(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動空気呼吸補助具の流量を複数の流量から選択される所望の流量に調整する方法であって、該補助具は、吸い込み側に位置しているフィルタ（５）を有し、ブラシレス直流モータ（２）によって駆動されるファン（３）を備え、
（ａ）前記モータ内で生成され、該モータの回転を示すパルス信号（ｐ）から該モータの実際の回転速度を直接測定するステップ、
（ｂ）前記モータの電力消費量によって決まる電流信号を生成するステップ、
（ｃ）前記モータの実際の回転速度と前記電流信号を、前記ファンの前記所望の流量における前記モータの実際の回転速度と電流信号との間の相関関係を示す記憶装置（１４）に記憶された予め設定された値と比較するステップ、
（ｄ）前記モータの実際の回転速度及び前記電流信号と、前記ファンの所望の流量のために求められる対応する予め決められた値との間の偏差を減じるためにモータに供給される電圧の量を変化させるステップ、及び
（ｅ）前記モータの実際の回転速度及び電流信号と、前記予め決められた値との間の偏差がなくなるまで、測定、生成、比較及び変化のステップを繰り返すステップ、
を有し、
前記記憶装置は、実際のモータ速度と予め決められた最小流量の電流信号との最小セットの値を記憶し、前記実際のモータ速度は対応する最小の実際のモータ速度の値を下回ることを防止する流量調整方法。
【請求項２】
複数の流量から選択される所望の流量に調整する電動空気呼吸補助具の流量制御装置であって、
（ａ）ブラシレス直流モータ（２）によって駆動され、吸い込み側に位置しているフィルタ（５）を有するファン（３）、
（ｂ）前記モータの電力消費を求めるために該モータに直列接続された抵抗（２６）を有する第１のセンサ、
（ｃ）前記モータ（２）の回転を示すパルス信号（ｐ）を生成することによって該モータの実際の速度を求めるために該モータに配置された第２のセンサ（３０）、
（ｄ）前記モータの電力消費を電流信号に変換し、前記ファン（３）の前記所望の流量における前記モータの実際の回転速度と電流信号との間の相関関係を示す予め設定された値を記憶する記憶装置（１４）を有する制御ユニットであって、前記モータの実際の回転速度と前記電流信号を前記対応する予め設定された値と比較し、偏差が生じたときは、前記モータの実際の回転速度及び前記電流信号と、前記対応する予め設定された値間の偏差がなくなるまで、前記モータに供給される電圧の量を変化させる制御ユニット（１２）、
を備え、
前記記憶装置は、実際のモータ速度と予め決められた最小流量の電流信号との最小セットの値を記憶し、前記実際のモータ速度は対応する最小の実際のモータ速度の値を下回ることを防止する電動空気呼吸補助具の流量制御装置。
【請求項３】
前記制御ユニット（１２）は、前記ファン（３）からの流量が予め決められた最低レベルより下に下がった場合を示す警告手段（４０、４２）を制御する、請求項１又は２に記載の方法又は装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の属する技術分野］
本発明は、電気モータによって駆動されるファンからの流量を制御することに関し、特に、ファンの吸い込み側に位置しているフィルタを有するファンから一定の流量を維持することに関する。
【０００２】
［従来の技術］
作業を行わなければならない人間を取り囲む煙または有毒気体の結果として健康に対して有害である環境の中で特定のタイプの作業を行うことが必要である場合がある。溶接作業がこのタイプの作業の一例である。健康に対する危険性なしにこうした作業が行われることが可能であるように、通気ユニットがすでに設計されている。この通気ユニットは、こうした作業を行う時に人間が着用する保護ヘルメットに新鮮な空気を送り込むために、電動ファンを使用する。この通気ユニットは、吸入されることになる空気から微粒子および／または不要な気体を濾過して取り除くために、例えばその電動ファンの吸い込み側に、フィルタを備えることが可能である。この通気ユニットは携帯可能でありかつ電池で駆動されることが可能である。
【０００３】
こうした通気ユニットを使用することが安全であり得るためには、新鮮な空気の流量が、例えば健康保護基準として設定されている特定のレベルよりも低く低下することがないように保証されることが可能でなければならない。このレベルは、通気ユニットの使用時間が長くなるのに応じてフィルタが次第に目詰まりしていく場合でさえ、維持されなければならない。さらに、通気ユニットを使用することが快適であるように、流量がドラフト（draughts）の形で不快を生じさせるような体積／力（power）ではないということと、通気ユニットが、何らかの手動の調整または維持を必要とせずに、例えば作業期間全体のような長期間にわたって使用されることが可能であるということが望ましい。電池駆動ユニットの場合には、特に、通気ユニットが電池電圧とは殆ど無関係に動作することが可能であるということが望ましい。
【０００４】
［発明が解決しようとする課題と課題を解決するための手段］
本発明は、設定された予め決められたレベルにおいて流量が一定に保たれることが可能である場合に、これらの要件と要望とが満たされることが可能であるということと、流量を調整するために既知の相関が使用できるということとに基づいている。各々のファンは、様々な圧力降下における速度と流量と空気出力との間の相関を表す固有のファン特性を有する。したがって、所望の流量が特定の圧力降下において得られることが可能であり、または、この流量は、速度および／または空気出力を調整することによって、圧力降下の変化によって一定に維持されることが可能である。さらに、各々のファンは、空気出力とシャフト動力（shaft power）との間の相関を与える特定の効率レベルを有する。この出力はナンバーローテーション（number rotation）とトルクとの積であり、各々の電気モータ毎に電力消費に対する特定の相関を有する。このことは、様々な圧力降下における特定の流量を各々が示す各々のファン／電気モータ組合せに関する１組のグラフと、様々な流量における特定の圧力降下を各々に示す１組のグラフとを描くことが可能である。電気モータにおける回転数と電力消費の両方を測定することによって実際の流量を求めることが可能であり、および、この実際の流量が所望の流量に一致しない場合には、例えばモータを駆動する電圧を変化させることによって実際の流量を調整することが可能である。
【０００５】
本発明の目的は、流量調整、すなわち、特に信頼性が高くかつ経済的である一定の流量の維持を行うことである。
本発明によって、この目的が、明確に規定された特徴を独立請求項に示す方法および構成によって達成される。
【０００６】
［発明の実施の形態］
本発明の一例を添付図面を参照してさらに詳細に説明する。
三相双極モータであることが好ましいブラシレス直流モータ（２）が、呼吸プロテクタとしても機能する溶接用の溶接ヘルメットのための携帯用通気ユニットの中のラジアルファン（３）に動力を供給する。微粒子フィルタおよび／またはガスフィルタであることが可能なフィルタ（５）が、ファン（３）の吸い込み側に配置されている。通気ユニットと溶接ヘルメットは、例えば既存の技術によって設計されることが可能であり、したがって、本明細書では詳細には説明しない。
【０００７】
電気モータ（２）が、電力制御装置（８）からケーブル（６）を経由して電力を供給される。一方、電力制御装置は、制御ユニット（１２）からケーブル（１０）を経由して給電され調整される。制御ユニット（１２）は、フィルタ（５）を介しまたは様々なフィルタ（５）を介した様々な圧力降下における予め決められた流量に関する特性曲線の形で電気モータについての回転値および電力消費値が中に記憶されている記憶手段（１４）を含む。
【０００８】
図２は、ファンモータ（２）の速度と電力消費との間の４つの異なる相関を示すグラフである。２つの曲線Ａ、Ｂが、それぞれに１６０リットル／分と２００リットル／分という一定の流量における、したがって吸い込み側での変動する制限における相関を示す。２つの他の曲線Ｃ、Ｄが、一定の制限と変動する流量とにおける相関を示す。曲線Ｃは、例えば、クリーンなフィルタを使用する場合の相関を示し、および、曲線Ｄは、部分的に目詰まりした同じフィルタまたはより厚いフィルタの場合の相関を示す。
【０００９】
通気ユニットは、溶接工がヘルメットに対する新鮮な空気の所望の流量を流量セレクタダイヤル（１８）によって設定することができる制御パネル（１６）を有する。この選択された流量に対応する信号（ｑ）がケーブル（２０）を経由して制御ユニット（１２）に送られる。制御ユニット（１２）は電池（２４）からケーブル（２２）を経由して供給電圧（Ｖ）を受け取る。
【００１０】
給電ケーブル（６）が、電気モータ（２）に直列に接続されている試験抵抗器（２６）を含む。抵抗器（２６）を介した電圧降下に対応する信号（ｅ）が、モータ（２）に接続されている抵抗器の末端で引き出され、ケーブル（２８）を経由して制御ユニット（１２）に供給される。この電圧降下はモータの電力消費に比例しており、および、制御ユニットは信号（ｅ）をディジタル電流信号（Ｉ）に変換する。モータ（２）はセンサ（３０）も有し、このセンサによって実際の速度が求められることが可能である。図に示してある例では、このセンサは、ロータの位置を検出するための１つまたは複数のホールセンサから成る。センサ（３０）によって送り出される位置信号（ｐ）がケーブル（３２）を経由して制御ユニット（１２）に供給される。モータ（２）における同心回転毎の位置表示の数を知ることによって、制御ユニット（１２）は位置信号（ｐ）をディジタル速度信号（ｎ）に変換することが可能である。制御ユニット（１２）を含む制御装置（３４）と電力制御装置（８）とが、モータ（２）内に完全にまたは部分的に取り付けられることが好ましい。
【００１１】
制御装置は次のように機能する。実際の作業を開始する前に、溶接工は、適切なフィルタ（５）、例えば曲線Ｃに対応するフィルタを通気ユニットの中に取り付ける。その次に、溶接工は、流量セレクタダイヤル（１８）を使用して溶接ヘルメットに対する新鮮な空気の所望の流量（例えば１６０リットル／分）を設定する。この流量を示す信号（ｑ）がケーブル（２０）を経由して制御ユニット（１２）に送られ、制御ユニット（１２）は記憶装置（１４）内の対応する曲線Ａを選択する。次に、制御ユニット（１２）は、ケーブル（２８）を経由して電圧信号（ｅ）から受け取られた電流値および速度値と、ケーブル（３２）を経由した位置信号（ｐ）とを、選択された曲線と比較する。これらの値の両方が曲線Ａ上の点において再び見い出される場合には、ファンが所望の流量の空気を供給している。しかし、これらの値の一方だけがその曲線上にあり、かつ、他方の値がその曲線から逸脱している場合には、ファンは多すぎるか少なすぎる空気流量を供給しており、制御ユニットは、比較によって、それがこれらのどちらであるかを判定することが可能である。例えば、電流値および速度値がそれぞれに１６０ｍＡと５３００ｒｐｍである場合には、この速度は、１６０ｍＡの場合に５２００ｒｐｍを示す曲線Ａを上回っているであろう。このことは、例えばフィルタが部分的に目詰まりしているという理由による小さすぎる流量を示す。そうではなく、モータからのこれらの値は曲線Ｄに相当するであろう。
【００１２】
したがって、モータ電力は、流量を増加させるために増大させられなければならず、このことは、制御ユニット（１２）が、電力制御装置（８）に対するケーブル（１０）において対応する信号を生じさせ、一方、このことがモータ（２）に対する供給ケーブル（６）における電圧を増大させる。電力消費が増大する。その次に、新たな電圧信号および位置信号（それぞれｅ、ｐ）から受け取られた新たな電流値および速度値が、選択された曲線Ａと比較され、その次に、これらの値の両方がその曲線上に位置するまで調整プロセスが繰り返される。このことは、約１８５ｍＡおよび５６００ｒｐｍにおける曲線Ａと曲線Ｄとの間の交差点で生じる。この調整はこの交差点の付近で生じ、および、流量は設定値においてほぼ一定不変に維持されるであろう。何らかの理由から溶接工が別の流量を得る（例えば、特定の期間中は２００リットル／分という増大した流量を得る）ことを望む場合には、その溶接工は流量セレクタダイヤル（１８）を所望の流量に設定しなければならず、この結果として、制御ユニット（１２）は、電力制御装置（８）を介して、対応する曲線（この場合には曲線Ｂ）を選択し、モータ（２）はファン（３）をこの流量に制御し、これを一定不変に維持する。
【００１３】
図２に示すように、これらの曲線の間の交差点は、低い速度と低い電力消費とにおいては不明確である。特に下方の曲線Ｃは絡みついており、これは、目詰まりしていない限りフィルタが低い圧力降下を示すからである。この場合には、モータはアイドリングしており、この時には電力消費はそのモータのアイドリング電流にほぼ一致し、フィルタの抵抗によって受ける影響の度合いはより小さい。制御作用が揺動の形とならないように、最低速度保護手段が制御ユニット内に含まれており、したがって、速度は、例えばアイドリング速度を大きく上回るように実験に基づいて設定されている特定のレベルよりも低い速度に降下することがない。図に示す例では、この速度は、例えば、１６０リットル／分の流量では４３００ｒｐｍ未満に低下することが許されず、２００リットル／分の流量では４９００ｒｐｍ未満に低下することが許されなかった。
【００１４】
モータ（２）の電力の調整は、電力損失効果を可能な限り低く維持するためにパルス技術を使用して行われ、この調整は電池駆動ユニットにおいて不可欠である。さらに、安全対策として、電池電圧が低すぎる場合には警報信号がある。この目的のために、制御ユニット（１２）は、入ってくる電池電圧Ｖを検出する。この電圧が予め決められた最小レベルよりも低く低下する場合には、制御ユニット（１２）はケーブル（３６）を経由して通気ユニット内の警報ユニット（３８）に警報信号Ｖｓを送る。警報信号は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態である警報ユニット（３８）内の警報灯（４０）を点灯させ、および、警報ブザー（４２）を起動して、通気ユニットが適切に機能し続けることが不可能であることを溶接工に気付かせる。
【００１５】
制御ユニットはさらに別の安全手段を有する。制御ユニット（１２）の記憶装置（１４）は、さらに、適用可能な保護基準に合致する最小流量を表す別の曲線も含む。一定間隔にまたは連続的に、制御ユニットは、モータ（２）の電力消費と速度とに関する実際の値をこの最小流量曲線と比較する。この比較が実際流量が小さすぎることを示す場合には、制御ユニット（１２）は、警報灯（４０）と警報ブザー（４２）とを起動するために警報ユニット（３８）に対して警報信号（ｑｓ）をケーブル（４４）を経由して送る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電動ファンのための調整装置を示すブロック図である。
【図２】  電気モータに関する回転／電力消費グラフである。
【符号の説明】
２…電気モータ
３…ラジアルファン
５…フィルタ
８…電力制御装置
１２…制御ユニット
１４…記憶手段
１６…制御パネル
１８…流量セレクタダイヤル
２６…試験抵抗器
３０…センサ
３４…制御装置
【図１】
0004874504.tif 000002
【図２】
0004874504.tif 000003