(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の筐体に装着して、機器の筐体に発生する振動の振幅を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段で検出した振動振幅のインピーダンス特性に対して、負性のインピーダンス成分を創生する、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段の３つの振動検出手段を備え、任意に選択可能とした能動的制御手段と、
前記能動的制御手段からの制御信号を再生し、前記機器の筐体に装着、又は近傍に設けられた制御信号再生手段とを備え、
前記振動変位検出手段は、前記振動検出手段で検出した機器の振動変位を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、先鋭度Ｑｏを変化させること無く、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを高い周波数に移動制御することが出来、
前記振動速度検出手段は、前記振動検出手段で検出した機器の振動速度を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを制御して、ｆｏの周波数を変化させること無く、先鋭度Ｑｏを増減させることが出来、
前記振動加速度検出手段では、前記振動検出手段で検出した機器の振動加速度を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを制御して、ｆｏの周波数を低い周波数帯域に変化させることが出来ることを特徴とする能動制御装置。
【請求項２】
前記振動変位検出手段、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段の３つの検出手段の前段には、低域通過型、高域通過型、帯域通過型の３つの帯域制限を行うアクティブフィルターを設け、能動制御を行う周波数により、フィルター方式を任意に選択できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【請求項３】
前記振動変位検出手段、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段の３つの検出手段の各前段には、検出信号の信号条件により、検出信号の位相成分を任意に反転可能にする位相反転部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【請求項４】
前記振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段からの音響制御信号は、次段の検出回路加算手段で加算処理することを特徴とする請求項１記載の能動制御装置。
【請求項５】
前記振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段からの音響制御信号を加算処理した信号成分を、振動・騒音源の信号成分の位相条件により、次段の信号反転増幅段で任意に位相反転することを特徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【請求項６】
前記信号反転増幅段では、前段の検出回路加算段部からの信号を、次段の増幅部で安定に増幅できるように、信号のゲイン調整を自動で行う制御を含めたことを特徴とする請求項５に記載の能動制御装置。
【請求項７】
前記振動検出手段を振動ピックアップで構成したことを特徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【請求項８】
前記制御信号再生手段をアクチュエータで構成したことを特徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【請求項９】
前記制御信号再生手段をスピーカーで構成したことを特徴とする請求項１に記載の能動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、振動・騒音の能動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、例えば特開２００１−２８２２５４号公報に記載された従来の能動型雑音除去装置の構成を示す図である。図において、１は内部を排気音等の騒音が伝播する排気ダクト、３は適応フィルタ、４は逆相信号に基づく放射音を再生させるスピーカー、５は排気ダクト１内に配置されたエラーマイクロホン、６はＬＭＳ演算部、９は排気音等の騒音とは逆の位相特性を有する逆相信号を作り出す制御部、Ｅはエラーレベルである。
【０００３】
排気ダクト内１を伝播する排気音等の騒音に対して、エラーマイクロホン５から入力されるエラーレベルＥに基づいて、制御部９がＬＭＳ演算部６と適応フィルタ３で、排気ダクト内１を伝播する排気音等の騒音とは逆の位相特性を有する逆相信号を作り出し、スピーカー４から逆相信号に基づく放射音を再生させる動作を行わせることで、排気ダクト内に伝播する雑音を除去していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の能動型雑音除去装置は以上のように構成されているので、制御部９、適応フィルタ３、ＬＭＳ演算部６は、逆相の位相を持つ信号を作り出す為に、デジタル信号処理を行う回路及びデジタル信号処理を行う為の専用のソフトウエア命令で構成する必要が有り、そのため逆位相の信号を作り出す回路や命令を出すソフトウエアは複雑な構成をしており、回路構成のボリュームが巨大化してしまい、装置構成が複雑化する問題点を有していた。
【０００５】
更に、複雑な回路構成により、回路構成上、アナログ−デジタル変換部、デジタル−アナログ変換部も必要になり、構成部が多く価格の高騰を招いていた。
【０００６】
また、各回路構成部が正確に動作する為の調整を必要としており、ほとんどの場合、回路部の外部からのソフトウエアによる調整で行っていた。
【０００７】
デジタル信号処理により、逆相の信号成分を作り出す必要があるために、比較的位相変化の少ない(１ｋHz以下)低い周波数帯域に使用される場合が多く、位相変化の大きい、１ｋHz以上の高い周波数帯域の騒音抑制に用いられることは殆ど無かった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、簡単なアナログ回路構成と、外部ソフトウエアを必要とせずに、回路定数の簡単な調整作業のみで、抑制を行う周波数帯域を限定せずに振動・騒音制御が行える能動制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る能動制御装置は、機器の筐体に装着して、機器の筐体に発生する振動の振幅を検出する振動検出手段と、振動検出手段で検出した振動振幅のインピーダンス特性に対して、負性のインピーダンス成分を創生する能動的制御手段と、能動的制御手段からの制御信号を再生し、機器の筐体に装着、又は近傍に設けられた制御信号再生手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明に係る能動制御装置は、能動的制御手段は、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段の３つの振動検出手段を備え、任意に選択可能としたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動変位検出手段は、振動検出手段で検出した機器の振動変位を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、先鋭度Ｑｏを変化させること無く、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを高い周波数に移動制御することが出来ることを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動速度検出手段は、振動検出手段で検出した機器の振動速度を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを制御して、ｆｏの周波数を変化させること無く、先鋭度Ｑｏを増減させることが出来ることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動加速度検出手段では、振動検出手段で検出した機器の振動加速度を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを制御して、ｆｏの周波数を低い周波数帯域に変化させることが出来ることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段の３つの検出手段の前段には、低域通過型、高域通過型、帯域通過型の３つの帯域制限を行うアクティブフィルターを設け、能動制御を行う周波数により、フィルター方式を任意に選択できるようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段の３つの検出手段の各前段には、検出信号の信号条件により、検出信号の位相成分を任意に反転可能にする位相反転部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段からの音響制御信号は、次段の検出回路加算手段で加算処理することを特徴とする。
【００１７】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動変位検出手段、振動速度検出手段、振動加速度検出手段からの音響制御信号を加算処理した信号成分を、振動・騒音源の信号成分の位相条件により、次段の信号反転増幅段で任意に位相反転することを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係る能動制御装置は、信号反転増幅段では、前段の検出回路加算段部からの信号を、次段の増幅部で安定に増幅できるように、信号のゲイン調整を自動で行う制御を含めたことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る能動制御装置は、振動検出手段を振動ピックアップで構成したことを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係る能動制御装置は、制御信号再生手段をアクチュエータで構成したことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る能動制御装置は、制御信号再生手段をスピーカーで構成したことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
図１〜３は実施の形態１を示す図で、図１はアクティブ制御回路の基本構成図、図２はアクティブ制御回路の回路概要構成図、図３はアクティブ制御を動作させたときの騒音の周波数特性とインピーダンス特性を示したものである。
【００２３】
図１中、１５は振動・騒音源の一例であるモータ、１６はモータ１５の任意位置に固着した振動検出手段の一例の振動ピックアップ、２０は能動的制御手段であるアクティブ制御部で、アクティブ制御部２０は、制御回路段２１、検出回路加算段部２２、信号反転増幅段４５で構成される。５０は増幅部、１７はアクティブ制御部２０からの信号を再生する制御信号再生手段の一例のアクチュエータである。アクチュエータ１７以外に、モータ１５の近傍にスピーカーを設置してもよい。
【００２４】
振動ピックアップ１６は、アクティブ制御部２０内の制御回路段２１と接続しており、振動ピックアップ１６で検出した、モータ１５等の振動振幅波形信号を制御回路段２１に供給する。
【００２５】
図２中、３０はアクティブフィルター段であり、低域通過型（ローパスフィルター）、高域通過型（ハイパスフィルター）、帯域通過型（バンドパスフィルター）それぞれのフィルタ形式を、能動制御を行う周波数帯域の設定条件として選択／設定することが出来る。
【００２６】
４１は位相反転部であり、振動ピックアップ１６で入力した振動周波数成分の信号の位相成分を、任意条件により反転させる働きを行うことが出来る。
【００２７】
３１は振動変位検出手段であり、振動ピックアップ１６で検出したモータ１５の振動変位を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、先鋭度Ｑｏを変化させること無く、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを高い周波数に移動制御することが出来る。ここで、ｆｏはモータ１５の共振周波数である。
これにより、前段の位相反転部４１との組み合わせにより、ｆｏ及びｆｏ値周辺の出力音圧レベルの増減を制御することが出来る。
【００２８】
３２は振動速度検出手段であり、振動ピックアップ１６で検出したモータ１５の振動速度を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを制御して、ｆｏの周波数を変化させること無く、位相制御部４１との組み合わせにより、先鋭度Ｑｏを増減させることが出来る制御信号を創生する。
これにより、ピーク周波数成分のピーク成分に起因しているインピーダンス成分の先鋭度Ｑｏを制御することができる。
【００２９】
３３は振動加速度検出手段であり、振動ピックアップ１６で検出したモータ１５の振動加速度を検出する働きを行い、検出手段を構成している回路定数の適正化により、インピーダンス特性の共振周波数ｆｏを制御して、ｆｏの周波数を低い周波数帯域に変化させることが出来る制御信号を創生する。
これにより、前段の位相反転部４１との組み合わせにより、位相成分を調整することで、ｆｏ及びｆｏ値周辺の出力音圧レベルの増減を制御することが出来る。
【００３０】
振動変位検出手段３１、振動速度検出手段３２、振動加速度検出手段３３で創生した各々の制御信号は、次段の検出回路加算段部２２に入力される。
【００３１】
振動変位検出手段３１、振動速度検出手段３２、振動加速度検出手段３３の回路定数を適正に設定し、振動変位検出手段３１、振動速度検出手段３２、振動加速度検出手段３３により、モータ１５に固着した振動ピックアップ１６で検出した振動信号に対して制御処理した制御信号の各成分は、アクティブ制御部２０内の検出回路加算段部２２に伝送する。
【００３２】
検出回路加算段部２２では、振動変位検出手段３１、振動速度検出手段３２、振動加速度検出手段３３で適正制御した、位相信号も含む制御信号を任意に合成加算処理して、モータ１５の任意位置に固着したアクチュエータ１７に対する帰還信号として伝送する。
【００３３】
なお、アクチュエータ１７に供給する前に、検出回路加算段部２２で創生した帰還信号は、次段の信号反転増幅段４５に伝送する。
【００３４】
信号反転増幅段４５は、検出回路加算段部２２の信号成分に対して、位相反転の信号創生と次段の増幅部５０への信号成分の安定供給を目的としており、アクチュエータ１７を動作させたときの位相状態により、位相反転が必要な時は帰還信号の位相反転を行なう。
【００３５】
また、騒音・振動源に固着する振動ピックアップ１６等の入力信号の異常信号入力などに伴う突出した信号成分による、帰還信号の変動を防止する為に、入力信号のゲインが極端に大きな信号として入力した場合でも一定以上の信号として回路に入力しないように、信号のゲイン調整を自動で行う制御を行う。
【００３６】
５０は増幅部であり、信号反転増幅段４５からの信号成分を任意の電圧レベルに調整して、アクチュエータ１７に信号供給する。
【００３７】
上記動作に基づく、能動制御システムによる固体伝播音の対策結果の音響特性を図３に示す。図３において、黒実線は本発明による能動制御システムによる振動・騒音抑制を行ったモータからの音放射による音響特性であり、比較の為に、能動制御を行う前のモータからの音放射による音響特性を破線で示す。
図中、下の曲線は本発明による能動制御システム前後の騒音対策を施す周波数帯域のインピーダンス特性比較であり、上の曲線は本発明による能動制御システム前後の騒音特性比較である。
【００３８】
図に示すごとく、制御部２０の振動変位検出手段３１、振動速度検出手段３２、振動加速度検出手段３３で制御処理した制御信号（負性インピーダンスによる帰還信号）で騒音対策を施した場合、インピーダンス特性に見られる先鋭度Ｑｏは非常に小さくなり、この結果、共振周波数ｆｏ付近の騒音の音響特性に見られる、従来の音響特性の音圧レベルの盛り上がりは、低くなることが分かる。
【００３９】
本発明では、モータへの適用例で説明したが、モータに限らず、本発明による制御手段を振動・騒音が問題になっている機器及び部品に対して構成／適用することで、振動・騒音を有効に低減することが出来る。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明による能動制御装置は、従来のような複雑な計算方法による信号処理を行わなくても、非常に簡易な回路手段で、能動制御装置を構成できる。
また、的確に振動・騒音に寄与している先鋭度を低減できると共に、騒音の音圧レベルを的確に低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１を示す図で、アクティブ制御回路の基本構成図である。
【図２】  実施の形態１を示す図で、アクティブ制御回路の回路概要構成図である。
【図３】  実施の形態１を示す図で、アクティブ制御を動作させたときの騒
【図４】  従来の能動型雑音除去装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１５  モータ、１６  振動ピックアップ、１７  アクチュエータ、２０  アクティブ制御部、２１  制御回路段、２２  検出回路加算段部、３０  アクティブフィルター段、３１  振動変位検出手段、３２  振動速度検出手段、３３  振動加速度検出手段、４１  位相反転部、４５  信号反転増幅段、５０  増幅部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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