JP2007212124A - 空気処理システムのノイズを消去する際の空気指向性バルブ及び空気処理表面の励振 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ減少システムの品質を改善し、これと同時にコストを低下させ、スペースを抑制するノイズ減少システムを提供する。
【解決手段】圧電振動器２４は、音波１４により生成されたノイズを消去又は減少するため自動車のＨＶＡＣシステム内の空気ダクト内で減衰波２０を発生する。プロセッサ３２は、正弦波状ノイズ信号１８を、正弦波状ノイズ信号１８の反数である減衰信号３４へと変換する。プロセッサ３２は、減衰信号３４を生成するためインバータ３６又はノイズ位相器３８と、減衰信号３４の振幅を調整するための増幅器４０と、を備えていてもよい。減衰信号３４は、圧電振動器２４を駆動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気流れ構造体においてノイズを減少するためのシステムに関する。

空気流れ構造体における様々なノイズ減少システムが当該技術分野で知られている。従来技術は、音波を有する空気流れを伝達するため空気流れ通路を形成する空気ダクトを備え、かつ、音波に応答してノイズ信号を生成するため音波を検出するセンサーを有するノイズ減少システムを開示している。従来技術は、ノイズ信号に応答し、かつ、音波を減衰するため振動するドライバーも開示している。そのような装置の一例は、米国特許番号５，７９１，８６９号（‘８６９特許）に開示されている。該特許は、空気ダクトの内部に取り付けられたファンに接続されたアクチュエータを備えるノイズ減少システムを開示している。空気ダクトの内部のセンサーは、ファンにより発生されたノイズを検出し、これに応答して、アクチュエータはノイズを減少するためファンブレードを振動させる。

例えば‘８６９特許に開示されたシステム等の従来技術のシステムは、ノイズ発生源の物理的特徴を操作することにより空気ダクト内のノイズを制御する。詳しくは、‘８６９特許内のアクチュエータは、乱流空気を通して発生されたノイズを克服するためファンブレード上に振動を誘起する。‘８６９特許のシステムにより開示されたシステムは、ファンブレードによりシステム内に発生したノイズを単に消去するだけである。

従来技術のノイズ減少システムは、様々な用途で使用することができるが、品質を改善し、スペースを減少し、コストを軽減するようにノイズ減少システムを開発する余地は残されている。自動車ＨＶＡＣシステムでは、スペース及び供給源が制限されている。しかし、従来技術により開示されたシステムは、例えばスピーカー等のノイズ減少に関連した様々な構成部品を格納するための追加のスペースがしばしば必要となる。加えて、スピーカーを使用するノイズ減少システムは、作動させるため、オーディオシステム等の特定の源を必要とする。自動車産業の顧客は、ノイズ減少及び消去に関する改善を要求している。従って、豪華な自動車は、ノイズを減少させる部品を特徴とするように市場で販売されている。有効なノイズ減少システムは、空気流れシステムの知覚されるノイズ性能を有意に改善し、ひいては自動車の価値を改善する。

以上の通り、ノイズ減少システムの品質を改善し、これと同時に、コストを低下させ、スペースを抑制するノイズ減少システムを提供することに関しての持続的な目的が存在している。

本発明は、空気流れ構造体内のノイズを減少させるためのシステムを提供する。本システムは、音波を載せた空気流れを運搬するための空気流れ通路を画定する空気ダクトを備えている。音波を検出し、空気ダクト内の音波に応答してノイズ信号を生成するためセンサーが空気ダクト内に配置されている。ドライバーが、空気ダクト内で支持され、該ダクト内の音波を減衰するためノイズ信号に応答して空気ダクト内で振動する。本システムは、圧電振動器を備えるドライバーによって特徴付けられている。

従って、本発明は、当該システムにより発生されたノイズを減衰させるため圧電振動器を使用することにより空気流れ構造体内のノイズを減少させるための改善されたシステムを提供する。圧電振動器は、スペースの制約に適合するため空気ダクト内部に配置することもでき、圧電振動器は、他のシステムから独立に作動し、これによってノイズ減少システムを維持し作動するためのコストを減少させる。更には、圧電振動器は低いプロフィールを持っているので、ノイズ減少品質を改善するため圧電振動器を空気ダクトを通して配置してもよい。従って、本発明による結果は、従来技術により開示されたシステムに対して、改善された品質、減少したコスト、減少したスペース制約を有する、空気流れ構造体内でノイズを減少させるためのシステムをもたらすこととなる。

本発明の他の利点は、添付図面を参照しつつ次の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるようになるとき、容易に認められる。

図面を参照すると、同様の参照番号は幾つかの図面を通して対応する部品を指し示しており、空気流れ構造体においてノイズを減少させるためのシステム１０は、全体として参照番号１０で示されている。図１及び図２に示されるように、システム１０は、空気の流れを運搬するため空気流れ通路を形成する空気ダクト１２を備えている。音波１４は、空気ダクト１２を通して空気を移動させる送風機アッセンブリ１５により発生される。送風機アッセンブリ１５は、典型的には空気ダクト１２内部に収容される送風機又はファンブレードを備えていてもよい。送風機アッセンブリ１５は、空気ダクト１２の外部で音波１４を形成するモーターを備えていてもよい。その結果、音波１４は、空気ダクト１２に関して内部及び／又は外部に配置された送風機アッセンブリ１５によって発生させることができる。

音波１４は、空気ダクト１２内に配置されたセンサー１６により検出される。センサー１６は、音波１４を受け取って、該音波１４を、音波１４を代表する正弦波状ノイズ信号１８に変換することができる変換器を備えたマイクロフォン等の装置であってもよい。１つより多いセンサー１６を、音波１４を正弦波状ノイズ信号１８に変換するため使用することができる。正弦波状ノイズ信号１８は、角度を表すｘ軸、角度の関数としての振幅を表すｙ軸に関して数学的に定義されている。当該角度に基づいて、正弦波状ノイズ信号１８は、９０度の角度で極大部を持っている。正弦波状ノイズ信号１８は、振幅が最小値に到達する極小部を有する。例えば、正弦波状ノイズ信号１８は、２７０度の角度で極小部を有する。正弦波状ノイズ信号１８の波長は、極大部の間のｘ軸に沿った距離として定義することができる。

ノイズ減少システム１０は、音波１４に応答して振動する、空気ダクト１２内に支持されたドライバー２２を更に備える。低プロフィールを維持するため、ドライバー２２は、空気ダクト１２の壁２６上に支持された圧電振動器２４を備えることができる。空気ダクト１２の壁２６は、開口部２８を備えていてもよく、この場合には、圧電振動器２４は、開口部２８を覆って配置される。更には、圧電振動器２４は、薄い圧電膜であってもよい。圧電膜は、様々な手段を通して空気ダクト１２の壁２６に固定されていてもよい。例えば、壁２６は、プラスチック構成部品３０から構成されていてもよく、該構成部品に、圧電膜が結合されるか又は成形されている。

ここで、図２を参照すると、空気ダクト１２の壁２６が空気ダクト１２を通した空気の流れを調整するため移動可能に支持されていてもよい。図２に示されるように、壁２６は、空気流れ通路を遮断するため空気ダクト１２に垂直に横断して延在し、圧電膜は壁２６を覆って配置されている。この実施例では、壁２６は、様々な量の空気が空気ダクト１２を通過し、即ち、空気流れを調整することを可能にするように回転する。

加えて、ノイズ減少システム１０は、正弦波状ノイズ信号１８を操作して減衰信号３４を生成するため、センサー１６と圧電振動器２４との間に接続されたプロセッサ３２を備えていてもよい。減衰信号３４は、圧電振動器２４を振動させるため使用され、該圧電振動器は、減衰波２０を生成する。音波１４を有効に消去するか又は減少させるため、減衰波２０は音波１４の反数に事実上等しくなっている。減衰波２０を音波１４の反数に等しくするため、音波１４の極大部は、減衰波２０の極小部とほぼ同じ時刻で発生する。同様に、減衰波２０の振幅の極大部は、音波１４の振幅の極小部とほぼ同じ時刻で発生する。減衰波２０及び音波１４は、同じ波長を持っているからである。従って、音波１４が減衰波２０と結合されたとき、音波１４は、相殺されるか又は減少され、実質的にゼロの振幅を有するヌル波を生じさせる。プロセッサ３２が、減衰信号３４を正弦波状ノイズ信号１８の反数となるように発生させ、これによって減衰波２０を音波１４の反数となるように生成するべく、減衰波２０は減衰信号３４に関係付けられ、正弦波状ノイズ信号１８は音波１４に関係付けられていることが理解されるべきである。

プロセッサ３２は、様々な装置を使用して減衰信号３４を発生させることができる。例えば、インバータ３６を、プロセッサ３２内に備えることができる。インバータ３６は、正弦波状ノイズ信号１８を受信し、減衰信号３４を形成するため正弦波状ノイズ信号１８をマイナス１の因子で乗算することによって、該信号をｘ軸の回りに回転させることができる。本方法によれば、減衰信号３４は、正弦波状ノイズ信号１８と同じ振幅を持っているが、減衰信号３４の振幅の極大値は、正弦波状ノイズ信号１８の振幅の極小値と同じ時刻で発生する。同様に、正弦波状ノイズ信号１８の振幅の極大値は、減衰信号３４の振幅の極小値とほぼ同じ時刻で発生する。正弦波状ノイズ信号１８及び減衰信号３４は同じ波長を持っているからである。従って、減衰信号３４は、正弦波状ノイズ信号１８の反数となり、減衰信号３４から形成された減衰波２０は、音波１４を消去するか又は減少させる。

減衰信号３４を発生させる別の方法は、位相シフト器３８を用いて正弦波状ノイズ信号１８を操作することである。位相シフト器３８は、ｘ軸に沿ってシフトされた正弦波状ノイズ信号１８を出力することによって減衰信号３４を形成することができる。例えば、位相シフト器３８は、正弦波状ノイズ信号１８の反数であるように減衰信号３４を生成するため１８０度、正弦波状ノイズ信号１８をシフトすることができる。しかし、様々な大きさの位相シフトが、正弦波状ノイズ信号１８の反数であるように減衰信号３４をシフトすることができることが理解されるべきである。更には、位相シフト器３８は、音波１４を受信するセンサー１６と、減衰信号３４を生成するプロセッサ３２との間の時間遅延に適合するように正弦波状ノイズ信号１８を操作することができる。なお、位相シフト器３８を、インバータ３６に加えて、又は、インバータの代わりに使用することができる。

インバータ３６及び位相シフト器３８のうち少なくとも１つを使用することに加えて、プロセッサ３２は、減衰信号３４の振幅を調整するため増幅器４０を備えていてもよい。増幅器４０は、ｘ軸により表される角度に影響を与えること無く、ｙ軸の方向に減衰信号３４を伸張させる。一旦、正弦波状ノイズ信号１８が位相シフトされ、反転され、又は、その両方がなされたならば、減衰信号３４は、振幅の損失を被り得る。これらの損失は無視できるものであるが、正弦波状ノイズ信号１８の反数であるようにし、有効にノイズを相殺させるためには、減衰信号３４の振幅は、正弦波状ノイズ信号１８の振幅に可能な限り等しくかつ反対方向に近づけるべきである。この理由のため、減衰信号３４の振幅を調整するために増幅器４０が必要とされ得る。

一旦、減衰信号３４が正弦波状ノイズ信号１８の反数であるように形成されたならば、減衰信号３４は、圧電振動器２４に伝達される。圧電振動器２４は、減衰波２０を生成するため減衰信号３４に応答して振動する。減衰信号２０は、音波１４に加えられたとき、実質的にゼロの振幅を有するヌル波を形成する。従って、空気ダクト１２内の音波１４は消去されるか又は減少される。

図３は、ノイズ減少システム１０がノイズを消去するか又は減少させることを可能にするため使用することができる制御システム４２の概略図の一例である。図３に示されるように、送風機アッセンブリ１５により生成された音波１４は、センサー１６により受信される。センサー１６は、音波１４及び減衰波２０を正弦波状ノイズ信号１８に変換する。正弦波状ノイズ信号１８は、減衰信号３４を生成するためプロセッサ３２内に収容された、インバータ３６及び位相シフト器３８のうち少なくとも１つに伝達される。プロセッサ３２は、正弦波状ノイズ信号１８に応答して減衰信号３４を生成する。反転されるか又は位相シフトされることに加えて、正弦波状ノイズ信号１８を、減衰信号３４を生成するため増幅することもできる。プロセッサ３２は、減衰信号３４を出力し、該減衰信号は、圧電振動器２４を制御するため使用される。減衰信号３４に応答して、圧電振動器２４は、減衰波２０を生成する。減衰波２０及び音波１４の両方は、センサー１６により受信される。減衰波２０が音波１４の反数である場合には、減衰波２０は、音波１４を相殺する。しかし、僅かな誤差が音波１４の一部をセンサー１６へと至らせかねない。この場合には、センサー１６は、入力波として、減衰波２０及び音波１４の両方を使用して当該プロセスを繰り返す。このようにして、ノイズ減少システム１０は、フィードバックを受信し、相殺されない音波１４を補償するように減衰信号３４を調整することができる。

本明細書で説明されたようなシステム１０は、様々な種類の空気流れ装置においてノイズを消去するか又は減少させるため使用することができる。例えば、図４に示されるように、ドライバー２２は、ＨＶＡＣモジュール４４で使用することができる。図１乃至図３で前述されたように、ドライバー２２は、ＨＶＡＣモジュール４４を通して流れる空気により発生されたノイズを減少させるため振動する圧電振動器２４を備えている。

明らかに、本発明の多数の変更及び変形が上記教えに鑑みて可能となる。本発明は、添付した請求の範囲内で、詳細に説明されたものとは異なる方法で実施することができる。

図１は、本発明の第１の実施例に従って組み立てられたノイズ減少システムの斜視図である。 図２は、本発明の第２の実施例に従って組み立てられたノイズ減少システムの斜視図である。 図３は、本発明に従って使用される制御システムの概略図である。 図４は、本発明に従って組み立てられたノイズ減少システムの斜視図である。

符号の説明

１０ システム
１２ 空気ダクト
１４ 音波
１５ 送風機アッセンブリ
１６ センサー
１８ 正弦波状ノイズ信号
２０ 減衰波
２２ ドライバー
２４ 圧電振動器
２６ 壁
２８ 開口部
３０ プラスチック
３２ プロセッサ
３４ 減衰信号
３６ インバータ
３８ 位相シフト器
４０ 増幅器
４２ 制御システム
４４ ＨＶＡＣモジュール

Claims (10)

1. 空気流れ構造体においてノイズを減少させるためのシステム（１０）であって、
   音波（１４）を載せた空気流れを運搬するための空気流れ通路を画定する空気ダクト（１２）と、
   前記音波（１４）を検出し、前記空気ダクト（１２）内の前記音波（１４）に応答してノイズ信号を生成するため、前記空気ダクト（１２）に配置されたセンサー（１６）と、
   前記空気ダクト（１２）内に支持され、かつ、前記ダクト内で前記音波（１４）を減衰させるため前記ノイズ信号に応答して前記空気ダクト（１２）内で振動するドライバー（２２）であって、該ドライバー（２２）は圧電振動器（２４）を備える、前記ドライバーと、
   を備える、システム。
2. 前記センサー（１６）と前記ドライバー（２２）との間に電気的に接続されたプロセッサ（３２）を更に備え、該プロセッサは、前記圧電振動器（２４）を振動させて前記音波（１４）に対抗する減衰波（２０）を生成するためノイズ信号に応答して減衰信号（３４）を生成する、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記プロセッサ（３２）は、前記ノイズ信号を増幅させるための増幅器（４０）を備えている、請求項２に記載のシステム（１０）。
4. 前記センサー（３６）は、正弦波状のノイズ信号を生成し、前記プロセッサ（３２）は、前記正弦波状ノイズ信号（１８）の位相をシフトするための位相シフト器（３８）を備える、請求項２に記載のシステム（１０）。
5. 前記センサー（１６）は、正弦波状のノイズ信号を生成し、前記プロセッサ（３２）は、前記正弦波状ノイズ信号（１８）を反転するためのインバータ（３６）を備える、請求項２に記載のシステム（１０）。
6. 前記空気ダクト（１２）は、壁（２６）を備え、前記圧電振動器（２４）は、前記壁（２６）に支持されている、請求項１に記載のシステム（１０）。
7. 前記壁（２６）は、開口部（２８）を備え、前記圧電振動器（２４）は、前記開口部（２８）を覆って配置されている、請求項６に記載のシステム（１０）。
8. 前記壁（２６）はプラスチック（３０）から構成され、前記圧電振動器（２４）は、前記開口部（２８）の回りで前記壁（２６）に固定された縁部を有する膜である、請求項７に記載のシステム（１０）。
9. 前記壁（２６）は、前記空気ダクト（１２）を通した空気流れを調整するため該空気ダクト（１２）内で移動可能に支持されている、請求項７に記載のシステム（１０）。
10. 前記空気ダクト（１２）を通して空気を移動させ、前記圧電振動器（２４）により減衰されるべき前記音波（１４）を前記空気ダクト（１２）内で生成する送風機アッセンブリ（１５）を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。

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