JP4196532B2

JP4196532B2 - Sound quality evaluation method for automotive generator and rotating machine

Info

Publication number: JP4196532B2
Application number: JP2000300549A
Authority: JP
Inventors: 靖高野; 進佐々木; 亨稲葉; 昌俊渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP2002112505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機の音質の改善と、車両用発電機などの回転機の音質評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用発電機（オルタネータ）は、電機子コイルが装着された固定子と、この固定子の両側に前ブラケットと後ブラケットが設けられている。この前ブラケットと前記後ブラケットには、回転自在に支持され、励磁コイルを保持した磁極鉄心を有する円筒状の回転子が支持されている。この回転子の磁極鉄心の軸方向両側（回転子の前後）には、放射方向に配置された複数枚の羽根が設けられている。この羽根が一対の冷却ファンとなる。
【０００３】
この車両用発電機は、エンジンの回転を動力源として、プーリを介して回転するようになっており、車両の高速走行時には、１０、０００（ｒ／ｍｉｎ）以上で高速回転する。
【０００４】
このため、前記冷却ファンなどから回転数Ｎ（Ｈｚ）の整数倍の周波数を持つ騒音が自動車の室内に伝播してしまうという問題があるが、自動車では騒音の大きさ以外に、エンジン回転数の急速な変化にともない、冷却ファンから発生する音の変化が聴感的な異音と感じられることがある。
【０００５】
従来は、車両用発電機のブラケットを回転試験装置に固定して回転子を回転させたときの騒音や実際に車両に搭載し、回転数を変動させたときの騒音を、聴感で評価していた。
【０００６】
この従来の技術として、例えば特開平６−３３５２０４号公報がある。
【０００７】
この従来技術は、種々の実験や検討を重ねて、音質が最良となる冷却ファンの羽根枚数の組み合わせを、経験的に選択していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
走行中の自動車から発する複数の音には、低周波から高周波まで、多種の音が発生している。この音は、車内に侵入し、運転するドライバーに異音となって不快感を与えてしまうことは言うまでもない。
【０００９】
自動車から発生する音の内、最も大きいのは、当然エンジンであるが、エンジンの音は、低周波であり、ドライバーにとって比較的不快をあたえないと言われている。
【００１０】
これに対し、自動車用発電機は、エンジンの回転をプーリを介して高速回転させているため、エンジンの回転より約２．５培の回転数となる。従って、自動車用発電機の回転子に取付けられたファンから高い周波数の異音が発生し、ドライバに不快感を与えるため、この不快感を解消する要求がある。
【００１１】
特にこの要求は、高速走行の頻度が高い輸出用自動車や、エンジンの回転数変動を高いマニアル車に多いといわれている。
【００１２】
このように、自動車用発電機から発生する音が不快であるか、不快でないかの判断は、前記従来技術で音質評価するのが一般的であるが、この音質評価方法では、音質を個人の聴感で評価しているため、音質の物理量との対応が不明であり、車両用発電機の音質改善検討のための試行錯誤の実験、検討が必要である。また、個人差による評価のばらつきが大きいという問題もある。
【００１３】
本発明の目的は、設計回転数範囲に対して、音質的な異音が出難い車両用発電機の羽根枚数などの設定が容易となり、試作した車両用発電機の母音の変化などに対応した音質評価を容易に行える回転機の音質評価方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、容器の内壁に固定された固定子と、この固定子の内壁と対向する側に位置する回転子と、前記容器に回転支持され前記回転子を固定した鉄心と、複数枚の羽根からなり前記回転子の両端に固定されたファンとを備えた自動車用発電機において、前記ファンから発生する騒音を複数の帯域に分割し、分割された前記複数の周波数帯域毎の騒音レベルが最大となる最大レベル帯域を検出し、所定の回転数範囲内の複数の回転数における前記最大レベル帯域の中心周波数が、所定の下限値Ｆ１と上限値Ｆ２にあるようにするため、前記一対のファンのうち羽根枚数の少ないファンの羽根枚数Ｎ１と羽根枚数の多いファンの羽根枚数Ｎ２に対し、（Ｎ２×Ｆ１）／（Ｎ１×Ｆ２）の値を０．９以上かつ１．１以下とすることにより達成される。
【００１５】
また、容器の内壁に固定された固定子と、この固定子の内壁と対向する側に位置する回転子と、前記容器に回転支持され前記回転子を固定した鉄心と、複数枚の羽根からなり前記回転子の両端に固定されたファンとを備えた自動車用発電機において、
前記ファンから発生する騒音を複数の帯域に分割し、分割された前記複数の周波数帯域毎の騒音レベルが最大となる最大レベル帯域を検出し、所定の回転数範囲内の複数の回転数における前記最大レベル帯域の中心周波数のすべてが、所定の上限値Ｆ２（Ｈｚ）以下にあるようにするため、前記所定の回転数範囲の上限値Ｒ２（ｒ／ｍｉｎ）、前記一対のファンの羽根枚数の少ない方のファンの羽根枚数Ｎ１に対し、Ｎ１／Ｆ２×（Ｒ２／６０）の値を１以下としたことにより達成される。
【００１７】
また、前記騒音を複数の周波数帯域毎の騒音レベルに分割する分割手段を１／３オクターブバンドとし、前記最大レベル帯域の中心周波数の下限値Ｆ１が２ｋＨｚ以上、かつ上限値Ｆ２が３．１５ｋＨｚ以下であることにより達成される。
【００１８】
また、前記騒音を複数の周波数帯域毎の騒音レベルに分割する分割手段をクリティカルバンドとし、前記最大レベル帯域の中心周波数の下限値Ｆ１が１８５０Ｈｚ以上、かつ上限値Ｆ２が３４００Ｈｚ以下であることにより達成される。
【００１９】
また、前記最大レベル帯域に含まれる周波数の下限値は１６００Ｈｚ以上、かつ上限値は３８００Ｈｚ以下であることにより達成される。
【００２０】
また、前記最大レベル帯域の中心周波数下限値Ｆ１と、上限値Ｆ２の比Ｆ２／Ｆ１が１．５以上、かつ１．９以下であることにより達成される。
【００２１】
また、前記発生音は、前記車両用発電機の周辺に設置された複数のマイクロホンにより測定された騒音の平均値とすることにより達成される。
【００２２】
また、回転子を備えた回転機の音質評価方法において、前記回転機の音質評価の対象とする前記回転子の回転数の下限値Ｒ１から上限値Ｒ２までの複数の回転数における前記車両用発電機の発生音を検出し、前記発生音を複数の周波数帯域毎の騒音レベルに分割し、分割された前記複数の周波数帯域毎の騒音レベルが最大となる最大レベル帯域を検出し、前記複数の回転数における前記最大レベル帯域の中心周波数のすべてが、所定の周波数範囲Ｆ１からＦ２の範囲内となるか否かを判定することことにより達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を備えた車輌用発電機の構造を図を用いて説明する。図１は、本発明における冷却ファンを搭載した車両用発電機の断面図である。図２は、本発明を適用した車両用発電機の冷却ファンの斜視図である。
【００２４】
図１において、ロータ１は、それぞれ複数の爪が設けられた一対のコア２（回転子）を設けており、２ａが前コアであり、２ｂが後コアである。３は、界磁コイル４が巻き回されたボビン３である。５は、ボビン３の磁極鉄心となるヨークである。６は、回転軸であり、７は、スリップリング７である。これらの部品からロータ１が構成されている。
【００２５】
一対のコア２は、前後コア２ａ，２ｂの爪が噛み合うように相対し、ボビン３およびヨーク５を挟み込むように配置され、回転軸６がそれらの軸心位置に圧入されて固定されている。
【００２６】
一対のコア２の背面部には、前ファン１３および後ファン１４が取付けられている。この前後ファン１３、１４には、６つの丸穴３３（図２に示す）が設けられ、この穴３３を利用して前後コア２ａ，２ｂにスポット溶接されている。
【００２７】
回転軸6の一方の端部には、プーリ１２が取り付けられ、回転軸６のもう一方の端部にはスリップリング７が圧入されている。プーリ１２及びスリップリング７は、回転軸６と一体となって回転する。プーリ１２には、エンジンの回転を伝達させるためのベルト（図示せず）が架けられて回転する。
【００２８】
ステータ８（固定子）は、コア２の外周と僅かな隙間を持つように配設されている。ブラシホルダ９には、電圧制御器が実装されている。
【００２９】
１０は、前ブラケットであり、１１は、後ブラケットである。この前後ブラケット１０、１１は、回転軸６を軸支してロータ１を囲むように配置され、さらにステータ８を狭持している。この前後ブラケット１０、１１がステータ８、コア２、回転軸６を覆う容器となる。
【００３０】
図２は、ファンの斜視図である。
【００３１】
図２において、本実施例の車両用発電機に搭載される前ファン１３は、取り付け基盤３２と、この取り付け基盤３２と一体で成形されたファンブレード２１と、このファンブレード２１に取付けられたリング状ファンガイド３１から構成されている。この前ファン１３を樹脂のみで成形された場合は、コア6との結合部分が強度不足となるために、結合部分には金属製の取り付け基盤３２が埋め込まれる構造となっている。
【００３２】
一方、ファンブレード２１とリング状のファンガイド３１を一体で成形するために、取り付け基盤３２の半径は、リング状のファンガイド３１の内径より小さく設定されている。
【００３３】
尚、図２では、前ファン１３を代表して示したが、後ファン１４も同様の構造である。
【００３４】
図３は、前ファン１３の羽根を１０枚、後ファン１４の羽根を１７枚取付けた車両用発電機が、およそ１０、０００（ｒ／ｍｉｎ）で回転しているときの騒音レベルのスペクトルの一例を示したものである。
【００３５】
図３において、回転数Ｒ＝１０、０００／６０＝１６６（Ｈｚ）とその整数倍の次数成分が卓越した騒音であることがわかる。一般に、これらの卓越成分のなかでも、羽根枚数Ｎのファンが回転数Ｒで回転したときに発生するファンの積Ｎ×Ｒに対応した回転Ｎ次の次数成分（羽根通過周波数成分）が特に卓越することが知られている。
【００３６】
騒音低減のため、ファンを不等ピッチとして前記の羽根通過音成分をＮ次以外の次数にも分散しているが、図３のスペクトルでは９次から２０次にかけての周波数成分が卓越しており、前ファンと後ファンの羽根枚数に近い次数成分が卓越していることがわかる。
【００３７】
また騒音スペクトルでは、マイクロホンで捕らえた音圧波形より音圧スペクトルを求め、さらに周波数毎に日本工業規格ＪＩＳＣ１５０５などで規定されている人間の耳の周波数特性に対応したＡ特性での補正値を、ＪＩＳＣ１５１３で規定されている１／３オクターブバンド毎に加算した結果を表示している。
【００３８】
図４は、図３のスペクトルの１／３オクターブバンド毎の騒音レベルを表示したものである。
【００３９】
図４において、２．５ｋＨｚバンドのレベルが最大である。この最大レベル帯域が、騒音の中で最も支配的な成分である。したがって、この最大値を、図５に示したごとく、横軸を回転数、縦軸を最大レベル帯域の中心周波数にとれば、回転数に対応した支配的騒音の周波数変化のグラフ１００またはグラフ１０１を描くことができる。
【００４０】
この支配的騒音の周波数変化は、車両用発電機の音色あるいは音質の変化としてとらえられる。人間の感覚は、変化に対して敏感なため、例えば、グラフ１０１のように前記の周波数が一定の変化量を超えると、音質の変化が異常音として捕らえてしまう。
【００４１】
従って、周波数の許容範囲の下限周波数Ｆ１（Ｈｚ）と上限周波数Ｆ２（Ｈｚ）を設け、グラフ１００のように騒音の評価対象とする回転数範囲Ｒ１からＲ２までの範囲で最大レベル帯域の中心周波数の変化が一定量を超えないようにすればよい。これを、ファンの不等ピッチパターンの最適化により達成するためには、実験による試行錯誤が必要である。
【００４２】
設計段階で効率よく実施するためには、一対の冷却ファンの羽根通過周波数成分のうち少なくとも一つが周波数の許容範囲に入っている必要がある。また、車両用発電機では、できるだけ広い回転数範囲で異常音が出ないことがのぞましいため、異なる羽根枚数を持つ一対のファンのうち、少ない方の羽根枚数Ｎ１を持つファンによる騒音が、前記の周波数の許容範囲の下限値Ｆ１となる回転数において、多い方の羽根枚数Ｎ２を持つファンによる騒音が許容範囲の上限値Ｆ２となるようにして、一対の冷却ファンの羽根通過周波数成分のうち、一つだけが周波数変化の許容範囲に入る条件とすることが必要である。すなわち、（Ｎ２×Ｆ１）／（Ｎ１×Ｆ２）の値が約１であればよい。
【００４３】
また、ファン騒音のような定常的な騒音が異常音となるとき、例えば、「キーン」「ミャー」といった言葉で表現される。これらの表現では、母音がその周波数を帯域を示し、図８に示した英語リスニング科学的上達法（講談社刊、ブルーバックス）の１４８から１４９ページの日本語（図８（ａ））、または英語（図８（ｂ））の母音のフォルマント周波数と騒音の周波数が一致した場合に、騒音を対応する母音を使った言葉が使われることが多い。
【００４４】
一方、前述のごとく、騒音レベルは人間の聴感に合わせて音圧レベルに加えられる補正値は、２．５ｋＨｚで最も＋１．３ｄＢと極大となり、前後の周波数では単調に減少する。従って、ファンのように広帯域の騒音のスペクトルでは、図３にも見らみられるように、２ｋＨｚから３ｋＨｚ付近の帯域が支配的になる傾向がある。
【００４５】
２ｋＨｚから３ｋＨｚ付近の周波数範囲は、図８より、日本語の「イ」音、英語では「ｉ、Ｉ」音の母音の第２フォルマント周波数に対応している。
【００４６】
このため、前述の周波数の許容範囲の下限周波数Ｆ１（Ｈｚ）と上限周波数Ｆ２（Ｈｚ）は、母音の「イ」音や「ｉ、Ｉ」音の上限および下限周波数に対応させることにより、母音の変化による異常音を低減可能である。
【００４７】
図８より、母音の「イ」音、「ｉ、Ｉ」音の上限および下限周波数は、それぞれ約１６００Ｈｚから３８００Ｈｚであるため、これの範囲に含まれる１／３オクターブバンドの中心周波数である２０００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、３１５０Ｈｚのいずれかに最大レベル帯域があればよいことになる。
【００４８】
また、心理的な騒音評価で使用される国際規格ＩＳＯ５２３Ｂで規定されたラウドネスレベルの計算に使用される周波数帯域であるクリティカルバンド（ＣｒｉｔｉｃａｌＢａｎｄ、臨界帯域）を用いた場合には、上記の母音の「イ」音、「ｉ、Ｉ」音の上限および下限周波数は、それぞれ約１６００Ｈｚから３８００Ｈｚの範囲内にあるバンドは、１８５０、２１５０、２５００、２９００、３４００であるため、これらのいずれかに最大レベル帯域があればよいことになる。
【００４９】
図６には、解析結果の一例のグラフ１０２および１０３を示し、１０２には異常音がなく、１０３には異常音があることがわかる。
【００５０】
また、上記の１／３オクターブやクリティカルバンド以外の帯域でもその帯域に含まれる周波数の範囲が１６００Ｈｚから３８００Ｈｚに含まれていればよい。
【００５１】
また、回転数変化に対して、変化する周波数の範囲が２．５ｋＨｚを中心として変化しない場合は、上記の「イ」音以外の母音における周波数の上限と下限の比率と同等とするため、周波数の許容範囲の上限周波数Ｆ２と下限周波数Ｆ１の比Ｆ２／Ｆ１を、１．５から１．９の範囲とすればよい。
【００５２】
また、周波数の許容範囲の上限周波数Ｆ２と下限周波数Ｆ１の比Ｆ２／Ｆ１を、１．５から１．９の範囲とした場合、（Ｎ２×Ｆ１）／（Ｎ１×Ｆ２）の値を約１とするため、Ｎ２／Ｎ１を１．５から１．９の範囲とすればよい。
【００５３】
図７は、本発明による音質評価方法のアルゴリズムを示すフローチャート図である。
【００５４】
図７において、スッテプ２００で評価を開始後、ステップ２０１で車両用発電機の回転数設定を行い、ステップ２０２で騒音検出を行う。その後、スッテプ２０３で騒音の周波数分析を行い、複数（Ｎ個）の周波数帯域毎の騒音レベルＬ１、Ｌ２、．．．ＬＮを求める。ステップ２０４で、これらＮ個の騒音レベルの中から最大値Ｌｍの検出を行い、ステップ２０５で回転数毎の周波数最大周波数帯域の中心周波数ｆｍの検出を実施する。
【００５５】
次に、ステップ２０６で前記の中心周波数ｆｍが所定の周波数範囲Ｆ１からＦ２の範囲にあるかの判定を行い、範囲内になければ、ステップ２０８で異音ありの判定を行い解析を終了する。範囲内であれば、ステップ２０７で計測すべき回転数がすべて終了しているかの確認を行う。終了していなければ、再度ステップ２０１の回転数設定からの評価手順を繰り返す。
【００５６】
また、すべての回転数での解析が終了していれば、ステップ２０９で調べた回転数範囲で異音はなかったとする判定を行う。
【００５７】
この音質評価方法により、車両用発電機の異音の有無の判定ができる。
【００５８】
尚、本発明で示した実施例は、自動車用発電機と同様の異音が発生する回転機であれば、回転数変化に伴う音質評価にも適用可能である。
【００５９】
次に、本発明の他の実施例を説明する。上記の前記第一の実施例における騒音の評価対象とする回転数範囲で、一対の冷却ファンの羽根通過周波数成分のうち、少なくとも一つが周波数変化の許容範囲に入れるため、回転数の上限Ｒ２（ｒ／ｍｉｎ）において、羽根枚数少ない方のファンの羽根通過周波数成分が周波数Ｎ１／Ｆ２×（Ｒ２／６０）の値を１以下にし、回転数の下限Ｒ１（ｒ／ｍｉｎ）においてＮ２／Ｆ１×（Ｒ１／６０）の値を１以上にすればよい。ファンの騒音エネルギは、一般に速度の6乗に比例して増加し、高回転数で特に問題となるため、前記の回転数の上限Ｒ２での制約を設ける必要がある。
【００６０】
また、これまでに述べた車両用発電機以外の回転機も含め、本発明による音質評価は可能で、図７に示したアルゴリズムにより、回転数設定２０１を行った後、騒音検出２０２を行い、周波数帯域分割２０３を行い、Ｌ１からＬＮまでの分割された帯域レベルの最大値Ｌｍを求め、Ｌｍの値をもつ最大レベルを持つ帯域の中心周波数を求め、これが所定の回転数範囲で所定の周波数範囲に有るかどうかを確認することにより、音質評価ができる。
【００６１】
また、騒音の検出においては、単一または複数のマイクロホンを用い、複数のマイクロホンを用いた場合には、それぞれマイクロホンにより検出された騒音レベルの平均により、音質評価を行うことが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、設計回転数範囲に対して、音質的な異音が出難い車両用発電機の羽根枚数などの設定が容易となり、試作した車両用発電機の母音の変化などに対応した音質評価を容易に行える
回転機の音質評価方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す車両用発電機の断面図。
【図２】本発明の一実施例を示す車両用発電機の冷却ファンの斜視図。
【図３】車両用発電機の騒音スペクトルの一例。
【図４】車両用発電機の周波数帯域分析結果の一例。
【図５】本発明による１／３オクターブバンドによる音質評価例。
【図６】本発明によるクリティカルバンドによる音質評価例。
【図７】本発明による音質評価方法のアルゴリズムを示すフローチャート図。
【図８】母音のフォルマントの周波数特性の例。
【符号の説明】
１…ロータ、２…コア、３…ボビン、４…コイル、５…ヨーク、６…回転軸、７…スリップリング、８…ステータコア、９…ブラシホルダ、１０…前ブラケット、１１…後ブラケット、１２…プーリ、１３…前ファン、１４…後ファン、２１…ファンブレード、３１…リング状ファンガイド、３２…取り付け基盤、３３…丸穴。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in sound quality of a vehicular generator and a sound quality evaluation method for a rotating machine such as a vehicular generator.
[0002]
[Prior art]
In a conventional vehicle generator (alternator), a stator on which an armature coil is mounted, and a front bracket and a rear bracket are provided on both sides of the stator. The front bracket and the rear bracket support a cylindrical rotor which is rotatably supported and has a magnetic pole core holding an exciting coil. A plurality of blades arranged in the radial direction are provided on both axial sides of the magnetic pole core of the rotor (before and after the rotor). This blade | wing becomes a pair of cooling fan.
[0003]
This vehicular generator is rotated via a pulley using the rotation of the engine as a power source, and rotates at a high speed of 10,000 (r / min) or more when the vehicle is traveling at a high speed.
[0004]
For this reason, there is a problem that noise having a frequency that is an integral multiple of the rotational speed N (Hz) is propagated from the cooling fan or the like into the interior of the automobile. With rapid changes, changes in the sound generated from the cooling fan may be perceived as audible noise.
[0005]
Conventionally, the noise when rotating the rotor with the bracket of the vehicular generator fixed to the rotation test device and the noise when actually mounted on the vehicle and changing the rotation speed are evaluated by hearing. It was.
[0006]
As this conventional technique, for example, there is JP-A-6-335204.
[0007]
In this prior art, through various experiments and studies, a combination of the number of blades of the cooling fan that provides the best sound quality has been empirically selected.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Various sounds are generated from a low frequency to a high frequency in a plurality of sounds emitted from a running car. Needless to say, this sound enters the car and makes the driving driver anomalous and uncomfortable.
[0009]
Of course, the loudest sound generated from automobiles is the engine, but the sound of the engine is said to have a low frequency and is relatively uncomfortable for the driver.
[0010]
On the other hand, since the generator for automobiles rotates the engine at high speed via a pulley, the number of rotations is about 2.5 times that of the engine. Therefore, since a high frequency noise is generated from the fan attached to the rotor of the generator for automobiles, and the driver feels uncomfortable, there is a need to eliminate this discomfort.
[0011]
In particular, it is said that this demand is often applied to export cars that frequently travel at high speeds and manual cars that have high engine speed fluctuations.
[0012]
As described above, it is common to judge whether the sound generated from the automobile generator is uncomfortable or not uncomfortable, the sound quality is evaluated by the conventional technology. Since the evaluation is based on audibility, the correspondence with the physical quantity of sound quality is unclear, and trial and error experiments and examinations are required to study the sound quality improvement of the vehicular generator. There is also a problem that the variation in evaluation due to individual differences is large.
[0013]
The object of the present invention is to make it easy to set the number of blades of a vehicular generator, which makes it difficult to produce sound quality abnormal noise, within the designed rotation speed range, and to cope with changes in the vowels of a prototype vehicular generator. It is an object to provide a sound quality evaluation method for a rotating machine that can easily perform sound quality evaluation.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The object is to provide a stator fixed to the inner wall of the container, a rotor positioned on the side facing the inner wall of the stator, an iron core that is supported by the container and fixed to the rotor, and a plurality of blades And a fan fixed to both ends of the rotor, the noise generated from the fan is divided into a plurality of bands, and the noise level for each of the divided frequency bands is a maximum. The pair of fans is detected so that the center frequency of the maximum level band at a plurality of rotation speeds within a predetermined rotation speed range is at a predetermined lower limit value F1 and an upper limit value F2. Among them, the value of (N2 × F1) / (N1 × F2) should be 0.9 or more and 1.1 or less for the number of blades N1 of a fan with a small number of blades and the number of blades N2 of a fan with a large number of blades. Achieved by The
[0015]
A stator fixed to the inner wall of the container; a rotor located on a side opposite to the inner wall of the stator; an iron core that is supported by the container and fixed to the rotor; and a plurality of blades. In an automotive generator comprising fans fixed to both ends of the rotor,
Dividing the noise generated from the fan into a plurality of bands, detecting a maximum level band where the noise level for each of the divided frequency bands is maximum, and at a plurality of rotation speeds within a predetermined rotation speed range In order to ensure that all the center frequencies of the maximum level band are below a predetermined upper limit value F2 (Hz), the upper limit value R2 (r / min) of the predetermined rotation speed range, the number of blades of the pair of fans This is achieved by setting the value of N1 / F2 × (R2 / 60) to 1 or less for the smaller number of blades N1 of the fan.
[0017]
Further, the dividing means for dividing the noise into noise levels for a plurality of frequency bands is a 1/3 octave band, the lower limit value F1 of the center frequency of the maximum level band is 2 kHz or more, and the upper limit value F2 is 3.15 kHz or less. This is achieved.
[0018]
Further, the dividing means for dividing the noise into a noise level for each of a plurality of frequency bands is a critical band, and the lower limit value F1 of the center frequency of the maximum level band is 1850 Hz or more and the upper limit value F2 is 3400 Hz or less. Is done.
[0019]
The lower limit value of the frequency included in the maximum level band is 1600 Hz or more and the upper limit value is 3800 Hz or less.
[0020]
Further, this is achieved when the ratio F2 / F1 between the center frequency lower limit value F1 and the upper limit value F2 of the maximum level band is 1.5 or more and 1.9 or less.
[0021]
The generated sound is achieved by taking an average value of noise measured by a plurality of microphones installed around the vehicle generator.
[0022]
Further, in the sound quality evaluation method for a rotating machine equipped with a rotor, the power generation for the vehicle at a plurality of rotation speeds from a lower limit value R1 to an upper limit value R2 of the rotation speed of the rotor that is a target of sound quality evaluation of the rotating machine. Detecting a sound generated by the machine, dividing the generated sound into noise levels for each of a plurality of frequency bands, detecting a maximum level band where a noise level for each of the divided frequency bands is maximized, and This is achieved by determining whether or not all of the center frequencies of the maximum level band in the rotational speed are within a predetermined frequency range F1 to F2.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the structure of the vehicle generator provided with the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a vehicular generator equipped with a cooling fan according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a cooling fan of a vehicular generator to which the present invention is applied.
[0024]
In FIG. 1, the rotor 1 is provided with a pair of cores 2 (rotors) each having a plurality of claws, 2a being a front core and 2b being a rear core. 3 is a bobbin 3 around which the field coil 4 is wound. Reference numeral 5 denotes a yoke that serves as a magnetic core of the bobbin 3. Reference numeral 6 denotes a rotating shaft, and reference numeral 7 denotes a slip ring 7. The rotor 1 is comprised from these components.
[0025]
The pair of cores 2 are arranged so that the claws of the front and rear cores 2a and 2b are engaged with each other, and are disposed so as to sandwich the bobbin 3 and the yoke 5, and the rotary shaft 6 is press-fitted and fixed to the axial positions thereof.
[0026]
A front fan 13 and a rear fan 14 are attached to the back surfaces of the pair of cores 2. The front and rear fans 13 and 14 are provided with six round holes 33 (shown in FIG. 2), and are spot welded to the front and rear cores 2a and 2b using the holes 33.
[0027]
A pulley 12 is attached to one end of the rotating shaft 6, and a slip ring 7 is press-fitted to the other end of the rotating shaft 6. The pulley 12 and the slip ring 7 rotate integrally with the rotating shaft 6. The pulley 12 rotates with a belt (not shown) for transmitting the rotation of the engine.
[0028]
The stator 8 (stator) is disposed so as to have a slight gap from the outer periphery of the core 2. A voltage controller is mounted on the brush holder 9.
[0029]
10 is a front bracket and 11 is a rear bracket. The front and rear brackets 10 and 11 are disposed so as to surround the rotor 1 while supporting the rotating shaft 6, and further sandwich the stator 8. The front and rear brackets 10 and 11 serve as containers that cover the stator 8, the core 2, and the rotating shaft 6.
[0030]
FIG. 2 is a perspective view of the fan.
[0031]
In FIG. 2, the front fan 13 mounted on the vehicle generator of this embodiment includes a mounting base 32, a fan blade 21 formed integrally with the mounting base 32, and a ring attached to the fan blade 21. The fan guide 31 is comprised. When the front fan 13 is formed of only resin, the joint portion with the core 6 is insufficient in strength, so that a metal mounting base 32 is embedded in the joint portion.
[0032]
On the other hand, in order to integrally mold the fan blade 21 and the ring-shaped fan guide 31, the radius of the mounting base 32 is set to be smaller than the inner diameter of the ring-shaped fan guide 31.
[0033]
In FIG. 2, the front fan 13 is shown as a representative, but the rear fan 14 has the same structure.
[0034]
FIG. 3 shows the noise level spectrum when a vehicular generator with 10 front fan 13 blades and 17 rear fan 14 blades rotating at approximately 10,000 (r / min). An example is shown.
[0035]
In FIG. 3, it can be seen that the rotational speed R = 10,000 / 60 = 166 (Hz) and the order component of an integral multiple thereof are excellent noises. In general, among these dominant components, the rotation N-th order component (blade passing frequency component) corresponding to the product N × R of the fan generated when the fan with N blades rotates at the rotation speed R is particularly superior. It is known to do.
[0036]
In order to reduce noise, the fan passing sound components are distributed to orders other than the Nth order with unequal pitches. However, in the spectrum of FIG. 3, the frequency components from the 9th to the 20th order are outstanding. It can be seen that the order components close to the number of blades of the front fan and the rear fan are outstanding.
[0037]
In the noise spectrum, the sound pressure spectrum is obtained from the sound pressure waveform captured by the microphone, and the correction value for the A characteristic corresponding to the frequency characteristic of the human ear specified in the Japanese Industrial Standard JIS C1505 for each frequency is obtained. , The result of addition for each 1/3 octave band defined in JIS C1513 is displayed.
[0038]
FIG. 4 shows the noise level for each 1/3 octave band of the spectrum of FIG.
[0039]
In FIG. 4, the level of the 2.5 kHz band is the maximum. This maximum level band is the most dominant component of noise. Therefore, as shown in FIG. 5, if the horizontal axis represents the rotational speed and the vertical axis represents the center frequency of the maximum level band, the graph 100 or the graph 101 of the frequency change of the dominant noise corresponding to the rotational speed. Can be drawn.
[0040]
The frequency change of the dominant noise is regarded as a change in the tone color or tone quality of the vehicular generator. Since human senses are sensitive to changes, for example, when the frequency exceeds a certain amount of change as shown in graph 101, a change in sound quality is captured as an abnormal sound.
[0041]
Accordingly, the lower limit frequency F1 (Hz) and the upper limit frequency F2 (Hz) of the allowable frequency range are provided, and the center frequency of the maximum level band in the range from the rotation speed range R1 to R2 as the noise evaluation target as shown in the graph 100. It is sufficient to prevent the change in the amount from exceeding a certain amount. In order to achieve this by optimizing the unequal pitch pattern of the fan, trial and error by experiment is necessary.
[0042]
In order to efficiently carry out at the design stage, at least one of the blade passing frequency components of the pair of cooling fans needs to be within an allowable frequency range. In addition, since it is desirable that the vehicle generator does not generate abnormal noise in the widest possible rotational speed range, the noise caused by the fan having the smaller number of blades N1 out of the pair of fans having different number of blades is Of the blade passing frequency components of the pair of cooling fans, the noise caused by the fan having the larger number of blades N2 at the rotation speed that is the lower limit value F1 of the allowable frequency range is the upper limit value F2 of the allowable range. Only one condition needs to be within the allowable range of frequency change. That is, the value of (N2 × F1) / (N1 × F2) may be about 1.
[0043]
Further, when stationary noise such as fan noise becomes abnormal sound, it is expressed by words such as “Kean” and “Mya”, for example. In these expressions, the vowel indicates the frequency band, and the English listening scientific improvement method (Kodansha, Bluebacks) shown in FIG. 8 in Japanese (FIG. 8 (a)), or English When the formant frequency of the vowel in FIG. 8B and the frequency of the noise coincide, a word using a vowel corresponding to the noise is often used.
[0044]
On the other hand, as described above, the correction value that is added to the sound pressure level in accordance with the human sense of hearing becomes maximum at +1.3 dB at 2.5 kHz, and decreases monotonously at the front and rear frequencies. Therefore, in a broadband noise spectrum such as that of a fan, as seen in FIG. 3, the band around 2 kHz to 3 kHz tends to be dominant.
[0045]
The frequency range near 2 kHz to 3 kHz corresponds to the second formant frequency of the vowel of the Japanese “I” sound and the English “i, I” sound from FIG. 8.
[0046]
For this reason, the lower limit frequency F1 (Hz) and the upper limit frequency F2 (Hz) of the allowable range of the frequency described above correspond to the upper limit and lower limit frequencies of the “i” sound of the vowel and the “i, I” sound, thereby making the vowel It is possible to reduce abnormal sounds due to changes in the level.
[0047]
From FIG. 8, the upper and lower frequencies of the vowel “I” sound and “i, I” sound are about 1600 Hz to 3800 Hz, respectively, and therefore 2000 Hz which is the center frequency of the 1/3 octave band included in this range. It is only necessary to have a maximum level band at either 2500 Hz or 3150 Hz.
[0048]
When a critical band (critical band), which is a frequency band used for calculation of the loudness level defined in the international standard ISO523B used in psychological noise evaluation, is used, The upper limit and lower limit frequencies of the “I” sound and “i, I” sound are 1850, 2150, 2500, 2900, and 3400 for the bands in the range of about 1600 Hz to 3800 Hz, respectively. A level band is sufficient.
[0049]
FIG. 6 shows graphs 102 and 103 as an example of the analysis result. It can be seen that 102 has no abnormal sound and 103 has abnormal sound.
[0050]
Further, even in a band other than the above-mentioned 1/3 octave or critical band, the frequency range included in the band may be included in the range of 1600 Hz to 3800 Hz.
[0051]
In addition, when the range of the changing frequency does not change around 2.5 kHz with respect to the change in the rotation speed, it is equivalent to the ratio between the upper limit and the lower limit of the frequency in the vowels other than the above “I” sound. The ratio F2 / F1 of the upper limit frequency F2 and the lower limit frequency F1 of the allowable range may be in the range of 1.5 to 1.9.
[0052]
Further, when the ratio F2 / F1 between the upper limit frequency F2 and the lower limit frequency F1 of the allowable frequency range is in the range of 1.5 to 1.9, the value of (N2 × F1) / (N1 × F2) is about 1 Therefore, N2 / N1 may be set in the range of 1.5 to 1.9.
[0053]
FIG. 7 is a flowchart showing the algorithm of the sound quality evaluation method according to the present invention.
[0054]
In FIG. 7, after starting the evaluation at step 200, the rotational speed of the vehicle generator is set at step 201, and noise detection is performed at step 202. Thereafter, the frequency analysis of the noise is performed at step 203, and the noise levels L1, L2,. . . Find LN. In step 204, the maximum value Lm is detected from these N noise levels, and in step 205, the center frequency fm of the frequency maximum frequency band for each rotation speed is detected.
[0055]
Next, in step 206, it is determined whether the center frequency fm is within a predetermined frequency range F1 to F2, and if not, it is determined in step 208 that there is abnormal noise and the analysis is terminated. If it is within the range, it is checked in step 207 whether all the rotation speeds to be measured have been completed. If not completed, the evaluation procedure from the setting of the rotational speed in step 201 is repeated again.
[0056]
If the analysis is completed for all the rotation speeds, it is determined that there is no noise in the rotation speed range examined in step 209.
[0057]
With this sound quality evaluation method, it is possible to determine the presence or absence of abnormal noise in the vehicular generator.
[0058]
In addition, the Example shown by this invention is applicable also to the sound quality evaluation accompanying a rotation speed change, if it is a rotary machine which generate | occur | produces the noise similar to the generator for motor vehicles.
[0059]
Next, another embodiment of the present invention will be described. Since at least one of the blade passing frequency components of the pair of cooling fans falls within the allowable frequency change range in the rotational speed range to be evaluated for noise in the first embodiment, the rotational speed upper limit R2 ( r / min), the blade passing frequency component of the fan with the smaller number of blades sets the frequency N1 / F2 × (R2 / 60) to 1 or less, and N2 / F1 × at the lower limit R1 (r / min) of the rotational speed. The value of (R1 / 60) may be 1 or more. The noise energy of the fan generally increases in proportion to the sixth power of the speed, and particularly becomes a problem at a high rotational speed. Therefore, it is necessary to provide a restriction on the upper limit R2 of the rotational speed.
[0060]
Moreover, the sound quality evaluation according to the present invention is possible including the rotating machine other than the vehicle generator described so far, and after performing the rotation speed setting 201 by the algorithm shown in FIG. 7, the noise detection 202 is performed, The frequency band division 203 is performed, the maximum value Lm of the divided band levels from L1 to LN is obtained, the center frequency of the band having the maximum level having the value of Lm is obtained, and this is the predetermined frequency within the predetermined rotational speed range. The sound quality can be evaluated by checking whether it is within the range.
[0061]
Further, in the detection of noise, a single or a plurality of microphones are used, and when a plurality of microphones are used, it is possible to perform sound quality evaluation based on an average of noise levels detected by the respective microphones.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is easy to set the number of blades of a generator for a vehicle that is difficult to produce sound quality abnormal noise with respect to the design rotation speed range, and it corresponds to a change in a vowel of a prototype generator for a vehicle. It is possible to provide a sound quality evaluation method for a rotating machine that can easily perform sound quality evaluation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a vehicular generator showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a cooling fan of a vehicular generator showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows an example of a noise spectrum of a vehicular generator.
FIG. 4 shows an example of a frequency band analysis result of a vehicular generator.
FIG. 5 shows an example of sound quality evaluation by 1/3 octave band according to the present invention.
FIG. 6 shows an example of sound quality evaluation using a critical band according to the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing an algorithm of a sound quality evaluation method according to the present invention.
FIG. 8 shows an example of frequency characteristics of a vowel formant.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor, 2 ... Core, 3 ... Bobbin, 4 ... Coil, 5 ... Yoke, 6 ... Rotating shaft, 7 ... Slip ring, 8 ... Stator core, 9 ... Brush holder, 10 ... Front bracket, 11 ... Rear bracket, 12 ... Pulley, 13 ... Front fan, 14 ... Rear fan, 21 ... Fan blade, 31 ... Ring fan guide, 32 ... Mounting base, 33 ... Round hole.

Claims

容器の内壁に固定された固定子と、この固定子の内壁と対向する側に位置する回転子と、前記容器に回転支持され前記回転子を固定した鉄心と、複数枚の羽根からなり前記回転子の両端に固定されたファンとを備えた自動車用発電機において、
前記ファンから発生する騒音を複数の帯域に分割し、分割された前記複数の周波数帯域毎の騒音レベルが最大となる最大レベル帯域を検出し、所定の回転数範囲内の複数の回転数における前記最大レベル帯域の中心周波数が、所定の下限値Ｆ１と上限値Ｆ２にあるようにするため、前記一対のファンのうち羽根枚数の少ないファンの羽根枚数Ｎ１と羽根枚数の多いファンの羽根枚数Ｎ２に対し、（Ｎ２×Ｆ１）／（Ｎ１×Ｆ２）の値を０．９以上かつ１．１以下とすることを特徴とする自動車用発電機。A stator that is fixed to the inner wall of the container, a rotor that is positioned on the side facing the inner wall of the stator, an iron core that is rotatably supported by the container and that fixes the rotor, and a plurality of blades that rotate the rotation. In an automobile generator with fans fixed at both ends of the child,
Dividing the noise generated from the fan into a plurality of bands, detecting a maximum level band where the noise level for each of the divided frequency bands is maximum, and at a plurality of rotation speeds within a predetermined rotation speed range In order for the center frequency of the maximum level band to be at a predetermined lower limit value F1 and upper limit value F2, the number of blades N1 of the fan with the smaller number of blades and the number of blades N2 of the fan with the larger number of blades of the pair of fans. On the other hand, the value of (N2 * F1) / (N1 * F2) is 0.9 or more and 1.1 or less, The generator for motor vehicles characterized by the above-mentioned.

容器の内壁に固定された固定子と、この固定子の内壁と対向する側に位置する回転子と、前記容器に回転支持され前記回転子を固定した鉄心と、複数枚の羽根からなり前記回転子の両端に固定されたファンとを備えた自動車用発電機において、
前記ファンから発生する騒音を複数の帯域に分割し、分割された前記複数の周波数帯域毎の騒音レベルが最大となる最大レベル帯域を検出し、所定の回転数範囲内の複数の回転数における前記最大レベル帯域の中心周波数のすべてが、所定の上限値Ｆ２（Ｈｚ）以下にあるようにするため、前記所定の回転数範囲の上限値Ｒ２（ｒ／ｍｉｎ）、前記一対のファンの羽根枚数の少ない方のファンの羽根枚数Ｎ１に対し、Ｎ１／Ｆ２×（Ｒ２／６０）の値を１以下としたことを特徴とする自動車用発電機。A stator that is fixed to the inner wall of the container, a rotor that is positioned on the side facing the inner wall of the stator, an iron core that is rotatably supported by the container and that fixes the rotor, and a plurality of blades that rotate the rotation. In an automobile generator with fans fixed at both ends of the child,
Dividing the noise generated from the fan into a plurality of bands, detecting a maximum level band where the noise level for each of the divided frequency bands is maximum, and at a plurality of rotation speeds within a predetermined rotation speed range In order to ensure that all the center frequencies of the maximum level band are below a predetermined upper limit value F2 (Hz), the upper limit value R2 (r / min) of the predetermined rotation speed range, the number of blades of the pair of fans An automotive generator characterized in that the value of N1 / F2 × (R2 / 60) is set to 1 or less with respect to the number of blades N1 of the smaller fan.

前記騒音を複数の周波数帯域毎の騒音レベルに分割する分割手段を１／３オクターブバンドとし、前記最大レベル帯域の中心周波数の下限値Ｆ１が２ｋＨｚ以上、かつ上限値Ｆ２が３．１５ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１ないし２記載の車両用発電機。 The dividing means for dividing the noise into noise levels for a plurality of frequency bands is a 1/3 octave band, the lower limit value F1 of the center frequency of the maximum level band is 2 kHz or more, and the upper limit value F2 is 3.15 kHz or less. The generator for vehicles according to claim 1 or 2 characterized by things.

前記騒音を複数の周波数帯域毎の騒音レベルに分割する分割手段をクリティカルバンドとし、前記最大レベル帯域の中心周波数の下限値Ｆ１が１８５０Ｈｚ以上、かつ上限値Ｆ２が３４００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１ないし２記載の車両用発電機。 The dividing means for dividing the noise into noise levels for a plurality of frequency bands is a critical band, and the lower limit value F1 of the center frequency of the maximum level band is 1850 Hz or more and the upper limit value F2 is 3400 Hz or less. The generator for vehicles according to claim 1 or 2.

前記最大レベル帯域に含まれる周波数の下限値は１６００Ｈｚ以上、かつ上限値は３８００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１ないし２記載の車両用発電機。 3. The vehicle generator according to claim 1, wherein a lower limit value of a frequency included in the maximum level band is 1600 Hz or more and an upper limit value is 3800 Hz or less.

前記最大レベル帯域の中心周波数下限値Ｆ１と、上限値Ｆ２の比Ｆ２／Ｆ１が１．５以上、かつ１．９以下であることを特徴とする請求項１ないし２記載の車両用発電機。 3. The vehicular generator according to claim 1, wherein a ratio F2 / F1 between the center frequency lower limit value F1 and the upper limit value F2 of the maximum level band is 1.5 or more and 1.9 or less.

前記発生音は、前記車両用発電機の周辺に設置された複数のマイクロホンにより測定された騒音の平均値とすることを特徴とする請求項１ないし２記載の車両用発電機。 3. The vehicle generator according to claim 1, wherein the generated sound is an average value of noises measured by a plurality of microphones installed around the vehicle generator.

回転子を備えた回転機の音質評価方法において、前記回転機の音質評価の対象とする前記回転子の回転数の下限値Ｒ１から上限値Ｒ２までの複数の回転数における前記車両用発電機の発生音を検出し、前記発生音を複数の周波数帯域毎の騒音レベルに分割し、分割された前記複数の周波数帯域毎の騒音レベルが最大となる最大レベル帯域を検出し、前記複数の回転数における前記最大レベル帯域の中心周波数のすべてが、所定の周波数範囲Ｆ１からＦ２の範囲内となるか否かを判定することを特徴とする回転機の音質評価方法。 In the sound quality evaluation method for a rotating machine including a rotor, the generator of the vehicle at a plurality of rotation speeds from a lower limit value R1 to an upper limit value R2 of the rotation speed of the rotor as a target of sound quality evaluation of the rotating machine. Detecting the generated sound, dividing the generated sound into noise levels for each of a plurality of frequency bands, detecting a maximum level band where the noise level for each of the divided frequency bands is maximum, and detecting the plurality of rotation speeds And determining whether or not all the center frequencies of the maximum level band are within a predetermined frequency range F1 to F2.