JPH08272379A - 空気移動装置のノイズのアクティブ制御のための装置と方法 - Google Patents

空気移動装置のノイズのアクティブ制御のための装置と方法

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JPH08272379A
JPH08272379A JP7311471A JP31147195A JPH08272379A JP H08272379 A JPH08272379 A JP H08272379A JP 7311471 A JP7311471 A JP 7311471A JP 31147195 A JP31147195 A JP 31147195A JP H08272379 A JPH08272379 A JP H08272379A
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actuator
piezoelectric element
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rotating machine
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Robert A Kubli
エー．クブリ ロバート
Daniel A Quinlan
エー．クインラン ダニエル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気移動装置ノイズのアクティブコントロー
ルのための装置と方法を提供すること。 【解決手段】 空気移動装置のような回転機械から放出
される広い帯域のノイズ及び／あるいは単一周波数のト
ーンのアクティブキャンセルでは、そこで関連する機械
的信号と音響信号が検出され、キャンセル振動がトラン
スデューサーにより回転機械に直接供給させられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転機械における
トーンと広い帯域のノイズのアクティブコントロールと
減少に関し、特に、空気移動装置における音とノイズの
減少に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転装置は、人間にとって耳障りな、あ
るいは他の装置に振動を引き起こすような音を出す。こ
のノイズは、広い周波数スペクトルに渡って認められ、
周波数スペクトルの低い方の端部、即ち１０００Ｈｚ以
下から影響がある。広い周波数帯域の音には、乱流によ
る一般的なノイズレベルと機械部品の動きの周波数に対
応する高振幅のディスクリートなトーンが存在する。そ
のトーンは、機械部品の僅かなアンバランスのため、静
止した物体を通り通り過ぎる空気移動装置のブレードに
より、あるいは、機械の各要素内の信号の自然モードの
励起により生じる。
【０００３】機械ノイズの受動的コントロールは、耳障
りな音響エネルギーを吸収する材料が配置されたケース
を使用することである。しかしながら、ある機械では、
機械それ自身の対流冷却のためのアクセス、あるいは空
気移動装置、コンプレッサー、あるいはタービンの場合
のように、機械の出力のための開口部を必要とする。従
って、回転機械から放出される耳障りな音を検出し、検
出された音とは位相が外れている付加的な音を発生し、
それによりそれを低下させ、あるいはキャンセルすると
いうアクティブコントロール方法が考案されている。ア
クティブコントロール方法は、一般に、構造に依存する
振動、あるいは空気に依存する音響ノイズ、あるいはそ
の両方を検出し、これらの信号を演算して、耳障りなノ
イズの源とは別の付加的な音を発生する。フロー誘起ノ
イズの場合には、放射されるノイズは、そのフローによ
り引き起こされる輸送変動に関連づけられる。これらの
輸送変動は、検出され、コントロールアルゴリズムへの
入力として使用される。
【０００４】一例が米国特許番号５、１１７、６４２
（ｋ．ナカニシ等）に述べられ、それでは、その最長の
横方向の大きさが耳障りなノイズの空気中の波長に比べ
て小さい開口部と、有限のインパルス応答フィルターを
含むコントロール回路につながる振動センサーと、音響
エネルギーを空気中に放出する開口部の近くに取り付け
られた音発生器とを具備するチャンバー内のコンプレッ
サーを示している。ここで意図されるものは、チャンバ
ーから放射される前に耳障りな音をキャンセルすること
である。同じ発明者が、更に、米国特許番号５、１２
７、２３５において、コンプレッサーへの接戦方向に振
動を導くことを開示している。
【０００５】米国特許番号５、０１０、５７６（Ｐ．
Ｄ．ヒル）は、多数のブレードを有する空気移動装置上
でのアンバラスを検出する加速度計と、空気移動装置に
面してそのハブと同軸に取り付けられたスピーカーと、
空気移動装置とスピーカーの両方からの音を検出するマ
イクロフォンの使用と、マイクロフォンに達する音の時
間微分を収容する最小二乗平均適応フィルターの使用と
を示唆する。耳障りな音のキャンセルは、近くの拡声器
により発生される位相が異なる音響信号の発生によりな
される。
【０００６】米国特許番号４、８３７、８３４（Ｍ．
Ｃ．アリー）は、ダクト内のノイズの音響的な減衰を開
示し、それにより、１つのマイクロフォンがダクト内の
上流点でノイズを検出し、スピーカーがダクトの中間点
にキャンセル用音を導入し、他のエラー検出マイクロフ
ォンが下流位置における結果的な音響フィールドを検出
する。発明は、空気中の音をキャンセルする拡声器を駆
動するために、信号のフィルタリング、処理、モデル化
に導かれる。米国特許番号４、８１７、４２２（Ｒ．
Ｍ．アレン）は、航空音響学の風洞実験装置を示し、そ
れでは、１以上の音響カップリング手段が予め決められ
た区間にフロー通過の上流に音を注入する。拡声器ドラ
イバーは、装置の長手軸に沿って音を送信する。
【０００７】電気的な分野では、空間の体積当たりの電
気的な構成要素の数の指数関数的な増加がある。この傾
向は各構成要素により発生される熱を除く必要性を強調
する。構成要素のパッケージに強制空冷を提供する空気
移動装置は、また、サイズが減少されることが要求さ
れ、あるいは他にパッケージの体積のアクティブ構成要
素の体積に対する割合が受け入れがたいほど大きくな
る。少ない空間が、また、受動音フィルターと吸収体を
使用可能とする。同様に、高速で走る小型の冷却空気移
動装置が高いトーンで広い帯域のノイズレベルを提供す
る。従って、回転機械、特に電気機器を冷却するための
空気移動装置で音と広い帯域のノイズの両方を検出し、
キャンセルするためのアクティブコントロールへの高い
必要性がある。
【０００８】
【発明の概要】本発明は、軸流ファン、遠心ブロアー、
混流ファン、コンプレッサー、プロぺら、あるいは駆動
タービンのブレードのような空気移動装置から放出され
るディスクリートな周波数のトーンと広い帯域のノイズ
の両方をアクティブにコントロールし、それにより減少
させる装置と方法に関する。特に、本発明は、回転機器
それ自身によりキャンセル信号を生成することに関す
る。本発明の一実施例では、エラーセンサーは、回転機
械の動作の際の耳障りな音を検出する。これは、回転機
械から離れた機械的に結合されていないマイクロフォン
のような圧力検出装置であってもよい。コントロール回
路に導かれるエラー信号は、こうして生成される。動き
を検出するための装置は、同様にコントロール回路に導
かれる別の動き信号を発生する。後者は、モーターの動
作、あるいは羽根の動作の光学的な入力を受信する一般
的なタコメーターあるいは回路を具備する。
【０００９】コントロール回路は、エラー信号と動き信
号を当業者によく知られた方法で処理し、その方法に
は、フィルタリング、アナログ−デジタル変換（及びそ
の逆）、信号処理、比較あるいはアルゴリズムあるいは
プログラムの演算、増幅、遅延、あるいはいずれかの形
式のアナログコントロールがふくまれるが、これらに限
られるものではない。コントロール回路からの出力は、
スリップリングを介してアクチュエーターに導かれるア
クチュエーター信号である。アクチュエーターは、回転
機械に直接取り付けられ、一方の側で駆動シャフトに、
他方の側で回転機械に取り付けられ、それはその軸の回
りのトルクを受信するように駆動シャフトに習動可能に
接続されている。アクチュエーターは、回転機械をアク
チュエーター信号に従ってその軸に沿って動かしてその
機械から放出されるノイズをキャンセルしあるいは最小
にするように少なくとも１つの周波数の振動（あるいは
特定周波数スペクトルの振動）を回転機械に直接加え
る。アクチュエーターは、圧電トランスデューサー、電
磁トランスデューサー、あるいは静電装置であってもよ
い。従って、駆動される構成要素は、補正信号の音響放
射器となる。
【００１０】本発明の他の実施例では、コントロール回
路、エラーセンサー、振動センサー、及びアクチュエー
ターの全てが回転機械の、一般には、空気移動装置の一
部であってもよいハブの駆動される部分取り付けられて
いる。振動センサーは、機械等の音響振動、あるいは機
械的振動、あるいは両方を検出する。エラーセンサー
は、最小化されるべき信号を供給する。両方の信号は、
コントロール回路に導かれ、コントロール回路は、回転
機械に接続されたアクチュエーターを駆動して、少なく
とも１つのディスクリートな周波数あるいはスペクトル
状の周波数からなるノイズを最小にするように回転軸に
沿ってその機械を動かす。
【００１１】本発明の更に他の実施例では、加速度計、
あるいは圧電ストレインゲージのような力検出手段が回
転機械に直接取り付けられ、流体が動的に誘起する機械
的振動を直接受信する。この力信号は、前記のコントロ
ール回路に導かれる。コントロール回路は、力信号を当
業者にはよく知られた方法で処理する。その方法は、フ
ィルタリング、アナログ−デジタル変換（及びその
逆）、信号処理、比較あるいはアルゴリズムあるいはプ
ログラムの演算、増幅、遅延、あるいはいずれかの形式
のアナログコントロールがふくまれるが、これらに限ら
れるものではない。
【００１２】本発明の更に他の実施例では、コントロー
ル回路の出力は、回転機械の羽根ブレードに直接取り付
けられた圧電素子群に供給される。圧電素子は、少なく
とも１つの周波数を直接放射し、あるいはブレードに放
出させ、それにより、機械から放出されるトーンをキャ
ンセルする。必要ならば、そのような構成は、駆動され
る羽根の音響指向性を変えるように使用されてもよい。
本発明は、また、回転機械により発生される耳障りなト
ーンと広い帯域のノイズを制御する方法に関し、その方
法は、機械から放出されるエラートーンを検出し、動き
信号を発生し、前記信号の周波数成分をフィルタリング
し、フィルタリングされた信号をデジタル形式に変換
し、デジタル信号をアルゴリズムと比較し、対応するア
クチュエーター信号を発生し、アクチュエーター信号を
デジタル形式からアナログ形式に変換し、力が機転機械
に加えられ、そこに発生されるノイズをキャンセルする
ようにアクチュエーターを駆動することを含む。
【００１３】本発明の長所は、機械ノイズをキャンセル
するための機械とは別の、離れた音響スピーカーの回避
である。これは、ノイズ源とコントロール源との間の距
離がキャンセル性能を制限する低周波数では特に有効で
ある。他の長所は、機械的アクチュエーターの形式で、
あるいは発振圧電素子の形式で、トランスデューサーが
回転機械に直接取り付けられるという点にあり、それに
より従来技術と関連する性能と安定性の問題が解決され
る。これらの特徴と他の特徴、及び本発明の長所は、添
付図面を参照して好適な実施例の詳細な既述を考慮して
よりよく理解されよう。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１Ａを参照して、本発明の一実
施例による装置１００を示す。エラーセンサー１０は回
転機械から放出される耳障りなノイズを検出する。この
ノイズは、広い周波数スペクトルを有し、その中には、
高調波と共に突出したディスクリートな周波数トーンが
存在する。これらのトーンは、定常的でない輸送変動と
機械の動作の周期的な事象とから生じる。実際、ほとん
どの耳障りなディスクリートなトーンは１０００Ｈｚ以
下に生じる。エラーセンサー１０は、２０ＫＨｚ以下の
ノイズを電気的なエラー信号に変換する音響圧力検出装
置あるいは一般的なマイクロフォンでもよい。そのエラ
ー信号は、コントロール回路２０に供給される。エラー
センサー１０は、また、マイクロフォンの配列から構成
されてもよい。動きを検出する手段３０は、モーター３
２での周期的な事象を検出する。この手段は、モーター
の速度を検出するタコメーター、あるいはモーターの極
あるいは羽根と呼ばれる機械のいずれかの部分の通過を
検出する光学的な検出器を含んでいる。電気的動き信号
は、検出手段３０からコントロール回路２０に供給され
る。
【００１５】コントロール回路は、当業者にはよく知ら
れた方法で上記信号を処理し、それには周波数のフィル
タリング、振幅検出、アナログ−デジタル変換、信号処
理、アルゴリズムあるいはプログラムの使用、デジタル
−アナログ変換、増幅、遅延あるいは他の型式のアナロ
グコントロールの動作が含まれている。コントロール回
路の出力は、スリップリング６０に導かれるアクチュエ
ーター信号であり、アクチュエーター信号は信号線６２
によりモーターシャフト３４に沿ってハブ７０に導かれ
る。多数のブレード５０がハブ７０には取り付けられて
羽根を形成し、その羽根はスプラインによりモーターシ
ャフト３４に接続されている。ハブとブレードアッセン
ブリーはコントロール回路からのアクチュエーター信号
に従って中心線Ｃ−Ｃに沿って前後に駆動される。ブレ
ード５０は、軸流ファン、遠心ブロワー、混流ファン、
コンプレッサー、プロペラ、あるいはタービンのような
空気移動装置の構成要素である。
【００１６】図１Ｂを参照して、装置１０１を示す。そ
の図は、ハブ７０内の要素の部分断面を示す。信号線６
２はアクチュエーター信号をアクチュエーター４０に配
給し、そのアクチュエーターは、圧電材料による圧電変
換、電磁変換、あるいは静電変換を含めて当業者によく
知られた方法で電気信号を機械的な動作に変換する。ア
クチュエーターは、シャフト３４に取り付けられた駆動
ハブ３６と、駆動ハブ３６から突き出た歯３８により回
転するように駆動されるハブ７０との間に設けられ、そ
れらに取り付けられている。歯３８は、ハブ７０に加工
された１以上のスプライン４３と共同して動作し、モー
ター３２により軸Ｃ−Ｃの回りに回転するように駆動さ
れる。アクチュエーターは、コントロール回路を動作さ
せるノイズ減少アルゴリズムに従って軸Ｃ−Ｃに沿って
ハブを駆動してセンサー１０での音響圧力を減少させ
る。
【００１７】伸張されたシャフトが、アクチュエーター
をブレード５０に結合するために使用されてもよい。こ
の場合、従来のハブと比べてシャフトの断面エリアの減
少はある直径に対してスルーフローエリアの拡大とな
る。図２Ａを参照して、本発明の他の実施例による装置
２００を示す。モーター３２は、モーターシャフト３４
を駆動し、それはハブ７０に接続されていて、ハブは羽
根を形成するように１以上のブレード５０を支持してい
る。その羽根は、軸流ファン、遠心ファン、混流ファン
のような空気移動装置のそれであってもよい。エラーセ
ンサー１０は、音響圧力変動を電気信号に変換し、それ
はエラー信号線１１を介してハブに送信される。エラー
センサー１０は、回転ハブ７０あるいはそのハブへの延
長部４４に直接取り付けられてもよい。エラーセンサー
１０は、２０ＫＨｚ以下の音響圧力変動を検出する装置
であり、通常のマイクロフォンであってもよい。
【００１８】図２Ｂを参照して、この実施例の要素を具
備する装置２０１を示し、それらの要素はハブ内に取り
付けられている。エラー信号線１１は、コントロール回
路２０内に導かれている。振動センサー３１は、モータ
ーとブレードからでる音響振動、機械的振動、あるいは
それらの両方を検出する。振動センサーにより発生され
た電気的信号は、振動信号線３３を介してコントロール
回路に送信される。コントロール回路は、上記信号をよ
く知られて方法で処理し、それは、以下の動作を含む。
それは、周波数フィルタリング、振幅検出、アナログ−
デジタル変換、信号処理、アルゴリズムあるいはプログ
ラムの使用、デジタル−アナログ変換、増幅、遅延ある
いはいずれかの型式のアナログコントロールである。
【００１９】アクチュエーター４０は、モーターシャフ
ト３４と共に回転し、それにあるいは中間モーターハブ
３６に取り付けられている。アクチュエーターは、ま
た、ハブ７０あるいはその延長部４４に取り付けられ
る。アクチュエーター４０は、圧電装置、電磁装置、あ
るいは静電装置であってもよく、それはアクチュエータ
ー信号を機械的動きに変換し、それは、軸Ｃ−Ｃに沿っ
てハブそれ自身あるいはその延長部を動かすように導か
れる。ハブは、また、モーターシャフト３４に接続され
たスプラインにより軸Ｃ−Ｃの回りに駆動される。その
１つの可能な構成は歯３８とスプライン４３の共同作用
であり、アクチュエーターと延長部４４の間に散在させ
られているアクチュエーターハブ４２あるいは延長部４
４により定義される。固定ソースから習動可能に接続さ
れた駆動される部材にトルクを伝達する機構部の詳細は
よく知られている。また、ハブ内の要素に電力が、当業
者にはよく知られているスリップリング（図示せず）に
より、あるいは回転装置内のバッテリーを介して供給さ
れる。
【００２０】図２Ｃを参照して、他の実施例による装置
２０２が示され、それでは電磁アクチュエーターが回転
軸Ｃ−Ｃに沿ってハブ７１に動きを伝達している。先行
する図面と同じ機能を有する要素は同じ参照番号が付け
られている。支持部８１とコイル支持部８５は回転取り
付け部９２に取り付けられ、それはモーター（図示せ
ず）により軸Ｃ−Ｃの回りに駆動される。フレキシブル
なカップリング８２は、一端で支持部８１に、他端でハ
ブ７１に取り付けられており、それによりモーターから
ハブにトルクを伝達している。コイル８７は、コイル支
持部８５により支持され、コントロール回路（図示せ
ず）からコイル８７に流れるアクチュエーター信号は、
コイルの回りに磁界を作り出し、それはハブに取り付け
られたポールピース−磁石アッセンブリー７７と相互作
用をしてハブを軸Ｃ−Ｃに沿って動かす。動作原理は拡
声器のそれと同じである。回転コイルと固定ポールピー
ス磁石アッセンブリーを使用する同様な機械的構成は同
じ結果を達成する。カップリング８２を使用する同様な
機械的構成は静電アクチュエーターあるいは圧電アクチ
ュエーターを支持する。
【００２１】ノイズを制御する装置２００の動作は装置
１００と同じである。図３を参照して、装置３００が示
され、それは本発明の他の実施例に従って広い帯域のノ
イズを減少させる。装置３００の要素が装置１００と同
じ場合には、同じ参照番号が付けられている。
【００２２】装置３００で、１以上のブレード５０はア
クチュエーターシャフト３４２に取り付けられ、それ
は、モーターシャフト３４により回転させられる。シャ
フト３４２とモーターシャフト３４との間の接続は、ス
プラインであるかあるいはその均等物である。アクチュ
エーターシャフト３４２はまた、その主軸に沿う方向に
アクチュエーター３４０により駆動され、それはコント
ロール回路３２０からアクチュエーター信号を受信す
る。コントロール回路３２０への入力は、力３７０を検
出するための手段からの信号であり、それはアクチュエ
ーターシャフト３４２の振動を検出する。力検出手段３
７０は、圧電材料、静電センサー、あるいは電磁センサ
ーであり、あるいは加速度計であり、それはアクチュエ
ーターシャフト３４２に取り付けられている。それによ
り、機械的力信号は、スリップリング（図示せず）によ
りコントロール回路に供給される。力検出手段３７０
は、また、光学センサーでもよく、それはアクチュエー
ターシャフト３４２の近くに固定され、それにより、シ
ャフトの振動は検出され、機械的力信号は光学的にある
いは電気的にコントロール回路３２０に送られる。力検
出手段３７０は、モーターシャフト３４あるいはモータ
ー３２に取り付けられている。
【００２３】コントロール回路３２０は、当業者によく
知られた動作により機械的力信号を処理し、それは、周
波数フィルタリング、振幅検出、アナログ−デジタル変
換、信号処理、アルゴリズムあるいはプログラムの使
用、デジタル−アナログ変換、増幅、あるいは遅延を含
んでいる。上記実施例で説明したように、コントロール
回路３２０は、アクチュエーターハウジングの内部にあ
ってもよく、あるいはスリップリングあるいは遠隔に外
部的に接続されていてもよい。コントロール回路３２０
からの出力は、広い帯域の信号であり、それは、いくら
かの高い振幅のディスクリートな周波数トーンを含み、
それは、アクチュエーター３４０にアクチュエーターシ
ャフト３４２に動かさせ、回転機械から放出される広い
帯域のノイズが減少させられる。
【００２４】図１に示されたエラーセンサー１０は、入
力エラーノイズ信号をコントロール回路３２０に供給す
るために使用される。上記のように、エラーセンサー１
０は、回転装置と一体化されてもよく、スリップリング
を介してあるいは遠隔に外部的に接続されてもよい。コ
ントロール回路を動作させるアルゴリズムあるいはプロ
グラムは、エラーノイズ信号と機械的力信号を処理して
装置３００から放出される広い帯域のノイズを減少させ
る。
【００２５】図４を参照して、本発明の更に他の実施例
による装置４００が示されている。装置４００では、モ
ーター３２はモーターシャフト３４を駆動し、１以上の
ブレード５０が取り付けられている。各ブレード５０に
は、圧電素子４５１、４５３等が取り付けられている。
これらの素子は、また、羽根ハブに取り付けられてもよ
い。コンダクター４５２、４５４等は、圧電素子４５
１、４５３等をシャフト３４に沿って、あるいはその中
で各ブレードに沿って、あるいはその中を通すことによ
りスリップリング４６０に電気的に接続している。信号
を伝えるためのスリップリングの動作は、当業者には非
常によく知られている。動きを検出するための手段３０
とエラーセンサー１０の動作は、図１Ａあるいは図３に
説明したものと同じであり、ここに組み込まれる。コン
トロール回路４２０がミニチュア化される場合には、ス
リップリングを通してあるいは遠隔システムを通しての
信号の数は構成に依存して減らしてもよい。
【００２６】コントロール回路４２０は、動きを検出す
るための手段とエラーセンサーから信号を受信し、これ
らの信号を当業者にはよく知られたように処理する。そ
れは、アナログコントロール、周波数フィルタリング、
振幅検出、アナログ−デジタル変換、信号処理、アルゴ
リズムあるいはプログラムの使用、デジタル−アナログ
変換、増幅、遅延、あるいはいずれかの型式のアナログ
コントロールを含んでいる。コントロール回路の出力
は、少なくとも１つの圧電素子信号であり、それは、コ
ンダクター４２２、４２４、４２６等に沿ってスリップ
リングに分配され、それぞれ圧電素子４５１、４５３等
を分離するための伝導体４５２、４５４等に導かれる。
そこでは、１つの圧電素子が各ブレード５０及び／ある
いは羽根ハブに取り付けられている。圧電素子４５１、
４５３等は、圧電材料から作られたトランスデューサー
であり、電気的エネルギーを機械的な動きに変換する。
その動作は、当業者にはよく知られている。
【００２７】動作において、各圧電素子信号は、位相と
振幅が等しくてもよく、各圧電素子信号は、全ての他の
圧電素子信号とは位相が異なってもよく、各圧電素子信
号は全ての他の圧電素子信号とは振幅が異なってもよ
く、あるいは各圧電素子信号は、全ての他の圧電素子信
号から周波数が異なってもよい。実際各圧電素子信号
は、他の全てとは全く異なってもよい。その結果は、各
圧電素子が音響エネルギーを放射し、あるいは各ブレー
ドがその圧電素子のための音響バッフルとして働くこと
となる。いずれの場合も、音響信号は、ノイズを直接キ
ャンセルし、あるいは減少させるように発生され、それ
は他に回転機械から放出される。キャンセル音波発生す
るために別の音響スピーカーを使用するということに対
する長所は、スピーカーの体積を、特に低周波で、減ら
すことができ、２つの音源がある距離離れて置かれると
いうダイポールキャンセル手法の制限が軽減されるとい
うことである。元のノイズ源とその関連するキャンセル
源の物理的大きさが波長に関して大きくなるにつれて、
放出される音を減らす能力は減少するということは、音
のアクティブコントロールにおいてはよく知られてい
る。この発明では、回転機械により発生される耳障りな
ノイズは、機械それ自身に誘起される信号により直接キ
ャンセルされる。
【００２８】回転機械により発生されるトーンはそれか
ら放出される耳障りなエラー信号を検出することにより
コントロールされてもよい。これは、機械の動きを検出
して動き信号を発生し、その信号の周波数成分をフィル
タリングし、フィルタリングされたアナログ信号をデジ
タル型式に変換し、デジタル信号をアルゴリズムと比較
し、アクチュエーター信号を発生し、アクチュエーター
信号をデジタルからアナログ型式に変換し、アクチュエ
ーターを駆動することにより達成され、それにより力
は、それに発生されるトーンをキャンセルするように、
回転機械に加えられる。
【００２９】回転機械により発生される広い帯域のノイ
ズは、回転機械により機械的力信号を発生した力を検出
し、エラーノイズ信号を発生するようにエラーノイズを
検出し、前記信号をデジタル型式に変換し、デジタル信
号を比較し、アルゴリズムあるいはプログラムをデジタ
ル信号に適用し、アクチュエーター信号を発生し、アク
チュエーター信号をアナログ型式に変換し、空気移動装
置に取り付けられたアクチュエーターを駆動し、それに
より力がいくらかの支配的な単一周波数トーンを含む広
い帯域のノイズをコントロールする用に空気移動装置に
直接押しつけられることにより制御される。
【００３０】回転機械により発生されるノイズは、ま
た、機械の動きを検出して、動き信号を発生し、圧電素
子信号の群を発生するように上記信号を処理し、別々の
圧電素子信号を圧電素子の信号を誘起するように機械の
回転表面に取り付けられた圧電素子に導くことにより減
少させられ、それにより、回転面とその駆動モーターに
より引き起こされるノイズは減少させられる。特に説明
した実施例の変更が本発明の範囲から離れることなく達
成されるであろう。特に、種々の実施例のトーンとノイ
ズをコントロールするための装置と方法が１つの装置と
動作に結合されてもよい。エラーセンサーは、マイクロ
フォンの配列であってもよく、その装置を通る中心線上
にある必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明の一実施例による装置を示すブロック
ダイアグラムであり、回転機械により発生されるノイズ
が回転機械により発生されるキャンセル音により減少さ
せられることを示している。
【図１Ｂ】図１Ａの装置の部分断面図である。
【図２Ａ】本発明の他の実施例による装置のブロックダ
イアグラムである。
【図２Ｂ】図２Ａに示される種々の装置の断面図であ
る。
【図２Ｃ】図２Ａに示される種々の装置の断面図であ
る。
【図３】本発明の更に他の実施例のブロックダイアグラ
ムである。
【図４】本発明の更に他の実施例のブロックダイアグラ
ムである。
【符号の説明】
１０ エラーセンサー ２０ コントロール回路 ３０ 検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル エー．クインラン アメリカ合衆国 07059 ニュージャーシ ィ，ウォーレン，ヒルクレスト ブウルヴ ァード 26

Claims (63)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転機械により発生されるノイズをコン
    トロールするための装置であって、 少なくとも１つのエラーセンサーと、 動き検出手段と、 前記エラーセンサーと前記動き検出手段からの信号を受
    信するためのコントロール回路であって、アクチュエー
    ター信号を展開するためのコントロール回路と、 モーターシャフトに取り付けられたアクチュエーターで
    あって、前記コントロール回路からのアクチュエーター
    信号を受信し、前記アクチュエーターに取り付けられた
    回転機械を軸に沿って動かす機械的な動きに変換するた
    めのアクチュエーターと、及び前記コントロール回路か
    ら少なくとも１つのアクチュエーター信号を受信して前
    記アクチュエーターに前記信号を接続するスリップリン
    グとを具備する装置。
  2. 【請求項２】 前記エラーセンサーは、少なくとも１つ
    のマイクロフォンを具備する請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記動き検出手段は、タコメーターを具
    備する請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記動き検出手段は、前記回転機械に光
    学的に接続されている請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記コントロール回路は、アクチュエー
    ター信号を発生するフィルター、アナログ−デジタル変
    換器、信号プロセッサ、デジタル−アナログ変換器、及
    び増幅器を具備する請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記アクチュエーターは、前記コントロ
    ール回路からの前記アクチュエーター信号に従ってその
    長手軸に沿ってハブを駆動し、それにより、前記回転機
    械により発生される１以上のトーンをキャンセルする少
    なくとも１つの周波数の振動が発生される請求項１に記
    載の装置。
  7. 【請求項７】 前記アクチュエーターは、圧電材料であ
    る請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 空気移動装置により発生されるノイズを
    コントロールするための装置であって、 少なくとも１つのマイクロフォンと、 タコメーターと、 前記マイクロフォンと前記タコメーターとからの信号を
    受信するためのコントロール回路であって、少なくとも
    １つのアクチュエーター信号を展開するためのコントロ
    ール回路と、 モーターシャフトに取り付けられた圧電アクチュエータ
    ーであって、前記コントロール回路からのアクチュエー
    ター信号を受信し、前記アクチュエーターに取り付けら
    れた羽根を軸に沿って動かす機械的な動きに変換するた
    めの圧電アクチュエーターと、及び前記コントロール回
    路から少なくとも１つのアクチュエーター信号を受信し
    て前記アクチュエーターに前記信号を接続するスリップ
    リングとを具備する装置。
  9. 【請求項９】 回転機械により発生されるノイズをコン
    トロールするための装置であって、 モーターに習動可能に接続され、軸の回りに回転可能な
    ハブと、 前記ハブに取り付けられたエラーセンサーと、 前記ハブに取り付けられた振動センサーと、 前記ハブに取り付けられ、前記エラーセンサーと前記振
    動センサーとからの信号を受信するためのコントロール
    回路であって、少なくとも１つのアクチュエーター信号
    を展開するためのコントロール回路と、及び前記モータ
    ーに取り付けられたアクチュエーターであって、前記コ
    ントロール回路からのアクチュエーター信号を受信し、
    前記ハブをその軸に沿って動かす機械的な動きに変換す
    るためのアクチュエーターと、を具備する装置。
  10. 【請求項１０】 前記エラーセンサーは、マイクロフォ
    ンを具備する請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記振動センサーは、音響振動を検出
    する請求項９に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記振動センサーは、前記回転機械の
    機械的振動を検出する請求項９に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記コントロール回路は、アクチュエ
    ーター信号を発生する増幅器、フィルター、アナログ−
    デジタル変換器、信号プロセッサ、及びデジタル−アナ
    ログ変換器を具備する請求項９に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記ハブは、少なくとも１つのブレー
    ドを支持する請求項９に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記アクチュエーターは、圧電材料で
    ある請求項９に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記アクチュエーターは、電磁トラン
    スデューサーである請求項９に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記アクチュエーターは、静電トラン
    スデューサーである請求項９に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 空気移動装置により発生されるノイズ
    をコントロールするための装置であって、 少なくとも１つのブレードを支持し、モーターに習動可
    能に接続され、軸の回りに回転可能なハブと、 前記ハブに取り付けられたマイクロフォンと、 前記ハブに取り付けられた振動センサーと、 前記ハブに取り付けられ、前記エラーセンサーと前記振
    動センサーとからの信号を受信するためのコントロール
    回路であって、少なくとも１つのアクチュエーター信号
    を展開するためのコントロール回路と、及び前記モータ
    ーに取り付けられたアクチュエーターであって、前記コ
    ントロール回路からのアクチュエーター信号を受信し、
    前記ハブをその軸に沿って動かす機械的な動きに変換
    し、それにより前記空気移動装置により発生される１以
    上のトーンをキャンセルするアクチュエーターとを具備
    する装置。
  19. 【請求項１９】 回転機械により発生されるノイズをコ
    ントロールするための装置であって、 前記回転機械に直接取り付けられた力を検出するための
    手段と、 前記力検出手段からの信号を受信して、アクチュエータ
    ー信号を展開するためのコントロール回路と、 モーターにより回転動作をするように駆動されるアクチ
    ュエーターシャフトであって、１以上のブレードを支持
    するアクチュエーターシャフトと、及び前記アクチュエ
    ーターシャフトに取り付けられ、前記コントロール回路
    から前記アクチュエーター信号を受信するためのアクチ
    ュエーターであって、それにより前記アクチュエーター
    シャフトがその軸に沿って広い帯域の周波数で駆動され
    るアクチュエーターとを具備する装置。
  20. 【請求項２０】 少なくとも１つのエラーセンサーが前
    記回転機械とは独立に取り付けられ、エラーセンサーは
    前記コントロール回路にエラー信号を送る請求項１９に
    記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記エラーセンサーは、少なくとも１
    つのマイクロフォンを具備する請求項１９に記載の装
    置。
  22. 【請求項２２】 前記力検出手段は、前記アクチュエー
    ターシャフトに取り付けられている請求項１９に記載の
    装置。
  23. 【請求項２３】 前記力検出手段は、前記モーターと前
    記アクチュエーターとの間のシャフトに取り付けられて
    いる請求項１９に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記力検出手段は、加速度計を具備す
    る請求項１９に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記力検出手段は、前記回転機械に光
    学的に接続されている請求項１９に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記アクチュエーターは、前記コント
    ロール回路からの前記アクチュエーター信号に従ってそ
    の長手軸に沿って前記アクチュエーターシャフトを駆動
    し、それにより、前記回転機械からのノイズをキャンセ
    ルするディスクリートな周波数トーンが発生される請求
    項１９に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 空気移動装置により発生されるノイズ
    をコントロールするための装置であって、 少なくとも１つのマイクロフォンと、 モーターに取り付けられた加速度計と、 前記マイクロフォンと前記加速度計とからの信号を受信
    するためのコントロール回路であって、アクチュエータ
    ー信号を展開するためのコントロール回路と、 モーターにより回転動作に駆動され、１以上のブレード
    を支持するアクチュエーターシャフトと、及び前記アク
    チュエーターシャフトに取り付けられ、前記コントロー
    ル回路からのアクチュエーター信号を受信するアクチュ
    エーターであって、それにより前記アクチュエーターシ
    ャフトが前記回転空気移動装置からのノイズをキャンセ
    ルする周波数スペクトルで駆動されるアクチュエーター
    と、を具備する装置。
  28. 【請求項２８】 回転機械により発生されるノイズをコ
    ントロールするための装置であって、 少なくとも１つのエラーセンサーと、 動きを検出するための手段と、 前記エラーセンサーと前記動き検出手段とからの信号を
    受信するためのコントロール回路であって、少なくとも
    １つの圧電素子信号を展開するためのコントロール回路
    と、 モーターにより回転動作をするように駆動され、少なく
    とも１つのブレードを支持するアクチュエーターシャフ
    トと、 各ブレードに取り付けられた圧電素子と、 前記コントロール回路からの少なくとも１つの圧電素子
    信号を受信し、該信号を圧電素子に接続するスリップリ
    ングとを具備する装置。
  29. 【請求項２９】 前記圧電素子はハブに取り付けられて
    いる請求項２８に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 前記エラーセンサーは、少なくとも１
    つのマイクロフォンを具備する請求項２８に記載の装
    置。
  31. 【請求項３１】 前記動き検出手段は、タコメーターを
    具備する請求項２８に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 前記動き検出手段は、前記回転機械に
    光学的に接続されている請求項２８に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記コントロール回路は、圧電素子信
    号を発生するフィルター、アナログ−デジタル変換器、
    信号プロセッサ、デジタル−アナログ変換器、及び増幅
    器を具備する請求項２８に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 前記圧電素子は、前記コントロール回
    路により駆動される圧電トランスデューサーを具備する
    請求項２８に記載の装置。
  35. 【請求項３５】 各圧電素子は、前記コントロール回路
    から同じ信号を受信する請求項２８に記載の装置。
  36. 【請求項３６】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは位相が異なる信号を受信する請求項２８に記
    載の装置。
  37. 【請求項３７】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは振幅が異なる信号を受信する請求項２８に記
    載の装置。
  38. 【請求項３８】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは周波数が異なる信号を受信する請求項２８に
    記載の装置。
  39. 【請求項３９】 空気移動装置により発生されるノイズ
    をコントロールするための装置であって、 トーンを検出するための少なくとも１つのマイクロフォ
    ンと、 回転空気移動装置の動きを検出するためのタコメーター
    と、 前記マイクロフォンーと前記タコメーターとからの信号
    を受信するためのコントロール回路であって、圧電素子
    信号を発生する、フィルター、アナログ−デジタル変換
    器、信号プロセッサ、デジタル−アナログ変換器、及び
    増幅器を具備するコントロール回路と、 モーターにより回転動作をするように駆動され、少なく
    とも１つのブレードを支持するアクチュエーターシャフ
    トと、 各ブレードに取り付けられた圧電トランスデューサー
    と、及び前記コントロール回路から少なくとも１つの圧
    電素子信号を受信し、該信号を圧電素子に接続し、それ
    により圧電素子が少なくとも１つの周波数で振動させら
    れるスリップリングとを具備する装置。
  40. 【請求項４０】 各圧電素子は、前記コントロール回路
    から同じ信号を受信する請求項３９に記載の装置。
  41. 【請求項４１】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは位相が異なる信号を受信する請求項３９に記
    載の装置。
  42. 【請求項４２】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは振幅が異なる信号を受信する請求項３９に記
    載の装置。
  43. 【請求項４３】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは周波数が異なる信号を受信する請求項３９に
    記載の装置。
  44. 【請求項４４】 回転機械により発生されるノイズのア
    クティブコントロールをする方法であって、 エラー信号を発生することと、 動き信号を発生するために機械の動きを検出すること
    と、 アクチュエーター信号を発生するために上記信号を処理
    することと、及び前記アクチュエーター信号にしたがっ
    て前記回転機械に取り付けられた前記アクチュエーター
    を駆動することとを具備する方法。
  45. 【請求項４５】 前記処理するステップは、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 フィルタリングされたアナログ信号をデジタル形式に変
    換することと、 デジタル信号をアルゴリズムと比較することと、 アクチュエーター信号を発生することと前記アクチュエ
    ーター信号をデジタル形式からアナログ形式に変換する
    ことと、及びそれに発生されたノイズをキャンセルする
    ように力が前記回転機械に加えられるようにアクチュエ
    ーターを駆動することとを具備する請求項４４に記載の
    方法。
  46. 【請求項４６】 前記処理するステップは、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 アナログコントロール回路内でアナログ信号を比較する
    ことと、 アクチュエーター信号を発生することと、及びそれに発
    生されたノイズをキャンセルするように力が前記回転機
    械に加えられるようにアクチュエーターを駆動すること
    とを具備する請求項４４に記載の方法。
  47. 【請求項４７】 空気移動装置により発生されるノイズ
    のアクティブコントロールをする方法であって、 エラー信号を発生することと、 動き信号を発生するために機械の動きを検出すること
    と、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 フィルタリングされたアナログ信号をデジタル形式に変
    換することと、 デジタル信号をアルゴリズムと比較することと、 アクチュエーター信号を発生することと、 前記アクチュエーター信号をデジタル形式からアナログ
    形式に変換することと、及びそれに発生されたノイズを
    キャンセルするように力が前記空気移動装置に加えられ
    るように前記アクチュエーター信号に従ってアクチュエ
    ーターを駆動することとを具備する方法。
  48. 【請求項４８】 回転機械により発生されるノイズのア
    クティブコントロールをする方法であって、 機械力信号を発生するため前記回転機械により引き起こ
    される力を検出することと、 エラー信号を発生することと、 アクチュエーター信号を発生するために上記信号を処理
    することと、及び前記回転機械に取り付けられた前記ア
    クチュエーターを駆動することとを具備する方法。
  49. 【請求項４９】 前記処理するステップは、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 フィルタリングされたアナログ信号をデジタル形式に変
    換することと、 デジタル信号をアルゴリズムと比較することと、 アクチュエーター信号を発生することと前記アクチュエ
    ーター信号をデジタル形式からアナログ形式に変換する
    ことと、及びそれに発生されたトーンをキャンセルする
    ように力が前記回転機械に加えられるように前記回転機
    械に取り付けられたアクチュエーターを駆動することと
    を具備する請求項４８に記載の方法。
  50. 【請求項５０】 前記処理するステップは、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 アナログコントロール回路内でアナログ信号を比較する
    ことと、 アクチュエーター信号を発生することと、及びそれに発
    生されたノイズをキャンセルするように力が前記回転機
    械に加えられるようにアクチュエーターを駆動すること
    とを具備する請求項４８に記載の方法。
  51. 【請求項５１】 空気移動装置により発生されるノイズ
    のアクティブコントロールをする方法であって、 機械力信号を発生するために前記回転機械により引き起
    こされる力を検出することと、 エラー信号を発生することと、 前記信号をデジタル形式に変換することと、 アルゴリズムを前記デジタル信号に適用することと、 アクチュエーター信号を発生することと、 前記アクチュエーター信号をアナログ形式に変換するこ
    とと、及びノイズをコントロールするように力が羽根に
    加えられるように前記空気移動装置に取り付けられたア
    クチュエーターを駆動することとを具備する方法。
  52. 【請求項５２】 回転機械ノイズのアクティブコントロ
    ールをする方法であって、 少なくとも１つのエラー信号を発生することと、 動き信号を発生するために機械の動きを検出すること
    と、 少なくとも１つの圧電素子信号を発生するために上記信
    号を処理することと、及び前記機械により駆動される各
    ブレードに取り付けられた圧電素子に圧電素子信号を導
    くこととを具備する方法。
  53. 【請求項５３】 前記処理するステップは、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 アナログコントロール回路内でアナログ信号を比較する
    ことと、 アクチュエーター信号を発生することと、及びそこでノ
    イズをキャンセルするように力が前記回転機械に加えら
    れるようにアクチュエーターを駆動することとを具備す
    る請求項５２に記載の方法。
  54. 【請求項５４】 前記処理するステップは、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 フィルタリングされたアナログ信号をデジタル形式に変
    換することと、 デジタル信号をアルゴリズムと比較することと、 圧電素子信号を発生することと前記圧電素子信号をデジ
    タル形式からアナログ形式に変換することと、及びブレ
    ードとそれらの駆動モーターとにより引き起こされるト
    ーンが減少させられるようにそこに振動を誘起するよう
    に各圧電素子を駆動することとを具備する請求項５２に
    記載の方法。
  55. 【請求項５５】全ての圧電素子信号は、位相と振幅が等
    しい請求項５２に記載の方法。
  56. 【請求項５６】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは位相が異なる信号を受信する請求項５２に記
    載の装置。
  57. 【請求項５７】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは振幅が異なる信号を受信する請求項５２に記
    載の装置。
  58. 【請求項５８】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは周波数が異なる信号を受信する請求項５２に
    記載の装置。
  59. 【請求項５９】 空気移動装置トーンのアクティブコン
    トロールをする方法であって、 エラー信号を発生することと、 動き信号を発生するために機械の動きを検出すること
    と、 前記信号の周波数成分をフィルタリングすることと、 フィルタリングされたアナログ信号をデジタル形式に変
    換することと、 デジタル信号をアルゴリズムと比較することと、 圧電素子信号を発生することと、 前記圧電素子信号をデジタル形式からアナログ形式に変
    換することと、及びブレードとそれらを駆動するモータ
    ーとにより引き起こされるトーンを減少させるように、
    それに振動を誘起するように少なくとも１つの圧電素子
    を駆動することとを具備する方法。
  60. 【請求項６０】全ての圧電素子信号は、位相と振幅が等
    しい請求項５９に記載の方法。
  61. 【請求項６１】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは位相が異なる信号を受信する請求項５９に記
    載の装置。
  62. 【請求項６２】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは振幅が異なる信号を受信する請求項５９に記
    載の装置。
  63. 【請求項６３】 各圧電素子は、他の圧電素子に導かれ
    る信号とは周波数が異なる信号を受信する請求項５９に
    記載の装置。
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