JP2005291149A - Fluid drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のフィンを電動モータによって回転駆動することにより、流体を駆動する流体駆動装置に関するものであり、特にファン騒音を低減する技術に関するものである。 The present invention relates to a fluid drive device that drives a fluid by rotating a plurality of fins with an electric motor, and more particularly to a technique for reducing fan noise.
電動エアポンプ(流体駆動装置の一例)のファン騒音を低減する技術として、(1)インペラのフィンピッチ角度を不均等に配置するとともに、(2)インペラの表裏面のフィンの回転方向の位置を変調点0の位置で半ピッチずらす技術が知られている。
この技術は、上記(1)、(2)により、インペラの表裏面で発生する音同士を干渉させて音エネルギーを打ち消し合わせることで、ファン騒音を低減させるものである(例えば、特許文献1参照)。
Techniques to reduce fan noise in electric air pumps (an example of a fluid drive device): (1) Distributing the fin pitch angles of the impeller unevenly, and (2) modulating the rotational position of the fins on the front and back surfaces of the impeller A technique of shifting by half a pitch at the position of point 0 is known.
According to the above (1) and (2), this technology reduces fan energy by causing sounds generated on the front and back surfaces of an impeller to interfere with each other to cancel out sound energy (see, for example, Patent Document 1). ).
しかし、フィンピッチ角度を不均等にし、且つ表裏面のフィン位置をずらして変調することにより、常用回転における騒音周波数に、レベルの高い騒音ピークは発生しなくなるものの、不均等のフィンピッチ角度によりレベルの低い騒音ピークが多数分散して発生することになる。この結果、人の可聴周波数帯域内における騒音のオーバーオール値は低減しないという欠点がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は騒音のピーク周波数を人の可聴周波数帯域の外の高域へ移行させることで、人に聴こえる騒音を低く抑えることのできる流体駆動装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to shift noise peak frequency to a high frequency outside the human audible frequency band, so that noise audible to humans can be kept low. It is in the provision of a fluid drive.
[請求項1の手段]
請求項1の手段を採用する流体駆動装置は、フィンの枚数をN、電動モータが常用回転する際における1秒間当たりの回転数をSとした場合に、N×S(×は乗算)によって求められる値が、人の可聴周波数帯域より高く設けられたものである。
このように設けられることにより、ファン騒音の1次ピークの周波数(N×S)が、人の可聴周波数帯域の外の高域側で発生することになり、人に聴こえるファン騒音を低く抑えることができる。
[Means of claim 1]
The fluid drive device adopting the means of claim 1 is obtained by N × S (× is multiplication), where N is the number of fins and S is the number of rotations per second when the electric motor is normally rotated. The value obtained is higher than the human audible frequency band.
By providing in this way, the frequency (N × S) of the primary peak of fan noise is generated on the high frequency side outside the human audible frequency band, and the fan noise audible to humans is kept low. Can do.
[請求項2の手段]
請求項2の手段を採用する流体駆動装置は、各フィンのフィンピッチ角度を均一に設けたものである。
このように設けられることにより、ファン騒音のピーク周波数を、1次ピークの1点に集中することができるとともに、1次ピークの周波数変動が無い。このため、ファン騒音の1次ピークの周波数を、人の可聴周波数帯域の外の高域へ完全に移行させることができる。
[Means of claim 2]
In the fluid drive device employing the means of
By providing in this way, the peak frequency of the fan noise can be concentrated at one point of the primary peak and there is no frequency fluctuation of the primary peak. For this reason, the frequency of the primary peak of fan noise can be completely shifted to a high frequency outside the human audible frequency band.
[請求項3の手段]
請求項3の手段を採用する流体駆動装置は、フィンの枚数を素数に設けたものである。 このように設けられることにより、ファンによる騒音ピークが1次ピークの他に発生するのを防ぐことができる。この結果、ファン騒音の0.5次ピーク等が人の可聴周波数帯域内に発生するのを防ぐことができる。即ち、騒音ピークが分散するのを防ぎ、人の可聴周波数帯域内に騒音ピークが発生するのを防ぐことができる。
[Means of claim 3]
In the fluid driving device employing the means of
[請求項4の手段]
請求項4の手段を採用する流体駆動装置は渦流式ブロワ装置であり、渦流室における吐出口側の終端に、フィンの回転方向へ向って渦流室の終端の容積空間を徐々に小さくする傾斜部を設けたものである。
渦流室の終端に、渦流室の容積空間を徐々に小さくする傾斜部を設けることにより、フィンが渦流室の終端に侵入する際の圧力の変化が緩やかになり、フィンが終端に侵入する際に発生する騒音エネルギーを低くできる。これによって、回転開始時と、回転停止時に、ファン騒音の1次ピークが可聴周波数帯域を通過する際におけるファン騒音の騒音レベルを低く抑えることができる。
[Means of claim 4]
The fluid drive device adopting the means of claim 4 is a vortex-type blower device, and an inclined portion that gradually reduces the volume space at the end of the vortex chamber toward the rotation direction of the fin at the end of the discharge port side in the vortex chamber Is provided.
By providing an inclined part that gradually reduces the volume space of the vortex chamber at the end of the vortex chamber, the pressure change when the fin enters the end of the vortex chamber becomes gentle, and when the fin enters the end Noise energy generated can be reduced. As a result, the noise level of the fan noise when the primary peak of the fan noise passes through the audible frequency band at the start of rotation and when the rotation is stopped can be kept low.
最良の形態の流体駆動装置は、複数のフィンを電動モータによって回転駆動するものであり、フィンの枚数をN、電動モータが常用回転する際における1秒間当たりの回転数をSとした場合に、N×Sによって求められる値を、人の可聴周波数帯域より高く設定したものである。 The fluid drive device of the best mode is to rotate and drive a plurality of fins by an electric motor, where N is the number of fins, and S is the number of rotations per second when the electric motor is normally rotated. The value obtained by N × S is set higher than the human audible frequency band.
本発明を電動エアポンプに適用した実施例1を、図1〜図3を参照して説明する。
電動エアポンプは、空気を圧縮して吐出するものであり、例えば自動車に搭載される排気ガス浄化用の触媒の上流に、加圧された2次空気を供給する2次空気供給システムに用いられるものである。
この実施例1では、電動エアポンプとして、両羽タイプの渦流式ブロワ装置を用いた例を示す。
A first embodiment in which the present invention is applied to an electric air pump will be described with reference to FIGS.
The electric air pump compresses and discharges air, and is used, for example, in a secondary air supply system that supplies pressurized secondary air upstream of an exhaust gas purifying catalyst mounted on an automobile. It is.
In the first embodiment, an example in which a double-blade eddy current type blower device is used as an electric air pump will be described.
本実施例の電動エアポンプは、図1に示されるように、電動モータ1、渦流式のブロワ2、フィルタ3を組み込んだエアダクト4より構成される。
(電動モータ1の説明)
この実施例1に示す電動モータ1は、直流モータ(DCモータ)であり、筒状のヨーク5の内周に複数の磁石6を配置して構成される界磁7(固定子)、この界磁7の内周に配置されるアーマチャ8(回転子)、このアーマチャ8に具備されるコンミテータ9に当接する複数のブラシ10をモータハウジング11内に配置するブラシアセンブリ12等より構成される。
As shown in FIG. 1, the electric air pump according to this embodiment includes an electric motor 1, a
(Description of electric motor 1)
The electric motor 1 shown in the first embodiment is a direct current motor (DC motor), and a field 7 (stator) configured by arranging a plurality of
アーマチャ8は、電動モータ1内において回転自在に支持される回転軸13、この回転軸13の外周に固定されたアーマチャコア14、このアーマチャコア14に巻装された複数のアーマチャコイル、このアーマチャコイルに接続された複数のコンミテータ9等より構成される。
ブラシアセンブリ12は、コンミテータ9に押し付けられるブラシ10、このブラシ10をコンミテータ9に向けて摺動可能に保持するブラシ保持部材15、ブラシ10をコンミテータ9に向けて付勢するスプリング16、ブラシ保持部材15をモータハウジング11内において支持するスペーサ17等より構成される。
The armature 8 includes a
The
(ブロワ2の説明)
この実施例1に示すブロワ2は、両羽タイプの渦流式であり、インペラ21およびブロワハウジング22よりなる。
インペラ21は、略円盤形状を呈し、その外周の両面にそれぞれ多数のフィン21aが設けられたものであり、円盤部の中心が電動モータ1の回転軸13の端部に結合手段23を介して結合されて、回転軸13と一体に回転するものである。
ブロワハウジング22は、モータハウジング11にネジ24によって結合される第1ケース25と、この第1ケース25にクリップ26によって結合する第2ケース27とで構成される。また、ブロワハウジング22の内部には、インペラ21の回転による多数のフィン21aの移動によって、エアを圧縮する渦流室28が形成されている。
(Explanation of blower 2)
The
The
The
渦流室28は、インペラ21の外周に沿う略C字形(一部が途切れた円形状)を呈し、多数のフィン21aが設けられた部分の周囲に、エアが流れる空間を形成するものである。
図2に示すように、渦流室28の始端28a(フィン21aが渦流室28に侵入を開始する部分)には、外部のエアを渦流室28内に導入する吸入口31が設けられている。この吸入口31は、図1に示すように、エアダクト4の下流端部に接続されるものである。 渦流室28の終端28b(フィン21aが渦流室28から出る部分)には、渦流室28内において圧縮されたエアを外部に排出する吐出口32が設けられている。
The
As shown in FIG. 2, a
(電動エアポンプの作動)
上記構成よりなる電動エアポンプは、電動モータ1が通電(例えば、リレー等を介して車両に搭載されたバッテリに接続)されると、回転軸13とともにインペラ21が回転する。
インペラ21が回転すると、多数のフィン21aの移動によって、渦流室28の空気は始端28a側から終端28b側に圧縮される。吸入口31には負圧が生じるため、フィルタ3で濾過された空気が吸入口31に導かれるとともに、吐出口32には高圧が生じるため、渦流室28の内部で加圧されたエアが吐出口32から排出される。
ここで、電動モータ1が通常使用される回転速度を常用回転速度と称する。そして、この実施例1の電動モータ1は、通電(オン)と非通電(オフ)の切り替えのみが行われる例を示すものであり、電動モータ1が通電されて回転軸13およびインペラ21が安定して回転する回転速度が常用回転速度に相当する。
(Electric air pump operation)
In the electric air pump having the above configuration, when the electric motor 1 is energized (for example, connected to a battery mounted on the vehicle via a relay or the like), the
When the
Here, the rotation speed at which the electric motor 1 is normally used is referred to as a normal rotation speed. The electric motor 1 according to the first embodiment shows an example in which only switching between energization (on) and non-energization (off) is performed. The electric motor 1 is energized to stabilize the rotating
(実施例1の特徴)
本実施例1の電動エアポンプには、ファン騒音のピーク周波数を人の可聴周波数帯域の外の高域へ移行させることで、人に聴こえる騒音を低く抑える技術が施されており、次にその技術について説明する。
(Characteristics of Example 1)
The electric air pump according to the first embodiment is provided with a technology for reducing noise audible to humans by shifting the peak frequency of fan noise to a high frequency outside the human audible frequency band. Will be described.
電動エアポンプは、多数のフィン21aが一方向に回転し、各フィン21aが空気に流速を与える構造であるため、(1)各フィン21aによって圧縮された空気が吐出口32に案内された毎に圧力が変動して脈動音が生じるとともに、(2)ブロワハウジング22内において渦流室28の終端28b〜始端28aの間において、渦流室28の連通を遮断する仕切り部33(図2参照)にフィン21aが侵入する毎に風切り音が発生する。
上記(1)の脈動音は、各フィン21aによって駆動される空気の圧力が、吐出口32に連通するなどして変動する時に生じる音であるため、脈動音の周波数は、主にフィン21aと吐出口32とが交差するサイクルに依存する。
同様に、上記(2)の風切り音は、各フィン21aが仕切り部33に侵入する時に生じる音であるため、風切り音の周波数は、主にフィン21aと仕切り部33とが交差するサイクルに依存する。
Since the electric air pump has a structure in which a large number of
The pulsating sound of (1) above is a sound generated when the pressure of the air driven by each
Similarly, since the wind noise in (2) is a sound generated when each
このように、上記脈動音および風切り音は、どちらも固定部材(吐出口32、仕切り部33)とフィン21aとが交差するサイクルに依存する音であるため、ファン騒音(脈動音および風切り音)の1次ピークは、固定部材とフィン21aとが交差するサイクルに発生する。
即ち、フィン21aの枚数をN(枚)、電動モータ1の1秒間当たりの回転数をS(回転/sec)とした場合に、N×S(×は乗算)によって求められる値F(Hz)にファン騒音の1次ピークが発生する。
Thus, since both the pulsating sound and the wind noise are sounds depending on the cycle in which the fixing member (
That is, when the number of
(A)この実施例1の電動エアポンプは、電動モータ1の常用回転速度域(電動モータ1が通電されて電動モータ1が安定して回転する速度域)において、固定部材とフィン21aとが交差するサイクル(周波数)を、人の可聴周波数帯域より高い値に設定したものである。
即ち、フィン21aの枚数をN(枚)、電動モータ1が常用回転する際における1秒間当たりの回転数をS(回転/sec)とした場合に、N×Sによって求められる値Fを、人の可聴周波数帯域Fh(Hz)より高く設定したものである(N×S=F≧Fh)。
ここで、本発明の「人の可聴周波数帯域」とは、通常の人に聴こえる周波数の範囲内であり、「人の可聴周波数帯域より高い周波数」とは、通常の人に聴こえる周波数より高い周波数である。具体的な一例として20kHz以上である。
(A) In the electric air pump of the first embodiment, the fixing member and the
That is, when the number of
Here, the “human audible frequency band” of the present invention is within a frequency range that can be heard by a normal person, and the “frequency higher than the human audible frequency band” means a frequency that is higher than a frequency that can be heard by a normal person. It is. As a specific example, it is 20 kHz or more.
なお、上述したように、ファン騒音は、固定部材とフィン21aとが交差するサイクルで発生するものであるため、この実施例1のようにインペラ21の表裏のそれぞれにフィン21aが設けられる場合は、表側のフィン21aによるファン騒音と、裏側のフィン21aによるファン騒音とが発生する。
このため、表側のフィン21aの枚数および裏側のフィン21aの枚数は、それぞれにおいて上記の条件(N×S=F≧Fh)を満たすように設けられるものである。なお、この実施例1は、表裏のフィン21aの枚数は同じであり、後述するようにそれぞれが79枚である。
As described above, fan noise is generated in a cycle in which the fixing member and the
Therefore, the number of front-
(B)この実施例1では、インペラ21の表裏に設けられる各フィン21aのフィンピッチ角度は、図3(a)に示すように、すべて均一に設けられている。
なお、この実施例1では、インペラ21の表裏面のフィン21aの回転方向の位置は、図3(b)に示すように、表裏で一致する例を示すが、表裏面のフィン21aの回転方向の位置を変調点0の位置で半ピッチずらしても良い。
(B) In Example 1, the fin pitch angles of the
In addition, in this Example 1, although the position of the rotation direction of the
(C)この実施例1では、インペラ21の表裏にそれぞれ設けられるフィン21aの枚数は、素数に設けられている。
具体的に、インペラ21の表裏には、それぞれ79枚のフィン21aが形成されている。なお、電動モータ1の常用回転する際の1秒間当たりの回転数をS(回転/sec)とした場合に、79×Sによって求められる値F(Hz)が20.5kHzに設定されている。即ち、ファン騒音の1次ピークが20.5kHzに設定されており、ファン騒音の1次ピークが人の可聴周波数帯域より高い周波数(20kHz以上)である条件を満足するように設定されている。
(C) In the first embodiment, the number of
Specifically, 79
(D)この実施例1では、渦流室28の終端28bに、フィン21aの回転方向へ向って渦流室28の終端28bの容積空間を徐々に小さくする傾斜部34が設けられている。 この傾斜部34は、渦流室28を区画する仕切り部33のフィン21aが侵入する部分に設けられるものであり、実施例1では、図2に示すように、フィン21aの回転方向に向けて徐々に浅くなるV字形状の傾斜溝(切欠溝)によって形成されている。
なお、この実施例1では、インペラ21の表裏にフィン21aが設けられているため、表のフィン21aが仕切り部33に侵入する部位と、裏のフィン21aが仕切り部33に侵入する部位とのそれぞれに、傾斜溝による傾斜部34を設けている。
ここで、傾斜溝の本数は、図2に示す2本以外の数(1本、または3本以上)でも良い。また、傾斜溝ではなく、フィン21aが仕切り部33に侵入する部位に斜面を設けることで傾斜部34を設けても良い。さらに、フィン21aの外周縁が仕切り部33に侵入する部位に傾斜部34を設けても良い。
(D) In the first embodiment, the
In the first embodiment, since the
Here, the number of the inclined grooves may be a number other than the two shown in FIG. 2 (one or three or more). Moreover, you may provide the
(実施例1の効果)
実施例1の電動エアポンプは、上記(A)で示したように、フィン21aの枚数をN(枚)、電動モータ1が常用回転する際における1秒間当たりの回転数をS(回転/sec)とした場合に、N×Sによって求められる値Fを、人の可聴周波数帯域Fh(Hz)より高く設定されている(N×S=F≧Fh)。
これによって、ファン騒音の1次ピークの周波数F(Hz)が、人の可聴周波数帯域の外の高域で発生することになり、人に聴こえるファン騒音を低く抑えることができる。
(Effect of Example 1)
In the electric air pump according to the first embodiment, as shown in the above (A), the number of
As a result, the frequency F (Hz) of the primary peak of the fan noise is generated in a high frequency outside the human audible frequency band, and the fan noise that can be heard by humans can be kept low.
実施例1の電動エアポンプは、上記(B)で示したように、インペラ21の表裏に設けられる各フィン21aのフィンピッチ角度が、すべて均一に設けられている。
これによって、ファン騒音のピーク周波数を、1次ピークの1点に集中することができるとともに、1次ピークの周波数が変動しない。このため、ファン騒音の1次ピークの周波数を、人の可聴周波数帯域の外の高域へ完全に移行させることができる。
In the electric air pump of the first embodiment, as shown in (B) above, the fin pitch angles of the
As a result, the peak frequency of the fan noise can be concentrated at one point of the primary peak, and the frequency of the primary peak does not fluctuate. For this reason, the frequency of the primary peak of fan noise can be completely shifted to a high frequency outside the human audible frequency band.
実施例1の電動エアポンプは、上記(C)で示したように、インペラ21の表裏にそれぞれ設けられるフィン21aの枚数が、素数(79枚)に設けられている。
これによって、ファン騒音の1/2次ピークや、1/4次ピーク等が人の可聴周波数帯域内に発生するのを防ぐことができる。即ち、騒音ピークが分散するのを防ぎ、人の可聴周波数帯域内に騒音ピークが発生するのを防ぐことができる。
In the electric air pump according to the first embodiment, as shown in the above (C), the number of
As a result, it is possible to prevent occurrence of fan noise half-order peaks, quarter-order peaks, and the like within a human audible frequency band. That is, it is possible to prevent the noise peak from being dispersed and to prevent the noise peak from occurring in the human audible frequency band.
実施例1の電動エアポンプは、上記(D)で示したように、渦流室28の終端28bに、フィン21aの回転方向へ向って渦流室28の終端28bの容積空間を徐々に小さくする傾斜部34を設けられている。渦流室28の終端28bに、渦流室28の容積空間を徐々に小さくする傾斜部34を設けることにより、フィン21aが仕切り部33に交差する際に発生する圧力の変化が緩やかになり、フィン21aが仕切り部33に交差する際の風切り音を小さくできる。これによって、電動エアポンプの回転開始時と、回転停止時に、ファン騒音の1次ピークが可聴周波数帯域を通過する際におけるファン騒音を低減することができる。
In the electric air pump according to the first embodiment, as shown in the above (D), the inclined portion that gradually reduces the volume space of the
(変形例)
上記の実施例では、空気を加圧して吐出する電動エアポンプに本発明を適用する例を示したが、空気以外の気体(ガス等)を加圧して吐出する流体駆動装置に本発明を適用しても良い。また、気体と液体(例えば霧状液体等)とが混合する気液混合流体を加圧して吐出する流体駆動装置に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では両羽タイプのインペラ21を用いた流体駆動装置(実施例では電動エアポンプ)を例に示したが、片羽タイプ(即ち、表裏の区別のないフィンを用いたタイプ)のインペラを用いた流体駆動装置に本発明を適用しても良い。
上記の実施例では、渦流式の流体駆動装置(実施例では電動エアポンプ)を例に示したが、他の遠心式の流体駆動装置に本発明を適用しても良いし、軸流式の流体駆動装置に本発明を適用しても良い。
(Modification)
In the above embodiment, the present invention is applied to an electric air pump that pressurizes and discharges air. However, the present invention is applied to a fluid drive device that pressurizes and discharges a gas (such as gas) other than air. May be. Further, the present invention may be applied to a fluid drive device that pressurizes and discharges a gas-liquid mixed fluid in which a gas and a liquid (for example, a mist-like liquid) are mixed.
In the above embodiment, the fluid drive device using the two-blade type impeller 21 (electric air pump in the embodiment) is shown as an example. However, the impeller of the single blade type (that is, the type using fins with no distinction between the front and back) is used. The present invention may be applied to the fluid drive device used.
In the above embodiment, the vortex type fluid drive device (electric air pump in the embodiment) is shown as an example. However, the present invention may be applied to other centrifugal fluid drive devices, or an axial flow type fluid drive device. You may apply this invention to a drive device.
1 電動モータ
2 ブロワ
21 インペラ
21a フィン
22 ブロワハウジング
28 渦流室
28b 渦流室の終端
31 吸入口
32 吐出口
34 傾斜部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記フィンの枚数をN、
前記電動モータが常用回転する際における1秒間当たりの回転数をSとした場合、
N×Sによって求められる値が、人の可聴周波数帯域より高く設けられたことを特徴とする流体駆動装置。 In a fluid drive device that rotationally drives a plurality of fins by an electric motor,
The number of fins is N,
When the number of rotations per second when the electric motor rotates regularly is S,
A fluid driving apparatus characterized in that a value obtained by N × S is set higher than a human audible frequency band.
各フィンのフィンピッチ角度は均一であることを特徴とする流体駆動装置。 The fluid drive device according to claim 1,
A fluid driving device characterized in that the fin pitch angle of each fin is uniform.
前記フィンの枚数は、素数であることを特徴とする流体駆動装置。 In the fluid drive device according to claim 1 or 2,
The fluid driving apparatus according to claim 1, wherein the number of fins is a prime number.
この流体駆動装置は、
前記複数のフィンを有するインペラと、
このインペラを覆い、前記複数のフィンに沿って、流体の吸入口から流体の吐出口に向かう渦流室を形成するブロワハウジングと、を備える渦流式ブロワ装置であり、
前記渦流室における前記吐出口側の終端には、前記フィンの回転方向へ向って前記渦流室の終端の容積空間を徐々に小さくする傾斜部が設けられたことを特徴とする流体駆動装置。
In the fluid drive unit according to any one of claims 1 to 3,
This fluid drive is
An impeller having the plurality of fins;
A blower housing that covers the impeller and forms a swirl chamber along the plurality of fins from a fluid suction port toward a fluid discharge port, and a vortex flow blower device,
The fluid drive device according to claim 1, wherein an inclined portion that gradually decreases a volume space at the end of the vortex chamber toward the rotation direction of the fin is provided at the end of the vortex chamber on the discharge port side.
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