JPS589583A - 遠心分離機用制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は遠心分離機用の低速起動制御ネットワークに関
し、且つ特に遠心分離機ロータに指数加速性を与えるた
めの電子回路に関する。

遠心分離による帯状分離は直径を越える長さを有する静
止した垂直方向に配置した容器の中に先づ液体密度勾配
を設けることによシ達成される。分離されるべき試料が
容器の中の液体密度勾配の頂部に配置される。その後、
容器は遠心作用を受は且つ試料中の粒子はそれらの密度
に相当する勾配の部分に懸濁せしめられるまで遠心力場
の作用によシ移動する。密度勾配帯状分離を適正に行う
ためには、遠心分離ロータを静止位置から運転速度まで
作動させる起動シーケンス中に注意を払わなければなら
ない。ロータの起動シーケンスがあまシにも急激に行わ
れると、試料が撹乱または逆転する可能性が生ずる。こ
の現象が起ると分離が無効になる。

試料の１−が破壊されないように遠心分離機の起動シー
ケンスを制御するための一つの技術は駆動電動機の巻線
に印加する初期電圧を定格印加電圧のある所定の低い％
（例えば１５％）に抑えて低速起動することを包含して
いる。これは巻線上に酸化物のコーティングが形成され
る傾向があるので長期間にわたっては不利であることが
判明している。このコーティングは最終的には事実上低
い電圧信号を受けつけない抵抗値を発生することになる
。従って駆動電動機の起動が阻害される。

別の手段は二重げね装置を設けるもので米国特許第４，
１４２，１３８号明細書に例示されている。

二重げね装置は電動機のブラシを整流子と接触させるよ
うに押圧するために当初に第１の低い力を与える第１ば
ね要素を含んでいる。その後、ロータの速度が上昇する
につれて、ブラシを整流子にさらに強く接触させるよう
に押圧するために第２のさらに大きいばねによシ増大し
た力が加えられる。

遠心分離機のための駆動電動機制御装置は代表的な場合
にはロータ駆動電動機と直列に接続されたシリコン制御
整流器（ＳＯＲ）としての電力制御装置を含んでいる。

コンデンサがＳＯＲゲート電極に印加される限界電圧を
制御している。

８０Ｒはコンデンサへの充電電流を増大させることによ
シ起動シーケンスが進むにつれて線路電流の各半サイク
ル中によシ早い点でゲート制御される。コンデンサの電
流は可変抵抗によル調　５　− 整される。線路電流の半サイクル中にコンデンサを５（
Ｒ１’ｄ界電圧筐でより早期に光電することによシ、よ
シ大きいエネルギが駆動電動機巻線に加えられて電動機
速度を増大させる。

可変抵抗は発光ダイオード（ＬＥＤ）およびそれと組み
合わされたホトレジスタとを含ｔｒオプトアイソレータ
装置の型式とすることができる。

ホトレジスタの抵抗は発光ダイオードから放射される光
の強度が増大するにつれて減少する。

発光ダイオードからの光の強度は発光ダイオードを通る
電流を増大させることによシ増大させることができる。

発光ダイオードを流れる電流は通常発光ダイオード也直
列に接続された調整二極トランジスタ□Ｌυ制御される
。システムヒステリシスに打ち勝つためには、起動する
と直ちに調整二極トランジスタを通して所定のベース電
流が流れるように手操作調整限界ネットヮー　６− りを設けである。これは発光ダイオードから放射される
光の強度を増大させ、その結果可変抵抗が減少せしめら
れる。ロータの運動は電力供給仮に比較的に短時間で開
始される。しかしながら、この手操作による調節は屡々
実施困難である。

従って、困難衣手操作調整を必要としないでシステムヒ
ステリシスに打ち勝つ低速起動制御ネットワ・−りを設
けると有利である。さらに、システムヒステリシスを克
服するために充分な発光ダイオードを通しての初期電流
が検出されたとき、その後発光ダイオードを流れる電流
を作動速度に到達するまで好ましくは指数割合で漸増さ
せる制御ネットワークを設けると有利である。

本発明は遠心分離様用駆動電動機制御装置とともに使用
される低速起動ネットワークに関する。本発明の低速起
動ネットワークは制御端子に印加された入力電圧に指数
函数的に関係する出力電流を生ずる電界トランジスタの
ような指数伝送機能を有する回路素子を含んでいる。こ
の回路素子は遠心分離機の駆動電動機制御装置に用いら
れるオプトアイソレータの発光ダイオード（Ｌｌ！ＩＤ
）を通る電流を制御する。

本発明により、回路素子の制御端子に印加される電圧は
充電コンデンサによシ調整される。

低速起動ネットワークの動作開始後に所定の短い時間間
隔以内でコンデンサに加わる電圧を所定値にするために
最初に補助的々充電電流を流すための装置を設けである
。さらに本発明によれば、駆動電動機速度制御装置と組
み合わされた発光ダイオードを通しての電流の流れが−
たん開始されると、補助的か充電電流源を使用禁止する
ためのこの電流の発生に応答する装置を設けである。そ
の後、発光ダイオードを通る電流は回路素子の指数伝送
特性により漸増せしめられる。

本発明は添付図面に関する以下の詳細な説明からさらに
充分に理解されよう。

以下の詳細な説明を通じて同じ参照符号はすべての添付
図面における同じ要素を示す。

第１図には、密度勾配帯状分離を行うように構成した遠
心分離機の様式化したブロック線図を示しである。この
遠心分離機はシャフトＳに装着され且つ電動機Ｍにより
回転速度Ｗで駆動されるようにカつているロータ要素Ｒ
を有している。

線路りから電動機Ｍに加えられたエネルギ、従ってロー
タＲの速度Ｗは駆動電動機制御装置Ｎにより制御される
。速度制御ネットワークＮは電動機Ｍに直列に接続され
たシリコン制御整　９− 流器１３０Ｒを含んでいる。このＳＯＲはコンデンサ０
により制御される。コンデンサＣへの充電電流はオプト
アイソレータエによって調整される。

オプトアイソレータエは光応答可変ホトレジスタＲｐと
発光ダイオードＬ］ＩＤとを備えている。

このＬＥＤは制限抵抗ＲＬを介してポテンシャルソース
に接続されている。ＬＦｆＤのカソードは電線Ｇによシ
大地電位に接続されている。電線ＧにはＬＦｆＤに直列
に回路素子１２が接続されている。回路素子１２は本発
明による低速起動制御ネットワーク１０の一部分を形成
している。この回路素子１２は指数伝送機能を果すよう
に選択されておシ、従ってその制御端子に印加された入
力電圧に指数的に関係する（　ＩＪＤループを通して流
れる）出力電流を供給することができる。回路素子１２
としては８１ｇｎｅｔｉｃｓ社によル製造され且つモデ
ル番号ＶＮ　１０　ＫＭで販売されて１０− いるような電界効果トランジスタが好適に使用される。

回路素子１２の性質に起因して、指数的な性質を有する
ロータの速度特性（第４図）が起動シーケンス中にロー
タＲに与えられる。

勿論、二極トランジスタまたはその他の半導体素子のよ
うな任意のその他の好適表２乗伝送機能素子も低速起動
シーケンス制御ネットワーク１０における回路素子１２
として使用することができ、この明細書にロータの速度
に対して結果としてもたらす作用とともに記載しである
。

電界効果トランジスタは低い電流レベルにおけるその指
数伝送機能のために好まれている。

回路素子１２０制御電極に印加される入力電圧は充電コ
ンデンサ１４に加えられた電圧から導かれる。コンデン
サ１４への充電電流は通常スイッチ１８を介して電位Ｐ
に接続され九１次定電流源１６によシ供給される。しか
しながら、所定の短い遅延時間Δｔ（例えば１ミリ秒、
第３図）以内でシステムのヒステリシスに打チ勝つため
に、補助充電電流源２０が１次電流源１６に並列に接続
されている。スイッチ１８を操作することにより低速起
動シーケンスの開始直稜、補助充電電流源２０はＬＢＤ
ループに電流を流してそれによりモータの運動を開始可
能にするために充分な範囲まで可変抵抗Ｒｐの抵抗を変
調させるために充分な充電電流をコンデンサ１４に供給
する。その後、１次電流源１６はコンデンサ１４に充電
電流を供給し且つ回路素子１２（そして従ってＬＦｉＤ
　）を通る電流は指数的な割合で増大する。このように
して、比較的短い時間でシステムヒステリシスに打ち勝
つためにＬＢＤを通しての初期電流を供給し、その後平
滑に上昇する指数的な電流を供給して遠心分離機ロータ
を作動速度まで加速する低速起動制御ネットワークを設
けである。

第２図には本発明による低速起動制御ネットワーク１０
の詳細々構成図を示しである。前述したように、駆動電
動機制御装置Ｎは発光ダイオードＬｉを含んでいる。ダ
イオードＩ、ＥｉＤのカソードは電融Ｇによシ好ましく
は電界効果トランジスタである有効回路床子１２のドレ
イン１２Ｄに接続されている。回路素子１２のソース端
子１２８は電＠ａを介して大地電位に接続されている。

回路素子１２のゲート端子１２Ｇは充電コンデンサ１４
に加えられた電圧によ多制御され且つトリガされる。コ
ンデンサ１４は１次電流源１６、特にその中に含まれて
いるＰＮＰ型のトランジスタスイッチ６４のコレクタ端
子３４０に接続されている。トランジスタ３４のエミッ
タ３４Ｂは固定３６を介してスイッチ１８の一方の側に
接続されている。スイッチ１８の同じ側は１対１３− の固定抵抗４２Ａおよび４２Ｂを介して大地電位に接続
されている。スイッチ６４のベース端子３４Ｂは抵抗ネ
ットワーク４２の中点に接続されている。もしもコンデ
ンサ１４を電界効果トランジスタ１２の限界電圧まで充
電させる之めに充分々電流を供給するために１次電流源
１６のみに依存するとすれば、スイッチ１８が閉じてか
らコンデンサ１４を限界電圧まで充電するために数分を
要することがあシうる。この時間間隔は充電電流がシス
テムヒステリシスに打ち勝つことができるようにするた
めに必要であル、またもしも修正されないとすれば観客
の苦情の潜在的な原因になることがあるので不利である
と考えられている。

本発明によれば、補助充電電流源２０を設けである。こ
の補助充電電流源２０はスイッチ１８によシ正のポテン
シャルソースＰに接続可能々１４− トランジスタスイッチ４６を含んでいる。トランジスタ
スィッチ４６有効回路素子１２として使用されているも
のと同じ電界効果トランジスタであることが好ましい。

スイッチ４６のドレイン電極４６Ｄは電線４８によシポ
テンシャルＰに接続することができる。電界効果トラン
ジスタスイッチ４６のソース電極４６Ｂはダイオード５
０を介してコンデンサ１４に接続されている。

スイッチ４６のゲート端子４６Ｇは固定抵抗５２を介し
て正の電位の電源に接続されている。

装置２２が補助充電電流源２０に動作するように組み込
まれておシ且つＩＪＤループ内で−たん制御電流の流れ
が開始されると補助電流を使用不能にするために回路素
子１２（従って、ＬＥＤループ）を流れる電流に応答１
する。装置２２は１対のＮＰＮ　）ランジスタ５８Ａお
よび５８Ｂを含んでいる。トランジスタ５８Ａ、　５８
Ｂのケースは熱的トラッキングのためにエポキシ樹脂で
構成されている。この装置は温度安定性を与えるために
設けてｌ）且つ遅延時間を温度に対してプロット（図示
せず）するときに安定したプロファイルを４える。トラ
ンジスタ５８は電流ミラー構成に接続されている。トラ
ンジスタ５８Ａの（−ス端子（およびトランジスタ５８
Ｂのコレクタ）は電線Ｇにより電界効果トランジスタ１
２のソース電極に接続されている。トランジスタ５８Ａ
のコレクタは固定抵抗の低電圧側に接続されている。

今までオフ状態にあった遠心分離機を用いて操作すると
き、コンデンサ１４の両端に加わっていふ１圧は０ボル
トであり且つ電界効果トランジスタ１２には電流が流れ
ていない。トランジスタ３４はトランジスタ５８Ａおよ
び５８Ｂと同様にオフ状態にバイアスされている。しか
しながら、トランジスタ４６はそのゲート電極４６Ｇに
正の電位が現われると導通状態にバイアスされる。勿論
、ドレイン電極４６Ｄおよびソース電極４６Ｂの両方共
に互いに同一の電位にあるので、トランジスタスイッチ
４６には電流が流れない。

タイマスイッチ１８が投入されると、トランジスタ３４
がオンに々シ且つポテンシャルソースＰから１次光ｍｒ
、　ｍ’、流が流れてコンデンサ１４を充電する。スイ
ッチ１８が閉ざされるとそれに応答してポテンシャルソ
ースＰから電界効果トランジスタ４６およびダイオード
５０を含む低インピーダンスパスを通して補助充電電流
が流れる。この補助充電電流はコンデンサ１４を回路素
子トランジスタ１２の限界電圧まで充電するのを助ける
作用をする。時間に対してプロットしたコンデンサ１４
の電圧０１４０波形は第３図に示しである。コンデンサ
１４の電圧が約１７− ゛１ミリ秒の短い遅延時間Δｔで回路素子１２をオンに
するために充分なレベル（約１．２ボルト）に到達する
ことに注意すべきである。

回路素子１２を通しての電流の流れが−たん開始される
と、この電流の流れはトランジスタ５８Ａのベースにお
いて感知される。トランジスタ５８Ａがオンに々シ、そ
のコレクタが大地電位にされて電界効果トランジスタ４
６をオフにする。その結果、補助充電電流の流れが断た
れる。

従って、本発明によれば、コンデンサ１４に印加される
電圧が電界効果トランジスタ１２の限界値に達したとき
に、電動機制御電流が発光ダイオード（ＩＪＤ）ループ
中に流れる。装置２２は要約すると、コンデンサ１４へ
の充電電流を補助するために、１次充電電流の流れの開
始に１８− 応答する補助電流源を設けである。従って、コンデンサ
１４は所定の短い時間間隔以内で（回路素子１２をゲー
トさせるために充分な）所定の限界電圧まで昇圧される
。その後、回路畳素１２の特定の伝送機能のために、所
定の（この場合には指数的な）電流波形が発光ダイオー
ドを通して流れそれによシ駆動電動機速度制御ネットワ
ークの可変ホトレジスタの抵抗を変える。

電流が発光ダイオードループを通して流れるや否や、ス
イッチ５８Ａがオンに々シ補助電流源を使用禁止にし、
且つコンデンサ１４の連続する充電割合を１次充電電流
源の作用を受けるように復帰させる。

本発明の教示を理解した当業者は種々の変更および変型
を実施することがアきよう。このような変更および変型
は本発明の等許請求の範囲に記載した本発明の範囲内に
あるものと解釈すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の総括的なブロック線図、第２図は第１
図のブロック線図を実施する低速起動制御ネットワーク
の構成図、且つ第６図および第４図はそれぞれ時間に対
してプロットした限時コンデンサの電圧をグラフで表し
た図ならびに時間に対してプロットした遠心分離機の速
度をグラフで表した図である。 １０・・・低速起動制御ネットワーク、Ｒ・・・ロータ
、Ｎ・・・駆動電動機速度制御装置、１２・・・回路素
子、１４・・・コンデンサ、１６・・・１次電流源、Ｌ
ＩＤ・・・発光ダイオード、２０・・・補助充電電流源
、２２・・・ＬＩ［ｔＤ初期電流検出装置、４６・・・
トランジスタスイッチ、　　５８Ａ、、、５８Ｂ・・・
トランジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）遠心分離機の駆動電動機速度制御装置に用いる低速
   起動制御ネットワークであって、前記駆動電動機速度制
   御装置に接続しうる所定の伝送機能を有する回路素子と
   、所定のトリガ信号を前記回路素子に送シ前記回路素子
   をトリガし且つ前記駆動電動機速度制御装置を通して電
   流の流れを開始するように構成された充電コンデンサと
   、前記コンデンサを充電するための１次電流源と、前記
   コンデンサに補助電流を供給して前記コンデンサの充電
   を助けるための補助電流源と、前記駆動電動機速度制御
   装置を通しての電流の流れに応答して前記コンデンサか
   らの前記補助電源の接続を遮断する装置とを備えている
   ことを特徴とする、遠心分離機の駆動電動機速度制御装
   置に用いる低速起動制御ネットワーク。 ２）回路素子が指数伝送機能を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の遠心分離機。 ６）回路素子が電界効果トランジスタであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の遠心分離機。 リ　接続遮断装置が駆動電動機速度制御装置を通しての
   制御電流の流れに応答して補助電流源のコンデンサとの
   接続を遮断するトランジスタを備えていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記
   載の遠心分離機。 ５）接続速断装置が電流ミラーとして接続され且つ駆動
   電動機速度制御装置の部分を通しての制御電流の流れに
   応答して補助電流源のコンデンサとの接続を遮断する第
   １トランジスタおよび第２トランジスタを備えているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項のい
   ずれかに記載の遠心分離機。