータと前記冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、
前記冷凍機はインバータ制御されるコンプレッサ用モータを有し、
前記制御部は、前記遠心用モータの回転加速中は前記コンプレッサ用モータを第１の速度で回転させ、
前記遠心用モータが設定回転数近くに達したら、前記コンプレッサ用モータを第１の速度よりも高い第２の速度に切り替えて運転することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２４】
前記設定回転数近くとは、前記設定回転数から数百回転低い回転数であることを特徴とする請求項２３に記載の遠心分離機。
【請求項２５】
試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、前記ロータを回転駆動する遠心用モータと、前記回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、前記遠心用モータと前記冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、
前記遠心用モータに流れる電流値に応じて前記冷凍機の回転数の上限を設定することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２６】
前記ロータの回転加速後半の前記冷凍機への最大分配電力は、前記ロータの回転整定時の前記冷凍機への最大分配電力よりも小さいことを特徴とする請求項２５に記載の遠心分離機。
【請求項２７】
試料を保持するロータと、
前記ロータを収容する回転室を有し、
インバータ回路にて回転駆動される前記ロータ駆動用モータと、
前記ロータを冷却する冷凍機と、
冷却温度や運転時間などの運転条件を入力する操作パネルと、
遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、
前記操作パネルで入力可能な最低温度に設定した際の前記ロータの加速中の前記冷凍機への分配電力は、前記ロータが整定運転時の前記冷凍機への分配電力より小さいことを特徴とする遠心分離機。
【請求項１】
試料を保持し着脱可能に装着されるロータと、前記ロータを収容する回転室を有し、三相交流電力にて回転駆動される複数のモータと、遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、
前記複数のモータの一つは前記ロータを回転させる遠心用モータであり、
前記制御装置は１運転中に前記遠心用モータへの電力供給とその他の前記モータへの電力供給の分配を変更することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２】
インバータ制御の冷凍機を備え、
前記制御装置は、前記ロータの回転加速時の前記モータへの最大分配電力と、前記ロータの回転整定時の前記モータへの最大分配電力が異なるように制御す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】
前記制御装置は、前記ロータの回転加速中は前記冷凍機へあらかじめ定めた電力を割り当て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】
前記制御装置は、装着される前記ロータの種類又は接続電源の給電容量に応じて、前記モータへの電力供給分配比を変更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分離機。
【請求項５】
前記遠心分離機は、
前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記その他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、
前記制御装置は、前記第一及び第二のインバータから供給する電力量を調整することにより前記分配比を変更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分離機。
【請求項６】
前記遠心用モータへの電力供給とその他の前記モータへの電力供給の分配比は、前記ロータの種類毎に予め設定され前記制御装置の記憶装置に格納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】
前記遠心分離機は、
前記回転室を冷却する冷却装置と、
前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記遠心用モータに交流電力を供給する第一のインバータと、
前記コンバータの直流出力を変換して前記その他のモータに交流電力を供給する第二のインバータを有し、
前記冷却装置は前記第二のインバータから給電された交流電力により可変速に制御可能なコンプレッサ用モータを有し、
前記遠心用モータへの電力供給と前記コンプレッサ用モータへの電力供給の分配比が前記ロータの種類に応じて変更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８】
前記第一の昇圧コンバータは前記交流電源を直流電力への変換する機能と、前記第一のインバータから供給される直流電力を交流電力に変換して前記交流電源に戻す機構を有す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９】
前記その他のモータとして、前記冷却装置において冷媒を冷却する凝縮機に通風する凝縮機ファンを含み、
前記制御装置は、前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータと前記凝縮機ファンのそれぞれをフィードバック制御することを特徴とする請求項８に記載の遠心分離機。
【請求項１０】
前記凝縮機ファンを可変速制御するために、前記昇圧コンバータからの直流電力を交流電力に変換する第三のインバータを設けたことを特徴とする請求項９に記載の遠心分離機。
【請求項１１】
前記凝縮機ファンの可変速制御回転数は、装着される前記ロータの種類に応じて変更されることを特徴とする請求項１０に記載の遠心分離機。
【請求項１２】
交流電源から給電された交流電力を直流電力に変換する第一及び第二のコンバータと、
前記第一のコンバータに接続される遠心用インバータと、
前記遠心用インバータの出力により可変速制御される遠心用モータと、
前記遠心用モータにより駆動され試料を遠心分離するロータと、
前記ロータを内蔵するチャンバと、
前記チャンバを冷却するエバポレータと、
前記エバポレータに冷媒を循環供給する冷媒を圧縮するコンプレッサと、
前記第二のコンバータに接続されるコンプレッサ用インバータと、
前記コンプレッサ用インバータの出力により可変速制御される前記コンプレッサを駆動するコンプレッサ用モータと、
これらを制御する制御装置を有する遠心分離機において、
前記制御装置は前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータをフィードバック制御すると共に、前記ロータ加速時にあらかじめ設定された前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータに従って前記コンプレッサ用モータの回転数を制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項１３】
前記ロータの加速時と定常回転時において、前記制御装置は、前記遠心用モータと前記コンプレッサ用モータへの電力の分配パラメータを変更することを特徴とする請求項１２に記載の遠心分離機。
【請求項１４】
前記分配パラメータは、前記ロータの種類毎に前記制御装置に含まれる記憶装置にあらかじめ格納され、
前記制御装置は、装着された前記ロータを識別し、前記記憶装置に格納された分配パラメータに従って制御を行うことを特徴とする請求項１３に記載の遠心分離機。
【請求項１５】
前記第一の昇圧コンバータは、前記交流電源を直流電力に変換する機能に加えて、前記遠心用インバータから供給される直流電力を交流電力に変換して前記交流電源に電力を回生する双方向コンバータであることを特徴とする請求項１４に記載の遠心分離機。
【請求項１６】
前記ロータの加速中において、前記制御装置は前記コンプレッサ用モータの回転数を前記ロータの設定温度にて熱平衡状態に維持可能な回転数にほぼ等しい回転数を維持するように制御することを特徴とする請求項１２から１５のいずれか一項に記載の遠心分離機。
【請求項１７】
前記ロータの加速が終了して定速回転に移行した後は、前記制御装置は前記コンプレッサ用モータの回転数を、前記ロータを目標温度に冷却維持するのに必要な回転数よりも高くなるように制御することを特徴とする請求項１６に記載の遠心分離機。
【請求項１８】
試料を保持するロータを収容する回転室と、前記ロータを回転駆動する遠心用モータと、前記回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、前記遠心用モータと前記冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、
前記制御装置は、前記ロータの回転加速時の前記冷凍機への最大分配電力と、前記ロータの回転整定時の前記冷凍機への最大分配電力を異なるように制御することを特徴とする遠心分離機。
【請求項１９】
前記加速時の前記冷凍機への最大分配電力が、前記整定時の前記冷凍機への最大分配電力よりも小さいことを特徴とする請求項１７に記載の遠心分離機。
【請求項２０】
前記冷凍機は可変速に制御されるコンプレッサ用モータを有し、
前記加速時には前記コンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を低く設定し、前記整定時の前記コンプレッサ用モータの回転周波数の上限値を高く設定し、
前記制御装置は前記設定された上限値の範囲内で前記コンプレッサ用モータの運転を行うことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の遠心分離機。
【請求項２１】
前記制御部は前記ロータの回転整定時に、前記コンプレッサ用モータの回転制御をＰＩＤ制御又はＯＮ・ＯＦＦ制御によって行うことを特徴とする請求項２０に記載の遠心分離機。
【請求項２２】
前記加速時及び前記整定時の前記冷凍機への最大分配電力は、装着される前記ロータに合わせて設定されることを特徴とする請求項１８に記載の遠心分離機。
【請求項２３】
試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、前記ロータを回転駆動する遠心用モータと、前記回転室を冷却する冷凍機と、前記遠心用モータと前記冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、
前記冷凍機はインバータ制御されるコンプレッサ用モータを有し、
前記制御部は、前記遠心用モータの回転加速中は前記コンプレッサ用モータを第１の速度で回転させ、
前記遠心用モータが設定回転数近くに達したら、前記コンプレッサ用モータを第１の速度よりも高い第２の速度に切り替えて運転することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２４】
前記設定回転数近くとは、前記設定回転数から数百回転低い回転数であることを特徴とする請求項２３に記載の遠心分離機。
【請求項２５】
試料を保持し着脱可能に装着されるロータを収容する回転室と、前記ロータを回転駆動する遠心用モータと、前記回転室を冷却するインバータ制御の冷凍機と、前記遠心用モータと前記冷凍機の運転を制御する制御装置と、を有する遠心分離機であって、
前記遠心用モータに流れる電流値に応じて前記冷凍機の回転数の上限を設定することを特徴とする遠心分離機。
【請求項２６】
前記ロータの回転加速後半の前記冷凍機への最大分配電力は、前記ロータの回転整定時の前記冷凍機への最大分配電力よりも小さいことを特徴とする請求項２５に記載の遠心分離機。
【請求項２７】
試料を保持するロータと、
前記ロータを収容する回転室を有し、
インバータ回路にて回転駆動される前記ロータ駆動用モータと、
前記ロータを冷却する冷凍機と、
冷却温度や運転時間などの運転条件を入力する操作パネルと、
遠心分離運転を制御する制御装置を有する遠心分離機であって、
前記操作パネルで入力可能な最低温度に設定した際の前記ロータの加速中の前記冷凍機への分配電力は、前記ロータが整定運転時の前記冷凍機への分配電力より小さいことを特徴とする遠心分離機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−２２８６８４（Ｐ２０１２−２２８６８４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４７４１７（Ｐ２０１２−４７４１７）
【出願日】平成２４年３月２日（２０１２．３．２）
【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１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月２日（２０１２．３．２）
【出願人】（０００００５０９４）日立工機株式会社 (1,861)
【Ｆターム（参考）】
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