JP2013200426A - 吸音構造体および吸音構造体を備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースにして複数の周波数帯域にわたり有効な吸音効果を得ることができる吸音構造体を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、吸音構造体は、音源となる機器本体１１を囲うように設けた密閉容器１と、密閉容器１の内側で機器本体１１を囲い、密閉容器１との間に空洞部７を形成するように配設され、空洞部７に連通する複数の貫通孔を有する穴あき板４ａと、を有する。密閉容器１と穴あき板４ａとで共鳴型の吸音構造を構成する。穴あき板４ａの内側に開口部を有する共鳴型吸音器４ｂをさらに有してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、騒音源の周囲を囲うように設置される構造体の吸音構造に関わり、主として、静止誘導電器や回転電機等の電気機器の吸音構造に関する。

近年、変圧器やリアクトルなどの静止誘導電器、回転電機等の電気機器においては、大容量化、小型・軽量化に伴って、大きな電界や磁界エネルギーがより小さい空間に閉じ込められる構造になってきており、これに伴って機器外部に放射される騒音が増大する傾向がある。

例えば、静止誘導電器においては、鉄心と巻線で構成される静止誘導電器本体の振動が、本体を覆うように設置されたタンクに伝播し、タンクの側面が振動して周囲に音波としてタンク外に放射されて騒音が発生する。

従来からこのような騒音を低減する手段として、鋼板やコンクリートなどから構成された防音タンクや防音建屋、防音壁などの防音構造物を用いて静止誘導電器を覆うような構造が多いが、防音構造物と騒音源との距離が音の波長より短いために、空気バネの作用によって防音構造物が直接加振されるという課題や、低減が可能な音の周波数が限定されるという課題があった。

特開平９−２１３５４１号公報 特開２００６−８５１８４号公報 特開平３−２２８９０５号公報 特開２０１０−２１２３５０号公報

上述した課題を解決するために、開口部と空洞部を有する吸音容器を静止誘導電器の外部、もしくは内部空間に設置し、ヘルムホルツ共鳴原理によって特定の周波数の騒音を低減する吸音構造が提案されている。

例えば、開口部の断面積と長さの異なる筒状の共鳴型吸音容器を防音タンクの内壁面に複数設置することで異なる周波数の騒音を低減するようにしたものがある。

また、静止誘導電器を覆って設けられた防音壁の内側に多孔質防音板を設置し、防音板の開口率とその直径を設計することで吸音効果の増大を図るようにしたものがある。

さらに、凸曲面を持つ吸音板と遮音板を組み合わせて、吸音板と遮音板間の空気層の厚さが異なる構造とすることで、広い周波数帯域の騒音を吸音できるようにしたものがある。

これらの構造はいずれも広い周波数帯域で有効な吸音効果が得られるが、静止誘導電器の外部に設置するため、設置スペースやコスト、施工時間等の面で適用ができないといった課題があった。

これらの課題を解決するために、静止誘導電器の内壁面に複数の周波数に対して低減可能な共鳴型吸音装置を取り付けることで、省スペース化を図りながら有効に吸音することが可能となる。

しかしながら、このような構造の場合、静止誘導電器の内壁面に吸音装置が設置されるため、静止誘導電器の壁面の振動により、吸音装置の吸音効果が低下するという課題があった。

本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、省スペースにして複数の周波数に対して有効な吸音効果を得ることができる吸音構造体および吸音構造体を備えた電気機器を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の実施形態に係る吸音構造体は、音源となる機器本体を囲うように設けた密閉容器と、この密閉容器の内側で前記機器本体を囲い、前記密閉容器との間に空洞部を形成するように配設され、前記空洞部に連通する複数の貫通孔を有する穴あき板と、を有して、前記密閉容器と前記穴あき板とで共鳴型の吸音構造を構成したことを特徴とする。

第１の実施形態の吸音構造体を備えた電気機器の平断面図。 図１のII−II線に沿う矢視立断面図。 図２のIII−III線に沿う矢視立断面図。 図１のIV−IV線に沿って切断した部分をIV矢視方向から見た斜視図。 図１におけるヘルムホルツ型共鳴構造体の断面図。 第２の実施形態の吸音構造体を備えた電気機器の平断面図。 第３の実施形態の吸音構造体を備えた電気機器の平断面図。 第３の実施形態の吸音構造体を備えた電気機器の変形例を示す平断面図。 第１の実施形態の吸音構造体における穴あき板の各共鳴周波数に対応した貫通孔の大きさと貫通孔間ピッチ寸法の関係を示す特性図。 第２の実施形態の吸音構造体における共鳴周波数と空洞部長さ（Ｌ）の関係を示す特性図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態で示す吸音構造体は、騒音源の周囲を覆うことにより騒音源から外部に放射される騒音を低減する構造体に適用できるものであり、例えば、静止誘導電器のほか、回転機器などの騒音源や、居室などの騒音低減にも対応できるものであるが、ここでは、静止誘導電器を例に挙げて説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１から図５を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る吸音構造体を備えた静止誘導電器の平断面図、図２は図１におけるII−II線に沿う矢視立断面図、図３は図２におけるIII−III線に沿う矢視立断面図、図４は図１におけるIV−IV線に沿って切断した部分をIV矢視方向から見た斜視図、図５は本実施形態で用いるヘルムホルツ型共鳴器の共鳴原理を説明するための吸音構造体の断面図を示すものである。

図１において、静止誘導電器本体（機器本体）１１は、鉄心３と巻線２を備え、静止誘導電器本体１１の周囲を覆うように密閉容器１が設けられている。密閉容器１内には静止誘導電器本体１１の絶縁のために油やガス等の絶縁媒体５が充填されている。静止誘導電器本体１１と密閉容器１の間には静止誘導電器本体１１を覆うように穴あき板４ａが配設され、密閉容器１と穴あき板４ａとで吸音構造体４を構成している。

また、密閉容器１の内側のコーナー部には、ヘルムホルツ型共鳴原理による複数の共鳴型吸音器４ｂが、高さ方向に積み重ねられて密閉容器１に取り付けられている。この共鳴型吸音器４ｂに穴あき板４ａ（図１、図３）が支持されている。穴あき板４ａには、多数（少なくとも２個）の貫通孔６ａが形成されている。なお、図４は共鳴型吸音器４ｂの配置を説明するために示した図であり、ここでは穴あき板４ａの図示は省略してある。

穴あき板４ａは、密閉容器１の内側面に間隔Ｌの空洞部７が形成されるように配設されている。穴あき板４ａには空洞部７に貫通するように複数の貫通孔６ａが配されており、密閉容器１と貫通孔６ａを有する穴あき板４ａと空洞部７とでヘルムホルツ型共鳴条件を満たす吸音構造体４を形成している。

鉄心３および巻線２を備えた静止誘導電器本体１１に通電することによって騒音が発生するが、発生した騒音は、密閉容器１と穴あき板４ａとで形成されたヘルムホルツ型共鳴原理を利用した吸音構造体４および穴あき板４ａの吸音効果と密閉容器１の遮音効果によって低減され、密閉容器１から外部に放射される騒音が低減される。

次に、図３から図５を用いて、ヘルムホルツ型共鳴原理に基づく吸音構造体４による吸音効果について説明する。

図３から図５において、密閉容器１と穴あき板４ａとの距離、すなわち空洞部７の長さをＬ、穴あき板４ａの板厚をｔ、貫通孔６ａの内径をｄ、貫通孔６ａ間の距離をＢ、開口率をｐ、音速をｃとすると、ヘルムホルツ型共鳴器の原理により、吸音構造体４は周波数ｆで共鳴し、静止誘導電器本体１１から発生した騒音を低減することができる。

また、密閉容器１のコーナー部に設置した共鳴型吸音器４ｂは、例えば、吸音対象となる音の周波数がより小さい場合（Ｌ寸法を大きく取りたい場合）には、このような独立した共鳴型吸音器４ｂを併設することにより低周波域の騒音を低減することができる。特に、静止誘導電器本体１１と密閉容器１とのスペースが小さくて、密閉容器１と穴あき板４ａとの間に必要な間隔を確保しにくい場合に有効である。さらに、共鳴型吸音器４ｂは穴あき板４ａの支持部材を兼ねているので、支持部材を別途設ける必要がないという利点を有している。

ここで、共鳴型吸音器４ｂによる騒音低減効果については、密閉容器１と穴あき板４ａの騒音低減効と同様である。すなわち、図５において、開口部６ｂの直径をｄ、開口部６ｂの長さをＴ、開口部６ｂの面積をＳ、空洞部７の体積をＶ、音速をｃとすると、ヘルムホルツ型共鳴器の原理により、共鳴型吸音器４ｂは周波数ｆで共鳴し、静止誘導電器本体１１から発生する騒音を低減することができる。

以上のように、本実施形態においては、静止誘導電器本体から発生する騒音を密閉容器内で低減することができるため、密閉容器を覆う防音タンクなどの防音構造を簡素化、または不要とすることが可能となるため、静止誘導電器全体のコンパクト化が可能となる。

上記により、ヘルムホルツ型の吸音構造体の各パラメータを組み合わせることによって、騒音の特徴周波数と共鳴させて吸音できる構造体が実現できる。例えば、密閉容器１内に絶縁媒体として油が充填されている場合、油の温度が２０℃、穴あき板４ａの板厚ｔが３０ｍｍ、空洞部７の長さＬが３０ｍｍの場合、貫通孔６ａの直径ｄと貫通孔６ａ間の距離（貫通孔間ピッチ）Ｂは共鳴周波数ｆに対して、図９に示すような関係が成り立つ。開口部を有する共鳴型吸音器４ｂも同様に、式（３）に基づいて各共鳴周波数に対して共鳴吸音効果の良い、開口部６ｂの面積Ｓと空洞部７の体積Ｖの関係が求められる。

なお、本実施形態においては、密閉容器１と穴あき板４ａとの間には絶縁層による空洞部７を設けているが、さらに空洞部７に多孔質の吸音材を充填するようにしても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図６を参照して、吸音構造体を構成する穴あき板４ａおよび共鳴型吸音器４ｂの具体的構成を説明する。

図６は本実施形態の吸音構造体を備えた静止誘導電器の平断面図である。図１に示した第１の実施形態と異なる部分は、穴あき板４ａが任意に折り曲げられて密閉容器１内に配設されている点であり、他の部分の構成は第１の実施形態と同様である。なお、図６では共鳴型吸音器４ｂを密閉容器１の各コーナー部に配置し、穴あき板４ａを共鳴型吸音器４ｂに取り付けるようにしているが、共鳴型吸音器４ｂを設けずに穴あき板４ａを直接または図示しない支持部材にて指示するようにしても良い。

ここで、式（１）を整理すると、式（４）となる。

すなわち、ある一定の板厚ｔの板材に一定間隔Ｌに貫通孔を開けて吸音装置に用いる場合を想定する。定常状態で油の温度が一定ならば、音速ｃも一定となる。このとき、周波数ｆの２乗と空洞部の長さＬが反比例する関係が存在する。さらに、穴あき板４ａの板厚ｔが貫通孔径ｄよりもはるかに小さいとすると、貫通孔径ｄと開口率ｐが正比例する関係が存在する。

すなわち、一定厚の板材に一定間隔で異なる直径の孔を開け、折り曲げることで、複数箇所に対して複数周波数帯域で共鳴吸音できる吸音構造体が形成され、施工も簡単である。例えば、図１０に示すように、板厚ｔが１５ｍｍの穴あき板に５０ｍｍ間隔でそれぞれ直径ｄが１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの貫通孔をあけることで、１００Ｈｚ、１２０Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚの共鳴吸音効果が得られる。さらに、穴あき板４ａを折り曲げることで空洞部７の長さＬを調整すれば、同等な貫通孔でも各場所で異なる周波数の吸音効果を得ることができる。

なお、穴あき板４ａを折り曲げる回数は何回でもよく、方向は横方向でも縦方向でも斜め方向でも良い。例えば、図６から図８に示すように、騒音源となる静止誘導電器本体１１を構成する鉄心３と巻線２の形状と騒音の分布によって、折り曲げの回数と方向を任意に設定することで、種々の周波数帯域を含む騒音の低減に対応することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図７を参照して説明する。

図１および図６に示した第１の実施形態および第２の実施形態と異なる部分は、穴あき板４ａの形状と共鳴型吸音器４ｂの配置である。共鳴型吸音器４ｂは密閉容器１のコーナー部ではなく、密閉容器１の内側面の中央部付近に配置されており、穴あき板４ａが全体として楕円形状になるように共鳴型吸音器４ｂに支持されている。他の構成については図１および図６と同様である。

図７においては、穴あき板４ａは円弧状に形成されて密閉容器１の内壁面の中央部付近に配置した共鳴型吸音器４ｂに支持されていることから、図１や図６に示した構造に比べて、穴あき板４ａ自身の音波による振動の影響を抑制でき、吸音効果の低減を抑制することができる。また、穴あき板４ａが曲面形状をしていることから、空洞部７の長さを連続して変えることが可能となり、広帯域の周波数を有する騒音の低減を容易に行うことができる。

また、変形例として、図８に示すように、共鳴型吸音器４ｂの数を増やして穴あき板４ａの支持間隔を小さくすることで、さらに穴あき板４ａ自身の振動を抑制することができ、密閉容器１への振動伝搬を抑制できるため、さらに効率良く騒音の低減を図ることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１… 密閉容器
２… 巻線
３… 鉄心
４… 吸音構造体
４ａ… 穴あき板
４ｂ… 共鳴型吸音器
５… 絶縁媒体
６ａ… 貫通孔
６ｂ… 開口部
７… 空洞部
１１… 静止誘導電器本体（機器本体）

Claims (7)

1. 音源となる機器本体を囲うように設けた密閉容器と、
   この密閉容器の内側で前記機器本体を囲い、前記密閉容器との間に空洞部を形成するように配設され、前記空洞部に連通する複数の貫通孔を有する穴あき板と、
   を有して、前記密閉容器と前記穴あき板とで共鳴型の吸音構造を構成したことを特徴とする吸音構造体。
2. 前記穴あき板の内側に開口部を有する共鳴型の吸音器をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
3. 前記穴あき板が前記吸音器に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の吸音構造体。
4. 前記穴あき板は、前記密閉容器の内壁面に沿って前記密閉容器の内壁面との距離が変化するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の吸音構造体。
5. 前記穴あき板には、大きさの異なる複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の吸音構造体。
6. 前記密閉容器と前記穴あき板との間に形成された空洞部に、吸音部材が充填されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに一項に記載の吸音構造体。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の吸音構造体を備えた電気機器。

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