(57)【要約】【課題】従来に比べて低コストで維持管理が容易であり、さらに特定周波数の低減が可能な変圧器用騒音低減構造を提供する。【解決手段】変圧器１本体の周囲を覆う防音壁２を有する変圧器用騒音低減構造１０１において、変圧器１の稼動状態で発生する騒音の特定周波数に共鳴する共鳴型吸音構造体３を、変圧器の外面と防音壁の内面によって形成される閉空間４内の床面５に設けた。【選択図】図１
2013021035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器と、この変圧器を包囲する防音壁と、稼動状態の変圧器から発生する騒音の特定周波数に共鳴する共鳴型吸音構造体とを備えた変圧器用騒音低減構造において、
上記共鳴型吸音構造体は、変圧器の外面と防音壁の内面とによって形成される閉空間の内、変圧器を据え付けた床面に設置されることを特徴とする変圧器用騒音低減構造。
【請求項２】
上記共鳴型吸音構造体は、中空の筐体で構成され、この筐体において上記閉空間に面し上記床面に対向する天板には該天板を貫通する円孔を有し、
ここで、音響伝達媒質における、音速をｃ［ｍ／ｓｅｃ］、密度をρ［ｋｇ／ｍ３］、粘性係数をμ［ｋｇ／（ｍ・ｓｅｃ）］、共鳴型吸音構造体の筐体内の容積をＶ［ｍ３］、円孔の個数をｎ［個］、円孔の径をｄ［ｍ］、円孔の深さをｔ［ｍ］、円孔の有効深さをｔｅ［ｍ］、円孔の総面積をＳ［ｍ２］、共鳴型吸音構造体における共鳴周波数をｆｔ［Ｈｚ］としたとき、
共鳴周波数ｆｔは、次式で表され、
2013021035.tif 000009
上記変圧器の励磁電源周波数の２倍を騒音の上記特定周波数として上記共鳴周波数ｆｔに設定し、この共鳴周波数ｆｔを用いて共鳴型吸音構造体は設計される、請求項１記載の変圧器用騒音低減構造。
【請求項３】
上記共鳴型吸音構造体における音響特性である音響インピーダンスＺｒの実部に相当する音響抵抗Ｒｒ、虚部に相当する音響リアクタンスＸｒは、それぞれ次式で表され、
2013021035.tif 000010
さらに、上記共鳴型吸音構造体へ音が角度θで入射したときの共鳴型吸音構造体の吸音率αは、次式で表され、
2013021035.tif 000011
ここで音場入射を想定した場合の吸音率αは、入射角０〜７８度で平均して算出されて次式で表され、
2013021035.tif 000012
この音場入射吸音率αが０．９〜１．０の範囲となるように上記共鳴型吸音構造体は設計される、請求項１又は２に記載の変圧器用騒音低減構造。
【請求項４】
上記共鳴型吸音構造体は、複数個設けられ、これらを集合化して床面に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の変圧器用騒音低減構造。
【請求項５】
上記共鳴型吸音構造体は、上記床面を当該筐体の底板とし共用して形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の変圧器用騒音低減構造。
【請求項６】
上記共鳴型吸音構造体は、当該筐体における側面と上記床面との接点部分に可撓性部材を有する、請求項５記載の変圧器用騒音低減構造。
【請求項７】
上記共鳴型吸音構造体は、上記床面に接する当該筐体の底板を可撓性部材にて構成する、請求項１から４のいずれか１項に記載の変圧器用騒音低減構造。
【請求項８】
上記共鳴型吸音構造体は、角筒形状又は円筒形状である、請求項１から７のいずれか１項に記載の変圧器用騒音低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導の作用により交流電流の電圧を変える変圧器の騒音低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する関心の高まりとともに、変圧器に対しても低騒音化が求められている。変圧器の騒音は、変圧器を構成するコイルでの電磁振動や、鉄心での磁歪振動などがコイル及び鉄心を覆う変圧器のタンクに伝播し、タンク表面から騒音となって外部へ放射される。振動源であるコイル及び鉄心は、変圧器に必須の構成であるため削減することはできない。よって変圧器で発生した騒音を低減するために、変圧器本体の周囲に鉄板やコンクリート製の防音壁を設置する方法がある。この方法は、防音壁の遮音効果により、外部へ放射される騒音を低減するが、防音壁の内側では音の反射により、騒音が増大するといった問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、現在では防音壁の内壁に、共鳴型吸音構造体もしくは吸音材を設置することによって、防音壁内側の騒音を低減している（例えば特許文献１）。また、振動センサー、集音装置、及び音声発生装置を用い、音声発生装置から発生する音声を制御して、いわゆるノイズキャンセリング方法によって、防音壁内側の騒音を低減している（例えば特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１３５４１号公報（請求項１、図１）
【特許文献２】特開平６−３３８４２６号公報（請求項１、図１）
【特許文献３】特開２００８−２１８７４５号公報（請求項１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば特許文献１のように、共鳴構造体を用い、この共鳴構造体を防音壁に設置する構造では、共鳴構造体の内部で共鳴により増大した音が防音壁を介して外部へ透過するのを防止するため、防音壁の板厚を増して音の透過損失を増加させる必要がある。このため、防音構造全体の重量増加、及びその製造コストの増大が問題となっていた。
【０００６】
一方、吸音材を用いた防音構造では、吸音材は、２００Ｈｚ以下の低周波数帯域における騒音低減量が小さいという問題がある。
また、振動センサー、集音装置、音声発生装置を用いる防音構造では、これらの機器が必要となるため、製造コストの増大や、メンテナンスが必要であることが問題となっていた。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、従来に比べて低コストで維持管理が容易であり、かつ特定周波数の騒音の低減が可能な、変圧器用騒音低減構造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】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における変圧器用騒音低減構造は、変圧器と、この変圧器を包囲する防音壁と、稼動状態の変圧器から発生する騒音の特定周波数に共鳴する共鳴型吸音構造体とを備えた変圧器用騒音低減構造において、上記共鳴型吸音構造体は、変圧器の外面と防音壁の内面とによって形成される閉空間の内、変圧器を据え付けた床面に設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様における変圧器用騒音低減構造によれば、共鳴型吸音構造体を変圧器の据え付け面である床面に設置したことから、防音壁の板厚を増大することなく有効に騒音を低減することができる。さらに、騒音低減のために振動センサー、集音装置、及び音声発生装置を使用する必要がないことから、従来に比べて低コストであり維持管理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による変圧器用騒音低減構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の断面図である。
【図３】図１に示す変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の斜視図である。
【図４】図１に示す変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の吸音率、及び、比較対象の吸音材における吸音率をそれぞれ記したグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２における変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態３における変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４における変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５における変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の一例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態６における変圧器用騒音低減構造に備わる共鳴型吸音構造体の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態である変圧器用騒音低減構造について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１２】
実施の形態１．
図１には、本発明の実施の形態１による変圧器用騒音低減構造１０１が示されている。変圧器用騒音低減構造１０１は、変圧器１と、変圧器１を包囲して稼働状態の変圧器１が発する騒音の外部への漏れを低減する防音壁２と、共鳴型吸音構造体３とを備える。共鳴型吸音構造体３は、変圧器１が発する騒音の特定周波数で共鳴させて、結果としてこの周波数の騒音の低減を図る構造部分である。
このような共鳴型吸音構造体３は、変圧器１の本体外面１ａと、防音壁２の内面２ａとによって形成される閉空間４の中で、変圧器１を据え付けた床面５に設置される。以下には、共鳴型吸音構造体３についてさらに詳しく説明する。
【００１３】
通常、変圧器１の本体から放射された騒音では、変圧器１における励磁電源周波数の２倍の周波数成分がピーク状に出現する。このような騒音は、防音壁２の遮音効果により減少して防音壁２の外側へ放射される。また防音壁２内の閉空間４では、吸音対策を講じなければ、壁面での騒音の反射により騒音レベルは増大する。
【００１４】
本実施の形態１では、共鳴型吸音構造体３は、その共鳴周波数が変圧器１の励磁電源周波数の２倍の周波数成分となるよう、詳細後述のように寸法設計され、上述のように床面５に設置される。
このような構成により、防音壁２の内側での騒音は、共鳴吸音構造体３で吸音され低減される。一方、床面５は、音の透過損失が大きいことから、共鳴吸音構造体３の内部で共鳴により増大した音が床面５を通して外部へ透過することは防止あるいは抑制される。よって、防音壁２の内側の閉空間４における騒音を低減することが可能となり、防音壁２の外側へ放射される騒音を低減することできる。
【００１５】
次に、共鳴型吸音構造体３の共鳴周波数の設計方法について以下に説明する。
図２には、共鳴型吸音構造体３の断面を示し、図３には共鳴型吸音構造体３の斜視図を示している。共鳴型吸音構造体３は、中空の筐体であり、筐体を形成する天板３１と、側板３２と、底板３３とを有し、天板３１、側板３２、底板３３の内側にて空洞部３４を形成する。これら天板３１、側板３２、底板３３は、本実施形態では、アルミニウム、鉄などの強度の大きい金属板を用いているが、樹脂など金属以外の材料を用いてもよい。
【００１６】
また、天板３１は、当該天板３１を貫通し空洞部３４に通じる円形状の開口、つまり円孔３５を有する。円孔３５は、本実施形態では図示するように、天板３１に格子状にて配置されているが、配置形態は格子状に限定するものではない。また、本実施形態１では複数の円孔３５を設けているが、共鳴型吸音構造体３の大きさに依存して、一つの共鳴型吸音構造体３において一つの円孔３５を有する形態を採ることもできる。
【００１７】
ここで、閉空間４における音響伝達媒質、即ち空気の、音速をｃ［ｍ／ｓｅｃ］、密度をρ［ｋｇ／ｍ３］、粘性係数をμ［ｋｇ／（ｍ・ｓｅｃ）］とし、共鳴型吸音構造体３の空洞部３４の容積をＶ［ｍ３］、円孔３５の個数をｎ［個］、円孔３５の直径をｄ［ｍ］、円孔３５の深さをｔ［ｍ］、円孔３５の有効深さをｔｅ［ｍ］、円孔３５の総面積をＳ［ｍ２］とした場合、共鳴型吸音構造体３の共鳴周波数ｆｒ［Ｈｚ］は次式で表される。尚、この例では、円孔３５の深さｔは、天板３１の板厚に等しく、円孔３５の有効深さｔｅは、深さｔに規定の係数を乗じた値である。
【００１８】
2013021035.tif 000003
【００１９】
したがって、変圧器１の騒音でピーク状に出現する周波数をｆｔ［Ｈｚ］とすると、
ｆｒ＝ｆｔ    （２）
となるように、共鳴型吸音構造体３の（１）式に示される各部寸法を調整することによって、大きな騒音低減効果を得ることができる。即ち、共鳴型吸音構造体３の（１）式に示される各部寸法を調整することにより、騒音内の、ピーク状に出現している特定周波数に、共鳴型吸音構造体３の共鳴周波数ｆｒを調整することができる。これにより、吸音材では騒音低減効果が小さかった２００Ｈｚ以下の低周波数帯域の騒音低減が可能となる。
【００２０】
例えば、変圧器１における励磁電源周波数が５０Ｈｚである場合、変圧器１の騒音の内、ピーク状に出現する周波数（特定周波数）ｆｔは、上述のように励磁電源周波数の２倍となることから、１００［Ｈｚ］となる。よって、上記式（１）におけるｆｒをｆｔとして、共鳴型吸音構造体３を設計することで、当該騒音を抑制することができる。
【００２１】
本実施形態１では、設計用の共鳴周波数ｆｒを励磁電源周波数の２倍の周波数に設定したが、設計用の共鳴周波数ｆｒは、この共鳴周波数ｆｒと同等範囲、つまり共鳴周波数ｆｒに対して±１０％の範囲内であれば、これによって設計された共鳴型吸音構造体３による騒音低減の効果は、ある程度大きく得られる。
【００２２】
また、共鳴型吸音構造体３の設計において、音響特性である音響インピーダンスＺｒを考慮することが好ましい。
ここで、共鳴型吸音構造体３の音響特性である音響インピーダンスＺｒは、次式で表される。
【００２３】
2013021035.tif 000004
【００２４】
（３）式の音響インピーダンスＺｒにおける実部は、音響抵抗Ｒｒと定義され、次式で表される。
【００２５】
2013021035.tif 000005
【００２６】
（３）式において、共鳴器表面の音響インピーダンスＺｒの虚部は、音響リアクタンスＸｒと定義され、次式で表される。
【００２７】
2013021035.tif 000006
【００２８】
ここで、共鳴型吸音構造体３に音が角度θ度で入射した場合の共鳴型吸音構造体３の吸音率αは、次式で表される。
【００２９】
2013021035.tif 000007
【００３０】
ここで音場入射を想定した場合の吸音率αは、入射角０〜７８度で平均して算出され、次式で表される。
【００３１】
2013021035.tif 000008
【００３２】
また、共鳴型吸音構造体３への音の入射を垂直入射と想定する場合の吸音率αは、式（６）において、入射角０度（θ＝０）で算出できる。また、ランダム入射と想定する場合の吸音率αは、入射角０〜９０度で平均して算出できる。
【００３３】
このようにして求めた吸音率αが、周波数Ｆｔ＝Ｆｒで最大となるように、共鳴型吸音構造体３の各部寸法を調整することで、より高い吸音特性を有することが可能となる。
特に、音場入射を想定した式（７）で計算される吸音率αが０．９〜１．０の範囲内となるように共鳴型吸音構造体３を構成することにより、高い吸音特性を有することが可能となる。
【００３４】
図４には、一般的に使用されているロックウール吸音材と、本実施の形態１に従い製作した共鳴型吸音構造体３との各吸音率の実測値が周波数とともにグラフで示されている。図４の例では、励磁周波数５０Ｈｚの場合を想定して、吸音材で最も騒音を低減することが困難な周波数１００Ｈｚに、共鳴型吸音構造体３の共鳴周波数を調整している。
その結果、図４からも明らかなように、共鳴型吸音構造体３は、１００Ｈｚをピークにその前後の周波数の音を低減可能であることが分かる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態１の変圧器用騒音低減構造１０１によれば、特許文献２、３の発明で用いられているような、振動センサー、集音装置、及び音声発生装置は使用することなく、高い騒音低減効果を得ることが可能である。また、吸音材では吸音が困難な周波数の騒音を低減することができる。したがって、従来に比べて安価で、かつ少ないメンテナンスあるいはメンテナンスが不要であり、特定周波数の騒音を低減することができる変圧器用騒音低減構造が提供可能である。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１では、図３に示すように比較的大きい共鳴型吸音構造体３を一つ用いる場合を例に採ったが、本実施の形態２における変圧器用騒音低減構造では、図５に示すように、比較的小さい共鳴型吸音構造体３−２を複数個、あるいは図３に示す共鳴型吸音構造体３を複数個、集合化して配置する構成を例示する。
【００３７】
この構成によれば、実施の形態２の変圧器用騒音低減構造は、実施の形態１の変圧器用騒音低減構造１０１が奏する効果を得ることができるとともに、さらに、共鳴型吸音構造体３のサイズが比較的小さいことから、閉空間４内の床面５に共鳴型吸音構造体３を設置する自由度を向上することができる。
【００３８】
実施の形態３．
上述の、実施の形態１、２では、共鳴型吸音構造体３は、天板３１、側板３２、及び底板３３にて筐体を構成している例を示した。一方、本実施の形態３では、図６に示すように、共鳴型吸音構造体３−３は、底板３３を省略し、天板３１及び側板３２から形成される構成を開示する。
【００３９】
即ち、閉空間４内の床面５が整地され平坦である場合には、図６に示すように、床面５に側板３２を直接、立設する構成を採ることができる。即ち、床面５を共鳴型吸音構造体３−３の底板とし共用する。
この構成によれば、実施の形態３の変圧器用騒音低減構造は、実施の形態１の変圧器用騒音低減構造１０１が奏する効果を得ることができるとともに、底板を削除したことから共鳴型吸音構造体３−３の重量及び製造コストを削減することができる。
【００４０】
実施の形態４．
実施の形態３では、閉空間４内の床面５が整地され平坦である場合の構成を説明したが、本実施の形態４では、逆に、閉空間４内の床面５が整地されておらず凹凸がある場合における共鳴型吸音構造体の構成例を示す。
即ち、図７に示すように、共鳴型吸音構造体３−４は、天板３１、側板３２、及び可撓性底板３６によって筐体を形成する。可撓性底板３６は、共鳴型吸音構造体３の底板３３に代わる部材であり、底板３３が金属材等からなるに対し、可撓性底板３６は、側板３２よりも柔軟な例えばゴムシートなどの可曉性部材からなる。
【００４１】
このように構成することで、実施の形態４の変圧器用騒音低減構造は、実施の形態１の変圧器用騒音低減構造１０１が奏する効果を得ることができるとともに、さらに、例えば凹凸があるような床面５であっても、可撓性底板３６がその凹凸を吸収可能であり、また、共鳴型吸音構造体３−４の底面からの音漏れを防止することができる。さらに、可撓性底板３６を用いることから、鳴型吸音構造体３−４の質量及び製造コストを削減することも可能である。
【００４２】
実施の形態５．
実施の形態４では、共鳴型吸音構造体３−４の底部全面を可撓性底板３６にて構成したが、本実施の形態５では、図８に示す共鳴型吸音構造体３−５のように、側板３２における床面５との接点部分３７ａのみに可撓性部材３７を設ける構成を採っている。
【００４３】
この構成によれば、実施の形態５の変圧器用騒音低減構造は、実施の形態１の変圧器用騒音低減構造１０１が奏する効果を得ることができるとともに、可撓性部材３７として、例えばＯリングなどの部材を使用することが可能となる。また、実施の形態３における共鳴型吸音構造体３−３と同様に、床面５を共鳴型吸音構造体３−５の底板とし共用することができる。よって、実施の形態４における共鳴型吸音構造体３−４に比べて共鳴型吸音構造体３−５の重量及び製造コストを削減することができる。勿論、実施の形態４における共鳴型吸音構造体３−４と同様に、例えば凹凸があるような床面５であっても、可撓性部材３７がその凹凸を吸収でき、また共鳴型吸音構造体３−５の底面からの音漏れを防止することができる。
【００４４】
実施の形態６．
実施の形態１〜５では、共鳴型吸音構造体３等は直方体等の角筒形状である場合を説明したが、共鳴型吸音構造体の形状は、角筒形状に限定するものではなく、任意の形状を採ることができる。即ち、他の一例として本実施の形態６では、図９に示すように、共鳴型吸音構造体３−６は、円筒形状にて構成している。
【００４５】
実施の形態６においても、実施の形態１の変圧器用騒音低減構造１０１が奏する効果を得ることができるとともに、共鳴型吸音構造体３−６のように、例えば円筒形状にて構成することで、側板３２としてパイプを使用することができ、共鳴型吸音構造体の製造の自由度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  変圧器、２  防音壁、３  共鳴型吸音構造体、
３−２〜３−６  共鳴型吸音構造体、４  閉空間、５  床面、３１  天板、
３３  底板、３４  空洞部、３５  円孔、３６  可撓性底板、３７  可撓性部材、
１０１  変圧器用騒音低減構造。
【図１】
2013021035.tif 000013
【図２】
2013021035.tif 000014
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013021035.tif 000017
【図６】
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【図７】
2013021035.tif 000019
【図８】
2013021035.tif 000020
【図９】
2013021035.tif 000021