2022/08/09 業界コラム 上島 敬人 身近にある家電 with ノイズのストーリー第3話 ネジと電気磁気学の意外な関係 Electrical & Magnetic EM上島Lab 代表 上島 敬人 【略歴】 総合家電メーカーにて42年間白物家電...もっと見る 【略歴】 総合家電メーカーにて42年間白物家電の設計開発部門にて下記業務に従事。 《商品設計(電気系)》 ハードウェア設計・評価:アナログ設計、SW電源、インバーター等 プリント基板設計:製造性、法規に熟知した実装パターン設計 品質・信頼性評価:EMC、熱、電気系信頼性評価・対策 開発マネジメント:FMEA、DR、法規等QMS管理・対内外折衝、VE推進 《電気系開発技術・システム開発》 CAD/PDMを中心としたシステム開発・運用 CAE:電磁界シミュレーションを活用したEMC検証、対策 【取得資格】 iNARTE EMC Design Engineer 皆様、こんにちは。EM上島Lab 上島です。 第一話、第二話と配線を中心にお話をさせていただきました。配線で起きることはプリント基板のパターンでも同様なことが言えます。違いは片面基板では二次元なので、配線のように立体的な対策が打ちにくい点です。いずれにしても、ノイズを考えるとき、電流の流れる向きというのが重要になります。ノイズが含まれた電流が配線を流れるとき何が起きるのかについて考えてみたいと思います。 電流の向きと磁界まっすぐな電線に電流が流れた場合、電線の周りには磁界が発生します。この関係は1820年にフランスの物理学者アンドレ・マリー・アンペールにより発見され、アンペールの法則と呼ばれています。この法則によれば電流の方向に向かって時計回りに磁界が発生します。 磁界の強さHは電流をI、円形領域の半径をrとしたとき、次式で現されます。 \[ H=\frac{I}{2\pi r} \] そして、磁界の向きは電流の流れる方向に対して右になります。 右ネジは時計回り(右方向)に回すことで進行方向に進んでいきます。 まっすぐな電線を流れる電流の向きに対して、右方向の磁界が発生することから、『右ネジの法則』といわれる由縁です。 この電流により発生する磁界の状態は下図のように、右手を使って直感的に認識することが一般的に行われています。 この磁界の向きはノイズが拡散していく状態を現す、つまりノイズの対策を考えるということにおいて非常に重要な意味を持ちます。 ノイズの渦巻く商品内部さて、第二話ではシールド効果を期待してツイストペアーのように配線をまとめて撚り、対策をしたという経験談をお話ししましたが、右ネジ(アンペール)の法則により磁界が発生する以上、直感的にも配線をまとめてしまうのはなんとなく『やばそう』に感じますよね。 ノイズが多いであろうパワー線からSN比の小さい信号線をシールド効果により保護するというのが配線をまとめて撚る目的でしたが、信号線(と思われる)配線にも、当然ながら高周波ノイズが含まれていることがあります。 また、商品内部にはスイッチング電源を始め、モーターなどのノイズ発生源や逆にノイズの影響を受けやすい、さまざまなセンシングを行う高インピーダンス回路が目白押しです。どのような性質の配線なのかを理解した上で、撚る・離すなどの施策を打つことが重要となります。 右ネジの法則で煙に巻く商品設計において、課題が発生または予測される場合、関連の設計部隊との協議は大事なことです。頭ごなしの主張は、反発を招いてまとまらないことがあり開発現場においても同様なことが言えます。私も、血気盛んな時代は自己主張ばかりを通そうとして、必要以上に議論や評価に時間を費やしていた気がします。 エンジニア同士の議論には理論付けが大切で、配線に関して言えば最も簡単な原理が右ネジの法則ではないかと思います。どのような性質の電流が流れるかを基に、右ネジの法則を駆使して仕様を具体的に提示することで、なんとなく納得感を得られるのではないでしょうか(聞いている方は煙に巻かれた感じかもしれません。若いときにこの冷静さがあったらどんなに仕事がスムーズだったでしょうか。反省しきりです。) 次回は、配線を離すと言ってもどれだけ離せばいいのかについて考えていきたいと思います。 最後までお読みいただきありがとうございました。 この記事に関するお問い合わせはこちら 問い合わせする Electrical & Magnetic EM上島Lab 代表 上島 敬人さんのその他の記事 2025/03/11 業界コラム 家電をとりまく迷惑ノイズの実際問題第6話 お互い様ノイズ インパルスノイズ 2025/01/15 業界コラム 家電をとりまく迷惑ノイズの実際問題第5話 静電気ってなに 2024/11/12 業界コラム 家電をとりまく迷惑ノイズの実際問題第4話 雷によるサージノイズの侵入を考える 2024/09/10 業界コラム 家電をとりまく迷惑ノイズの実際問題第3話 イミュニティ対策は必要か 2024/07/09 業界コラム 家電をとりまく迷惑ノイズの実際問題第2話 ノイズはどこから来るのか 2024/05/14 業界コラム 家電をとりまく迷惑ノイズの実際問題第1話 イミュニティの世界 2024/02/14 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第12話 (最終回) 仮説を立てる 2023/12/12 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第11話 ノイズに対峙するということ 2023/10/11 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第10話 ノイズは厄介者 ? 2023/08/08 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第9話 ノイズの第一歩 2023/06/13 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第8話 ノイズはどこからやってくるのか 2023/04/11 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第7話 ノイズはなにものなのか その2 2023/02/14 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第6話 ノイズはなにものなのか 2022/12/13 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第5話 配線は受け身ですから 2022/10/12 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第4話 配線をどう決めるのかの実際問題について 2022/08/09 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第3話 ネジと電気磁気学の意外な関係 2022/06/14 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第2話 シールドはガウス(の法則)と知り合い ? 2022/04/12 業界コラム 身近にある家電 with ノイズのストーリー第1話 配線のノイズはクーロン力で考える 足立 正二安藤 真安藤 繁青木 徹藤嶋 正彦古川 怜後藤 一宏濱﨑 利彦早川 美由紀堀田 智哉生田 幸士大西 公平䕃山 晶久神吉 博金子 成彦川﨑 和寛北原 美麗小林 正生久保田 信熊谷 卓牧 昌次郎万代 栄一郎増本 健松下 修己松浦 謙一郎光藤 昭男水野 勉森本 吉春長井 昭二中村 昌允西田 麻美西村 昌浩小畑 きいち小川 貴弘岡田 圭一岡本 浩和大西 徹弥大佐古 伊知郎斉藤 好晴坂井 孝博櫻井 栄男島本 治白井 泰史園井 健二宋 欣光Steven D. Glaser杉田 美保子田畑 和文タック 川本竹内 三保子瀧本 孝治田中 正人内海 政春上島 敬人山田 明山田 一米山 猛吉田 健司結城 宏信 2025年3月2025年2月2025年1月2024年12月2024年11月2024年10月2024年9月2024年8月2024年7月2024年6月2024年5月2024年4月2024年3月2024年2月2024年1月2023年12月2023年11月2023年10月2023年9月2023年8月2023年7月2023年6月2023年5月2023年4月2023年3月2023年2月2023年1月2022年12月2022年11月2022年10月2022年9月2022年8月2022年7月2022年6月2022年5月2022年4月2022年3月2022年2月2022年1月2021年12月2021年11月2021年10月2021年9月2021年8月2021年7月2021年6月2021年5月2021年4月2021年3月2021年2月2021年1月2020年12月2020年11月2020年10月2020年9月2020年8月2020年7月2020年6月2020年5月2020年4月2020年3月2020年2月2020年1月2019年12月2019年11月2019年10月2019年9月2019年8月2019年7月2019年6月2019年5月2019年4月2019年3月2019年2月2019年1月2018年12月2018年11月2018年10月2018年9月2018年8月2018年7月2018年6月2018年5月2018年4月2018年3月2018年2月2018年1月2017年12月2017年11月2017年10月2017年9月2017年8月2017年7月2017年6月2017年5月2017年4月2017年3月2017年2月2017年1月2016年12月2016年11月2016年10月2016年9月2016年8月2016年7月2016年6月2016年5月2016年4月2016年3月2016年2月2016年1月2015年12月2015年11月2015年10月2015年9月2015年8月2015年7月2015年6月2015年5月2015年4月2015年3月2015年2月2015年1月2014年12月2014年11月2014年10月2014年9月2014年8月2014年7月2014年6月2014年5月2014年4月2014年3月2014年2月2014年1月2013年12月2013年11月2013年10月2013年9月2013年8月2013年7月2013年6月2013年5月2013年4月2013年3月2013年2月2013年1月2012年12月2012年11月2012年10月2012年9月2012年8月2012年7月2012年6月2012年5月2012年4月2012年3月2012年2月2012年1月2011年12月2011年11月2011年10月2011年9月2011年8月2011年7月2011年6月2011年5月2011年4月2011年3月2011年2月2011年1月2010年12月2010年11月2010年10月2010年9月2010年8月2010年7月2010年6月2010年5月2010年4月2010年3月2010年2月2010年1月2009年12月