JP5750135B2 - 加圧ガス送出装置 - Google Patents
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Description
以下の要素は、図8〜14を参照すればより明確に理解される。ガス送出デバイスの外ケーシングは、上ケーシング1、下ケーシング2、第1側板3、前記第1側板の反対側の第2側板(図示せず)、および蓋4を含む。上ケーシングと下ケーシングは、適切な係合手段を用いて係合させることができる。この係合手段はねじが好ましい。上ケーシングと下ケーシングが係合すると、第1側板および第2側板が位置決めされて比較的密閉の筐体が形成される。係合した位置で外ケーシングは、ガス送出デバイスの上面にかけられることがある水に対して、ケーシングの向きに関係なく比較的耐浸水性になる。蓋は、蓋係合手段によって上ケーシングと係合する。この蓋係合手段は、枢動点手段にあるスナップ固定具が好ましい。枢動点手段は、ヒンジまたはヒンジピンなど適切などんな枢動手段でもよい。別法として、また最も有利には、枢動手段は、回転の瞬時点がケーシングに対して固定されないことを含む機構とすることができる。このような機構の一例は、それだけには限らないが、四棒リンク機構を含む。閉じた位置で係合すると蓋は、蓋ロック機構5によって所定の位置にロックすることができる。この蓋ロック機構はラッチが好ましい。ラッチはバネ駆動されることが好ましい。蓋もまた、蓋ラッチが外れたときに蓋が開くことができるようにバネ駆動されることが好ましい。バネ駆動の場合、蓋を駆動するバネは、好ましくは回転ダンパと協働して蓋が滑らかに開く動きを与え、そうしなければ発生するかもしれない「ぎくしゃくした」バネの動作を防ぐ。枢動点は、ケーシングの上部に配置することができ、あるいはケーシングの後部に配置することができる。
本発明は、空気フィルタが、図11に示された前面ケーシング8、後面ケーシング9、および少なくとも1次フィルタ10から構成されることを含む。ケーシング材料は透明であることが好ましい。空気フィルタは2次フィルタ11を組み込むことが好ましい。本発明は、前面ケーシングが後面ケーシングと係合して、少なくとも1次フィルタ、また好ましくは2次フィルタを有するチャネルを形成することを含む。その係合手段は、スナップ固定具で構成されることが好ましい。ガス送出デバイスの動作の際、前面ケーシングと基部ケーシングが係合してチャネルを形成すると、ガス送出デバイスによって送出されるガスがフィルタ媒体を通り抜けなければならなくなる。フィルタ媒体は、1次媒体および2次媒体を含むことができる。フィルタの前面ケーシングは、ガスが1次フィルタに流れ込み、濾過用の1次フィルタ媒体の表面に接触できるように、複数の穴を含む。穴の断面積は、1次フィルタの中への流れを制限しないようにするために400mm2よりも大きいことが好ましい。フィルタの後面ケーシングは、上ケーシングの連結器接続機構を受け入れる開口を含み、この連結器接続機構は係合すると良好な封止を実現する。連結器接続機構は雄形管であることが好ましい。フィルタは、蓋の下で上ケーシングと係合する。最も有利なことには、フィルターケーシングを操作するとフィルタの取外しおよび交換が可能になる。フィルタを交換すると、本発明により構成されたガス送出デバイスを使用するための、取込み空気の持続的な濾過が保証されることになる。
ルタ媒体は、より小さな微粒子を除去するためのものである。本発明は、ある範囲の2次
フィルタ媒体の使用を含む。媒体の例としては、花粉、バクテリア、煙、スモッグ空気の
汚染物質、およびウィルスを除去するのに適した媒体が含まれる。フィルタ媒体の範囲は
、前述のリストによって限定されないことを理解されたい。
本発明は、本明細書で例示される様々な形態の要素からブロワを構成できることを含む。他の形態が、特許請求された本発明の範囲内にあることを理解されたい。
本発明は、図13および図14に示された一実施形態で、音ハウジングが上部ハウジング56、下部ハウジング57、封止ガスケット58、2つの分離壁59、吸気パイプ60、排気パイプ61、柔軟なブロワ接続機構62、および本明細書に記載のブロワから構成されることを含む。上部および下部ハウジングは好ましくは、ケーシングの内側から外側への音の伝達を低減させるために高密度の材料から成形または鋳造され、したがって音を内部に閉じ込める。高密度材料は亜鉛、または鉱物入りプラスチックが好ましい。上部および下部ハウジングは、2つの分離壁、吸気管および排気管を位置決めする係合手段によって係合し、それによって周辺部の封止ガスケットを圧縮して気密封止する。係合手段はねじが好ましい。本発明によるハウジングがこうして係合すると、ブロワ室、1次音室、および2次音室の3つの室が形成される。ブロワ室内にはブロワが配置される。好ましくは、ブロワは上部64および下部65の2つのばねに取り付けられて、ブロワの共振周波数が確実に低くなるようにする。ばねは、ブロワから音ハウジングへの振動の移動が低減するように作用する。騒音分離効果を向上させるために、柔軟なパッド66が上部ばねの上、および下部ばねの下に配置されることが好ましい。ブロワ吐出し口のところで、可撓管が吐出し口を排気パイプ61に固定する。可撓管は波形側面を有することが好ましい。この実施形態では、可撓管は封止ガスゲット58の一部を形成する。可撓管はTPE材料から成形されることが好ましい。別法として、可撓管は別個の部品でもよい。分隔壁59は各室を分離し、1つの室から次の室への音の伝達を低減させる。好ましくは、分隔壁は管を含むことができ、この管は次の室の中に延びる。管の機能は、室間のすべての空気流を搬送することである。管は、空気流を制限しないようにするのに十分なだけ次の室の反対側の壁から短い距離でその端部が配置されることが好ましい。管の中への音伝達、したがって室間の音伝達を抑圧するために、反対側の壁は、吸音フォーム59または他の適切な材料で覆われることが好ましい。
本発明は、ガス送出を可能にし、またデバイスの動作に協働する加湿機能を可能にするガス送出デバイスに組み込まれた加湿器を含む。図12に示されるように、この加湿器は、水リザーバ30、ガス導管連結器33、空気封止28、内部セラミックヒータを備えた一組の加熱プレート31、および水リザーバ熱伝導体32を含む。動作の際、加湿器は蓋4の下に隠閉される。
ブロワのモ−タの制御は、ブロワがガス圧および流量を迅速に変えることができるようにする。図2に示されるように、ガス送出デバイスは、ガス送出デバイス用のモータおよびモータコントローラを含み、このモータおよびモータコントローラは、以下の主要なサブシステムから構成される。
ロータ位置感知用の単一のホール効果センサを組み込むブラシレスDCモータ
デジタルモータコントローラ
モータドライバおよび過電流検出電子回路
ホール効果センサ信号調整およびアナログ−デジタル変換器(ADC)
当技術分野で知られているブラシレスDCモータは、必要なロータ位置情報を与えるために3つのホール効果センサを必要とする。本発明は、単一のホール効果位置センサだけが必要な制御の方法を採用する。
モータ駆動装置サブシステムは、モータ巻線に電力を供給し、モータ電流を感知するために必要な電子装置を含む。モータ駆動装置は、3つの半ブリッジドライバの構成の中に配置された6つのMOSFETを含む。3つのFETがモータ巻線に電力を供給する。モータ駆動装置はまた、モータコントローラからのLVCMOS信号を適切なMOSFET駆動信号に変換するために、必要なレベルのトランスレータを収容する。
本発明によれば、モータは、ロータの位置を検出するために使用される単一のホール効果センサを有する。その信号は、ADCによってデジタル値に変換される。
本発明によれば、モータコントローラは、ガス送出デバイスのモータを回転させる。たとえばCPAP、APAP、BiPAP、またはVPAPなど、適用例に応じ、コントローラはモータを適切な周波数で回転させる。コントローラは、単一のホール効果センサを使用してロータ位置フィードバックを受け取り、これを使って3つの正弦波PWM駆動信号を発生する。
オン/オフ。マイクロプロセッサインタフェースを介してモータをオンまたはオフするための入力。
モータ利得。マイクロプロセッサインタフェースを介してモータ速度を設定する入力。 位相。ホール効果位置センサとモータ巻線1への位相0駆動との間の相対的位相を設定するための入力。
過電流。この入力は、過電流状態が発生したことを伝え、モータコントローラにモータを停止させる。
SPIインタフェース。双方向SPIインタフェースは、周期的にホール効果位置ADCをサンプリングし、そのデータをコントローラ内へ転送する。
位相0。モータ巻線1駆動電子装置用の高信号および低信号。
位相120。モータ巻線2駆動電子装置用の高信号および低信号。この信号は、位相0に対して120°位相がずれている。
位相240。モータ巻線3駆動電子装置用の高信号および低信号。この信号は、位相120に対して120°位相がずれている。
ADCドライバは、2040クロック周期(5.1μs)ごとにホール効果センサADCをサンプリングするSPIインタフェースである。これは生の回転位置を12ビット数値として出力し、それぞれの新しいサンプルとともにサンプルイネーブル信号を発生する。これは、後続のサブシステムをトリガして新しいデータを処理させる。回転しているとき、ホール効果センサの出力は、図形で表すと正弦波になる。図4に示すADCドライバブロックの上の図形は、ロータの1回転の間に得られる生のデジタル化ホール効果センサ信号を示す。「y」軸はADC値(0〜1023)を表す。その最小値は常に>0であり、最大値は常に<1023であることに注意されたい。
ロータ位置は、周期、最大値および最小値を算出するために処理される。このサブシステムは、位置センサの生データサンプルのピ−クツーピーク振幅(最大ADC値−最低ADC値)を算出する。この値は、8モータ周期ごとに再計算される。現在生データサンプルは、最小ADC値をそれから差し引くことによってレベルシフトされ、調整済み信号として正規化サブシステムへ出力される。図4は、レベルシフトされた波形を示す。
このサブシステムは、ピークツーピーク振幅および現在調整済み信号サンプルを処理して、その位置が0〜1023の範囲内になるように信号を正規化する。図4は、正規化された波形を示す。正規化された信号は10ビット分解能に低減されてから周期サブシステムに供給され、ここで処理されてロータ周期を決定する。ロータ周期は、ロータ回転当たりのシステムクロックが尺度である。モータは、このサブシステム内部から生成される12サンプルデジタル正弦波発振器によって転流される。同期立上がり入力は、ロータがゼロ交差位置にあることを伝えて、正弦波発振器を位置0にリセットする。すなわち正弦波発振器は、ゼロ交差点に位相ロックされる。本発明によれば、どの周期/12システムクロックの後でも、現在の正弦波発振器の値がインクリメントされる。モータ速度が既定のレベルを超えた場合には、現在の正弦波発振器の値に利得入力が乗算され、その後10ビットに低減される。利得入力は、モータ速度制御を含むマイクロプロセッサインタフェースによって制御される10ビット値である。本発明によれば、モータ速度が規定レベルより低い場合には、システム利得は、確実なモータ起動を保証するために、ある固定値に設定される。
周期検出サブシステムは、ロータ回転当たりのシステムクロックに換算してロータ周期を算出する。正規化信号入力の低から高への最上位ビット(msb)遷移は、ゼロ交差点を示す。このような遷移の間のシステムクロックの数が周期として与えられる。あるレベルのフィルタリングを行えば、この周期値は、現在の計算値と以前の計算値との平均になる。位相入力は、使用者が(マイクロプロセッサインタフェースを介して)選択可能な、システム内に追加される位相偏移を可能にする。これは、モータ性能を最適化するために使用され、また巻線1に対するセンサ位置の根拠になる。これは8ビット値であり、128という値が180°の位相偏移を表す。位相0遅延出力は、必要な位相偏移を得るために遅延するADCサンプルの数を含む。位相120遅延出力は、120°位相偏移を得るために待ち受けるADCサンプルの数を含む。
駆動信号は、0°、120°および240°の駆動信号を生成するために3つの遅延線を通される。0°遅延線は、ゼロ交差点をロータ位置に同期させるために使用される。120°および240°の遅延線は、各線がどれだけ遅延されるべきかを算出するために、周期の3分の1を使用して動的に調整される。
3つの正弦波は次にパルス幅変調される。パルスは、中心点の近くに対称的に並べられる。本発明によれば、これは、標準的な基準のこぎり波ではなく、三角基準波形を使用して行われる。図5は、PWM機能の動作を示す。各入力サンプルは、ランプ関数によって変調されて、論理1のパルスの幅が10ビット入力サンプルの振幅に比例する2値出力を生成する。したがって、正規化サブシステム内の利得設定は、PWM出力のデューティサイクルを調整する効果を有する。パルス幅が大きくなるほどより多くの電力がモータへ送出され、したがってモータはより速く回転することになる。
各PWM信号は、一方がNチャネルFET用、他方がPチャネルFET用の2つの相補的な駆動信号に変換される。N FETからP FETへスイッチングするとき(逆も同様)、NチャネルおよびPチャネル両方が同時にオンになって9Vレールを短絡しないように、わずかの不感時間が挿入される。こうするとFET内の電力損失が低減し、ノイズの発生もまた低減する。
本発明は、図7に示すように構成された2つのプリント回路基板(PCB)を組み込む。
APAPアルゴリズム
加湿器コントローラ
データロギング
表示装置
音の調子
高レベルデータ通信
コンピュータメモリからなるメモリブロック
モータコントローラ
センサ信号(流量、圧力、周囲温度、プレート温度および湿度)のCPUインタフェース
SDカード用のCPUインタフェース
イーサネットコントローラ用のCPUインタフェース
ブザーブロック用のCPUインタフェースおよびコントローラ
本発明は、プリエンプティブマルチタスクシステムであるファームウェアを含む。ガス送出デバイスファームウェアに対する主要部は以下のものを含む。
カーネル
故障タスク
自動CPAPアルゴリズム
加湿器タスク
SDカードタスク
命令タスク
通信タスク
表示装置タスク
ウォッチドッグタスク
FPGAダウンロード機能
ファームウェアアップグレード機能
リアルタイムクロック機能
カーネルは基本的なOSであり、タスク間のスワッピングを調整し、割込みハンドリングおよびQSPIアクセスなどの低レベルタスクを処理する。故障タスクは、優先順位が最も高いタスクである。これは、モータが故障状態にないかを監視し、次いで適切な処置をとって運転停止させ、故障を報告する機能を果たす。加湿器タスクは、加湿器ヒータを制御する機能を果たす。これは、現在の周囲温度および湿度に基づいて、特定の量の湿度を生成するためにヒータにどれだけの電力を加えるかを制御する。SDカードタスクは、アルゴリズムタスク、故障タスク、および加湿器タスクによって生成されたデータをSDカードにログ記録する。命令タスクは基本的な監視プログラムであり、本発明品をシリアルポートまたは10/100イーサネットポートを介して制御できるようにする。通信タスクは、シリアルポートまたは10/100イーサネットポートのどちらかを制御することになる。表示装置タスクは、LCDおよびブザーを制御する。これはまた、ユニットの警報/時計機能も提供する。残りの4つの部分は、ガス送出デバイスの様々な部分へのアクセスを提供するユーティリティ機能の組を含む。これらは、FPGAダウンロード、リアルタイムクロックインタフェース、EEPROMアクセス、およびFLASH/ファームウェア再プログラミングを含む。
Claims (6)
- ガス送出デバイスからの加圧ガスを送出する方法において、
インペラを用いて雰囲気ガスを加圧するステップと、
加圧ガスを導管を通じて導くステップとを含み、
前記加圧するステップが、単一のセンサ手段を用いて複数の場所でのインペラの位置を該インペラの全回転にわたって検出してロータ位置データを生成し、該ロータ位置データを正規化してロータの回転周期を決定するとともにインペラの速度を決定し、次いで該インペラの速度を用いて該インペラの回転を制御するための少なくとも1つの信号を生成するステップを含む
ことを特徴とする、方法。 - 前記単一のセンサ手段がホール効果センサである、請求項1に記載の方法。
- 前記ガスを加湿するステップをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
- ガス送出デバイスにおいて、
ケーシング内のブロワのモータと、
ガス入口およびガス出口と、
前記ガス出口からの加圧ガスを導くための導管と
を備え、
前記ブロワのモータは、
ガスを加圧するためのインペラと、
前記インペラの回転を制御するために、複数の場所での前記インペラの位置を該インペラの全回転にわたって検出する単一のセンサ手段であって、ロータ位置データを生成するための前記インペラの位置を検出し、前記ロータ位置データはロータの回転周期を決定するとともにインペラの速度を決定するために正規化されるものであり、そして前記インペラの速度が前記インペラの回転を制御するために用いられる、単一のセンサ手段と
を有する、ガス送出デバイス。 - 前記単一のセンサ手段がホール効果センサである、請求項4に記載のガス送出デバイス。
- 水リザーバをさらに備える、請求項4または5に記載のガス送出デバイス。
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