(57)【要約】【課題】冷却ファン及び冷却ポンプを具備し且つ騒音が低減された冷却システム及び冷却システムの騒音低減方法を提供する。【解決手段】冷却水を送液する冷却水ポンプ９と、この冷却水が供給されるラジエータ２と、このラジエータ２に送風するラジエータファン５とを具備する冷却システムにおいて、前記冷却水ポンプを駆動するポンプモータ１０の騒音の周期と前記ラジエータファン５の羽根７を駆動するファンモータ６の騒音の周期とを同期させて駆動するモータ制御手段１２と、これらモータからのモータ騒音に対して風切り音が逆位相となるように、前記ラジエータファン５の羽根７の前記ファンモータ６の回転軸に対する回転方向の取付位置を固定する接続手段１３とを具備する。【選択図】図１
2008163904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を送液する冷却水ポンプと、この冷却水が供給されるラジエータと、このラジエータに送風するラジエータファンとを具備する冷却システムにおいて、
前記冷却水ポンプを駆動するポンプモータの騒音の周期と前記ラジエータファンの羽根を駆動するファンモータの騒音の周期とを同期させて駆動するモータ制御手段と、これらモータからのモータ騒音に対して風切り音が逆位相となるように、前記ラジエータファンの羽根と前記ファンモータの回転軸との回転方向の取付位置を固定する接続手段とを具備することを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却システムにおいて、前記ポンプモータ及び前記ファンモータとしてスロット数及び極数がそれぞれ同一のものを用い、これらスロット数及び極数に基づいて決定されるモータ騒音の次数と、前記羽根の羽根枚数とが同一となっていることを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の冷却システムにおいて、前記モータ騒音の振幅が、前記風切り音の振幅と同等になるように調整されていることを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の冷却システムにおいて、前記ポンプモータ及び前記ファンモータの少なくとも一方のロータ径を調整することにより、前記モータ騒音の振幅が調整されていることを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
冷却水を送液する冷却水ポンプと、この冷却水が供給されるラジエータと、このラジエータに送風するラジエータファンとを具備する冷却システムの騒音低減方法であって、
前記冷却水ポンプを駆動するポンプモータの騒音の周期と前記ラジエータファンの羽根を駆動するファンモータの騒音の周期とを同期させると共にこれらモータからのモータ騒音が、前記ラジエータファンの羽根の風切り音に対して逆位相となるようにすることを特徴とする冷却システムの騒音低減方法。
【請求項６】
請求項５に記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記ポンプモータ及び前記ファンモータとしてスロット数及び極数がそれぞれ同一のものを用い、これらスロット数及び極数に基づいて決定されるモータ騒音の次数と、前記羽根の羽根枚数とを同一とすることを特徴とする冷却システムの騒音低減方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記羽根の回転方向の取り付け位置を、その風切り音が前記モータ騒音に対して逆位相となるように調整することを特徴とする冷却システムの騒音低減方法。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかに記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記モータ騒音の振幅を、前記風切り音の振幅と同等になるように調整することを特徴とする冷却システムの騒音低減方法。
【請求項９】
請求項５〜８の何れかに記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記ポンプモータ及び前記ファンモータの少なくとも一方のロータ径を調整することにより、前記モータ騒音の振幅を調整することを特徴とする冷却システムの騒音低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車などの冷却システム及び冷却システムの騒音低減方法に関し、特に電気自動車に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車、例えば、電気自動車では、冷却システムの騒音低減が課題となる。このような冷却システムの騒音源としては、ラジエータへ冷却水を供給する冷却水ポンプを駆動するモータなどのモータ騒音や、ラジエータファンの羽根の風切り音などがある。
【０００３】
モータ騒音を低減するためには、複数のモータからの騒音を逆位相とすることにより互いに相殺する方法が知られているが、羽根の風切り音が低減できない。
【０００４】
このようなモータ駆動の冷却ファンの羽根の機械的騒音を低減する方法としては、ファンを２基設置して駆動モータへの電源位相を調整して互いの騒音を調整する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、この方法を採用すると、冷却ファンの騒音は低減できるが、冷却水ポンプを駆動するモータの騒音が低減できないという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８５８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑み、冷却ファン及び冷却ポンプを具備し且つ騒音が低減された冷却システム及び冷却システムの騒音低減方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成する本発明の第１の態様は、冷却水を送液する冷却水ポンプと、この冷却水が供給されるラジエータと、このラジエータに送風するラジエータファンとを具備する冷却システムにおいて、前記冷却水ポンプを駆動するポンプモータの騒音の周期と前記ラジエータファンの羽根を駆動するファンモータの騒音の周期とを同期させて駆動するモータ制御手段と、これらモータからのモータ騒音に対して風切り音が逆位相となるように、前記ラジエータファンの羽根の前記ファンモータの回転軸に対する回転方向の取付位置を固定する接続手段とを具備することを特徴とする冷却システムにある。
【０００９】
かかる第１の態様では、冷却ポンプを駆動するポンプモータ及びラジエータファンのファンモータのモータ騒音と、ラジエータファンの羽根の風切り音とが相殺され、全体として騒音が低減される。
【００１０】
本発明の第２の態様では、第１の態様に記載の冷却システムにおいて、前記ポンプモータ及び前記ファンモータとしてスロット数及び極数がそれぞれ同一のものを用い、これらスロット数及び極数に基づいて決定されるモータ騒音の次数と、前記羽根の羽根枚数とが同一となっていることを特徴とする冷却システムにある。
【００１１】
かかる第２の態様では、ポンプモータ及びファンモータのスロット数及び極数をそれぞれ同一とすることのより、両者からのモータ騒音を同期させることができる。また、羽根の風切り音の次数は羽根枚数が主要因となって決定されるので、羽根枚数をモータ騒音の次数と同一とすることにより、モータ騒音と風切り音とが同一周期となり、逆位相となることにより相殺される。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の冷却システムにおいて、前記モータ騒音の振幅が、前記風切り音の振幅と同等になるように調整されていることを特徴とする冷却システムにある。
【００１３】
かかる第３の態様では、モータ騒音の振幅を調整して、モータ騒音の大きさと風切り音の大きさとを同等にすることにより、両者が有効に相殺される。
【００１４】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様に記載の冷却システムにおいて、前記ポンプモータ及び前記ファンモータの少なくとも一方のロータ径を調整することにより、前記モータ騒音の振幅が調整されていることを特徴とする冷却システムにある。
【００１５】
かかる第４の態様では、モータのロータ径を大きくするほど、コギングトルクが大きくなって騒音が増大し、ロータ径を小さくするほど、コギングトルクが小さくなって騒音が低減するので、ロータ径を調整したモータを用いることにより、モータ騒音の大きさを風切り音の大きさと同等となるように調整することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、冷却水を送液する冷却水ポンプと、この冷却水が供給されるラジエータと、このラジエータに送風するラジエータファンとを具備する冷却システムの騒音低減方法であって、前記冷却水ポンプを駆動するポンプモータの騒音の周期と前記ラジエータファンの羽根を駆動するファンモータの騒音の周期とを同期させると共にこれらモータからのモータ騒音が、前記ラジエータファンの羽根の風切り音に対して逆位相となるようにすることを特徴とする冷却システムの騒音低減方法にある。
【００１７】
かかる第５の態様では、冷却ポンプを駆動するポンプモータ及びラジエータファンのファンモータのモータ騒音と、ラジエータファンの羽根の風切り音とが相殺され、全体として騒音が低減される。
【００１８】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記ポンプモータ及び前記ファンモータとしてスロット数及び極数がそれぞれ同一のものを用い、これらスロット数及び極数に基づいて決定されるモータ騒音の次数と、前記羽根の羽根枚数とを同一とすることを特徴とする冷却システムの騒音低減方法にある。
【００１９】
かかる第６の態様では、ポンプモータ及びファンモータのスロット数及び極数をそれぞれ同一とすることのより、両者からのモータ騒音を同期させることができる。また、羽根の風切り音の次数は羽根枚数が主要因となって決定されるので、羽根枚数をモータ騒音の次数と同一とすることにより、モータ騒音と風切り音とが同一周期となり、逆位相となることにより相殺される。
【００２０】
本発明の第７の態様は、第５又は６の態様に記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記羽根の回転方向の取り付け位置を、その風切り音が前記モータ騒音に対して逆位相となるように調整することを特徴とする冷却システムの騒音低減方法にある。
【００２１】
かかる第７の態様では、羽根の風切り音の位相を取り付け位置で調整することにより、風切り音の位相がモータ騒音の位相と逆になり、両者の騒音が相殺されて全体として低減される。
【００２２】
本発明の第８の態様は、第５〜７の何れかの態様に記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記モータ騒音の振幅を、前記風切り音の振幅と同等になるように調整することを特徴とする冷却システムの騒音低減方法にある。
【００２３】
かかる第８の態様では、モータ騒音の振幅を調整して、モータ騒音の大きさと風切り音の大きさとを同等にすることにより、両者が有効に相殺される。
【００２４】
本発明の第９の態様は、第５〜８の何れかの態様に記載の冷却システムの騒音低減方法において、前記ポンプモータ及び前記ファンモータの少なくとも一方のロータ径を調整することにより、前記モータ騒音の振幅を調整することを特徴とする冷却システムの騒音低減方法にある。
【００２５】
かかる第９の態様では、モータのロータ径を大きくするほど、コギングトルクが大きくなって騒音が増大し、ロータ径を小さくするほど、コギングトルクが小さくなって騒音が低減するので、ロータ径を調整したモータを用いることにより、モータ騒音の大きさを風切り音の大きさと同等となるように調整し、全体として騒音を低減することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、冷却ポンプを駆動するポンプモータ及びラジエータファンのファンモータのモータ騒音と、ラジエータファンの羽根の風切り音とが相殺され、全体として騒音が低減されるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００２８】
図１には、本発明の一実施形態の冷却システムを採用した電気自動車の冷却系統を示す図、図２には、ラジエータ及びラジエータファンの概略正面図である。図１に示すように、電気自動車１のエンジンルームに設置されたラジエータ２には、冷却水導入管３及び冷却水排出管４が接続され、冷却水が循環供給され、また、付設されるラジエータファン５のファンモータ６により回転駆動される羽根７に吸引されて発生する風がフィン２ａの間に流通するようになっている。
【００２９】
冷却水排出管４は、気水分離タンク８に連通し、気水分離タンク８の下方の冷却水ポンプ９に接続されている。冷却水ポンプ９は、気水分離タンク８で分離された水を送液するものであり、ポンプモータ１０により駆動される。また、冷却水ポンプ９により送液される冷却水は、電気自動車１の駆動モータ１１の冷却部に送られ、駆動モータ１１から排出された冷却水が冷却水導入管３を介してラジエータ２に戻るようになっている。
【００３０】
このような冷却システムでは、駆動源としてのファンモータ６及びポンプモータ１０と、ファンモータ６により回転駆動される羽根７が騒音源となるが、本実施形態では、ファンモータ６及びポンプモータ１０が発するモータ騒音と、羽根７の風切り音とが相殺されて、低騒音の冷却システムを実現している。すなわち、ファンモータ６及びポンプモータ１０の駆動を制御するモータ制御手段１２により、両者のモータ騒音を同期させ、且つモータ騒音に対して逆位相の風切り音となるように、ファンモータ６の回転軸６ａに対する回転方向の取付位置を規定して固定するための接続手段１３を介して回転軸６ａと羽根７とが連結されている。
【００３１】
ここで、ファンモータ６及びポンプモータ１０の概略構成を図３を参照しながら説明する。モータ２０は、主にロータ２１とステータコア２２とからなる。ロータ２１は、鉄心２３の外周に周方向に４分割されてＮ極、Ｓ極が交互に配置された永久磁石（磁石）２４を備えた回転子である。一方、ステータコア２２は、薄いリング状の鉄板を複数枚重ね合わせたものであり、永久磁石２４と相対向する６つのスロット２５にステータコイル２６を巻き付けて構成される円筒状の固定子である。ロータ２１は回転軸２７を介して図示しない軸受けで支持されており、ステータコア２２はロータ２１の周囲に固定されている。そして、ステータコイル２６に外部から電流を流して磁界を発生させることで、スロット２５と永久磁石２４との間に反発力が誘発され、ロータ２１が回転軸２７と一体に連続的且つ一定方向に回転する。
【００３２】
図３に示すモータ２０は、４極６スロットのモータであり、ロータ２１が回転駆動されることにより生じる騒音は、１２次の波形となる。すなわち、このようなモータ騒音の周波数は、モータ２０の磁気回路構造によって決定され、その因子はスロット数Ｓと、極数ｐであり、これらの因子によりモータ騒音の次数Ｆｍを表すと以下の式となる。次式の分母はモータの一周期での脈動の回数を示し、これを機械角３６０°当たりに換算したものが次数Ｆｍとなる。この式より、４極６スロットのモータから生じる騒音は、１２次の波形となることがわかる。
【００３３】
【数１】
2008163904.tif 000003
【００３４】
一方、羽根７の風切り音の周波数は、モータ機械角３６０°当たりの羽根枚数（次数）Ｆｐが主要因となって決定される。よって、羽根枚数Ｆｐをモータ騒音の次数Ｆｍとがほぼ一致すると両者の音は干渉し、逆位相となると相殺されることになる。
【００３５】
ここで、両者が逆位相となるための位相差θを試算すると以下の式で表される。下記式において、ｎはモータの回転数（ｒｐｍ）であり、角速度２πｎをモータ一周期当たりの脈動の回数で除算した値が周期となり、その１／２が位相差θとなる。位相差θはモータの回転数（ｒｐｍ）によって決定されるので、ファンモータ６及びポンプモータ１０の回転数は一定に制御する必要があり、本実施形態では、モータ制御手段１２により、両者の回転が同期されると共に回転数が所定の一定値になるように制御されている。
【００３６】
【数２】
2008163904.tif 000004
【００３７】
ここで、本実施形態の冷却システムにおける騒音低減手法についてさらに詳細に説明する。まず、騒音源のファンモータ６及びポンプモータ１０の駆動を同期させ、両者からの騒音が同期するようにする。これは、両者のスロット数Ｓ及び極数ｐを一致させると共に、回転数を所定の一定値として駆動するようにする。このような同期させた駆動はモータ制御手段１２により実行される。一方、ラジエータファン５の羽根７の羽根枚数Ｆｐをモータ騒音の次数と一致させる。本実施形態では、ファンモータ６及びポンプモータ１０が６スロット４極であり、モータ騒音が１２次の波形となるので、羽根枚数Ｆｐは１２枚としている。さらに、ファンモータ６の回転軸６ａに対する羽根７の回転方向の取付位置を所定位置に固定し、羽根７の風切り音がモータ騒音に対して逆位相となるようにしている。これは接続手段１３により行われ、モータ騒音と風切り音とが同期する基準位置に対して、上述した位相差θだけずれた回転位置に羽根７が固定されている。本実施形態では、位相差θ＝πｎ／６となる。なお、羽根７の取付位置は基準位置から位相差θだけずらした位置とするが、実際にはこの前後に取り付けて実際の騒音低減状態を観察して取付位置を決定すればよい。
【００３８】
以上の構成により、モータ騒音と風切り音とが相殺され、電気自動車１の運転席で感じる全体として騒音が低減されることになる。
【００３９】
ここで、モータ騒音及び風切り音の大きさ（振幅）が同等であれば、騒音は互いにキャンセルされて騒音はほぼ完全になくなるが、何れかの音、通常は風切り音の方が大きい傾向となる。この場合、羽根７の位置が運転席より離れているので、ファンモータ６及びポンプモータ１０の位置を運転席に近づけることにより、モータ騒音を相対的に大きくすることができ、全体としての騒音が低減されることになる。
【００４０】
また、ファンモータ６及びポンプモータ１０への電流の大きさを増大させてモータ騒音を増大させて、モータ騒音の振幅を風切り音の振幅と同等にし、全体の騒音を低減することもできる。このような電流の大きさでのモータ騒音の制御はモータ制御手段１２により行われ、設計、組み付け後、事後的にモータ騒音の大きさを調整して、全体としての騒音低減の効果を向上させることができる。
【００４１】
さらに、設計段階ではあるが、ファンモータ６及びポンプモータ１０の両者又は何れか一方のロータ径を変更することにより、モータ騒音の大きさを調整することができる。これは、ロータ径を変更することにより、コギングトルクの大きさが変化することを利用したものである。例えば、ロータ径を設計値±５％に変化させたときのコギングトルクの変化を図４に示す。このグラフより、ロータ径を大きくするほど、コギングトルクが大きくなり、この結果、モータ騒音が増大する（振幅が大きくなる）ことがわかる。よって、これによりモータ騒音の振幅を調整することにより、風切り音の振幅と同等とし、全体としての騒音を低減することができる。
【００４２】
以上説明した実施形態では、電気自動車の冷却システムを例にとって説明したが、ファンとモータを採用した種々の冷却システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷却システムのラジエータ及びラジエータファンの概略正面図である。
【図３】モータの概略構成を示す図である。
【図４】モータのロータ径とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  電気自動車
２  ラジエータ
５  ラジエータファン
６  ファンモータ
７  羽根
９  ウォーターポンプ
１０  ポンプモータ
１２  モータ制御手段
１３  接続手段
【図１】
2008163904.tif 000005
【図２】
2008163904.tif 000006
【図３】
2008163904.tif 000007
【図４】
2008163904.tif 000008