JPH09272074A - アース付電動工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １４８ｋＨｚ以上の高周波電磁妨害を低く抑
制したアース付電動工具を提供する。 【解決手段】 遮蔽された筐体を有する直巻整流子電動
機で発生した高周波電磁妨害波が電源配線路に伝播する
のを抑制するため、電源プラグ８の近くに５０ｋＨｚ〜
１ＭＨｚの周波数領域でリアクタンス成分が最大となる
ようフェライトコア及び巻線の巻回数を設定したインダ
クタンス素子７をアース線中に装備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【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〜３０
ＭＨｚ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１００
００ｐＦ）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１０
００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２０
０ｋＨｚ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１ＭＨ
ｚ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、０．０５〜０．５
μＦ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１２．７ｍ
ｍ、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１
０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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、かつ電源プラ
   グの近くのアース線の途中に巻線とフェライトコアから
   なるインダクタンス素子を装備したことを特徴とするア
   ース付電動工具。
2. 【請求項２】 前記フェライトコアにアース線を複数回
   巻回したことを特徴とする請求項１記載のアース付電動
   工具。
3. 【請求項３】 前記フェライトコアの初期透磁率が５０
   ００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
   ライトコア及び巻線の巻回数を設定したことを特徴とす
   る請求項１あるいは請求項２記載のアース付電動工具。
4. 【請求項４】 前記電源プラグを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
   入したことを特徴とする請求項１〜請求項３記載のアー
   ス付電動工具。