JPH08511634A - 静止誘導器用広域消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、一般的には広域騒音又は音響制御に関し、さらに詳しくいえば、電力変圧器や分路リアクトルなどの静止誘導器から放射される音響の能動囲壁及び能動パネルを使用しての制御に関する。発明の目的は、機械から周囲の音場におけるすべての観測点への音響の放射を機械の保守又は修理を損なわない非常に軽量小形で非気密な構造で顕著に低減することである。

Description

【発明の詳細な説明】 静止誘導器用広域消音装置 発明の背景 発明の分野 本発明は、電力変圧器又は分路リアクトルなどの静止誘導器のタンクから発生 される騒音を小さくする防音装置に関する。それは、１９９２年１０月８日出願 の米国特許出願第ＰＣＮ／ＵＳ９２／０８４０１号に記載された「能動音響伝搬 損失箱」の特定の実現である。 背景技術 電力変圧器や分路リアクトルなどの静止誘導器が送電のための事業用変電所や その他の場所で使われている。これらの装置は、変電所の近くで働いていたり、 住んでいる人々に対する騒音公害の源である低周波ハムを発生する。騒音はタン クに（直接又は油を介して）伝えられる鉄心の磁歪によるものである。次いで振 動するタンクは、遠距離音場に音響エネルギーを放射する。北アメリカにおける 静止誘導器は１２０Ｈｚの音（さらに１２０Ｈｚ基本波の高調波）を発生する。 静止誘導器の騒音を減らすために受動技術を試みたが、成功したのは限られた ものだけであった。一つの方法は変圧器やリアクトルを高価な石造建物で囲う必 要がある。カノイ・ミノルほかによって論じられ、本明細書に引用することによ って組入れられた１９８５年４月３０日付け米国特許４，５１４，７１４号「静 止誘導器用の防音装置」のもう一つの方法は、タンクを複雑な多層音響減衰パネ ルで完全に覆う必要がある。これらのパネルの各々はまた精密に同調をとられた 吸収体を必要とする。これらの方法は両方共高価であり、保守と修理を制限する 。なお、受動パネルは改装として使用するには不適当である。騒音低減がこれら の受動技術ではほんの約１０ｄＢＡに限られている。 能動技術もまた静止誘導器の騒音を減らすために試みられたが成功したのはほ んの限られたものだけであった。例えば、本明細書に引用することによって組入 れられたコノバー（Ｃｏｎｏｖｅｒ）の米国特許第２，７７６，０２０号「変圧 器用の騒音低減装置」（１９５７年１月１日）は一連の拡声器を変圧器に沿って 取付け、この回路が、再調整を必要とする時点で、短時間づつの間変圧器の片側 からの騒音を減らすことができた。もっと最近では、本明細書に引用することに よって組込れらたカナダ、トロントの「プロシーディング・オブ・インタノイズ （Ｐｒｏｃｅｏｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒ−ｎｏｉｓｅ）′９２」１９９２ 年６月２０〜２２日のアンジュビン（Ａｎｇｅｖｉｎｅ）の「大形変圧器のハム の能動消去」がこの実験を８個の拡声器の配列、及び拡声器への信号を調節する ための二つの４チヤンネル適応制御装置を用いて繰返した。アンジュビンは、変 圧器から数メートルのところに置いた拡声器と変圧器から約３０ｍのところに置 いたマイクロホンを用いた。変圧器からそれほど遠く離されたマイクロホンで適 当な騒音測定値を得ることは非常に困難である。適当な信号対騒音比を得るため には、暗騒音が低いことが必要である。少しの風又は温度の小さな変化があると 伝達関数測定の質が悪くなる。アンジュビンは狭い角度（３０°以下）にわたる 限られた低減を報告している。アンジュビンは風又は温度変化で性能が落ちるこ とを報告している。この方法は、それが変圧器騒音の連続的な広域消去をできず 、物理的にじゃまになるので商業的にはほとんど役に立たない。 試みられたが成功が限られていたもう一つの能動的方法は米国特許第４，４３ ５，７５１号において論じられているタンク壁に取付けられた振動器の使用であ る。この方法に伴う困難は、振動器を取付けた場所でタンクの振動を局部的に減 らすことができるが、この振動は第１高調波を消去するとき、タンク上の他の場 所で必ず増加する。この困難は、磁歪の基本振動数における変圧器鉄心の体積変 化によるものである。変圧器油は本質的に非圧縮性なので、タンク上の１点にお ける振動の減少がタンクの他の非制御領域における振動の増加をたぶん生ずるで あろう。タンク表面全体を制御することは実際的ではなく、最終的な結果は、広 域騒音低減は得られない。 変圧器騒音の連続的広域消去を得るのに必要なものは、１９９２年１０月８日 出願のＰＣＴ出願．ＰＣＴ／ＵＳ９２／０８４０１において、フラー（Ｆｕｌｌ ｅｒ）．マクローリン（ＭｃＬｏｕｇｈｌｉｎ）及びヒルデブランド（Ｈｉｌｄ ｅｂｒａｎｄ）によって記載された「能動音響伝搬損失箱」（本明細書に引用に よって組入れられている）及びトレッタ（Ｔｒｅｔｔｅｒ）の１９９２年２月２ ５日付け米国特許第５，０９１，９５３号の「多センサ及び多アクチュータを備 えた反復現象消去装置」（本明細書に引用によって組入れられている）に記載の 多重相互作用自己適応制御装置の特定の実現である。フラーほかが記載している ように、電力変圧器などの機械類から出る騒音を低減させるために能動囲壁や能 動パネルを使用できる。しかし、「能動音響伝搬損失箱」が電力変圧器や同様の 機械類から出る騒音の制御に商業的に好結果を得るのに必要な二、三のユニーク で変った改良形がある。 発明の簡単な説明 こゝに記載の発明は、変圧器に取付けられ、多重相互作用自己適用制御装置に 接続されたアクチュエータとセンサのシステムからなり、前記システムが妥当な 価格で広域遠距離音場音響低減を生ずる。アクチュエータ及びセンサを置く場所 を決める方法は、本発明の請求の範囲である。また、前記音響低減を達成するの に必要で、多年の間環境に曝される戸外での使用に適するアクチュエータの好ま しい実施態様が請求されている。 発明の目的 したがって、本発明の目的は静止誘導器から放射される音の高減衰を従来技術 の欠点なしに達成することである。これは、能動囲壁及び能動パネルの両方を利 用する「能動音響伝搬損失箱」の特定の実現で達成される。 本発明のもう一つの目的は、極軽量の薄い材料で構成された上記能動パネル及 び放射された騒音を低減するための能動囲壁としてそれ自体用いられるタンクの 側面で行う音響の非常に高い広域（こゝで広域という語は拡大体積全体にわたる ことを意味する）の低減を達成することである。 本発明のもう一つの目的は、機械類を完全には囲まない（すなわち、気密でな い）能動パネルであり、むしろそれらのパネルは能動パネル間にあるかなりの空 隙間又は穴を有する能動パネルで、非常に高度の広域音響減衰を達成することで ある。 本発明のもう一つの目的は、環境（例えば、風又は道路の騒音）又は隣接機械 （例えば、隣接する変圧器）によるほかの場合なら弱まる騒音を軽減するために 、 変圧器又は機械類の表面に非常に接近して又は表面上に置かれたセンサで非常に 高度の広域音響減衰を達成することである。 本発明のもう一つの目的は、機械への大きな変化又は環境の要因（例えば、温 度又は湿度）の大きな変化があっても有効のままであるようにオンラインで自動 的に較正し直しできる（すなわち、オンライン・システム識別をもっている）多 重相互作用性自己適応制御装置で非常に高度の広域音響減衰を達成することであ る。 本発明のもう一つの目的は、大規模広域騒音低減を得るのに必要なように、変 圧器の頂部、側部及び底部取付けたアクチュエータとセンサで非常に高度の広域 音響減衰を達成することである。 本発明のそのほかの目的は、音圧を測定するマイクロホン、タンクの振動を測 定する加速度計又は、適当な信号処理をして音の強さを測定する複数のマイクロ ホン著しくは複数の加速度計の組合せ又はマイクロホンと加速度計の組合せから なるセンサを用いて前記低減を達成することである。 本発明のもう一つの目的は、誘導器の騒音減衰を音の強さを測定し、前記測定 値からプロットを作り、前記プロットに基づいて前記誘導器の騒音を能動的に消 音することによって最適化する方法を提供することである。 これら及びその他の目的は、以下の添付図面を参照するとき当者に明らかにな る。 図１は、能動囲壁と能動パネルに用いられるアクチュエータ及びマイクロホン ・センサを示す変圧器の断面図である。 図２は、変圧器タンクの三つの図である。 図３は、図２に示した変圧器タンクの東側に対する１２０Ｈｚにおる振動試験 結果を示している。 図４は、図２に示した変圧器タンクの東側に対する１２０Ｈｚおける音の強さ を示している。 図５は、図２に示した変圧器タンクの東側に対する２４０Ｈｚおる振動試験結 果を示している。 図６は、図２に示した変圧器タンクの東側に対する２４０Ｈｚにおける音の強 さを示している。 図７は、図２に示した変圧器タンクの北側に対する１２０Ｈｚにおける振動試 験結果を示している。 図８は、図２に示した変圧器タンクの北側に対する１２０Ｈｚにおける音の強 さを示している。 図９は図２に示した変圧器タンクの北側対する２４０Ｈｚにおける振動試験結 果を示している。 図１０は、図２示した変圧器タンクの北側に対する２４０Ｈｚにおける音の強 さを示している。 図１１は、タンク壁が能動囲壁として作用するようなタンク壁の切取図をもっ た多層セラミックの詳細図である。 図１２は、二つの水平リブを示しているタンク壁の切取図を示し、圧電アクチ ュエータをタンク壁に取付ける代表的計画も示されている。 図１３は、能動パネルの一つの形態の断面図である。 図１４は、能動パネルの一つの形態の斜視図である。 図１５ａ及び１５ｂは、能動パネルを最適性能に同調させる方法を示している 。 図１６は、能動パネルの隣接図のついている変圧器タンクのリブの切取図であ る。この図は、変圧器タンクと能動パネルの間の代表的相互作用を示している。 図１７及び１８は、図２に示した変圧器の東側及び北側に対する圧電セラミッ クと能動パネルの好ましい配置を示している。 図１９は、異なる変圧器タンクの設計の断面を示している。タンクと基礎の間 の支持体に注意されたい。図１９は、圧電アクチュエータと能動パネルのための いくつかの代表的代替取付場所を示し、アクチュエータ及びセンサをラジェータ の騒音を消音するために使用することを含んでいる。 図２０は、完全な能動制御装置のブロック図である。 図２１及び２２は、タンクが図２に示されている変圧器に取付けた能動制御装 置で得られる騒音低減を示している。 本発明のなおその他の目的と利点は、本発明の好ましい実施例だけが発明を実 施するために考えられた最良の態様を例示することによって示されて記載された 以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになる。このあと明らかになるよう に、本発明は他の異なる実施態様が可能であり、本発明の若干の細部は本発明か らそれることなく若干の明白な方法で変更できる。したがって、図面を説明は全 く単なる例示としてみなされるべきで、制限としてみなされるべきではない。 次に、類似の部品を表わすために種々の図を通じて類似の参照数字か用いられ ている図面について、さらに具体的には図１について説明する。１は変圧器タン クを表わし、２は変圧器の巻線付き鉄心を表わしている。タンク１には変圧器油 ３が充填されて、鉄心２を取り囲んでいる。変圧器タンク１は基礎４の上に載っ ている。代表的な側面補強材であるリブ５が４個所に示されている。 代表的能動制御装置の形態が図１に示されている。能動パネル６の側面図が４ 個所に示されている。これらはスタンド７で支持されるか、支持体８を介して直 接に変圧器に取付けられる。圧電アクチュエータ９の側面図が６個所に示されて いる。これらはタンク１に直接に取付けられている。若干のマイクロホンも示さ れている。一つのマイクロホン１０が能動パネル６とリブ５の間にある。もう一 つのマイクロホン１１がタンクに直接に取付けられている。もう一つのマイクロ ホン１２はそれ特有のスタンドに取付けられている。 図２は、代表的な変圧器タンク１を示している。このタンクは約２．４４ｍ幅 ×１．２２ｍ奥行×３．０５ｍ高さであり、７．５ＭＶＡ変圧器用のものである 。それが騒音を発生している様子を決めるために、「動作時たわみ形」が変圧器 の各側面ごとに取られる。詳しくいえば一つの加速度時計が固定して保持され（ 例えば、タンク１の１側面の隅に置かれる）、第２の加速度計がタンク１の表面 を「走査」するのに用いられる。すなわち、基準加速度計に対する大きさと位相 が変圧器タンク１の表面に沿って数ｃｍごとに測定される。この測定は、変圧器 の１次側を付製して２次側に通常の負荷をつないで行われる。結果として得られ る測定値は、周波数成分に分解されてタンクの表面の結果として生ずる空間波形 が求められる。１２０Ｈｚにおけるタンク１の東側の運動の図が図３に示されて いる。この図は、１２０Ｈｚにおけるタンクの表面のピーク運動の時間を止めた 「スナップ」である。タンクの表面を表わす一連の水平線が示されている。これ らの水平線は、変形していない表面上では直線のように見える。左側と右側が別 々に測定されてつなぎ合されたので、垂直の中心線に沿ってすき間がある。両方 の水平リブ５がいかに外側に膨らんで見えるかに注意されたい。それらのリブは 共に１８０°位相が遅れて内方に膨らんでいる。この振動データは、レイリー積 分（変圧器が無限のじやま板の中にあるかのように変圧器の各側面を処理するこ とによって）又は境界要素法を用いて放射音場を計算するのに使用できる。東側 に対する音の強さは図３の測定データとレイリー積分を用いてタンクの表面から 数ｃｍのところで計算し、結果は図４に示されている。東側から同じ距離におけ る音の強さも測定されて事実上同一の結果であった。図４における二つの「膨ら み」は水平リブに対応している。明らかにリブの運動は、１２０Ｈｚで１次音源 である。２４０Ｈｚにおける東側に対する動作時たわみ形は図５に示され、対応 する予想音の強さは図６に示されている。２４０Ｈｚにおける東側の場合、リブ ５及び各リブ５の間のタンク１の両方が音響エネルギーの主要な源である。 次にの過程は図２に示されたタンクの北側に対して繰返された。１２０Ｈｚに おける北側の動作時たわみ形は図７に示され、計算音の強さは図８に示されてい る。北側にあるタンク１の底は、１２０Ｈｚにおける１次音響源である。２４０ Ｈｚにおける北側の動作時たわみ形は図９に示され、計算音の強さは図１０に示 されている。タンク１の北側にある二つのリブ５は、２４０Ｈｚにおける１次音 源である。 この過程は西側及び南側に対して繰返された。高次高調波（すなわち、３６０ Ｈｚ、４８０Ｈｚなど）も同様にして評価できたが、高次高調波はこの変圧器に 対する主要な音響源でないと結論された。 上述のように変圧器タンクを音源として理解することは、能動制御戦略を開発 するときの主要な第１ステップである。変圧器から離れた拡声器とマイクロホン を利用する決定の能動制御方法は、それらが反騒音源を騒音源に密に結合するこ との重要性を認めることができないことに起因して失敗した。「密に結合する」 という言葉によって、反騒音源が騒音源の所在場所、分布及び大きさにできるた け密にマッチすることを意味する。密結合は、最小費用で広域低減を得るための 能動制御に不可欠である。もちろん、これはまず、変圧器タンクを音源として理 解するために上述した基線測定を行うことを必要とするので、反騒音源の所在場 所、分布及び大きさを決定できる。アクチュエータを置くための基線測定を行う 方法は本発明の一つの面である。 変圧器騒音を制御する場合、最良の結合は、圧電セラミックなどのアクチュエ ータを変圧器タンクに直接に取付けることよって得られる。しかし、変圧器騒音 の第１高調波（１２０Ｈｚ）を制御する特別の注意が必要である。これは、鉄心 における磁歪が鉄心の体積変化を生ずるからである。したがって、鉄心は、実効 的に第１高調波における変位源である。変圧器油は非圧縮性なので、鉄心の変位 源は、タンクに直接に移り、そのためにタンクは大きな変位源になる。この大き な変位源の振動を制御することが実際的でない‐‐法外な量の力を必要とするだ ろう（すなわち、十分な「制御オーソリティ」が欠けているであろう）。第１高 調波を制御する従来の試みはそれらがタンクの振動を制御しようとしたので、失 敗した。満足のゆく方法は、タンク接近して取付けられているが接触しない能動 パネルを用いることである。これらの能動パネルは、音響エネルギーを遠距離音 場に放射できる前に音響エネルギーを捕える同調吸音体として作用する。 図１１は、タンク１に取付けられた圧電アクチュエータ９の詳細図である。こ れは、一体センサ１２を持った多層装置である。この種の装置は、本明細書に引 用によって組入れられたヒルデブランドの１９９３年５月５日出願の米国特許出 願第０８／０５７，９４４号の「低圧ベンダ圧電アクチュエータ（Ｌｏｗ−Ｖｏ ｌｔｏｇｅ Ｂｅｎｄｅｒ Ｐｉｅｚｏ Ａｃｔｕａｔｏｒ」に記載されている 。図１１は、２層装置の配線構成を示しているが、普通は多層が使用される。圧 電セラミックは環境からの保護のために適当に被覆されている。センサはマイク ロホン若しくは加速度計又は両者の組合せにすることができる。これらのセンサ からの信号は、普通は、信号が遠距離音場音圧測定値を表わすような方法でフイ ルタされる（加速度計とマイクロホンガ用いられなければ、その場合は、フイル タされた信号は音の強さを表す）。 どのタンクモードが１次音源であるかを基線試験から一たん求めて終うと、こ れらのタンクモードは第２及び高次のモードに対して適当に置かれた圧電セラミ ックを用いて制御できる。圧電セラミックをタンクに付けると、タンクは、変圧 器（又はリアクトル）の鉄心のための能動囲壁になる。図１２は圧電アクチュエ ータをタンク上に置く方法を示している。図１２は変圧器タンク１の二つのリブ ５間の部分を示している。タンクには、第２高調波に対して測定されるものに代 表的な動作時たわみ形Ｘが重ねられている。基線試験はこの動作時たわみ形が第 ２高調波で生じていると仮定するとともに、それが主要音源であると仮定しよう 。圧電セラミック９ａ、９ｂ及び９ｃが最大動歪エネルギーの各領域の中心に置 かれている。各半波長ごとに一つのアクチュエータが必要でないかもしれない‐ ‐十分な制御オーソリテイが、タンクが鉄心によって励振されているはげしさの 程度によっては、単一の圧電セラミック９ｂを用いて得られることがよい。 励振されているタンクモードの共鳴周波数が励振周波数の高調波に近ければ、 タンクモードは、１８０°位相の異なる対向半波長のある定常波として見える。 これは、図１２示した場合である。そのとき、圧電セラミック９ａ、９ｂ及び９ ｃは、中央のアクチュエータ（９ｂ）に至るリード線を１８０°の位相偏移を得 るように逆にして同じ制御チヤネルにつなぐことができる。励振されているタン クモードの共鳴周波数が励振周波数の高調波近くなければ、タンクモードは各半 波長がわずかに異なる位相をもつ進行波として見える。そのとき、各圧電セラミ ック９は異なる制御チヤンネルにつながれなければならない。 この能動囲壁のための圧電セラミックは、非常に少しの電力‐‐２５Ｗ未満、 もっと普通には、５Ｗ未満‐‐を消費するのが普通であることに注意されたい。 普通は、圧電セラミックは、基本励振周波数（１２０Ｈｚ）近くのタンクモー ドに適当な制御オーソリテイを与えない。これは、変圧器油の非圧縮性とともに 基本周波数における鉄心の体積変化によるものだろう。この場合に、能動パネル ガ能動囲壁より有効である。能動パネルトタンクの間の圧縮性空気は制御オーソ リテイが問題にならないようにアクチュエータの相互結合を十分に断つ。 能動パネルの好ましい実施例の断面図が１３に示されている。参照数字１３は わずかな湾曲をもったパネル板で、低い構造的減衰特性の金属又は非金属材料で 作られる。曲がっていることは、平らなパネルより寸法的に安定なので、湾曲が 与えられており、したがって同調をとったり同調状態を保つのがより容易である 。この板１３は、角管１６と締結具１７を用いて平らなパネル１４に締付けられ ている。能動パネルのもう一つの図が図１４に示されている。湾曲板は、湾曲板 の 曲率を持つような具合に取付けられた圧電セラミック・アクチュエータ１５で駆 動される。変圧器によって作られるトーンは定常的なので、この能動パネルは、 音響出力を大きくするために容易に同調させることができる。このパネルの側面 は、好ましい実施例においてはふさがれている。 好ましい同調方法は、例示の目的のためだけに湾曲板を平らなものとして示し てある図１５に示されている。平らな板の上には、この装置が同調させられてい るモードの形が重ねられている。この板１３の寸法は図１５ａの（０，３）モー ドが、アクチュエータを１２０Ｈｚの基本共鳴周波数で駆動するとき励振される ように選択されている。（１，３）モードはもう一つの有効な反騒音源であり、 このモードの形は図１５ｂに例示されている。（０，３）モードが１２０Ｈｚの 基本励振周波数にあるようにパネルを同調させると第２高調波より大きい共鳴周 波数すなわち、所望の２４０Ｈｚより大きい）にある（１，３）モードになる。 しかし、（１，３）モードに対する共鳴周波数は、（１，３）モードに対するピ ークがある（０，３）モードに対する節線に沿って重り１８（図１３参照）を置 くことによって、（０，３）モードに悪影響を与えることなく所望の周波数（２ ４０Ｈｚ）に下げることができる。この方法をパネルを同調させるの用いて、変 圧器の騒音を消去するときパネルによって消費される電力を非常に小さくする‐ ‐普通は５Ｗ／パネル未満で、５０ｍＷ／パネルに小さいことも多い。この能動 パネル構成は、能動パネルの分散形（配置個所が分散している）性質は、タンク の騒音の分散形（源が分散している）性質と大へんよく結合するので、従来の拡 声器の設計に好まれており、圧電セラミック励振器１５及び板１３は可動コイル とスピーカコーンより本質的に信頼できる。能動パネルは、基本的に設計が頑丈 で、−それは多年の間風雨にさらされる戸外で破損することなく使用できるよう に設計できる。 能動パネルの変圧器タンクとの相互作用が図１６に示されている。図１６は変 圧器タンク１の断面をリブ５と共に示し、第１高調波に代表的な動作時たわみ形 が破線で示されている。また能動パネル６も示され、第１のパネル共鳴に普通な 動作時たわみ形がついている。タンクと能動パネルの間の位相関係が明かに表示 されており、‐‐タンクが容積形音源なので、能動パネルは実効反容積形音源で ある。誤差マイクロホン１０はタンクと能動パネルの間に挟まれており、所望の 周波数における音圧レベルはこの場所で最小にされる。このようにして、能動パ ネルはそれが遠距離音場に放射される前に音響エネルギーを吸収できる。 このマイクロホン／能動パネル構成はいくつかの理由で好まれる。第１に、セ ンサをタンクの近くに置くことが高い信号対ノイズ比を保証し（したがって風に よるものなどの騒音に伴う問題を制限し）、湾曲パネル間の交差項を少なくして いる。第２に、この構成は、マイクロホンが変圧器の表面から非常に近くに（通 常２．５ｃｍ（１インチ）未満）あっても遠距離音場において広域消音をもたら す。湾曲パネルはまた高次高調波を消去することもできる。これは能動パネルが 今度はタンク上の圧電セラミック代ることができるので、アクチュエータの数を 少なくする。この場合には、能動パネルの外のマイクロホン設置場所も必要なこ とがある。 上述のアクチュエータを用いて、図２に示された変圧器に対して能動制御計画 が開発された。能動パネルが１２０Ｈｚ騒音に対する音響「ホットスポット」を 覆ってタンクの表面に取付けられた。これらの能動パネルはまた、それらが偶然 同時に２４０Ｈｚ騒音源に対して適切に置かれていたのですべての２４０Ｈｚ騒 音源を消去するのにも用いられた。残りの２４０Ｈｚ騒音源はタンクに直接取付 けられた圧電セラミックを用いて消去された。タンクの東側と北側に対するアク チュエータ配置は図１７及び１８に示されている。 遠距離音場の騒音を検知するために圧電フィルムをマイクロホンまたは加速度 計の代わりに用いることができる（適当な信号フィルタリングを行って）。代わ りに、１対のマイクロホン（又は加速度計足すマイクロホン）が音圧又はタンク の加速ではなくゼロにされるべき誤差信号として強さを（適当な信号フィルタリ ングを行って）検知するために使用できる。 変圧器タンク１のなおもう一つの図が図１９に示されている。ここでは、変圧 器は変圧器タンクの底を（潜在的音源である頂部のほかに）音源にしてしまう支 持体の上に取付けられている。図１９は、タンク１の頂部、底及び底支持体に取 付けられている圧電セラミック９を示しており、頂部、底及び底支持体を能動囲 壁の一部分にしている。能動パネル６を変圧器１の頂部と底に示されている。図 １９にはまたラジエータバンク２０が示されている。ラジエータバンクが音源で あれば、一体センサ９を持った圧電セラミックを取付けてフィンの振動を制御で きる。代わりに、ラジエータフィンに取付けられた２１のような慣性加振器を用 いて振動を制御できる。なお、フィンに取付けたこれらの圧電セラミック又は加 振器を用いてラジエータフィンを拡声器として励振し、外部マイクロホン又は強 さプローブを誤差センサとして使用できる。 「静止誘導器用広域消音装置」の動作は図２０に例示されているように以下の 通りである。この特定の制御構成はトレッタ（本明細書に引用によって組み入れ られている米国特許第５，０９１，９５３号）によって論じられた多重相互作用 自己適応制御装置を具体化している。この例の場合、制御装置は「パーソナルコ ンピュータ（ＰＣ）ベースである。ノイズ・キャンスレーション・テクノロジー ・インコーポレーションによって作られたこの制御装置は、最大６４入力及び最 大３２出力を使用できる。入力と出力は完全に結合されている。動作は任意の地 方１２０ボルトコンセントからの線路電圧が変圧器を用いて約１ボルトに降圧さ れて、ＰＣベース制御装置内の処理装置盤に送られる。この基準信号２４は消去 されるべき騒音の周波数内容に関係する。基準信号２４はまたマイクロホン（又 は他の誤差センサ）の出力と非常にコヒーレントである。 タンクに隣接した音圧レベルはマイクロホン１０によって測定される。マイク ロホンは音圧を変圧器に隣接した接続箱３２に送られる電圧信号に変換する。次 に誤差センサ信号は中継ケーブルによって変電所構内にある制御建屋にある入力 フィルタ３６に送られる。フィルタされた誤差センサ信号は、次にＡＤ変換器３ ７で標本化されて処理装置盤２５に送られる。次にデジタル誤差センサ信号は基 準信号及び処理装置盤２５にあるフィルタド−Ｘ更新方程式と共同して用いられ て処理装置盤２５内の適応デジタルフィルタの係数を適応させるか又は変えて誤 差センサをできるだけ最小にする出力信号を発生する。処理装置盤２５からのデ ジタル出力信号は増幅器２９（電源３０によって電力を供給される）によって増 幅され、中継ケーブルによって変電所建物から変圧器にある接続箱に送られる。 増幅され、中継ケーブルによって変電所建物から変圧器にある接続箱に送られる 。増幅された出力信号は、次にタンクに付いている能動パネル６とアクチュエー タ ９に送られる。タンクに付いているアクチュエータ９はそれによって、励振周波 数（２４０Ｈｚ）の第２高調波によって励振されるタンク上の音響的放射モード を消去する。タンクに付いている能動パネル６はそれによって基本励振周波数（ １２０Ｈｚ）によって励振さるタンク上の音響的放射モードによって放射された 騒音を消去する。アクチュエータと制御チャネルの数を減らすために、タンクに 付いている能動パネル６はまた励振周波数の第２高調波によって励振されるタン ク上のモードによって放射される騒音を消去することができる。誤差センサ（図 ２０においてマイクロホン１０として示されている）は、遠距離音場において大 きな広域低減があるような方法で変圧器の近くに置かれなければならない。ＰＣ ベース制御装置には制御装置の遠隔通信と操作を可能にするＭＯＤＥＭ（３８） がある。 この装置が適当に働くためには、１２０Ｈｚにおける伝達関数マトリックスに おける各項が普通はタンク上の圧電セラミックに対してゼロにされなければなら ず、さもなければこれらのアクチュエータへの信号がすぐにクリップする（タン ク上の圧電セラミックの１２０Ｈｚにおける低い制御オーソリティのために）１ ２０Ｈｚ成分を含んでいることに注意されたい。 遠距離音場における変圧器騒音の大きな広域低減が上述の装置を変圧器に設置 するとき測定されたが、この変圧器に用いるタンクが図２に示されている。例え ば１５ｄＢＡの低減が第１及び第２高調波に対して測定された。図２１は装置の 変圧器側面に関する制御オフ／制御オン性能を１２０Ｈｚトーンの場合に示して いる。図２２は装置の変圧器側面に関する制御オフ／制御オン性能を２４０Ｈｚ ト−ンの場合に示している。これらの測定値は、１／３オクターブ帯域フィルタ の付いたブルエル（Ｂｒｕｅｌ）及びケール（Ｋｊａｅｒ）音量計を用いて変圧 器から１０ｍのところで行われた。音響低減のこれらの測定値は音量計の近所の 暗騒音レベルによって制限された。暗騒音レベルが低いほど大きな低減が測定さ れた。例えば、最大２８ｄＢＡの低減が住宅地域で夜間又は早朝に起こるような 低暗騒音レベルで第１高調波に対して測定された。誤差マイクロホンが変圧器タ ンクに近い場合に十分な信号対ノイズ比があるので、消音装置の性能が暗騒音と 共に変化しないことに注意されたい。それは暗騒音レベルと共に変わる音量計に よって測定された知覚低減に過ぎない。 この能動制御装置によって消費される電力は最小量である。アクチュエータに 対して測定された最大電力は５Ｗである。代表的消費電力は１Ｗ／アクチュエー タである。従って５０アクチュエータの場合でさえ、全電力消費量は１ｋＷより ずっと小さいであろう。従ってこの装置による電力消費量は問題でない。 能動制御機構の場合、すべてのアクチュエータとセンサは変圧器に付いている かすぐ近くにあるかどちらかであることに注意されたい。従って、アクチュエー タやセンサが損傷を受けやすかったり又は変電所における保守若しくは修理を妨 げやすい構内にはアクチュエータ又はセンサがない。 旧式の既存の変圧器は特にやかましい。これらの変圧器の据付けられている住 宅地域にある変電所は、普通、土地の境界線の騒音限界に対する現在の法律にか なわないので、公共事業に対する不平のもとになることが多い。新式で低騒音の 変圧器が土地の境界線の騒音限界にかなうこれらの変電所には十分な土地面積が あることが多い。しかし、旧式の変圧器は、数十年の耐用寿命の残っていること がある。変圧器を厳密に低騒音のものに置換することは非常に費用がかかる。や かましい変圧器のまわりに受動囲壁を建設することはほとんど同じように費用が かかる。しかし、本明細書で説明した発明の設置は、変圧器交換又は受動囲壁の 建設の費用の何分の一かで変圧器騒音をずっと低いレベルに低減できる。 変圧器には２種類の損失がある。すなわち巻線損失と鉄心損失である。損失の ほとんどは巻線内にあり、これらは変圧器の全体の大きさと重量をほとんど増加 させることなく巻線材料を追加することによって容易に減らすことができる。し かし騒音を小さくするために製造者に利用できる主な手段は鉄心内の磁束密度を 減らすこと（すなわち、鉄心材料を増やすこと）である。これは変圧器の寸法と 重量をかなり大きくする。それゆえ製造者は変圧器の寸法、重量及び価格をかな り増加させて鉄心材料を追加することによって騒音を小さくしながら損失を減ら している。騒音が関係しなければ、変圧器をもっと小さく、軽くそして低損失（ すなわち、低価格）で構成できるであろう。寸法と重量を小さくすることはまた 積出しを容易にし基礎を小さくして低価格に転換することを意味する。変圧器か らの騒音レベルが高いと、電力会社に変電所を工業地域内、高速道路付近又は 変圧器騒音が余り害にならないその他の地域に置かせることが多い。電力会社は 線路損失を小さくするために最終使用者に近く変圧器を設置することを好む。電 力会社が変圧器を住宅地に設置すると、それらは普通は広い面積の土地を購入す る（変圧器からの実効騒音を低減するために距離を用いるために）か又は高価な 低騒音変圧器を購入するか、又は普通の変圧器を購入してそれらを高価な受動囲 壁で囲う必要がある。本明細書で請求された発明は変圧器騒音を暗騒音レベルに 小さくするだけでなく、変圧器及び配電網の設計及び建設の仕方を根本的に変え 、もっとコンパクトな変電所ともっと効率的な回路網を可能にし、全回路網価格 を潜在的に下げることを約束する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．静止誘導器における振動減少を制御する能動消音装置において、 音響残差信号と能動音響アクチュエータを検出するように適応された適応 制御手段と、 前記制御手段に作動可能に接続されて前記静止誘導器に隣接して置かれる ように適応され、反振動現象を放射することによって振動の大きな定常波形を制 御して前記定常波形を制御するように適応された少なくとも一つのアクチュエー タ手段と、 前記制御手段に作動可能に接続されてそれに残差信号を与えて減衰過程を 絶えず更新するセンサ手段とを備え、 前記消音装置が前記静止誘導器にできるだけ近くに、結合を妨げる前記反 振動現象なしに音響的に結合するように適応されている能動消音装置。 ２．前記アクチュエータ手段が曲面アクチュエータ手段を備え、前記曲面が前 記静止誘導器に面するように適応され、前記センサ手段が前記静止誘導器と前記 アクチュエータ手段の間に取付けられるように適応されている請求項１に記載の 装置。 ３．前記静止誘導器の周りに音響的に結合された方法で取付けられるように適 応された多重アクチュエータ手段と、各前記アクチュエータ手段と関連しそれら と前記静止誘導器の間に取付けられるように適応された多重センサ手段とを備え る請求項２に記載の装置。 ４．前記アクチュエータ手段が第１及び第２のアクチュエータ手段を備え、前 記第１のアクチュエータ手段が前記定常波形を反振動によって無効にするように 前記振動現象の定常波形に対向して前記静止誘導器に隣接して置かれるように適 応されている請求項１に記載の装置。 ５．前記第１のアクチュエータ手段が曲面アクチュエータを備え、曲面が前記 静止誘導器上の定常波形領域に面するように適応されている請求項４に記載の装 置。 ６．前記第２のアクチュエータ手段が局在高振動領域を作る領域に前記静止誘 導器にすぐ隣接して置かれるように適応された圧電アクチュエータを備える 請求項４に記載の装置。 ７．前記センサ手段が前記圧電セラミックアクチュエータに取付けられた加速 度計手段を備える請求項６に記載の装置。 ８．前記第２のアクチュエータ手段が同じ位相又は１８０°反対の位相にある 一つのチャネルに電子的につなぎ込まれている請求項６に記載の装置。 ９．誘導手段と、 前記誘導手段との間に空間を設けるように前記誘導手段を取り囲むタンク と、 前記空間内にある流体媒体と、前記誘導手段が前記媒体内に前記タンクに 振動現象を発生するように適応されており、 前記タンクに関連し音響的に結合された方式で反振動現象を発生するよう に適応され、それによって前記振動現象から生ずる騒音を減衰させる制御手段を 備える能動騒音減衰手段と を備える静かな静止誘導器。 １０．前記能動騒音減衰手段が前記タンクに隣接して置かれた少なくとも一つの アクチュエータ手段とそれと関連し前記振動現象と反振動源の相互作用から生ず る残差信号を検知する随伴センサ手段を備える請求項９に記載の静止誘導器。 １１．前記アクチュエータ手段がタンク上の振動現象の定常波形に面する曲面を 有する曲面アクチュエータを備え、前記センサ手段が前記タンクと前記曲面の間 のほぼ中間にあるセンサを備えている請求項１０に記載の静止誘導器。 １２．前記アクチュエータ手段が高い振動の局在領域を覆って前記タンクに取付 けられた圧電セラミックアクチュエータを備える請求項１０に記載の静止誘導器 。 １３．前記センサ手段が前記圧電セラミックアクチュエータに取付けたセンサを 備える請求項１２に記載の静止誘導器。 １４．前記アクチュエータ手段が振動現象の定常波形の領域に隣接して取付けら れた曲面アクチュエータを追加して備える請求項１２に記載の静止誘導器。 １５．前記センサ手段が前記曲面アクチュエータと前記タンクのほぼ間に置かれ た第１のセンサ手段と、前記圧電セラミックアクチュエータ上に置かれ、それに よって残差信号を前記制御手段に与えて制御手段が定常波形と高振動現象の局在 領域の両方を減衰させることができるようにする第２のセンサ手段を備える請求 項１４に記載の静止誘導器。 １６．能動消音技術を用いて静止誘導器を消音する方法において、 振動現象によって前記静止誘導器に隣接して生じた最大変形の領域を測定 する段階と、 アクチュエータ手段をそれらの最大変形領域に置く段階と、 反対位相で反対向きの振動現象を生じて前記変形を減衰させ前記静止誘導 器を消音するように前記アクチュエータ手段を起動する段階と を備える静止誘導器を消音する方法。 １７．最大変形の領域を測定する前記段階が測定手段で前記静止誘導器の全表面 を走査し、その変形のプロットを作る段階を含みそれによって前記静止誘導器を 音源として特徴づけている請求項１６に記載の方法。 １８．前記走査が強さを測定するための加速度計で行われる請求項１７に記載の 方法。 １９．前記走査が圧力センサで行われる請求項１７に記載の方法。 ２０．最大変形の領域にアクチュエータ手段を置く前記段階が 変形現象が定常波形の形で起こる領域に隣接して大きなアクチュエータ手 段を置く段階と、 局部変形現象を有する領域に隣接して小さなアクチュエータ手段を置く段 階と を備える請求項１６に記載の方法。 ２１．前記大きなアクチュエータ手段が曲面を有し、前記曲面が前記誘導器に面 するように置かれている請求項２０に記載の方法。 ２２．前記小さなアクチュエータ手段が前記誘導器にすぐに隣接して置かれてい る圧電セラミックアクチュエータである請求項２０に記載の方法。 ２３．各前記小さなアクチュエータを一緒に電子的に一つのチャネルに引っかけ る追加の段階を備える請求項２０に記載の方法。 ２４．センサ手段を前記静止誘導器と前記アクチュエータ手段のほぼ間に置く段 階をさらに備える請求項１６に記載の方法。 ２５．前記アクチュエータ手段が前記静止誘導器と前記センサ手段に面して置か れている曲面を有する請求項２４に記載の方法。 ２６．センサ手段を前記アクチュエータ手段の上に置く段階を備える請求項１６ に記載の方法。 ２７．前記アクチュエータ手段が前記静止誘導器に直に隣接して置かれた圧電セ ラミックアクチュエータである請求項２６に記載の方法。 ２８．前記センサ手段が加速度計である請求項２７に記載の方法。