JP2015042865A - 自動車の排気騒音および／または吸気騒音に影響を与えるためのアンチノイズシステム用音生成器 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関によって駆動される車両の排気騒音または吸気騒音に影響を与えるためのアンチノイズシステム用音生成器であって、膜の過大変位に強い音生成器を提供する。【解決手段】アンチノイズシステム用音生成器１０３はスピーカバスケット１２３と、スピーカバスケット１２３に支持された膜１２２と、スピーカバスケット１２３に支持された永久磁石１２１と、ボイスコイルキャリア１２５に支持されたボイスコイル１２６と、膜止め１５０とを備える。ボイスコイルキャリア１２５が膜１２２に支持された状態で、ボイスコイル１２６は、永久磁石１２１が発生した定磁場内に配置される。膜止め１５０は、膜１２２に隣接するスピーカバスケットに設けられ、膜１２２に向かって延びる少なくとも１つの突起部を備える。更に、当該音生成器を用いたアンチノイズシステムおよび当該アンチノイズシステムを用いた車両を開示する。【選択図】図３

Description

関連出願への相互参照
本願は、独国にて２０１３年７月１７日に出願された特許出願第１０ ２０１３ ０１１ ９３７．５号の優先権を主張するものであり、この出願の内容全体を、参照により本明細書に援用する。

本発明は、内燃機関によって駆動される車両の排気系内を伝搬する音（排気騒音）に影響を与え、および／または内燃機関の吸気系内を伝搬する音（吸気騒音）に影響を与えるためのアンチノイズシステム用音生成器に関する。

内燃機関のタイプ（例えば、レシプロピストンエンジン、ピストンレスロータリーエンジンまたはフリーピストンエンジン）に関係なく、連続して行われたストローク（strokes）（特に、燃料−空気混合物の吸気および圧縮、燃料−空気混合物の燃焼および燃焼した燃料−空気混合物の排出）の結果、騒音が発生する。一方では、これらの騒音は、固体伝搬音（solid-borne sound）として内燃機関を伝搬し、空気伝搬音（airborne sound）として内燃機関の外側に放出される。他方では、これらの騒音は、燃焼した燃料−空気混合物と共に空気伝搬音として、内燃機関と流体連通（fluid communication）する排気系を伝搬する。

これらの騒音は不都合なものと認識されることが多い。一方では、騒音からの保護に関する法規定が存在し、内燃機関によって駆動される車両の製造業者はこれを遵守しなければならない。これらの法規定は、通常、車両運転時の最大音圧を定めている。他方では、製造業者は、自社が製造する内燃機関駆動車両に、各製造業者のイメージと合致し且つ顧客にとって評判のよい特徴的な騒音放出を付与しようとしている。排気量が小さい現代のエンジンでは、多くの場合、このように意図した特徴的な騒音を自然に生成することはできない。

固体伝搬音として内燃機関を伝搬する騒音は、非常にうまく減衰させることができるため、通常は騒音からの保護に関して問題にはならない。

燃焼した燃料−空気混合物と共に空気伝搬音として内燃機関の排気系を通過する騒音は、排気マフラーによって低減される。マフラーは、排気系の排出開口部（通常、テールパイプ（tail pipe））の手前であって、触媒コンバータが備えられる場合には、その下流側に設けられる。例えば、各マフラーは、吸収および／または反射の原理に従って動作し得る。どちらの動作原理も比較的大きな容量を必要とし、燃焼した燃料−空気混合物に対して比較的高い抵抗を生じるため、車両の全体効率が低下して燃料消費が増加するという欠点を有する。

マフラーに代わるものまたは追加されるものとして、いわゆるアンチノイズシステムが暫く前から開発されている。このシステムは、電気音響的に生成されたアンチノイズを、内燃機関によって生成され排気系を伝搬する空気伝搬音に重畳するものである。各システムは、例えば、特許文献１〜１８から公知である。

各アンチノイズシステムは、通常、いわゆるフィルタードｘ最小平均二乗（ＦｘＬＭＳ）アルゴリズムを利用している。このアルゴリズムは、排気系と流体連通する少なくとも１つのスピーカを用いて音を出力することによって、排気系を伝搬する空気伝搬騒音をゼロにする（騒音を打ち消す（cancellation）場合）または予め設定された閾値まで低下させる（騒音に影響を与える場合）試みを行う。排気系を伝搬する空気伝搬音の音波とスピーカによって生成されるアンチノイズとの完全な相殺的干渉を達成するために、スピーカから出る音波は、振幅および周波数の点で排気系を伝搬する音波と一致し、且つ排気系を伝搬する音波に対して１８０度相対的に位相シフトされていなければならない。スピーカで生成されるアンチノイズの音波（anti-noise sound waves）が、周波数の点で排気系を伝搬する空気伝搬音の音波と一致し且つ排気系を伝搬する空気伝搬音の音波に対して１８０度位相シフトしているが、振幅の点でその音波と一致しない場合には、排気系を伝搬する空気伝搬音の音波の減衰のみが行われる。互いに対して９０度シフトされた２つの正弦波振動の適切な周波数および位相を決定し、これらの正弦波振動に必要な振幅を算出することによって、上記アンチノイズは、ＦｘＬＭＳアルゴリズムを用いて、排気管を伝搬する空気伝搬音の周波数帯毎に別々に算出される。アンチノイズシステムの目的は、音の打ち消しまたは音に対する影響を、少なくとも排気系の外部において、場合によっては排気系の内部においても、可聴可能且つ計測可能にすることである。本明細書において用いられる用語「アンチノイズ」は、連続して行われる内燃機関のストロークの結果生じ排気系内を伝搬する空気伝搬音を、アンチノイズシステムによって生成された排気系内を伝搬する空気伝搬音と区別するために用いられる。アンチノイズ自体は、通常の空気伝搬音に過ぎない。本発明は、ＦｘＬＭＳアルゴリズムの使用に限定されないことを指摘しておく。

音波は内燃機関の吸気系においても発生し、不快なものとして認識され得る。これらの音波は空気流における乱流と内燃機関自体における乱流の両方によって生じる。吸引管とも呼ばれる吸気系は、燃焼チャンバまたは燃焼空間の前方に設けられた内燃機関の燃焼空気導入要素をすべて含む。

内燃機関によって駆動される車両の排気系内を伝搬する音波に影響を与えるためのアンチノイズシステムは、特許文献１９から既に公知であり、図１および２を参照しながら以下に当該システムを説明する。

図１の概略斜視図に示されたアンチノイズシステムは、強固な筐体形状の音生成器３を備える。音生成器３はダイナミックスピーカ２を備え、Ｙ型パイプ１によって排気系４に接続されている。Ｙ型パイプ１は、「Ｙ」のベース部に、排気系４を流れる排気ガスを排出するための排出開口部５を備える。Ｙ型パイプを用いて実行される接続により、排気系４を流れる排気ガスによって生じる音生成器３の内部に配置されたスピーカ２の熱応力は、低く保たれている。従来のスピーカが最大僅か２００度までの範囲内で動作するよう構成されているのに対し、排気系４を流れる排気ガスの温度は最大４００度〜７００度になり得るため、この構成が必要である。

図２は、例示的なボイスコイルスピーカを用いた音生成器３の概略断面を示す。図に示すように、スピーカ２は、共にスピーカバスケット２３に支持された永久磁石２１と漏斗状（funnel-like）の膜（membrane）２２とを備える。ここで、膜２２の半径方向外側は、弾性のある縁部（surround）（図示せず）によってスピーカバスケット２３に接続されており、膜２２の半径方向内側は、永久磁石２１の孔内で動くボイスコイル（図示せず）を備える。ボイスコイルに交流を印加すると、ボイスコイルによって膜２２にローレンツ力が作用し、膜２２は振動する。スピーカバスケット２３の半径方向外側は、接続パイプ４１を介してＹ型パイプ１に接続されたベルマウス（bell mouth）４２に支持されている。音響結合領域（sound coupling region）において、スピーカ２の膜２２の面積は排気系４の断面積よりも大きいため、この先行技術文献では、ベルマウス４２を用いる必要がある。所望の音響エネルギー束（sound energy flux）を達成するためには、この先行技術文献では、この構成が必要である。

米国特許第４，１７７，８７４号明細書 米国特許第５，２２９，５５６号明細書 米国特許第５，２３３，１３７号明細書 米国特許第５，３４３，５３３号明細書 米国特許第５，３３６，８５６号明細書 米国特許第５，４３２，８５７号明細書 米国特許第５，６００，１０６号明細書 米国特許第５，６１９，０２０号明細書 欧州特許第０ ３７３ １８８号明細書 欧州特許第０ ６７４ ０９７号明細書 欧州特許第０ ７５５ ０４５号明細書 欧州特許第０ ９１６ ８１７号明細書 欧州特許第１ ０５５ ８０４号明細書 欧州特許第１ ６２７ ９９６号明細書 独国特許第１９７ ５１ ５９６号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００６ ０４２ ２２４号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００８ ０１８ ０８５号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３１ ８４８号明細書 欧州特許第２ １０８ ７９１ Ａ１号明細書

上記配置の場合、膜および膜に支持されたボイスコイルの過大変位に起因して、膜および／またはボイスコイルが機械的損傷を受ける可能性がある。これは、例えば排気系の排出開口部（例えば、テールパイプ）の水没や、パッシブマフラー（passive muffler）の防音材（insulating material）などによる排気系の詰まりといった外的影響によって生じ得る。また、例えば高い周囲空気圧によってベルマウス側とは反対側で音生成器の内部に負圧が生じ、膜の振動特性が変化して、膜が永久磁石方向に偏る可能性がある。最後に、スピーカ動作に用いられる制御信号についても、例えば制御信号が使用スピーカに十分に適合していない場合や、制御信号がスピーカの自己共振（self-resonance）を刺激した場合に、膜を過大に変位させる可能性がある。

本発明の実施形態は、内燃機関によって駆動される車両の排気騒音または吸気騒音に影響を与えるためのアンチノイズシステム用音生成器であって、膜の過大変位に強い音生成器を提供する。

内燃機関によって駆動される車両の排気系または吸気系内を伝搬する音に影響を与えるためのアンチノイズシステム用音生成器の実施形態は、スピーカバスケットと、スピーカバスケットに支持された膜と、スピーカバスケットに支持された永久磁石と、ボイスコイルキャリア（voice coil carrier）に支持されたボイスコイルと、膜止め（membrane stop）とを備える。膜止めは、膜に一定の制限停止（limit stop）を提供する。ボイスコイルは、永久磁石が形成する定磁場内に配置され、膜に支持されている。膜止めは、膜に向かって延びる少なくとも１つの突起部を備え、膜が休止位置にある時には膜から離間している。これにより、膜止めの少なくとも１つの突起部が膜の一部に当接することによって、膜の過大変位を防ぎ、さらにボイスコイルの過大変位も防ぐことができる。

一実施形態によると、膜止めの少なくとも１つの突起部は、膜に対向する少なくとも１つの接触面を備える。膜止めが複数の突起部を備える場合、膜止めの各突起部は、膜に対向する少なくとも１つの接触面を備える。膜止めの全ての突起部の接触面は、合わせて膜の表面積の２％より大きく１５％未満、または４％より大きく１０％未満、または７％〜９％となる、膜に対向する表面積を有する。膜止めの突起部の接触面をそれぞれ寸法決めすることにより、接触面に当たった際に膜に作用する力を、膜への損傷を高確率で防ぐのに十分な大きさの膜表面に確実に分散させることができる。更に、膜止めの突起部の接触面をそれぞれ寸法決めすることにより、スピーカバスケットと膜との間を流れる空気への悪影響、および音生成器の音響特性への悪影響の大部分を確実に防止することができる。

一実施形態によると、膜止めの全ての突起部の接触面は、それぞれ永久磁石を発端として、周方向よりも半径方向により長く延びている。特に、永久磁石およびそれを取り囲む膜止めの軸方向上面図において、膜止めの全ての突起部の接触面は、半径方向に延び得る。接触面のそれぞれの向きによって、膜とスピーカバスケットとの間を流れる空気の乱れを更に減少させ、音生成器の音響特性への悪影響を更に減少させることができる。

一実施形態によると、膜止めの少なくとも１つの突起部は、膜に対向する接触面を備える。膜止めの少なくとも１つの突起部の接触面と、休止位置にある膜との距離は、各突起部の接触面の全長にわたってほぼ一定であり、且つ、膜止めの全ての突起部に対して等しい。しかしながら、５％未満、特には３％未満、更に特には１％未満の誤差は許容される。これにより、接触面に当たった時に膜に作用する力を、全ての接触面に、および膜に対向する少なくとも１つの突起部の表面領域全体に、できるだけ均等に分散させることが保証される。

一実施形態によると、膜に対向する膜止めの少なくとも１つの突起部の接触面と、休止位置にある膜との距離は、３ｍｍ以上、または６ｍｍ以上、または９ｍｍ以上である。或いは、休止位置にある膜と、膜に対向する膜止めの少なくとも１つの突起部の接触面との距離は、膜の最大直径の２％以上、または４％以上、または６％以上である。これにより、膜は、通常、スピーカの通常動作中に膜止めに当たらない。

一実施形態によると、膜止めの開口の内径は、ボイスコイルキャリアの最大直径よりも大きい。従って、膜に対向する膜止めの少なくとも１つの突起部の少なくとも１つの接触面は、通常、ボイスコイルを覆うドームの外側に位置する。これにより、ボイスコイルキャリアが膜止めに衝突するのを防ぐ。

一実施形態によると、膜止めの最大外径は、膜の最大直径よりも小さい。

一実施形態によると、膜止めは、永久磁石の周りに３６０度の角度範囲にわたって配置された複数の離間する突起部を備える。この構成は、規則的であっても不規則的であってもよい。従って、膜が当たったときに膜止めに作用する力は複数の突起部に分散されるので、膜への損傷だけでなく、局部的および／またはアンバランスな負荷による膜の傾斜も防止される。加えて、膜止めの骨格構造（skeletal structure）は、膜とスピーカバスケットとの間を流れる空気の乱れや、音生成器の音響特性の低下を最小限にする。

一実施形態によると、膜止めは、永久磁石の周りに３６０度の角度範囲にわたって配置された４個以上、特には１６個以上、更に特には２４個以上の突起部を備える。この構成は、規則的であっても不規則的であってもよい。選択した突起部の数が多ければ多いほど、膜に対向する各突起部の少なくとも１つの接触面の表面積を小さくし得る。

一実施形態によると、当たった際の膜への損傷を防ぐために、膜止めの少なくとも１つの突起部は、膜に対向する接触面に、鋭い縁を有さない、および／または、０．１ｍｍ未満、または０．５ｍｍ未満、または１ｍｍ未満の半径を有さない。

一実施形態によると、膜止めは、永久磁石と同心にスピーカバスケットに固定された第１リングであって、少なくとも１つの突起部を支持する第１リングを備える。第１リングは、少なくとも１つの突起部に作用する力を、スピーカバスケットに均一に伝えることができる。

一実施形態によると、膜止めは、永久磁石と同心に配置された第２リングであって、膜止めの少なくとも１つの突起部（または、膜止めのいくつかのまたは全ての突起部）に支持され且つスピーカバスケットから離間した膜に対して停止制限（stop limit）を形成している第２リングを備える。一実施形態によると、第２リングの最大断面は、５ｍｍ未満、または３ｍｍ未満である。

一実施形態によると、膜止めは、スピーカバスケットと一体形成されている。代替の実施形態によると、膜止めは、スピーカバスケットに支持された別個の要素である。

一実施形態によると、膜止め、永久磁石、およびボイスコイルキャリアは、全て膜に対して同じ側に配置されている。従って、膜は、永久磁石と膜止めとの間には配置されない。

一実施形態によると、膜止めは、合成材料または金属から一部品で（in one piece）形成されている。一実施形態によると、膜止めは、鋳造部品（cast part）である。一実施形態によると、膜止めは、射出成形部品である。

一実施形態によると、膜止めのショアＤ硬度（Shore-D hardness）は、５０〜９５、または７０〜８０である。一実施形態によると、膜止めのＤＩＮ５３４５６に基づく乾燥状態における球圧子硬度（ball indenter hardness）は、１３０ＭＰａ〜１７０ＭＰａである。

一実施形態によると、膜止めは非弾性であり、ゆえに強固である。一実施形態によると、膜止めのヤング率は、０．２ＧＰａより大きく、または１ＧＰａより大きく、または１０ＧＰａより大きい。一実施形態によると、膜止めのせん断弾性率（shear modulus）は、０．０５ＧＰａより大きく、または０．１ＧＰａより大きく、または１０ＧＰａより大きい。

一実施形態によると、膜は、漏斗状、特には非可展（non developable）漏斗状（ＮＡＷＩ膜）、またはドーム状であり、漏斗状の膜の上部若しくは上面、またはドーム状の膜の幾何学的中心が永久磁石に向いている。従って、漏斗状またはドーム状の膜のベース部は、永久磁石とは反対側に向いている。従って、漏斗状の膜の上部若しくは上面、またはドーム状の膜の幾何学的中心は、膜のベース部ほど永久磁石から離れていない。非可展漏斗状またはドーム状の膜はとりわけ強固なため、膜の全域にわたった、均一な動作が可能になる。或いは、例えばコーン状の膜を使用しても構わない。一実施形態によると、膜は、膜ベース部（membrane base）から膜上部(membrane top)までの軸方向範囲（axial extent）にわたって回転対称であり、ベース部の半径方向寸法は上部の半径方向寸法よりも大きく、膜ベース部は、膜上部よりも、永久磁石から軸方向により遠くに離間している。

一実施形態によると、膜、特には気密の膜は、縁部（surround）、特には気密の縁部によってスピーカバスケットに結合される。

一実施形態によると、音生成器は、スピーカバスケットを支持する筐体（例えば、スピーカケーシング）を更に備える。

一実施形態によると、筐体は、排気系または吸気系とそれぞれ流体連通するためのポート開口部（port opening）を備える。

一実施形態によると、膜が取り付けられたスピーカバスケットの筐体への接続は、気密に行われる。一実施形態によると、筐体との当該接続は、気密に筐体に取り付けられたベルマウスによって間接的に行われる。更に膜は、筐体の内部空間を、排気系または吸気系から分離された部分と、ポート開口部を介して排気系または吸気系と流体連通している部分とに分割する。

膜のみ、場合によってはスピーカバスケットの周辺部もが、ポート開口部を介して排気系または吸気系と流体連通している筐体の部分内に配置される。そのため、これらのみが、腐食性の化学物質で汚染された高温排気ガス、または場合によっては湿ったおよび／または汚染された吸入気（drawn in air）に曝される。従って、筐体の内壁は別として、これらの要素だけは、排気ガス、および形成され得る凝縮液（condensate）、または吸入気の湿気および有害物質に対して耐性のある材料から作られる必要がある。しかし、音生成器の他の要素、特に抵抗損（ohmic loss）のために既にある程度の熱応力に曝されている敏感なボイスコイルは、膜と筐体の内壁によって排気ガスまたは吸入気から保護されている。このため、排気ガスから形成される凝縮液または吸入気の湿気によるボイスコイルのショートの危険性も低くなる。

一実施形態によると、ポート開口部を除いて、筐体は気密である。

一実施形態によると、スピーカバスケットは、ボイスコイルキャリアに接続されたセンタリング装置、またはボイスコイルキャリアの領域で膜に接続されたセンタリング装置を支持する。当該センタリング装置は、膜を休止位置に復帰させ、永久磁石に対してボイスコイルを確実にセンタリングする。尚、実質的に摩擦を生じさせることなくボイスコイルを永久磁石内に導くことができる場合には、センタリング装置を設ける必要はない。

一実施形態によると、スピーカバスケットは、金属または合成材料からなる。

一実施形態によると、音生成器の筐体は、金属または合成材料からなる。

一実施形態によると、音生成器の筐体は、２つのカップ形状シェル（cup-shaped shell）によって形成され、これらは気密状態で、共に半田付け、溶接、ビード溶接（beaded）、リベット締め、接着接合、またはねじ留めされる。

一実施形態によると、膜は、金属、特にはアルミニウム若しくはチタン、または、合成材料、特には芳香族ポリアミドからなる。

一実施形態によると、永久磁石は、レアアース、特にはネオジウムを含み、特にはネオジウム−鉄−ボロン合金から形成される。

内燃機関によって駆動される車両の排気系および／または吸気系のためのアンチノイズシステムの実施形態は、アンチノイズコントローラと、上述された少なくとも１つの音生成器とを備える。少なくとも１つの音生成器のボイスコイルは、アンチノイズコントローラに電気接続されている。アンチノイズコントローラは、制御信号を生成して、その制御信号を少なくとも１つの音生成器のボイスコイルに出力するよう構成されている。少なくとも１つの音生成器のボイスコイルが制御信号によって動作されたとき、制御信号は、排気系または吸気系内の騒音を大きさ（magnitude）および位相の点で少なくとも部分的にまたは好ましくは完全に打ち消すよう適応されている。

自動車の実施形態は、エンジン制御ユニットを有する内燃機関と、内燃機関および上述したアンチノイズシステムと流体連通する吸気系および排気系とを備える。アンチノイズシステムの少なくとも１つの音生成器は、吸気系または排気系と流体連通する。アンチノイズシステムのアンチノイズコントローラは、更に車両の内燃機関のエンジン制御ユニットと接続されている。

更に、本明細書および特徴を列挙する特許請求の範囲において使用される用語「備える（including）」、「備える（comprising）」、「含む（containing）」、「有する（having）」および「有する（with）」、並びにそれらの文法的変形は、一般に、例えば方法の工程、構成要素、範囲、寸法等の特徴を列挙するが、その特徴を完全に網羅しているわけではないとみなされなければならず、１つ若しくはそれ以上の他の特徴または他の若しくはさらなる特徴のグループの存在または追加を決して除外するものではないことに留意されたい。

本発明のさらなる特徴は、特許請求の範囲および図面と共に、以下の例示的な実施形態の説明から明らかになるであろう。図面において、同様または類似の要素には、可能な限り同様または類似の参照符号を付している。尚、本発明は、記載された例示的な実施形態における実施形態に限定されるわけではなく、添付の特許請求の範囲によって定められる。特に、本発明による実施形態では、以下に提供される実施例とは異なる数および組合せにおいて、個々の特徴が実現され得る。よって、考えられ得る全ての実施形態が、必ずしも本明細書において明らかにされる利点の一つ一つまたはいずれかを含むとは限らない。従って、特定の実施形態における個々の構成要素の特徴を理解するために、本開示の他の実施形態および発明の概要の説明を参照すべきである。

以下の本発明の例示的な実施形態の説明において、添付の図面を参照する。
図１は、技術水準のアンチノイズシステムの概略斜視図である。 図２は、技術水準のアンチノイズシステムの音生成器の概略断面図である。 図３は、本発明の一実施形態によるアンチノイズシステムの音生成器の概略断面図である。 図４Ａは、図３の音生成器に用いられた本発明の第１の実施形態による膜止めの概略側面図である。 図４Ｂは、図４Ａの膜止めの上部の概略図である。 図４Ｃは、図４Ａの膜止めの下側を斜めに見た概略斜視図である。 図４Ｄは、図４Ａの膜止めの上側を斜めに見た概略斜視図である。 図５Ａは、本発明の第２の実施形態による膜止めの、図４Ａの図に対応する概略図である。 図５Ｂは、本発明の第２の実施形態による膜止めの、図４Ｂの図に対応する概略図である。 図５Ｃは、本発明の第２の実施形態による膜止めの、図４Ｃの図に対応する概略図である。 図６は、本発明の一実施形態によるアンチノイズシステムのアンチノイズコントローラの概略ブロック図である。 図７は、本発明によるアンチノイズシステムが一体化された自動車を示す概略図である。

図３の概略図は、本発明の一実施形態による音生成器１０３の断面図を示す。

音生成器１０３は、内部にボイスコイルスピーカ１０２を収容した筐体１３１を備える。スピーカ１０２は、ネオジウム−鉄−ボロン合金からなる永久磁石１２１と、合成材料からなるコーン状の膜（cone-like membrane）１２２とを備える。永久磁石１２１およびコーン状の膜１２２は共に、シート状の鋼からなるスピーカバスケット１２３に支持されている。コーン状の膜１２２は、半径方向外側のベース領域にて、合成材料からなる弾性の縁部１２７を介してスピーカバスケット１３３に接続されている。合成材料は弾性であり得る。コーン状の膜１２２は、ベース領域（膜ベース部）から上面（膜上部）までの軸方向範囲にわたって回転対称であり、ベース領域の半径方向寸法は上部領域の半径方向寸法よりも大きい。コーン状の膜１２２の上面は、中央部がカバーキャップ１２４で覆われている。ボイスコイル１２６を支持するボイスコイルキャリア１２５は、カバーキャップ１２４の領域において、膜１２２に固定されている。ボイスコイル１２６は、永久磁石１２１が形成する定磁場内に配置される。永久磁石１２１は、この目的のために、対応する開口部を備える。永久磁石１２１は、図３に示されていない極板を更に備え得る。ボイスコイル１２６に交流を印加すると、ボイスコイル１２６およびボイスコイルキャリア１２５はローレンツ力に基づく力を膜１２２に印加し、膜１２２を振動させる。

カバーキャップ１２４を有するコーン状の膜１２２の上面は、スピーカバスケット１２３および永久磁石１２１に対向している。コーン状の膜１２２のベース領域は、スピーカバスケット１２３および永久磁石１２１とは反対側に向いている。このように、コーン状の膜１２２のベース領域は、軸方向において、コーン状の膜１２２の上面よりも永久磁石１２１から離れている。

スピーカバスケット１２３の半径方向の外側は、音生成器１０３の筐体１３１の内壁に接続され、更にベルマウス１４２に接続されている。ベルマウス１４２は、音生成器１０３のポート開口部１３２および接続パイプ１４１を介して、内燃機関によって駆動される車両の吸気系および／または排気系に接続されるよう構成されている。また、カバーキャップ１２４の膜１２２への取り付け、および縁部１２７を介する膜１２２のスピーカバスケット１２３への取り付けは気密に行われるため、スピーカ１０２は、音生成器１０３の内部空間を、互いに密閉遮断された２つの部分に分割する。従って、膜１２２、縁部１２７、カバーキャップ１２４、およびスピーカバスケット１２３は、ボイスコイル１２６を有するボイスコイルキャリア１２５および永久磁石１２１を、腐食性の排気ガスから密閉遮断する。

更に、ＤＩＮ５３４５６に基づく乾燥状態における球圧子硬度が１５０ＭＰａであるポリカプロラクタム（ポリアミド６）からなる膜止め１５０が、スピーカバスケット１２３に固定された状態で、膜１２２とスピーカバスケット１２３との間に配置されている。これにより、膜止め１５０は、膜１２２に対して永久磁石１２１と同じ側に配置され得る。しかしながら、本発明は、記載されている硬度のポリカプロラクタムの使用に限定されない。代わりに、曲げ試験でヤング率が２８００ＭＰａを示すポリカプロラクタムまたは異なる合成材料、特には硬質ゴムを使用してもよい。膜止め１５０は、永久磁石１２１の周りに配置される複数の突起部１５１を備えており、各突起部は、膜１２２に対向する接触面１５２を有する。膜１２２が休止位置にある状態において、膜止め１５０の全ての突起部１５１の接触面１５２は、膜１２２に対向する表面全体にわたって膜から５ミリ離間している。この距離は、膜１２２の最大直径の２％に相当する。このため、膜１２２が過大変位した場合、膜１２２は全ての突起部１５１の接触面１５２に同時に当たるため、膜１２２の過大な振動を防ぐことができる。

以下に、図４Ａ〜４Ｄを参照しながら、図３において用いられた膜止め１５０の詳細を説明する。ここで、図４Ａは膜止め１５０の側面図であり、図４Ｂは上面図であり、図４Ｃは下側を斜めに見た斜視図であり、図４Ｄは、上側を斜めに見た斜視図である。

図４Ａ〜図４Ｄを参照すると、膜止め１５０は、２９個の突起部１５１を備える。突起部１５１は、３６０度の角度範囲にわたって均等に割り当てられ、射出成形によって第１リング部１５３と一体形成されている。第１リング部１５３は、膜止め１５０をスピーカバスケット１２３に取り付ける役割を果たす。図３および図４Ａ〜図４Ｄに示された実施形態において、突起部１５１の接触面１５２の大きさは、全ての突起部１５１の接触面１５２を合わせると膜１２２の表面積の８％になる表面積を有するよう選択されている。膜１２０の損傷を防ぐため、接触面１５２の端は丸められ（rounded）、図示した実施形態において、その半径は０．５ｍｍである。

特に図３を参照してみると、膜止め１５０は、接触面１５２にて最大直径を有しており、当該最大直径は、膜１２２の最大直径に対応している。更に膜止め１５０は、接触面１５２にて最小直径を有する。当該最小直径は、カバーキャップ１２４およびその下方に設けられたボイスコイルキャリア１２５の最大直径よりも大きく、図３、図４Ａ〜図４Ｄに示された実施形態において、膜１２２の最大直径の６０％である。図３、図４Ａ〜図４Ｄに示された実施形態において、膜止め１５０の突起部１５１に形成された接触面１５２の半径方向の広がり（extension）は、周方向の広がりの８倍である。

以下に、図３に示された膜止め１５０に代わるものとして使用され得る代替の膜止め１５０’について、図５Ａ〜５Ｃを参照しながら説明する。ここで、図５Ａは膜止め１５０’の側面図であり、図５Ｂは上面図であり、図５Ｃは下側を斜めに見た斜視図である。この代替の膜止め１５０’は、図４Ａ〜図４Ｄに示された膜止め１５０に非常に類似しているため、以下に違いのみを説明する。残りの部分については、先の説明を参照されたい。

図５Ａ〜図５Ｃに示された代替の膜止め１５０’は、突起部１５１と一体形成された２つのリング部１５４、１５５を有する。これらの第２リング部１５４、１５５は、材料厚が４ｍｍであり、膜止め１５０’の装着状態時に膜１２２に対向する第２リング部１５４、１５５の表面が、突起部１５１の接触面１５２と同一面になるよう配置されている。図示された実施形態において、２つの第２リング部１５４、１５５は、接触面１５２の半径方向端部に設けられている。このため、膜１２２が接触面１５２に当たった場合に、これらの端部で膜１２２の局部的な荷重が発生しないことが保証される。

図６は、上記音生成器１０３を用いたアンチノイズシステム７の概略図を示す。

第１音生成器１０３は、排出開口部（テールパイプ）４３の領域において、Ｙ型パイプ１および接続パイプ１４１を介して車両の排気系４に接続されている。排出開口部４３にて、排気系４を通過する排気ガスは外部に排出される。

圧力センサの形態の第１エラーマイクロホン９は、Ｙ型パイプ１に設けられている。エラーマイクロホン９は、圧力変化を測定することによって、排気系９と音生成器１０３との間に流体連通を提供する領域の下流におけるＹ型パイプ１内の騒音を測定する。しかし、エラーマイクロホン９はオプションに過ぎない。

第２スピーカ１０２’を有する第２音生成器１０３’は、車両の吸気系１０に接続されている。第２エラーマイクロホン９’は、吸気系１０において、吸気系１０と音生成器１０３’との間に流体連通を提供する領域の上流に配置されている。ここでも、エラーマイクロホン９’はオプションに過ぎないことを指摘しておく。

吸気系１０を流れる空気または排気系４を流れる排気ガスの流れ方向は、矢印で示されている。

音生成器１０３、１０３’のスピーカ１０２、１０２’およびエラーマイクロホン９、９’は、アンチノイズコントローラ８に電気接続されている。アンチノイズコントローラ８は、ＣＡＮデータバスを介して、更に内燃機関６のエンジン制御ユニット６１に接続されている。なお、本発明は、ＣＡＮデータバスに限定されない。

更に排気系４は、内燃機関６とＹ型パイプ１との間に設けられ、内燃機関６から放出され排気系４を通過する排気ガスを浄化するための少なくとも１つの触媒コンバータ（図示せず）を備え得る。

上記アンチノイズシステム７の一般的な動作モードは、以下の通りである。

アンチノイズコントローラ８は、各エラーマイクロホン９、９’を用いて測定された騒音および／またはＣＡＮデータバスを介して受信された内燃機関６の動作パラメータに基づき、フィルタードｘ最小平均二乗（ＦｘＬＭＳ）アルゴリズムを利用して２つのディジタル制御信号を計算して、これらを各音生成器１０３または１０３’のスピーカ１０２または１０２’に出力する。各ディジタル制御信号は、アンチノイズを付与することによって、吸気系１０または排気系４の内部を伝搬する騒音を実質的に消すことができる。

図７の概略図は、内燃機関６、排気系４、および上記アンチノイズシステム７を有する自動車を示す。アンチノイズシステムの音生成器およびスピーカは、図７に明示されていない。

明確にするため、本発明を理解するために有益な素子、構成要素および機能のみが図に示されている。しかし、本発明の実施形態は、図示された素子、構成要素および機能に限定されず、これらの用途または機能範囲に対して必要に応じて更なる素子、構成要素および機能を含み得る。

本開示では、ある例示的な実施形態について説明したが、様々な選択、変形、および変更が当業者には明白であろうことが明らかである。従って、本明細書に記載された開示の例示的な実施形態は具体例であり、決して限定するものではない。本開示の精神と以下の請求の範囲に定義されている範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ得る。

Claims (15)

1. 内燃機関によって駆動される車両の吸気系または排気系内を伝搬する音波に影響を与えるためのアンチノイズシステム用音生成器（１０３）であって、
   前記音生成器（１０３）は、
   スピーカバスケット（１２３）と、
   前記スピーカバスケット（１２３）に支持された膜（１２２）と、
   前記スピーカバスケット（１２３）に支持された永久磁石（１２１）と、
   ボイスコイルキャリア（１２５）に支持されたボイスコイル（１２６）であって、前記ボイスコイルは前記永久磁石（１２１）が形成する定磁場内に配置され、前記ボイスコイルキャリア（１２５）は前記膜（１２２）に支持されている、ボイスコイル（１２６）と、
   膜止め（１５０）とを備え、
   前記膜止め（１５０）は、前記膜（１２２）に隣接する前記スピーカバスケットに設けられ、
   前記膜止め（１５０）は、前記膜（１２２）に向かって延びる少なくとも１つの突起部（１５１）を備えることを特徴とする音生成器（１０３）。
2. 前記膜止め（１５０）の前記少なくとも１つの突起部（１５１）は、前記膜（１２２）に対向する接触面（１５２）を備え、
   前記膜止め（１５０）の全ての突起部（１５１）の前記接触面（１５２）は、合わせて前記膜（１２２）の表面積の２％より大きく１５％未満、または４％より大きく１０％未満、または７％〜９％となる表面積を有する、請求項１に記載の音生成器（１０３）。
3. 前記膜止め（１５０）の全ての突起部（１５１）の前記接触面（１５２）は、それぞれ前記永久磁石（１２１）を発端として、周方向よりも半径方向により長く延びている、請求項２に記載の音生成器（１０３）。
4. 前記膜止め（１５０）の前記少なくとも１つの突起部（１５１）は、前記膜（１２２）に対向する接触面（１５２）を備え、
   前記膜止め（１５０）の前記少なくとも１つの突起部（１５１）の前記接触面（１５２）は、休止位置にある前記膜（１２２）からある距離だけ離間しており、前記距離は、
   前記各突起部（１５１）の前記接触面（１５２）の全長にわたって一定であり、且つ、
   前記膜止め（１５０）の全ての突起部（１５１）に対して等しい、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
5. 前記膜止め（１５０）の前記少なくとも１つの突起部（１５１）の前記接触面（１５２）は、休止位置にある前記膜（１２２）から、３ｍｍ以上の距離、または６ｍｍ以上の距離、または９ｍｍ以上の距離だけ離間している、請求項４に記載の音生成器（１０３）。
6. 前記膜止め（１５０）の前記少なくとも１つの突起部（１５１）の前記接触面（１５２）は、休止位置にある前記膜（１２２）から、前記膜（１２２）の最大直径の２％以上の距離、または４％以上の距離、または６％以上の距離だけ離間している、請求項４に記載の音生成器（１０３）。
7. 前記膜止め（１５０）の開口の内径は、前記ボイスコイルキャリア（１２５）の最大直径よりも大きく、および／または、
   前記膜止め（１５０）の最大外径は、前記膜（１２２）の最大直径よりも小さい、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
8. 前記膜止め（１５０）は、前記永久磁石（１２１）の周りに３６０度の角度範囲にわたって配置された複数の離間する突起部（１５１）を備え、当該構成は、特には規則的であり、および／または、
   前記膜止め（１５０）は、前記永久磁石（１２１）の周りに３６０度の角度範囲にわたって配置された４個以上、または１６個以上、または２４個以上の突起部（１５１）を備え、当該構成は、特には規則的である、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
9. 前記膜止め（１５０）は、前記永久磁石（１２１）と同心に前記スピーカバスケットに固定された第１リング（１５３）であって、前記少なくとも１つの突起部（１５１）を支持する第１リング（１５３）を備え、
   前記膜止め（１５０）は、前記永久磁石（１２１）と同心に配置された少なくとも１つの第２リング（１５４、１５５）であって、前記膜止め（１５０）の前記少なくとも１つの突起部（１５１）に支持され且つ前記スピーカバスケット（１２３）から離間した前記膜（１２２）に対して接触面を形成している少なくとも１つの第２リング（１５４、１５５）を任意で備える、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
10. 前記膜止め（１５０）は、前記スピーカバスケット（１２３）と一体形成されており、または前記スピーカバスケット（１２３）に固定された別個の要素であり、および／または、
    前記膜止め（１５０）は、前記膜（１２２）に対して前記永久磁石（１２１）および前記ボイスコイルキャリア（１２５）と同じ側に配置されている、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
11. 前記膜止め（１５０）は、合成材料または金属から一部品で形成されている、および／または鋳造部品である、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
12. 前記膜止め（１５０）のショアＤ硬度は、５０〜９５、または７０〜８０であり、および／または、
    前記膜止め（１５０）は非弾性であり、および／または、
    前記膜止めのヤング率は、０．２ＧＰａより大きく、または１ＧＰａより大きく、または１０ＧＰａより大きく、および／または、
    前記膜止めのせん断弾性率は、０．０５ＧＰａより大きく、または０．１ＧＰａより大きく、または１０ＧＰａより大きい、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
13. 前記膜（１２２）は、膜ベース部から膜上部までの軸方向範囲にわたって漏斗形状またはドーム形状であり、ベース部の半径方向寸法は上部の半径方向寸法よりも大きく、前記膜ベース部は前記膜上部よりも前記永久磁石から軸方向により遠くに離間し、
    前記膜（１２２）、特には気密の膜は、縁部（１２７）、特には気密の縁部によって前記スピーカバスケット（１２３）に結合されており、
    前記音生成器は、前記スピーカバスケット（１２３）を支持する筐体（１３１）を更に備え、前記筐体（１３１）は、排気系または吸気系とそれぞれ流体連通するためのポート開口部を任意で備える、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の音生成器（１０３）。
14. 内燃機関によって駆動される車両の吸気系（１０）および／または排気系（４）のためのアンチノイズシステム（７）であって、
    前記アンチノイズシステム（７）は、
    アンチノイズコントローラ（８）と、
    請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載の少なくとも１つの音生成器（１０３）とを備え、
    前記少なくとも１つの音生成器（１０３）の前記ボイスコイル（１２６）は、前記アンチノイズコントローラ（８）に接続されており、
    前記アンチノイズコントローラ（８）は、少なくとも１つの制御信号を生成して、前記少なくとも１つの制御信号を前記少なくとも１つの音生成器（１０３）の前記ボイスコイル（１２６）に出力するよう構成されており、
    前記少なくとも１つの音生成器（１０３）の前記ボイスコイル（１２６）が前記制御信号によって動作されたとき、前記制御信号は、前記吸気系および／または前記排気系（４）内の騒音を大きさの点で少なくとも部分的にまたは好ましくは完全に打ち消すよう適応されていることを特徴とするアンチノイズシステム（７）。
15. エンジン制御ユニット（６１）を有する内燃機関（６）と、
    前記内燃機関（６）と流体連通する吸気系（１０）および排気系（４）と、
    請求項１４に記載のアンチノイズシステム（７）とを備えた自動車であって、
    前記アンチノイズシステム（７）の前記少なくとも１つの音生成器（１０３）は、前記吸気系（１０）または前記排気系（４）と流体連通しており、
    前記アンチノイズシステム（７）の前記アンチノイズコントローラ（８）は、前記車両の前記内燃機関（６）の前記エンジン制御ユニット（６１）と電気接続されていることを特徴とする自動車。