JP6503552B2

JP6503552B2 - 能動消音装置及びこれを備えた送風装置

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Publication number: JP6503552B2
Application number: JP2014192104A
Authority: JP
Inventors: 長田　篤; 篤長田; 真理子倉井; 白濱　誠司; 誠司白濱
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2034-09-22
Also published as: JP2016061534A; WO2016047069A1

Description

本発明は、内部風路に配置して運転時に発生する騒音を消音する能動消音装置と、これを備えた送風装置に関するものである。

近年、空調機や換気扇などの送風機において、その運転時に発生する騒音を低減することが求められている。このような課題を解決する手段の一つとして、内部風路にダクト構成の能動消音装置を搭載するという方法が挙げられる。

従来、この種の能動消音装置として、風路内の気流の影響を緩和するために低速気流範囲に空間を設けてマイクロホンを設置したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その能動消音装置について図４、図５を参照しながら説明する。

従来、ダクト構成の能動型消音装置としては、薄板鋼板製の角型ダクト１０１の内部に上流側から適宜間隔をそれぞれ設けて順次付設された内部原音のリファレンスマイク１１１，消音用スピーカ１１２，エラーマイク１１３と、それらとそれぞれ接続された演算制御器１０２とから構成されるものが知られている。

この種の装置においては、角型ダクト１０１内を気流１０３とともに伝搬する発生音は、リファレンスマイク１１１で周波数等が検出され、演算制御器１０２で上記原音と逆位相の信号が作成され、それが消音用スピーカ１１２から角型ダクト１０１内に放出され上記原音をキャンセル消音し、エラーマイク１１３が内部音をモニターし、演算制御器１０２でエラーマイク１１３の出力が零になるように消音用スピーカ１１２を自動的に調整している。そして図５に示すように、角型ダクト１０１の隅部低速気流範囲内にマイクロホン用区画１０４を設けてリファレンスマイク１１１，エラーマイク１１３をそれぞれ配設している。

これにより、リファレンスマイク１１１，エラーマイク１１３は、上記ダクト内で気流が発生させる騒音を検知することがなく、消音対象となる騒音原音のみを精度よく検知することができ、消音器のフィードバック機能が向上する。

実開平５−１１１９８号公報

しかしながら上記特許文献１に記載の装置を送風装置駆体に内包するために適当な長さで切断した場合、ダクト下流端部より先は風路が拡大し、即ち急拡大風路となる。この場合、ダクト下流端部から渦が発生する。ダクト下流端部と下流側マイクであるリファレンスマイクもしくはエラーマイクとが近接する場合、これらマイクが渦により発生する騒音を拾うことになる。つまり、この渦が騒音原音を検知するにあたってのノイズとなり、十分な消音効果が得られないという課題があった。

また、送風装置に能動消音装置を搭載する場合には寸法制限のためにダクトを短くする必要がある。しかし、ダクトが短い場合にはダクト内で強い定在波が発生し、この定在波をマイクが検出するために特定周波数で能動消音装置の効果の劣化が起こるという課題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、気流や定在波による消音効果の低下を抑制する能動消音装置およびこれを備えた送風装置を提供することを目的とする。

そして、本発明は気流の流れ方向における上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクをこの順で備えた角筒形の能動消音風路と、気流の流れ方向に直交する回転軸を備え、回転軸に垂直に設けられた吸込口より吸気を行う遠心ファンを備え、能動消音風路より開口面積の広い拡大風路を介して前記遠心ファンと前記能動消音風路とを接続した送風装置であって、下流マイクを、能動消音風路における前記回転軸に平行な設置面に設置し、設置面に拡大風路に突出させた延長面を備えた送風装置、及びこの送風装置に用いられる能動消音装置であり、これによって所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、気流や定在波による消音効果の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る送風装置の構成概要図同能動消音装置の部分拡大図本発明の実施の形態２に係る送風装置の側断面図従来の能動消音装置の構成概要図従来の能動消音装置の断面図

本発明の実施の形態に係る送風装置は、気流の流れ方向における上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクをこの順で備えた角筒形の能動消音風路と、前記気流の流れ方向に直交する回転軸を備え、該回転軸に垂直に設けられた吸込口より吸気を行う遠心ファンを備え、前記能動消音風路より開口面積の広い拡大風路を介して前記遠心ファンと前記能動消音風路とを接続した送風装置であって、前記下流マイクを、前記能動消音風路における前記回転軸に平行な設置面に設置し、前記設置面に、前記拡大風路に突出させた延長面を備えたものである。

これにより、ノイズの要因となり下流端部で発生する渦をマイクから遠ざけるので、マイク間の相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。さらに延長面を回転軸に平行な面に設けるので、吸込口への流れを阻害することによる送風性能の低下を起こさない。また、流れ方向寸法が一律でない遠心ファンを避けるよう空きスペースに延長面を設置することになるので、送風装置の寸法拡大が発生しない。さらに、下流端部の急拡大風路部があることで能動消音風路内に定在波が発生して上流マイクや下流マイクの検知信号を乱す現象が発生する。これに対して、延長面が能動消音風路方向の長さを不均一にするので、定在波の影響を緩和してマイク間の相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。

また本発明の実施の形態に係る送風装置は、前記能動消音風路における前記設置面以外の他の面の下流端部と前記下流マイクとの最大距離よりも、前記延長面の下流端部と前記下流マイクとの最小距離を大きくしたものである。

これにより、下流マイク検知精度に最も影響を与える下流マイク設置面の下流端部を、下流マイクから最も遠ざけている。このため、下流端部で発生する渦によるノイズの影響をより小さくでき、マイク間の相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。

また本発明の実施の形態に係る送風装置は、前記回転軸に垂直な平面上に２つの前記能動消音風路を並列に並べて一体風路とし、それぞれの前記能動消音風路の前記下流マイクと前記延長面を、前記一体風路の外側となる面のみに備えたものである。

これにより、能動消音風路の１つあたりの風路幅を小さくできるので、より高周波までの消音効果を得ることが出来る。

また本発明の実施の形態に係る能動消音装置は、気流の流れ方向における上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクをこの順で備えた角筒形の能動消音風路と、前記下流マイクを設置した設置面に、下流マイクを設置していない他の面の下流端部より下流側に突出させた延長面を備えたものである。

これにより、ノイズの要因となる下流端部で発生する渦をマイクから遠ざけるので、マイク間の相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。さらに、下流端部の開口があることで能動消音風路内に定在波が発生して上流マイクと下流マイクの相関性を下げる現象に対して、延長面があることで能動消音風路方向の長さを不均一にするので、定在波の影響を緩和してマイク間の相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。

また本発明の実施の形態に係る能動消音装置は、前記能動消音風路における前記設置面以外の他の面の下流端部と前記下流マイクとの最大距離よりも、前記延長面の下流端部と前記下流マイクとの最小距離を大きくしたものである。

これにより、下流マイク検知精度に最も影響を与える下流マイク設置面の下流端部を、下流マイクから最も遠い延長面下流端部とするので、下流端部で発生する渦によるノイズの影響をより小さくするでき、マイク間の相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１を参照しながら説明する。なお図１は、送風装置の構成概略図である。

本実施の形態１に係る送風装置１は、外形が略立方体の筐体から成り、吸気口７、能動消音装置としての能動消音風路６、拡大風路５、遠心ファン５０、排気口２を備えている。

排気口２は、送風装置１における気流の流れ方向において最下流（図１の上方）に位置し、遠心ファン５０の下流側開口部と連通している。

遠心ファン５０は、円形の多翼ファン３と、多翼ファン３を回転させるモータ（図示せず）と、多翼ファン３を包み込むスクロールケーシング４と、多翼ファン３の回転の中心となる回転軸８とを備える。モータ（図示せず）は回転軸８と同軸上であって、遠心ファン内部の空間に埋め込まれる形で配置される。また、回転軸８は、気流の流れ方向（図１の下方から上方）に対して直交して配置されている。

遠心ファン５０は、吸込口５１において上流側の空気を吸気し、排気口２から空気を排出することで、吸気口７から吸い込んだ空気を送風装置１の外部に排出する。

吸込口５１は、スクロールケーシング４の略円形側面に設けられ、かつ、回転軸８に垂直に設けられている。

吸気口７は、送風装置１の空気の流れ方向において最上流（図１の下方）に位置し、送風装置１の外部から空気を吸い込む開口部として設けられている。

能動消音風路６は、吸気口７の下流側において、能動消音風路６の上流側開口部と吸気口７とを連通して設けられている。能動消音風路６は、中空状の角筒形状であり、気流の流れ方向に対して垂直な断面の形状が矩形をしている。また能動消音風路６は、回転軸８に平行な設置面９を備えている。

設置面９は、気流の流れ方向における上流側より順に、エラーマイク１２（上流マイクに該当）、消音スピーカ１１（スピーカに該当）、センサマイク１０（下流マイクに該当）を備えている。また設置面９には、下流方向（後述する拡大風路側）に突出した延長面１３を備えている。

延長面１３は、回転軸８に平行に設けることで、スクロールケーシング４の上流側の膨らみとの接触を回避している。

能動消音風路６の下流には、能動消音風路６の下流側開口部と遠心ファン５０とを接続する拡大風路５が設けられている。

拡大風路５は、上流側開口部が能動消音風路６の前記矩形の断面よりも大きい。即ち、能動消音風路６の下流側開口部から拡大風路５に至る際に風路が急激に拡大している。

続いて、図２を参照しながら延長面１３の詳細について説明する。図２は能動消音装置の部分拡大図であり、能動消音風路６において、センサマイク１０が取り付けられていない三つの面の下流側端部（能動消音風路下流端部１４）と延長面１３の下流側端部である延長面端部１５の位置関係を示している。

本実施の形態に係る送風装置１では、センサマイク１０と延長面端部１５との最小距離となる延長距離１６が、センサマイク１０と能動消音風路下流端部１４との最小距離となる基準距離１７よりも大きく（長く）なるようにしている。

以上が、本実施の形態に係る送風装置１の構成である。

続いて、送風装置１の稼動時における各部の動作や作用を説明する。送風装置１において遠心ファン５０が稼動すると、吸気口７から排気口２に至る気流が発生する。これと同時に、遠心ファン５０の騒音が拡大風路５、能動消音風路６を通り吸気口７から放射される。

能動消音風路６は、音圧を断面方向に均一となる平面波にする作用を有するため、風路内では一次元的に音圧が伝播する。そこで能動消音風路６において、センサマイク１０が騒音を検出し、検出した騒音を騒音信号として演算制御器（図示せず）に伝達する。

演算制御部は、まずセンサマイク１０で検知した音から消音点となるエラーマイク１２での音を予測する。予測は、あらかじめ求められたセンサマイク１０とエラーマイク１２の相関性に基づいて行われる。次に予測した音を打ち消すための逆位位相の信号を生成し、これを打消音として消音スピーカ１１から発生させて消音する。さらにエラーマイク１２に伝達する音と予測音にズレが発生して消音効果が低下することを防ぐために、エラーマイク１２が検知したズレを演算制御部に送信することで、演算制御部が相関性を修正する。これにより消音性能を向上させている。

この仕組みでは、センサマイク１０が検出する音とエラーマイク１２が検出する音の相関性が高いほど、消音効果を高くすることができる。この相関性を高めるためには、センサマイク１０で検出した音と同じ音がエラーマイク１２に伝わることが必要である。しかし、例えば、一方のマイクにしか聞こえないような音が発生すると、相関性は低下することとなる。この相関性を低下させる原因のひとつが、端部における「渦」の発生であるが、この点については後述する。

ところで、図２の延長面１３の拡大図は、遠心ファン５０（図示せず）が拡大風路５の方向（図２上方）にて空気を吸引している場合のものである。つまり気流はエラーマイク１２からセンサマイク１０に向かう方向に流れ、能動消音風路下流端部１４と延長面端部１５で拡大風路５へ放出される。

一般的に気流が拡大風路に放出される際には、風路の端部で渦１８が生成される。渦は圧力変化を伴うために音を発生する。この音は小さく、即ち接近したマイクでしか検出できない騒音信号となる。さらに、この音は流れの下流に移動していくものである。つまり、センサマイク１０では検出されるが、エラーマイク１２では検出されない。この渦の存在が、センサマイク１０とエラーマイク１２の相関性を低下させるので、消音効果も低下することとなる。

ここで送風装置１では、センサマイク１０が設置される設置面９に延長面１３を延設するので、近接する渦を遠ざけて影響を小さくし、即ちノイズの悪影響を排除して消音効果を大きくすることが出来る。

さらに送風装置１では、延長距離１６を、基準距離１７よりも長くなるようにすることで、近接する渦を遠ざける効果を確実に得ることができ、相関性を高めて消音効果を大きくすることが出来る。

また、延長面１３を回転軸８に平行な面に設けており、即ち軸方向から空気を吸引する遠心ファン５０の吸込み気流を妨げない位置に配置しているので、送風性能を低下させることがない。また、延長面１３を回転軸８に平行な面に設けることで、湾曲して形成されるスクロールケーシング４の空スペースに延長面１３を突出させることができるようになるので、送風装置の寸法拡大を最小にすることができる。

また、能動消音風路６と拡大風路５との境界は急拡大開口部となっている。このような急拡大形状においては、能動消音風路６内に定在波が発生し、音が増幅されたり減衰されたりして、センサマイク１０の位置とエラーマイク１２位置における相関性を下げる現象が発生する。例えば、センサマイク１０の位置に強い定在波の腹が位置し、エラーマイク１２の位置に強い定在波の節が該当した場合には相関性が大きく低下するのである。

しかし、延長面１３が吸気口７から能動消音風路６の下流側端部までの長さを不均一にし、即ち強い定在波の発生を抑止して定在波の影響を緩和できる。これによりセンサマイク１０の位置とエラーマイク１２の位置との相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。

（実施の形態２）
実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、図３を参照しながら説明する。

図３の送風装置の側断面図に示すように、本実施の形態２の送風装置２０は、能動消音風路２１、２２を並列に隣接させて一体に備えている。また、能動消音風路２１、２２は断面形状が矩形であり、遠心ファン５０の回転軸８に平行かつ、一体とした能動消音風路２１、２２の外側となる２つの面のみを設置面９としている。

つまり、本実施の形態では、能動消音風路（能動消音風路２１＋能動消音風路２２）が２つの風路に分割されている。ところでダクト内で能動消音を適用できる音の下限周波数は、音速÷（２×風路幅）の数式で決定される。この数式によると、分割して１つの風路あたりの風路幅を小さくすることで、消音周波数範囲を拡大できる。

また、延長面１３を、能動消音風路２１、２２に備えているので、下流端部の渦を遠ざけ、かつ定在波の影響を緩和できるので、センサマイク１０の位置とエラーマイク１２の位置における相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来きる。また、延長面１３を回転軸に平行な面に設けるので、吸込口への流れを阻害することによる送風性能の低下がない。また、延長面１３を能動消音風路２１、２２の外側面５２にのみ設け、内側面５３には設けないので、流れ方向寸法が一律でない遠心ファン５０を避けるように、空きスペースに延長面を設置でき、送風装置の寸法拡大を最小にすることができる。

（その他の変形例）
なお、実施の形態１、２で能動消音風路とした能動消音装置は単独で使用してもよい。

この場合、能動消音装置は、気流の流れ方向における上流側より上流マイク（エラーマイク１２）、スピーカ（消音スピーカ１１）、下流マイク（センサマイク１０）をこの順で備えた角筒形の能動消音風路と、前記下流マイクを設置した設置面に、下流マイクを設置していない他の面の下流端部より下流側に突出させた延長面を備えたものである。

また、前記能動消音風路における前記設置面以外の他の面の下流端部と前記下流マイクとの最大距離よりも、前記延長面の下流端部と前記下流マイクとの最小距離を大きくしたものである。

また、下流マイク検知精度に最も影響を与える下流マイク設置面の下流端部を、延長面下流端部として、下流マイクから最も遠い下流端部とするので、下流端部で発生する渦によるノイズの影響をより小さくするでき、マイク間の相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。

本発明にかかる送風装置は、空調機や換気扇等に内蔵して気流場に設置しても、消音効果の低下を抑制でき、また、能動消音装置として、風路の途中に設置しても、消音効果の低下を抑制できる能動消音装置として有用である。

１送風装置
２排気口
３多翼ファン
４スクロールケーシング
５拡大風路
６能動消音風路
７吸気口
８回転軸
９設置面
１０センサマイク
１１消音スピーカ
１２エラーマイク
１３延長面
１４能動消音風路下流端部
１５延長面端部
１６延長距離
１７基準距離
１８渦
２０送風装置
２１、２２能動消音風路
５０遠心ファン
５１吸込口
５２外側面
５３内側面

Claims

気流の流れ方向における上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクをこの順で備えた角筒形の能動消音風路と、
前記気流の流れ方向に直交する回転軸を備え、該回転軸に垂直に設けられた吸込口より吸気を行う遠心ファンを備え、
前記能動消音風路より開口面積の広い拡大風路を介して前記遠心ファンと前記能動消音風路とを接続した送風装置であって、
前記下流マイクを、前記能動消音風路における前記回転軸に平行な設置面に設置し、
前記設置面に、前記拡大風路に突出させた延長面を備えた送風装置。
前記能動消音風路における前記設置面以外の他の面の下流端部と、前記下流マイクとの最大距離よりも、前記延長面の下流端部と前記下流マイクとの最小距離を大きくした請求項１記載の送風装置。
前記回転軸に垂直な平面上に２つの前記能動消音風路を並列に並べて一体風路とし、それぞれの前記能動消音風路の前記下流マイクと前記延長面を、前記一体風路の外側となる面のみに備えた請求項１または２に記載の送風装置。
気流の流れ方向における上流側より上流マイク、スピーカ、下流マイクをこの順で備えた角筒形の能動消音風路と、
前記下流マイクを設置した設置面に、下流マイクを設置していない他の面の下流端部より下流側に突出させた延長面を備えた能動消音装置。
前記能動消音風路における前記設置面以外の他の面の下流端部と前記下流マイクとの最大距離よりも、前記延長面の下流端部と前記下流マイクとの最小距離を大きくした請求項４記載の能動消音装置。