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。