JP5673271B2 - 結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータを駆動するための複数の制御ユニットの筐体から発せられる騒音を低減する構造に関する。

制御ユニットの筐体を電動モータのような加振源に接続する構成では、加振入力が筐体表面の膜共振で増幅されて、異音を発生することが知られている。特許文献１には、筐体内部に筐体のカバー部中央とベース部材とを結合する支柱を設けてカバー部中央の動きを拘束し、カバー部材の共振周波数を支柱が無い場合の固有振動数より上昇させることで、カバー部材を防振して異音を低減する技術が開示されている。

特開２０１０−３６６４９号公報

しかしながら、インバータやコンバータ等の複数の制御ユニットの筐体が隙間を介して結合される構成では、隣り合う筐体の対向面から騒音が発生する。これは、次のようなメカニズムによる。筐体の振動面においては、振動面の振動速度と、振動面に接触している空気の粒子速度とが同一である。しかし、振動面から離れるにつれ、空気慣性や振動面周辺の障害物により空気の動きが妨げられて粒子速度は変化する。その結果、空気密度の疎密が発生し、それが圧力変動となり騒音が発生する。そして、隙間を介して複数の筐体を結合する構成では、対向する面が互いに空気の動きを妨げる障害物となって圧力変動を生じさせやすいので、騒音が発生しやすい。

そこで本発明では、加振源に接続される制御ユニット等の複数の筐体から発生する騒音を低減し得る筐体の結合構造を提供することを目的とする。

本発明の結合構造は、加振源と、加振源に直接または間接的に接続され、自らも加振源となり得る複数の筐体を結合する結合構造である。そして、複数の筐体間の相対向する面を結合する結合部であって、相対向する面のそれぞれに形成した鉤型部を係合させた結合部を有する。

本発明によれば、複数の筐体の相対向する面が同相で振動することになる。そのため、相対向する面に挟まれる空気層の粒子速度は振動面の振動速度に一致した値となり、面方向での粒子速度変化が起こらなくなる。したがって、相対向する面の間には空気の疎密が生じず、圧力変動が発生しない。すなわち、相対向する面は振動しているが、その間で音圧は発生しない状況を作り出すことができるので、騒音を低減することができる。また、結合部が相対向する面のそれぞれに形成した鉤型部を係合させたものなので、ネジ締結等を伴わない簡便な方法で結合することができ、組立性を向上させることができる。

第１実施形態に係る電動パワープラントの正面図である。 第１実施形態に係る電動パワープラントの側面図である。 第１実施形態のインバータ上面とＤＣ／ＤＣコンバータ下面の振動モードを模式的に示した図である。 結合部の具体的構造の一例を示す図である。 結合部４の具体的構造の他の例を示す図である。 鉤型部の一例を示す図である。 第２実施形態に係る結合部の具体的構造の一例を示す図である。 第２実施形態のインバータ上面とＤＣ／ＤＣコンバータ下面の振動モードを模式的に示した図である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１−Ａ、図１−Ｂは、それぞれ本発明の第１実施形態に係る電動パワープラントの正面図、側面図である。

本電動パワープラントは、インバータ２がステー５を介して電動モータ１に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３がステー６を介してインバータ２に、それぞれ図示しないボルトにより剛結されている。なお、以下の説明において、「インバータ２」、「ＤＣ／ＤＣコンバータ３」とは、それぞれインバータユニット、ＤＣ／ＤＣコンバータユニットを収めた筐体を指す。

この構成において、電動モータ１は、ロータ及びステータの極数の組み合わせに依存するモータ回転数の整数倍の加振力を発生する加振源である。インバータ２は加振源に接続された筐体であり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に対しては自らが加振源となる。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は加振源に接続された筐体である。いずれの筐体も金属薄板等により形成されている。

インバータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ３の相対向する面、つまりインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの各中央部同士は、結合部４によって結合されている。

なお、結合部４の、結合する面に直交する方向の弾性係数（以下、剛性という）は、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの各中央部の剛性に比べて十分に高いものとなっている。

ところで、上記結合部４による結合が無い場合には、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａは、電動モータ１の加振力を筐体の膜共振により増幅して騒音を発生する放射面となる。そのメカニズムは次の通りである。

筐体の振動面においては、振動面の振動速度と、それに接触している空気の粒子速度とは同一である。しかし、振動面から離れるにつれて、空気の慣性や振動面周辺の障害物等により空気の動きが妨げられて粒子速度が変化するので、空気密度の疎密が生じて圧力変動、つまり音圧が発生する。インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａが、ほぼ同等の面積で、材質や板厚等に起因する剛性も近似している場合は、膜一次共振周波数も近似した値となる。結合部４が無ければ、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａは互いに無相関に振動するが、各面は互いに近接して向かい合っているため、それぞれの面が空気の動きを妨げる障害物となり、各面からの振動が圧力変動に変換され易くなる。この傾向は、各面の振動が逆相の場合に顕著になる。

次に、結合部４を設けることによって、上記のようなインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの振動に起因する騒音を低減できるメカニズムについて説明する。

図２は、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの振動モードを模式的に示した図である。

図１−Ａ、図１−Ｂに示すようにインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａのそれぞれの中央部を結合部４によって結合すると、その膜一次共振は、図２に示すように互いが同相で振動する振動モードとなる。そのため、各面に挟まれる空気層の粒子は、振動面の振動速度とほぼ一致した粒子速度で一様に振動することとなり、面方向での粒子速度変化が起こらなくなるので、空気の疎密は生じず圧力変動が発生しない。その結果、面は振動しているものの音圧は発生しない状況となるので、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの間での騒音を大幅に低減することができる。

換言すれば、結合部４を設けることによって、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａにおける音響インピーダンスを大幅に低減することができる。なお、音響インピーダンスとは、振動面からの発生音圧を振動面の体積速度で除した値のことをいう。

また、結合部４の剛性が、結合されるインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの各中央部の剛性に比べて十分に高いので、結合される面の膜一次共振が同相となる周波数に対して、結合される面の膜一次共振が逆相となる周波数を大幅に上げることができる。その結果、より幅広い周波数帯域で音響インピーダンス低減による騒音低減効果が得られる。なお、結合部４を設ける位置は、結合される面の膜一次共振が同相になるのであれば、結合される面の中央部でなくてもよい。

ここで、結合部４について説明する。

図３は、結合部４の具体的構造の一例を示す図である。インバータ上面２ａに設置したスタッドボルト１１を、カラー１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａを貫通させて、ナット１３で締結する構造になっている。

図４は、結合部４の具体的構造の別の例を示す図である。

インバータ上面２ａに鉤型部１５を、ＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａに鉤型部１４をそれぞれ設け、鉤型部１４と鉤型部１５を係合させて結合する構造になっている。鉤型部１４、１５は、図５に示すような食いきり構造として各面に一体で形成する。このような構造であれば、インバータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ３を、互いをスライドさせるだけで締結することができ、組立性を大幅に向上させることができる。

なお、結合部４の剛性が取付け面の剛性よりも十分に高い構造であれば、図３、図４に示した構造以外の構造であってもよい。

以上のように、第１実施形態によれば次の効果が得られる。

（１）インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａを結合する結合部４を有するので、両面が同相で振動することになる。そのため、両面に挟まれる空気層の粒子速度は振動面の振動速度に略一致した値で振動することとなり、面方向での粒子速度変化が起こらなくなるので、空気の疎密は生じず圧力変動が発生しない。その結果、面は振動しているものの音圧は発生しない状況となり、両面間での騒音を大幅に低減することができる。

（２）結合部４は、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの中央部同士を結合するので、より確実に両面の振動モードを同相にすることができる。

（３）結合部４の剛性は、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの、結合部４により結合される部分の剛性よりも高いので、結合される面の膜一次共振が同相となる周波数に対して、結合される面の膜一次共振が逆相となる周波数を大幅に上げることができる。その結果、より幅広い周波数帯域で音響インピーダンス低減による騒音低減効果が得られる。

（４）結合部４は、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａのそれぞれに形成した鉤型部１４、１５を係合させたものなので、ネジ締結等を伴わない簡便な方法で結合することができ、組立性を向上させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、結合部４の構造のみが第１実施形態と相違するので、相違点について説明する。

図６は、第２実施形態に係る結合部４の具体的構造の一例を示す図である。

結合部４を構成する結合部材２１は、締結時にインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａそれぞれの所定範囲を拘束するフランジ面２１ｂと、２つのフランジ面２１ｂを連結するウェブ２１ａと、ウェブ２１ａとフランジ面２１ｂとがなす角度を保持するための補強リブ２１ｃとを含む。なお、「所定範囲」については後述する。

フランジ面２１ｂは、ウェブ２１ａの端部からウェブ２１ａに対して直交する方向に伸び、かつ、２つのフランジ面２１ｂは互いに反対方向へ伸びる。また、各フランジ面２１ｂには、スタッドボルト２２が例えば２本ずつ溶接されており、これらのスタッドボルト２２が、それぞれインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａを貫通し、ナット２３で締結される。

フランジ面２１ｂがインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａを拘束する「所定範囲」は、締結するインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａごとに、その面積、固有振動数等に応じて設定する。ただし、第１実施形態におけるカラー１２とスタッドボルト１１又はナット１３とで拘束する面積より十分に大きく、結合部材２１も含めたインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの振動モードが結合部材２１の剛体振動モードに支配されるようになる面積とする。

また、スタッドボルト２２のボルト径や本数は拘束する面積に応じて設定するものとする。例えば、拘束する面積が大きくなるほど、ボルト径を大きくするか、または本数を多くすることで、フランジ面２１ｂによるインバータ上面２ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの拘束力を確保する。

図７は、結合部材２１を用いて締結した場合の、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの振動モードを模式的に示した図である。

上記のような結合部材２１を用いてインバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａとを締結すると、その振動モードは結合部材２１の剛体振動モードに支配される。このため、結合部材２１が図７中で上下に並進運動する膜一次共振だけでなく、結合部材２１が図７に示すように回転運動する膜二次共振についても音響インピーダンスを大幅に低減することができるので、より大きな騒音低減効果が得られる。

以上のように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに次のような効果も得られる。

（５）結合部４は、インバータ上面２ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの結合部４も含めた振動モードが結合部４の剛体振動モードに支配されることとなるようにインバータ上面２ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａの所定面積を拘束するフランジ面２１ｂを含む。これにより、インバータ上面２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ下面３ａについて、膜一次共振のみならず、膜二次共振の位相も同相とすることができ、より広い周波数帯域で騒音低減効果が得られる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 電動モータ
２ インバータ
３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ 結合部
５ ステー
６ ステー
１１ スタッドボルト
１２ カラー
１３ ナット
１４ 鉤型構造
１５ 鉤型構造
２１ 結合部材
２１ａ フランジ

Claims (3)

1. 加振源と、
   前記加振源に直接または間接的に接続され、自らも加振源となり得る複数の筐体を結合する結合構造において、
   前記複数の筐体間の相対向する面を結合する結合部であって、前記相対向する面のそれぞれに形成した鉤型部を係合させた前記結合部を有することを特徴とする結合構造。
2. 前記結合部は、前記相対向する面の中央部同士を結合する請求項１に記載の結合構造。
3. 前記結合部の前記相対向する面に直交する方向の弾性係数は、前記相対向する面の、前記結合部により結合される部分の、前記相対向する面に直交する方向の弾性係数よりも高い請求項１または２に記載の結合構造。

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