JP2023547977A - 電磁障害を軽減するためのシステム、装置および方法 - Google Patents

Abstract

電磁障害軽減装置は、電源と、電源コードと、少なくとも電源を包囲しているとともに、電源コードから物理的に隔離されている電源筐体と、少なくとも電源コードおよび電源と導通している低値抵抗器と、電源筐体と装置筐体との間に配置されたコンデンサと、を備えている。装置筐体は電源筐体を包囲しており、装置筐体は、電源筐体から距離をあけて配置されており、コンデンサは、前記装置筐体および電源筐体によって形成されている。

Description

本開示は、医療器具に関する。より詳細には、本開示は、医療装置および実験装置に関連する電磁障害を軽減するためのシステム、装置および方法に関する。

第一線の技術アナリストらによると、技術は指数関数的な速度で進歩している。かつては手動ツールや原始的なプロセスを利用していた多くの業界において、マイクロコンピュータ、センサおよびその他の最新部品の導入による技術革新が起こっている。その結果、個人の家庭や職場にも、かつてない量のコンピュータハードウェアおよび回路が存在している。この電子機器の氾濫によって、ＥＭＩ（電磁障害）に関する２つの問題が発生している。第１の問題は、ＥＭＩによってエラーの発生しやすいデバイスが多数存在していることである。第２の問題は、さらに多くの数のデバイスが、ＥＭＩの原因となることである。

ＥＭＩは、電子機器の性能に致命的な影響を与え、動作エラーを誘発し、動作不能状態を発生させるおそれがある。上記問題は、このようなＥＭＩの原因となるデバイスの普及率が年々増加している状況であるため、さらに深刻化している。特に、携帯電話、ポータブルコンピュータ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、ＧＰＳ、Ｗｉ－Ｆｉ等のワイヤレス技術によって、ＥＭＩ問題が悪化している。

ＥＭＩは、伝導ＥＭＩおよび放射ＥＭＩの２種類に分類できる。伝導ＥＭＩは、導体の物理的な接触によって発生し、放射ＥＭＩは誘導によって発生するため非接触である。概して、伝導ＥＭＩは低周波数で発生し、放射ＥＭＩは高周波数で発生する。一般的に、ＥＭＩは、発電機やモータ等の、性能の高くないコンポーネントから発生する。このようなコンポーネントの多くは、スイッチモード電源を備えており、高速のスイッチング速度に起因して、伝導ＥＭＩおよび放射ＥＭＩの両方が発生する。

特に、ＥＭＩは、病院で使用される装置に悪影響を及ばすおそれがある。生命維持システム、バイタル監視装置、人工呼吸器等の装置は、ＥＭＩの影響を受けやすいため、ＥＭＩから保護する必要がある。病院においては、ＥＭＩの発生源が別の非常に重要な医療装置である場合が多いため、問題が特に複雑である。

ＥＭＩの問題を軽減するために、電源コード入力に「ｘコンデンサ」を配置して、筐体および配線から電源に電流を戻し、電源コードに沿って伝導しないようにすることも可能である。このような「ｘコンデンサ」は良好に機能する場合も多いが、「ｘコンデンサ」によってアースに流れる接地電流が増加する可能性がある。しかし、医療機器では、他の機器とは異なり、患者の電気装置に誤動作が発生しないようにアース接地電流を最小限に抑える必要がある。逆に、「ｘコンデンサ」を小さくすると、接地電流は低減できるが、ＥＭＩの軽減が不十分になる。

このため、接地が好ましくない環境でＥＭＩを低減するという問題を解決するシステムおよび方法を提供することが望ましい。デバイスが、低周波数範囲においてＥＭＩに関する安全ガイドラインを満たさない場合は多い。高周波エミッションに影響を与えることなく低周波エミッションを低減するためには、電源の筐体が接地から電気的に隔離されていることが望ましい。

また、現在のＥＭＩ軽減技術の欠点を改善するために、電源筐体および装置筐体の壁部がコンデンサのプレートを構成しているコンデンサを形成することが望ましい。

一実施形態において、本開示の発明は、電磁障害軽減装置であって、電源と、電源コードと、少なくとも電源を包囲しているとともに、電源コードから物理的に隔離されている電源筐体と、少なくとも電源コードおよび電源と導通している低値抵抗器と、電源筐体と装置筐体との間に配置されたコンデンサと、を備えている。装置筐体は電源筐体を包囲しており、装置筐体は、電源筐体から距離をあけて配置されており、コンデンサは、装置筐体および電源筐体によって形成されている。

さらに、低値抵抗器を、電源および電源コードと直列に配置してもよい。装置は、第１のｘコンデンサおよび第２のｘコンデンサをさらに備えていてもよく、第１のｘコンデンサおよび第２のｘコンデンサは電源筐体内に配置されていてもよい。一実施形態においては、コンデンサは、電源から放出される低周波を低減するように構成されたハイパスフィルタとして機能してもよい。

一実施形態においては、電源筐体はコンデンサの第１のプレートを形成し、装置筐体はコンデンサの第２のプレートを形成する。さらに、誘電材料を第１のプレートと第２のプレートとの間に配置してもよい。一実施形態では、プレート間の距離は、１．３９７～１．７７８ｍｍ（０．０５５～０．０７０インチ）の間である。低値抵抗器の抵抗値は１００オーム未満であってもよい。一実施形態では、電源コードは電源にＡＣ９０～２６４Ｖを入力し、電源は最大１５．６アンペアでＤＣ４８Ｖを出力する。

添付の図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、本開示の態様を例示し、記載される説明とともに、本開示の趣旨を示す。

好適な電磁障害軽減の一実施形態を示す図。 望ましくない電磁障害の一実施形態を示す図。 電磁障害を軽減するように構成された装置の一実施形態を示す図。 周波数応答を示すグラフ。 伝導電磁両立性試験装置の一実施形態を示す図。

電子機器における電磁障害を軽減するための装置、システムおよび方法について以下に記載する。
本開示においては、特に明記しない限り、単数形の単語はそれらの複数形の意味を含むと解釈される。さらに、「含む」という用語は限定的ではない。「または」は、特に明記しない限り、「および／または」と同等である。好適な範囲が記載されている場合においても、明確に述べられていない限り、好適な範囲外で動作する実施形態が存在する可能性もある。

図１Ａに、理想的な電磁障害軽減の例を示す。例えば、図１に示す装置は、機能している病院内装置であるが、ＥＭＩが発生していない。開示を目的として、図１ＡにＥＭＩ軽減方法の望ましい結果を示す。

図１Ｂに、低周波エミッションが装置の接地を介して移動可能である装置の例を示す。開示を目的として、図１Ｂには、望ましくない量のＥＭＩが発生しているシステムが示されている。

図１Ｃに示すように、装置１００は、装置筐体１０２、電源筐体１０４、電源１０６、電源コード１０８、第１のｘコンデンサ１１０、第２のｘコンデンサ１１２、低値直列抵抗器１１６およびコンデンサ／ハイパスフィルタ１１４等を有している。

コンデンサ１１４は、装置筐体１０２と電源筐体１０４との間の距離が、例えば、１．３９７～１．７７８ｍｍ（０．０５５～０．０７０インチ）または他の任意の適切な距離である場合に形成される。一実施形態では、コンデンサ距離は、２つの筐体１０２／１０４が物理的に互いに最も近い箇所において、装置筐体１０２および電源筐体１０４の壁部同士の間で測定される。しかしながら、他の実施形態では、コンデンサ距離がこれ以外の方法で測定され、例えば、筐体の一方が最も多くの電荷を保持している位置で測定されてもよい。一実施形態では、各筐体１０２／１０４は、４つの周囲壁部、上壁部および下壁部を有している。このような実施形態では、コンデンサ１１４は、筐体１０２／１０４の２つの対応する壁部に沿って形成される。さらに、このような実施形態では、２つの対応する壁部（コンデンサ１１４を形成する壁部）の間の距離は、他の対応する壁部の間の距離（例えば、装置筐体１０２の左壁部と電源筐体１０４の左壁部との間の距離）よりも短くてもよい。したがって、コンデンサ１１４を形成する筐体１０２／１０４の壁部は、互いに最も近い対応する壁部であってもよい。しかしながら、他の実施形態では、コンデンサ１１４は、任意の距離をなす壁部の任意の数または組み合わせによって形成されてもよい。

一実施形態では、コンデンサ距離は、ユーザによって調整可能であり、手動、自動または付属のコンピュータによって調整可能である。一実施形態では、コンデンサの距離を変更できるように、サーボモータまたは他の同様の構成要素が筐体１０２／１０４の間に配置されている。一実施形態では、可変距離は固定されており、調整できない。一実施形態では、ウインチ、くさびまたはネジが、電源筐体１０４と装置筐体１０２との間に配置され、コンデンサ距離を微調整できる。このような実施形態および同様の代替的な実施形態は、図１Ｃに示されている。

装置１００は、装置筐体１０２および電源筐体１０４を有している。多くの実施形態においては、電源筐体１０４は、電源１０６を包囲している。一例においては、電源１０６は電気入力／出力を有しており、例えば、ＡＣ９０～２６４Ｖの入力および／または最大１５．６アンペアでＤＣ４８Ｖの出力を有している。しかしながら、電源１０６は、任意の適切な電気入力または出力を有していてもよい。電源１０６は、例えば、ＡＣ電源、ＤＣ電源または他の一般的な種類の電源である。代替的な実施形態では、電源筐体１０４は、複数の電源１０６を包囲している。さらに別の実施形態では、装置筐体１０２は、複数の電源筐体１０４を包囲している。

一実施形態では、装置筐体１０２および電源筐体１０４の両方が金属で構成され、導電体として機能する。しかし、別の実施形態においては、装置筐体１０２および電源筐体１０４が様々な適切な材料から形成される。例えば、別の実施形態では、装置筐体１０２および／または電源筐体１０４は、薄膜、フォイルまたは電解質で構成されるか、これらを含んでいる。代替的な実施形態では、２つの筐体のうちの一方が、他方よりも導電性が低くなるように設計された材料から構成される。このような代替実施形態では、導電性の低い方の筐体に起因して、２つの筐体によって構成されるコンデンサの全体的な効果が低下する可能性がある。この代替実施形態は、ハイパスフィルタ１１４の効果を低下させる可能性があり、これは、コンデンサ１１４を通過する高周波の割合を減少させたいユーザにとって有益である。

一実施形態では、装置筐体１０２と電源筐体１０４との間に誘電材料が配置される。例えば、いくつかの実施形態においては、２つの筐体１０２／１０４の間に、ガラス、テフロン（登録商標）、ポリスチレン、二酸化チタン、チタン酸バリウムまたは他の誘電材料が配置される。一実施形態では、電源筐体１０４、装置筐体１０２および任意の他の筐体またはコンポーネントが絶縁されている。一実施形態では、電源筐体１０４、装置筐体１０２および任意の他の筐体またはコンポーネントが、電気、熱、振動または音から絶縁されている。

さらに別の実施形態においては、装置筐体１０２および電源筐体１０４がコンデンサ１１４を形成していない。このような代替実施形態では、独立したコンデンサが２つの筐体１０２／１０４の間に配置される。また、電源筐体１０４は、電源１０６を包囲していなくてもよい。このような実施形態では、金属板等の別の構成要素を電源１０６に導通させて、この別の構成要素がコンデンサ１１４の半分を形成し、装置筐体１０２が残りの半分を形成してもよい。一実施形態では、電源１０６は、低周波を伝送するように構成された別個の接地または他のケーブルに接続される。

いくつかの実施形態ではコンデンサ１１４はハイパスフィルタとして機能するが、コンデンサ１１４はローパスフィルタとして構成してもよい。図２を参照して、電磁障害軽減装置１００の一実施形態によって、低周波エミッションが低減される。図２に、本開示の発明の実施形態が、低周波数範囲のエミッションの振幅をどのように減少させるかを示す。図２を参照して、電磁障害軽減装置１００の一実施形態は、低周波エミッションを低減させるように構成されているが、本発明は、図２に示す勾配および特性に限定されない。他の実施形態においては、装置１００のユーザが、特定の用途に応じて、装置１００の効果の程度を調節できる。このような実施形態では、本開示の発明は、図２に示される例よりもエミッションに対する影響が大きくても小さくてもよい。

いくつかの実施形態では、電源筐体１０４および／または装置筐体１０２は、連続する１枚のシートから構成される。例えば、このような連続シートを用いる実施形態では、筐体１０２／１０４が一体となるように、筐体１０２／１０４全体を圧延、３Ｄ印刷、型成形または他の方法で製造できる。または、別の実施形態においては、電源筐体１０４および装置筐体１０２の一方または両方が複数の部分から構成される。例えば、このような代替的な実施形態では、筐体１０２／１０４の両方が、上側、下側、左側、右側、前側および後側を有している。さらに、上側、下側、左側、右側、前側および後側は独立した構成要素であってもよく、これらが固定されることによって装置筐体１０２または電源筐体１０４が形成される。

別の実施形態においては、筐体１０２／１０４のいずれかが同じ材料のみで形成されていない。例えば、筐体の９０％は、導体として十分に機能する当該技術分野で周知の金属で構成され、筐体の１０％は、伝導性の低い材料または絶縁体として知られる材料で構成される。このような実施形態は、筐体内に配置する必要があるが、導電性材料に対して特定の至近距離内に配置してはならない高感度のコンポーネントが存在する用途において有益である。

また、一実施形態においては、装置筐体１０２および／または電源筐体１０４は、これらの筐体内に配置されたコンポーネントの周囲に配置されたメッシュ、チェーンリンク、フォイルまたは他の可鍛性材料であってもよい。例えば、形状的または物理的に非透過性である従来の固定された筐体の使用が適さない用途においては、可鍛性材料によって、通常は筐体内に存在するコンポーネントを「包む」ことができる。この代替実施形態では、筐体を構成する可鍛性材料は、従来の筐体と同じ特性（例えば、導電率、材料、誘電性等）を多く有していてもよい。

電磁障害軽減装置の一実施形態では、装置が低値抵抗器１１６をさらに有している。この低値抵抗器１１６は、例えば、１００オーム未満である。特定の実施形態においては、抵抗値が低くなるにつれて低周波導電の振幅が高くなり、かつ／または、抵抗値が高くなるにつれて放射エミッションの量が増加する。一実施形態では、抵抗値は例えば約５６オームである。別の実施形態においては、低値抵抗器１１６が１００オームよりも高い。一実施形態では、低値抵抗器１１６は、少なくとも電源１０６ならびに接地および／または電源コード１０８に直列に接続される。別の実施形態においては、低値抵抗器１１６が少なくとも電源１０６ならびに接地および／または電源コード１０８に並列に接続される。

さらに別の実施形態においては、電磁障害軽減装置１００が複数の低値抵抗器１１６を備えている。このような代替実施形態では、複数の低値抵抗器１１６は、少なくとも電源１０６ならびに接地および／または電源コード１０８に直列または並列に接続される。一実施形態では、低値抵抗器１１６は可変抵抗器である。このような実施形態では、低値抵抗器１１６は、ユーザによって容易に調整可能である。

電磁障害軽減装置１００は、被試験デバイスのＡＣ電源コード１０８に沿って、１００Ｋｈｚ～３０Ｍｈｚの伝導電磁障害周波数に対して抑制を行うように構成できる。図３を参照して、電磁障害エミッションは、装置１００のＡＣ電源コード１０８をラインインピーダンス安定化ネットワーク３０４に接続し、ラインインピーダンス安定化ネットワーク３０４をさらにスペクトルアナライザ３０２と接続することによって測定できる。ラインインピーダンス安定化ネットワーク３０４は、主電源３０６に接続されている。しかし、別の実施形態においては、他の方法および／または構成要素を用いて伝導電磁障害エミッションが測定される。

本開示の発明の代替的な実施形態においては、１００Ｋｈｚ～３０Ｍｈｚの範囲外の伝導電磁障害の抑制を行う。さらに別の実施形態では、装置１００は、ＡＣ電源コード１０８以外の構成要素に沿って移動する伝導電磁障害エミッションを抑制する。例えば、このような実施形態では、電磁障害軽減装置１００は、周辺デバイスを被試験デバイスに取り付けるコード、被試験デバイスを支持するフレームもしくは構造または被試験デバイスに近接する他の電子機器に沿ったエミッションを抑制するように構成されるが、これらに限定されない。

一実施形態では、電磁障害軽減装置は、電源と、電源コードと、少なくとも電源を包囲する電源筐体とを有している。このような実施形態では、電源を電源コードから物理的に隔離してもよい。しかしながら、電源は、電源コードと（例えば、追加の回路やワイヤ等を介して）導通していてもよい。装置は、低値抵抗器およびコンデンサを有していてもよい。低値抵抗器は、少なくとも電源コードおよび電源と導通しており、コンデンサは、電源筐体と装置筐体との間に配置される。一実施形態では、装置筐体が電源筐体を包囲し、装置筐体は電源筐体から離れて配置され、コンデンサは装置筐体と電源筐体とによって形成される。低値抵抗器は、電源および電源コードと直列に配置される。

さらに別の実施形態では、装置は第１のｘコンデンサおよび第２のｘコンデンサを有し、第１のｘコンデンサおよび第２のｘコンデンサは電源筐体内に配置される。コンデンサは、電源から放出される低周波を低減するように構成されたハイパスフィルタとして構成してもよい。電源筐体はコンデンサの第１のプレートを形成し、装置筐体はコンデンサの第２のプレートを形成する。さらに別の実施形態では、誘電材料が第１のプレートと第２のプレートとの間に配置される。また、２枚のプレートは互いから距離をあけて配置されており、その距離は１．３９７～１．７７８ｍｍ（０．０５５～０．０７０インチ）である。しかしながら、距離は、他の任意の適切な値であってもよい。一実施形態では、低値抵抗器の抵抗値は１００オーム未満である。別の実施形態では、電源コードは電源にＡＣ９０～２６４Ｖを入力し、電源は最大１５．６アンペアでＤＣ４８Ｖを出力する。

上記実施形態に関連して本発明を説明したが、多くの代替例、修正例および変形例が可能であることは、上記の説明から当業者には明らかであろう。したがって、上記の本発明の実施形態は、限定的ではなく例示を意図したものである。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。

Claims (9)

1. 電磁障害軽減装置であって、
   電源と、
   電源コードと、
   少なくとも前記電源を包囲しているとともに、前記電源コードから物理的に隔離されている電源筐体と、
   少なくとも前記電源コードおよび前記電源と導通している低値抵抗器と、
   前記電源筐体と装置筐体との間に配置されたコンデンサと、を備え、
   前記装置筐体は前記電源筐体を包囲しており、
   前記装置筐体は、前記電源筐体から距離をあけて配置されており、
   前記コンデンサは、前記装置筐体および前記電源筐体によって形成されている、電磁障害軽減装置。
2. 前記低値抵抗器が、前記電源および前記電源コードと直列に配置されている、請求項１に記載の電磁障害軽減装置。
3. 第１のｘコンデンサおよび第２のｘコンデンサをさらに備え、前記第１のｘコンデンサおよび前記第２のｘコンデンサが前記電源筐体内に配置されている、請求項１に記載の電磁障害軽減装置。
4. 前記コンデンサが、前記電源から放出される低周波を低減させるように構成されたハイパスフィルタとして機能する、請求項１に記載の電磁障害軽減装置。
5. 前記電源筐体が前記コンデンサの第１のプレートを形成しており、前記装置筐体が前記コンデンサの第２のプレートを形成している、請求項１に記載の電磁障害軽減装置。
6. 前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に誘電材料が配置されている、請求項５に記載の電磁障害軽減装置。
7. 前記距離が１．３９７～１．７７８ｍｍ（０．０５５～０．０７０インチ）である、請求項６に記載の電磁障害軽減装置。
8. 前記低値抵抗器の抵抗値が１００オーム未満である、請求項７に記載の電磁障害軽減装置。
9. 前記電源コードが前記電源にＡＣ９０～２６４Ｖを入力し、前記電源が最大１５．６アンペアでＤＣ４８Ｖを出力する、請求項８に記載の電磁障害軽減装置。