(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体と、該振動体の近傍に配置されて該振動体の振動または騒音を検出するセンサと、
該センサの近傍に配置された中間部材と、該中間部材の近傍に配置されたアクチュエータと、
前記センサの信号に所定の係数を乗じて前記アクチュエータを駆動する適応フィルタと、を備え、
前記センサは、前記振動体を覆うように前記振動体の周囲に同心円状に券回され、
前記アクチュエータは、前記センサを覆うように前記センサの周囲に同心円状に巻回され、
前記センサの信号と逆の位相となるよう前記アクチュエータを駆動することにより前記振動体により発生する騒音を低減することを特徴とする騒音除去装置。
【請求項２】
前記振動体から離れた位置で前記振動体の振動または騒音を検出する第２センサを備え、
前記適応フィルタは、所定のアルゴリズムにより前記第２センサの信号から前記係数を求め、該係数を前記センサの信号に乗じて前記アクチュエータを駆動し、前記第２センサの信号が小さくなるよう前記係数を調整することを特徴とする請求項１に記載の騒音除去装置。
【請求項３】
前記適応フィルタはＬＭＳフィルタであり、前記アルゴリズムがＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）のアルゴリズムであることを特徴とする請求項１に記載の騒音除去装置。
【請求項４】
前記センサはフィルム状高分子圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の騒音除去装置。
【請求項６】
前記中間部材は前記振動体が発生する振動のうちの一部の周波数帯の振動を吸収する弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載の騒音除去装置。
【請求項７】
前記振動体は、電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載されたモータであることを特徴とする請求項１〜４または請求項６のいずれかに記載の騒音除去装置。
【請求項８】
モータと、該モータの近傍に配置されて該モータの振動または騒音を検出するセンサと、
該センサの近傍に配置された中間部材と、
該中間部材の近傍に配置されたアクチュエータと、を備え、
前記センサは、前記モータを覆うように前記モータの周囲に同心円状に券回され、
前記アクチュエータは前記センサを覆うように前記センサの周囲に同心円状に券回され、
前記アクチュエータは、前記センサの信号に所定の係数を乗じる適応フィルタの出力によって前記センサの信号と逆の位相となるよう駆動されることを特徴とする消音モータ。
【請求項９】
前記係数は、前記センサとは異なる位置に配置された第２センサの信号に基づいて調整されることを特徴とする請求項８に記載の騒音除去装置。
【請求項１０】
前記センサは、フィルム状高分子圧電素子であることを特徴とする請求項８に記載の消音モータ。
【請求項１２】
前記中間部材は、前記モータが発生する振動のうちの一部の周波数帯の振動を吸収する弾性部材であることを特徴とする請求項８に記載の消音モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ハイブリッド車または電気自動車に用いられる車両駆動用モータやその他のモータ等の騒音源が発生する騒音を低減させる騒音除去装置及び車両駆動用モータに用いられる消音モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド車、電気自動車あるいは燃料電池自動車のような、車両の推進のためのモータを持つ自動車が増えている。これらの自動車では、モータから発生する騒音や振動を低減させることが乗員にとっての快適性の向上につながることから、この対策として、モータのハウジングの外部に防振材や吸音材を張り付けたり、ハウジングを車体に取り付ける部分に、制振材を介在させたりしている。【０００３】
また、モータのステータとハウジングとの間に潤滑や冷却用のオイルが通過可能な経路を確保して、ステータから出る振動がハウジングに伝わるのを極力防ぐように制振材（ダンパ）を設けた自動車用のモータも提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
なお、この制振材としては、適度な硬さに調整された樹脂やゴムのような弾性を有する材料で形成するのがよいとされている。制振材が柔らかければステータの振動が大きくなってステータがハウジングに接触して騒音を発生し、硬ければステータの振動を吸収できずにハウジングへそのままが伝わって騒音が発生するからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６６５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータによる騒音のうち比較的高い周波数の騒音は吸音材が吸収して除去できるものの、低い周波数の騒音はエネルギーが高いので吸音材を使ってもあまり吸収されずに除去できないのが現実である。
低い周波数の振動を抑制するために制振材を使うことができるが、その場合は大きな制振材が必要となる。しかし、ガソリンエンジンに加えてモータやインバータを搭載するハイブリッド車のエンジンルームには、モータの外部に大きな制振材を搭載する余裕がないのも現実である。このように、小さな制振材で比較的低い周波数の振動を抑えることは極めて難しいという問題があった。【０００７】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、比較的小さな振動吸収体を用いながら騒音発生源となっているモータから発生する騒音のうち低い周波数の騒音を低減できるようにした、騒音除去装置と、そこに用いる消音モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の騒音除去装置は、振動体と、該振動体の近傍に配置されて該振動体の振動または騒音を検出するセンサと、該センサの近傍に配置された中間部材と、該中間部材の近傍に配置されたアクチュエータと、センサの信号に所定の係数を乗じてアクチュエータを駆動する適応フィルタと、を備える。そして、センサの信号と逆の位相となるようアクチュエータを駆動することにより振動体により発生する騒音を低減するようにする。【０００９】
本発明の好ましい形態では、振動体から離れた位置で振動体の振動または騒音を検出する第２センサを備え、適応フィルタは、所定のアルゴリズムにより第２センサの信号から係数を求め、該係数をセンサの信号に乗じてアクチュエータを駆動するようにしている。そして、第２センサの信号が小さくなるよう係数を調整する。
更に、本発明の好ましい形態の適応フィルタはＬＭＳフィルタであり、アルゴリズムはＬＭＳ（Least Mean Square）のアルゴリズムである。また、センサはフィルム状高分子圧電素子である。【００１０】
また、本発明好ましい形態の一つとして、センサは、振動体を覆うように振動体の周囲に同心円状に券回され、アクチュエータはセンサを覆うようにセンサの周囲に同心円状に巻回されるようになっている。更に、中間部材は振動体が発生する振動のうちの一部の周波数帯の振動を吸収する弾性部材である。【００１１】
本発明の消音モータは、モータと、該モータの近傍に配置されて該モータの振動または騒音を検出するセンサと、該センサの近傍に配置された中間部材と、該中間部材の近傍に配置されたアクチュエータと、を備える。そして、アクチュエータは、センサの信号に所定の係数を乗じる適応フィルタの出力によってセンサの信号と逆の位相となるよう駆動されるようになっている。また、所定の係数は、センサとは異なる位置に配置された第２センサの信号に基づいて調整されるようにしている。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明の騒音除去装置と消音モータによれば、ハイブリッド自動車や電気自動車などのブレーキを踏んだときに発生する、比較的低周波の騒音を低減することができる。また、本発明の騒音除去装置と消音モータは、自動車のモータ以外にも、デジタルカメラのレンズ駆動に用いられるモータの振動音などを軽減させる装置として用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】モータの騒音を説明する図である。
【図２】本発明の騒音除去装置の原理を説明する図である。
【図３】振動センサを用いた騒音除去装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の消音モータの構成を示す図である。
【図５】図４の消音モータを用いた本発明の騒音除去装置を説明する図である。
【図６】適応フィルタの構成を示す図である。
【図７】複数のマイクを用いる例を示す図である。
【図８】シミュレーションにより騒音除去効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の騒音除去装置と消音モータの実施形態例について、図面を参照して説明する。騒音除去装置については、騒音源がハイブリッド車等に搭載されたモータである場合を説明する。
図１は、ハイブリッド車等に搭載されたモータ１０１が振動して発生する騒音の２つの態様について説明する図である。一つは図１ＦＩＧ．１Ａに示すように、モータ１０１が固定板に接触しているときにモータ１０１の振動が固定板を伝わって騒音として聞こえるものであり、主に低周波の騒音が聞こえる。もう一つは、図１ＦＩＧ．１Ｂに示すように、モータ１０１の振動が空気中に直接伝わって騒音として聞こえるものであり、主に高周波の騒音が聞こえる。
【００１５】
これらのモータの騒音は、特に、運転者がブレーキを踏んだ時に発生する。ハイブリッド車等に用いられるモータは、ブレーキを踏むと発電機モードに変わり騒音が発生する。その時に発生する「ブーッ」という低い音は、モータが図１ＦＩＧ１Ａに示すように、固定板に伝わる振動が状況によっては増幅されて大きくなる低周波の騒音である。
【００１６】
高周波の騒音は、モータが格納されている強固な筐体を伝搬するときに減衰し、或いはボンネットの内側に設けられた吸音材で遮音されるので、あまり問題にならない。問題となるのは低周波の騒音である。
【００１７】
図２は、上述した低周波の騒音を除去する本発明の騒音除去装置の原理を説明する図であり、モータ１０１から直接空気中に低周波の騒音が伝わる場合について示している。
この図において、モータ１０１の騒音は２か所に設けたマイク１０２、１０３により検出される。マイク１０２はモータ近傍の音を検出し、マイク１０３はモータから少し離れた位置の音を検出し、何れの信号も適応フィルタ１０４に入力される。
【００１８】
適応フィルタ１０４は、マイク１０２の信号に係数を乗じた信号を増幅器１０５に出力する。適応フィルタ１０４はマイク１０３の信号に応じて乗じる係数の大きさを制御しており、マイク１０３の信号が限りなく０になるように係数を制御する。そして、一旦適応フィルタ１０４の係数が決まれば、マイク１０３が音を検出する必要はなく、図２からマイク１０３を除いた構成によって低周波の騒音を除去することができる。
【００１９】
図２の場合、マイク１０２とマイク１０３の間には何らかの伝達関数Ｈ（ｓ）が存在する。適応フィルタ１０４の係数を調整するときは、この伝達関数Ｈ（ｓ）と適応フィルタ１０４の伝達関数が同じになるように調整される。この適応フィルタ１０４は、詳細を後述するが、マイク１０３の信号を最小にするために設けたフィルタであり、モータ１０１によって生じてマイク１０３に届く騒音を最小限にすることが可能になる。
【００２０】
図３は、モータを固定板に固定し、モータから伝わる固定板の振動を検出する振動センサとして高分子圧電素子を用いた騒音除去装置の構成を示す図である。図２のマイク１０２の代わりに振動センサとして機能するフィルム状高分子圧電素子２０２がモータ２０１に取り付けられ、図２のマイク１０３の代わりに振動センサとして機能するフィルム状高分子圧電素子２０３がモータを設置した固定板２０８に取り付けられている。なお、モータ２０１の振動がフィルム状高分子圧電素子２０３まで伝わる時間を、適応フィルタ２０４における信号処理の時間以上にする必要があるため、フィルム状高分子圧電素子２０２とフィルム状高分子圧電素子２０３の間はある程度の距離をとる必要がある。
【００２１】
フィルム状高分子圧電素子２０２で検出されたモータ２０１の振動の信号は、適応フィルタ２０４に送られる。そして、高分子圧電素子２０３の信号を用いて、図６で後述するように、適応フィルタ２０４の係数が調整される。その結果、フィルム状高分子圧電素子２０２で検出されたモータ２０１の振動の信号に係数が乗じられ、増幅器２０５で位相反転され、アクチュエータ２０６に供給される。アクチュエータ２０６が発生させる振動はモータの振動を打ち消すように作用するので、モータ２０１から振動センサ２０３に伝わる振動が低減されて小さくなり、固定板２０８から発生する騒音が低減する。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態の一例として、フィルム状高分子圧電素子２０２とフィルム状アクチュエータ２０６をモータ２０１の周囲に同心円状に配置した消音モータの構造を示している。
【００２３】
図４に示すように、回転軸２００を有するモータ２０１は、その周囲に巻回されたフィルム状高分子圧電素子２０２を備える。このフィルム状高分子圧電素子２０２は、モータ２０１の振動が伝わると、その振動の大きさに応じた電気信号を発生する圧電素子である。
フィルム状高分子圧電素子２０２の周囲には、例えばシリコンゴムのようなやや堅い弾性部材２０７が巻回され、弾性部材２０７の外周にアクチュエータ２０６が同心円状に巻回されている。このアクチュエータ２０６は、電気信号が供給されると、これを機械的な振動に変換する圧電素子である。
【００２４】
弾性部材２０７は、厚さが５〜１０ｍｍくらいに設定されており、モータ２０１によって生じる振動のうち比較的高い周波数成分（例えば、１ＫＨｚ以上の振動）を減衰させる効果がある。このため、アクチュエータ２０６に伝わる振動は、比較的低い周波数の振動（例えば、１ＫＨｚ以下の振動）となり、この比較的低い周波数の振動がアクチュエータ２０６によって低減されることになる。
【００２５】
なお、図４の例では、フィルム状高分子圧電素子２０２とフィルム状アクチュエータ２０６の間に介在させる中間部材として、シリコンゴムに代表される弾性部材２０７を設けたが、特に弾性部材である必要はない。後述する適応フィルタ２０４における信号処理の時間に相当する時間だけ、モータ２０１の振動を遅延させる中間部材であればよい。
【００２６】
次に図５、図６を参照して、本発明の実施の形態例の騒音除去装置について説明する。
図５は、図４の消音モータと、消音モータからやや離れた位置で消音モータの騒音を検出するマイク２０３と、適応フィルタ２０４と、増幅器２０５からなる騒音除去装置の構成を示す図である。図に示すように、マイク２０３とフィルム状高分子圧電素子２０２の信号が適応フィルタ２０４に入力され、適応フィルタ２０４の出力が増幅器２０５に入力されてアクチュエータ２０６を駆動する。図６は、適応フィルタ２０４の内部構成を示す概略ブロック図である。図５では、図３の振動センサ２０３の代わりにマイク２０３を用いているが、圧電素子をマイク２０３の代わりに使ってよいことは言うまでもない。
【００２７】
適応フィルタ２０４では、図６に示すように、マイク２０３の信号が係数修正アルゴリズム２１１に入力され、所定のアルゴリズムにより求められた係数が係数調整部２１２に出力される。その際に、モータ２０１からマイク２０３までの伝達関数に応じて係数が調整される。消音モータの振動を検出したフォルム状高分子圧電素子２０２の信号は係数調整部２１２の入力となり、この入力に係数修正アルゴリズム２１１が出力する係数を乗じて係数調整部２１２の出力となり、適応フィルタ２０４の出力ともなる。適応フィルタ２０４の出力は増幅器２０５で増幅され位相反転されて、アクチュエータ２０６に供給される。所定の係数修正アルゴリズム２１１は図５の構成をしたときに、マイク２０３の信号が限りなくゼロになるように係数調整部２１２の係数を調整する。
【００２８】
アクチュエータ２０６は、フィルム状高分子圧電素子２０２と同様に、フィルム状高分子圧電素子で形成され、また、高分子圧電素子２０２と逆位相で振動する。したがって、高分子圧電素子２０２の振動とアクチュエータ２０６の振動が相殺され、モータによる騒音が限りなく０に近づいていく。
以上が、本発明の実施形態例における騒音除去装置の説明である。
【００２９】
ところで、マイク２０３の信号は適応フィルタ２０４の係数調整部２１２の係数調整にのみ用いられるものであるから、一旦係数調整が終了した後は、取り除いてもかまわない。図５からマイク２０３を取り除いたとしても騒音除去装置として十分に機能し、モータの騒音を除去することができる。しかしながら、モータ２０１の振動は、常時同じというわけではないから、マイク２０３あるいはそれに代わる圧電素子を定常的に設置しておき、リアルタイムで適応フィルタ２０４の係数調整を行うようにしてもよい。
【００３０】
また、図５の例では、モータ２０１から少し離れた位置に１個のマイク２０３を設けた例を示したが、図７のように、モータ２０１の周囲に複数のマイク、例えば４個のマイク２０３ａ〜２０３ｄを配置してもよい。これにより、モータ２０１の周囲４方向の騒音振動を拾うことができ、適応フィルタ２０４のより的確な係数調整を行うことができる。
【００３１】
図８は、図５の騒音除去装置について、適応フィルタ２０４を用いて騒音除去をしたとき（雑音処理ＯＮ）と、騒音除去をしないとき（雑音処理ＯＦＦ）をシミュレーションした騒音信号の波形であり、両者の違いを示している。
図８から、適応フィルタ２０４と、同心円状に配置したフィルム状高分子圧電素子２０２及びフィルム状アクチュエータ２０６を組み合わせることにより、モータ２０１の騒音が極めて効果的に除去されることが分かる。
このシミュレーションでは小さなモータを使った場合を扱っているが、ハイブリッド車等に搭載されるモータについても同様に騒音を除去することができる。
【００３２】
本実施形態例では適応フィルタの形式を特に限定していないが、ＬＭＳアルゴリズムを用いたＬＭＳ適応フィルタとすることができるほか、その変形である複素ＬＭＳアルゴリズム (Complex Least Mean Square Algorithm)やNormalized ＬＭＳアルゴリズム (Normalized Least Mean Square Algorithm)とすることもできる。
【００３３】
更に、これらのＬＭＳアルゴリズム以外にも、射影アルゴリズム (Projection Algorithm)、ＳＨＡＲＦアルゴリズム (Simple Hyperstable Adaptive Recursive Filter Algorithm)、ＲＬＳアルゴリズム (Recursive Least Square Algorithm)、ＦＬＭＳアルゴリズム (Fast Least Mean Square Algorithm)、ＤＣＴを用いた適応フィルタ (Adaptive Filter using Discrete Cosine Transform)、ＳＡＮフィルタ (Single Frequency Adaptive Notch Filter)、ニューラルネットワーク (Neural Network) 、遺伝的アルゴリズム (Genetic Algorithm)のような他の適応型フィルタでも同様な処理を行うことができる。
【００３４】
以上、ハイブリッド車のような自動車用モータを例に挙げて、本発明の騒音除去装置を説明したが、本発明は、上記自動車用モータに限られるものではなく、例えばカメラに使用される焦点調整用モータの振動音を抑制する技術としても用いることができる。また、本発明は、明細書で説明した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、種々の変形例、応用例を含むものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０１、２０１・・・モータ、
１０２、１０３・・・マイク、
１０４、２０４・・・適応フィルタ、
１０５、２０５・・・増幅器、
１０６、２０６・・・アクチュエータ、
２００・・・回転軸
２０２・・・高分子圧電素子、
２０３・・・高分子圧電素子またはマイク、
２０７・・・弾性部材、
２０８・・・固定板、
２１１・・係数修正アルゴリズム、
２１２・・・係数調整部
【図１】
0005975355.tif 000002
【図２】
0005975355.tif 000003
【図３】
0005975355.tif 000004
【図４】
0005975355.tif 000005
【図５】
0005975355.tif 000006
【図６】
0005975355.tif 000007
【図７】
0005975355.tif 000008
【図８】
0005975355.tif 000009