JP3028010B2 - ファン装置 - Google Patents
ファン装置Info
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- JP3028010B2 JP3028010B2 JP4118732A JP11873292A JP3028010B2 JP 3028010 B2 JP3028010 B2 JP 3028010B2 JP 4118732 A JP4118732 A JP 4118732A JP 11873292 A JP11873292 A JP 11873292A JP 3028010 B2 JP3028010 B2 JP 3028010B2
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、回転駆動される軸流
ファンの発する騒音を低減させるファン装置に関するも
のである。
ファンの発する騒音を低減させるファン装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】送風機は、空調機や、換気扇などに幅広
く使われており、その羽根車から発生する騒音をできる
限り低くする事は、社会的にも非常に重要である。送風
機の騒音を低減するには、騒音源であるファン自体の羽
根の形状や材質の工夫などが考えられるが、送風能力を
満足させながら、騒音を羽根形状の最適化によって騒音
を低減することにも限界がある。また、吸音や遮音とい
う手段もあるが、これらも通風効果を下げてしまうか、
大きなスペースを必要とするなど問題がある。そこで、
送風機の騒音制御装置として、アクティブ制御の技術を
用いて、大きなスペースを必要とせず、かつまた送風機
の送風能力を下げることなく送風機の騒音を低減する方
法が提案されている。
く使われており、その羽根車から発生する騒音をできる
限り低くする事は、社会的にも非常に重要である。送風
機の騒音を低減するには、騒音源であるファン自体の羽
根の形状や材質の工夫などが考えられるが、送風能力を
満足させながら、騒音を羽根形状の最適化によって騒音
を低減することにも限界がある。また、吸音や遮音とい
う手段もあるが、これらも通風効果を下げてしまうか、
大きなスペースを必要とするなど問題がある。そこで、
送風機の騒音制御装置として、アクティブ制御の技術を
用いて、大きなスペースを必要とせず、かつまた送風機
の送風能力を下げることなく送風機の騒音を低減する方
法が提案されている。
【０００３】図１６は、例えば特開平２−２８５７９９
号公報に示された従来のファン装置の構成を示す断面図
である。図において、１は機器のケーシング、２はケー
シング１に取り付けられた内部冷却用ファン、３はファ
ン２に対向して配設された制御用音源の例えばセラミッ
ク圧電スピーカなど小形のスピーカ、４はケーシング１
の内側でファン２の回転部近傍に設けられダイオードお
よび受光素子からなる光センサ、５はケーシング１の外
側縁で騒音の低減を期待される場所に配置され受音手段
となるマイクロホン、６はマイクロホン５及び光センサ
４の検出信号が入力され処理する演算処理装置である。
号公報に示された従来のファン装置の構成を示す断面図
である。図において、１は機器のケーシング、２はケー
シング１に取り付けられた内部冷却用ファン、３はファ
ン２に対向して配設された制御用音源の例えばセラミッ
ク圧電スピーカなど小形のスピーカ、４はケーシング１
の内側でファン２の回転部近傍に設けられダイオードお
よび受光素子からなる光センサ、５はケーシング１の外
側縁で騒音の低減を期待される場所に配置され受音手段
となるマイクロホン、６はマイクロホン５及び光センサ
４の検出信号が入力され処理する演算処理装置である。
【０００４】次に動作について説明する。マイクロホン
５及び光センサ４の検出信号は演算処理装置６に入力さ
れて処理され駆動制御信号がスピーカ３に出力されてス
ピーカ３は制御音を発生する。演算処理装置６は、伝達
特性を固定または可変とすることができる一種のデジタ
ルフィルタである。光センサ４より入力される回転信号
はＡ／Ｄコンバータを介して演算処理装置６に取り込ま
れ、制御信号はＤ／Ａコンバータを介して出力される。
固定型または適応型として演算処理装置は作成されてお
り、図１７または図１８のように構成されている。演算
処理装置６の伝達特性は、光センサ４およびスピーカ３
の伝達特性を補償し、かつマイクロホン５の位置におい
て騒音と逆位相の音を作り出すように設計されている。
以上のような構成によってマイクロホン５の位置で騒音
は低減される。
５及び光センサ４の検出信号は演算処理装置６に入力さ
れて処理され駆動制御信号がスピーカ３に出力されてス
ピーカ３は制御音を発生する。演算処理装置６は、伝達
特性を固定または可変とすることができる一種のデジタ
ルフィルタである。光センサ４より入力される回転信号
はＡ／Ｄコンバータを介して演算処理装置６に取り込ま
れ、制御信号はＤ／Ａコンバータを介して出力される。
固定型または適応型として演算処理装置は作成されてお
り、図１７または図１８のように構成されている。演算
処理装置６の伝達特性は、光センサ４およびスピーカ３
の伝達特性を補償し、かつマイクロホン５の位置におい
て騒音と逆位相の音を作り出すように設計されている。
以上のような構成によってマイクロホン５の位置で騒音
は低減される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のファン装置は以
上のように構成されているので、マイクロホン近傍の位
置での騒音と逆位相の音を作り消音するため空間全体の
消音は困難である。また回転数に同期させた信号を制御
用の信号としているために、送風機の回転数に対し、そ
の整数倍の周波数の騒音のみに効果をもち、広帯域の騒
音には消音効果がない欠点があった。
上のように構成されているので、マイクロホン近傍の位
置での騒音と逆位相の音を作り消音するため空間全体の
消音は困難である。また回転数に同期させた信号を制御
用の信号としているために、送風機の回転数に対し、そ
の整数倍の周波数の騒音のみに効果をもち、広帯域の騒
音には消音効果がない欠点があった。
【０００６】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので空間全体の消音を行い、回転数の
整数倍の騒音のみならず、広帯域の騒音も大幅に低減で
きるファン装置を得ることを目的とする。
ためになされたもので空間全体の消音を行い、回転数の
整数倍の騒音のみならず、広帯域の騒音も大幅に低減で
きるファン装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係るファン装
置は、胴部と翼部とを有しフレームに回転自在に支持さ
れ回転駆動されて送風するファンが設けられたファン装
置本体と、翼部の所定位置に設けられ翼部に沿った空気
流の変動をとらえ第１の信号を出力する検出センサと、
第１の信号を演算処理し第２の信号を出力する演算処理
装置と、翼部で空気流の検出センサより下流側の所定位
置に設けられ第２の信号に基づいて、翼部に沿った空気
流を制御し空気流の変動を打ち消す、あるいは空気流に
振動を与えることにより空気流の変動を打ち消す、もし
くは空気流を昇温又は降温することにより空気流の変動
を打ち消す空気流制御手段を設けたものである。
置は、胴部と翼部とを有しフレームに回転自在に支持さ
れ回転駆動されて送風するファンが設けられたファン装
置本体と、翼部の所定位置に設けられ翼部に沿った空気
流の変動をとらえ第１の信号を出力する検出センサと、
第１の信号を演算処理し第２の信号を出力する演算処理
装置と、翼部で空気流の検出センサより下流側の所定位
置に設けられ第２の信号に基づいて、翼部に沿った空気
流を制御し空気流の変動を打ち消す、あるいは空気流に
振動を与えることにより空気流の変動を打ち消す、もし
くは空気流を昇温又は降温することにより空気流の変動
を打ち消す空気流制御手段を設けたものである。
【０００８】
【０００９】
【作用】この発明におけるファン装置は、翼部に発生し
た気流乱れまたは気流乱れによる微少な圧力変動を、同
翼部に配置した検出センサによって第１の信号として検
出する。検出された同気流中の乱れの第１の信号を演算
処理装置に入力し、演算処理装置から出力される第２の
信号によって翼部に設けられた空気流制御手段により翼
部に沿った空気流を制御し空気流の変動を打ち消す、あ
るいは空気流に振動を与えることにより空気流の変動を
打ち消す、もしくは空気流を昇温又は降温することによ
り空気流の変動を打ち消す。気流中の乱れが整流される
ことで、翼部後縁部付近での風速変動が低減され、同翼
部の揚力の変化が低減し、同翼部から発生する騒音が低
減される。
た気流乱れまたは気流乱れによる微少な圧力変動を、同
翼部に配置した検出センサによって第１の信号として検
出する。検出された同気流中の乱れの第１の信号を演算
処理装置に入力し、演算処理装置から出力される第２の
信号によって翼部に設けられた空気流制御手段により翼
部に沿った空気流を制御し空気流の変動を打ち消す、あ
るいは空気流に振動を与えることにより空気流の変動を
打ち消す、もしくは空気流を昇温又は降温することによ
り空気流の変動を打ち消す。気流中の乱れが整流される
ことで、翼部後縁部付近での風速変動が低減され、同翼
部の揚力の変化が低減し、同翼部から発生する騒音が低
減される。
【００１０】
【００１１】
【実施例】実施例１． この発明における実施例１を図について説明する。図１
はこの発明の実施例１におけるファン装置の外観図、図
２は構成を示すブロック図である。図において、７は翼
部７ａと胴部７ｂでなるファン、８はファン７の負圧側
翼面に設けられ空気流の変動をとらえ電気信号を出力す
る検出センサでここでは風速計の速度センサ、９は速度
センサ８より下流の負圧側翼面に設けられ空気流制御手
段となるピエゾ素子などによって構成された振動装置で
ここでは振動アクチュエータ、１０は風速計アンプ部、
１１はファン７の胴部に装備された演算処理装置、１２
は振動装置アンプ部であり、ピエゾ素子による振動アク
チュエータ９は翼１枚毎に設けられている。なおこれら
の装置は回転部に装備されているが、その電源は例えば
集電環で入力されている。
はこの発明の実施例１におけるファン装置の外観図、図
２は構成を示すブロック図である。図において、７は翼
部７ａと胴部７ｂでなるファン、８はファン７の負圧側
翼面に設けられ空気流の変動をとらえ電気信号を出力す
る検出センサでここでは風速計の速度センサ、９は速度
センサ８より下流の負圧側翼面に設けられ空気流制御手
段となるピエゾ素子などによって構成された振動装置で
ここでは振動アクチュエータ、１０は風速計アンプ部、
１１はファン７の胴部に装備された演算処理装置、１２
は振動装置アンプ部であり、ピエゾ素子による振動アク
チュエータ９は翼１枚毎に設けられている。なおこれら
の装置は回転部に装備されているが、その電源は例えば
集電環で入力されている。
【００１２】ファン翼の負圧面上に取り付けた速度セン
サ８によって、翼面上の微小な乱れを検出する。速度セ
ンサ８で得られた乱れを表す信号（第１の信号）は、風
速計アンプ部１０で増幅され、演算処理装置１１へ入力
される。演算処理装置１１内では、信号の各々の周波数
に対し位相、出力ゲインを調節し、振動装置アンプ部１
２に出力信号（第２の信号）として出力する。この際、
演算処理装置１１内の位相や出力ゲインの調節は速度セ
ンサ８による伝達関数および振動装置アンプ部１２なら
びに振動アクチュエータ９の伝達関数、速度センサ８か
ら振動アクチュエータ９までの境界層中の乱れの移動・
増幅を表す伝達関数を補償し、負圧面上の振動アクチュ
エータ９位置での境界層中の乱れに対しある位相分だけ
ずらした振動となるよう設定されている。振動アクチュ
エータ９の位置へ輸送された乱れに対し、ある位相をず
らした振動振幅を振動アクチュエータ９によって境界層
中に与えた場合、その乱れの大きさはほとんど０近くま
で低減される。この結果、翼後縁部から放出される乱れ
による翼の渦度変化は低減され、ファンから放射される
騒音は低減される。
サ８によって、翼面上の微小な乱れを検出する。速度セ
ンサ８で得られた乱れを表す信号（第１の信号）は、風
速計アンプ部１０で増幅され、演算処理装置１１へ入力
される。演算処理装置１１内では、信号の各々の周波数
に対し位相、出力ゲインを調節し、振動装置アンプ部１
２に出力信号（第２の信号）として出力する。この際、
演算処理装置１１内の位相や出力ゲインの調節は速度セ
ンサ８による伝達関数および振動装置アンプ部１２なら
びに振動アクチュエータ９の伝達関数、速度センサ８か
ら振動アクチュエータ９までの境界層中の乱れの移動・
増幅を表す伝達関数を補償し、負圧面上の振動アクチュ
エータ９位置での境界層中の乱れに対しある位相分だけ
ずらした振動となるよう設定されている。振動アクチュ
エータ９の位置へ輸送された乱れに対し、ある位相をず
らした振動振幅を振動アクチュエータ９によって境界層
中に与えた場合、その乱れの大きさはほとんど０近くま
で低減される。この結果、翼後縁部から放出される乱れ
による翼の渦度変化は低減され、ファンから放射される
騒音は低減される。
【００１３】ここで、振動アクチュエータ９によってあ
る位相をずらした振動振幅を境界層中に与えた場合、そ
の乱れの大きさはほとんど０近くまで低減される理由に
ついて説明する。軸流ファンの騒音で特に問題となるそ
の音源は、ファンの負圧面上の境界層に発生・発達する
流れの乱れによることが知られている。負圧面上の境界
層中の乱れと騒音の発生過程は、おおよそ以下のように
考えられている。図１４は騒音の発生過程を説明するた
めの説明図であり、図１４に示すようにファン翼前縁で
気流は剥離し、その再付着によって生じた乱れや大気中
に存在する微小な乱れ、音響による圧力変動による乱れ
などは、ファン負圧面側で増幅過程を経て、ファン翼後
縁部において渦を放出する。この結果、ファン翼自身の
循環は微小に変化し、その揚力は変動する。この揚力の
微小変化によって騒音が発生する。また、ファンに流れ
込む空気の流れが局所的に不均一である場合、ファン翼
自身の循環が回転数に同期して変化する。この結果、フ
ァンからの回転数の整数倍の騒音が発生する。
る位相をずらした振動振幅を境界層中に与えた場合、そ
の乱れの大きさはほとんど０近くまで低減される理由に
ついて説明する。軸流ファンの騒音で特に問題となるそ
の音源は、ファンの負圧面上の境界層に発生・発達する
流れの乱れによることが知られている。負圧面上の境界
層中の乱れと騒音の発生過程は、おおよそ以下のように
考えられている。図１４は騒音の発生過程を説明するた
めの説明図であり、図１４に示すようにファン翼前縁で
気流は剥離し、その再付着によって生じた乱れや大気中
に存在する微小な乱れ、音響による圧力変動による乱れ
などは、ファン負圧面側で増幅過程を経て、ファン翼後
縁部において渦を放出する。この結果、ファン翼自身の
循環は微小に変化し、その揚力は変動する。この揚力の
微小変化によって騒音が発生する。また、ファンに流れ
込む空気の流れが局所的に不均一である場合、ファン翼
自身の循環が回転数に同期して変化する。この結果、フ
ァンからの回転数の整数倍の騒音が発生する。
【００１４】この実施例においては、上述のように、翼
７ａの負圧側面上に発生した気流乱れまたは気流乱れに
よる微小な圧力変動を、同翼７ａ面上に配置した検出セ
ンサである速度センサ８によって検出し、この気流乱れ
を空気流制御手段である振動アクチュエータ９によりあ
る位相分ずらした振動を与えて打ち消す。図１５はこの
原理を模式的に示す説明図である。これにより、気流中
の乱れが整流され、翼後縁付近での風速変動が低減さ
れ、同翼の揚力の変化が低減し、同翼から発生する騒音
が低減される。
７ａの負圧側面上に発生した気流乱れまたは気流乱れに
よる微小な圧力変動を、同翼７ａ面上に配置した検出セ
ンサである速度センサ８によって検出し、この気流乱れ
を空気流制御手段である振動アクチュエータ９によりあ
る位相分ずらした振動を与えて打ち消す。図１５はこの
原理を模式的に示す説明図である。これにより、気流中
の乱れが整流され、翼後縁付近での風速変動が低減さ
れ、同翼の揚力の変化が低減し、同翼から発生する騒音
が低減される。
【００１５】以上の騒音低減の最も効果が得られる速度
センサ８の位置と振動アクチュエータ９の位置ならびに
速度センサ８と振動アクチュエータ９の距離は以下の様
に規定される。速度センサ８の後縁からの距離をＳ、振
動アクチュエータ９の後縁からの距離をＶ、速度センサ
８と振動アクチュエータ９間の距離をＬ（＝Ｓ−Ｖ）、
ファンの翼端速度をＵ、速度センサ８の時定数をτS、
振動アクチュエータ９の時定数をτV、演算処理装置１
１の演算終了時間をτCとする。ファン形状によって騒
音源となる微小擾乱が発達する位置は変化し、乱れの発
達位置を数値計算もしくは実験によって定めておく必要
がある。この位置を速度センサ８の位置と定めた場合、
振動アクチュータ９までの距離は、 Ｌ＞Ｕ×（τS＋τV＋τC） でなければならない。例えば本実施例では、τS＝１０
μｓ、τV＝１００μｓ、τC＝２００μｓ、ファン１の
回転数ＮD＝１０００ｒｐｍ、羽根枚数Ｚ＝３枚、ファ
ン径Ｄ＝３００ｍｍ、ファン翼弦長ｌ＝３３０ｍｍとす
れば、Ｕ＝１５．７ｍ／ｓとなる。 Ｌ≧５（ｍｍ） となる。当然のことながら、この値は、ファン７の回転
速度やファン径、演算処理装置１１の計算速度、速度セ
ンサ８と振動アクチュエータ９の応答速度によってお
り、条件によってはこの限りではない。逆に、ファン翼
面上の乱れは速度センサ８と振動アクチュエータ９が離
れるに従ってその相互相関が低下し、制御を行うことが
困難となる。センサ部の速度変動と、ファンから発生す
る騒音との相互相関を、そのセンサ部と翼後縁部との距
離Ｓに対して表したグラフを図３に示す。この図から、
センサ部の翼後縁からの距離Ｓは、 Ｓ≦５０ｍｍ（＝ＳD） 程である必要がある。本実施例では、以上のことを考え
て、Ｓ＝２０ｍｍとし、翼後縁からのアクチュータまで
の距離Ｖ＝５ｍｍとしたため、Ｌ＝１５ｍｍとしてい
る。ただし、この値は、そのファンの形状や大きさによ
って変化するため、条件によってはこの限りではない。
相互相関はその境界層厚さδに比例すると考えられる。
すなわち Ｓ0／δ＝一定 δは δ〜ｌ（ｌＵ／ν）-1/2 である。ここで、νは動粘性係数であり、またｌとＤ／
Ｚは比例関係、ＵとＮＤは比例関係である。ここで、Ｎ
は回転数（ｒｐｍ）である。以上からＳ0と（ＺＮ）
-1/2は比例関係となる。つまり、このファンの形状から
の相似則から、ファンの回転数の平方根に反比例して Ｓ≦５０ｍｍ×（１０００×３）1/2／（ＮＺ）1/2 とおおよそ考えることができ、この範囲内に速度センサ
ーを取り付けることによってファン径や回転数が異なる
ファンに対して効果的な消音が可能となる。図４は従来
のファンによる騒音とこの実施例１のファン装置による
騒音の周波数分析結果を示す対比図である。本実施例に
よれば、２ｋＨZ以下の周期性騒音ならびに広帯域騒音
に対し効果があることが分かる。
センサ８の位置と振動アクチュエータ９の位置ならびに
速度センサ８と振動アクチュエータ９の距離は以下の様
に規定される。速度センサ８の後縁からの距離をＳ、振
動アクチュエータ９の後縁からの距離をＶ、速度センサ
８と振動アクチュエータ９間の距離をＬ（＝Ｓ−Ｖ）、
ファンの翼端速度をＵ、速度センサ８の時定数をτS、
振動アクチュエータ９の時定数をτV、演算処理装置１
１の演算終了時間をτCとする。ファン形状によって騒
音源となる微小擾乱が発達する位置は変化し、乱れの発
達位置を数値計算もしくは実験によって定めておく必要
がある。この位置を速度センサ８の位置と定めた場合、
振動アクチュータ９までの距離は、 Ｌ＞Ｕ×（τS＋τV＋τC） でなければならない。例えば本実施例では、τS＝１０
μｓ、τV＝１００μｓ、τC＝２００μｓ、ファン１の
回転数ＮD＝１０００ｒｐｍ、羽根枚数Ｚ＝３枚、ファ
ン径Ｄ＝３００ｍｍ、ファン翼弦長ｌ＝３３０ｍｍとす
れば、Ｕ＝１５．７ｍ／ｓとなる。 Ｌ≧５（ｍｍ） となる。当然のことながら、この値は、ファン７の回転
速度やファン径、演算処理装置１１の計算速度、速度セ
ンサ８と振動アクチュエータ９の応答速度によってお
り、条件によってはこの限りではない。逆に、ファン翼
面上の乱れは速度センサ８と振動アクチュエータ９が離
れるに従ってその相互相関が低下し、制御を行うことが
困難となる。センサ部の速度変動と、ファンから発生す
る騒音との相互相関を、そのセンサ部と翼後縁部との距
離Ｓに対して表したグラフを図３に示す。この図から、
センサ部の翼後縁からの距離Ｓは、 Ｓ≦５０ｍｍ（＝ＳD） 程である必要がある。本実施例では、以上のことを考え
て、Ｓ＝２０ｍｍとし、翼後縁からのアクチュータまで
の距離Ｖ＝５ｍｍとしたため、Ｌ＝１５ｍｍとしてい
る。ただし、この値は、そのファンの形状や大きさによ
って変化するため、条件によってはこの限りではない。
相互相関はその境界層厚さδに比例すると考えられる。
すなわち Ｓ0／δ＝一定 δは δ〜ｌ（ｌＵ／ν）-1/2 である。ここで、νは動粘性係数であり、またｌとＤ／
Ｚは比例関係、ＵとＮＤは比例関係である。ここで、Ｎ
は回転数（ｒｐｍ）である。以上からＳ0と（ＺＮ）
-1/2は比例関係となる。つまり、このファンの形状から
の相似則から、ファンの回転数の平方根に反比例して Ｓ≦５０ｍｍ×（１０００×３）1/2／（ＮＺ）1/2 とおおよそ考えることができ、この範囲内に速度センサ
ーを取り付けることによってファン径や回転数が異なる
ファンに対して効果的な消音が可能となる。図４は従来
のファンによる騒音とこの実施例１のファン装置による
騒音の周波数分析結果を示す対比図である。本実施例に
よれば、２ｋＨZ以下の周期性騒音ならびに広帯域騒音
に対し効果があることが分かる。
【００１６】実施例２． 上記実施例１では、翼面上に発生した乱れを抑制するた
めに振動アクチュエータ９を用いたが、圧力の変化によ
って乱れを抑制する温度による空気粘性の変化を利用し
た例えばニクローム線を使用した発熱装置または冷却装
置、境界層中へ空気の吹き出し、吸い込みの作用を持つ
装置を振動アクチュエータ９の代わりに用いても同様な
効果を得ることができる。
めに振動アクチュエータ９を用いたが、圧力の変化によ
って乱れを抑制する温度による空気粘性の変化を利用し
た例えばニクローム線を使用した発熱装置または冷却装
置、境界層中へ空気の吹き出し、吸い込みの作用を持つ
装置を振動アクチュエータ９の代わりに用いても同様な
効果を得ることができる。
【００１７】実施例３． この発明における実施例３を図５，図６を基に説明す
る。図中、７はファン、８は風速計の速度センサ、１３
はピエゾ素子によって構成される発音装置、１０は風速
計アンプ部、１１は演算処理装置、１４は発音装置のア
ンプ部である。発音装置１４は速度センサ８の下流に取
り付ける。速度センサ８、発音装置アンプ部１４、演算
処理装置１１、ピエゾ素子による発音装置１３はファン
の翼１枚ごとに設けられている。ファンの翼の負圧面上
に取り付けた速度センサ８によって、翼面上の微小な乱
れを検出する。速度センサ８で得られた乱れを表す信号
は、信号演算処理装置１１へ入力される。演算処理装置
１１内では、信号の各々の周波数に対し位相、出力ゲイ
ンを調節し、発音装置アンプ部１４に出力する。この
際、演算処理装置１１内の位相や出力ゲインの調節は速
度センサ８による伝達関数および発音装置アンプ部１４
ならびに発音装置１３の伝達関数、速度センサ８から速
度センサによって検出された乱れが原因となって発生し
た騒音が発音装置１３へ伝播する伝達関数を補償し、発
音装置１３から放射される音が、発音装置位置での騒音
に対し逆位相となるように設定されている。発音装置１
３から、発生騒音に対し逆位相の音を付加した場合、そ
の重ねあわせの音響レベルは０近くまで低減される。こ
の結果、羽根翼から放射される騒音は低減される。な
お、発音装置１３にピエゾ素子を用いたが、ボイスコイ
ルなどの発音装置を用いても同様な効果を得ることがで
きる。
る。図中、７はファン、８は風速計の速度センサ、１３
はピエゾ素子によって構成される発音装置、１０は風速
計アンプ部、１１は演算処理装置、１４は発音装置のア
ンプ部である。発音装置１４は速度センサ８の下流に取
り付ける。速度センサ８、発音装置アンプ部１４、演算
処理装置１１、ピエゾ素子による発音装置１３はファン
の翼１枚ごとに設けられている。ファンの翼の負圧面上
に取り付けた速度センサ８によって、翼面上の微小な乱
れを検出する。速度センサ８で得られた乱れを表す信号
は、信号演算処理装置１１へ入力される。演算処理装置
１１内では、信号の各々の周波数に対し位相、出力ゲイ
ンを調節し、発音装置アンプ部１４に出力する。この
際、演算処理装置１１内の位相や出力ゲインの調節は速
度センサ８による伝達関数および発音装置アンプ部１４
ならびに発音装置１３の伝達関数、速度センサ８から速
度センサによって検出された乱れが原因となって発生し
た騒音が発音装置１３へ伝播する伝達関数を補償し、発
音装置１３から放射される音が、発音装置位置での騒音
に対し逆位相となるように設定されている。発音装置１
３から、発生騒音に対し逆位相の音を付加した場合、そ
の重ねあわせの音響レベルは０近くまで低減される。こ
の結果、羽根翼から放射される騒音は低減される。な
お、発音装置１３にピエゾ素子を用いたが、ボイスコイ
ルなどの発音装置を用いても同様な効果を得ることがで
きる。
【００１８】実施例４． また、実施例４として、図７に示すように発音装置１５
をファン胴部７ｂに取り付けることで同様な効果を得る
ことが可能である。さらに、図８に示すように発音装置
例えばスピーカ１６をファンなどの回りを囲むケーシン
グ１７内部に取り付けても同様な効果を得ることが可能
である。この場合、ケーシング内に取り付けたスピーカ
１６の個数をファンの翼枚数よりも多くし、ある制御用
発音装置に対して、最も近いファンの翼上にあるセンサ
からの出力を用いることでより一層の効果を得ることが
できる。なお、ファン７及びケーシング１７がこの発明
におけるファン装置本体である。
をファン胴部７ｂに取り付けることで同様な効果を得る
ことが可能である。さらに、図８に示すように発音装置
例えばスピーカ１６をファンなどの回りを囲むケーシン
グ１７内部に取り付けても同様な効果を得ることが可能
である。この場合、ケーシング内に取り付けたスピーカ
１６の個数をファンの翼枚数よりも多くし、ある制御用
発音装置に対して、最も近いファンの翼上にあるセンサ
からの出力を用いることでより一層の効果を得ることが
できる。なお、ファン７及びケーシング１７がこの発明
におけるファン装置本体である。
【００１９】実施例５． 上記実施例１〜４では風変動をとらえるセンサを速度セ
ンサ８としたが実施例５として風速変動による圧力変動
を捉える意味で圧力センサを用いても同様の効果を得る
ことができる。
ンサ８としたが実施例５として風速変動による圧力変動
を捉える意味で圧力センサを用いても同様の効果を得る
ことができる。
【００２０】実施例６． 演算処理装置内の伝達関数は、騒音を消去することに対
し効果的となるよう、ファンの回転数やファン前後の静
圧の変化にあわせて変化しなければならない。また、演
算処理装置内部に構成する伝達関数を、速度センサの伝
達関数や振動アクチュエータの伝達関数、センサ位置か
ら振動アクチュエータまでの乱れの移動・増幅における
伝達関数などから求めることは一般的に困難である。そ
こで、この発明の実施例６として図９に示すように、マ
イクロホンなどで構成されるエラーセンサ１８をファン
７に取り付け、このエラーセンサ１８のレベルを最小に
するように演算処理装置を適応型フィルタとすること
で、容易に演算処理装置内部の伝達関数を決定できる。
また、図１０の様にエラーセンサ１８はファン７以外の
場所に取り付けたとしても同様な効果を得ることができ
る。この時のエラーセンサと処理装置の構成を図１１に
示す。図１１は、エラーセンサ１８としてマイクロホン
を使用し、このエラーセンサの出力をマイクロホンアン
プ１９を介し演算処理装置部へ入力する。演算処理装置
は適応制御型となっており、エラーセンサの出力を最小
とするように内部のフィルタを設定するようになってい
る。また、以上実施例では１つの翼に例えば速度セン
サ、および振動アクチュエータを各々１つずつ用いてい
るが、複数個の速度センサ、振動アクチュエータを用い
て、より一層の効果を得ることが可能である。
し効果的となるよう、ファンの回転数やファン前後の静
圧の変化にあわせて変化しなければならない。また、演
算処理装置内部に構成する伝達関数を、速度センサの伝
達関数や振動アクチュエータの伝達関数、センサ位置か
ら振動アクチュエータまでの乱れの移動・増幅における
伝達関数などから求めることは一般的に困難である。そ
こで、この発明の実施例６として図９に示すように、マ
イクロホンなどで構成されるエラーセンサ１８をファン
７に取り付け、このエラーセンサ１８のレベルを最小に
するように演算処理装置を適応型フィルタとすること
で、容易に演算処理装置内部の伝達関数を決定できる。
また、図１０の様にエラーセンサ１８はファン７以外の
場所に取り付けたとしても同様な効果を得ることができ
る。この時のエラーセンサと処理装置の構成を図１１に
示す。図１１は、エラーセンサ１８としてマイクロホン
を使用し、このエラーセンサの出力をマイクロホンアン
プ１９を介し演算処理装置部へ入力する。演算処理装置
は適応制御型となっており、エラーセンサの出力を最小
とするように内部のフィルタを設定するようになってい
る。また、以上実施例では１つの翼に例えば速度セン
サ、および振動アクチュエータを各々１つずつ用いてい
るが、複数個の速度センサ、振動アクチュエータを用い
て、より一層の効果を得ることが可能である。
【００２１】実施例７． 次に実施例１の応用形として実施例７を図１２Ａ，１２
Ｂ，１２Ｃに示す。図中、７はファン、８は風速計の速
度センサ、１９はピエゾ素子１９ａ及び両電極１９ｂ，
１９ｃによって構成される振動アクチュエータである。
ここでは、振動アクチュエータ１９を翼後縁に配置し、
速度センサ８を翼の負圧面側上流に取り付け負圧翼面の
速度変動を検出する。検出された速度変動の信号を演算
処理装置に入力し、翼後縁部での渦度放出の状態およ
び、翼全体の渦度が常に一定となるような翼後縁部の振
動アクチュエータの加振量、加振位相を計算し、振動装
置に出力する。この結果、翼回りの揚力変動は低減さ
れ、騒音の発生は抑制される。なお、図１２Ｃは振動ア
クチュエータ１９に電流が入力されその動作状態を示し
ている。また、この実施例７に実施例６で説明したエラ
ーセンサ１８を設けて図１３のように構成してもよい。
Ｂ，１２Ｃに示す。図中、７はファン、８は風速計の速
度センサ、１９はピエゾ素子１９ａ及び両電極１９ｂ，
１９ｃによって構成される振動アクチュエータである。
ここでは、振動アクチュエータ１９を翼後縁に配置し、
速度センサ８を翼の負圧面側上流に取り付け負圧翼面の
速度変動を検出する。検出された速度変動の信号を演算
処理装置に入力し、翼後縁部での渦度放出の状態およ
び、翼全体の渦度が常に一定となるような翼後縁部の振
動アクチュエータの加振量、加振位相を計算し、振動装
置に出力する。この結果、翼回りの揚力変動は低減さ
れ、騒音の発生は抑制される。なお、図１２Ｃは振動ア
クチュエータ１９に電流が入力されその動作状態を示し
ている。また、この実施例７に実施例６で説明したエラ
ーセンサ１８を設けて図１３のように構成してもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、胴部
と翼部とを有しフレームに回転自在に支持され回転駆動
されて送風するファンが設けられたファン装置本体と、
翼部の所定位置に設けられ翼部に沿った空気流の変動を
とらえ第１の信号を出力する検出センサと、第１の信号
を演算処理し第２の信号を出力する演算処理装置と、翼
部で空気流の検出センサより下流側の所定位置に設けら
れ第２の信号に基づいて翼部に沿った空気流を制御し空
気流の変動を打ち消す、あるいは空気流に振動を与える
ことにより空気流の変動を打ち消す、もしくは空気流を
昇温又は降温することにより空気流の変動を打ち消す空
気流制御手段を設けたので、ファンの翼部後縁部付近で
の風速変動が低減され翼部の揚力変動が低減し翼部から
発生する騒音が低減されて空間全体の消音を可能とする
ファン装置が得られる効果がある。
と翼部とを有しフレームに回転自在に支持され回転駆動
されて送風するファンが設けられたファン装置本体と、
翼部の所定位置に設けられ翼部に沿った空気流の変動を
とらえ第１の信号を出力する検出センサと、第１の信号
を演算処理し第２の信号を出力する演算処理装置と、翼
部で空気流の検出センサより下流側の所定位置に設けら
れ第２の信号に基づいて翼部に沿った空気流を制御し空
気流の変動を打ち消す、あるいは空気流に振動を与える
ことにより空気流の変動を打ち消す、もしくは空気流を
昇温又は降温することにより空気流の変動を打ち消す空
気流制御手段を設けたので、ファンの翼部後縁部付近で
の風速変動が低減され翼部の揚力変動が低減し翼部から
発生する騒音が低減されて空間全体の消音を可能とする
ファン装置が得られる効果がある。
【図１】 この発明の実施例１におけるファン装置の外
観を示す斜視図である。
観を示す斜視図である。
【図２】 実施例１の装置の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図３】 空気流の乱れの位置に対する相互相関係数を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図４】 この発明によって騒音が低減された効果を示
す対比図である。
す対比図である。
【図５】 この発明の実施例３におけるファン装置の外
観を示す斜視図である。
観を示す斜視図である。
【図６】 実施例３の装置の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図７】 この発明の実施例４におけるファン装置の外
観を示す斜視図である。
観を示す斜視図である。
【図８】 実施例４の応用形を示す横断面図である。
【図９】 この発明の実施例６におけるファン装置の外
観を示す斜視図である。
観を示す斜視図である。
【図１０】 実施例６の応用形を示す横断面図である。
【図１１】 実施例６の構成を示すブロック図である。
【図１２】 この発明の実施例７におけるファン装置を
示し、Ａにその外観の斜視図を、ＢにＡにおける線Ｂ−
Ｂに沿った断面図を、ＣにＡにおける線Ｂ−Ｂの動作状
態図を示すものである。
示し、Ａにその外観の斜視図を、ＢにＡにおける線Ｂ−
Ｂに沿った断面図を、ＣにＡにおける線Ｂ−Ｂの動作状
態図を示すものである。
【図１３】 実施例７にエラーセンサを追設したファン
装置の外観を示す斜視図である。
装置の外観を示す斜視図である。
【図１４】 騒音の発生過程を説明するための説明図で
ある。
ある。
【図１５】 振動アクチュエータによって騒音を低減す
る原理を模式的に示す説明図である。
る原理を模式的に示す説明図である。
【図１６】 従来のファン装置の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図１７】 従来のファン装置の構成を示すブロック図
である。
である。
【図１８】 従来のファン装置で他の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
７ ファン、７ａ 翼部、７ｂ 胴部、８ 速度センサ
（検出センサ）、 ９ 振動装置（空気流制御手段）、１０ 風速計アン
プ、１１ 演算処理装置、 １２ 振動装置アンプ、１３ 発音装置、１４ 発音装
置アンプ、 １７ エアーセンサ、１９ マイクロホンアンプ。
（検出センサ）、 ９ 振動装置（空気流制御手段）、１０ 風速計アン
プ、１１ 演算処理装置、 １２ 振動装置アンプ、１３ 発音装置、１４ 発音装
置アンプ、 １７ エアーセンサ、１９ マイクロホンアンプ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−13016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−95452（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−93282（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−369342（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−147235（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−294731（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04D 27/00 - 27/02 F04B 49/00 - 51/00
Claims (3)
- 【請求項１】胴部と翼部とを有しフレームに回転自在に
支持され回転駆動されて送風するファンが設けられたフ
ァン装置本体と、上記翼部の所定位置に設けられ上記翼
部に沿った空気流の変動をとらえ第１の信号を出力する
検出センサと、上記第１の信号を演算処理し第２の信号
を出力する演算処理装置と、上記翼部で上記空気流の上
記検出センサより下流側の所定位置に設けられ上記第２
の信号に基づいて上記空気流を制御し上記空気流の変動
を打ち消す空気流制御手段を備えたことを特徴とするフ
ァン装置。 - 【請求項２】空気流制御手段は、空気流に振動を与える
ことにより空気流の変動を打ち消すものであることを特
徴とする請求項１に記載のファン装置。 - 【請求項３】空気流制御手段は、空気流を昇温又は降温
することにより空気流の変動を打ち消すものであること
を特徴とする請求項１に記載のファン装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4118732A JP3028010B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | ファン装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4118732A JP3028010B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | ファン装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05312196A JPH05312196A (ja) | 1993-11-22 |
| JP3028010B2 true JP3028010B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=14743705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4118732A Expired - Lifetime JP3028010B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | ファン装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3028010B2 (ja) |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP4118732A patent/JP3028010B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05312196A (ja) | 1993-11-22 |
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