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意外な音源：インダクタやトランスが音を出す仕組みをご存知ですか？
私たちの日常生活では、電化製品からハミング音やシューという音がよく聞こえます。これらの音の主な発生源は、私たちがあまり注意を払っていないインダクタやトランスであることが多いです。この現象は電磁誘導ノイズと呼ばれ、電磁力の刺激による物質の振動によって引き起こされます。この記事では、これらのデバイスが音を出す理由と、これらの紛らわしい音を説明する方法について説明します。
電磁誘導騒音は、電磁力の刺激を受けた物質によって引き起こされる大きな振動音です。
電磁誘導ノイズはコイルノイズとも呼ばれ、電気機器の動作時に発生する電磁場から発生します。これらの電磁場は、機器内の材料に微妙な振動を引き起こします。これらの振動の周波数が 20Hz から 20kHz の間である場合、可聴音が形成されます。この音の主な発生源は、インダクタ、変圧器、特定の回転モーターなどの機器です。この音響現象は、機械的な振動や音が望ましくない電子的障害を引き起こす仕組みを説明するマイクロフォニックスに対応するものとして考えることができます。
電磁ノイズの基本概念
電磁力の源は電磁場の存在にあり、電磁場にはマクスウェル応力テンソル、磁気ひずみ、ローレンツ力などによって生じる力が含まれます。これらの力が異なる媒体間で伝達されると、材料が変形し、さまざまな振動や騒音が発生します。構造モードの固有振動数が外部の電磁力の周波数と一致すると、これらの振動が増幅され、音が大きくなります。簡単に言えば、この音は電場と磁場の変化によって引き起こされる物質の共鳴です。
モーターの電磁ノイズ
電気モーターでは、電磁力によってトルクが変化し、ローターとステーターにねじり振動が発生します。特に永久磁石同期機では、「コギングトルク」が大きな変化となり、構造伝播ノイズにつながります。このノイズの大きさと重大度は、デバイスの設計、動作条件、材料の特性によって大きく異なります。
構造伝達騒音は、ローター軸の振動の拡散によって発生します。これらの振動がフレームと軸に影響を及ぼすと、追加の騒音が発生します。
インダクタとトランスの音響特性
インダクタでは、磁気回路のエアギャップに電磁エネルギーが蓄えられ、発生するノイズはエアギャップの材質と磁気回路の形状に密接に関係しています。変圧器の場合も同様で、負荷が変化すると、巻線と積層コアの磁気歪みによって振動や騒音が発生する可能性があります。コンデンサは電圧を蓄えることができ、電圧が不安定なときに電気音響効果も生成します。これは「歌うコンデンサ」効果と呼ばれ、それがもたらすものはすべて驚くべきものです。
電磁ノイズを低減する方法
電磁ノイズと振動を低減する技術には、適切なスロット/極の組み合わせと巻線設計の選択、共振の回避、材料の減衰特性の向上などの設計改善が具体的に含まれます。さらに、テレビに接着剤の層を追加するなど、特定のデバイスに変更を加えることで、「コイルノイズ」を効果的に低減できます。これらの単純な解決策により、ユーザーエクスペリエンスが大幅に向上することがよくあります。
音響設計の改善では、騒音を減らすために電磁励起の強度と構造応答の強度を減らすことに重点が置かれてきました。
実験例とデジタルシミュレーション
電磁ノイズがどのように機能するかを理解するには、実験や数値シミュレーションを実行すると役立ちます。 DC 磁場を移動したり、可変周波数電流を適用したりすることによって観察されるさまざまな音響効果の例は、ノイズ生成についての理解を深めるだけでなく、正しい物理理論を適用した場合にこれらの現象がどのように発生するかについても理解を深めます。
静止機器であれ回転機器であれ、電磁ノイズの存在は大きく複雑な問題です。これらのデバイスが発する音を研究し理解することは、モーターの設計効率を向上させるだけでなく、日常生活におけるさまざまな製品の使用体験を向上させることにも役立ちます。しかし、これらの現象は将来の家電製品の設計とその使用にどのような影響を与えるのでしょうか?
