CN113302087A - 电动车用消音部件 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够适当地降低马达等产生的窄带声音、并且能够应对多个频率、能够防止风噪声的产生、能够小型化及薄型化的电动车用消音部件。电动车用消音部件具有消除从配置于电动车内的声源产生的声音的膜型共振结构体，声源产生窄带声音，膜型共振结构体配置于与声源相同的空间内或电动车的车厢内，膜型共振结构体具有至少一片膜状部件、将膜状部件支承为可振动的框体及以面对膜状部件的方式设置于框体的背面板，膜状部件、框体及背面板形成被膜状部件、框体及背面板包围的背面空间，利用由膜型共振结构体的膜状部件引起的膜振动来消除从声源产生的声音。

Description

电动车用消音部件
技术领域
本发明涉及一种电动车用消音部件。
背景技术
在汽车中，除作为动力源的发动机以外还使用马达或代替作为动力源的发动机使用马达的混合动力车、电动汽车及燃料电池车等电动车化日趋发展。
在使用发动机(汽油发动机、柴油发动机)的汽车中，由发动机声音产生的200Hz附近的低频的声音作为噪声而占主导地位。相对于此，在电动车中，无法通过低频的发动机声音进行掩盖，因此具有容易听到高频侧的声音的特征。
进而，由于电动车用电驱动，因此搭载有马达、逆变器及变频器。已知它们根据其转速和/或载波频率在几kHz的高频区域发出窄带且强烈的声音。并且，齿轮声音或线束等电装系统的声音通常也会发出特定频率的窄带声音，在电动车中，这些声音也无法通过发动机声音进行掩盖，因此会容易听到。
并且，已知从空调或用于零件冷却等的风扇也会根据其叶片数量和转速产生窄带噪声。该声音也会因通过发动机声音进行掩盖的效果消失而变得明显。
在以往的汽车中，作为针对发动机声音的噪声对策，进行了使用毡及新雪丽等多孔材料(多孔质吸音体)的吸音。在使用多孔材料进行吸音的情况下，当将吸音对象频率的声音的波长设为λ时，为了有效地进行吸音，多孔材料的厚度需要为λ/4以上的厚度。并且，使用多孔材料的吸音能够吸收宽带的声音，但难以强烈地吸收特定的频率的声音。因此，如上述马达等那样，在为了消除特定频率的窄带声音而使用多孔材料的情况下，由于整体上吸收宽频带的声音，因此出现导致特定频率的峰值声音残留的问题。若要使用多孔材料来吸收该峰值声音，则需要进一步加厚，因此效率差。
在此，作为消除汽车中的特定频率的声音的构件，使用了亥姆霍兹共振器。
例如，专利文献1中记载了一种汽车用发动机罩，其开闭汽车的发动机室，发动机罩主体的至少一部分由树脂制蜂窝结构体构成，蜂窝结构体具备：蜂窝部，由被隔壁彼此划分而呈筒状的多个单元构成；内封板部，配置于蜂窝部中靠近发动机的一侧；及外封板部，配置于蜂窝部中远离发动机的一侧，与内封板部一并夹住该蜂窝部来密封各单元，在内封板部上设置有沿着其厚度方向延伸并连通比该内封板部更靠发动机侧的空间与单元的内部空间的贯穿孔，内封板部与外封板部之间的间隔在与发动机对置的部位设定为大于与该发动机的周边部位对置的部位。专利文献1中记载了如下内容：蜂窝结构体的各单元构成亥姆霍兹共振器，消除在发动机室内产生的声音。
专利文献2中记载了一种发动机室，其为了降低在发动机室的横向上的中央部和发动机室的左右端具有声音模式的波腹的二波节模式的驻波噪声，面向该驻波噪声的波腹所存在的左右方向上的中央部配设有将吸音的共振频率调整为该驻波噪声的频率的共振型吸音器。并且，专利文献2中记载了亥姆霍兹型共振型共振器作为共振型吸音器。
专利文献3中记载了一种燃料电池用空气供给装置，其由导入空气并供给至燃料电池的空气供给机、驱动空气供给机的电动机、配置于空气供给机的吸气侧的过滤器及配置于空气供给机的吐出部的正后方的消音器构成。专利文献3中记载了该燃料电池用空气供给装置用于燃料电池车辆。并且，专利文献3中记载了亥姆霍兹型共振器作为消音器。
专利文献4中记载了一种压缩机，其具备同时包括用于在压缩吸入的流体之后吐出该流体的压缩机构和冷却吐出的流体来缓和压力变动的消音冷却器的壳体，壳体具有形成为一体的缸体，以具备容纳压缩机构的压缩空间、容纳消音冷却器的消音冷却空间及连通压缩空间与消音冷却空间的连通孔。专利文献4中记载了该压缩机用于利用燃料电池的电动汽车。并且，专利文献4中记载了利用消音器降低压缩机的吐出脉动的噪声及消音器利用亥姆霍兹共振进行消音。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-051710号公报
专利文献2：日本特开2000-177643号公报
专利文献3：日本特开2004-186118号公报
专利文献4：日本特开2013-108488号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
如上所述，在电动车中，由于无法通过低频的发动机声音进行掩盖，因此容易听到因用电驱动而从马达、逆变器及变频器等产生的特定频率的窄带声音。因此，如以往那样使用毡及新雪丽等多孔材料的吸音出现导致特定频率的峰值声音残留的问题。
然而，以往，在电动车中，从未考虑抑制从用于驱动电动车的马达、逆变器及变频器等产生的特定频率的窄带声音。
相对于此，可考虑使用如专利文献1～4中记载的亥姆霍兹共振器来降低从马达、逆变器及变频器等产生的特定频率的窄带声音。然而，根据本发明人的研究，利用亥姆霍兹共振器的消音仅产生与一个共振频率对应的窄带的一个吸音峰值。因此，发现存在无法应对多个频率的问题。并且，亥姆霍兹共振器出于其共振机理需要在表面上具备具有厚度的贯穿孔。因此，除背面空间以外，还需要具有厚度的板。因此，存在会变得比背面空间更厚的问题。
并且，在电动车中，随着电动车的移动，会在设置马达等的空间(马达室)内产生风。在为了消除马达声音等而在设置马达等的空间内设置了亥姆霍兹共振器的情况下，由于亥姆霍兹共振器具有开口部，因此存在容易产生风噪声的问题。
本发明的课题在于，提供一种消除上述以往技术问题、能够适当地降低马达等产生的窄带声音、并且能够应对多个频率、能够防止风噪声的产生、能够小型化及薄型化的电动车用消音部件。
用于解决技术课题的手段
为了解决该课题，本发明具有以下结构。
[1]一种电动车用消音部件，其具有消除从配置于电动车内的声源所产生的声音的膜型共振结构体，
声源产生窄带声音，
膜型共振结构体配置于与声源相同的空间内或电动车的车厢内，
膜型共振结构体具有至少一片膜状部件、将膜状部件支承为可振动的框体及以面对膜状部件的方式设置于框体的背面板，
膜状部件、框体及背面板形成被膜状部件、框体及背面板包围的背面空间，
利用由膜型共振结构体的膜状部件引起的膜振动来消除从声源产生的声音。
[2]根据[1]所述的电动车用消音部件，其中，
膜型共振结构体配置于与声源相同的空间内。
[3]根据[1]或[2]所述的电动车用消音部件，其中，
声源为电动车用马达、用于电动车用马达的逆变器及变频器以及用于向电动车用马达供给电力的电动车用电池的逆变器及变频器中的至少一个。
[4]根据[3]所述的电动车用消音部件，其中，
电动车具有形成用于配置电动车用马达的空间的马达室，
膜型共振结构体配置于马达室内。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的电动车用消音部件，其中，
膜状部件的膜振动的至少一个高阶振动模式的频率下的吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的电动车用消音部件，其中，
在膜状部件及框体中的至少一个上形成有贯穿孔。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的电动车用消音部件，其中，
当将声源所产生的窄带声音的峰值频率的波长设为λ时，
在与膜状部件的表面垂直的方向上，背面空间的厚度为λ/6以下。
[8]根据[1]至[7]中任一项所述的电动车用消音部件，其中，
声源所产生的窄带声音的峰值频率为1000Hz以上。
[9]根据[1]至[8]中任一项所述的电动车用消音部件，其具有安装于膜型共振结构体的多孔质吸音体。
[10]根据[1]至[9]中任一项所述的电动车用消音零件，其中，
膜型共振结构体安装于电动车的机罩。
[11]根据[1]至[9]中任一项所述的电动车用消音零件，其中，
膜型共振结构体安装于电动车的电动车用马达盖及用于电动车用马达的逆变器的盖中的至少一个。
[12]根据[1]至[11]所述的电动车用消音部件，其中，
框体及背面板中的至少一个与电动车的零件形成为一体。
[13]根据[12]所述的电动车用消音部件，其中，
背面板为电动车的机罩。
[14]根据[12]或[13]所述的电动车用消音部件，其中，
框体与电动车的机罩形成为一体。
[15]根据[1]至[14]中任一项所述的电动车用消音部件，其中，
膜型共振结构体的平均厚度为10mm以下。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够适当地降低马达等产生的窄带声音、并且能够应对多个频率、能够防止风噪声的产生、能够小型化及薄型化的电动车用消音部件。
附图说明
图1是示意地表示具有本发明的电动车用消音部件的一例的电动车的一例的剖视图。
图2是从侧面观察图1的电动车的剖视图。
图3是放大表示图1所示的电动车用消音部件所具有的膜型共振结构体的示意剖视图。
图4是膜型共振结构体的示意立体图。
图5是图4所示的膜型共振结构体的B-B线剖视图。
图6是示意地表示具有本发明的电动车用消音部件的另一例的电动车的一例的剖视图。
图7是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图8是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图9是表示峰值频率与吸音率之间的关系的曲线图。
图10是表示背面空间厚度与峰值频率之间的关系的图表。
图11是表示频率与吸音率之间的关系的图表。
图12是表示频率与吸音率之间的关系的图表。
图13是表示膜型共振结构体的另一例的示意立体图。
图14是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图15是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图16是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图17是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图18是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图19是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图20是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图21是表示膜型共振结构体的另一例的示意俯视图。
图22是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图23是表示膜型共振结构体的另一例的示意俯视图。
图24是表示膜型共振结构体的另一例的示意剖视图。
图25是表示频率与吸音率之间的关系的图表。
图26是表示频率与消音量之间的关系的图表。
图27是表示频率与消音量之间的关系的图表。
图28是表示频率与消音量之间的关系的图表。
图29是表示频率与消音量之间的关系的图表。
图30是表示频率与消音量之间的关系的图表。
图31是表示频率与消音量之间的关系的图表。
图32是表示频率与消音量之间的关系的图表。
图33是表示频率与测定音量之间的关系的图表。
图34是表示频率与消音量之间的关系的图表。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
以下记载的构成要件的说明是根据本发明的代表性实施方式而完成的，但本发明并不限定于这种实施方式。
另外，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围表示包括“～”的前后记载的数值作为下限值及上限值的范围。
并且，在本说明书中，若无特别记载，则例如“45°”、“平行”、“垂直”或“正交”等角度表示与严格意义上的角度的差异在小于5度的范围内。与严格意义上的角度的差异优选小于4度，更优选小于3度。
在本说明书中，“相同”、“同一”包括技术领域中通常允许的误差范围。并且，在本说明书中，在称为“全部”、“任何”或“整个面”等时，除100％的情况以外，还包括技术领域中通常允许的误差范围，例如包括99％以上、95％以上或90％以上的情况。
[膜型共振结构体]
本发明的电动车用消音部件具有消除从配置于电动车内的声源所产生的声音的膜型共振结构体，
声源产生窄带声音，
膜型共振结构体配置于与声源相同的空间内或电动车的车厢内，
膜型共振结构体具有至少一片膜状部件、将膜状部件支承为可振动的框体及以面对膜状部件的方式设置于框体的背面板，
膜状部件、框体及背面板形成被膜状部件、框体及背面板包围的背面空间，
由膜型共振结构体的膜状部件引起的膜振动的共振频率为与从声源产生的声音的频率对应的频率。
本发明的电动车用消音部件为用于电动车的消音部件。
电动车是指具有马达(以下，称为电动车用马达)作为动力源的汽车，并且是指具有发动机(汽油发动机或柴油发动机)和电动车用马达作为动力源的所谓的混合动力车、具有电动车用马达作为动力源的电动汽车。在电动车中，基本上具有贮存用于向电动车用马达供给的电力的电池(以下，称为电动车用电池)。并且，作为向电池供给电力的方式，可以为从外部直接向电池供给电力的方式(所谓的电动汽车)，也可以为通过内置的发动机驱动发电机而向电池供给电力的方式，也可以为通过内置的燃料电池发电而向电池供给电力的方式。并且，也可以为不具有电池而直接向电动车用马达供给通过燃料电池发电的电力来驱动电动车用马达的方式(所谓的燃料电池车)。
并且，作为具有发动机和电动车用马达的电动车，可以为同时或切换使用发动机和电动车用马达作为动力源的方式，也可以为将发动机用于发电而仅由电动车用马达驱动的方式。
在这种电动车中，可举出以下零件作为产生窄带声音的声源。
·用作动力源的电动车用马达
·将向电动车用马达供给的电力从直流转换为交流或转换为不同频率的交流的电路即逆变器和/或从交流转换为直流的电路即变频器
·转换供给至向电动车用马达供给电力的电动车用电池的电力和/或从电动车用电池输出的电力的逆变器和/或变频器
·用于对从电动车用马达传递至轮胎的动力(旋转)进行减速和/或加速并传递至轮胎的齿轮
·用于将电力从电动车用电池共享至电动车用马达的电线即线束
·电动车中使用的风扇、尤其由转速和叶片数量确定的峰值噪声
这些声源所产生的窄带声音的峰值频率为1000Hz以上，更多为1.5kHz～12kHz，还更多为2kHz～10kHz。
如马达的噪声那样通过旋转发出的窄带音针对转速发出多个高阶声音，因此通常也会成为多个窄带音的声源。
另外，在以下说明中，将电动车用马达还简称为马达。并且，将电动车用电池还简称为电池。并且，将用于电动车用马达的逆变器、用于电动车用电池的逆变器还统称为逆变器。并且，将用于电动车用马达的变频器、用于电动车用电池的变频器还统称为变频器。
在声源为逆变器等电子零件的情况下，会产生与载波频率对应的声音(开关噪声)。
在声源为马达的情况下，会产生与转速对应的频率的声音(电磁噪声)。此时，所产生的声音的频率并不一定限于转速或其倍数，但可观察到增加转速会使声音也变高等较强的关联性。
即，声源分别产生声源固有的频率的声音。
在此，在本发明中，窄带声音(以下，还称为窄带音)是指声压成为比窄带峰值外的周边的频率的声音大3dB以上的极大值的频率的声音。窄带峰值外是指窄带音成分掩埋于窄带音以外的声音(背景噪声及风噪声等其他因素的声音)中的区域。
作为指标，ECMA-74或ISO 7779中定义了Tone to Noise Ratio(TNR，音噪比)。基于此，可以评价峰值声音与周边频率声音的音量差。而且，在差为3dB以上的情况下，视为窄带音。
并且，在窄带音密集于频率轴而难以通过上述方法评价的情况下，可以通过同样地在ECMA-74或ISO 7779中定义的Prominence ratio(突出比)来进行窄带音与周边声音的比较。在这种情况下，若该差分为3dB以上的大小，则也可以视为窄带音。
声源是否发出固有的窄带声音例如可以通过进行如下实验来确定。
在声源能够单独发出声音的情况下，将声源配置于消音室或半消音室内或被氨基甲酸酯等吸音体包围的状况中。通过将周边视为吸音体，消除房间或测定系统的反射干涉造成的影响。而且，使声源发声，并通过麦克风从远处进行测定，获取声压与频率之间的关系(频率特性)。可以根据声源和测定系统的尺寸来适当选择与麦克风之间的距离，但优选远离30cm左右以上进行测定。
在只能通过移动电动车的方式发出声音的情况下，优选将麦克风安装于车厢内的驾驶员的耳朵位置来进行评价。
在声源的频率特性中，将声压成为极大值(峰值)的频率称为峰值频率。在该极大值比周边的频率下的声音大3dB以上的情况下，该峰值频率声音能够充分被人识别，因此可称之为产生窄带声音的声源。若为5dB以上，则更容易识别，若为10dB以上，则进一步容易识别。如上所述，评价可以使用TNR或Prominence Ratio来进行评价。
在电动车中，问题在于能够在车厢内听到从上述声源产生的窄带声音。
例如，在日本机械学会杂志2007.7Vol.110No.1064、“混合动力车的振动噪声现象及其降低技术”中列举了马达电磁噪声和开关噪声，并公开了其原因和典型的噪声频率。通过所记载的比较表，公开了几百Hz～几kHz的马达电磁噪声、几kHz～十几kHz的开关噪声为位于比其他噪声的频率更靠高频侧的噪声。
并且，例如，在TOYOTA MOTOR CORPORATION PRIUS的使用说明书(2015)的P.30中，作为“关于混合动力车特有的声音和振动”，公开了“来自发动机室的电气马达的工作音(加速时的“吱吱”声、减速时的"嗡嗡"声)”。
并且，在作为电动汽车的Nissan Motor Co.,Ltd.LEAF的使用说明书(2011)的EV-9中，作为“关于声音和振动”，公开了“从马达室产生的马达的声音”。
如此，随着汽车混合动力化、电动汽车化，产生了在车厢内也能够听到的大小的以往未曾有的高频侧的特定频率的窄带声音。
本发明的电动车用消音部件消除从配置于如上所述的电动车内的产生窄带声音的声源产生的声音。
以下，使用图1～图5对本发明的电动车用消音部件的一例进行说明。
图1是表示包括本发明的电动车用消音部件的一例的电动车的一部分的示意剖视图。图2是图1所示的电动车的侧面剖视图。图3是放大表示图1所示的电动车用消音部件所具有的膜型共振结构体的示意剖视图。图4是膜型共振结构体的示意立体图。图5是图4所示的膜型共振结构体的B-B线剖视图。另外，在图1、图2中，为了说明，省略了电动车的一部分(电动车中包括的零件)的图示。并且，在图4中，为了进行说明，省略了一部分膜状部件16的图示。
如图1及图2所示，电动车100具有电动车用马达102、马达室104、机罩106、车厢108及轮胎110。另外，在图1及图2中，省略了电动车的一部分图示，但具有公知的构成电动车的各种装置。
电动车用马达102为用于驱动电动车100的马达。即，电动车用马达102经由齿轮、传动轴(未图示)等与轮胎110连接，电动车用马达102驱动而产生的动力(旋转力)经由齿轮、传动轴(未图示)等传递至轮胎110，由此使轮胎110旋转来驱动电动车110。电动车用马达102被前纵梁(未图示)直接或间接地支承。
电动车用马达102为用于电动车的各种公知的马达。
如上所述，在本发明中，电动车用马达102为产生窄带声音的声源。
马达室104用于形成用于设置电动车用马达102的空间。即，马达室104为机动车中的所谓的发动机室。在图1及图2所示的例子中，马达室104配置于车厢108(使用者乘坐的空间)的前侧。另外，马达室104也可以配置于车厢的后侧。
并且，除电动车用马达102以外，还可以在马达室104内配置用于电动车用马达的逆变器及变频器、向电动车用马达供给电力的电动车用电池以及用于电动车用电池的逆变器及变频器等电动车所具有的各种装置。
并且，在电动车为混合动力车等具有发动机的结构的情况下，可以在马达室104内配置发动机及发动机的动作所需的各种装置。
机罩106为以可开闭马达室104的上部的方式配置的大致板状的部件。
机罩106可以采用公知的电动车中使用的各种结构。例如，具有用于使马达室104的上部可开闭的铰链、关闭时将机罩106保持于车身的锁定机构等。
并且，在图1及图2所示的例子中，在机罩106的电动车用马达102侧的面上安装有包括膜型共振结构体10的电动车用消音部件50。
膜型共振结构体10消除声源所产生的声音。
在图1及图2所示的例子中，声源为电动车用马达102，膜型共振结构体10消除电动车用马达102产生的窄带声音。
在图1及图2所示的例子中，膜型共振结构体10配置于马达室104内(即，与声源相同的空间内)。
如图3～图5所示，膜型共振结构体10具备具有开口部20的框体18、固定于框体18的开口面19的膜状部件16(还简称为“膜”)及以面对膜状部件16的方式固定于框体18的另一个开口面的背面板22。在图3～图5所示的例子中，框体18和背面板22形成为一体。
框体18为具有贯穿的开口部20的筒状部件，在一个开口面19上配置有膜状部件16，在另一个开口面上配置有背面板22。
在图3～图5所示的例子中，框体18及背面板22形成为一体，因此呈圆柱形状且在一个面上形成有具有底面的开口部20的形状。即，将框体18及背面板22一体化的部件呈开放了一个面的有底的圆筒形状。
膜状部件16为膜状的部件，以覆盖框体18的形成有开口部20的开口面19并将周缘部固定于框体18的方式被支承为可振动。
并且，膜状部件16、框体18及背面板22形成被膜状部件16、框体18及背面板22包围的背面空间24。在图3～图5所示的例子中，背面空间24为被封闭的封闭空间。
膜型共振结构体10利用在背后具有背面空间24的膜状部件16的膜振动来表现出吸音功能，从而选择性地消除特定的频率(频带)的声音。
因此，在膜型共振结构体10中，膜状部件16的膜振动的共振频率根据声源所产生的声音的频率来设定。例如，在声源如逆变器及变频器那样以特定的频率产生窄带声音的情况下，可以根据该声音的峰值频率来设定膜振动的共振频率。
另一方面，在如电动车用马达那样峰值频率根据动作状态而变动的情况下，例如，在交通法规中规定有限制速度的情况下，可以根据该速度下的电动车用马达的转速来设定膜振动的共振频率。例如，日本的一般道路上的限制速度约为60km/h，高速公路上的限制速度约为100km/h，因此可以根据电动车以该速度行驶的状态下的电动车用马达的转速来设定膜振动的共振频率。
或者，当电动车用马达产生的声音的频率与逆变器和/或变频器产生的声音的频率相近时，该频率的声音会变大。因此，优选将膜振动的共振频率设定为该频率。
或者，在电动车用马达的壳体的共振频率及马达盖的共振频率等下，电动车用马达产生的声音容易因它们的共振而扩散到外部。因此，可以根据电动车用马达产生的声音容易扩散到外部的频率来设定膜振动的共振频率。
如此，可以根据电动车用马达及其周边的环境来设定膜振动的共振频率。
如上所述，由于电动车用电驱动，因此搭载有马达、逆变器及变频器。它们根据其转速和/或载波频率在几kHz的高频区域发出窄带且强烈的声音。并且，齿轮声音及线束等电装系统的声音通常也会发出特定频率的窄带声音。并且，空调及零件冷却用风扇也会根据其叶片数量和转速发出较大的窄带噪声。在电动车中，无法通过发动机声音进行掩盖，因此会容易听到这些声音。
在利用以往的汽车中使用的毡及新雪丽等多孔质吸音体吸音时，存在难以吸收这种特定频率的窄带声音的问题。
可考虑使用亥姆霍兹共振器降低特定频率的窄带声音，但根据本发明人的研究，发现利用亥姆霍兹共振器的消音仅产生与一个共振频率对应的窄带的一个吸音峰值，因此存在如下问题：无法应对多个频率，并且无法应对声音的峰值频率根据马达等的动作状态而变动的情况。
并且，在电动车中，随着电动车的移动，会在设置马达等的空间(马达室)内产生风。在为了消除马达声音等而在设置马达等的空间内设置了亥姆霍兹共振器的情况下，由于亥姆霍兹共振器具有开口部，因此存在容易产生风噪声的问题。
并且，亥姆霍兹共振器在背面空间以外具有表面板，因此整体的厚度会变大，因此无法充分小型化及薄型化。
相对于此，本发明的电动车用消音部件使用利用膜振动选择性地消除特定的频带的声音的膜型共振结构体来消除特定频率的窄带声音。
在膜型共振结构体10中的膜振动中，不仅产生基本振动模式的频率下的共振，而且还产生高阶振动模式的频率(即，第2阶、第3阶固有振动数等高阶的固有振动数)下的共振。因此，除基本振动模式的频率以外，膜型共振结构体10还能够在高阶振动模式的频率下进行消音。因此，能够应对多个频率。
并且，例如，通过将膜型共振结构体10设计成第2阶固有振动数与第3阶固有振动数彼此相近，在第2阶固有振动数与第3阶固有振动数之间的频带也可获得利用吸音的消音效果，因此即使在声音的峰值频率根据马达等的动作状态而变动的情况下，膜型共振结构体10也能够充分进行消音。
并且，膜型共振结构体10可以设为无开口的密封的结构，因此即使在随着电动车的移动而在设置马达等的空间(马达室)内产生风的情况下，也能够防止产生风噪声。
并且，膜型共振结构体10利用薄的膜状部件16的振动进行消音，因此与使用多孔质吸音体或亥姆霍兹共振器的消音部件相比，能够小型化及薄型化。
在此，在图1所示的例子中，膜型共振结构体10设为配置于马达室104内的结构，但并不限定于此，也可以配置于车厢108内。从获得更高的消音效果的观点出发，膜型共振结构体10优选配置于与声源相同的空间内。通过将膜型共振结构体10配置于与声源相同的空间内，在目标窄带音在该空间内共振的情况下，能够使膜型共振结构体作用于因该空间内的共振而多次来回的声音。在该情况下，与膜型共振结构体的吸音作用仅为一次的情况相比，能够获得特别高的消音效果。尤其，通过将膜型共振结构体配置于因空间内的共振而成为声压的波腹的部位，能够获得更高的消音效果。例如，在该空间的角部可以满足这种条件。
并且，即使在目标窄带音未在该空间内产生强烈的共振现象的情况下，也会在该空间内产生声音的疏密。在该情况下，通过配置于成为声压的波腹的部位，与将膜型共振体配置于自由空间内或另一空间内的情况相比，也能够提高消音效果。
并且，从获得更高的消音效果的观点出发，如图1～图3所示，膜型共振结构体10优选以膜状部件16侧面对声源的方式配置。
并且，在图1～图3所示的例子中，膜型共振结构体10设为配置于机罩106的电动车用马达102(声源)侧的面的结构，但并不限定于此。例如，在具有覆盖电动车用马达的马达盖的情况下，膜型共振结构体10也可以配置于马达盖。并且，膜型共振结构体10也可以配置于马达盖内部(马达壳体与马达盖之间)。
并且，逆变器及变频器基本上也配置于马达室104内，因此在声源为逆变器或变频器的情况下，膜型共振结构体10优选配置于机罩106。
例如，如图6所示的例子那样，也可以将逆变器112与电动车用马达102一体地配置。在逆变器112与电动车用马达102一体地配置的情况下，膜型共振结构体10也优选配置于机罩106。
并且，在逆变器及变频器与电动车用马达一并被马达盖覆盖的情况下，膜型共振结构体10也可以配置于马达盖。并且，在逆变器和/或变频器独立于电动车用马达配置且对逆变器和/或变频器独立地设置逆变器盖或变频器盖的情况下，也可以将膜型共振结构体配置于该盖。并且，也可以将膜型共振结构体配置于盖的内部(逆变器和/或变频器与盖之间的空间)。并且，优选将膜型共振结构体的膜面朝向逆变器和/或变频器配置。由此，能够配置成膜型共振结构体近距离包围声源即逆变器和/或变频器，因此能够进一步提高消音效果。
并且，例如，在将电动车用马达102及逆变器112分别视为声源而消除各自产生的声音的情况下，可以配置能够消除与电动车用马达102及逆变器112分别对应的频率的声音的两种以上的膜型共振结构体10。即，在电动车具有多个声源的情况下，可以将能够根据各声源所产生的声音的频率来消除该声音的两种以上的膜型共振结构体10配置于与各声源相同的空间内或电动车的车厢内。
或者，例如，在将电动车用马达102及逆变器112视为声源的情况下，如上所述，当电动车用马达产生的声音的频率与逆变器产生的声音的频率彼此相近时，该频率的声音会变大。因此，也可以设为配置能够消除逆变器产生的频率的声音的一种膜型共振结构体的结构。
并且，在声源为齿轮或线束的情况下，优选配置于各自的附近。
由于电动车用马达、用于电动车用马达的逆变器及变频器以及用于电动车用电池的逆变器及变频器是电动车特有的单元，且是电动车的单元中尤其发出大的窄带音的单元，并且该单元通常配置于马达室等空间内，且单元通常安装有盖，从而容易配置膜型共振结构体，因此本发明的电动车用消音部件能够更适当地适用于这些单元。
并且，也可以使膜型共振结构体10的框体18及背面板22中的至少一个与电动车的零件形成为一体。
例如，在图3所示的例子中，膜型共振结构体10设为分体安装于机罩104的结构，但也可以设为如图7所示将背面板与机罩106一体化(即，将机罩106用作背面板)的结构。或者，也可以如图8所示进一步将框体18与机罩106形成为一体。
在此，在本发明中，膜型共振结构体10优选由框体18支承的膜状部件16的膜振动的至少一个高阶振动模式的频率下的吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率。
如上所述，电动车用马达等的声源产生1000Hz以上的高频的窄带声音。
在通过利用膜振动的消音构件消除这种高频的声音的情况下，可考虑通过调整膜的硬度及膜的大小等来提高膜振动的固有振动数。
然而，根据本发明人的研究，发现在利用膜振动的消音构件中，在通过调整膜的硬度及膜的大小等来提高了膜振动的基本模式的固有振动数的情况下，吸音率会在高频下变低。
具体而言，为了利用基本振动模式的膜振动来吸收高频的声音，需要使膜更硬且更厚来提高基本振动模式下的频率(第1阶固有振动数)。然而，根据本发明人的研究，若使膜过硬且过厚，则声音会容易被膜反射。因此，基本振动模式的频率越高，利用膜振动的声音的吸收(吸音率)越小。
声音的频率越高，与膜振动相互作用的力则越小。另一方面，为了膜固有振动的高频化，需要使膜变硬。使膜变硬会使膜表面上的反射变大。认为声音的频率越高，为了共振而需要越硬的膜，因此多半的声音被膜表面反射，而未被共振吸收，因此吸收变小。
因此，显而易见，在利用使用基于以往的设计理论的基本振动模式的膜振动的消音构件中，难以在高频下吸收大量的声音。该特性为不适合用于消除高频特定声音的特性。
并且，用于利用膜振动的消音构件的膜的硬度会根据周围的温度的变化及湿度的变化等发生变化。若膜的硬度发生变化，则膜振动的固有振动数会发生大幅变化。因此，发现在利用膜振动的消音构件的情况下，存在可消音的频率根据周围环境(温度、湿度)的变化而发生变化的问题。尤其，电动车的马达室内的温度趋于变高，因此膜容易受到温度的影响。
根据本发明人的研究，发现该问题会在基本振动模式下变得显著。
相对于此，通过设为膜型共振结构体10的膜振动的至少一个高阶振动模式的频率下的吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率的结构，提高高阶振动模式的频率(即，第2阶、第3阶固有振动数等高阶的固有振动数)下的吸音率，从而设为利用高阶振动模式的膜振动来吸收声音的结构，由此无需使膜硬且厚，因此能够抑制声音被膜反射，即使在高频下也能够获得高吸音效果。
并且，即使膜的硬度发生变化，高阶振动模式的固有振动数也不易发生变化，因此通过利用高阶振动模式的膜振动，即使膜的硬度因周围环境的变化而发生变化，高阶固有振动数的变化也小，能够减小可消音的频率的变化量。即，能够提高针对环境的变化的耐用性。因此，即使在将膜型共振结构体配置于如电动车的马达室内那样的温度变化大的空间内的情况下，也能够获得高消音效果。
本发明人如下推定激发高阶振动模式的机理。
存在由膜的条件(厚度、硬度、大小、固定方法等)确定的基本振动模式和高阶振动模式的频带，哪种模式下的频率较强地激发而有助于吸音是由背面空间的距离(厚度)等确定的。以下对此进行说明。
若分开考虑使用膜的吸音结构的共振，则存在膜部分和背面空间部分。因此，由它们的相互作用发生吸音。
若用数学式表达，则在将膜的声阻抗设为Zm、将背面空间的声阻抗设为Zb时，总声阻抗可描述为Zt＝Zm+Zb。当该总声阻抗与介质的流体(空气等)的声阻抗一致时，发生共振现象。在此，膜的声阻抗Zm由膜部分确定，例如，关于基本振动模式，当遵循基于膜的质量的运动方程式的成分(质量定律)与因膜被固定而被如弹簧那样的张力所支配的成分(刚性定律)一致时，产生共振。同样地，高阶振动模式也是由比基本振动更复杂的膜振动的形状发生的共振。
在膜不易产生高阶振动模式(膜的厚度大等)的情况下，成为基本振动模式的带变宽。然而，如上所述，由于膜硬而容易进行反射，因此吸音会减小。若设为膜容易产生高阶振动模式的条件(减小膜的厚度等)，则产生基本振动模式的频带宽度变小，成为高阶振动模式存在于高频区域的状态。
另一方面，背面空间的声阻抗Zb因空气传播声音的流动受到封闭空间或贯穿孔部等的限制而与开放空间的阻抗不同，例如可获得背面空间的厚度越小背面空间越硬的效果等。定性地，随着背面距离变小，成为适合于波长短的声音(即，高频声音)的距离，在该情况下，由于背面空间相对于波长过小，因此更低频的声音的共振会变得更小。即，由背面距离的变化确定能够针对哪个频率的声音共振。
综上所述，由膜部分确定在哪个频率区域成为基本振动，而在另一带中成为高阶振动。并且，由背面空间确定容易激发哪个频带的声音，因此通过将其设为与高阶振动对应的频率，能够使由高阶振动模式引起的吸音率变大，而这就是此次的机理。
因此，需要一并确定膜和背面空间，以激发高阶振动模式。
关于这一点，使用有限元法计算软件COMSOL ver.5.3(COMSOL Inc.)的声音模块进行了模拟试验。
在膜型共振结构体10的计算模型中，框体18设为如图4所示的圆筒形状，且开口部的直径设为20mm。膜状部件16的厚度设为50μm，杨氏模量设为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜的杨氏模量即4.5GPa。
另外，计算模型设为二维轴对称结构计算模型。
在这种计算模型中，将背面空间的厚度以0.5mm刻度从10mm变更至0.5mm，进行了声音和结构的耦合计算，结构计算是对膜进行的，背面空间是通过计算声音的空气传播来进行数值计算的。评价是以垂直入射吸音率配置进行的，并且计算了吸音率的最大值和此时的频率。
将结果示于图9。图9是描绘在各计算模型中吸音率变得最大的频率(以下，称为峰值频率)和该峰值频率下的吸音率的图表。
如图9所示，可知在高频下也能够获得高吸收率。
并且，分析了各计算模型中的峰值频率为几阶的振动模式。
图10中示出以双对数描绘各计算模型的峰值频率与背面空间的厚度之间的关系并针对振动模式的每个阶数划线的图表。并且，图11及图12中示出表示背面空间的厚度为7mm、5mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm时的各计算模型中的频率与吸音率之间的关系的图表。
由图10可知，通过减小背面空间的厚度，吸音率的峰值频率会高频化。在此，可知通过逐渐减小背面空间的厚度，峰值频率不会在双对数轴上连续地变大，而是在双对数轴上也会发生多个不连续的变化。该特性表示吸音率变得最大的振动模式已从基本振动模式转移至高阶振动模式或高阶振动模式的阶数高的模式。即，发现处于容易通过薄膜激发高阶振动模式的状态，并且通过减小背面空间的厚度，更多地表现出高阶振动模式下的吸音效果，而不是基本振动模式。因此，高频区域中的大的吸音率是由高阶振动模式下的共振引起的，而不是由基本振动模式引起的。由图10所示的针对振动模式的每个阶数所划的线可知，在膜的硬度恒定的情况下，背面空间的厚度越薄，越高阶的振动模式下的频率成为峰值频率(即，吸音率变得最高的频率)。
出现高阶振动模式的理由中重要的是通过将膜状部件的膜厚减小至50μm而使膜变软。与基本振动模式相比，高阶振动模式在膜上具有复杂的振动样式。即，在膜上具有多个振幅的波腹。因此，与基本振动模式相比，需要更小的平面尺寸下的弯曲，在膜固定部附近需要弯曲的模式也较多。膜的厚度越小，越极容易弯曲，因此为了利用高阶振动模式，重要的是减小膜厚。进而，通过将背面空间的长度减小至几mm，能够使系统成为能够比基本振动模式下的吸音更有效地激发高阶振动模式下的吸音的系统。
并且，由于膜厚薄，因此成为膜的硬度小的系统，因此认为即使在高频侧反射也小，且产生大的吸音率。
并且，由图11及图12可知，在各计算模型中，吸音率在多个频率下成为极大值(峰值)。该吸音率成为极大值的频率为某个振动模式的频率。其中，最低的频率即约1500Hz为基本振动模式的频率。即，任一计算模型的基本振动模式的频率均约为1500Hz。并且，存在于高于基本振动模式即1500Hz的频率的成为极大值的频率为高阶的振动模式的频率。在任一计算模型中，高阶的振动模式的频率下的吸音率均高于基本振动模式的频率下的吸音率。
并且，由图11及图12可知，背面空间的厚度越小，基本振动模式的频率下的吸音率越低，且高阶的振动模式的频率下的吸音率越高。
并且，在图12的背面空间的厚度为0.5mm的情况下，在9kHz以上的极高的频率区域中可获得大致100％的大的吸音率。
并且，由图11及图12可知，存在多个高阶振动模式，并且在各频率下表现出高吸音峰值(吸音率的极大值)。因此，还可知高吸音峰值重叠而表现出相对较宽的带的吸音效果。
由以上可知，通过设为高阶振动模式的频率下的吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率的结构，即使在高频下也能够获得高吸音效果。
另外，众所周知，基本振动模式为出现在最低频侧的振动模式，高阶振动模式为基本振动模式以外的振动模式。
振动模式是基本振动模式还是高阶振动模式可以根据膜状部件的状态来判断。在基本振动模式下的膜振动中，膜的重心部具有最大的振幅，周边的固定端部附近的振幅则小。并且，膜状部件在所有区域中在相同方向上具有速度。另一方面，在高阶振动模式下的膜振动中，膜状部件根据位置而存在在相反方向上具有速度的部分。
或者，在基本振动模式下，膜的固定部成为振动的波节，而在其他膜面上不存在波节。另一方面，在高阶振动模式下，根据上述定义，除固定部以外，还在膜上存在成为振动的波节的部分，因此可以通过以下所示的方法实际进行测量。
振动模式的分析中，可以通过使用激光干涉测定膜振动来进行振动模式的直接观测。或者，通过在膜面上撒盐或白色的微粒子并使其振动，能够可视化波节的位置，因此使用该方法也能够进行直接观测。该模式的可视化称为克拉德尼图形。
并且，在圆形膜或矩形膜的情况下，还可以通过分析求出频率。若使用有限元法计算等数值计算法，则可以针对任意的膜形状求出各振动模式下的频率。
并且，吸音率可以通过使用声管的吸音率评价来求出。制作遵循JIS A 1405-2的垂直入射吸音率的测定系统进行评价。与此相同的测定可以使用Nihon OnkyoEngineering Co.,Ltd.制WinZacMTX。将声管的内部直径设为20mm，在该声管端部以膜状部件为表面配置膜型共振结构体，测定反射率来求出(1-反射率)并进行吸音率的评价。
声管的直径越小，能够测定的频率越高。这次，由于需要测定直至高频的吸音率特性，因此选择直径20mm的声管。
本发明的在膜型共振结构体10中，为了设为至少一个高阶振动模式的频率下的吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率的结构，可以调整背面空间24的厚度、膜状部件16的大小、厚度、硬度等。
具体而言，当将声源所产生的窄带声音的峰值频率的波长设为λ时，背面空间24的厚度(与膜状部件的表面垂直的方向上的厚度)优选为λ/6以下。并且，背面空间24的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下，为了吸收高频侧的声音，尤其优选为2mm以下。
另外，在背面空间24的厚度不均匀的情况下，可以使平均值在上述范围内。
膜状部件16的厚度优选小于100μm，更优选为70μm以下，进一步优选为50μm以下。另外，在膜状部件16的厚度不均匀的情况下，可以使平均值在上述范围内。
另一方面，若膜的厚度过薄，则会变得难以处理。膜厚优选为1μm以上，更优选为5μm以上。
膜状部件16的杨氏模量优选为1000Pa～1000GPa，更优选为10000Pa～500GPa，最优选为1MPa～300GPa。
膜状部件16的密度优选为10kg/m3～30000kg/m3，更优选为100kg/m3～20000kg/m3，最优选为500kg/m3～10000kg/m3。
膜状部件16的形状(膜振动的区域的形状)、即框体18的开口截面的形状并无特别限制，例如可以为包括正方形、长方形、菱形或平行四边形等其他四边形、正三角形、等腰三角形或直角三角形等三角形、正五边形或正六边形等正多边形的多边形或圆形、椭圆形等，也可以为不规则的形状。
膜状部件16的大小(膜振动的区域的大小)、即框体18的开口截面的大小以当量圆直径(图5中La)计优选为1mm～100mm，更优选为3mm～70mm，进一步优选为5mm～50mm。
在此，本发明人对在膜型共振结构体10中激发高阶振动模式的机理进行了更详细的研究。
将膜状部件的杨氏模量设为E(Pa)，将厚度设为t(m)，将背面空间的厚度(背面距离)设为d(m)，将膜状部件振动的区域的当量圆直径(即，在膜状部件固定于框体的情况下将框体的开口部的当量圆直径)设为
Figure BDA0003156274370000201
对这些参数进行各种变更并使用有限元法计算软件COMSOL ver.5.3(COMSOL Inc.)的声音模块来进行模拟试验，求出了激发高阶振动模式的条件。
具体而言，在三维空间内设置模拟了声管的圆柱状的波导，并在其端部设置背面空间部、膜状部件部。其端部通过使其成为声音硬件面来设为反射端。作为结构力学模块计算的对象，膜状部件部通过使其成为与其周围的空气部耦合的声音结构耦合面，以强耦合计算了声音结构相互作用。并且，膜状部件部通过将其端部设为固定约束条件，计算了周边受到抑制的膜振动。
将该声管的另一端设为平面波辐射面，在该面上求出了输入能量和反射回来的反射能量。当将输入能量标准化为1时，吸音率可以以1-反射率求出。
基于该条件，改变频率而计算了吸音率的频率依赖性。通过该依赖性，可以从低频侧将吸音峰值标为第一阶、第二阶。并且，通过还确认膜面的固体振动样式，分别确认了是第一阶模式。
在这种计算设定下，通过参数化地改变(E,t,d)来计算，求出了各自的吸音峰值位置。
其结果，发现当将膜状部件的杨氏模量设为E(Pa)、将厚度设为t(m)、将背面空间的厚度(背面距离)设为d(m)、将膜状部件振动的区域的当量圆直径(即，在膜状部件固定于框体的情况下将框体的开口部的当量圆直径)设为
Figure BDA0003156274370000211
时，优选使膜状部件的硬度E×t3(Pa·m3)为
Figure BDA0003156274370000212
以下。通过设为该条件，能够使高阶振动模式的吸音率大于基本振动模式的吸音率。首先，发现E×t3是支配膜的硬度的参数，而不是杨氏模量及厚度等单独参数。接着，发现可以由上述式的系数表示对背面距离的依赖性和对框体(开口部)的尺寸(等于膜的可振动的部分的大小)的依赖性对硬度造成的影响。基于这些进行研究的结果，明确了为了使高阶振动模式的吸音率大于基本振动模式的吸音率，需要满足上式范围。进而，发现当使用系数a表示为
Figure BDA0003156274370000213
时，系数a越小(如系数a为11.1以下、8.4以下、7.4以下、6.3以下、5.0以下、4.2以下、3.2以下)越优选。通过限定在该范围内，高阶振动模式的吸音率会变得进一步大于基本振动模式的吸音率。
并且，发现膜状部件的硬度E×t3(Pa·m3)优选为2.49×10-7以上，更优选为7.03×10-7以上，进一步优选为4.98×10-6以上，更进一步优选为1.11×10-5以上，尤其优选为3.52×10-5以上，最优选为1.40×10-4以上。若膜过于柔软，则会成为仅膜的质量发挥功能而振动弹簧要素不发挥功能的共振，即仅质量和背面空间的共振。在该情况下，发现最大吸音率趋于变小。因此，为了增加吸音率，需要满足这些条件。
通过使膜状部件的硬度在上述范围内，能够在膜型共振结构体10中适当地激发高阶振动模式。
在此，吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率的至少一个高阶振动模式的频率下的吸音率优选为20％以上，更优选为30％以上，进一步优选为50％以上，尤其优选为70％以上，最优选为90％以上。
另外，在以下说明中，将吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率的高阶振动模式还简称为“高阶振动模式”，将该频率还简称为“高阶振动模式的频率”。
并且，优选两个以上的高阶振动模式的频率下的吸音率分别为20％以上。
通过使吸音率在多个高阶振动模式的频率下为20％以上，能够在多个频率下吸音。
进而，优选为连续存在吸音率为20％以上的高阶振动模式的振动模式。即，例如优选2阶振动模式的频率下的吸音率和3阶振动模式的频率下的吸音率分别为20％以上。
进而，在连续存在吸音率为20％以上的高阶振动模式的情况下，优选吸音率在这些高阶振动模式的频率之间的整个带中为20％以上。
由此，能够获得宽带的吸音效果。
并且，从在可听范围内获得吸音效果的观点出发，吸音率为20％以上的高阶振动模式的频率优选存在于1kHz～20kHz的范围内，更优选存在于1kHz～15kHz的范围内，进一步优选存在于1kHz～12kHz的范围内，尤其优选存在于1kHz～10kHz的范围内。
在本发明中，可听范围为20Hz～20000Hz。
并且，在可听范围内，吸音率变得最大的频率优选存在于2kHz以上，更优选存在于4kHz以上，进一步优选存在于6kHz以上，尤其优选存在于8kHz以上。
并且，从小型化的观点出发，膜型共振结构体10中厚度最厚的部分的厚度(图2中Lo)优选为10mm以下，更优选为7mm以下，进一步优选为5mm以下。并且，只要能够适当地支承膜状部件，则厚度的下限值并无限定，但优选为0.1mm以上，进一步优选为0.3mm以上。
并且，在图1所示的例子中，框体18设为圆筒形状，但并不限定于此，只要能够将膜状部件16支承为可振动，则可以设为各种形状。例如，如图13所示，框体18也可以设为长方体形状且在一个面上形成有具有底面的开口部20的形状、即开放了一个面的箱型形状。另外，在图13中，为了进行说明，省略了一部分膜状部件16的图示。
并且，在图4及图5所示的例子中，背面空间24设为完全被框体18和膜状部件16包围的封闭空间，但并不限定于此，只要空间几乎被隔离以阻碍空气的流动即可，除完全封闭的空间以外，还可以在膜或除此之外的部分具有一部分开口。这种在一部分具有开口的方式能够防止如下情况：背面空间24内的气体因温度变化或气压变化而膨胀或收缩，导致张力附加于膜状部件16而使膜状部件的硬度发生变化，由此吸音特性发生变化，出于这一点是优选的。
例如，如图14所示的例子那样，也可以在膜状部件16上形成贯穿孔17。
通过设置贯穿孔17，能够调整峰值频率。
通过在膜部分形成贯穿孔，发生利用空气传播声音的传播。由此，膜的声阻抗发生变化。并且，膜的质量因贯穿孔而减小。认为共振频率由此发生了变化。因此，通过贯穿孔的大小也能够控制峰值频率。
形成贯穿孔的位置并无特别限定。例如，在膜状部件上设置贯穿孔的情况下，可以为在膜状部件的面方向的中央位置设置贯穿孔的结构，也可以为在固定于框体的端部附近的位置设置贯穿孔的结构。
在该情况下，吸音率及吸音峰值频率(以下，还称为吸音谱)会根据贯穿孔的位置而发生变化。例如，在中央位置形成贯穿孔的情况相较于不形成贯穿孔的情况的吸音谱的变化量大于在端部附近的位置形成贯穿孔的情况相较于不形成贯穿孔的情况的吸音谱的变化量。
只要为阻碍空气的流动的大小，则贯穿孔17的大小并无特别限定。具体而言，在小于振动部分的大小的范围内，以当量圆直径计优选为0.1mm～10mm，更优选为0.5mm～7mm，进一步优选为1mm～5mm。
并且，贯穿孔17的面积相对于振动部分面积优选为50％以下，更优选为30％以下，进一步优选为10％以下。
即使有多个贯穿孔，也可以同样地进行调整。
并且，膜状部件也可以为具有从其一个面贯穿至另一个面的一个以上的切割部的结构。切割部优选形成于膜状部件振动的区域，优选形成于振动的区域的端部。并且，切割部优选沿着膜状部件振动的区域与固定于框体的区域的边界形成。
并且，只要为不会完全分割膜状部件振动的区域的长度，则切割部的长度并无限定，但相对于框直径优选小于90％。
并且，切割部可以形成有一个，也可以形成有两个以上。
通过在膜状部件上形成切割部，能够使吸音的频率变宽(宽带化)。
或者，如图15所示的例子那样，也可以在框体18上形成贯穿孔17。
或者，如图16所示的例子那样，也可以在背面板22上形成贯穿孔17。
由此，能够确保膜型共振结构体内外的通气性，从而防止由温湿度变化或气压变化等引起的各部的膨胀(尤其膜状部件)、结露等。
在框体和/或背面板上设置贯穿孔的情况下，设置贯穿孔的位置也无特别限制。例如，优选在膜型共振结构体的电动车的零件附近的位置具有贯穿孔，且在膜型共振结构体的其他面上具有膜面。例如，如图17所示，是在背面板22上设置有贯穿孔17且在靠近该面的位置具有电动车的零件(例如机罩106)的结构。膜状部件16朝向与机罩106相反的一侧的开放的方向，振动不受声音的限制。另一方面，由于贯穿孔17靠近机罩106(几mm左右，也可以为1mm以下)，因此风几乎不会流入，无需担心风噪声，另一方面，可获得贯穿孔17的效果即耐环境性提高的效果。并且，如图17所示，膜型共振结构体10在机罩106(电动车的零件)上的安装可以使用间隔物114来进行。间隔物114可以为框状部件，也可以为柱状部件且为配置于膜型共振结构体10的四个角部的结构。
并且，在背面板22如图18所示的例子那样直接安装于电动车的零件(机罩106)的情况以及背面板22和/或框体18与电动车的零件(机罩106)构成为一体化的情况下，通过在框体18的电动车的零件附近的位置形成贯穿穴17，该部位的风变弱，因此风噪声也变小。
并且，背面板也可以为可振动的膜状部件。通过将背面板设为膜状部件，能够轻量化膜型共振结构体。并且，通过背面板振动，能够获得吸音效果。
并且，在图4所示的例子中，膜型共振结构体设为使用具有一个开口部的框体及背面板的结构，但并不限定于此，膜型共振结构体也可以设为使用具有两个以上的开口部的框体且在各开口部配置有膜状部件的结构。换言之，也可以设为具有如下结构的膜型共振结构体：以具备具有一个开口部的框体和一个膜状部件的膜型共振结构体为一个隔音单元，并将多个隔音单元的框体及背面板一体化。进而，也可以为将各隔音单元的膜状部件一体化的结构。
例如，在图20所示的例子中，膜型共振结构体具备具有形成于同一面上的三个开口部的框体30d和覆盖三个开口部的大小的膜状部件16f，膜状部件16f通过粘接剂/粘合剂等固定于框体30d的形成有三个开口部的面。膜状部件16f覆盖所有三个开口部，各开口部部分可独立地振动。并且，在各开口部内以被膜状部件16f和框体30d包围的方式形成有背面空间24。即，在图20所示的例子中，膜型共振结构体具有如下结构：具有三个隔音单元，且各隔音单元的框体、背面空间及膜状部件分别一体化。
在此，在图20所示的例子中，各隔音单元设为以相同的厚度排列于同一平面内的结构，但并不限定于此。从厚度的观点出发，优选以相同的厚度排列于同一平面内。
并且，在图20所示的例子中，各隔音单元设为规格相同且具有相同的共振频率的结构，但并不限定于此，膜型共振结构体也可以设为具备具有不同的共振频率的隔音单元的结构。具体而言，膜型共振结构体也可以具有背面空间的厚度、膜的材质及膜的厚度等中的至少一个不同的隔音单元。
例如，图21所示的例的膜型共振结构体中，框体30a具有不同大小的三种开口部(各两个)，各开口部上配置有不同大小的膜状部件16a～16c。即，图21所示的例的膜型共振结构体为通过使膜状部件振动的区域的面积不同而具有不同共振频率的三种隔音单元的结构。
并且，图22所示的例的膜型共振结构体中，框体30b具有不同深度的三种开口部，各开口部上配置有膜状部件16。即，各隔音单元具有不同厚度的背面空间24a～24c。因此，图22所示的例的膜型共振结构体为通过使背面空间的厚度不同而具有不同共振频率的三个隔音单元的结构。
并且，图23所示的例的膜型共振结构体具有不同材质的两种膜状部件16d及16e和具有六个开口部的框体30c，在六个开口部分别交替地配置有两种膜状部件16d及16e中的任一个。因此，图23所示的例的膜型共振结构体为通过使膜状部件的材质不同而具有不同共振频率的两种隔音单元的结构。
如图21～图23所示的例的膜型共振结构体那样，通过设为具备具有不同共振频率的隔音单元的结构，能够在多个频带中同时进行消音。
另外，在图21～图23所示的例子中，膜型共振结构体设为将各隔音单元的框体一体化的结构，但并不限定于此，通过排列或铺盖在不同频带中进行消音的独立的隔音单元，也能够应对多个频率。
并且，如图19所示的例子那样，本发明的膜型共振结构体也可以设为在背面空间24内具有多孔质吸音体26的结构。
通过在背面空间24内配置多孔质吸音体26，尽管峰值吸音率会变小，但能够将带扩大到低频侧。
并且，如图24所示的例子那样，膜型共振结构体也可以具有配置于膜状部件16f的上表面(与框体30d相反的一侧的面)的多孔质吸音体26a，还可以具有配置于框体30d的侧面及底面等外侧面的多孔质吸音体26b。由此，能够同时使用利用膜振动的共振消音和利用多孔质吸音体的宽带的吸音效果。
作为多孔质吸音体26，并无特别限定，可以适当利用以往公知的多孔质吸音体。例如可以使用：氨基甲酸酯发泡体、软质氨基甲酸酯泡沫体、木材、陶瓷粒子烧结材料、酚醛泡沫体等发泡材料及包含微小的空气的材料；玻璃棉、岩棉、超细纤维(3M公司制新雪丽等)、地板垫、地毯、熔喷无纺布、金属无纺布、聚酯无纺布、金属棉、毡、隔音板及玻璃无纺布等纤维及无纺布类材料；木棉水泥板；二氧化硅纳米纤维等纳米纤维系材料；石膏板；各种公知的多孔质吸音体。
多孔质吸音体的流动阻力σ1并无特别限定，但优选为1000～100000(Pa·s/m2)，更优选为5000～80000(Pa·s/m2)，进一步优选为10000～50000(Pa·s/m2)。
多孔质吸音体的流动阻力可以通过测定1cm厚的多孔质吸音体的垂直入射吸音率并利用Miki模型(J.Acoust.Soc.Jpn.，11(1)pp.19-24(1990))拟合来进行评价。或者，可以根据“ISO 9053”来进行评价。
作为框体18及背面板22的材料(以下，还统称为框材料)，可举出金属材料、树脂材料、强化塑料材料及碳纤维等。作为金属材料，例如可举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼、铜及它们的合金等金属材料。并且，作为树脂材料，例如可举出丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、ABS树脂(丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styrene)共聚合成树脂)、聚丙烯及三乙酰纤维素等树脂材料。并且，作为强化塑料材料，可举出碳纤维强化塑料(CFRP：Carbon FiberReinforced Plastics)及玻璃纤维强化塑料(GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastics)。并且，可举出天然橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、EPDM(乙烯/丙烯/二烯橡胶)、硅酮橡胶等以及包含它们的交联结构体的橡胶类。
并且，作为框材料，还可以使用各种蜂窝芯材料。蜂窝芯材料轻量且用作高刚性材料，因此容易获取成品。可以将由铝蜂窝芯、FRP蜂窝芯、纸蜂窝芯(Shin Nippon FeatherCore Co.,Ltd制、Showa Aircraft Industry Co.,Ltd.制等)、热塑性树脂(PP、PET、PE、PC等)蜂窝芯(Gifu Plastic Industry Co.,Ltd.制TECCELL等)等各种材料形成的蜂窝芯材料用作框体。
并且，作为框材料，也可以使用包含空气的结构体(即，发泡材料、中空材料、多孔质材料等)。在使用多个膜型的膜型共振结构体的情况下，为了使各单元之间不通气，例如可以使用闭孔的发泡材料等来形成框。例如可以选择闭孔聚氨酯、闭孔聚苯乙烯、闭孔聚丙烯、闭孔聚乙烯、闭孔橡胶海绵等各种材料。与连续气泡体相比，使用闭孔体不会使声音、水、气体等通过，并且结构强度较大，因此适合用作框材料。并且，在上述多孔质吸音体具有充分的支承性的情况下，也可以仅由多孔质吸音体形成框体，例如也可以通过混合、混炼等组合使用作为多孔质吸音体和框体的材料而举出的材料。如此，能够通过使用在内部包含空气的材料系统来轻量化器件。并且，能够赋予隔热性。
在此，从可实现成为高温的位置配置的观点出发，框体18及背面板22优选由耐热性高于阻燃材料的材料形成。耐热性例如可以由满足建筑基准法实施条例的第108条第2项各号的时间定义。满足建筑基准法实施条例的第108条第2项各号的时间为5分钟以上且小于10分钟时为阻燃材料，10分钟以上且小于20分钟时为准不燃材料，20分钟以上时为不燃材料。但是，耐热性通常会针对每个领域进行定义。因此，可以根据利用膜型共振结构体的领域由具有相当于在该领域中定义的阻燃性以上的耐热性的材料形成框体18及背面板22。
只要能够可靠地固定及支承膜状部件16，则框体18的壁厚(框架厚度)及厚度(与开口面垂直的方向上的高度、图2中的Lb)也无特别限制，例如可以根据框体18的开口截面的大小等来设定。
背面板的厚度(图5中的t1)也无特别限制。
作为膜状部件16的材料，可以使用：铝、钛、镍、坡莫合金、42合金、可伐合金、镍铬合金、铜、铍、磷靑铜、黄铜、镍银、锡、锌、铁、钽、铌、钼、锆、金、银、铂、钯、钢铁、钨、铅及铱等各种金属；PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、TAC(三乙酰纤维素)、PVDC(聚偏二氯乙烯)、PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)、PMP(聚甲基戊烯)、COP(环烯烃聚合物)、ZEONOR、聚碳酸酯、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、PAR(聚芳酯)、芳纶、PPS(聚苯硫醚)、PES(聚醚砜)、尼龙、PEs(聚酯)、COC(环状烯烃共聚物)、二乙酰纤维素、硝基纤维素、纤维素衍生物、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、POM(聚甲醛)、PEI(聚醚酰亚胺)、聚轮烷(滑环材料等)及聚酰亚胺等树脂材料等。进而，还可以使用如薄膜玻璃等玻璃材料、CFRP(碳纤维强化塑料)及GFRP(玻璃纤维强化塑料)那样的纤维强化塑料材料。并且，也可以使用天然橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、EPDM、硅酮橡胶等以及包含它们的交联结构体的橡胶类。或者，也可以使用组合它们而成的材料。
并且，在使用金属材料的情况下，从抑制生锈等的观点出发，也可以在表面上实施金属镀覆。
从对热、紫外线、外部振动等的耐久性优异的观点出发，优选在要求耐久性的用途中将金属材料用作膜状部件16的材料。
并且，在框体18上固定膜状部件16的方法并无特别限制，可以适当利用使用双面胶或粘接剂的方法、螺纹固定等机械固定方法、压接等。与框体和膜体相同地，也可以从耐热、耐久性、耐水性的观点出发，选择固定方法。例如，作为粘接剂，可以选择CEMEDINE Co.,Ltd.“SUPER X”系列、ThreeBond Co.,Ltd.“3700系列(耐热)”、TAIYO WIRE CLOTH CO.,LTD制耐热环氧系粘接剂“Duralco系列”等。并且，作为双面胶，可以选择3M公司制高耐热双面粘合胶9077等。如此，可以针对所要求的特性选择各种固定方法。
并且，在汽车(电动车)中，通常使用粘接剂，因此也可以使用它们。作为结构用粘接剂，通过使用环氧粘接剂、氨基甲酸酯粘接剂等在汽车中有良好的使用记录的粘接剂，能够表现出可承受汽车用途的耐久性的性能。并且，可以使用单液性粘接剂，也可以使用二液性粘接剂以将硬化温度降低至常温左右。例如可以选择3M公司3M Scotch-Weld系列。
关于双面胶，也可以使用以往用于汽车的双面胶。例如可以选择3M公司Scotch(注册商标)强力双面胶[汽车内装用]SCP-15、Scotch强力双面胶[汽车外装用]KCA-15、Scotch超强力双面胶PREMIER GOLD[汽车内装用]KCR-15等。
并且，通过作为框体18、背面板22及膜状部件16的材料而均选择树脂材料等具有透明性的材料，能够使膜型共振结构体10本身变得透明。例如可以选择PET、丙烯酸、聚碳酸酯等透明性树脂。由于一般的多孔质吸音材料无法防止可见光的散射，因此能够实现透明的膜型共振结构体便具有特殊性。
进而，可以对框体18、背面板22和/或膜状部件16设置防反射涂层或防反射结构。例如，可以设置使用由电介质多层膜引起的光学干涉的防反射涂层。通过防止可见光的反射，能够进一步降低框体18、背面板22和/或膜状部件16的视觉辨认性而使其不显眼。
如此，能够将透明的膜型共振结构体安装于例如窗部件或用作窗部件的替代部件。
并且，也可以使框体18、背面板22或膜状部件16具备隔热功能。只要是金属材料，则通常既能够反射近红外线也能够反射远红外线，因此能够抑制辐射热传导。并且，即使为透明树脂材料等，通过使其在表面具备隔热结构，也能够使其在透明的状态下仅反射近红外线。例如，能够通过电介质多层结构在使可见光透射的状态下选择性地反射近红外线。具体而言，3M公司Nano90s等Multilayer Nano系列以超过200层的层结构反射近红外线，因此也可以将这种结构贴合于透明树脂材料来用作框体和膜状部件，还可以将该部件本身用作膜状部件16。例如可以作为窗部件的替代部件而设为具有吸音性和隔热性的结构。
在环境温度发生变化的系统中，优选框材料和膜状部件16的材料的物性变化均相对于环境温度小。
在本发明中，膜型共振结构体10优选配置于马达室104内。如上所述，马达室104内的温度变化大，若框材料及膜状部件16的材料的物性因温度而发生变化，则会使膜振动的共振频率发生变化，有可能无法获得所期望的消音效果。
因此，例如，在使用树脂材料的情况下，优选造成大的物性变化的点(玻璃化转变温度、熔点等)在环境温度范围之外。
进而，在框材料和膜状部件使用不同性质的部件的情况下，优选环境温度下的热膨胀系数(线热膨胀系数)为相同程度。
若框材料与膜状部件之间的热膨胀系数相差较大，则在环境温度发生了变化的情况下，框体及背面板与膜状部件的变位量会不同，因此膜容易变形。变形及张力变化会对膜的共振频率造成影响，因此消音频率容易随着温度变化而发生变化，并且即使温度恢复到原本的温度，有时也会无法缓和变形而使消音频率持续已发生变化的状态。
相对于此，在热膨胀系数为相同程度的情况下，框体及背面板与膜状材料相对于温度变化同样地伸缩，因此不易变形，其结果，能够针对环境温度的变化表现出稳定的消音特性。
作为热膨胀系数的指标，已知线膨胀系数，线膨胀系数例如可以通过JIS K7197等公知的方法来测定。框体与膜状材料的线膨胀系数差在所使用的环境温度范围内优选为9ppm/K以下，更优选为5ppm/K以下，尤其优选为3ppm/K以下。通过从这种范围中选定部件，能够在所使用的环境温度下表现出稳定的消音特性。
并且，将膜状部件支承为可振动的框体只要能够将膜状部件支承为可膜振动即可，也可以为电动车的车身的一部分。由此，也可以在车身侧预先一体成型框体，然后安装膜。
以上，举出针对本发明的膜型共振结构体的各种实施方式进行了详细的说明，但本发明并不限定于这些实施方式，当然也可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改进或变更。
实施例
以下，根据实施例对本发明进行进一步详细的说明。以下实施例中示出的材料、使用量、比例、处理内容、处理顺序等只要不脱离本发明的主旨，则可以适当进行变更。因此，不应通过以下所示的实施例来限制性地解释本发明的范围。
[实施例1]
＜膜型共振结构体的制作＞
准备厚度3mm的丙烯酸板(HIKARI CO.,LTD.制)，制作了具有6×11个20mm×20mm的开口部的框体。加工是使用激光切割机进行的。整体尺寸设为300mm×180mm。
作为背面板，将厚度2mm的丙烯酸板加工成300mm×180mm的尺寸，安装于框体的一个面。安装是使用双面胶(ASKUL Corporation制Genbano Chikara)进行的。
作为膜状部件，将厚度50μm的PET薄膜(TORAY INDUSTRIES,INC.制Lumirror)切成300mm×180mm的尺寸。利用双面胶将膜状部件安装于框体的另一个面。
由此，成为厚度50μm的膜状部件以20mm×20mm的尺寸构成膜振动部且排列有6×11个背面距离为3mm的膜型共振结构体的结构。
＜声管测定＞
测定了制作出的结构体的垂直入射吸音率。作为声管测定，制作遵循JIS A1405-2的垂直入射吸音率的测定系统进行了评价。与此相同的测定可以使用Nihon OnkyoEngineering Co.,Ltd.制WinZacMTX来进行。将声管的内部直径设为2cm，在该声管端部配置上述膜型共振结构体的膜面作为声音入射面侧，进行了垂直入射吸音率评价。将结果示于图25。可知该膜型共振结构体在3kHz和4kHz下具有大致100％的较大的吸音率。该膜型共振结构体中，1.7kHz附近的吸音为基本振动的吸音率，该膜型共振结构体设计成高阶振动的吸音率大于基本振动的吸音率。
并且，由图25可知，在该膜型共振结构体中，在3kHz与4kHz之间的频带也可获得高吸音率，能够吸收特定的频带的声音，同时以一定程度的带宽吸音。
＜评价＞
将制作出的膜型共振结构体组装到电动车中，并以如下方式评价了消音量。
作为电动车，使用了Nissan Motor Co.,Ltd.制LEAF(2017年型号)。在LEAF的马达室内，马达在大致中央部下侧，在其上方堆叠有逆变器。通过实际的车辆行驶，已知马达及逆变器均在1kHz以上的高频帯发出多个强烈的单频声音成分。与一般的汽车相同地，该LEAF在马达室的下部存在开放部，并且还存在从马达室向车厢内通气的孔部、在机罩侧方部填充有氨基甲酸酯发泡体的开放部等。本实验的目的在于，如这种呈复杂的形状的电动车那样，在从马达室至车厢内的声音传递路径存在多个路径的状况下，表现出能够抑制特定声音的噪声。上述多个路径有使仪表板绝缘体部等振动来传播的路径、声音一度散发到马达室外之后再次进行入车厢内的路径、从马达室通过孔部直接作为空气传播声音而传播至车厢内的路径等。
实验时，将电动车配置于消音室内而在无回声的环境下且在背景噪声充分小的条件下进行了评价。消音室是使用Nihon Onkyo Engineering Co.,Ltd.的消音室进行测定的。
在电动车的马达室内的机罩上安装了两个制作出的膜型共振结构体。膜型共振结构体的位置为安装有LEAF的吸音材料(毡系多孔质吸音体、厚度最大为30mm左右)的位置，卸下该吸音材料，取而代之，配置了膜型共振结构体。
作为声源，将为了模拟逆变器及马达的峰值声音而利用软管形成波导来导入扬声器(Anker制扬声器)的声音的所谓的软管声源(Nihon Onkyo Engineering Co.,Ltd.制作)的端部固定于逆变器盖侧方部。扬声器用功率放大器使用了YAMAHA2500S，并利用NihonOnkyo Engineering Co.,Ltd.制软件即噪声发生器产生了白噪声。
麦克风使用了ONO SOKKI CO.,LTD制MI-1431。关于配置位置，在声源附近的逆变器盖部固定了三个，在车厢外固定了一个，在车厢内的驾驶员的耳朵位置固定了三个，进行了测定。配置了多个麦克风的理由在于，尤其关于高频声音，由于波长尺寸小，因此位置依赖性有可能会大。以下结果表示平均化车厢内耳朵位置的麦克风的数据而得的结果。
分析同时进行了1/3倍频带(频率加权FLAT)和窄带谱这两者。
首先，作为参考，在未配置膜型共振结构体的状态下从扬声器产生白噪声，进行了车厢内耳朵位置处的声压测定。测定时，在机罩及车厢门均关闭的状态下进行了实验。
接着，在配置有膜型共振结构体的状态下从扬声器产生白噪声，进行了车厢内耳朵位置处的声压测定。求出与参考声压测定结果的差分作为消音量。将结果示于图26。
由图26可知，在膜型吸音结构体产生共振的4kHz附近得到9dB以上的消音量。该膜型共振结构体的背面厚度为3mm，另一方面，4kHz的波长为86mm，因此可知能够仅以波长的3.5％的厚度获得较大的消音效果。
[比较例1]
在比较例1中，代替膜型共振结构体，使用了经常用作汽车的隔音材料的3M公司制新雪丽(PPS-200)。新雪丽的厚度为13mm。在该新雪丽背面安装了背面板。背面板是以与实施例1的背面板相同的方式加工丙烯酸板而制作的。利用激光切割机将其加工成与实施例1相同的面积。将加工后的隔音材料安装于与实施例1相同的位置，并进行了与上述相同的测定。
[比较例2]
作为比较例2，使用了原本安装于LEAF的毡系隔音材料。设为原本的安装状态，进行了与实施例1相同的测定。该毡系隔音材料本身的厚度最大为30mm左右，而且采用了在背面形成空间的安装方式。
将比较例1及比较例2的测定结果示于图27。并且，图27中还示出实施例1的结果。可知最薄的实施例1的膜型吸音结构体能够在4kHz的消音峰值处获得高消音量。并且，将1/3倍频带的评价结果示于表1。可知关于1/3倍频带评价中的消音量，实施例1也超过了比较例1及2。
[表1]
Figure BDA0003156274370000331
图28中示出比较了实施例1和比较例1的3kHz附近的消音量的结果。如图25所示，本发明的电动车用消音部件所具有的膜型共振结构体在多个频率区域具有不同的膜振动模式，且分别表现出高吸音性。如图28所示，关于与4kHz不同的模式的3kHz的吸音，实施例1的消音量也大幅超过了厚度更厚的新雪丽(比较例1)的消音量。如此，本发明的电动车用消音部件所具有的膜型共振结构体能够与多个阶数的膜振动共振对应地同时消除多个频率的峰值声音。
如此，可知与以往的多孔质吸音体相比，本发明的电动车用消音部件更薄且具有更高的消音效果。尤其，可知与当前市售的电动车的吸音体相比，厚度为1/10且可获得更高的消音效果，对消除峰值声音而言是优异的结构。
[实施例2]
将背面空间的厚度(即，丙烯酸板的厚度)设为5mm，将框体的开口部的尺寸设为30mm×30mm，将膜状部件(PET薄膜)的厚度设为100μm，设为排列有4×8个的结构，除此之外，以与实施例1相同的方式制作了膜型共振结构体，并以与实施例1相同的方式测定了消音量。
实施例2的膜型共振结构体在2kHz附近具有吸音峰值。
将结果示于图29。
由图29可知，与比较例1相比，实施例2的消音量更大，可获得最大为10.5dB的消音量。
[实施例3]
将背面空间的厚度(即，丙烯酸板的厚度)设为2mm，设为排列有6×11个的结构，除此之外，以与实施例1相同的方式制作了膜型共振结构体，并以与实施例1相同的方式测定了消音量。
实施例3的膜型共振结构体在4.5kHz附近具有吸音峰值。
将结果示于图30。
由图30可知，与比较例1相比，实施例3的消音量更大。
[比较例3]
如上所述，作为消除窄带声音的结构，已知亥姆霍兹共振结构，还进行了如以往文献中列举那样用于汽车的尝试。因此，作为比较例3，制作亥姆霍兹共振结构，进行了与实施例1相同的评价。
将目标频率设为4kHz。
表面板设为在厚度3mm的丙烯酸板上具有直径6mm的贯穿孔的结构。中间框设为厚度3mm、框尺寸20mm的丙烯酸框结构。背面板设为厚度2mm的丙烯酸板。即，设为具有20mm×20mm×3mm的内部空间和直径6mm、长度3mm的开口部的亥姆霍兹共振结构。排列按照实施例1而排列了6×11个。
在亥姆霍兹共振结构中，表面板的厚度也对吸音作出主要贡献，因此无法减小，除背面板以外成为总计6mm的厚度。另一方面，实施例1的膜型共振结构体可以使用薄膜，因此除背面板以外为总计3.05mm的厚度。这是由各自的共振的特征产生的本质性差异，为了获得相同频率，膜型共振结构能够比亥姆霍兹共振更轻量化、小型化及薄型化。
以与实施例1相同的方式将该亥姆霍兹共振结构组装到电动车中并测定了消音量。将结果示于图31及图32。
由图32可知，在实施例1及比较例3这两个的结构产生共振的4kHz附近，实施例1与比较例3的消音量几乎没有差异。即，可知膜型吸音结构体能够以亥姆霍兹共振结构的约一半的体积表现出同等的消音效果。
进而，由图31可知，在3kHz附近，实施例1通过另一振动阶数而具有消音效果，但比较例1无法在多个频带产生共振，因此没有消音效果。
如此，可知本发明的电动车用消音部件所具有的膜型吸音结构体在轻量且薄型及能够消除多个频率的声音方面优于亥姆霍兹共振结构。
＜风噪声的影响评价＞
作为膜型共振结构体和亥姆霍兹共振体的比较，为了观察风噪声的效果，进行了以下实验。
准备DC轴流式风扇(SANYO DENKI CO.,LTD.制San Ace 60，Model：9GA0612P1J03)，并将该风扇安装于管道(开口截面60mm×60mm、长度145mm)的一个端面。在管道的另一个端部配置麦克风(ACO CO.,LTD.制)，对没有任何器件的状态(参考例)、将壁面的一部分设为膜型共振结构体的状态(实施例4)、将壁面的一部分设为亥姆霍兹共振体的状态(比较例4)测定音量，进行了比较。在此，膜型共振结构体及亥姆霍兹共振体的共振频率调整为1.5kHz。膜型共振结构体为2阶振动模式下的共振频率。
膜型共振结构体中，膜状部件设为125μm厚度的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜，框体具有
Figure BDA0003156274370000351
的开口部，背面距离(厚度)设为5mm。
亥姆霍兹共振体设计成成为与膜型共振结构体相同的体积。即，表面板的厚度设为2mm，背面距离设为3mm，背面空间为
Figure BDA0003156274370000352
的圆柱状空腔，在表面板上形成了孔径2.5mm、厚度2mm的贯穿穴(共振孔)。
并且，膜型共振结构体及亥姆霍兹共振体均安装于管道的一个端面侧的侧面。
调整流入风扇的电流量，将风扇的峰值声音调整为与1.5kHz一致。风扇的峰值声音是指基本频率由(风扇的叶片数量×转速)确定且以其整数倍的频率发出强烈的声音的现象。在管道端部测定的风速为10m/s。
在该状态下测定了频率与音量之间的关系。
图33中示出结果。在图33所示的图表中，横轴的频率轴为了去除噪声而每隔20Hz进行了平均化处理。
由图33可知，首先，当关注峰值频率时，膜型共振结构体进行了10dB以上的峰值消音。与此相比，亥姆霍兹共振体的消音量为5dB左右，消音幅度小。进而，在其周边频率处，膜型共振体在1.4kHz～1.6kHz左右的范围内进行消音，在其他频率处与原始声音相比变化不大。这是因为，膜型共振体的带宽于风扇的峰值声音的带。并且，尤其没有产生由风噪声引起的扩增。
另一方面，在亥姆霍兹共振体的情况下，在峰值频率附近1kHz宽度的整个带处，音量比原始声音更扩增。这是风噪声的扩增。可观察到最大5dB以上的扩增，听觉上的变化也大。在亥姆霍兹共振体的开口部，首先会因风而产生遍及宽频谱的白噪声状的风噪声。在该风噪声中，亥姆霍兹共振体的共振频率附近的声音被亥姆霍兹共振体扩增而再辐射。由此，在共振峰值附近产生大的风噪声。
如此，可知当有风时，亥姆霍兹共振体会以共振频率为中心产生大的风噪声，另一方面，膜型共振结构体具有不产生风噪声的优点。因此，可知在有风扇的风或由电动车的行驶产生的风时为了消音而使用共振体的情况下，通过使用膜型共振结构体，能够消除所期望的峰值频率的声音，而不会发出大的风噪声。
[实施例5]
在实施例5中，对组合具有宽带消音特性的多孔质吸音体和具有对峰值声音的强烈的消音效果的膜型共振结构体的情况进行了研究。
设为在膜型共振结构体的膜面上重叠有比较例1中使用的新雪丽(PPS-200)的结构，除此之外，以与实施例1相同的方式制作了电动车用消音部件，并进行了与实施例1相同的评价。此时，利用胶带将新雪丽仅粘接于膜型共振结构体的外框，以使新雪丽不会按压膜振动。
将结果示于图34。另外，图34所示的消音量是以比较例1(配置有新雪丽的结构)为参考求出的。
图34中用箭头示出的范围为膜型共振结构体所具有的高阶振动的吸音极大值附近。可知在该范围内，出现了由膜型共振结构体的共振引起的强烈的消音效果。进而，当关注更高频侧时，可知在本结构中也可维持新雪丽所具有的高频侧的宽带的高吸音而表现出宽带吸音。即，可知实现了利用膜型共振结构体的共振的峰值声音消音和多孔质吸音体的宽带吸音的兼顾。进而，当关注更低频侧时，可知实施例4的消音量在低频侧也超过单个新雪丽的消音量。
如此，可知通过层叠膜型共振结构体和多孔质吸音体，能够遍及整个区域实现峰值消音和宽带消音。
综上所述，本发明的效果是显而易见的。
符号说明
10-膜型共振结构体，16、16a～16f-膜状部件，17-贯穿孔，18、30a～30d-框体，19-开口面，20-开口部，22-背面板，24、24a～24c-背面空间，26、26a、26b-多孔质吸音体，50-电动车用消音部件，100-电动车，102-电动车用马达，104-马达室，106-机罩，108-车厢，110-轮胎，112-逆变器，114-间隔物。

Claims (15)

1.一种电动车用消音部件，其中，
该电动车用消音部件具有膜型共振结构体，该膜型共振结构体对从配置于电动车内的声源所产生的声音进行消音，
所述声源产生窄带的声音，
所述膜型共振结构体配置于与所述声源相同的空间内、或所述电动车的车厢内，
所述膜型共振结构体具有：至少一片膜状部件；将所述膜状部件以能够振动的方式支承的框体；以及以面对所述膜状部件的方式设置于所述框体的背面板，
所述膜状部件、所述框体以及所述背面板形成被所述膜状部件、所述框体以及所述背面板包围的背面空间，
利用由所述膜型共振结构体的所述膜状部件引起的膜振动，对从所述声源产生的声音进行消音。
2.根据权利要求1所述的电动车用消音部件，其中，
所述膜型共振结构体配置于与所述声源相同的空间内。
3.根据权利要求1或2所述的电动车用消音部件，其中，
所述声源为：电动车用马达、所述电动车用马达用逆变器和变频器、以及用于向所述电动车用马达供给电力的电动车用电池用的逆变器和变频器中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的电动车用消音部件，其中，
所述电动车具有马达室，该马达室形成用于配置所述电动车用马达的空间，
所述膜型共振结构体被配置于所述马达室内。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电动车用消音部件，其中，
所述膜状部件的膜振动的至少一个高阶振动模式的频率下的吸音率高于基本振动模式的频率下的吸音率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动车用消音部件，其中，
在所述膜状部件以及所述框体中的至少一方上形成有贯穿孔。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电动车用消音部件，其中，
当将所述声源所产生的窄带的声音的峰值频率的波长设为λ时，
在与所述膜状部件的表面垂直的方向上，所述背面空间的厚度为λ/6以下。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的电动车用消音部件，其中，
所述声源所产生的窄带的声音的峰值频率为1000Hz以上。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的电动车用消音部件，其中，
该电动车用消音部件具有安装于所述膜型共振结构体的多孔质吸音体。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的电动车用消音零件，其中，
所述膜型共振结构体安装于所述电动车的机罩。
11.根据权利要求3至9中任意一项所述的电动车用消音零件，其中，
所述膜型共振结构体安装于所述电动车的电动车用马达盖、以及所述电动车用马达用逆变器的盖中的至少一方。
12.根据权利要求1至11所述的电动车用消音部件，其中，
所述框体以及所述背面板中的至少一方与所述电动车的零件形成为一体。
13.根据权利要求12所述的电动车用消音部件，其中，
所述背面板为所述电动车的机罩。
14.根据权利要求12或13所述的电动车用消音部件，其中，
所述框体与所述电动车的机罩形成为一体。
15.根据权利要求1至14中任意一项所述的电动车用消音部件，其中，
所述膜型共振结构体的平均厚度为10mm以下。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114103831A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 招远华丰机械设备有限公司 一种矿用运输车分体式降噪动力组合布置
DE102021211532A1 (de) 2021-10-13 2023-04-13 Zf Friedrichshafen Ag Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und Radantrieb mit einer Antriebsvorrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024070160A1 (ja) * 2022-09-28 2024-04-04 富士フイルム株式会社 通風型消音器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5719359A (en) * 1994-05-09 1998-02-17 Woco Franz-Josef Wolf & Co. Laminar damper
US20060152108A1 (en) * 2003-05-29 2006-07-13 Hidekazu Kodama Sound insulation/absorption structure, and structure having these applied thereto
CN101515453A (zh) * 2008-02-22 2009-08-26 雅马哈株式会社 吸声结构和具有吸声特性的汽车部件
US20110056763A1 (en) * 2009-09-07 2011-03-10 Yamaha Corporation Acoustic resonance device
CN102317119A (zh) * 2009-02-12 2012-01-11 丰和纤维工业株式会社 汽车用吸音板及使用此吸音板的汽车用引擎下盖
US20180002919A1 (en) * 2015-02-27 2018-01-04 Fujifilm Corporation Soundproof structure and soundproof structure manufacturing method
US20180058066A1 (en) * 2015-06-22 2018-03-01 Fujifilm Corporation Soundproof structure, louver, and partition

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2989136A (en) * 1959-04-14 1961-06-20 Wohlberg George Sound attenuation
JP3965808B2 (ja) 1998-12-16 2007-08-29 いすゞ自動車株式会社 エンジンルーム
JP4304972B2 (ja) 2002-12-06 2009-07-29 日産自動車株式会社 燃料電池用空気供給装置
JP2006335098A (ja) 2005-05-31 2006-12-14 Toyota Motor Corp 意匠カバー、ハイブリッド車
JP5522158B2 (ja) 2011-02-08 2014-06-18 株式会社豊田自動織機 圧縮機
JP6079514B2 (ja) 2013-09-06 2017-02-15 豊田合成株式会社 自動車用フード
JP2016210282A (ja) 2015-05-08 2016-12-15 矢崎総業株式会社 自動車用防音材、及び、ワイヤハーネス組付け体
WO2018147129A1 (ja) 2017-02-10 2018-08-16 富士フイルム株式会社 防音部材

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5719359A (en) * 1994-05-09 1998-02-17 Woco Franz-Josef Wolf & Co. Laminar damper
US20060152108A1 (en) * 2003-05-29 2006-07-13 Hidekazu Kodama Sound insulation/absorption structure, and structure having these applied thereto
CN101515453A (zh) * 2008-02-22 2009-08-26 雅马哈株式会社 吸声结构和具有吸声特性的汽车部件
CN102317119A (zh) * 2009-02-12 2012-01-11 丰和纤维工业株式会社 汽车用吸音板及使用此吸音板的汽车用引擎下盖
US20110056763A1 (en) * 2009-09-07 2011-03-10 Yamaha Corporation Acoustic resonance device
US20180002919A1 (en) * 2015-02-27 2018-01-04 Fujifilm Corporation Soundproof structure and soundproof structure manufacturing method
US20180058066A1 (en) * 2015-06-22 2018-03-01 Fujifilm Corporation Soundproof structure, louver, and partition

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021211532A1 (de) 2021-10-13 2023-04-13 Zf Friedrichshafen Ag Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und Radantrieb mit einer Antriebsvorrichtung
CN114103831A (zh) * 2021-11-25 2022-03-01 招远华丰机械设备有限公司 一种矿用运输车分体式降噪动力组合布置
CN114103831B (zh) * 2021-11-25 2024-02-23 招远华丰机械设备有限公司 一种矿用运输车分体式降噪动力组合布置

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CN113302087B (zh) 2024-04-09
JP7141473B2 (ja) 2022-09-22
EP3909813A1 (en) 2021-11-17

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