JP7402870B2 - Contamination mask and its control method - Google Patents

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Description

本発明は、ファンにより補助される流れを用いて、マスクの着用者にろ過された空気を供給するための汚染用マスクに関に関する。 The present invention relates to a contamination mask for providing filtered air to a wearer of the mask using fan-assisted flow.

世界保健機関(WHO)は、毎年400万人が大気汚染が原因で死亡していると推定している。この問題の一部は、都市における外気の質である。最も悪いクラスは、推奨されるレベルの10倍以上の年間汚染レベルを有するデリーのようなインドの都市である。推奨される安全レベルの年平均の8.5倍である北京はよく知られている。しかしながら、ロンドン、パリ及びベルリンのようなヨーロッパの都市であっても、WHOが推奨するレベルよりも高い。 The World Health Organization (WHO) estimates that 4 million people die each year due to air pollution. Part of the problem is the quality of outside air in cities. The worst class are Indian cities like Delhi, which have annual pollution levels more than 10 times the recommended levels. Beijing is well known for its annual average of 8.5 times the recommended safety level. However, even European cities such as London, Paris and Berlin are higher than the levels recommended by the WHO.

この問題は短時間では大きく改善されないので、この問題に対処する唯一の方法は、ろ過によって、よりきれいな空気を供給するマスクを着用することである。快適性及び有効性を向上させるために、1つ又は2つのファンがマスクに追加される。これらのファンは使用中にオンに切り替わり、通常は一定の電圧で使用される。効率と寿命の理由から、これらファンは通常、電気整流ブラシレスDCファンである。 The only way to deal with this problem is to wear a mask that provides cleaner air through filtration, as this problem does not improve much in the short term. One or two fans are added to the mask to improve comfort and effectiveness. These fans are turned on during use and are typically used at a constant voltage. For reasons of efficiency and longevity, these fans are typically electrically commutated brushless DC fans.

電動マスクを使用する着用者の利点は、従来の非電動マスクにおけるフィルタの抵抗に対する吸入により引き起こされるわずかな負担から肺が解放されることである。 The advantage for the wearer of using a motorized mask is that the lungs are relieved of the slight strain caused by inhalation against the resistance of the filter in conventional non-motorized masks.

さらに、従来の非電動マスクにおいて、吸入は、マスク内にわずかな負圧も引き起こし、この負圧は汚染物質がマスク内に漏れ入ることにつながり、これらが有毒物質である場合、この漏れは危険であることを示す。電動マスクは、安定した気流を顔に送出し、例えば呼気弁の抵抗により決定されるわずかな陽圧を与え、如何なる漏れも内側ではなく必ず外側に向かうようにする。 Furthermore, in traditional non-motorized masks, inhalation also creates a slight negative pressure inside the mask, and this negative pressure can lead to contaminants leaking into the mask, and if these are toxic substances, this leakage can be dangerous. . A powered mask delivers a steady stream of air to the face, providing a slight positive pressure determined by, for example, the resistance of the exhalation valve, ensuring that any leakage is directed outward rather than inward.

ファンの動作又は速度が調整される場合、幾つかの利点がある。これは、吸入及び呼気のシーケンス中のより適切な換気によって快適性を向上させるために使用されることができる、又は電気効率を向上させるために使用されることができる。後者は、バッテリ寿命の延長又は換気の強化につながる。これらの態様の両方は、現在のデザインにおいて改善を必要とする。 There are several advantages when fan operation or speed is adjusted. This can be used to improve comfort by better ventilation during inhalation and exhalation sequences, or can be used to improve electrical efficiency. The latter can lead to longer battery life or enhanced ventilation. Both of these aspects require improvements in current designs.

ファンの速度を調整するために、マスク内の圧力が測定され、圧力変動及び圧力の両方がファンを制御するために使用される。 To adjust the speed of the fan, the pressure within the mask is measured and both the pressure fluctuation and the pressure are used to control the fan.

例えば、マスク内の圧力は、圧力センサにより測定され、ファンの速度は、センサの測定値に依存して変化することができる。圧力センサはコストがかかるので、マスク内の圧力を監視する代替方法を提供することが望ましい。 For example, the pressure within the mask is measured by a pressure sensor, and the fan speed can be varied depending on the sensor reading. Because pressure sensors are costly, it is desirable to provide an alternative method of monitoring pressure within the mask.

出願人は、まだ公開されていないが、圧力測定の代理(プロキシ)としてファンの回転速度を使用するという解決策を提案した。圧力又は圧力の変化は、ファンの回転速度に基づいて決定される。この圧力情報を用いて、ユーザの呼吸パターンがトラッキングされ、マスクが着用されているかどうかを決定することもできる。この手法は、WO2018/215225号に記載されている。 The applicant has proposed a solution, which has not yet been published, of using the rotational speed of the fan as a proxy for the pressure measurement. The pressure or change in pressure is determined based on the rotational speed of the fan. This pressure information can also be used to track a user's breathing patterns and determine if a mask is being worn. This technique is described in WO2018/215225.

出願人は、まだ公開されていないが、ファンの速度を制御する際に使用するための指標として、内側のマスク環境(温度及び相対湿度)が使用されるという解決策も提案した。しかしながら、マスクチャンバ内のセンサは、結露による誤差の影響を受けやすく、センサ応答を劣化させる可能性がある。同様に、温度及び湿度センサの応答は、一般に遅いため、必要な速度で変化をトラッキングすることができない場合もある。暑い気候条件において、息を吸うときに検出される温度と、息を吐くときに検出される温度との間の変化も小さい。 The applicant has also proposed a solution, which has not yet been published, in which the inner mask environment (temperature and relative humidity) is used as an indicator for use in controlling the speed of the fan. However, sensors within the mask chamber are susceptible to errors due to condensation, which can degrade sensor response. Similarly, temperature and humidity sensors typically have slow responses and may not be able to track changes as quickly as necessary. In hot weather conditions, the change between the temperature detected when breathing in and the temperature detected when breathing out is also small.

公知の制御方法も、例えばユーザの運動レベルのようなユーザの活動を考慮することは容易ではない。 Known control methods also do not easily take into account user activity, such as the user's exercise level.

従って、低コストで実施することができ、ユーザの活動レベルを考慮したファンの速度制御を提供することができるファンの速度制御方法及び装置の必要性がある。 Therefore, there is a need for a fan speed control method and apparatus that can be implemented at low cost and that can provide fan speed control that takes into account a user's activity level.

国際公開第2016/157159号は、ファン、出口弁、及びユーザの呼吸サイクルを示すパラメータを検出するセンサを備える呼吸マスクを開示している。任意選択で、例えば湿度、温度及び圧力のような他のパラメータが測定される。出口弁は、検出されたパラメータに従って制御される。 WO 2016/157159 discloses a respiratory mask comprising a fan, an outlet valve, and a sensor for detecting parameters indicative of the user's breathing cycle. Optionally other parameters are measured, such as humidity, temperature and pressure. The outlet valve is controlled according to the sensed parameters.

本発明は、請求項により定義される。 The invention is defined by the claims.

本発明の1つの態様による例によれば、
空気チャンバ、
前記空気チャンバと、前記空気チャンバの外側の周囲環境との間の境界を形成するフィルタ、
前記空気チャンバの外側から空気チャンバ内に空気を吸い込む及び/又は前記空気チャンバの内側から空気チャンバ外に空気を吸い出すためのファン、
前記ファンの回転速度を決定するための手段、
前記空気チャンバの外側の周囲温度を測定するための温度センサ、並びに
制御器
を有する汚染用マスクを提供し、前記制御器は、
前記決定されるファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、呼吸の深さに関連する第1の値及び呼吸数に関連する第2の値を得る、並びに
前記第1の値、前記第2の値及び周囲温度に依存して、ファンの速度を設定する
ように適合され、前記ファンの速度は、複数のゼロではないファンの速度の選択される1つに設定される。
According to an example according to one aspect of the invention:
air chamber,
a filter forming a boundary between the air chamber and the ambient environment outside the air chamber;
a fan for sucking air into the air chamber from outside the air chamber and/or sucking air out of the air chamber from the inside of the air chamber;
means for determining the rotational speed of the fan;
providing a contamination mask having: a temperature sensor for measuring ambient temperature outside the air chamber; and a controller;
obtaining from the determined fan rotational speed or a change in the fan rotational speed a first value related to breathing depth and a second value related to breathing rate; and the first value, the second value 2 and depending on the ambient temperature, the fan speed is adapted to set a fan speed, said fan speed being set to a selected one of a plurality of non-zero fan speeds.

このマスクは、ファンの回転速度及び外部温度に基づいた、ファンの速度の自動調整を備える。外部温度を考慮することにより、ユーザの快適性の推定が行われる。ファンの速度調整は、異なる環境条件(温度)下、及びユーザの異なる活動レベルに対し、異なる空気流を提供することができる。例えば、夏の間、早く歩くと、ユーザはマスク内環境を管理するのを助けるために大量の空気流を必要とする一方、冬の間、着用者を冷たくすることを避けるために、比較的少量の空気流が必要とされる。周囲温度の測定、すなわちマスクチャンバの外側での使用は、水の結露の問題を回避する。 The mask includes automatic adjustment of fan speed based on fan rotation speed and external temperature. By considering the outside temperature, an estimation of the user's comfort is made. Fan speed adjustment can provide different airflow under different environmental conditions (temperature) and for different activity levels of the user. For example, during the summer months, when walking quickly, the user requires a large amount of airflow to help manage the intramask environment, while during the winter months, walking quickly requires a relatively large amount of airflow to avoid making the wearer cold. A small amount of airflow is required. Measurement of ambient temperature, i.e., use outside the mask chamber, avoids the problem of water condensation.

これは、低コストの解決策、例えば、PCB基板上に容易に組み込まれ得る、必要とされる外部検出を提供する。 This provides a low cost solution, eg the required external sensing, which can be easily integrated on a PCB board.

第1及び第2の値は、ユーザ活動が考慮されることを可能にする。第1の値は、例えば呼吸の深さに関連し、これは、第1の値と呼吸の深さとの間に正の相関があることを意味する。より一般的には、第1の値は例えば、ファンの圧力変動の大きさに関係(すなわち、相関)する。圧力変動は、マスクが着用され、通常の使用時に、呼吸により引き起こされる。第2の値は、呼吸数と正の相関を有する。これは、第1の値により示されるような呼吸の深さに加え、ユーザの活動レベルのもう1つの指標として使用されてもよい。 The first and second values allow user activity to be taken into account. The first value relates, for example, to the depth of breathing, which means that there is a positive correlation between the first value and the depth of breathing. More generally, the first value is related to (i.e. correlated with) the magnitude of the fan pressure fluctuation, for example. Pressure fluctuations are caused by breathing when the mask is worn and during normal use. The second value has a positive correlation with respiration rate. This may be used as another indicator of the user's activity level in addition to the depth of breathing as indicated by the first value.

本発明は、汚染用マスクに関する。これは、ユーザが呼吸する周囲空気をろ過することを主目的とする装置を意味する。マスクは、如何なる形式の患者治療も行わない。特に、ファンの動作から生じる圧力レベル及び流れは、(空気チャンバ内の温度又は相対湿度に影響を及ぼすことにより)快適さの提供を支援する、及び/又はユーザによるかなりの追加の呼吸努力を必要とすることなく、フィルタを横断する流れを提供するのを支援することを単に意図する。ユーザがマスクを着用しない状態と比較して、マスクは、全体的な呼吸補助を提供しない。 The present invention relates to a contamination mask. This refers to devices whose primary purpose is to filter the ambient air that the user breathes. Masks do not provide any form of patient treatment. In particular, the pressure levels and flows resulting from fan operation may assist in providing comfort (by influencing the temperature or relative humidity within the air chamber) and/or require significant additional breathing effort by the user. It is merely intended to assist in providing flow across the filter without having to do so. The mask provides no overall respiratory support compared to the situation where the user does not wear a mask.

本システムにおいて、圧力測定を行う代わりに、ファンの速度監視も使用される。ファンの速度を測定するために、追加のセンサを必要としないように、ファン自体が使用されてよい。前記チャンバは、通常の使用時には閉じられるので、チャンバ内の圧力変動は、ファンの負荷条件に影響を及ぼし、故にファンの電気的特性を変更させる。同様に、ファンの電気的特性は、チャンバの性質、例えばチャンバの容積、及びチャンバが開いた又は閉じた容積であるかどうかを決定する。 In this system, instead of taking pressure measurements, fan speed monitoring is also used. To measure the speed of the fan, the fan itself may be used so that no additional sensor is required. Since the chamber is closed during normal use, pressure fluctuations within the chamber affect the load conditions of the fan and thus change the electrical characteristics of the fan. Similarly, the electrical characteristics of the fan determine the nature of the chamber, such as the volume of the chamber and whether it is an open or closed volume.

第1の値は例えば、サンプリングウィンドウ中のファンの回転速度の最大スイングに基づく。このスイングは、圧力変動の程度を表し、故に、それは呼吸の深さに関連する。第2の値は例えば、ファンの回転速度における、連続する最大値と最小値との間の時間に基づく周波数である。この時間期間は、呼吸期間の半分に対応し、従って、この値から直接得られる周波数は、呼吸数(すなわち、周波数)の2倍に対応する。 The first value is based, for example, on the maximum swing in fan rotational speed during the sampling window. This swing represents the degree of pressure fluctuation and therefore it is related to the depth of breathing. The second value is, for example, a frequency based on the time between consecutive maximum and minimum values of the rotational speed of the fan. This time period corresponds to half the breathing period, so the frequency directly derived from this value corresponds to twice the breathing rate (ie, the frequency).

サンプリングウィンドウは、少なくとも1つの全呼吸サイクルを取り込むのに十分であるように選択され、例えば10呼吸/分の最低呼吸数で、1つの全呼吸サイクルを取り込むためには6秒である。 The sampling window is selected to be sufficient to capture at least one full breathing cycle, for example 6 seconds to capture one full breathing cycle, with a minimum breathing rate of 10 breaths/min.

フィルタは、空気チャンバとこの空気チャンバの外側の周辺環境との間の境界を直接形成する。これは、流れ運搬通路の必要性を回避するコンパクトな構成を提供する。これは、ユーザがフィルタを通して息を吸うことが可能であることを意味する。フィルタは、複数の層を持ってもよい。例えば、外側の層(例えば、布層)がマスクの本体を形成し、内側の層はより微細な汚染物質を除去するためでもよい。内側の層は、清掃又は交換のために取り外し可能でもよいが、空気が構造物を通ることが可能である、及びこの構造物がろ過機能を果たすという点で、両方の層が一緒にフィルタを構成すると考えられてもよい。 The filter directly forms a boundary between the air chamber and the surrounding environment outside this air chamber. This provides a compact configuration that avoids the need for flow carrying passages. This means that the user can breathe through the filter. A filter may have multiple layers. For example, an outer layer (eg, a fabric layer) may form the body of the mask, and an inner layer for removing finer contaminants. The inner layer may be removable for cleaning or replacement, but both layers filter together in that air can pass through the structure and this structure performs the filtration function. may be considered as configuring.

故に、フィルタは好ましくは、空気チャンバの外壁、及び任意選択で1つ以上の他のフィルタ層を備える。これは、マスクの本体がろ過機能を果たすので、特にコンパクトな構成を提供し、より大きなフィルタ領域を可能にする。従って、ユーザが息を吸うとき、周囲空気がフィルタを通じてユーザに直接供給される。 The filter therefore preferably comprises an outer wall of the air chamber and optionally one or more other filter layers. This provides a particularly compact construction and allows for a larger filter area, since the body of the mask performs the filtering function. Thus, when the user inhales, ambient air is supplied directly to the user through the filter.

排気用のファンの場合、圧力は、(周囲圧力と比較して)正又は負であり、例えば、ファンがオフである場合、吸気により引き起こされる負圧及び呼気により引き起こされる正圧が存在する。排気用のファンがオンである場合、ファンの速度及び呼吸特性に依存して、呼吸中に負圧又は正圧が可能である。呼吸をしていない間は負圧が生じる。 For exhaust fans, the pressure can be positive or negative (compared to ambient pressure), eg, when the fan is off, there is a negative pressure caused by inhalation and a positive pressure caused by exhalation. When the exhaust fan is on, negative or positive pressure is possible during breathing, depending on fan speed and breathing characteristics. Negative pressure occurs when you are not breathing.

ファンが空気チャンバ内の圧力(例えば、吸入中に空気チャンバに入る流れ)の増大を提供するためのものである場合、例えば、ユーザの吸入を補助するために、わずかに増大した圧力を提供することだけが必要とされる。 If the fan is intended to provide an increase in the pressure within the air chamber (e.g. the flow entering the air chamber during inhalation), it may provide a slightly increased pressure, e.g. to assist the user's inhalation. That is all that is required.

如何なる場合も、使用中の空気チャンバ内の最大圧力は、例えば4cmHO未満、例えば2cmHO未満、例えば1cmHO未満であり、空気チャンバの外側の圧力よりも高い。 In any case, the maximum pressure within the air chamber during use is, for example less than 4 cm H 2 O, such as less than 2 cm H 2 O, such as less than 1 cm H 2 O, and is higher than the pressure outside the air chamber.

マスクは、空気チャンバの外側の周囲湿度レベルを測定するための湿度センサをさらに含んでもよく、制御器は、その湿度レベルにさらに依存してファンの速度を設定するように構成される。従って、外部の周囲温度及び湿度の両方が考慮される。これは、環境条件の決定に関する精度の増大を提供する。 The mask may further include a humidity sensor for measuring an ambient humidity level outside the air chamber, and the controller is configured to set the fan speed in further dependence on the humidity level. Therefore, both external ambient temperature and humidity are taken into account. This provides increased accuracy with respect to determining environmental conditions.

例えば、制御器は、周囲温度及び周囲湿度レベルから、
快適性の尺度に関連する熱指数の値を得る
ように構成される。
For example, the controller may determine from the ambient temperature and ambient humidity level,
The apparatus is configured to obtain a thermal index value related to a measure of comfort.

この熱指数の値は、一般的な周囲の環境条件を代表するものであり、これらの特定の条件において予想されるユーザの快適性を考慮してファンの速度が設定されるように使用される。 This thermal index value is representative of typical ambient environmental conditions and is used to ensure fan speeds are set to account for expected user comfort in these specific conditions. .

熱指数の値は、周囲温度、周囲湿度レベル並びに周囲温度及び/又は周囲湿度レベルの1つ以上の累乗からなる多項式関数を有する。例えば、それは、周囲温度、周囲温度の二乗、周囲湿度レベル及び周囲湿度レベルの二乗の関数を含むことができる。 The value of the thermal index has a polynomial function consisting of ambient temperature, ambient humidity level, and one or more powers of ambient temperature and/or ambient humidity level. For example, it can include a function of ambient temperature, ambient temperature squared, ambient humidity level, and ambient humidity level squared.

制御器は、
現在のファンの回転速度、並びに第1及び第2の値から、ファンの速度を上げる、ファンの速度を下げる又はファンの速度を同じに保つ命令を生成する
ように構成される。
The controller is
From the current fan rotational speed and the first and second values, the fan is configured to generate instructions to increase the fan speed, decrease the fan speed, or keep the fan speed the same.

従って、呼吸の深さ及び呼吸数は、現在のファンの速度を考慮して、ファンの速度の変更が必要であるかどうかを制御するために使用される。 Therefore, the breathing depth and breathing rate are used to control whether a change in fan speed is necessary, taking into account the current fan speed.

制御器は、周囲温度及び周囲湿度レベルから、
ファンの速度を上げるべき又は下げるべき量を決定する
ように構成される。
From the ambient temperature and ambient humidity level, the controller
The fan is configured to determine an amount to increase or decrease the speed of the fan.

従って、前記環境条件は、ファンの速度調整が必要な量を決定する。 Accordingly, the environmental conditions determine the amount by which fan speed adjustment is required.

制御器は、ファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、マスクが着用されていないことを決定し、マスクが着用されていないことが決定される場合、ファンをオフにするように構成される。 The controller is configured to determine from the rotational speed of the fan or a change in the rotational speed of the fan that the mask is not being worn, and to turn off the fan if it is determined that the mask is not being worn. Ru.

マスクが着用されているかどうかを検出するために、ファンの回転信号が解析される。これは、(呼吸が検出されるときの)呼吸の深さを示す第1の値、及び呼吸が検出されるときの)呼吸数を示す第2の値の両方を考慮している。 The fan rotation signal is analyzed to detect whether a mask is being worn. This takes into account both a first value indicating the depth of breathing (when a breath is detected) and a second value indicating the rate of breathing (when a breath is detected).

マスクが着用されているかどうかを決定することにより、マスクのデザインは、マスクが着用されてないとき、如何なる追加のセンサも必要とせずに、電力を節約することを可能にする。特に、マスクの圧力差が検出されない場合、これは、両側が大気圧であり、マスクが装着されていないことを示す。実際には、閉じられた又は一部が閉じられたチャンバもはや存在してないので、空気チャンバは、大気に開いている。マスクが装着されていないことが検出される場合、ファンがオフされる。 By determining whether the mask is being worn, the mask design allows power to be saved when the mask is not being worn, without the need for any additional sensors. In particular, if no pressure difference across the mask is detected, this indicates that both sides are at atmospheric pressure and the mask is not being worn. In reality, there is no longer a closed or partially closed chamber, so the air chamber is open to the atmosphere. If a mask is detected not being worn, the fan is turned off.

ファンは電子整流ブラシレスモータにより駆動し、回転速度を決定するための手段は、モータの内部センサから構成される。その代わりに、前記回転速度を決定するための手段が、ファンを駆動させるモータへの電気供給上のリップルを検出するための回路から構成される。 The fan is driven by an electronically commutated brushless motor and the means for determining the rotational speed consists of an internal sensor in the motor. Instead, the means for determining the rotational speed consist of a circuit for detecting ripples on the electrical supply to the motor driving the fan.

内部センサは、モータの回転を可能にするための上記モータに既に設けられている。モータは、内部センサの出力が供給される出力ポートを有してもよい。従って、回転速度を決定するのに適した信号を搬送するポートがある。その代わりに、モータのコイルを流れる電流を切り替えることにより生じるリップルが検出され、これは、入力電圧源の有限インピーダンスの結果として、供給電圧に誘起される変化を引き起こす。 Internal sensors are already provided in the motor to enable rotation of the motor. The motor may have an output port to which the output of the internal sensor is supplied. There is therefore a port carrying a signal suitable for determining the rotational speed. Instead, the ripple caused by switching the current through the motor's coils is detected, which causes an induced change in the supply voltage as a result of the finite impedance of the input voltage source.

前記ファンが2線式のファンであり、リップルを検出する回路は、ハイパスフィルタを有する。適切なファンの速度の出力をまだ持っていないモータに必要とされる追加回路が、最小限に抑えることができる。 The fan is a two-wire fan, and the ripple detection circuit includes a high-pass filter. Additional circuitry required for motors that do not already have adequate fan speed output can be minimized.

制御器は、
ファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、呼吸サイクルを決定する、並びに
呼吸サイクルの相に依存して出口弁を制御し、及び/又は吸入時間中にファンをオフにする
ように構成される。
The controller is
configured to determine the breathing cycle from the rotational speed of the fan or a change in the rotational speed of the fan, and to control the outlet valve depending on the phase of the breathing cycle and/or to turn off the fan during the inhalation time. Ru.

従って、回転の監視は、吸入相を決定するための簡単な方法を提供し、この方法は、マスクの通気弁のタイミングを制御する、又はマスクが着用されているかどうか、及び故に使用中であるかどうかを決定するために使用される。 Monitoring the rotation thus provides a simple method to determine the inhalation phase, and this method can be used to control the timing of the mask's vent valve, or whether the mask is being worn and therefore in use. used to determine whether

制御器は、吸入時間中、ファンをオフにするように構成されてもよい。これは、電力を節約するために使用される。吸入中にファンを停止することは、そのように構成される場合、電力を節約するので、フィルタを介した呼吸が困難ではないユーザにとって望ましい。 The controller may be configured to turn off the fan during the inhalation period. This is used to save power. Turning off the fan during inhalation, when so configured, saves power and is therefore desirable for users who do not have difficulty breathing through the filter.

ファンは、空気チャンバの内部から外に空気を吸い出すためだけのものでもよい。このように、ファンは、呼気中であっても、同時に新鮮なろ過された空気を空気チャンバに供給することを促進することができ、これはユーザの快適さを向上させる。この場合、新鮮な空気が常に顔に供給されるように、空気チャンバ内の圧力は、外圧(大気圧)よりも低くてよい。 The fan may only be used to draw air from inside the air chamber to the outside. In this way, the fan can facilitate supplying fresh filtered air to the air chamber at the same time, even during exhalation, which improves user comfort. In this case, the pressure in the air chamber may be lower than the external pressure (atmospheric pressure) so that fresh air is always supplied to the face.

出口弁は、受動的な圧力調整逆止弁又は能動的に駆動する電気的制御可能な弁を有する。これは、マスクをより快適にするために使用される。吸入中、弁を(能動的又は受動的に)閉じることにより、ろ過されていない空気が吸い込まれることが防止される。呼気中、弁は、吐き出された空気が放出されるように開かれる。 The outlet valve comprises a passive pressure regulating check valve or an actively actuated electrically controllable valve. This is used to make the mask more comfortable. During inhalation, closing the valve (actively or passively) prevents unfiltered air from being inhaled. During exhalation, the valve is opened so that exhaled air is released.

本発明は、汚染用マスクを制御する非治療方法も提供し、汚染用マスクは、患者に治療を施すためのマスクではなく、前記方法は、
空気チャンバと前記空気チャンバの外側の周囲環境との間の境界を形成するファンを用いて、前記マスクの空気チャンバ内にガスを吸い込む及び/又は前記空気チャンバからガスを吸い出すステップ、
前記ファンの回転速度を決定するステップ、
前記決定されるファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、
呼吸の深さに関連する第1の値及び呼吸の速度に関連する第2の値を得るするステップ、
前記空気チャンバの外側の周囲温度を測定するステップ、並びに
前記第1の値、前記第2の値及び前記周囲温度に依存して、ファンの速度を設定するステップであり、前記ファンの速度は、複数のゼロではないファンの速度の選択される1つに設定される、ステップ
を有する。
The present invention also provides a non-therapeutic method of controlling a contamination mask, where the contamination mask is not a mask for administering treatment to a patient, and the method comprises:
drawing gas into and/or drawing gas out of the air chamber of the mask using a fan forming a boundary between the air chamber and the ambient environment outside the air chamber;
determining a rotational speed of the fan;
From the determined fan rotation speed or a change in the fan rotation speed,
obtaining a first value related to the depth of breathing and a second value related to the rate of breathing;
measuring an ambient temperature outside the air chamber; and depending on the first value, the second value and the ambient temperature, setting a fan speed, the fan speed comprising: having a step set to a selected one of a plurality of non-zero fan speeds.

前記方法は、前記空気チャンバの外側の周囲湿度レベルを測定するステップをさらに含み、及び前記ファンの速度を設定するステップはさらに、湿度レベルに依存している。熱指数の値は、温度及び湿度の測定値から得られ、これは快適性の尺度に関連する。 The method further includes measuring an ambient humidity level outside the air chamber, and setting the fan speed is further dependent on the humidity level. Thermal index values are obtained from temperature and humidity measurements, which are related to comfort measures.

前記方法は、
前記現在のファンの回転速度及び第1の値から、ファンの速度を上げる、ファンの速度を下げる又はファンの速度を同じに保つ命令を生成するステップ、並びに
前記周囲温度及び周囲湿度レベルから、ファンの速度が上げられる又は下げられるべき量を決定するステップ
を有する。
The method includes:
generating an instruction to increase fan speed, decrease fan speed, or keep fan speed the same from the current fan rotational speed and the first value; and from the ambient temperature and ambient humidity level, determining the amount by which the speed of the method should be increased or decreased.

本発明の例は、添付の図面を参照して詳細に説明される。
図1は、フェイスマスクの一部として実施される圧力監視システムを示す。 図2は、圧力監視システムの構成要素の一例を示す。 図3は、組み合わされた温度及び湿度センサの例を示す。 図4Aは、吸気中及び呼気中の回転信号を示す。 図4Bは、ファンの回転速度がどのように経時的に変化するかを示す。 図5は、ブラシレスDCモータの固定子の1つを流れる電流を制御するための回路を示す。 図6は、熱指数の尺度を説明するために使用される図である。 図7は、マスクの操作方法を示す。
Examples of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a pressure monitoring system implemented as part of a face mask. FIG. 2 shows an example of the components of a pressure monitoring system. FIG. 3 shows an example of a combined temperature and humidity sensor. FIG. 4A shows rotation signals during inspiration and expiration. FIG. 4B shows how the rotational speed of the fan changes over time. FIG. 5 shows a circuit for controlling the current flowing through one of the stators of a brushless DC motor. FIG. 6 is a diagram used to explain the thermal index scale. FIG. 7 shows how the mask is operated.

本発明は、図面を参照して説明される。 The invention will be explained with reference to the drawings.

詳細な説明及び特定の例は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示しているが、単に例示を目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことを理解されたい。本発明の装置、システム及び方法のこれら並びに他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲及び添付の図面からより良く理解される。図面は単に概略的なものであり、一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。同じ又は類似の部分を示すために、同じ参照番号が図面全体にわたり使用されることも理解されたい。 The detailed description and specific examples, while indicating exemplary embodiments of apparatus, systems and methods, are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention. I hope you understand that. These and other features, aspects, and advantages of the devices, systems, and methods of the present invention will be better understood from the following description, appended claims, and accompanying drawings. It is to be understood that the drawings are only schematic and are not drawn to scale. It is also to be understood that the same reference numbers are used throughout the drawings to indicate the same or similar parts.

本発明は、駆動ファンを有する汚染用マスクを提供し、このマスクにおいて、ファンの回転速度、並びに外部温度及び任意選択で湿度レベルも監視される。ファンの回転速度又はファンの回転速度の変化は、呼吸の深さに関連する第1の値、及び呼吸の速度に関連する第2の値を得るために使用される。これらは、周囲温度及び任意選択で周囲湿度レベルと組み合わせて使用され、ファンの速度を設定する。従って、ファンの速度は、ユーザの呼吸特性及び周囲環境条件を考慮して設定される。 The present invention provides a contamination mask with a driven fan, in which the rotational speed of the fan as well as the external temperature and optionally the humidity level are also monitored. The rotational speed of the fan or a change in the rotational speed of the fan is used to obtain a first value related to the depth of breathing and a second value related to the rate of breathing. These are used in combination with ambient temperature and optionally ambient humidity level to set the fan speed. Therefore, the fan speed is set taking into account the user's breathing characteristics and ambient environmental conditions.

図1は、自動的なファンの速度制御を備えるフェイスマスクを示す。 FIG. 1 shows a face mask with automatic fan speed control.

被験者の鼻及び口を覆うフェイスマスク12を着用している被験者10が示される。マスクの目的は、空気が被験者に吸い込まれる前に、その空気をろ過することである。この目的のために、マスク本体自体がエアフィルタ16として作用する。吸入により、空気は、マスクにより形成される空気チャンバ18に吸い込まれる。吸入中、例えば逆止弁のような出口弁22は、空気チャンバ18内の低圧により閉じられる。 A subject 10 is shown wearing a face mask 12 that covers the subject's nose and mouth. The purpose of the mask is to filter the air before it is breathed into the subject. For this purpose, the mask body itself acts as an air filter 16. Upon inhalation, air is drawn into the air chamber 18 formed by the mask. During inhalation, the outlet valve 22, such as a check valve, is closed by the low pressure in the air chamber 18.

検出装置24は、少なくとも周囲温度、好ましくは、空気チャンバ18の外側の周囲温度及び湿度(例えば、相対湿度又は絶対湿度)の両方を測定するために設けられる。 The sensing device 24 is provided to measure at least the ambient temperature, preferably both the ambient temperature and the humidity (eg, relative or absolute humidity) outside the air chamber 18.

フィルタ16は、マスクの本体だけで形成されてもよいし、或いは複数の層があってもよい。例えば、マスク本体は、プレフィルタとして機能する多孔質織物材料から形成される外部カバーを有してもよい。この外部カバーの内側には、より微細なフィルタ層が外部カバーに可逆的に取り付けられている。次いで、より微細なフィルタ層は、清掃及び交換のために取り外されてよいのに対し、外部カバーは、例えば拭き取ることにより清掃されてもよい。外部カバーがろ過機能も果たす、例えば、大きな破片(例えば、泥)からより微細なフィルタを保護する一方、より微細なフィルタは、微細な粒子状物質のろ過を行う。3つ以上の層があってもよい。複数の層が一緒になってマスクの全体的なフィルタとして機能する。 The filter 16 may be formed by only the main body of the mask, or there may be multiple layers. For example, the mask body may have an outer cover formed from a porous textile material that acts as a pre-filter. Inside this outer cover, a finer filter layer is reversibly attached to the outer cover. The finer filter layer may then be removed for cleaning and replacement, while the outer cover may be cleaned, for example by wiping. The outer cover also performs a filtration function, for example protecting the finer filter from large debris (e.g. mud), while the finer filter filters fine particulate matter. There may be more than two layers. The multiple layers together act as the overall filter of the mask.

被験者が息を吐き出すとき、空気は、出口弁22を通り排出される。この弁は、容易な呼気を可能にするために開かれるが、吸入中は閉じられる。ファン20は、出口弁22を介した空気の排除を補助する。好ましくは、さらなる空気が顔に供給されるように、呼気よりも多くの空気が排除される。これは、相対湿度を下げる及び冷却を行うので、快適性が向上する。吸入中、弁を閉じることにより、ろ過されていない空気が吸い込まれることが防止される。従って、出口弁22のタイミングは、被験者の呼吸サイクルに依存する。出口弁は、フィルタ16の圧力差によって作動される単純な受動逆止弁でもよい。しかしながら、出口弁は代わりに、電子制御弁でもよい。 When the subject exhales, air is expelled through the outlet valve 22. This valve is opened to allow easy exhalation, but closed during inhalation. Fan 20 assists in removing air through outlet valve 22. Preferably, more air is expelled than exhaled air so that additional air is supplied to the face. This reduces relative humidity and provides cooling, thereby increasing comfort. During inhalation, closing the valve prevents unfiltered air from being inhaled. The timing of the outlet valve 22 is therefore dependent on the subject's breathing cycle. The outlet valve may be a simple passive check valve actuated by a pressure differential across the filter 16. However, the outlet valve may alternatively be an electronically controlled valve.

マスクが着用され、ユーザが呼吸している場合、チャンバ内の圧力が変化する。特に、チャンバは、ユーザの顔により閉じられる。マスクを着用したときの閉じられたチャンバ内の圧力も、被験者の呼吸サイクルの関数として変化する。被験者が息を吐くとき、わずかに圧力が上昇し、被験者が息を吸うとき、わずかに圧力が低下する。 When the mask is worn and the user is breathing, the pressure within the chamber changes. In particular, the chamber is closed by the user's face. The pressure within the closed chamber when wearing the mask also changes as a function of the subject's breathing cycle. When the subject exhales, the pressure increases slightly, and when the subject inhales, the pressure decreases slightly.

ファンが一定の駆動レベル(すなわち電圧)で駆動する場合、ファンに異なる圧力降下が存在するので、異なる優勢圧力(prevailing pressure)は、それ自体がファンへの異なる負荷として現れる。このとき、この変化した負荷は、異なるファンの速度をもたらす。従って、ファンの回転速度は、ファンの圧力の測定の代理として使用されてもよい。 If the fan is driven at a constant drive level (ie, voltage), different prevailing pressures will themselves appear as different loads on the fan because there will be different pressure drops across the fan. This changed load then results in different fan speeds. Therefore, fan rotation speed may be used as a proxy for measuring fan pressure.

ファンの一方の側における既知の圧力(例えば、大気圧)に対し、圧力の監視は、ファンの他方の側における圧力又は少なくとも圧力の変化の決定を可能にする。この他方の側は、例えば大気圧とは異なる圧力を持つ閉じられたチャンバである。 For a known pressure (eg, atmospheric pressure) on one side of the fan, monitoring the pressure allows determination of the pressure, or at least a change in pressure, on the other side of the fan. This other side is a closed chamber with a pressure different from atmospheric pressure, for example.

ファンの回転速度の監視に基づいて検出される圧力の変動は、ユーザの呼吸に関する情報を取得するために使用されてよい。特に、第1の値は、呼吸の深さを表し、第2の値は、呼吸の速度を表す。本発明によれば、第1及び第2の値、並びに周囲温度及び周囲湿度レベルは、ファンの速度を設定するのに使用される。その上、ファンの両側において等しい圧力(又は第1及び第2の値に関連する他の条件)を検出することにより、チャンバは閉じられてなく、両側は大気圧に繋がっていると決定することも可能である。 The pressure fluctuations detected based on monitoring the rotational speed of the fan may be used to obtain information regarding the user's breathing. In particular, the first value represents the depth of respiration and the second value represents the rate of respiration. According to the invention, the first and second values, as well as the ambient temperature and ambient humidity level, are used to set the speed of the fan. Moreover, by detecting equal pressure (or other conditions related to the first and second values) on both sides of the fan, it can be determined that the chamber is not closed and both sides are connected to atmospheric pressure. is also possible.

これは、しきい値を下回るファンの速度の変動となる。従って、この状況は、マスクが着用されていない、故に使用されていないと決定するのに使用される。この情報は、電力を節約するためにファンのスイッチを切るのに使用することができる。 This results in a variation in fan speed below the threshold. Therefore, this situation is used to determine that the mask is not being worn and therefore not being used. This information can be used to switch off the fan to save power.

回転速度を決定するための手段が、ファンのモータからの既に存在する出力信号を有してもよいし、又は別個の簡単な検出回路が、ファンの追加の部分として設けられてもよい。しかしながら、何れの場合も、ファン自体が使用されるため、追加のセンサは必要ない。 The means for determining the rotational speed may comprise an already existing output signal from the fan's motor, or a separate simple detection circuit may be provided as an additional part of the fan. However, in both cases no additional sensors are needed as the fan itself is used.

図2は、システムの構成要素の一例を示す。図1と同じ構成要素は、同じ参照番号が付される。検出装置は、別個の温度センサ24a及び湿度センサ24bとして示される。 FIG. 2 shows an example of the components of the system. Components that are the same as in FIG. 1 are given the same reference numerals. The sensing devices are shown as separate temperature and humidity sensors 24a and 24b.

図1に示される構成要素に加え、図2は、制御器30、ローカルバッテリ32及びファンの回転速度を決定するための手段36を示す。 In addition to the components shown in FIG. 1, FIG. 2 shows a controller 30, a local battery 32, and means 36 for determining the rotational speed of the fan.

ファン20は、ファンブレード20a及びファンモータ20bを有する。1つの例において、ファンモータ20bは、電子整流ブラシレスモータであり、回転速度を決定するための手段は、前記モータの内部センサを有する。電子整流ブラシレスDCのファンは、回転子の位置を測定し、この回転子が回転するようにコイルを流れる電流を切り替える内部センサを有する。従って、内部センサは、モータの速度のフィードバック制御を可能にするために、このようなモータに既に設けられている。 Fan 20 has fan blades 20a and fan motor 20b. In one example, fan motor 20b is an electronically commutated brushless motor and the means for determining rotational speed comprises an internal sensor of said motor. Electronically commutated brushless DC fans have internal sensors that measure the position of the rotor and switch the current through the coils so that the rotor rotates. Internal sensors are therefore already provided in such motors to enable feedback control of the speed of the motor.

モータは、内部センサの出力34が供給される出力ポートを持つことができる。故に、回転速度を決定するのに適した信号を搬送するポートがある。 The motor may have an output port to which the output 34 of the internal sensor is supplied. There is therefore a port carrying a signal suitable for determining the rotational speed.

その代わりに、回転速度を決定するための手段が、モータ20bへの電力供給上のリップルを検出するための回路36から構成されてよい。このリップルは、モータのコイルを流れる電流を切り替えることにより生じ、これはバッテリ32の有限インピーダンスの結果として、供給電圧に誘起される変化を引き起こす。前記回路36は、例えばファンが回転する周波数帯域にある信号だけが処理されるようにハイパスフィルタを有する。これは、極めて単純な追加の回路を提供し、従来の圧力センサよりはるかに低コストである。 Alternatively, the means for determining the rotational speed may consist of a circuit 36 for detecting ripples on the power supply to the motor 20b. This ripple is caused by switching the current through the motor coils, which causes an induced change in the supply voltage as a result of the finite impedance of the battery 32. The circuit 36 includes, for example, a high-pass filter so that only signals in the frequency band in which the fan rotates are processed. This provides very simple additional circuitry and is much lower cost than traditional pressure sensors.

これは、モータが、組み込まれたセンサの出力端子を持たない2線式のファンを含む、
如何なるデザインとすることができることを意味する。ブラシ付きのDCモータでも動作する。
This includes a two-wire fan whose motor does not have an integrated sensor output terminal.
This means that it can be of any design. It also works with a brushed DC motor.

出口弁22が電子的に切り換えられる弁である場合、呼吸サイクルのタイミング情報が、呼吸サイクルの相に依存して出口弁22を制御するのに使用されてよい。従って、ファンの速度を監視することは、吸入相を決定する簡単な方法を提供し、吸入相は次いで、マスクの出口弁22のタイミングを制御するのに使用することができる。 If the outlet valve 22 is an electronically switched valve, breathing cycle timing information may be used to control the outlet valve 22 depending on the phase of the breathing cycle. Therefore, monitoring the fan speed provides a simple method to determine the inhalation phase, which can then be used to control the timing of the mask outlet valve 22.

出口弁を制御することに加え、制御器は、吸入時間又は呼気時間の間、ファンをオフにすることができる。これは、マスクに異なる動作モードを与え、これを使用して電力を節約することができる。 In addition to controlling the outlet valve, the controller can turn off the fan during inhalation or exhalation times. This gives the mask different modes of operation, which can be used to save power.

所定の駆動レベル(つまり電圧)にとって、ファンブレードへの負荷が軽減されるため、ファンの圧力が低くなりファンの速度が上がる。これは、流れの増加を生じさせる。従って、ファンの速度と圧力差との間には反比例の関係がある。 For a given drive level (or voltage), the load on the fan blades is reduced, resulting in lower fan pressure and higher fan speed. This causes an increase in flow. Therefore, there is an inverse relationship between fan speed and pressure differential.

この反比例の関係は、較正処理中に得られてもよいし又はファンの製造業者により提供されてもよい。較正処理は、例えば被験者が正常な呼吸で定期的に吸気及び呼気するように指示される期間にわたり、ファンの速度情報を解析することを含む。次いで、取り込まれたファンの速度情報が呼吸サイクルに適合され、それにより、吸気と呼気とを区別するためのしきい値が設定される。 This inverse relationship may be obtained during a calibration process or provided by the fan manufacturer. The calibration process includes, for example, analyzing fan speed information over a period in which the subject is instructed to inhale and exhale regularly with normal breathing. The captured fan speed information is then matched to the breathing cycle, thereby setting a threshold for distinguishing between inspiration and expiration.

図3は、ファン、逆止弁及び検出装置24を組み入れたモジュールの1つの可能なデザインを示す。このモジュールは、一方の側にバッテリ32及び検出装置24を担持するプリント回路基板34を有し、ファン20及び弁22が他方の側に取り付けられている。上面側の上には、カバー36が設けられる。検出装置は、マスクの外側を向く。 FIG. 3 shows one possible design of a module incorporating a fan, check valve and detection device 24. This module has a printed circuit board 34 carrying a battery 32 and a sensing device 24 on one side, and a fan 20 and valve 22 mounted on the other side. A cover 36 is provided on the upper surface side. The detection device faces outward from the mask.

図4Aは、(測定されるセンサ電圧として)時間に対する回転子の位置を概略的に示す。 FIG. 4A schematically shows the rotor position versus time (as measured sensor voltage).

回転速度は、ファンへの直流(DC)電圧の(モータにおける切り替え事象により生じる)交流(AC)成分の周波数から測定される。このAC成分は、電源のインピーダンスに課される、ファンが消費する電流の変動に由来する。 The rotational speed is measured from the frequency of the alternating current (AC) component (caused by switching events in the motor) of the direct current (DC) voltage to the fan. This AC component results from variations in the current drawn by the fan imposed on the impedance of the power supply.

図4Aは、吸入中の信号をプロット40として及び呼気中の信号をプロット42として示す。圧力勾配の増大によるファンへの負荷の増大により引き起こされる呼気中の周波数の減少がある。従って、観測される周波数の変化は、呼吸サイクル中の異なるファンの性能に起因する。 FIG. 4A shows the signal during inhalation as plot 40 and the signal during exhalation as plot 42. There is a decrease in frequency during exhalation caused by the increased load on the fan due to the increased pressure gradient. Therefore, the observed frequency changes are due to different fan performance during the breathing cycle.

図4Bは、時間に対するファンの回転速度をプロットすることにより、経時的な周波数の変動を示す。連続する最大値と最小値との間に、ファンの回転速度の最大差Δfanがあり、これは呼吸の深さと相関する。これは、ファンの回転信号から得られる第1の値である。これらの時点の間の時間は、第2の値、例えばこの時間期間に対応する周波数(この場合、呼吸数の2倍)を得るために使用される。 FIG. 4B shows the variation in frequency over time by plotting the rotational speed of the fan versus time. Between successive maximum and minimum values, there is a maximum difference in fan rotational speed Δfan, which correlates with the depth of breathing. This is the first value obtained from the fan rotation signal. The time between these points in time is used to obtain a second value, for example the frequency corresponding to this time period (in this case twice the respiratory rate).

第1の値は、未処理のファンの回転信号から得られてもよいし、又は最初に平滑化が行われてよいことも留意すべきである。従って、処理されていないリアルタイムの速度又は処理される速度に基づいて、最大スイングを計算するための少なくとも2つの異なる方法がある。実際には、リアルタイムの信号に加えられるノイズ又は他の変動が存在する。リアルタイムの信号を処理して、平滑化される信号から第1の値を計算するために、平滑化アルゴリズムが使用されてよい。 It should also be noted that the first value may be obtained from the raw fan rotation signal or a smoothing may be performed first. Therefore, there are at least two different ways to calculate maximum swing based on unprocessed real-time velocity or processed velocity. In reality, there is noise or other fluctuations that add to the real-time signal. A smoothing algorithm may be used to process the real-time signal and calculate a first value from the smoothed signal.

呼気中、ファンの動作は、顔とマスクとの間にある領域から空気を押し出させる。これは、呼気が容易になるので、快適性が向上する。それは、顔への追加の空気を吸い込むこともでき、それは温度及び相対湿度を低下させる。吸気と呼気との間において、ファンの動作は、顔とマスクとの間にある空間に新鮮な空気が吸い込まれ、それにより前記空間を冷却するので、快適性を向上させる。 During exhalation, the operation of the fan forces air out of the area between the face and the mask. This improves comfort as exhalation becomes easier. It can also draw additional air into the face, which reduces temperature and relative humidity. During inspiration and exhalation, operation of the fan improves comfort as fresh air is drawn into the space between the face and the mask, thereby cooling said space.

吸入中、出口弁は(能動的又は受動的の何れかにより)閉じられ、節電のために、ファンのスイッチがオフにされる。これは、呼吸サイクルの検出に基づく動作モードを提供する。 During inhalation, the outlet valve is closed (either actively or passively) and the fan is switched off to save power. This provides a mode of operation based on detection of breathing cycles.

呼吸サイクルの一部の間、ファンがオフにされ、故に圧力情報を与えない場合、吸気相及び呼気相の正確なタイミングは、以前の呼吸サイクルから推測される。 If the fan is turned off during part of the breathing cycle and therefore does not provide pressure information, the exact timing of the inspiratory and expiratory phases is inferred from previous breathing cycles.

ファンの補助による呼気のために、出口弁が再び開く直前に電源が復旧される必要がある。これは、次の吸気ー呼気サイクルが適切な時間に維持され、十分な圧力及び流量を利用可能にすることも確実にする。 For fan-assisted exhalation, power needs to be restored just before the outlet valve reopens. This also ensures that the next inspiratory-expiratory cycle is maintained at the appropriate time and that sufficient pressure and flow are available.

約30%の省電力は、この手法を用いて簡単に達成可能であり、バッテリ寿命の延長となる。その代わりに、有効性を高めるために、ファンへの電力を30%だけ増大させることも可能である。 Power savings of approximately 30% are easily achievable using this approach, resulting in extended battery life. Alternatively, the power to the fan could be increased by 30% to increase effectiveness.

異なるファン及び弁の構成を用いる場合、ファンの回転速度の測定が、向上した快適性を達成するための制御を可能にする。 When using different fan and valve configurations, measurement of fan rotational speed allows control to achieve improved comfort.

フィルタがファンと直列にあるファンの構成において、圧力の監視は、特に、ファン及びフィルタの両端の圧力降下に基づいて、フィルタの流れ抵抗を測定するのに使用される。これは、マスクがある時間期間、顔に乗ってないとき、スイッチをオンにすることができる。この抵抗は、フィルタの古さの代理として使用することができる。 In fan configurations where the filter is in series with the fan, pressure monitoring is specifically used to measure the flow resistance of the filter based on the pressure drop across the fan and filter. This can be switched on when the mask is not on the face for a certain period of time. This resistance can be used as a proxy for filter age.

上述したように、電子整流ブラシレスDCモータを使用するファンは、回転子の位置を測定し、回転子が回転するようにコイルを流れる電流を切り替える内部センサを有する。 As mentioned above, fans that use electronically commutated brushless DC motors have internal sensors that measure the position of the rotor and switch the current through the coils so that the rotor rotates.

図5は、DC供給のVDD、GNDからモータの固定子のコイル50に交流電圧を生成するためのインバータとして機能するHブリッジ回路を示す。インバータは、コイル50の両端に交流電圧を発生させるための一組のスイッチS1~S4を有する。これらスイッチは、回転子の位置に依存する信号により制御され、これらの回転子の位置信号が、ファンの回転を監視するのに使用されてよい。 FIG. 5 shows an H-bridge circuit functioning as an inverter to generate an alternating voltage from the DC supply VDD, GND to the motor stator coil 50. The inverter has a set of switches S1-S4 for generating an alternating voltage across the coil 50. These switches are controlled by signals that depend on rotor position, and these rotor position signals may be used to monitor rotation of the fan.

上述したように、システムは、好ましくは周囲温度及び湿度の両方を測定する。これら2つの測定値が組み合わされて、例えば熱指数(Heat Index)として知られる尺度のような快適性レベルの尺度を提供する。図6は、温度(℃)に対する相対湿度(%RH)の図表を示す。異なる熱指数の値を示すために、異なる領域は、異なって陰影が付けられる。 As mentioned above, the system preferably measures both ambient temperature and humidity. These two measurements are combined to provide a measure of comfort level, such as a measure known as the Heat Index. Figure 6 shows a diagram of relative humidity (%RH) versus temperature (°C). Different regions are shaded differently to indicate different heat index values.

熱指数は、周囲温度(T)、周囲温度の二乗(T)、周囲湿度レベル(rh)及び周囲湿度レベルの二乗(rh)の関数である。一例は、
Indexheat=-42.379+(2.04901523×T)+(10.14333127×rh)-(0.22475541×T×rh)-(6.83783×10-3×T)-(5.481717×10-2×rh)+(1.22874×10-3×T×rh)+(8.5282×10-4×T×rh)-(1.99×10-6×T×rh
である。
The thermal index is a function of ambient temperature (T), ambient temperature squared (T 2 ), ambient humidity level (rh), and ambient humidity level squared (rh 2 ). An example is
Index heat = -42.379 + (2.04901523 x T) + (10.14333127 x rh) - (0.22475541 x T x rh) - (6.83783 x 10 -3 x T 2 ) - (5.481717 ×10 -2 ×rh 2 ) + (1.22874 × 10 -3 ×T 2 ×rh) + (8.5282 × 10 -4 ×T × rh 2 ) - (1.99 × 10 -6 ×T 2 × rh2 )
It is.

熱指数は、異なる温度及び相対湿度の条件下での快適性の程度の尺度を与える。例えば、29未満は、不快感なしと分類され、29~34.5までは、許容可能であると分類され、34.5~39までは、多少の不快感があると分類され、39~45までは、かなり不快感があると分類され、45~54までは、危険であると分類され、54より上は、差し迫った熱中症に対応する。従って、指数の値が高いほど、不快に感じている。熱指数は、T>10℃の場合に利用可能である。T<10℃の場合、他の冷却パラメータが考慮されるべきである。 The thermal index gives a measure of the degree of comfort under conditions of different temperature and relative humidity. For example, less than 29 is classified as no discomfort, 29 to 34.5 is classified as acceptable, 34.5 to 39 is classified as having some discomfort, and 39 to 45 is classified as having some discomfort. A rating of 45 to 54 is classified as very uncomfortable, a rating of 45 to 54 is classified as dangerous, and a rating above 54 corresponds to imminent heat stroke. Therefore, the higher the index value, the more uncomfortable the person feels. A thermal index is available if T>10°C. If T<10°C, other cooling parameters should be considered.

制御器は、以下の表1を使用して最初のファンの回転速度を設定する。

Figure 0007402870000001
The controller sets the initial fan rotation speed using Table 1 below.
Figure 0007402870000001

T>10℃であるとき、最初のファンの回転速度は、熱指数の増加と共に増大する。T<10℃である間、相対的に低いファンの回転が提供される。この低いファンの回転が、ユーザが寒すぎると感じないことを確実にする。 When T>10° C., the initial fan rotation speed increases with increasing thermal index. Relatively low fan rotation is provided while T<10°C. This low fan rotation ensures that the user does not feel too cold.

表にある回転速度は、もちろん単なる例である。 The rotational speeds given in the table are of course only examples.

ファンの回転信号は、リアルタイムで得られ、呼吸の深さを表す第1の値、及び呼吸数を表す第2の値が連続して監視される。安静時の成人の正常な呼吸数は、12~18bpm(呼吸/分)であり、人々が活動、例えばランニング、早歩き又は自転車を乗ることを行うとき、それは増大する。 The fan rotation signal is obtained in real time, and a first value representing the depth of respiration and a second value representing the respiration rate are continuously monitored. The normal breathing rate for adults at rest is 12-18 bpm (breaths per minute), and it increases when people engage in activities such as running, walking briskly or biking.

サンプリングウィンドウは、少なくとも1呼吸サイクルを含むべきであり、そうしなければ、呼吸数が取得され得ない。 The sampling window should include at least one respiratory cycle, otherwise no respiratory rate can be obtained.

呼吸の深さを表す第1の値は、図4Bに示されるように、(少なくとも1回の呼吸、例えば5秒の)サンプリングウィンドウ内で取り込まれた回転速度の最大スイング
Δfan=Fan(max)-Fan(min)
に基づいている。
The first value representing the depth of breathing is the maximum swing in rotational speed captured within a sampling window (of at least one breath, e.g. 5 seconds), as shown in Figure 4B: Δfan=Fan(max) -Fan (min)
Based on.

呼吸数を表す第2の値は、これらの最大値及び最小値に対するタイミングの差に対応する周波数
f=1/|tFan(max)-tFan(min)
により与えられる。
The second value representing the respiration rate is the frequency f=1/|t Fan(max) −t Fan(min) | corresponding to the timing difference for these maximum and minimum values.
is given by

従って、第2の値は、ファンの回転速度における連続する最大値と最小値との間の時間に基づく周波数である。再び、第2の値は、未処理のファンの回転信号から得られてもよいし、又は最初に平滑化が行われてもよい。 The second value is therefore the frequency based on the time between successive maximum and minimum values in the rotational speed of the fan. Again, the second value may be obtained from the raw fan rotation signal, or a smoothing may be performed first.

呼吸数は、0.5fと定義されてもよい。fを計算するためのもう1つの方法は、下降(上昇)から上昇(下降)までの変曲点を特定することである。 The respiratory rate may be defined as 0.5f. Another way to calculate f is to identify the inflection point from a drop (rise) to a rise (fall).

ファンの回転速度をリアルタイムで調整するために、一例は、以下に示されるようなルックアップテーブル2を利用する。 To adjust the rotation speed of the fan in real time, one example utilizes a lookup table 2 as shown below.

ルックアップテーブルには、以下の4つのサブテーブルがある。各サブテーブルは、呼吸数の異なる範囲(すなわち、第2の値に対する異なる範囲)に対するものであり、各サブテーブルは、呼吸の深さ(すなわち、第1の値Δfan)の変更によってファンの速度がどのように変える必要があるのかを示す。
The lookup table has the following four subtables. Each sub-table is for a different range of breathing rates (i.e., a different range for a second value), and each sub-table is for a different range of breathing rates (i.e., a different range for a second value), and each sub-table is for a different range of breathing rates (i.e., a different range for a second value), and each sub-table is for varying the fan speed by changing the breathing depth (i.e., the first value Δfan). shows how things need to change.

各サブテーブルにおいて、"-"は、ファンの速度が現在のレベルでの実施を保つことを意味し、"Fan+、Fan-、Fan++及びFan--"は、ファンの速度をどのように変更するかを示している。 In each sub-table, "-" means that the fan speed will keep running at the current level, "Fan+, Fan-, Fan++ and Fan--" will change how the fan speed is changed. It shows that.

ファンの速度に対する所望の変化は、("-"により示されるように、それが所望の値に向きをとる)ファンの速度の現在のレベル、呼吸数(呼吸/分)、及び呼吸の深さΔfanに依存することが分かる。 The desired change to the fan speed depends on the current level of the fan speed (as indicated by the "-", it points towards the desired value), the breathing rate (breaths/min), and the breathing depth. It can be seen that it depends on Δfan.

Fan+、Fan-、Fan++及びFan--の意味は、以下の表3によって明らかにされる。

Figure 0007402870000006
The meaning of Fan+, Fan-, Fan++ and Fan-- is clarified by Table 3 below.
Figure 0007402870000006

値nは、上記の表にあるファンの速度設定1~5の間のように、ファンの速度における段階的変化が行われる回数を表す。 The value n represents the number of times a step change in fan speed is made, such as between fan speed settings 1-5 in the table above.

例えば、現在のファンのレベルがレベル1である及びn=3である場合(例えばこのシナリオでは、"Fan+"AND熱指数>45)、ファンはレベル4(1+3)に変更されるべきである。 For example, if the current fan level is level 1 and n=3 (eg, in this scenario, "Fan+" AND heat index > 45), the fan should be changed to level 4 (1+3).

最初のファンの速度を決定するために、ユーザによりファンがオンにされるとき、必ずしも最低速度からとは限らず、適切な最初のファンの速度が必要とされる。熱指数は、異なる環境条件下におけるユーザの快適性レベルを概ね反映できるので、熱指数は、上に示されるように最初の速度を設定するのに使用される。 To determine the initial fan speed, the appropriate initial fan speed is required, not necessarily from the lowest speed when the fan is turned on by the user. Since the thermal index can approximately reflect the user's comfort level under different environmental conditions, the thermal index is used to set the initial speed as shown above.

ファンの速度をリアルタイムで適応させるとき、呼吸数及び呼吸量は、ユーザの活動に伴って変化する。例えば、12bpmの呼吸数及び0.5Lの一回換気量で普通に座ることは、ファンのレベルが~5500rpm(上記表2参照)である場合、おそらくは350rpm未満のファンの速度変化(Δfan)が生じる。活動が増加する、例えば座ることから歩行になる(例えば、20bpm、1Lの体積)場合、Δfanは、350rpmより上に増大し、これは、ファンレベルの増大を必要とする。熱指数は、ファンがどのレベルに変更されるべきかを決定するのを助けるために使用される。 When adapting the fan speed in real time, the breathing rate and volume changes with the user's activity. For example, sitting normally with a breathing rate of 12 bpm and a tidal volume of 0.5 L will probably result in a fan speed change (Δfan) of less than 350 rpm if the fan level is ~5500 rpm (see Table 2 above). arise. If the activity increases, for example from sitting to walking (eg, 20 bpm, 1 L volume), Δfan increases above 350 rpm, which requires an increase in fan level. Thermal index is used to help determine what level the fan should be changed to.

上の表は、単なる1つの詳細な実施を提供するだけであり、当然、異なるファンのデザイン等に対し、異なるバージョンが可能である。 The above table only provides one detailed implementation, and of course different versions are possible for different fan designs, etc.

マスクは、(図1に示されるように)鼻及び口だけを覆うためのものでもよいし、又はフルフェイスマスクでもよい。マスクは、周囲の空気をろ過するためのものである。 The mask may be intended to cover only the nose and mouth (as shown in Figure 1), or it may be a full face mask. Masks are meant to filter the air around you.

上述したマスクのデザインは、フィルタ材料により形成されるメインの空気チャンバを持ち、ユーザは、これを介して空気を吸い込む。 The mask design described above has a main air chamber formed by a filter material through which the user breathes air.

別のマスクのデザインは、上述したように、ファンと直列なフィルタを有する。この場合、ファンは、ユーザがフィルタを通して空気を吸い込むのを助け、故に、ユーザの呼吸努力を減らす。出口弁は、吐き出された空気を排出することを可能にし、入口弁は、吸気口に設けられてもよい。 Another mask design has a filter in series with the fan, as described above. In this case, the fan helps the user to draw air through the filter, thus reducing the user's breathing effort. An outlet valve allows exhaled air to be discharged, and an inlet valve may be provided at the intake port.

入口弁及び/又は出口弁を制御するために、呼吸により引き起こされる圧力変動を検出する本発明が再び利用されてもよい。この例におけるファンは、ユーザが直列のフィルタを通して空気を吸い込むことを補助するために、吸入中にオンにする必要があるが、出口弁が開いている呼気中は、オフにすることがある。従って、得られた圧力情報は、ファンの動作が必要ないとき、電力を節約するようにファンを制御するのに再び使用されてもよい。マスクが装着されているかどうかの検出が実施されてもよい。 The invention of detecting pressure fluctuations caused by breathing may again be used to control the inlet and/or outlet valves. The fan in this example needs to be turned on during inhalation to assist the user in drawing air through the filter in series, but may be turned off during exhalation when the outlet valve is open. Thus, the obtained pressure information may be used again to control the fan to conserve power when fan operation is not required. Detection of whether a mask is worn may be performed.

本発明は、ファンの補助による吸気又は呼気、及びフィルタ膜により形成される空気チャンバ又は封止される気密空気チャンバを用いて、多くの異なるマスクのデザインに利用されてもよいことが分かる。 It will be appreciated that the invention may be utilized in many different mask designs, with fan-assisted inhalation or exhalation, and air chambers formed by filter membranes or sealed airtight air chambers.

故に、上述したような1つの選択肢は、例えば排気弁が開いているとき、空気チャンバの内側から外側に空気を引き出すためだけのファンの使用である。このような場合、呼気中にきれいなろ過された空気のマスク容積内への正味の流れが存在するように、マスク容積内の圧力がファンによって外部の大気圧より下に維持されてもよい。従って、低い圧力は、呼気中はファンによって、吸気中(ファンがオフにされるとき)にはユーザによって引き起こされてもよい。 One option, as mentioned above, is therefore the use of a fan only to draw air from inside the air chamber to the outside, for example when the exhaust valve is open. In such cases, the pressure within the mask volume may be maintained below external atmospheric pressure by the fan so that there is a net flow of clean, filtered air into the mask volume during exhalation. Thus, the lower pressure may be caused by the fan during exhalation and by the user during inspiration (when the fan is turned off).

代替オプションは、周囲から空気チャンバ内に空気を吸い込むためだけのファンの使用である。このような場合、ファンは、空気チャンバ内の圧力を増大させるように動作するが、使用中の空気チャンバ内の最高圧力は、特に高圧で補助される呼吸を目的としていないので、空気チャンバの外側の圧力よりも高い4cmHO以下のままである。従って、低電力のファンが使用されてもよい。 An alternative option is the use of a fan only to draw air into the air chamber from the surroundings. In such cases, the fan operates to increase the pressure within the air chamber, but the highest pressure within the air chamber during use is outside the air chamber, since it is not specifically intended for high-pressure assisted breathing. The pressure remains below 4 cm H 2 O. Therefore, low power fans may be used.

全ての場合において、空気チャンバ内の圧力は好ましくは、2cmHO以下、1cmHO以下又は0.5cmHO以下のままであり、外部の大気圧より上である。従って、汚染用マスクは、持続的気道陽圧を提供する際に使用するためのものではなく、患者に治療を施すためのマスクではない。 In all cases, the pressure within the air chamber preferably remains below 2 cm H 2 O, below 1 cm H 2 O or below 0.5 cm H 2 O, and above the external atmospheric pressure. Therefore, a contamination mask is not intended for use in providing continuous positive airway pressure and is not a mask for administering therapy to a patient.

マスクは低電力の動作が特に興味深いので、バッテリで動作することが好ましい。 Since the mask is particularly interesting for low power operation, it is preferably battery operated.

上の例において、呼吸の深さに関連する第1の値は、サンプリングウィンドウ中のファンの回転速度の最大スイングに基づいて得られる。ファンの回転速度の他の解析が使用されてもよい。例えば、平均のファンの速度からの正の最大偏差又は平均のファンの速度からの負の最大偏差が使用されてもよい。ファンの速度のスイングは、サンプリングウィンドウ内の何れか1つの呼吸サイクルの最大値でもよいし、又は全サンプリングウィンドウにわたり観測された最低のファンの速度と最高のファンの速度との間の差でもよい。第1の値が得られる前に、例えば平均又は移動平均のような他の統計的尺度が最初に得られてもよい。例えば、くしゃみ又は咳のような事象を除外するために、極値がフィルタ除去されてもよい。 In the above example, the first value related to the depth of breathing is obtained based on the maximum swing of the rotational speed of the fan during the sampling window. Other analyzes of fan rotational speed may be used. For example, a maximum positive deviation from the average fan speed or a maximum negative deviation from the average fan speed may be used. The fan speed swing may be the maximum value of any one breathing cycle within the sampling window, or may be the difference between the lowest and highest fan speed observed over the entire sampling window. . Before the first value is obtained, other statistical measures may be obtained first, such as, for example, an average or a moving average. For example, extreme values may be filtered out to exclude events such as sneezing or coughing.

従って、第1の値を得るための異なる方法が存在し、上述したよりも複雑な信号処理が実行されてもよい。しかしながら、一般に、ファンの回転速度の変動の振幅と呼吸の深さとの間には相関関係がある。 Therefore, there may be different ways to obtain the first value and more complex signal processing than described above may be performed. However, there is generally a correlation between the amplitude of variations in fan rotational speed and the depth of breathing.

上の例において、呼吸数に関連する第2の値は、ファンの回転速度の連続する最大値と最小値との間の時間に基づいて得られる。ファンの回転速度の他の解析が使用されてもよい。例えば、時間は、(最小値の時間を使用しない)連続する最大値の間、又は(最大値の時間を使用しない)連続する最小値の間でもよい。時間ウィンドウにわたり平均化をしてもよく、例えば、上述したようにくしゃみ又は咳のような事象を除外するために、他の処理が行われてもよい。従って、呼吸数を決定するために、再び例えば平均又は移動平均のような、さらに複雑な信号処理が実行されてもよい。 In the above example, the second value related to the respiration rate is obtained based on the time between successive maximum and minimum values of the rotational speed of the fan. Other analyzes of fan rotational speed may be used. For example, the time may be between consecutive maximum values (without using the minimum time) or between consecutive minimum values (without using the maximum time). Averaging may be performed over a time window, and other processing may be performed, for example to exclude events such as sneezes or coughs as described above. Therefore, more complex signal processing may be performed, again for example averaging or moving averages, to determine the respiratory rate.

従って、第2の値を得るための異なる方法が存在する。しかしながら、一般に、ファンの回転速度の変動間のタイミングと呼吸数との間には相関関係がある。 Therefore, there are different ways to obtain the second value. However, there is generally a correlation between the timing between variations in fan rotational speed and breathing rate.

ファンの速度は、複数の可能なファンの速度値を用いて制御される。従って、ファンの速度は、動作しているファンの速度とゼロ(オフ)のファンの速度との間で制御されるだけではない。3、4、5又はそれ以上の別個のファンの速度設定があってもよい。上の例は、5つのファンの速度設定を有するが、5つより多くてもよい。 Fan speed is controlled using multiple possible fan speed values. Thus, the fan speed is not only controlled between an operating fan speed and a zero (off) fan speed. There may be three, four, five or more separate fan speed settings. The example above has five fan speed settings, but there may be more than five.

従って、ファンの速度は、複数のゼロではないファンの速度の選択された1つに設定される。マスクは、ファンをこれらのファンの速度の何れか1つに駆動させる能力を有する。上述したように、ファンが設定され得る離散するファンの速度の組があってもよいし、又はある範囲内にある連続するファンの速度があってもよく、このとき、アルゴリズムが、その可能な範囲内における如何なる所望のファンの速度を選択してよい。 Accordingly, the fan speed is set to a selected one of a plurality of non-zero fan speeds. The mask has the ability to drive the fan to any one of these fan speeds. As mentioned above, there may be a set of discrete fan speeds that the fan can be set to, or there may be a range of continuous fan speeds, where the algorithm determines the possible Any desired fan speed within the range may be selected.

図7は、マスクの操作方法を示す。 FIG. 7 shows how the mask is operated.

この方法は、
ステップ70において、ファンを使用してマスクの空気チャンバ内にガスを吸い込む及び/又は空気チャンバからガスを吸い出すステップ、
ステップ72において、ファンの回転速度を決定するステップ、
ステップ74において、決定されるファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、呼吸の深さに関連する第1の値及び呼吸数に関連する第2の値を得るステップ、
ステップ76において、空気チャンバの外側の周囲温度及び空気チャンバの外側の周囲湿度レベルを測定するステップ、並びに
ステップ78において、第1の値、第2の値、周囲温度及び周囲湿度レベルに依存してファンの速度を設定するステップ
を有する。
This method is
in step 70, using a fan to draw gas into and/or draw gas out of the air chamber of the mask;
In step 72, determining the rotational speed of the fan;
in step 74, obtaining a first value related to breathing depth and a second value related to breathing rate from the determined fan rotational speed or change in fan rotational speed;
in step 76, measuring an ambient temperature outside the air chamber and an ambient humidity level outside the air chamber; and in step 78, depending on the first value, the second value, the ambient temperature and the ambient humidity level. The step includes setting the speed of the fan.

この方法は、第1の値又は第1の値及び第2の値に基づいて、ステップ80において、マスクが装着されていないと決定するステップ、及び次いで、ファンをオフにするステップを有する。 The method includes determining in step 80 that the mask is not worn, based on the first value or the first value and the second value, and then turning off the fan.

上述したように、実施形態は、必要とされる様々な機能を実行するために、ソフトウェア及び/又はハードウェアと共に、多数の方法で実施される制御器を利用する。処理器は、必要とされる機能を実行するために、ソフトウェア(例えば、マイクロコード)を用いてプログラムされる1つ以上のマイクロプロセッサを用いる制御器の一例である。しかしながら、制御器は、処理器を用いて又は用いずに実施されてもよいし、幾つかの機能を行うための専用のハードウェアと、他の機能を行うための処理器(例えば1つ以上のプログラムされるマイクロプロセッサ及び関連する回路)との組み合わせとして実施されてもよい。 As mentioned above, embodiments utilize controllers implemented in a number of ways, along with software and/or hardware, to perform the various functions required. A processor is an example of a controller that uses one or more microprocessors that are programmed using software (eg, microcode) to perform the required functions. However, a controller may be implemented with or without a processor, or with dedicated hardware to perform some functions and a processor (e.g. one or more processors) to perform other functions. (a programmed microprocessor and associated circuitry).

本開示の様々な実施形態に用いられる制御器の構成要素の例は、限定ではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)を含む。 Examples of controller components used in various embodiments of the present disclosure include, but are not limited to, conventional microprocessors, application specific integrated circuits (ASICs), and field programmable gate arrays (FPGAs).

様々な実施において、処理器又は制御器は、例えばRAM、PROM、EPROM及びEEPROMである揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリのような1つ以上の記憶媒体に関連付けられてもよい。この記憶媒体は、1つ以上の処理器及び/又は制御器上で実行されるとき、必要とされる機能を行う1つ以上のプログラムで符号化されてもよい。様々な記憶媒体は、処理器及び/又は制御器内に取り付けられてもよいし、或いは記憶媒体に記憶される1つ以上のプログラムが処理器又は制御器に読み込まれるように、搬送可能でもよい。 In various implementations, a processor or controller may be associated with one or more storage media, such as volatile and nonvolatile computer memory, such as RAM, PROM, EPROM, and EEPROM. The storage medium may be encoded with one or more programs that, when executed on one or more processors and/or controllers, perform the required functions. Various storage media may be mounted within the processor and/or controller, or may be transportable such that one or more programs stored on the storage media are loaded into the processor or controller. .

開示される実施例に対する他の変形例は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、本発明を実施する際に当業者により理解及び実施され得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、要素が複数あることを述べなくても、その要素が複数あることを排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。請求項における如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。 Other variations to the disclosed embodiments can be understood and implemented by those skilled in the art in practicing the invention from a consideration of the drawings, this disclosure, and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and does not exclude the presence of a plurality of an element, even if it does not state that there is a plurality of the element. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage. Any reference signs in the claims shall not be construed as limiting the scope.

Claims (15)

空気チャンバ、
前記空気チャンバと前記空気チャンバの外側の周囲環境との間の境界を形成するフィルタ、
前記空気チャンバの外側から前記空気チャンバ内に空気を吸い込む、及び/又は前記空気チャンバの内側から前記空気チャンバ外に空気を吸い出すためのファン、
前記ファンの回転速度を決定するための手段、
前記空気チャンバの外側の周囲温度を測定するための温度センサ、並びに
制御器
を有する汚染用マスクにおいて、前記制御器は、
前記決定されるファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、呼吸の深さに関連する第1の値及び呼吸数に関連する第2の値を得る、並びに
前記第1の値、前記第2の値及び前記周囲温度に依存して、ファンの速度を設定する
ように構成され、前記ファンの速度は、複数のゼロではないファンの速度の選択された1つに設定され、異なる環境温度条件下、及び前記汚染マスクのユーザの異なる活動レベルに対し、異なる空気流が提供される、汚染用マスク。
air chamber,
a filter forming a boundary between the air chamber and the ambient environment outside the air chamber;
a fan for sucking air into the air chamber from outside the air chamber and/or sucking air out of the air chamber from the inside of the air chamber;
means for determining the rotational speed of the fan;
a temperature sensor for measuring ambient temperature outside the air chamber, and a contamination mask having a controller, the controller comprising:
obtaining from the determined fan rotational speed or a change in the fan rotational speed a first value related to breathing depth and a second value related to breathing rate; 2 and the ambient temperature, the fan speed is set to a selected one of a plurality of non-zero fan speeds, and the fan speed is set to a selected one of a plurality of non-zero fan speeds at different ambient temperatures. A pollution mask, wherein different airflows are provided for conditions and different activity levels of the user of the pollution mask.
前記第1の値は、サンプリングウィンドウ中のファンの回転速度の最大スイングに基づいている、請求項1に記載のマスク。 2. The mask of claim 1, wherein the first value is based on a maximum swing in fan rotational speed during a sampling window. 前記第2の値は、前記ファンの回転速度の連続する最大値と最小値との間の時間に基づく周波数である、請求項1又は2に記載のマスク。 The mask according to claim 1 or 2, wherein the second value is a frequency based on the time between consecutive maximum and minimum rotational speeds of the fan. 前記空気チャンバの外側の周囲湿度レベルを測定するための湿度センサをさらに有し、前記制御器は、前記湿度レベルにさらに依存して、ファンの速度を設定するように構成される、請求項1乃至3の何れか一項に記載のマスク。 Claim 1, further comprising a humidity sensor for measuring an ambient humidity level outside the air chamber, and wherein the controller is configured to set a fan speed further depending on the humidity level. The mask according to any one of items 3 to 3. 前記制御器は、前記周囲温度及び前記周囲湿度レベルから、快適性の尺度に関連する熱指数の値を得るように構成される、請求項4に記載のマスク。 5. The mask of claim 4, wherein the controller is configured to obtain a thermal index value related to a measure of comfort from the ambient temperature and the ambient humidity level. 前記熱指数の値は、前記周囲温度、前記周囲湿度レベル、並びに前記周囲温度及び/又は前記周囲湿度レベルの1つ以上の累乗からなる多項式関数を有する、請求項5に記載のマスク。 6. The mask of claim 5, wherein the thermal index value has a polynomial function consisting of the ambient temperature, the ambient humidity level, and one or more powers of the ambient temperature and/or the ambient humidity level. 前記制御器は、
現在のファンの回転速度並びに前記第1及び第2の値から、前記ファンの速度を上げる、前記ファンの速度を下げる又は前記ファンの速度を同じに保つ命令を生成する
ように構成される、請求項4乃至6の何れか一項に記載のマスク。
The controller is
configured to generate an instruction to increase the fan speed, decrease the fan speed, or keep the fan speed the same from the current fan rotational speed and the first and second values. The mask according to any one of items 4 to 6.
前記制御器は、
前記周囲温度及び前記周囲湿度レベルから、前記ファンの速度が上げられる又は下げられるべき量を決定する
ように構成される、請求項7に記載のマスク。
The controller is
8. The mask of claim 7, configured to determine from the ambient temperature and the ambient humidity level the amount by which the fan speed should be increased or decreased.
前記制御器は、
前記ファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、前記マスクが着用されていないことを決定し、前記マスクが着用されていないことが決定される場合、前記ファンをオフにする
ように構成される、請求項1乃至8の何れか一項に記載のマスク。
The controller is
configured to determine from the rotational speed of the fan or a change in the rotational speed of the fan that the mask is not being worn, and to turn off the fan if it is determined that the mask is not being worn; The mask according to any one of claims 1 to 8.
前記ファンは、電子整流ブラシレスモータにより駆動し、前記回転速度を決定するための手段は、前記モータの内部センサから構成される、又は
前記回転速度を決定するための手段は、前記ファンを駆動させるモータへの電気供給上のリップルを検出するための回路から構成される、
請求項1乃至9の何れか一項に記載のマスク。
The fan is driven by an electronically commutated brushless motor, and the means for determining the rotational speed comprises an internal sensor of the motor, or the means for determining the rotational speed drives the fan. Consists of a circuit for detecting ripples on the electrical supply to the motor,
A mask according to any one of claims 1 to 9.
前記制御器は、
前記ファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、呼吸サイクルを決定する、並びに
前記呼吸サイクルの相に依存して出口弁を制御し、及び/又は吸入時間中、前記ファンをオフにする
ように構成される、請求項1乃至10の何れか一項に記載のマスク。
The controller is
determining a breathing cycle from the rotational speed of the fan or a change in the rotational speed of the fan, and controlling an outlet valve depending on the phase of the breathing cycle and/or turning off the fan during the inhalation period; The mask according to any one of claims 1 to 10, configured to.
汚染用マスクを制御する非治療方法であって、前記汚染用マスクは、患者に治療を施すためのマスクではなく、前記方法は、
空気チャンバと前記空気チャンバの外側の周囲環境との間の境界を形成するファンを用いて、前記マスクの前記空気チャンバ内にガスを吸い込む及び/又は前記空気チャンバからガスを吸い出すステップ、
前記ファンの回転速度を決定するステップ、
前記決定されるファンの回転速度又はファンの回転速度の変化から、呼吸の深さに関連する第1の値及び呼吸数に関連する第2の値を得るステップ、
前記空気チャンバの外側の周囲温度を測定するステップ、並びに
前記第1の値、前記第2の値及び前記周囲温度に依存して、ファンの速度を設定するステップ
を有し、前記ファンの速度は、複数のゼロではないファンの速度の1つに設定され、異なる環境温度条件下、及び前記汚染マスクのユーザの異なる活動レベルに対し、異なる空気流が提供される、汚染用マスクを制御する非治療方法。
A non-therapeutic method of controlling a contamination mask, wherein the contamination mask is not a mask for administering treatment to a patient, the method comprising:
drawing gas into and/or drawing gas out of the air chamber of the mask using a fan forming a boundary between the air chamber and the ambient environment outside the air chamber;
determining a rotational speed of the fan;
obtaining a first value related to breathing depth and a second value related to breathing rate from the determined fan rotational speed or change in fan rotational speed;
measuring an ambient temperature outside the air chamber; and depending on the first value, the second value and the ambient temperature, setting a fan speed, the fan speed being , a contamination mask configured to one of a plurality of non-zero fan speeds, wherein different airflows are provided for different environmental temperature conditions and for different activity levels of a user of the contamination mask; Non-therapeutic methods.
前記空気チャンバの外側の周囲湿度レベルを測定するステップを有し、前記ファンの速度を設定するステップは、前記湿度レベルにさらに依存している、請求項12に記載の方法。 13. The method of claim 12, comprising measuring an ambient humidity level outside the air chamber, and setting the fan speed further dependent on the humidity level. 前記周囲温度及び前記周囲湿度レベルから、快適性の尺度に関連する熱指数の値を得るステップ、を有する、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, comprising the step of obtaining a thermal index value related to a measure of comfort from the ambient temperature and the ambient humidity level. 現在のファンの回転速度及び前記第1の値から、前記ファンの速度を上げる、前記ファンの速度を下げる又は前記ファンの速度を同じに保つ命令を生成するステップ、
前記周囲温度及び前記周囲湿度レベルから、前記ファンの速度が上げられる又は下げられるべき量を決定するステップ
を有する、請求項13又は14に記載の方法。
generating an instruction to increase the fan speed, decrease the fan speed, or keep the fan speed the same from the current fan rotation speed and the first value;
15. A method according to claim 13 or 14, comprising determining from the ambient temperature and the ambient humidity level the amount by which the speed of the fan should be increased or decreased.
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