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ダイソーのUSBブロアー(500円)の分解と性能アップ

◆まえがき
ダイソーのUSBブロアー(500円)を買いました。ベランダの細かい部分の清掃などに便利かも、と思って買ったのですが、動かしてみると期待していたほどの風量の物ではありませんでした。

そんなことで、もっと風量を増やす手は無いか、分解して調べてみました。なお、ダイソーの商品名は「ブロアー」ですが、この記事では「ブロワ」と記すことにします。

ダイソーの500円USBブロワ
ダイソーとしては高額商品になります。ちなみに、最近じわじわと値上がりしている感があります。

【2021/5/21 追記】
記事に寄せられたコメントによると、ファンの回転方向が逆の物が出回っているそうです。ファンガード側から見て、中のファンが反時計方向 (CCW) に回るのが正しい回転です。なお、遠心ファンなので逆回転でも弱い風は出ますが、本来の性能とはほど遠いです。


◆分解
マキタカラーの方が欲しかったのですが、白しか残っていませんでした。

・吸入口
吸い込み口
吸入口には黒色のガードが付いていますが、爪で固定されているだけなのでこじれば外れます。

これを外しても風量はあまり変わらない感じでした。

・ブロワの内部
ブロワの内部
カタツムリ型の遠心ブロワです。

・モーターと配線
内部
USBコネクタから電源を取るようになっています。
1A近い電流が流れるのにもかかわらず使われている電線は細く、抵抗を測ると0.36Ωもありました。ここに1A流すと往復の電圧ドロップは0.72Vにもなる訳で、これではロスが大きすぎです。

なお、モーターの端子部にはコンデンサやインダクタ、バリスタ?などのノイズ対策部品が付けられているのは評価できます。

・モーターの型番
モーター
KRS140S-18085J-38V 5V とマーキングされているので、定格5Vのモーターのようです。

◆性能テスト
ブロワの性能を調べるには、流量/圧力カーブを測定すれば良いのですが、そんなことが出来る道具は持ってません。そこで簡単に出来る測定ということで、空気の吹き出しに伴い発生するスラスト(推力)を測ってみました。

・スラストの測定
スラスト測定
言葉はかっこいいですが、やってることは貧乏くさいです。

写真のようにキッチンスケールの上にブロアの噴出口を上向きにして固定し、ファンを廻した時の重量変化からスラストを測定しました。なお、このブロアにはノズルが添付されていますが、ブロア単体の性能を測りたかったので、ノズル無しで測定しています。あと、このキッチンスケールの最小目盛は0.5gなので、これより細かい変化は判りません。

・測定結果
USBモバイルバッテリー(出力max. 2.1A)から電源供給した時のスラストは 5.5g でした。
噴出孔の内径は11mmなので、この時の吐出圧力は5g/((3.14*1.1^2)/4)) = 5.79 g/㎠ ということになります。これらの値から空気の流量を計算出来ると思うのですが、その計算式が判りません。

・6Vで給電すると、スラストは7.5gまで増加
安定化電源を使って供給電圧を6Vまで上げると、スラストは7.5gまで増えました。この時のモーターの端子電圧は5.06V、電流は0.96Aでした。これがこのブロアの本来の性能だと思います。

◆チューニング
こういう空力機械を見ると、チューニングして性能を上げてみたくなります。そこで、やったのは、

1) 内壁の研磨
ブロアケーシングの内壁にある成形バリなどの凸凹をミニルーターで削り、表面を滑らかにしました。エンジンのポート研磨と同じですね(やったこと無いです)。

2) ローター羽根の先端形状修正
羽根の先端形状修正
風切り性能が良くなるように、ブレードの先端を薄く削りました。

3) ローターギャップの縮小
ファンケーシング
ローター羽根の側面とケーシングの隙間が大きくて循環流が発生しそうだったので、スペーサーを入れてギャップを詰めました。

4) モーター側吸気口を塞ぐ
モーター側吸気口
モーターの冷却用の通気口が開いているのですが、このパスの吸気抵抗が大きそうだったので、アルミ粘着テープを貼って塞ぎました。(最終的にはモーターの冷却を優先し、この対策は止めました)

◆チューニングの効果
以上のような対策を行った結果、USBコネクタからの供給電圧6Vの時のスラストは8.5gまで上がりました。

あとはモーターの寿命に悪影響があるのは覚悟で、供給電圧をもう少し上げる手があります。まあそれはそれは最後の手段として取っておくことにします。

◆電源まわりの改良

・配線の強化
配線付け替え
上の方で触れたように、USBケーブルの配線抵抗が高すぎるので、もっと抵抗の低いケーブルに交換しました。また、電源スイッチの配線も2回路並列に使うように変更し、出来るだけロスが少なくなるようにしました。ちなみに、オリジナルでは2回路あるスイッチの1回路だけ使う配線になっていました。

・ニッケル水素電池から電源供給
とりあえずまとめた
最終的には供給電圧をもう少し上げたいので、USBからの電源供給にこだわる必要はありません。18650のリチウム電池を使い、DCDCコンバーターで6Vくらいまで昇圧するのが良さそうです。

そうは言っても出力2Aクラスのコンバーターが必要なので、すぐには作れません。ということで、応急処置として上の写真のように、単三のニッケル水素電池4本直列から電源供給するようにしておきました。

◆まとめ
とりあえず簡単に出来ることはここまでです。この状態でしばらく使ってみて今後どうするか考えたいと思います。

こういう空力機械の改良は、回路いじりとは違った面白さがあります。もしキッチンスケールの分解能がもっと高ければ、より細かく改善効果の測定が可能だったと思います。工作用にもっと分解能の高いデジタル秤を買っておくのも良さそうです。
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配線強化で最終的には何グラム?

測定方法が気に入りました!
シンプルですが誰でもマネできて実用的です。

チューニングで1.0g増えたのなら、
チューニング&配線強化の変更で最終的には何グラムになったのか知りたいです。
又、回転音はどんな周波数なのでしょうか。耳障りな音域?探して購入すれば分かる事ですが済みません。

尚、分解能が高いデジタル秤、私は下記を購入して重宝しています。
2014年7月に 1280円で購入
デジタルクッキングスケール0.1g単位 最大計量3kg
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B00HXETMTQ/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o07_s00?ie=UTF8&psc=1

2016年7月 1085円で購入した「ポケットデジタルスケール 0.01g-500g」
同じ商品無くなっていたから類似の商品
アオメガ 携帯タイプ ポケットデジタル スケール(秤) 0.01g-500g精密 業務用(プロ用)
https://www.amazon.co.jp/UJ-Trade-%E3%82%A2%E3%82%AA%E3%83%A1%E3%82%AC-%E6%90%BA%E5%B8%AF%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%97-%E3%83%9D%E3%82%B1%E3%83%83%E3%83%88%E3%83%87%E3%82%B8%E3%82%BF%E3%83%AB-0-01g-500g%E7%B2%BE%E5%AF%86-0-01g-500g/dp/B01LZI5GOS

No title

そこまでするか~
って感じですが、面白そうですね。
研磨したり、配線を太くしたりして結果どうでした?。
計量器で測るところがいいですね。

re:配線強化で最終的には何グラム?

最終的な状態のスラストは8.5gだったと思います。
電池ケースで測った電圧が5.2Vくらいだったので、スラストはそれくらいの値までしか上がらないようです。

というか、測定値が0.5g刻みなので細かい比較は無理なんですよね。

最小目盛が0.01gの秤を買うことにします。

きたきたさん、おはようございます

定量的に測定出来るようにすると面白いです。

なお、最終的な値はこの前のコメントに書いたように8.5gです。

我が家では「リョービ」のを

我が家のブロワーはAC100V駆動。
http://igarage.cocolog-nifty.com/blog/2021/04/post-62ed15.html

銘板を見たら630Wでした。

re:我が家では「リョービ」のを

家の周りの掃除だとそれ位のパワーが必要なんでしょうね。

これ、いじるのは面白かったのですが、あまり使い道は無いかも知れません。とりあえず作業机のそばに置いておいて、いつでも使える状態にはしておこうかと。

実用的には限界ありそうですね

また、面白いこと始められましたね。

ブロワというと、大工さんが現場でノコ屑を払ってるイメージですが、吹き飛ばすだけで集塵はしてくれないので、家まわりで使うと、特に女性陣の評判がよくないようです。マキタなんかの製品には、吸入孔に集塵袋をつけたのがあります。また、最近はそこにサイクロン式の集塵パイプを使うのも流行ってるようです。ただ、USB電源では電流規格の限界がありそうですね。

たまたまUSB電源の掃除機タイプを持ってます。規格不明ながら、大容量電源からでも実測0.34Aしか流れません。製品として机上の埃払い用と思われますが、キーボードの谷間の綿埃は吸い出してくれないです。
やはりこういうパワー機器は商用100Vなんでしょう。屋外用に吹吸切替えのブロワ(リョービ製)を使ってますが、こういう製品は強力です。

ちょっと気になったのは、モーター冷却孔を塞いだくだりです。この孔は、吸気排気どちらで働いてるのでしょうか。吸気抵抗と書かれているので吸気だとしたら、塞ぐことはむしろファンの抵抗を増やすことにならないかと心配しました(結果的に止めたそうですが)。

ひょっとしたら、(ホントに思いつきですが)この孔をむしろ大きくしたり、モーター軸を延長して、軸周りからも空気を吸わせたりして、吸気能力を改善すると出力が上がらないでしょうか。(その先には、黒色ガードの吸気孔に、別のブロワから空気を送り込む、2段ブースターブロワなんて妄想が拡がってしまいますが。)

最後の妄想は茶々でした。今後の利用開発に期待いたします。

re:実用的には限界ありそうですね

モーター側の吸気口を塞いでみたのは、
円周上に4分割されているので、ローターの羽根と干渉して気流が乱れるのでは?と考えたからです。(サイレンと似た構造?)
でも、モーターの冷却も大切なので元に戻した次第です。

吸気抵抗は気になったのですが、黒色のファンガードを外してもスラストが変わらなかったので影響度は低いと判断しました。でも、もしスラストの測定分解能が高ければ違いがあったのかも知れません。

流量の計算

推力から流量計算できるんじゃないかと思ってやってみました(合っているか?)
数字としては小型のDCファンとしては妥当な感じですが.

空気密度 ρ = 1.16 kg/m3
面積 S = 0.25 * PI * (11.0e-3)^2 = 95.0e-6 m^3
推力 F = 5.0 gf = 5e-3 * 9.81 = 49.1e-3 N
流速 V m/s
流量 Q = S * V m^3/s

F = ρ Q V = ρ * S * V^2

V = √(F / (ρ * S)) = √(49.1e-3 / (1.16 * 95.0e-6)) = 21.1 m/s
Q = S * V = 95.0e-6 * 21.1 = 2.00e-3 m^3/s = 0.120 m^3/min

re:流量の計算

zenさん、計算して頂いてありがとうございます。

流体力学の特殊な式やマジックナンバーが必要かと思っていたのですが、基本的な物理方程式で計算出来るんですね。

モーターの電圧と電流は判っているので、計算を進めて総合効率を求めてみようかと思います。

回転方向?

ダイソーで見かけて、ちょっと使い道を思いついたので私も購入してみました。早速ばらしていてあれ?となったのですが、回転方向が通常と逆になってしまっているようでした。そちらのはいかがでしたか?
参考URL入力しておきました。

re:回転方向?

お尋ねのこちらのブロアの羽根ですが、後ろ向きの羽根になっています(記事の3番目の写真)。

遠心ブロアの羽根の向きには、前向き、中立、後ろ向きがあって、それぞれ特徴があったと思います。このブロアの羽根が後ろ向きになっているのは、静圧と流量のバランスで選ばれた(設計された)のだと思います。

と、もっともらしいことを書いてますが、実のところ専門家ではないので良く判っていないです。

re2:回転方向?

わかりにくくてすみません、羽の軸に対する傾きではなくて、軸の回転方向です。吹出口に向かう方向ではなく、離れる方向でした。ブロワとして動作はしますが騒音が大きくなったり性能が低下します。たまたま逆接続になっているのかもしれません。

re3:回転方向?

軸の回転方向のことでしたか。実は最初にコメントを読んだ時はそう思ったのですが、参考URLの内容が前向き羽根で書かれていたので勘違いしてしまいました。

それにしてもモーターが逆接になってたとはひどい話ですね。シロッコファンを逆回転させると僅かな風しか出なくなりますものね。zenさんだからすぐに気づかれたのだと思いますが、素人なら風が弱いのでがっかりしちゃうでしょうね。

re4:回転方向?

時間がとれたので逆接直しました。
風量はまあこんなもんだろうという感じになりました。自分で直せない人は交換してもらうのが吉ですね。100円ならまだしも、500円商品ですからもうちょっとちゃんと検品してほしいところです。

re5:回転方向?

工作に慣れている人なら自分で何とか出来ますが、一般の人は返品した方が良いでしょうね。500円でごみを買わされたのではたまりません。

本文に注意書きで、回転方向が間違っている物があったことを追記しておきます。
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