CN100460080C - 离心分离机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种离心分离机，其构造成这样：即，使得适于处于电导通状态或电非导通状态的开关单元电连接在控制单元的马达驱动电路和马达绕组线之间的驱动电源线路中，并且当打开门时，控制所述开关单元以使其处于电非导通状态。
Description
技术领域
本发明涉及用于确保离心分离机的电气安全性的结构。
背景技术
离心分离机具有这样的构造：即，使得通过管和瓶子保持待分离样品的转子被容纳在转子室(旋转室)中，在通过门对转子室的开口部分密封地封闭的情况下，利用驱动单元(诸如马达等)使得转子高速旋转，从而对转子所保持的样品进行分离和提纯。转子的转速根据其应用而变化。一般地，提供这样的产品群：即，该产品群具有从较低速度(最高转速约为每分钟几千转(rpm))到高速(最高转速约为150,000rpm)的宽范围的转速。
图6示出了一种已知的离心分离机的构造。该离心分离机包括：用作旋转驱动源的马达5a的马达外壳(壳体)5；与马达5a旋转地连接的旋转轴(轴)5b；固定于旋转轴5b上且适于容纳待分离样品的转子1；适于容纳转子1的转子室2，转子室2在其顶面上具有开口部分2a；以可打开/关闭的方式设置在转子室2的开口部分2a中的门3；适于限制门3的打开/关闭的门锁机构4；适于检测门3的打开/关闭的门打开/关闭检测器12；以及适于控制马达5a和门锁机构4的控制单元60。马达外壳5、转子室2、门锁机构4以及控制单元60容纳在壳体(机架)10中。
当在这样的离心分离机中打开转子室2的门3时，使用者可能会接触到马达5a的旋转轴5b以及可与旋转轴5b电导通的转子1。因此，通常在马达5a的绕组和转动轴5b之间设置电绝缘层，从而避免使用者受到电击。
而且，由于即便是这样的绝缘层也可能导致绝缘破坏，所以，为了防止在旋转轴5b上产生电压，利用接地线8使得马达5a的马达外壳5电接地，从而提供双重电击防护装置。通常，离心分离机的壳体10与接地线9相连。这样，马达外壳5的接地线8与离心分离机的壳体10中位置靠近马达外壳5的一部分电连接。另外，离心分离机的泄漏电流的数值被限制在一定数值(该数值是根据JIS(日本工业标准)安全标准或者IEC(国际电工委员会)安全标准确定的，不会对人体造成严重影响)，或者更小(例如，3.5mA或者更小)。另外，需要在使用者可能接触到的离心分离机的部件处设置多个电击防护装置。此外，还这样规定：即，在绝缘部件用作电击防护装置的情况下，所述绝缘部件还应具有高耐受电压(例如，1300V或更高)。
然而，在使用离心分离机的某些条件下，使用者可能会在其中未设置接地设备的环境中使用离心分离机。在这种情况下，就不能使用前述利用接地的电击防护装置。因此，如图5所示，将绝缘变压器13用作另一种普通电击防护装置，以确保安全性。另外，有时执行作为用于确保安全性的这样另一种方法：即，通过使用绝缘层在马达壳体自身上执行双重绝缘或强化绝缘，以使马达的绕组绝缘。
另外，关于现有技术，JP-UM-B-60-20753披露了通过在马达的转子绕组和旋转轴之间提供电绝缘层来防止电击发生的技术，或者也称为利用绝缘材料构成马达外壳的双重绝缘技术。另外，JP-A-9-187428也披露了使用绝缘变压器以防止泄漏电流的产生的技术。此外，JP-A-2001-87677还披露了这样的技术：即，用绝缘材料构成安装在马达旋转轴上的离心分离用转子，从而确保在使用者接触转子等的情况下的安全性。
然而，虽然在接地线9未接地连接的情况下，使用前述绝缘变压器13的结构和应用双重绝缘或强化绝缘的马达5a的结构是有利的，但是所述结构存在这样的问题：即，该结构导致离心分离机成本增加。另外，前述JP-A-2001-87677中所描述的技术会受到所述转子的加工材料是绝缘材料这样的限制。因此，难以将通常使用金属材料制成的转子与离心分离机主体组合在一起。
而且，当使用前述绝缘变压器或者在马达上执行双重绝缘或强化绝缘时，不仅需要使用多个电击防护装置，而且还需要采取这样的措施：即，将通过浮动电容(杂散电容)产生的泄漏电流(当使用者接触转子时流过使用者身体的电流)的数值限制为根据安全标准确定的泄漏电流值或者更低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供这样一种离心分离机：即，其在没有使用高成本绝缘变压器和不使用马达的双重绝缘或强化绝缘结构的情况下，以及不需要附加措施从而减小泄漏电流的情况下，就能够使用较简单结构来减少泄漏电流，并且实现双重防止电击发生。从以下描述和附图中将更加清楚地理解本发明的上述和其他目的以及新特征。
本发明的发明人把注意力集中在离心分离机的以下特性上，并且作出了本发明。也就是说，通常，离心分离机是这样构成的：即，在离心分离机的操作期间，转子室的门被锁定以抑制其打开，从而确保安全性，防止操作中无法预期的机械破损。因此，本发明的发明人把注意力集中在这样的事实上：即，由于门被关闭，所以，离心分离机的使用者在操作中不能接触到马达的旋转轴和转子，这样就可以避免由于使用者接触马达或转子而导致电击的发生。因此，可提供双重的电击防护。这样，可省却马达外壳的接地。同时，当离心分离机停止时，使用者可打开所述门并接触转子等。因此，既没有双重绝缘结构也没有强化绝缘结构的马达外壳需要接地。然而，当离心分离机停止时，不必旋转马达，因此，可以利用马达驱动电路与电源的分离作为电击防护装置。这样，在离心分离机操作以及离心分离机停止的两种情况下，将这种电击防护装置加到设在绕组线和马达旋转轴之间的绝缘结构上，从而可以实现多个电击防护装置。
以下简要描述本申请中所披露的本发明代表性特征。
(1)根据本发明的一个方面，提供一种离心分离机，包括：马达外壳，其包含用作旋转驱动源的马达；旋转轴，其可旋转地连接于所述马达上；转子，其固定于所述旋转轴上且适于保持待分离样品；转子室，其适于容纳所述转子且在其顶面上具有开口部分；门，其以可打开/关闭的方式设在所述转子室的开口部分；门锁机构，其适于限制所述门的打开/关闭；门打开/关闭检测器，其适于检测所述门的打开/关闭；控制单元，其适于控制所述马达和所述门锁机构；壳体，其适于容纳所述马达外壳、所述转子室、所述门锁机构、以及所述控制单元，并且所述壳体在所述转子室的顶面的开口部分处具有打开部分，以使得所述门以可打开/关闭的方式设在所述打开部分；以及开关单元，其电连接在所述控制单元与所述马达之间的驱动电源线路中，并且适于处于电导通状态或电非导通状态，所述离心分离机的特征在于：所述马达外壳不与所述壳体电连接；当所述门打开/关闭检测器检测到所述门的关闭状态，或者当所述门由所述门锁机构锁定时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电导通状态，使得通过所述驱动电源线路向所述马达提供电源电压；当所述门锁机构未锁定所述门时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电非导通状态。
(2)上述项(1)中所描述的本发明离心分离机的实施例的特征在于：当所述门锁结构未锁定所述门时，所述开关单元处于电非导通状态。
(3)根据本发明的另一个方面，提供了一种离心分离机，包括：马达外壳，其包含用作旋转驱动源的马达；旋转轴，其可旋转地连接于所述马达上；转子，其固定于所述旋转轴上且适于保持待分离样品；转子室，其适于容纳所述转子且在其顶面上具有开口部分；门，其以可打开/关闭的方式设在所述转子室的开口部分；门锁机构，其适于限制所述门的打开/关闭；门打开/关闭检测器，其适于检测所述门的打开/关闭；控制单元，其适于控制所述马达和所述门锁机构；壳体，其适于容纳所述马达外壳、所述转子室、所述门锁机构、以及所述控制单元，并且所述壳体在所述转子室的顶面的开口部分处具有打开部分，以使得所述门以可打开/关闭的方式设在所述打开部分；以及开关单元，其电连接在所述控制单元与所述马达之间的驱动电源线路中，并且适于处于电导通状态或电非导通状态，所述离心分离机的特征在于：所述马达外壳不与所述壳体电连接；当所述门打开/关闭检测器检测到所述门的关闭状态，或者当所述门由所述门锁机构锁定时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电导通状态，使得通过所述驱动电源线路向所述马达提供电源电压；当所述门打开时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电非导通状态。
(4)上述项(3)中所描述的本发明离心分离机的实施例的特征在于：当所述门打开/关闭检测器检测出门的打开时，所述开关单元处于电非导通状态。
(5)上述项(1)到(4)中任意一项所描述的本发明离心分离机的实施例的特征在于：当所述控制单元没有控制所述马达时，所述开关单元处于电非导通状态。
(6)上述项(1)到(5)中任意一项所描述的本发明离心分离机的实施例的特征在于：所述开关单元是电磁开关。
(7)上述项(1)到(6)中任意一项所描述的本发明离心分离机的实施例的特征在于：所述马达外壳与所述壳体电分离且容纳在所述壳体中。
(8)上述项(1)到(7)中任意一项所描述的本发明离心分离机的实施例的特征在于：所述转子是用金属材料制成的。
根据上述项(1)中描述的本发明的离心分离机的结构，适于处于电导通状态或非电导通状态的开关单元电连接在用于连接控制单元与马达的马达驱动电源线路中。当在使用者可接触所述马达转子和旋转轴的状态下，打开离心分离机的门时，所述开关单元变成电非导通状态。因此，通过使得开关单元变成电非导通状态，加上马达的绝缘，就可以提供双重电击防护装置。因此，可以消除现有技术中所必需的添加绝缘变压器和马达的双重绝缘或强化绝缘的必要性。因此，可提供具有简单结构的低成本离心分离机。同时，当操作马达时，开关单元变成电导通状态。不过，所述离心分离机的门被关闭且被锁定，从而使得使用者不能接触转子和马达的旋转轴。因此，通过所述门的锁定加上马达的绝缘，就可以提供双重电击防护装置。
另外，根据上述项(6)中所描述的本发明，尤其是电磁开关用作所述开关单元。这样，当使得电磁开关变成电非导通状态时，可容易地获得开关的端子之间产生的作为电击防护装置所必要的高耐受电压(例如，1300V或更高)。而且，与由电子开关(诸如晶体管等)构成的开关单元相比较，可以减小浮动电容(杂散电容)。因此，可以容易地抑制在停止期间因使用者接触转子和马达的旋转轴而产生的泄漏电流的数值为一定数值(该数值依照JIS标准和IEC标准确定的数值)，或者更低。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的离心分离机的结构图；
图2是示出图1中所示的根据本发明的离心分离机的门被关闭的状态的视图；
图3是示出图1中所示的根据本发明的离心分离机示例的主要部分的结构图；
图4是示出图1中所示的根据本发明的离心分离机的另一个示例的主要部分的结构图；
图5是示出现有技术的离心分离机的示例的结构图；以及
图6是示出现有技术的离心分离机的另一个示例的结构图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。另外，在示出实施例的所有附图中，相同的附图标记表示具有相同功能的部件。因此在文中省略了对于此类部件的重复描述。另外，具有与现有技术的相应部件相同功能的部件由与表示相应部件的相同附图标记来表示。
图1和图2是示出根据本发明实施例的离心分离机的结构图。具体地，图1示出这样的状态视图：即，开关单元7处于非导通状态且马达5a停止，从而使得转子1不旋转的状态。图2是示出这样的状态视图：即，开关单元7处于导通状态且马达5a旋转，从而使得转子1旋转的状态。所述离心分离机具有金属壳体(机架)10，例如从上方看过去，所述金属壳体(机架)10的横截面是四边形的。所述离心分离机还具有包括马达5a的金属马达外壳(壳体)5，所述马达5a用作旋转驱动源。所述离心分离机还具有：可旋转地连接于马达5a上的金属旋转轴(轴)5b、由金属材料(例如，铝基合金)制成且保持待分离样品的转子1、用于容纳转子1且在其顶面上具有开口部分2a的转子室2、以可打开/关闭的方式设置在形成于壳体10的转子室2的开口部分2a的门3、适于限制门3的打开/关闭的门锁机构4、适于检测门3的打开/关闭的门打开/关闭检测器12、电连接到马达5a的驱动电源线路L的开关单元7、以及适于控制马达5a、门锁机构4和开关单元7的控制单元61。这些图示出了壳体10未电连接于接地E的一种状态。另外，本发明的该实施例未装有适于将马达外壳5与壳体10电连接的接地线(相当于图6中所示的连接线8)。
例如，马达5a由三相感应马达构成，所述三相感应马达由提供300V电压的三相交流电源启动。在马达5a的绕组线与铁芯之间或者马达5a的旋转轴5b的外圆周表面上形成绝缘层。图3示出了马达5a与开关单元7之间更具体的连接关系。
如图3所示，控制单元61具有马达驱动电路61a。马达驱动电路61a包括变换器***，并且通过变换器将来自于交流电源11的交流电源电压转换成300V(5Hz～2.6kHz)的三相交流电源电压，该交流电源11例如是由提供100v或者200v(50/60Hz)电压的商用交流电源构成的。从而，三相交流电压被输出到线路L1、L2和L3上。
开关单元7具有这样的特性：即，响应施加于其控制端子CL的控制信号，使线路L导通(即连接)或使线路L非导通(即断开)的特性。在优选实施例中，开关单元7是由电磁开关(电磁继电器)构成的。图3示出了使用三掷式(三接点式)的电磁开关的示例。用作开关单元7的电磁开关的三个接点S1、S2和S3分别连接于驱动电源线路L1、L2和L3上。三相交流电源通过这些接点被提供到感应马达5a的三相绕组线5c上。响应由控制单元61施加于开关单元7的控制端子CL上的控制信号，执行对电磁开关的每一个接点S1、S2和S3的导通(即连接)或非导通(即断开)的控制。图4示出了使用电磁开关作为开关单元7的结构的另一个示例。图4所示的开关单元7是使用一个接点式(S1、S2和S3)的三个电磁开关的示例。因此，离心分离机也可以与图3中所示的情况类似地构成。
接下来，将描述根据本发明实施例的操作。如图2所示，在离心分离机的操作阶段，当门3成为关闭状态时，控制单元61控制开关单元(电磁开关)7以使其成为电导通状态。在门3被关闭之后，当门打开/关闭检测器12检测出门3的关闭状态时，或者在门3被关闭之后，当门3由门锁定机构4锁定时，图3所示的开关单元7的每一个接点S1、S2和S3均变成导通(连接)状态。之后，马达驱动电路61a通过电源线路L向马达5a的绕组线5c提供较高的三相交流电源电压(例如，300V)，从而使得马达5a旋转。也就是说，交流电源11产生的电压通过控制单元61中构成的变换器升压，然后被提供到马达5a的绕组线5c上。因此，在马达5a的操作期间，设在交流电源11与转子1和马达外壳5中的每一个之间的电击防护装置仅仅是设在马达5a上的绝缘。然而，在马达5a的操作期间，由于门3被关闭且锁定，因此，离心分离机的使用者不能接触到马达外壳5、马达5a的旋转轴5b、以及转子1。另一方面，马达外壳5未电连接于壳体10。这意味着在其中提供了第二电击防护装置。
另一方面，在离心分离机停止操作且打开门3的情况下，例如，在控制单元61取消门锁机构4的锁定且使用者打开门3的情况下，控制单元61接收指示取消门锁机构4锁定的锁定取消信号或从门打开/关闭检测器12传送的打开信号，并且向控制端子CL输出控制信号，这样使得图3所示的开关单元7的每一个接点S1、S2和S3变成非导通状态(断开状态)，从而断开马达5a的绕组线5c与驱动电源之间的电连接。当打开门3时，使用者可能会接触马达5a的旋转轴5b以及与旋转轴5b电导通的转子1。不过，根据本发明，驱动电源与马达绕组线5c之间的电连接被开关单元7断开。因此，在门3被打开的状态下，开关单元7用作第二电击防护装置。
使用电磁开关作为根据本发明的被***的开关单元7的优点在于：处于断开状态下的开关单元7的两个端子之间产生的耐受电压可被设定为1300V或更高，并且可使得断开状态(电非导通状态)下的开关单元7的两个端子之间的浮动电容(杂散电容)Cs(见图3)较低。尤其是，在离心分离机上执行高耐受电压测试中，使用电磁开关是有利的。另外，由于断开状态下的电磁开关的浮动电容Cs小，所以，使用电磁开关在减小当使用者接触转子或马达的旋转轴5a时产生的泄漏电流方面是有利的。在使用具有较低耐受电压的开关单元7就足够的情况下，由使用除了电磁开关以外的晶体管的半导体开关构成的电子开关可用作所述开关单元7。
当门打开/关闭检测器12检测出门3的打开/关闭时，可以由控制单元61执行对开关单元7的控制。或者，当门锁机构4执行了门3的锁定或者当检测出门3的锁定被取消时，也可以由控制单元61执行对开关单元7的控制。另外，当控制单元61对马达5a进行驱动时，也可以将开关单元7控制处于非导通状态。
如图2所示，在离心分离机用于设置有接地设备的环境的情况下，离心分离机主体的壳体10可以通过接地线9连接于接地E。如从以上的描述中可理解的，根据本发明，开关单元***到马达驱动电源的供给线路中，由适于驱动所述马达的控制单元执行开关单元的开/闭的控制(即导通/非导通的控制)。因此，可减小离心分离机的泄漏电流。另外，可以提供双重电击防护装置。因此，在马达的铁芯或旋转轴中没有使用双重绝缘结构或强化绝缘结构，以及在没有受到离心分离机的转子的形状和材料限制的情况下，通过使用较为简单的结构就可以实现本发明的预期目的。
尽管已结合实施例描述了本发明人所作出的本发明，但是本发明并不局限于前述实施例。在不脱离本发明本质的前提下可作出各种修改。
Claims (16)
1.一种离心分离机，包括：
马达外壳，其包含用作旋转驱动源的马达；
旋转轴，其可旋转地连接于所述马达上；
转子，其固定于所述旋转轴上且适于保持待分离样品；
转子室，其适于容纳所述转子且在其顶面具有开口部分；
门，其以可打开/关闭的方式设在所述转子室的开口部分；
门锁机构，其适于限制所述门的打开/关闭；
门打开/关闭检测器，其适于检测所述门的打开/关闭；
控制单元，其适于控制所述马达和所述门锁机构；
壳体，其适于容纳所述马达外壳、所述转子室、所述门锁机构、以及所述控制单元，并且所述壳体在所述转子室的顶面的开口部分处具有打开部分，以使得所述门以可打开/关闭的方式设在所述打开部分；以及
开关单元，其电连接在所述控制单元与所述马达之间的驱动电源线路中，并且适于处于电导通状态或电非导通状态，
其中，
所述马达外壳不与所述壳体电连接；
当所述门打开/关闭检测器检测到所述门的关闭状态，或者当所述门由所述门锁机构锁定时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电导通状态，使得通过所述驱动电源线路向所述马达提供电源电压；
当所述门锁机构未锁定所述门时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电非导通状态。
2.一种离心分离机，包括：
马达外壳，其包含用作旋转驱动源的马达；
旋转轴，其可转动地连接于所述马达上；
转子，其固定于所述旋转轴上且适于保持待分离样品；
转子室，其适于容纳所述转子且在其顶面上具有开口部分；
门，其以可打开/关闭的方式设在所述转子室的开口部分；
门锁机构，其适于限制所述门的打开/关闭；
门打开/关闭检测器，其适于检测所述门的打开/关闭；
控制单元，其适于控制所述马达和所述门锁机构；
壳体，其适于容纳所述马达外壳、所述转子室、所述门锁机构、以及所述控制单元，并且所述壳体在所述转子室的顶面的开口部分处具有打开部分，以使得所述门以可打开/关闭的方式设在所述打开部分；以及
开关单元，其电连接在所述控制单元与所述马达之间的驱动电源线路中，并且适于处于电导通状态或电非导通状态，
其中，
所述马达外壳不与所述壳体电连接；
当所述门打开/关闭检测器检测到所述门的关闭状态，或者当所述门由所述门锁机构锁定时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电导通状态，使得通过所述驱动电源线路向所述马达提供电源电压；
当所述门打开时，所述开关单元由所述控制单元控制以处于电非导通状态。
3.按照权利要求1所述的离心分离机，其中，当所述控制单元没有控制所述马达时，所述开关单元处于电非导通状态。
4.按照权利要求2所述的离心分离机，其中，当所述控制单元没有控制所述马达时，所述开关单元处于电非导通状态。
5.按照权利要求1所述的离心分离机，其中，所述开关单元是电磁开关。
6.按照权利要求2所述的离心分离机，其中，所述开关单元是电磁开关。
7.按照权利要求3所述的离心分离机，其中，所述开关单元是电磁开关。
8.按照权利要求1所述的离心分离机，其中，所述马达外壳与所述壳体电分离且容纳在所述壳体中。
9.按照权利要求2所述的离心分离机，其中，所述马达外壳与所述壳体电分离且容纳在所述壳体中。
10.按照权利要求3所述的离心分离机，其中，所述马达外壳与所述壳体电分离并且容纳在所述壳体中。
11.按照权利要求5所述的离心分离机，其中，所述马达外壳与所述壳体电分离并且容纳在所述壳体中。
12.按照权利要求1所述的离心分离机，其中，所述转子是用金属材料制成的。
13.按照权利要求2所述的离心分离机，其中，所述转子是用金属材料制成的。
14.按照权利要求3所述的离心分离机，其中，所述转子是用金属材料制成的。
15.按照权利要求5所述的离心分离机，其中，所述转子是用金属材料制成的。
16.按照权利要求8所述的离心分离机，其中，所述转子是用金属材料制成的。
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