JP7365561B2 - blower - Google Patents
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Description
本発明は、ブロワーに関する。 The present invention relates to a blower.
精密機器その他の電子機器類の表面や電子回路基板に付着した塵埃を除去するための方法として、布等で塵埃を拭き取ることが行われている。しかしながら、拭き取る際に発生する静電気によってかえって塵埃が取れ難くなる問題や、水気を有する布等を用いる場合ショートによる電子機器の故障や感電のリスクが発生する問題がある。 2. Description of the Related Art Wiping off dust with a cloth or the like is a method for removing dust adhering to the surfaces of precision instruments and other electronic devices or on electronic circuit boards. However, there are problems in that the static electricity generated during wiping makes it difficult to remove the dust, and that when a damp cloth is used, there is a risk of malfunction of electronic equipment or electric shock due to short circuit.
そこで、圧縮されたガスを缶に封入し、圧縮ガスを吹き付けることによって塵埃を除去するスプレー式のエアダスターが知られている。スプレー式のエアダスターは、小型かつ軽量であるため、取り回しが容易で手軽に使用することができるというメリットを有する。一方で、連続噴射ができず、また、ガスが切れた際に備えて予備のエアダスターを携行しなければならないというデメリットを有する。また、空き缶の処理も煩雑である。 Therefore, a spray-type air duster is known in which compressed gas is sealed in a can and dust is removed by spraying the compressed gas. Spray-type air dusters are small and lightweight, so they have the advantage of being easy to handle and use. On the other hand, it has the disadvantage of not being able to spray continuously and requiring you to carry a spare air duster with you in case you run out of gas. Furthermore, processing of empty cans is complicated.
近年、このようなスプレー式のエアダスターの問題を解決し得る電動式のエアダスター(「ブロワー」の一例)が知られている。 In recent years, electric air dusters (an example of "blower") have become known that can solve the problems of spray-type air dusters.
特許文献1には、圧縮空気を生成するコンプレッサをモータで駆動するブロワーが開示されている。このブロワーは、操作ノブの押圧量により抵抗値が変化する可変抵抗器を設け、この可変抵抗器の抵抗値に応じて、圧縮空気を吹き出させるための弁を駆動するモータへの電源電圧及びモータの回転数が変化するように構成されている。
特許文献2には、圧縮空気を生成するコンプレッサをモータで駆動する電動式のエアダスターが開示されている。このエアダスターは、モータの回転運動を直線往復運動に変換するクランク機構を備えている。また、コンプレッサは、シリンダとピストンからなる。このため、ユニット本体の押ボタンスイッチをオンにすると、モータが回転駆動し、これに伴ってピストンが往復運動するため、脈動的な圧縮空気を吹き出させることが可能になる。 Patent Document 2 discloses an electric air duster in which a motor drives a compressor that generates compressed air. This air duster is equipped with a crank mechanism that converts the rotational motion of the motor into linear reciprocating motion. Moreover, a compressor consists of a cylinder and a piston. Therefore, when the push button switch on the unit body is turned on, the motor rotates and the piston reciprocates accordingly, making it possible to blow out pulsating compressed air.
しかしながら、本出願の発明者らは、電動式のブロワーに搭載されるバッテリの残量が減少してくると、コンプレッサを駆動するためのモータの回転数が減少するために、塵埃の除去等、所望の機能を発揮するために十分な風量をブロワーが吹き出せなくなる課題が生じる点に着目した。十分な風量を吹き出すことができなくなると、バッテリの残量があるにもかかわらず、ブロワーとしての本来の機能を発揮することが困難になる。また、バッテリの残量が減少しても十分なモータの回転数を維持できるようにバッテリの出力電圧を高めると、バッテリの大型化の問題等を招く。 However, the inventors of the present application discovered that when the remaining capacity of the battery installed in an electric blower decreases, the number of rotations of the motor for driving the compressor decreases. We focused on the issue of the blower being unable to blow out a sufficient amount of air to perform the desired function. If the blower is no longer able to blow out a sufficient amount of air, it becomes difficult to perform its original function as a blower even if there is a remaining amount of battery power. Furthermore, if the output voltage of the battery is increased so that a sufficient number of rotations of the motor can be maintained even when the remaining capacity of the battery decreases, the problem of increasing the size of the battery will arise.
そこで本発明は、バッテリの残量が減少しても、圧縮空気の吹き出し力の低減を抑制することが可能となるブロワーを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a blower that can suppress a reduction in compressed air blowing force even when the remaining battery capacity decreases.
本開示の一側面に係るブロワーは、圧縮された空気を吹き出すものである。そして、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機を駆動するためのブラシレスモータと、ブラシレスモータを駆動する電圧を印加するためのバッテリと、ブラシレスモータを駆動する電圧を印加するタイミングを決定するためのスイッチング素子と、ブラシレスモータの回転数を検出するセンサと、センサから検出される信号に基づいて、ブラシレスモータの回転数が一定となるように、スイッチング素子を制御する制御素子と、を備える。なお、スイッチング素子は、例えば、FETである。また、制御素子は、例えば、FETのゲートに制御信号を送る制御回路である。 A blower according to one aspect of the present disclosure blows out compressed air. A compressor for compressing air, a brushless motor for driving the compressor, a battery for applying a voltage for driving the brushless motor, and a system for determining the timing to apply the voltage for driving the brushless motor. It includes a switching element, a sensor that detects the rotation speed of the brushless motor, and a control element that controls the switching element so that the rotation speed of the brushless motor is constant based on a signal detected from the sensor. Note that the switching element is, for example, a FET. Further, the control element is, for example, a control circuit that sends a control signal to the gate of the FET.
このようなブロワーによれば、ブラシレスモータを備えるから、センサを用いることにより容易に回転数を検出することが可能になる。センサは、例えば、ホール素子を使用することができる。また、回転子の回転によって巻線に生じる逆起電力を検出する回路からセンサを構成してもよい。なお、ブラシレスモータの回転数を検出する、とは、回転数そのものを算出することの他、回転子の位置変化を示す情報など、回転数又は回転速度を間接的に示す情報を取得することを含む。このようなブロワーによれば、制御素子を用いることにより、容易に、回転数が一定となるようにスイッチング素子を制御することが可能になる。スイッチング素子は、例えば、IGBT等のトランジスタから構成することができる。以上のような構成を採用することにより、バッテリの残量が減少しても、圧縮機を駆動するためのモータの回転数を維持することにより、圧縮空気の吹き出し力の急減を抑制することが可能となる。 Since such a blower includes a brushless motor, the number of revolutions can be easily detected using a sensor. For example, a Hall element can be used as the sensor. Further, the sensor may be configured from a circuit that detects a back electromotive force generated in the windings due to rotation of the rotor. Note that detecting the rotational speed of a brushless motor means not only calculating the rotational speed itself, but also acquiring information that indirectly indicates the rotational speed or rotational speed, such as information indicating changes in the position of the rotor. include. According to such a blower, by using the control element, it becomes possible to easily control the switching element so that the number of rotations becomes constant. The switching element can be composed of a transistor such as an IGBT, for example. By adopting the above configuration, even if the remaining battery capacity decreases, the rotation speed of the motor for driving the compressor is maintained, thereby suppressing a sudden decrease in the blowing force of compressed air. It becomes possible.
なお、圧縮機は、シリンダとピストンを備えてもよい。また、ブロワーは、回転運動を直線往復運動に変換するクランク機構を備えてもよい。クランク機構によってモータの回転運動を直線往復運動に変換してピストンを動作させることにより、モータを一定回転数で回転させながら、圧縮空気を断続的に吹き出させることが可能になる。また、バッテリの残量が減少しても、圧縮機を駆動するためのモータの回転数を維持することが可能になる。このため、バッテリの残量が減少しても、ブロワーから吹き出させる圧縮空気の吹付け力のピーク値を維持することが可能になる。 Note that the compressor may include a cylinder and a piston. The blower may also include a crank mechanism that converts rotational motion into linear reciprocating motion. By converting the rotary motion of the motor into linear reciprocating motion using the crank mechanism and operating the piston, it becomes possible to blow out compressed air intermittently while rotating the motor at a constant rotation speed. Moreover, even if the remaining battery capacity decreases, it is possible to maintain the rotational speed of the motor for driving the compressor. Therefore, even if the remaining capacity of the battery decreases, it is possible to maintain the peak value of the blowing force of the compressed air blown out from the blower.
なお、ブラシレスモータの起動後、制御素子は、デューティ比が所定値となるようにスイッチング素子を制御する期間を有するように構成されていてもよい。 Note that, after the brushless motor is started, the control element may be configured to have a period in which the switching element is controlled so that the duty ratio becomes a predetermined value.
このような構成によれば、ブラシレスモータの起動時に、ブラシレスモータの回転数が足りないために、吹付け力が不足する事態を抑制することが可能になる。デューティ比とは、一周期に対するスイッチング素子がオンになる合計時間の割合のことである。なお、デューティ比を所定値とすることは、PWM制御などスイッチング素子のオンとオフの時間比を予め定められた値で変動させる場合を含む。デューティ比が所定値となるようにスイッチング素子を制御する期間は、ブラシレスモータの起動から1秒以下の期間であってよい。好ましくは、ブラシレスモータの起動から0.5秒以下の期間であってよい。その期間は、デューティ比を、例えば、50%以上、好ましくは、70%以上に定めることができる。その期間の経過後、制御素子は、センサから検出される信号に基づいて、ブラシレスモータの回転数が一定となるように、スイッチング素子を制御するように構成されてよい。このとき、スイッチング素子のデューティ比は、ブラシレスモータの回転数に応じて変動する。更に、バッテリの残量が減少した際、ブラシレスモータの回転数が一定となるように、スイッチング素子のデューティ比が増加するように制御されてもよい。すなわちブロワーは、ブラシレスモータの回転数が変動し、スイッチング素子のデューティ比が所定値に定められる第1期間と、ブラシレスモータの回転数が一定に保たれ、スイッチング素子のデューティ比が変動する第2期間と、ブラシレスモータの回転数が一定に保たれ、スイッチング素子のデューティ比が第2期間のデューティ比より増加させて変動する第3期間を有するように構成されてもよい。また、第1期間におけるデューティ比は、第2期間におけるデューティ比の最大値よりも大きくなるように構成されることが好ましい。 According to such a configuration, it is possible to suppress a situation in which the blowing force is insufficient due to an insufficient number of revolutions of the brushless motor when the brushless motor is started. The duty ratio is the ratio of the total time that a switching element is turned on to one cycle. Note that setting the duty ratio to a predetermined value includes a case where the on/off time ratio of a switching element is varied at a predetermined value, such as in PWM control. The period during which the switching element is controlled so that the duty ratio becomes a predetermined value may be a period of one second or less from the start of the brushless motor. Preferably, the period may be 0.5 seconds or less from activation of the brushless motor. During this period, the duty ratio can be set to, for example, 50% or more, preferably 70% or more. After the period has elapsed, the control element may be configured to control the switching element based on the signal detected from the sensor so that the number of rotations of the brushless motor is constant. At this time, the duty ratio of the switching element varies depending on the rotation speed of the brushless motor. Furthermore, when the remaining battery capacity decreases, the duty ratio of the switching element may be controlled to increase so that the number of rotations of the brushless motor remains constant. In other words, the blower has two periods: a first period in which the rotation speed of the brushless motor varies and the duty ratio of the switching element is set to a predetermined value, and a second period in which the rotation speed of the brushless motor is kept constant and the duty ratio of the switching element varies. and a third period in which the rotation speed of the brushless motor is kept constant and the duty ratio of the switching element is increased from the duty ratio in the second period. Moreover, it is preferable that the duty ratio in the first period is configured to be larger than the maximum value of the duty ratio in the second period.
また、制御素子は、ブラシレスモータが第1回転数で定速回転する第1運転モードで動作するようにスイッチング素子を制御可能に構成され、かつ、ブラシレスモータが第1回転数より小さい第2回転数で定速回転する第2運転モードで動作するようにスイッチング素子を制御可能に構成することができる。 The control element is configured to be able to control the switching element such that the brushless motor operates in a first operation mode in which the brushless motor rotates at a constant speed at a first rotation speed, and the switching element rotates at a second rotation speed lower than the first rotation speed. The switching element can be configured to be controllable so as to operate in a second operating mode in which the switching element rotates at a constant speed.
また、ブロワーは、吹き出される空気の風量又は風量変動のパターンが異なる複数の運転モードを選択するためのスイッチを更に備え、制御素子は、スイッチにより選択された運転モードに基づいて、スイッチング素子を制御できるように構成されてもよい。 The blower further includes a switch for selecting a plurality of operation modes in which the air volume or air volume variation pattern of the blown air is different, and the control element operates the switching element based on the operation mode selected by the switch. It may be configured to be controllable.
このようなブロワーによれば、使用目的又は使用態様等に応じて、風量又は風量変動のパターンが異なる空気を吹き出すことが可能になる。ここで、風量又は風量変動のパターンとは、例えば、時間軸を横軸とし、風量を縦軸とする波形に示されることができる。運転モードが異なるとき、異なる波形の空気がブロワーから吹き出される。 According to such a blower, it is possible to blow out air with different air volumes or patterns of air volume fluctuations depending on the purpose of use or manner of use. Here, the air volume or the pattern of air volume fluctuation can be expressed, for example, as a waveform with the time axis as the horizontal axis and the air volume as the vertical axis. When the operating mode is different, air with different waveforms will be blown out from the blower.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。また、便宜的に、ブロワー10の圧縮空気の吹き出し方向(ノズル31の延在方向)を前方とし、反対方向を後方とし、前方及び後方に垂直で、グリップ部12を基準として本体部11が存在する方向を上方とし、グリップ部12を基準としてバッテリ20が存在する方向を下方と呼ぶ。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following embodiments are illustrative for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention only to the embodiments. For convenience, the blowing direction of the compressed air of the blower 10 (the extending direction of the nozzle 31) is defined as the front, the opposite direction is defined as the rear, and the
図1は、第1実施形態に係るブロワー10の斜視図であり、図2は、ブロワー10の断面図である。ブロワー10は、改札機、券売機、配電盤、パソコン、その他機械又は工具類に圧縮された空気を吹き付けることにより、これらに付着した塵埃等を吹き飛ばすことができる携帯可能なエアダスターである。
FIG. 1 is a perspective view of a
ブロワー10は、グリップ部12と、本体部11を備える。グリップ部12は、ブロワー10の使用者が使用時に把持する部分であり、例えば、本体部11から下方に突出するように設けられる。グリップ部12の下端12Eには、バッテリ20を着脱自在に取り付け可能なバッテリ取付部21が設けられている。グリップ部12は、使用者がブロワー10を起動するためのトリガ13と、本体部11を駆動するためのDCブラシレスモータ24(図3)と、DCブラシレスモータ24の回転数を検出するためのセンサ26(図3)と、バッテリ20からDCブラシレスモータ24に印加される電圧を制御するための制御部28(図3)と、ブロワー10の運転モードを設定するためのスイッチと、ブロワー10の前方を照射するためのLED23(図1)とを備える。
The
グリップ部12は、使用者が把持しやすいように、例えば、上下方向に延在する柱状に形成される。トリガ13は、使用者が押下することにより、バッテリ20とDCブラシレスモータ24を導通させ、ブロワー10を起動させる。トリガ13は、グリップ部12の前方を向いた表面に露出して設けられ、例えば、バネ等の付勢部材によって前方に付勢されている。
The
図2及び図3に示されるように、DCブラシレスモータ24は、例えば、回転子(ロータ)24Rと三相巻線24A乃至24Cを有する固定子(ステータ)24Sを備える。三相巻線24A乃至24Cに三相交流電流を流して回転磁場を発生させることにより、永久磁石を有する回転子24Rを回転させることができる。図2に示されるように、DCブラシレスモータ24は、グリップ部12の内部空間のうち、バッテリ20よりも本体部11に近い領域に設置される。また、DCブラシレスモータ24の回転子24Rの回転軸は、例えば、グリップ部12の延在方向(上下方向)と平行に設けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
センサ26(図3)は、DCブラシレスモータ24の回転数を検出する。センサ26は、例えば、回転子24Rの周辺に設けられ、回転子24Rによって発生する磁場を検出する2個以上のホールICから構成することができる。各ホールICが検出する磁場の位相差に基づいて回転子24Rの回転数を示す情報を取得することができる。但し、DCブラシレスモータ24の回転数は、三相巻線24A乃至24Cに発生する逆起電力等に基づいてDCブラシレスモータ24の回転数を検出する検出回路など、ホールIC以外の手段から構成してもよい。
The sensor 26 (FIG. 3) detects the rotation speed of the
制御部28は、バッテリ20から出力される直流電圧をDCブラシレスモータ24の巻線24A乃至24Cに印加するタイミングを制御する。制御部28は、プリント配線基板28Pと、プリント配線基板28P上に実装され、バッテリ20から印加される直流電圧をDCブラシレスモータ24の三相巻線24A乃至24Cに印加するタイミングを決定するためのスイッチング素子28A乃至28Fと、プリント配線基板28P上に実装され、スイッチング素子28A乃至28Fを制御する制御回路28M(「制御素子」の一例)と、を備える。制御部28の構成及び動作については、後に詳述する。
The
図2に示されるように、制御部28のプリント配線基板28Pは、グリップ部12の内部空間のうち、本体部11よりもバッテリ20に近い領域に設置される。例えば、グリップ部12の下端12Eに相当する、バッテリ20の直上の領域に設けられる。また、プリント配線基板28Pは、その法線が、グリップ部12の延在方向(上下方向)と平行になるように設けられる。このような構成の結果、DCブラシレスモータ24とプリント配線基板28Pとの距離(グリップ部12の延在方向(上下方向)における、DCブラシレスモータ24の回転子の中心位置とプリント配線基板28Pの表面との距離)は、同方向におけるグリップ部12内の内部空間の全長の半分より大きい。また、DCブラシレスモータ24とプリント配線基板28Pとの間隙には、三相巻線24A乃至24Cと制御部28の出力端子を接続する信号線等を除いて、熱源となる部品が存在しない。このため、グリップ部12の延在方向の全長の半分以上の領域にわたり、グリップ部12の延在方向(上下方向)に垂直な断面における、グリップ部12の内部空間の面積(グリップ部12の筐体の内壁面で囲まれる領域)に対する、グリップ部12の熱源となる部品が占める面積の比率は、50%より小さい。このような構成とすることにより、プリント配線基板28P上のスイッチング素子28A乃至28Fで発生する熱がDCブラシレスモータ24に伝達して、DCブラシレスモータ24の制動を悪化させることを抑制することが可能になる。
As shown in FIG. 2, the printed
スイッチは、ブロワー10の運転モードを設定する。運転モードは、例えば、通常運転モードと、静音運転モードと、ハイパワー運転モードとがある。ここで、運転モードは、例えば図6に示されるように、時間軸を横軸とし、ブロワー10から吹き出される風量を縦軸とする波形によって表される。通常運転モードでは、風量が瞬間的に大きくなるピークが一定周期に発生する脈動が発生する。静音運転モードでは、通常運転モードと比較して、風量のピーク値が小さく、周期が長い(回転数が小さい)波形となる脈動が発生する。一方でハイパワー運転モードでは、通常運転モードと比較して、風量のピーク値が大きく、周期が短い(回転数が大きい)波形となる脈動が発生する。なお、トリガ13とスイッチを同一の部品から構成し、例えば、トリガ13を押下するたびに、運転モードが変更されるように、スイッチを構成してもよい。以上のように、DCブラシレスモータ24を備えることにより、ブロワー10は、異なる回転数で回転を維持するような複数の運転モードで動作することが可能になる。
The switch sets the operating mode of the
LED23(図1)は、ブロワー10の前方を照射する。ここで、LED23は、ノズル31の延在方向と平行な方向に指向性を有するように設けられている。従って、使用者は、LED23により照射される領域を確認することにより、容易に、圧縮空気を所望のターゲット領域に吹き出させることが可能になる。特に、障害物の奥に存在する塵埃等に向けて圧縮空気を吹き出させたい場合、LED23が障害物の奥に存在するターゲット領域を照射することを確認した後、ノズル31の角度を維持した状態でノズル31から圧縮空気を吹き出させることにより、障害物によって圧縮空気が遮られることを抑制し、ターゲット領域に圧縮空気を吹き出させることが可能になる。
The LED 23 (FIG. 1) illuminates the front of the
本体部11は、空気を圧縮して吹き出す部位である。本実施形態においては、本体部11は、DCブラシレスモータ24の出力軸と係合し、DCブラシレスモータ24の回転運動を往復直進運動に変換するクランク機構34(「伝達機構」の一例)と、クランク機構34と係合して往復直進運動することによって空気を圧縮するためのピストン36及びピストン36を収容するシリンダ38とを備える圧縮機35と、シリンダ38内の圧縮空気を所定方向に吹き出すためのノズル31と、を備える。
The
図2に示されるように、クランク機構34は、例えば、DCブラシレスモータ24の出力軸に接続され、出力軸と同軸でこれと一体的に回転する第1ギヤ34A(モータギヤ)と、第1ギヤ34Aと噛合する第2ギヤ34B(クランクギヤ)を備える。第2ギヤ34Bは、クランクジャーナル34Cを介して、第2ギヤ34Bと同軸で回転するクランクアーム34Dに接続される。クランクアーム34Dには、中心から偏心した位置でクランクピン34Eが挿通される。コネクティングロッド34Fの一端は、クランクアーム34Dに挿通されるクランクピン34Eと固定されている。このため、コネクティングロッド34Fの端部は、クランクアーム34Dに揺動可能に支持される。コネクティングロッド34Fの他端は、ピストン36に接続される。ピストン36は、ガイド溝等により、移動方向が直線方向に規制される。このような構成により、クランク機構34は、DCブラシレスモータ24の回転運動を往復直進運動に変換する。また、グリップ部12を本体部11から直角方向に延在するように設け、DCブラシレスモータ24の回転子24Rの回転軸をグリップ部12の延在方向(上下方向)と平行になるように設けるとともに、本体部11の延在方向(前後方向)にピストン36が往復直進運動するように構成したから、運動の変換に伴う損失を抑え、バランスの良い製品構成を実現することができる。
As shown in FIG. 2, the
圧縮機35は、ピストン36とシリンダ38を備える。ピストン36は、コネクティングロッド34Fの他端部と接続されることにより、シリンダ38内を、DCブラシレスモータ24の回転周期と同一周期で往復直進運動する。シリンダ38には、外部から圧縮室内に向かう方向にのみ開く吸込弁として機能する吸気口と、圧縮室内から外部に向かう方向にのみ開く吐出弁として機能する吐出口が設けられている。ピストン36が下死点に向かって後方に移動している間、吸気口を介してピストン36後方の空間から圧縮室内に空気が吸気される。一方でピストン36が上死点に向かって前方に移動している間、圧縮室の体積が減少するため空気が圧縮され、圧縮室内の圧力が高まると吐出口から圧縮空気が吐出するように構成される。
The
ノズル31は、前方に向けて圧縮空気を吹き出す。ノズル31は、吐出口と連通するように設けられている。このため、ピストン36が前方に移動し上死点付近に至ると、圧縮室内の圧力が高まり吐出口から吐出された圧縮空気は、ノズル31内部を通過しノズル31の先端から前方に吹き出す。
The
バッテリ20は、ブロワー10のDCブラシレスモータ24等を駆動するための電力を供給する直流電源である。バッテリ20は、例えば、所定の直流電圧を出力可能なリチウムイオン電池から構成される。ブロワー10は、バッテリ20を取り付けることにより、携帯して使用することが可能となる。ただし、ブロワー10は、バッテリをブロワー10のハウジング内に収納するように構成してもよい。この場合、ブロワー10ごとバッテリを充電可能に構成してもよい。
The
図3は、DCブラシレスモータ24を制御するための制御部28の回路図である。制御部28は、バッテリ20の出力端子に接続される電源端子28V及びグランド端子28Gと、電源端子28V及びグランド端子28Gに接続される電源線28L1及びグランド線28L2と、電源線28L1及びグランド線28L2間に設けられるインバータ回路28Iを備えている。インバータ回路28Iは、3相ブリッジ接続された、例えば、FET(Field Effect Transistor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)からなる6つのスイッチング素子28A乃至28Fと、これらスイッチング素子28A乃至28Fにそれぞれ並列接続されたフリーホイールダイオードとから構成されている。このインバータ回路28Iの3つの出力端子は、DCブラシレスモータ24の3相の巻線24A乃至24Cにそれぞれ接続されている。
FIG. 3 is a circuit diagram of the
制御部28は更に、DCブラシレスモータ24を制御するためのファームウェア(「コンピュータプログラム」の一例)が記録されている、例えばROM等から構成される記憶素子と、ファームウェアを実行するためのプロセッサと、スイッチング素子28A乃至28FをPWM制御するための制御信号を生成するドライバを含む制御回路28Mと、を備える。制御回路28Mは、図4に示されるフローチャートに基づいて、スイッチング素子28A乃至28FをPWM制御(パルス幅変調制御)するための制御信号を生成し、スイッチング素子28A乃至28Fの制御端子(ベース又はゲート)に印加する。
The
図4は、本実施形態に係るブロワー10の動作方法を示すフローチャートである。また、図5は、DCブラシレスモータ24のデューティ比の推移を示すグラフである。
FIG. 4 is a flowchart showing a method of operating the
図4に示されるように、ブロワー10は、使用者がトリガ13を引くことによって起動する(ステップS1)。ブロワー10の起動時に、制御部28は、記憶素子に記憶されるファームウェアにおいて設定されているデューティ比を初期デューティ比として設定し(ステップS2)、DCブラシレスモータ24の駆動制御を開始する(ステップS3)。具体的には、制御部28は、記憶素子に記録されるファームウェアを読み出して、制御部28のプロセッサに実行させることにより、スイッチング素子28A乃至28FをPWM制御するための制御信号を生成する。初期デューティ比は、例えば、72%である。従って、スイッチング素子28A乃至28Fがオン駆動される時間の合計は、それぞれ、一周期の72%の時間に相当する。制御部28が備える制御回路28Mは、起動後の所定期間、初期デューティ比を満足するように、DCブラシレスモータ24を回転させるためのPWM信号を生成し、スイッチング素子28A乃至28Fの制御端子に印加する。
As shown in FIG. 4, the
また、制御部28は、DCブラシレスモータ24の回転数の計測を開始する(ステップS4)。DCブラシレスモータ24の現在回転数の計測は、以下のサブステップから構成される。まず、制御部28が備える計測用タイマは、タイマのカウントを開始する(サブステップSS1)。また、センサ26が備えるホールICは、磁場が切り替わることを検出する検出信号を出力するように構成されている(サブステップSS2)。制御部28が備えるカウンタは、ホールICから出力される検出信号をカウントアップする(サブステップSS3)。制御部28は、カウンタのカウント値に基づいて、DCブラシレスモータ24が一回転したか否か判断する(サブステップSS4)。制御部28は、例えば、回転子24Rが備える永久磁石の個数に基づいて定められる所定の数値と、カウント値とを比較することによって、DCブラシレスモータ24が一回転したか否か判断する。カウント値が、DCブラシレスモータ24の一回転に相当する数値に至っていない場合(NO)、再びサブステップSS2及びサブステップSS3が実行される。
Furthermore, the
一方で、カウンタのカウント値が、DCブラシレスモータ24の一回転に相当する数値と等しい場合(YES)、制御部28は、DCブラシレスモータ24が一回転したと判断し、その時点における計測用タイマのタイマカウント値を取得する(サブステップSS5)。
On the other hand, if the count value of the counter is equal to the value corresponding to one revolution of the DC brushless motor 24 (YES), the
次いで制御部28は、取得したタイマカウント値に基づいて回転数を計算する。具体的には、制御部28は、計測用タイマのタイマカウント値に基づいて、DCブラシレスモータ24の一回転に要する時間(分単位)を取得し、その逆数を算出することにより、一分当たりのDCブラシレスモータ24の回転数を取得する(サブステップSS6)。次いで制御部28は、計測用タイマをリセットし、タイマのカウントを開始する(サブステップSS7)。
Next, the
制御部28は、以上のサブステップを繰り返し実行することにより、DCブラシレスモータ24の回転数をリアルタイムに計測することができる。なお、ステップS4の現在回転数計測プロセスは、ステップS3のモータ駆動開始後、継続的に実施してもよいが、所定期間ごとに(例えば、100μ秒乃至数秒ごとに)実行してもよい。
The
ステップS3でDCブラシレスモータ24の回転が開始された後、例えば、0.5秒経過すると、制御部28は、回転数を一定にするためのPI制御に移行する(ステップS5)。具体的には、制御部28は、ステップS2において固定されていた初期デューティ比を変更し、目標の回転数となるようにデューティ比を再設定する。制御回路28Mは、変更されたデューティ比を満足するようにDCブラシレスモータ24を回転させるためのPWM信号を生成し、スイッチング素子28A乃至28Fに供給する。PI制御を採用することにより、DCブラシレスモータ24の回転数を安定的に目標値に近付けることが可能になる。ただし、その他の制御方法により目標回転数に近付けるように制御することを妨げるものではない。
After the rotation of the
次いで、制御部28は、トリガ13の押下が解除されたか否かを判断する(ステップS6)。トリガ13の押下が解除されたと判断された場合(YES)、制御部28は、PWM信号の供給を停止し、DCブラシレスモータ24の駆動を停止させる(ステップS8)。
Next, the
一方で制御部28がトリガ13の押下が解除されていないと判断した場合(NO)、制御部28は、予め設定されているエラー等のイベントが発生していないか否か判断する(ステップS7)。エラー等が発生したと判断された場合(YES)、DCブラシレスモータ24の駆動を停止させる。一方で制御部28がエラー等のイベントが発生していないと判断した場合(NO)、制御部28は、DCブラシレスモータ24の回転数の計測を再度実行する(ステップS4)。
On the other hand, if the
以上のようなブロワー10の制御方法におけるデューティ比の推移について、図面を用いて説明する。図5は、バッテリ20が十分に残量を有する際に、ブロワー10のトリガ13を押下し続けた場合のデューティ比の推移を示している。図5において、横軸は時間、縦軸はデューティ比を示している。
The transition of the duty ratio in the control method for the
図に示されるとおり、トリガ13を押下し、DCブラシレスモータ24が回転を開始した時点(時刻0)から時刻T1までの間、デューティ比は、一定に保たれる。本実施形態において、時刻T1は、0.5秒である。また、初期デューティ比は、時刻T1を超過し、PI制御に移行した際のデューティ比よりも高いように設定され、例えば、72%に設定される。時刻0から時刻T1の間、DCブラシレスモータ24は、回転数を制御されない。このため、DCブラシレスモータ24の回転数は、変動する。
As shown in the figure, the duty ratio is kept constant from the time when the
次いで時刻T1から時刻T2までの間、制御部28は、DCブラシレスモータ24の回転数が一定となるように、スイッチング素子28A乃至28Fを制御する。時刻T1から時刻T2までの間、デューティ比は、必ずしも一定にならず、図に示されるとおり変動する。一方で、DCブラシレスモータ24の回転数は、一定となる。また、上述したように、初期デューティ比は、PI制御に移行直後のデューティ比より大きくなるように設定されている。時刻T2は、バッテリ20の残量に応じて変動する。例えば、バッテリ20に十分な残量がある場合、時刻T2は、長期間となる。
Next, from time T1 to time T2, the
時刻T2以降も、制御部28は、DCブラシレスモータ24の回転数が一定となるように、スイッチング素子28A乃至28Fを制御する。但し、バッテリ20の残容量が低下するため、DCブラシレスモータ24の回転数を一定とするために、デューティ比は漸増する。従って、時刻T2以降、デューティ比は、途中で初期デューティ比である72%よりも大きくなる。
Even after time T2, the
以上のとおりであるから、ブロワー10は、DCブラシレスモータ24の回転数が変動し、スイッチング素子28A乃至28Fのデューティ比が所定値に定められる時刻0~時刻T1と、DCブラシレスモータ24の回転数が一定に保たれ、スイッチング素子28A乃至28Fのデューティ比が変動する時刻T1~時刻T2と、DCブラシレスモータ24の回転数が一定に保たれ、スイッチング素子28A乃至28Fのデューティ比が時刻T1~時刻T2のデューティ比より高い時刻T2以降の期間を有する。また、時刻T2以降の期間は更に、デューティ比が時刻0~時刻T1よりも高くなる期間を有する。また、時刻T2以降、デューティ比は、漸増する(但し、一時的にデューティ比が一定の期間を含んでよい)ように構成してもよい。以下、上記のようにブロワー10を制御する理由について説明する。
As described above, the
図6は、時間軸を横軸とし、比較例に係るブロワーのノズルから吹き出される空気の吹き付け力(「風量」の一例)を縦軸とする、風量変動を示す波形パターンの一例である。図に示されるように、比較例に係るブロワーは、風量が瞬間的に大きくなるピークが一定周期に発生する脈動を発生させる。風量のピーク値は、概ね60乃至70gである。また、概ね0.055秒で大きなパルスが発生し、概ね0.185秒で7つ目の大きなパルスが発生していることから示されるように、ブロワーの周波数は、概ね50Hz(6/0.130秒)であり、モータの回転数は、15000RPMである。なお、第1ギヤ34A(モータギヤ)と、第2ギヤ34Bのギヤ比は、例えば、5:1である。
FIG. 6 is an example of a waveform pattern showing air volume fluctuations, with the time axis as the horizontal axis and the vertical axis as the blowing force (an example of "air volume") of air blown out from the nozzle of the blower according to the comparative example. As shown in the figure, the blower according to the comparative example generates pulsation in which peaks of instantaneous increase in air volume occur at regular intervals. The peak value of the air volume is approximately 60 to 70 g. Additionally, the frequency of the blower is approximately 50 Hz (6/0. 130 seconds), and the rotation speed of the motor is 15,000 RPM. Note that the gear ratio between the
本願の発明者らは、比較例に係るブロワーが時刻0.03秒付近で、一発目の弱いパルスの圧縮空気を吹き出している点に着目した。このパルスの吹き付け力は、30gに満たないため、他のパルスの半分以下の吹き付け力しか有さない。一方でスプレー式のエアダスターは、ボタンを押下直後に最も吹き付け力の大きい空気を吹き出すことができる。このため、スプレー式のエアダスターの使用に慣れた使用者は、最初に吹き出すパルスが弱い吹き付け力しか有さないため、比較例に係るブロワーを使用した際に吹き付け力の不足を感じる可能性がある。また、スプレー式のエアダスターと同様に、一瞬だけトリガを押下して狙った塵埃等を吹き飛ばそうとした際に、思ったように塵埃等を吹き飛ばすことができない可能性がある。更に、弱いパルスを吹き出した反動でノズルの角度が変動すると、狙った塵埃等に向けて強いパルスの空気を吹き出させることが困難になる。 The inventors of the present application paid attention to the fact that the blower according to the comparative example blows out the first weak pulse of compressed air around the time of 0.03 seconds. Since the blowing force of this pulse is less than 30 g, it has less than half the blowing force of the other pulses. On the other hand, spray-type air dusters can blow out air with the greatest force immediately after pressing the button. For this reason, users who are accustomed to using spray-type air dusters may feel that the blowing force is insufficient when using the blower according to the comparative example, since the first pulse that blows out has only a weak blowing force. be. Furthermore, similar to a spray-type air duster, when you press the trigger for a moment to blow away the dust you are aiming for, there is a possibility that you will not be able to blow off the dust as expected. Furthermore, if the angle of the nozzle fluctuates as a result of blowing out a weak pulse, it becomes difficult to blow out a strong pulse of air toward the target dust or the like.
そこで本願の発明者らは、試行錯誤の結果、携帯式のブロワーにあえてブラシレスモータを搭載することにより回転数一定制御を実現するとともに、駆動開始からごく短い期間(例えば、ブラシレスモータが10回転するまでの間)については、回転数一定制御を行わずに、デューティ比を一定値に維持し、かつ、その際のデューティ比を、回転数一定制御に移行した際のデューティ比より高い値に設定することに想到した。 As a result of trial and error, the inventors of the present application purposefully equipped a portable blower with a brushless motor to realize constant rotation speed control, and also for a very short period of time from the start of operation (for example, when the brushless motor rotates only 10 revolutions). ), the duty ratio is maintained at a constant value without constant rotation speed control, and the duty ratio at that time is higher than the duty ratio when shifting to constant rotation speed control. I came up with the idea of setting it to a value.
以上のとおり本実施形態に係るブロワー10は、バッテリの残量が減少しても、圧縮空気の吹き出し力の低減を抑制することが可能となる。また、駆動開始直後の圧縮空気の吹き出し力の低減を抑制することが可能になる。
As described above, the
本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。たとえば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、取り除いたり、他の知られた構成と置換することができる。 The present invention can be modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, some components of an embodiment may be removed or replaced with other known configurations within the ordinary creative ability of those skilled in the art.
10 ブロワー、11 本体部、12 グリップ部、13 トリガ、20 バッテリ、24 DCブラシレスモータ、24A~24C 三相巻線、24R 回転子、24S 固定子、26 センサ、28 制御部、28A~28F スイッチング素子、28I インバータ回路、28M 制御回路、28P プリント配線基板、31 ノズル、34 クランク機構、35 圧縮機、36 ピストン、38 シリンダ 10 blower, 11 main unit, 12 grip unit, 13 trigger, 20 battery, 24 DC brushless motor, 24A to 24C three-phase winding, 24R rotor, 24S stator, 26 sensor, 28 control unit, 28A to 28F switching element , 28I inverter circuit, 28M control circuit, 28P printed wiring board, 31 nozzle, 34 crank mechanism, 35 compressor, 36 piston, 38 cylinder
Claims (4)
空気を圧縮するためのピストンと、前記ピストンを収容するシリンダとを備える圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するためのブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータを駆動する電圧を印加するためのバッテリと、
前記ブラシレスモータを駆動する電圧を印加するタイミングを決定するためのスイッチング素子と、
前記ブラシレスモータの回転数を検出するセンサと、
前記センサから検出される信号に基づいて、前記ブラシレスモータの回転数が一定となるように、前記スイッチング素子を制御する制御素子と、
を備え、
前記制御素子は、前記ブラシレスモータの駆動開始から所定期間、前記回転数一定制御に移行時のデューティ比より高い所定のデューティ比に維持する、
ブロワー。 A blower that blows out compressed air where peaks of instantaneous increase in air volume occur periodically ,
A compressor comprising a piston for compressing air and a cylinder accommodating the piston ;
a brushless motor for driving the compressor;
a battery for applying voltage to drive the brushless motor;
a switching element for determining the timing of applying a voltage to drive the brushless motor;
a sensor that detects the rotation speed of the brushless motor;
a control element that controls the switching element so that the rotation speed of the brushless motor is constant based on a signal detected from the sensor;
Equipped with
The control element maintains a predetermined duty ratio higher than the duty ratio at the time of transition to the constant rotation speed control for a predetermined period from the start of driving the brushless motor.
Blower.
請求項1に記載のブロワー。 The control element is configured to be able to control the switching element so as to operate in a first operation mode in which the brushless motor rotates at a first rotation speed, and a second operation mode in which the brushless motor rotates at a second rotation speed. The switching element is configured to be controllable to operate in a driving mode;
A blower according to claim 1 .
前記制御素子は、前記スイッチにより選択された前記運転モードに基づいて、前記スイッチング素子を制御可能に構成される、
請求項1又は2に記載のブロワー。 Further comprising a switch for selecting a plurality of operation modes in which the air volume or air volume variation pattern of air blown from the blower is different,
The control element is configured to be able to control the switching element based on the operation mode selected by the switch.
The blower according to claim 1 or 2 .
請求項1乃至3の何れか一項に記載のブロワー。 configured to blow out compressed air having the first peak during the predetermined period;
The blower according to any one of claims 1 to 3..
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