JP3637675B2

JP3637675B2 - アース付電動工具

Info

Publication number: JP3637675B2
Application number: JP08411996A
Authority: JP
Inventors: 久美雄高橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: JPH09272074A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気丸鋸や電気ドリル等の直巻整流子電動機を動力源とする電動工具であって、通常接地して使用することが安全面から義務付けられているアース付電動工具に関するもので、高周波電磁妨害波を抑制するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
アース付電動工具の１４８ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域の高周波妨害波は、動力源である直巻整流子電動機の整流作用で生じ、電源コードから電源配線路に伝播している。昭和５５年の電子情報通信学会技術研究報告〔環境電磁工学〕（ＥＭＣＪ８０−１）「直巻整流子電動機の雑音抑制について」に記載されているように、電源配線路に伝播していく高周波妨害波は、２本の電源線間を伝播する平衡伝播妨害波及びアース線と電源線間を伝播する不平衡伝播妨害波に分けて考えることができる。このうち、２本の電源線間を伝播する平衡伝播妨害波は、電源線間に０．０５〜０．５μＦの比較的静電容量の大きいコンデンサ（以下第１コンデンサという）を装備して抑制している。アース線と電源線間を伝播する不平衡伝播妨害波も、２本の電源線とアース間に装備するコンデンサ（以下第２コンデンサという）の静電容量を大きくすることで抑制できる。しかし、アース付電動工具は筐体を手に持って使用する工具なので、アースが不完全な状態で筐体に触れると、２本の電源線とアース間に装備した前記第２コンデンサを介して人体に電流が流れて電撃を感じる。このため第２コンデンサの静電容量は高々５０００ｐＦ（２個で１００００ｐＦ）程度以下であり、アース付電動工具の不平衡伝播妨害波を抑制するには不十分である。
【０００３】
従来、第２コンデンサの挿入減衰量の不足を補うために、コモンモードチョークコイルと呼ばれるインダクタンス素子を電源線内に装備していた。このため、インダクタンス素子に電源電流が流れインダクタンス素子は発熱していた。コモンモードチョークコイルは、トロイダルコアと呼ばれるリング状のフェライトコアに、電源電流によって生じる磁束を互いに打ち消すように２個の巻線を施している。このため、２個のコイルのインダクタンスにアンバランスがあると磁束が発生して磁気飽和を呈していた。
【０００４】
一方、（株）朝倉書店出版の１９９０年８月１日発行の「磁性体ハンドブック」第９刷１０９４頁「２１．２．１．ソフトフェライトの概要」や（株）オーム出版の柄澤忠義編「ＯＨＭ文庫フェライトとその応用」２３頁に記載されているように、フェライトは材料によって定まったそれ以上の周波数では透磁率が急激に低下すると共に損失が増加して、インダクタンスとして使用できなくなる限界周波数がある。限界周波数と透磁率の関係は、（限界周波数）×（低周波数領域での透磁率）＝（材料によらない定数）が成立し、材料によらない定数は限界周波数の単位をＭＨｚとした時ほぼ１０００である。フェライトコアを用いたインダクタンス素子はこの限界周波数付近の周波数領域で損失が最大となる。従来、コモンモードチョークコイルに用いられるフェライトコアは、１４８ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域の全域にわたり挿入減衰量を確保するため、限界周波数を１ＭＨｚ程度に設定した透磁率が１０００程度のフェライトコアを用いていた。しかし、高々５０００ｐＦ程度以下の静電容量をもつ第２コンデンサを装備したアース付電動工具からの高周波妨害波の周波数特性は２００ｋＨｚから１ＭＨｚ付近で緩やかに最大となり、それ以上の周波数で急速に低下する特性を示すため、付加するインダクタンス素子の最大損失の周波数領域は１ＭＨｚ付近より低い周波数領域とした方がよい。このように従来のコモンモードチョークコイルでは、抑制すべき周波数領域と、チョークコイルの最大損失の周波数領域がずれていた。このため、上記したような透磁率を有するフェライトコアをアース付電動工具のインダクタンス素子のコアとして用いる場合は、巻線の巻回数を多くして低周波数領域の損失を増大していたので、形状が大きくなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アース付電動工具からの高周波妨害波の伝播形態及び周波数特性に鑑み、上記した従来技術の欠点であるチョークコイルの発熱及び磁気飽和をなくし、小型の高周波妨害抑止素子を用いて高周波妨害波の少ないアース付電動工具を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
付加するインダクタンス素子をアース線に装備し、併せてインダクタンス素子の最大損失を呈する周波数領域を、高周波妨害波の周波数特性でレベルが最大となる周波数領域にフェライトコアの限界周波数を合致させて、少ない巻回数で必要な挿入減衰量を得るようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明アース付電動工具の配線の一例を図１、妨害波端子電圧の測定結果の一例を図２に示す。１は電機子、２は界磁、３は導電性金属筐体、４は２本の電源線間に装備した第１コンデンサ、５は２本の電源線とアース間に装備した第２コンデンサ、６は電源コード、７はインダクタンス素子、８は電源プラグ、９はアース線の先端に装着されたアースクリップである。電機子１及び界磁２は導電性金属筐体３に内蔵されて直巻整流子電動機を形成している。電源コード６は、２本の電源線とアース線から形成されている。第１コンデンサ４及び第２コンデンサ５は、一つのケースに格納したΔ型コンデンサまたはフィルムコンデンサの分極作用を用いた一体形のΔ型コンデンサでもよい。第１コンデンサ４は０．０５〜０．５μＦ、第２コンデンサ５は３０００ｐＦ程度の静電容量である。また、本発明で問題となる３ＭＨｚ以下の周波数領域においては、波長に比べて寸法が極めて小さいため、導電性金属筐体３はほぼ完全な電磁遮蔽体、電源コード６は無損失伝送路と見做してよい。
【０００８】
電磁妨害波は電機子１のコイルの電流変化である整流作用で発生し、界磁２及び電機子１の他のコイルに結合して伝播し、電源コード６を介して電源配線路へ伝播する。第１コンデンサ４及び第２コンデンサ５のみを装備したアース付電動工具の妨害波端子電圧の測定結果の一例を図２の１１に示す。
【０００９】
電源配線路に伝播していく高周波妨害波は、上記した如く、２本の電源線間を伝播する平衡伝播妨害波及びアース線と電源線間を伝播する不平衡伝播妨害波に分けて考えることができるが、０．０５〜０．５μＦの第１コンデンサ４により平衡伝播妨害波は抑制される。かかる状態では、アース線と電源線間を伝播する不平衡伝播妨害波は、２線一括の電源線とアース間を伝播する不平衡伝播妨害波と等価になるので四端子網として考えることができる。この時、３０００ｐＦの第２コンデンサ５と共にフィルタ回路を形成するために付加するインダクタンス素子は第１コンデンサ４と電源配電線の間に装備した方がよい。なぜなら、コンデンサ装備個所からみた直巻整流子電動機の２線一括の電源線とアース間のインピーダンスは、電源配線路の同様のインピーダンスに比べてより大きいからである。この時、本発明が適用されるアース付電動工具のように導電性金属筐体３がほぼ完全な電磁遮蔽体である場合は、インダクタンス素子７は電源線に装備してもアース線に装備してもほぼ同じ効果が得られる。そして、本発明のようにアース線に装備すると、電源電流がインダクタンス素子７を流れないため、発熱及び磁気飽和の心配がない。また、電源線が２本なのに対してアース線は１本なので、同一損失を得るのに全巻回数は半分となり、インダクタンス素子７は小形になる。図２の曲線１０に、本発明によるアース線にインダクタンス素子７を装備した時の妨害波端子電圧の測定結果の一例を示す。この時の第１コンデンサ４は０．３μＦ、第２コンデンサ５は３０００ｐＦ、インダクタンス素子７のフェライトコアは低周波数の透磁率が１００００で限界周波数は１００ｋＨｚ程度のもので、内径及び外径が夫々７．１ｍｍ及び１２．７ｍｍ、高さが１９．２ｍｍの円筒状で、巻線はアース線をそのままコアに３．５ターン巻回している。リアクタンス成分が最大となる周波数は３００ＫＨｚ付近である。このように低周波数の透磁率が大きいフェライトコアを用いてインダクタンス素子７の０．１５〜１ＭＨｚの挿入損失を増大させ、抑制すべき周波数領域での挿入損失を確保したことにより、インダクタンス素子７の巻回数を少なくでき小形になる。なおフェライトコアの透磁率を１００００としたが、５０００を超えればよい。
【００１０】
近年、フェライトコアのうち複合フェライトの製造技術の進歩や混合する材料に関する研究成果により、限界周波数を越えても透磁率が急激に低下しないものができており、図２の妨害波端子電圧の測定結果１０もかかる複合フェライトのコアである。このフェライトを用いてより高周波数領域まで挿入減衰量を確保する時も、限界周波数より低い周波数領域での透磁率が大きいフェライトコアを用いることは、巻線の巻回数を少なくできてコイルの分布容量を少なくできるので、より効果が大きくなる。また、低周波数の透磁率が大きいフェライトコアを用いて抑制すべき０．１５〜１ＭＨｚの周波数領域での必要な挿入損失を得るようにしたので、インダクタンス素子７の巻回数を少なくでき、小形になっている。
【００１１】
アース線に装備するインダクタンス素子７の装備個所として、筐体３に内蔵することや、電源コード６の途中や、電源プラグ８に内蔵することが考えられる。しかし、筐体３に内蔵すると手に持って使用する工具としての外形デザイン上の制約を増やすことになる。また、電源コード６の途中に装備すると、電源コード６は電動工具と共に移動させられるため、衝撃が加わったりして壊れやすく、折畳や引き延ばし作業もやりづらくなる。更に電源プラグ８に内蔵すると、電源プラグ８の形状が大きくなり、重心位置もプラグの刃の位置から離れるため、使用中にコンセントから電源プラグ８が脱落する危険がある。このため、本発明では、電源プラグ８とアースクリップ９の間のアース線の途中にインダクタンス素子７を装備した。このことにより、上記した不具合は生じない。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のようにアース付電動工具で、装備した第２コンデンサの静電容量を介して人体に電流が流れて電撃を感じない程度に少なくした時に不足する抑制効果を補うためにインダクタンス素子をアース線に装備すると、電源電流がインダクタンス素子を流れないため、発熱及び磁気飽和の心配がない。また、電源線が２本なのに対してアース線は１本なので、同一損失を得るのに全巻回数は半分となり、インダクタンス素子は小形になる。
【００１３】
更に、低周波数の透磁率が大きいフェライトコアを用いて抑制すべき周波数領域での必要な挿入損失を確保することにより、インダクタンス素子の巻回数を少なくでき小形化が可能となる。
【００１４】
また電源プラグとアースクリップの間のアース線の途中にインダクタンス素子を装備したことにより、電源コードや電源プラグの使い勝手を損なうこと無く電磁妨害波を抑制できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明アース付電動工具の配線例を示す回路図。
【図２】アース付電動工具の妨害波端子電圧の測定結果の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
１は電機子、２は界磁、３は導電性金属筐体、４、５はコンデンサ、６は電源コード、７はインダクタンス素子、８は電源プラグ、９はアースクリップである。

Claims

筐体が導電性金属で構成される直巻整流子電動機を動力源とし、アース線が２本の電源供給線と共に３芯コードで電源プラグに配線され、電源プラグを２個の刃とアースクリップから構成し、アースクリップに接続されているアース線の途中にアース線が巻回されたフェライトコアを挿入し、前記フェライトコアは初期透磁率が５０００を超え、かつリアクタンス成分が最大となる周波数領域が５０ｋＨｚを超え１ＭＨｚ以下になるようにフェライトコア及びアース線の巻回数を設定したことを特徴とするアース付電動工具。