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EMCとは?:EMCの基礎知識1

EMCの基礎知識

更新日:2018年9月28日(初回投稿)
著者:地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター 副主任研究員 渡部 雄太

ラジオを聞いている時にPCや電子レンジを動作させたら、音にノイズが入ったり、電化製品が静電気で誤動作を起こした経験はないでしょうか。これは、電気・電子機器が発する電磁波(電磁ノイズ)や静電気が、他の製品の動作に影響を与えたためです。本連載では、こうした不具合を防ぐための技術EMCを、7回にわたり解説します。第1回の今回は、EMCの概論と、実際にどのような障害が起こるのか、事例を紹介します。

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1. EMCとは?

EMCは日本ではまだなじみの薄い用語ですが、電子機器を設計する上での重要性は、ますます高まっています。まずはEMCの概要、歴史、試験方法を解説します。

1:EMCとは?

EMC(Electromagnetic Compatibility、電磁両立性)とは、「装置またはシステムの存在する環境において、許容できないような電磁妨害をいかなるものに対しても与えず、かつ、その電磁環境において満足に機能するための装置またはシステムの能力」と定義されています(JIS C 60050-161、EMCに関するIEV用語)。つまり、他の製品に影響を及ぼす電磁ノイズを出さないこと、外部から電磁ノイズを受けても正常に動作することの両方の性能が、EMCです(図1)。

図1:EMC(電磁両立性)とは?

図1:EMC(電磁両立性)とは?

電子機器が発生する電磁ノイズは、電磁妨害(EMI:Electromagnetic Interference)、またはエミッション(Emission)といいます。対して、電磁ノイズに対する耐性(誤動作しないこと)は、電磁感受性(EMS:Electromagnetic Susceptibility)、またはイミュニティ(Immunity)といいます。EMCに関する用語には複数の呼称があり、混乱を招きやすいため、本連載では電子機器が発生する電磁ノイズをエミッション、電磁ノイズに対する耐性をイミュニティとします。

2:EMCの歴史

EMCの歴史は古く、1930年代にさかのぼります。モータなどを組み込んだ電子機器の電磁ノイズによって、ラジオなど無線機器の受信が妨害される現象(エミッション)が報告されました。これを受け、1934年、CISPR(国際無線障害特別委員会:シスプル、Comite International Special des Perturbations Radioelectriques)が設立されました。CISPRの目的は、無線障害の原因となる各種機器からの電磁ノイズに関し、その許容値と測定法を国際的に統一することで、国際貿易を促進することです。その後、電子機器の複雑化・低電圧動作化が進むにつれ、静電気や放送波などの電磁ノイズにより、電子機器が誤動作するイミュニティも問題となり始めます。そして、エミッションとイミュニティの両方を含んだ、EMCという考え方が一般的になりました。

3:EMCの試験方法と目的

EMCのエミッションに関する試験の多くは、無線通信などの電磁波を利用した通信・放送などを保護するために行われています。電子機器には、意図的に電磁波を放射することで通信などを行う意図的放射機器と、意図しない電磁波が電磁ノイズとして放射される非意図的放射機器があり、EMCのエミッションでは、非意図的放射機器を対象とします。意図的放射機器の無線機能は、EMCとは別の技術基準が設けられています。

一方、イミュニティに関する試験は、環境に存在するノイズ(静電気、放送波、チャタリングノイズ、誘導雷など)を模擬した信号を製品に印加し、誤動作するか否かを確認します。チャタリングノイズとは、一部のスイッチやリレーでON・OFFの切り替え時などに発生するノイズのことです。EMCのイミュニティでは、非意図的放射機器だけでなく、意図的放射機器の機能も評価します。

2. EMCの重要性

具体的な電磁障害の事例と、その原因を見ていきましょう。EMCの重要性に対する理解が深まることと思います。また、規制に関しても解説します。

1:事例集から見た電磁障害

電磁波の問題は、私たちの身近な場所でも数多く発生しています。電車の優先席付近では、携帯電話の電源を切ることが求められます。飛行機の離着陸時には、電子機器の電源を切るか、機内モードに設定する必要があります。これらは、携帯電話などの電子機器が意図的に放射する電磁波が、心臓ペースメーカーや、飛行機の計器に悪影響を及ぼさないための対策です。また、アナログテレビの画像乱れや、AMラジオの雑音は、EMC対策が不十分な機器が近くにあるために起こる、代表的な電磁障害です。

総務省による電磁障害事例集では、エミッションの問題として、FAXや業務用脱毛器などの電子機器が、消防無線に影響を与えた事例が報告されています(表1)。また、イミュニティの問題では、不法市民ラジオ(不法CB無線、Citizens Band)や、アマチュア無線などが意図的に放射した電磁波が、電子機器に侵入し、誤動作を起こす事例が報告されています。電子機器から発生した不要電波が、医療機器の診断画像にノイズを起こした例もありました。

表1:電磁障害の一例(総務省東北総合通信局、電磁障害事例集を基に著者作成)
 被害機器 被害機器の分類障害内容与被害機器の原因、措置
消防無線無線設備 ジージーと雑音50m離れた民家のFAX
消防無線無線設備雑音 150m離れたエステサロンの脱毛器
洗浄式トイレ家電製品洗浄式トイレの誤作動により、水浸し 不法CB無線。メーカー側で対策 
インターホンセンサ類 インターホンが誤作動により、勝手に鳴るアマチュア無線。近くの使用者に指導
子宮検査用
超音波医療機器
センサ類医療機器の画面にノイズ電子機器の不要電波。メーカー側で対策

2:電磁障害を引き起こすノイズ源とは

エミッションのノイズ源の代表例には、DCモータのブラシ放電、AC/DCコンバータやDC/DCコンバータに利用されているスイッチング電源、そしてデジタル回路などで利用されているクロック信号などがあります(図2)。この中でも、スイッチング電源とクロック信号は、方形波(信号のONとOFFが交互に発生)の電源波形や信号を利用するため、非常に広帯域のノイズを発生させます。現在の電子機器の多くはスイッチング電源を搭載し、クロック信号を利用しているため、エミッションが問題となるリスクは上昇傾向にあります。

イミュニティのノイズ源の代表例には、静電気、自然現象によって発生する電磁波(雷が電線の近くに落ちた際に発生する誘導雷など)、放送波や意図的放射器からの電磁波、チャタリングノイズなどがあります(図2)。機器から発生するノイズは技術による抑制も可能ですが、突発的な自然現象で発生するノイズがなくなることはありません。また今後、無線機器のさらなる増加が予想されるため、EMCはますます重要になると考えられます。

図3:EMCのノイズ源の例

図3:EMCのノイズ源の例

3:EMCに関する規制

私たちの生活空間には電子機器があふれており、多くが電気的に制御されています。EMCの問題は、ラジオやテレビにノイズが入るなど迷惑とはいえ軽微なものから、自動車や工作機械、医療機器の誤動作など、生命の危機に直結する重大なものまで、多岐にわたります。

日本では、電気用品安全法にエミッションの規制が存在します。特に生命に関わる医療機器は、エミッション、イミュニティともに薬事法により厳しく規制されています。車載機器についても、各自動車メーカーが独自のEMC規制を敷き、厳しい試験を実施しています。海外でもEMCに関する規制は行われており、米国、欧州、中国などに電子機器を輸出する際は、各地域のEMC規制に適合することが求められます。

いかがでしたか? 今回は、EMCの概要と、その重要性を説明しました。次回は、エミッションについてさらに詳しく解説します。お楽しみに!

協力:地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター

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