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7話では発生してしまったノイズが、ノイズがないはずのワイヤーに伝搬するという現象について、アンペールの法則を思い出しながら、解釈に取りかかってみました。
第6話でお話しした、電磁誘導をもう一度思い出しながら、ノイズ電流が流れるワイヤーの隣に理想信号を乗せた信号ワイヤーが置かれる様子を想像してみましょう。

\[ V_{emf}=-\frac{d\phi}{dt} \]

\(V_{emf}\) : 誘導電圧　\(\phi\) : 磁束

信号ワイヤーはノイズワイヤーに発生した磁界による磁束が絡まります。絡まる磁束の量は磁界の強さ、距離、接触する面積によって変わるのは理論式通りです。そして、信号ワイヤーには、磁束の時間変化に比例した電圧が誘起されます。この誘起電圧が理想信号 (電圧) に合成され、歪んだ波形として観測されます。

ノイズの伝搬から逃れるにはどうすればいいか問題

なんらかの原因で生じたノイズ (高周波歪み) が、発生源とは無関係の回路に侵入してしまう現象について、解釈の一つとして電磁誘導によるノイズの伝搬を説明しました。
ノイズとうまく付き合うには、以下のような方法が考えられます。

1. ノイズを生じないようにする
2. 生じたノイズを発生源で遮断する
3. ノイズをフィルターで減衰させる
4. ノイズを伝搬させない

今回は、電磁誘導による伝搬を論じていますので、上記の内4.の伝搬させない方法について考えていきます。
発生してしまった磁界はどのように見えるのか。第4話でお話ししたように、ある点の磁界の強さをビオサバールの法則で表現することができます。

式1　ビオサバールの法則

ビオサバールの式を見てみると、変数は二つあることに気がつきます。
　\(I\) : 線分を流れる電流
　\(r\) : 線分から点Pまでの距離

電流\(I\)はノイズ源ですので、本稿での話題に適当な変数は距離\(r\)になります。
距離\(r\)は分母にありますので、点Ｐの磁界の強さは距離\(r\)の二乗に反比例することがわかります。
言い換えると、ノイズ源であるワイヤーから、信号ワイヤーへの影響 (ノイズ伝搬) を減衰させるには距離を長くとれば良い (離せば良い) といえ、得たい減衰量に対する理論式が組み立てられます。

そんなに簡単じゃない

『離せばいい・・・そんなことわかっているよ』
『簡単じゃないから困っているんだよ』
などなど、声が聞こえてきそうです。

そうですね、私たちは先輩からの教えや同僚からの助言により、ノイズ源とおぼしきワイヤーと困っているワイヤーが特定できれば、とりあえず離してみて改善したという経験を持っています。
しかし、構造上や製造要件、あるいは商品特性上十分な空間を確保できないことが多く、離せば改善できる傾向はつかんでいるが、十分な対応策がなかなかとれないといったところにジレンマが生じます。
ノイズの対策を行うには、様々な見方があります。様々な方面の複合で考えないと、対策が十分にはならないとも言えます。ここで重要なのは、現象を理論で解明するということです。現象を理論で解明することができれば、理論的な解決策 (方策と量) が見えてくるということです。今回は言い伝えではなく、距離で論ぜられる (理論式で表わすことができる) ということがわかりました。
ここが入り口ですので、あせらず様々な方面から理論付けしていきましょう。

次回は難解なノイズを理解するために、ノイズの発生について考えていこうと思います。
最後までお読みいただきありがとうございました。