WO1998015161A1

WO1998015161A1 - Dispositif de protection contre les champs electromagnetiques

Info

Publication number: WO1998015161A1
Application number: PCT/JP1997/003556
Authority: WO
Inventors: Kazuyuki Sakiyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1998-04-09
Also published as: US6249006B1; EP0880311B1; DE69728650D1; EP0880311A1; JP3176636B2; EP0880311A4

Description

明細書電磁界シールド装置技術分野

本発明は、電気機器の内部等から漏れ出る電磁界をシールドする装置に関し、特に、電子部品を用いた共振型シールド及びアクティブシールドに関する。背景技術

電気 ·電子機器からは微弱といえども漏れ電磁界が発生している。このような電磁界は他の機器に誤動作を起こさせたり人体に悪影響を及ぼすために、シールドしなければならない。

電磁界をシールドするには、従来より導電体や強磁性体からなるシールド部材が用いられる（電気学会誌 VOL. 1 16, 1996年 4月号、 203〜217頁）。

図 2 1 ( a ) 及び図 2 1 ( b ) は、シールド部材により電磁界をシールドする従来方法を説明するための図である。

図 2 1 ( a ) は、電気機器の内部で発生している電磁界がその筐体 1 0の開口部 1 1から漏れ出ている様子を示している。

図 2 1 ( b ) は、漏れ電磁界を遮断するためにシールド部材 1 2で開口部 1 1 を覆った様子を示している。

シールド部材 1 2が導電体の場合は、漏れ電磁界に対して反作用として発生する渦電流によって漏れ電磁界を筐体内部に反射させることで電磁界をシールドすることができる。また、シールド部材 1 2が磁性体の場合は、空気よりも高い透磁率を持つ材料を用いることで、漏れ電磁界のうちの磁界を閉じこめてシールドすることができる。

しかしながら、このような従来のシールド部材 1 2による方法には以下の問題 ' «力、ある。第 1に、高いシールド効果を得るためには面状ゃメッシュ状のシールド部材 1 2で開口部 1 1を塞ぐ必要があるために、その開口部 1 1が、フロッピ一デイスクドライブ装置のディスク挿抜口の如く、人が何らかの物を出し入れするための貫通口であったり、可動機構部を伴う箇所であった場合には、そのような従来方法を単純に適用することは断念しなければならない。可動機構部等と連動する複雑なシールド機構が必要とされる。

第 2に、強度や周波数等が異なる様々な種類の電磁界が機器内部で発生していたり、漏れ電磁界の強度や周波数等が時間的に変化したりする場合においては、もはや 1種類のシールド部材 1 2で一様なシールド効果を得ることはできない。第 3に、磁性体からなるシールド部材 1 2では、シールド可能な磁界の強度に限界がある。例えば、 1 . 5テスラを超えるような高い磁界をシールドすることは極めて困難である。

そこで、本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、機器筐体の開口部を塞ぐことなく、開口状態を維持したまま、その開口部から漏れる電磁界をシールドすることができる電磁界シールド装置を提供することを第 1の目的とする。

また、本発明の第 2の目的は、強度や周波数が異なる様々な種類の電磁界に容易に対応できる柔軟性のある電磁界シールド装置を提供することである。

また、本発明の第 3の目的は、時間的に強度や周波数が変化するような変動性のある漏れ電磁界であっても、構成部品や材料を取り替えることなく、一様なシールド効果を発揮することができる電磁界シールド装置を提供することである。さらに、本発明の第 4の目的は、 1 . 5テスラを超えるような強い磁界に対してもシールド可能な電磁界シールド装置を提供することである。発明の開示

本発明は、漏れ電磁界を検出するコイル等からなる電磁界検出手段と、その電磁界検出手段に誘導された起電力の周波数に同調するよう予め回路定数が決定された電力消費を伴う共振手段とから構成される共振型の電磁界シールド装置である。

本装置によれば、漏れ電磁界によって電磁界検出手段に誘導された起電力は共振手段に供給され、ここでエネルギーが消費されるので、漏れ電磁界の強度は減衰されシールドされる。

そして、不要な電磁界が漏れ出している電気機器の開口部の外周に前記コィル等からなる電磁界検出手段を設けることで、その電磁界検出手段を鎖交する漏れ電磁界の強度は抑制されるので、その開口部を塞ぐことなく、開口状態を維持したまま、その開口部から漏れる電磁界をシ一ルドすることができるので、上記第 1の目的が達成される。

ここで、前記共振手段は、 L , C , R電子部品からなる並列共振回路としたり、分布定数回路として扱うことが可能な導電体とすることもできる。

これによつて、それら回路部品（電子部品や導電体）を異なるものに交換することで異なるエネルギー消費を伴う共振手段や異なる共振周波数の共振手段を簡単に得ることができるので、上記第 2及び第 4の目的が達成される。

また、前記電磁界シールド装置において、前記し， C . R電子部品を回路定数が可変な回路部品とし、さらに、前記起電力の中心周波数を特定する手段と、特定された中心周波数で共振するよう前記回路定数を決定し制御する手段とを備えることもできる。

これによつて、前記装置は周波数や強度が変化する漏れ電磁界に追随して共振周波数を変化させたり、消費エネルギーの大きさを変化させたりすることができるので、上記第 3の目的が達成される。

さらに、本発明は、漏れ電磁界を検出する電磁界検出手段と、電磁界を発生する電磁界発生手段と、前記電磁界検出手段によって検出された電磁界を打ち消す電磁界を発生させるよう前記電磁界発生手段を制御する制御手段とを備えるァクティブ電磁界シールド装置とすることもできる。

本装置によって、電磁界検出手段によって検出された漏れ電磁界に対する反作用電磁界が電磁界発生手段によって発生するので、電磁界検出手段と電磁界発生手段それそれの対象空間を共通にすることで、その空間における漏れ電磁界はキヤンセルされる。

ここで、前記電磁界検出手段と前記電磁界発生手段は中空部分を共通又は同一中心軸とする中空コイルとし、電磁界が漏れ出す電気機器の開口部等の外周に重ねて設けることもできる。

これによつて、その開口部を塞ぐことなく、開口部を通して内部から漏れ出そうとする電磁界は打ち消されるので、上記第 1の目的が達成される。

また、回路部品の定数を適切に選択したり、可変な回路定数を持つ部品に置き換えたりすることで上記第 2〜第 3の目的が達成される。図面の簡単な説明

図 1は、実施の形態 1に係る電磁界シールド装置 20の外観を示す。

図 2は、同電磁界シ一ルド装置 20の電気回路図である。

図 3は、同電磁界シールド装置 20を電気機器の筐体 10の外側であって「、開口部 1 1の周縁に沿って取り付けた場合の全体外観図である。

図 4 (a) は、同電磁界シールド装置 20を電気機器の筐体 1 0の内側に取り付けた場合の全体外観図であり、図 4 (b) は、図 4 (a) における AA断面図である。

図 5 (a) 〜（c) は、本電磁界シールド装置 20のシールド効果を検証するためのシミュレーションモデルを示し、図 5 (a) は斜視図、図 5 (b) は上面図、図 5 (c) は図 5 (b) における BB断面図である。

図 6は、図 5 (a) 〜（c) に示されたモデルにおいて電磁界シールド装置 2 0が置かれていない場合の図 5 (b) における BB断面での漏れ磁束線の分布を示す。

図 7は、図 5 (a) 〜（c) に示されたモデルにおいて電磁界シールド装置 2 0が置かれた場合の図 5 (b) における BB断面での漏れ磁束線の分布を示す。図 8は、同電磁界シ一ルド装置 20のコイル 23のィンダクタンスを変化させた場合の漏れ電磁界のシールド効果を示すグラフである。

図 9は、実施の形態 1の変形例 1に係る電磁界シールド装置 40の外観図である。

図 10は、同電磁界シールド装置 40のシールド原理を説明するための分布定数回路を示す。

図 1 1は、本発明に係る共振型の電磁界シールド装置及び分布定数回路を利用した電磁界シールド装置それぞれを一般化した回路図である。

図 12は、実施の形態 1の変形例 2に係る電磁界シールド装置 30の構成を示すブロック図である。

図 13は、同電磁界シールド装置 30の可変リアクトル 34の詳細な構成を示すブロック図である。

図 14は、同電磁界シールド装置 30の回路定数制御部 33の詳細な構成を示すブロック図である。

図 15は、実施の形態 2に係る電磁界シ一ルド装置 50の外観を示す。

図 16は、同電磁界シールド装置 50の構成を示すプロック図である。

図 1 7 (a) は、同電磁界シールド装置 50の電磁界検出部 51に生じた誘導起電力 Vsの波形、図 1 7 (b) は、誘導起電力 Vsの中心周波数成分の信号の波形（破線）と帯域通過フィルタ 53 aから出力されたフィルタ信号 V0の波形 (実線）、図 1 7 (c) は、遅延部 53 bから出力された遅延信号 VIの波形

(及び電力増幅部 53 cから出力された電圧波形 V2) を示す。

図 18は、 CRT装置の前面内側に電磁界シ一ルド装置 20を設けた例を示す。図 19 (a) は、携帯型電話機の前面内側に電磁界シールド装置 20を設けた例を示し、図 19 (b) は、図 19 (a) における C C断面図である。

図 20 (a) は、パーソナルコンピュータ本体が備えるフロッピーディスクドライブ装置のディスク揷抜口の周囲に電磁界シールド装置 20を設けた例を示し、図 20 (b) は、図 20 (a) における DD断面図である。図 21 (a) は、電気機器の内部で発生している電磁界が筐体 10の開口部 1 1から漏れ出ている様子を示す外観図である。

図 21 (b) は、漏れ電磁界を遮断するためにシールド部材 12で開口部 1 1 を覆う従来技術を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

(実施の形態 1)

実施の形態 1は、電子部品を用いた共振型の電磁界シ一ルド装置に関するものである。

図 2は、その電磁界シールド装置 20の電気回路図である。

図 3は、電気機器の筐体 10の開口部 1 1からの漏れ電磁界をシールドするために電磁界シールド装置 20が筐体 10の外側に取り付けられた場合の全体外観図である。

図 4 (a) は、電気機器の筐体 10の内側に取り付けた場合の全体外観図であり、図 4 (b) は、図 4 (a) における AA断面図である。

電磁界シールド装置 20は、電磁界検出用コイル 21と回路基板 25に実装されたコンデンサ 22、コイル 23及び抵抗 24から構成されている。

電磁界検出用コイル 21は、漏れ電磁界を検出するための中空コイルであり、開口部 1 1の外周を囲むように L字型にエナメル被覆銅線が巻かれたものである。この電磁界検出用コイル 21には、以下の式 1に示されるように、鎖交する磁束 Φの変化に比例した誘導起電力 Vsが発生する。

(式 1) 、， _Μ 6Φ

Vs=— N

d t

但し、 Nは電磁界検出用コイル 21の巻き数である < なお、式 1からわかるように、この電磁界シールド装置 2 0は、厳密には漏れ「磁束」の変化（交流の漏れ磁束）を検出するものであるが、磁束が変化する場においては電界も発生しているので、この電磁界シールド装置 2 0は、「電磁界」を検出すると言える。

回路基板 2 5に実装されたコンデンサ 2 2、コイル 2 3及び抵抗 2 4は、電磁界検出用コイル 2 1に誘導された起電力 V sを信号源とした場合の負荷であり、共振周波数 f Oが以下の式 2で表される並列共振回路を構成している。

(式 2 )

但し、 Cはコンデンサ 2 2のキャパシタンス（F ) 、 L 1はコイル 2 3のインダクタンス（H ) 、 Rは抵抗 2 4の抵抗値（Ω ) である。なお、これら C , L 1 , Rの具体的な値は、この電磁界シ一ルド装置 2 0がシールドの対象とする漏れ磁束の中心周波数（周波数スペクトルにおいて最も多い信号成分の周波数）が上記式 2で表される共振周波数 f 0に一致するように予め決定された値である。例えば、 0 . 0 1 〃 Fのコンデンサ 2 2と 1 0 Hのコイル 2 3と 1 0 Ωの抵抗 2 4とから 4 7 8 K H zの漏れ電磁界をシールドする電磁界シールド装置が実現される。

以上のように構成された電磁界シールド装置 2 0がシールド効果を発揮する根拠について説明する。

交流の漏れ電磁界が電磁界検出用コイル 2 1を鎖交すると、その電磁界中の磁束の変化に伴って上記式 1で表される交流の誘導起電力 V sが発生する。この交流信号 V sは、予め同調するよう設計された並列共振回路 2 2〜2 4に供給され、ここで共振を生じることから、ここに電力が蓄積される。

ところが、この共振回路 2 2〜2 4には正抵を持つ抵抗 2 4が挿入されているために、この抵抗 2 4で電力消費が生じる。この電力消費は、電磁界検出用コィル 2 1に誘導された起電力の消費、即ち、漏れ電磁界が有していたエネルギーの放出であり、漏れ電磁界がシールドされる結果となる。つまり、並列共振回路の抵抗 24により、電磁界検出用コイル 21に誘導される起電力 Vsは減衰していくことで、電磁界検出用コイル 21を鎖交する磁束 Φ の変化が抑制され、消失していく。交流電磁界において、磁束 Φの変化（即ち、磁界 Hの変化あるいは磁束密度 Bの変化）がないということは、以下のマクスゥエルの方程式のひとつ（式 3) より、電界 Eも、電磁界検出用コイル 21中で零となる。

(式 3) dB

rot E=—

dt (但し、 ίΙ)

よって、電磁界検出用コイル 21中での磁界と電界、即ち、電磁界検出用コィル 21を通過しょうとする漏れ電磁界をシールドすることができる。

以上のように構成された電磁界シールド装置 20のシールド効果に関するシミュレ一ション結果を以下に説明する。

このモデルは、 1 0 OKHzの輻射電磁界を発生するコイル 1 3と、そのコィルを収納する上面が開口した下部筐体 1 0 aと、その下部筐体 1 0 aと開口ギャップ 14だけ上方に位置された上部筐体 10 bと、その開口ギヤップ 14から手前方向への漏れ電磁界をシールドするよう配置された電磁界シールド装置 2 0からなる。

下部筐体 10 a及び上部筐体 10 bそれぞれは、もともと直方体形状の筐体の上面を除く 5面及び上面に相当し、これらは磁性体からなる。

図 6は、上記モデルにおいて電磁界シールド装置 20が置かれていないとした場合の図 5 (b) における BB断面での漏れ磁束線の分布を示す。

図 7は、上記モデルにおいて電磁界シールド装置 20が置かれた場合の図 5

(b) における BB断面での漏れ磁束線の分布を示す。

筐体 10 a、 10 bの外側への漏れ磁束線が減少していることが分かる。図 8は、電磁界シールド装置 2 0のコンデンサ 2 2のキャパシタンスと抵抗 2 4の抵抗値を一定値に固定し、コイル 2 3のィンダクタンスを変化させた場合の漏れ電磁界のシールド効果を示すグラフである。縦軸は、漏れ磁界のシールド効果、即ち、電磁界シールド装置 2 0が置かれていない場合の開口ギャップ 1 4位置での漏れ磁界の強度を 1とした場合の電磁界シールド装置 2 0が置かれた場合の漏れ磁界の強度を示す。

電磁界シールド装置 2 0の並列共振回路 2 2〜2 4の共振周波数を筐体 1 0 a、 1 0 b内部で発生している交流電磁界の周波数に同調させることで、最大のシールド効果が得られることが分かる。

以上のように、本実施の形態 1における共振型の電磁界シールド装置 2 0によれば、電磁界検出用コイル 2 1を通過しょうとする電磁界はシールドされ、さらに、この電磁界検出用コイル 2 1は任意の形状に形成することが可能であるので、機器筐体の開口部を塞ぐことなく、開口状態を維持したまま、その開口部から漏れる電磁界をシールドすることができる。

また、並列共振回路を構成する電子部品 2 2〜2 4を適切に選択することで、周波数や強度が異なる様々な種類の交流電磁界に対応する電磁界シールド装置 2 0を容易に製作することができる。回路定数を適切に選択することで、例えば、 1 . 5テスラを超えるような強い磁界をシールドすることも可能である。 [変形例 1 ]

次に、上記実施の形態 1に係る電磁界シールド装置 2 0の第 1の変形例として、分布定数回路を利用した電磁界シールド装置 4 0を説明する。

図 9は、変形例 1に係る電磁界シールド装置 4 0の外観図である。

この電磁界シールド装置 4 0は、上記実施の形態 1の場合よりも高い周波数、即ち、この装置自体を分布定数回路として扱うことができるような高い周波数の交流漏れ電磁界を対象とするシールド装置であり、電磁界検出用コイル 2 1と、板状の導電体 4 1とからなる。導電体 41は、例えばアルミ板等であり、電磁界検出用コイル 21と接続された両端部 41 a、 41 bは面対向するよう配置され、その両端部 41 a、 41 b を除く本体部 41 cは矩形のループ状に曲げられている。

この導電体 41は、それ自体を構成する金属材料固有の抵抗値を有し、また、その両端部 41 a、 41 bが互いに対向することによってキャパシタンスを有し、さらに、本体部 41 cが 1ターンのコイルに相当するので、上記実施の形態 1の共振回路 22〜 24に相当する空洞共振器を構成していると言える。従つて、この変形例 1の電磁界シールド装置 40によって、高周波の漏れ電磁界に対して、上記実施の形態 1と同じシールド効果を得ることができる。

ここで、本電磁界シールド装置 40の如く、分布定数回路を利用したシールド装置におけるシールド原理及びシールド効果を発揮するための条件について、分布定数回路の観点から説明すると以下の通りである。

本電磁界シールド装置 40は、図 10に示されるように、電磁界検出用コイル 2 1に対応する高周波電源 42と、そこからの電力を伝送する線路 43と、その終端に接続された負荷 44とからなる分布定数回路とみることができる。

分布定数回路では、電源 42から負荷 44の方向を X軸の正方向とすると、点 Xにおける電圧 V(x)、電流 I (x)は、以下の式 4、式 5で表される。

ぱ 4)

V(x)=Vie— Tx + v₂e+ァ X (式 5) γ

l(x)=—（ Vie—ァ X— V2e+ァ X ) 但し、 Zは線路の単位長さ当たりのインピーダンス、は伝搬定数（a+ j β、 αは減衰定数、 /3は位相定数）である。

今、線路 43が無損失線路（α = 0) とすると、上記式 4、式 5は以下の式 6、式 7となる。

(式 6)

(式 7 )

1

l(x) =— ( Vi e— x— V2e )

Zo 但し、特性インピーダンス -

そして、線路 4 3の長さを Αとし、その線路 4 3の終端に接続された負荷 4 4 のィンピーダンスが線路 4 3の特性ィンピ一ダンス Z 0に等しい場合には、その終端において、以下の 2つの式 8、式 9が成立しなければならない。

(式 8 )

)： Z0

KA) ぱ ⁹ )

上記式 8、式 9より、

V2= 0

となり、線路 4 3においては、反射波 V2exp (j bx) が存在しなくなる。

つまり、線路 4 3と負荷 4 4とのインピーダンスの整合をとることで、電源 4

2から供給される電力を反射させることなく、負荷 4 4で消費させることができる。

以上のように、本電磁界シールド装置 4 0が対象とする交流電磁界と導電体 4 1が形成する線路及び負荷とのィンピーダンスの整合をとることで高い周波数の漏れ電磁界がシールドされるが、この原理は、実施の形態 1における電磁界シールド装置 2 0が対象とする交流電磁界と共振する負荷回路 2 2 ~ 2 4を接続することで比較的低い周波数の漏れ電磁界がシールドされる原理と、根本的には等しいものと言える。実施の形態 1と本変形例 1におけるシールド原理 · シールド効果を発揮するための条件を一般化すると以下の通りである。

これら電磁界シールド装置 2 0、 4 0は、漏れ電磁界による誘導起電力 4 2 と、負荷 4 4と、それらを接続する 4端子回路網 4 5とから構成されるとみることができる。

そして、以下の式 1 0で表される sパラメータの定義式において、

V2= - R I 2

が成立する条件の下で、可能な限り S 1 1 (電圧反射係数）を零に近づけるよう、各 sパラメータを決定する。

(式 1〇）

そのようにして決定された sパラメータで表される特性を備える 4端子回路網 4 5を電磁界検出用コイル 2 1と負荷抵抗 4 4の間に設けることで本発明の電磁界シールド装置が実現される。

このように、電力源 4 2のエネルギーを 4端子回路網 4 5で一方向にのみ移送させ、負荷 4 4において消費させることによって漏れ電磁界をシールドするという原理において、集中定数素子を用いた並列共振による電磁界シールド装置 2 0 と分布定数回路を利用したインピーダンスマッチングによる電磁界シ一ルド装置 4 0とは共通する。

[変形例 2 ]

次に、上記実施の形態 1に係る電磁界シールド装置 2 0の第 2の変形例として、周波数等が変化する漏れ電磁界に動的に追随してシールドすることができる電磁界シールド装置 3 0を説明する。図 12は、変形例 2に係る電磁界シールド装置 30の構成を示すプロック図である。

電磁界シールド装置 30は、電磁界検出用コイル 21、波形解析部 32、回路定数制御部 33、可変リアタトル 34、可変コンデンサ 35及び可変抵抗 36から構成される。本装置 30は、共振型のシールド装置である点で、実施の形態 1 と同じであるが、電磁界検出用コイル 21が検出した漏れ電磁界の周波数に同調する機能を有する点で実施の形態 1と異なる。

波形解析部 32は、 FFT (Fast Fourier Transformation) を実行する DS P (Digital Signal Prosessor) 等からなり、一定時間間隔で電磁界検出用コィル 21に誘導された起電力 Vsの中心周波数 f Oを特定し、回路定数制御部 33に通知する。

可変リアクトル 34は、図 13に示されるように、複数のスィツチとしての M OSトランジスタ 37 a〜37 dと、複数のコィル 38 a〜38 dと、 MOSトランジス夕 37 a~37 dの各ゲートに接続されたデコーダ回路 39から構成され、回路定数制御部 33から指示に基づいて MOS トランジスタ 37 a〜37 d の中から 1個のみを ONにすることで段階的にィンダクタンスを変化させる。可変コンデンサ 35は、可変容量ダイオード等であり、回路定数制御部 33からの制御電圧によって一定範囲で容量が変化する。

可変抵抗 36は、 M〇Sトランジスタ等であり、回路定数制御部 33からの制御電圧によって一定範囲で抵抗値が変化する。

回路定数制御部 33は、並列共振回路 34〜 36が波形解析部 32から通知された中心周波数 f Oに同調するように、上記式 2に従って、各電子部品 34~3 6の回路定数を制御する。

図 14は、回路定数制御部 33の詳細な構成を示すプロック図である。

回路定数制御部 33は、波形解析部 32から通知される中心周波数 f Oごとに選択すべきィンダクタンスゃ各電子部品の調整可能な回路定数範囲等を予め記録した回路定数記憶テーブル 33 bと、その回路定数記憶テーブル 33 bの内容と波形解析部 3 2から通知される中心周波数 f 0と上記式 2とに従つて各電子部品 3 4〜3 6の最適な回路定数を算出する回路定数算出部 3 3 aと、その算出されたデジタルデータを制御電圧に変換する D ZA変換器 3 3 c、 3 3 dとから構成される。

以上のように構成された変形例 2に係る電磁界シールド装置 3 0によれば、電磁界検出用コイル 2 1を鎖交する交流電磁界の周波数が変化しても、その変化に追随して各回路部品 3 4〜 3 6の回路定数が調整され同調がとられるので、常に、一定のシールド効果が発揮される。つまり、対象とする漏れ電磁界の周波数によつて構成部品や材料を取り替えることなく一様にシールド効果を発揮することができる電磁界シールド装置 3 0が実現される。

(実施の形態 2 )

実施の形態 2は、漏れ電磁界を打ち消すための電磁界発生手段を備えるァクティブシールドに関するものである。

図 1 5は、実施の形態 2に係る電磁界シールド装置 5 0の外観を示す。

本電磁界シールド装置 5 0は、電磁界検出部 5 1、電磁界発生部 5 2及び漏れ電磁界制御部 5 3から構成される。

電磁界検出部 5 1は、実施の形態 1における電磁界検出用コイル 2 1と同じである。

電磁界発生部 5 2は、電磁界検出部 5 1と同じ形状 ·方向に導線が巻かれた中空コイルであり、上記電磁界検出部 5 1と中空部分を共通又は同一中心軸とするよう密着したり重ねたりして用いられ、電磁界検出部 5 1を鎖交する漏れ電磁界を打ち消すような反作用電磁界を発生するためのものである。

漏れ電磁界制御部 5 3は、電磁界検出部 5 1に生じた誘導起電力と逆位相の起電力を発生し電磁界発生部 5 2に供給することで、上記反作用電磁界を発生させる制御回路である。

この装置 5 0の電気機器への取り付け方法は、図 3や図 4 ( a ) 及び図 4 (b) に示される通りである。

図 16は、本電磁界シールド装置 50の構成を示す機能ブロック図である。漏れ電磁界制御部 53はさらに、帯域通過フィルタ 53 a、遅延部 53 b及び電力増幅部 53 cから構成される。

図 17 (a) ~ (c) は、本装置 50の各構成要素が出力する信号の位相関係を説明するための波形図であり、図 17 (a) は電磁界検出部 51に生じた誘導起電力 Vsの波形、図 17 (b) は誘導起電力 Vsの中心周波数成分の信号の波形 (破線）と帯域通過フィルタ 53 aから出力されたフィルタ信号 V0の波形（実線）、図 1 7 (c) は遅延部 53 bから出力された遅延信号 VIの波形（これは電力増幅部 53 cから出力された電圧波形 V2と位相が等しいとする）を示す。帯域通過フィルタ 53 aは、電磁界検出部 51に生じた誘導起電力 Vsのうち不要な周波数成分を除去するためのオペアンプ等からなるァクティブフィルタであり、電磁界検出部 5 1に生じた誘導起電力 Vsを増幅した後に予め定められたシールド対象とする帯域の周波数成分 V0だけを通過させて遅延部 53 bに送る。遅延部 53 bは、電磁界検出部 51を鎖交する漏れ電磁界と電磁界発生部 52 が発生する電磁界とが打ち消し合うように入力信号 V0の位相を遅延させるためのディレイライン等からなり、例えば、帯域通過フィルタ 53 aにおいて中心周波数成分 V0が t d 1だけ遅延されて出力される場合には、さらに t d2だけ遅延させることで、合計 180度の位相遅延を生じさせる。

電力増幅部 53 cは、遅延部 53 bからの信号を電力増幅する交流アンプであり、電磁界発生部 52に上記反作用電磁界を発生させるための交流電流を供給する。

以上のように構成された電磁界シールド装置 50の動作について、数式に基づいて説明すると以下の通りである。

電磁界検出部 51には、下記式 1 1に示されるように、鎖交する磁束の変化に比例した誘導起電力 Vsを発生する。

(式 1 1) vs(t) = - N ^- dt 帯域通過フィルタ 5 3 aは、誘導起電力 V sの中から特定帯域（f 0) の周波数成分 V0だけを通過させるが、 t d lの遅延が生じ、以下の式 1 2で表される信号 V0を出力する。

(式 1 2 )

Vo(t) =L^Vs (t-tdi ) f=fo

遅延部 5 3 bは、入力信号 V0をさらに t d 2だけ遅延させることで、元の誘導起電力 Vsの中心周波数成分よりも位相 Γだけ遅延した以下の式 1 3で表される信号 V Iを生成する。

(式 1 3 )

Vi (t) = Vo (t一 td2)

=— Vs (t) 電力増幅部 5 3 cは、遅延信号 V Iを k倍に増幅した以下の信号 V2を生成することで、電磁界発生部 5 2に漏れ電磁界を打ち消すだけの電磁界を発生させる。ぱ 1 4 )

V2(t) = 一 kVs (t) このように、本実施の形態 2の電磁界シールド装置 5 0によって、電磁界検出部 5 1によって検出された特定周波数の漏れ電磁界は、電磁界検出部 5 1と重ねて配置された電磁界発生部 5 2によって発生された電磁界によって打ち消されるので、電磁界検出部 5 1の中空での電磁界は存在しなくなり、漏れ電磁界はシ一ルドされる。

また、本実施の形態 2の電磁界シールド装置 5 0によれば、実施の形態 1と同様に、電磁界検出部 5 1及び電磁界発生部 5 2を構成するコイルは任意の形状に形成することが可能であるので、機器筐体の開口部を塞ぐことなく、開口状態を維持したまま、その開口部から漏れる電磁界をシールドすることができる。

さらに、帯域通過フィルタ 5 3 aの通過帯域、遅延部 5 3 bの遅延時間及び電力増幅部 5 3 cの増幅率等を適切に選択することで、周波数や強度が異なる様々な種類の交流電磁界に対応するアクティブシールドを容易に製作することができる。例えば、 1 . 5テスラを超えるような強い磁界をシールドすることも可能である。

なお、本実施の形態 2では、電磁界検出部 5 1は交流電磁界を検出するためのコイルであつたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、電界を検出するバーチカルアンテナや、交流だけでなく直流の磁界をも検出するホール素子等であってもよい。漏れ電磁界制御部 5 3が電磁界検出部 5 1の特性に応じた制御を行うことで様々な種類の漏れ電磁界をシールドすることが可能となる。また、本実施の形態 2では、電磁界検出部 5 1と電磁界発生部 5 2とは別個のコイルであつたが、これらを 1個のコイルで兼用させることもできる。具体的には、電磁界の検出と発生とを兼ねた 1個のコイルを漏れ電磁界中に置き、ここに誘導される起電力 V sが零となるように、そのコイルに電力を供給するよう制御すればい。

さらに、本実施の形態 2の電磁界シールド装置 5 0は、特定周波数の漏れ電磁界を対象としたが、実施の形態 1の変形例 2の電磁界シールド装置 3 0と同様に、波形解析部 3 2や回路定数制御部 3 3をさらに備えることで、漏れ電磁界の変化に追随してシールド可能な動的なァクティブシールドとすることもできる。また、実施の形態 1及び 2では、漏れ電磁界をシールドするために用いた電磁界シールド装置は 1個であつたが、漏れ電磁界の分布に対応した複数個の電磁界シールド装置を機器に取り付けることもできる。さらに、 1個の電磁界シールド装置が複数個の電磁界検出コイルを備えたり、複数個の電磁界発生コイルを備える構成であってもよい。

(電気機器への適用例）

次に、上記実施の形態 1、 2及び変形例 1、 2に示された本発明に係る電磁界シールド装置 2 0、 3 0、 4 0、 5 0を電子 '電気機器に適用した例を示す。図 1 8は、 C R T装置の前面内側に電磁界シールド装置 2 0を設けた例を示す。このような設置によって、 C R T装置内部の偏向ヨークや高周波フライバックトランス等から発生した不要な電磁界がディスプレイ面の手前に漏れ出して操作者の人体に悪影響を及ぼすという不具合が防止される。

図 1 9 ( a ) 、 ( b ) は、携帯型電話機の前面内側に電磁界シールド装置 2 0 を設けた例を示す。

このような設置によって、電話機内部の P L Lシンセサイザや送信アンプ等から手前方向に輻射される不要な電磁界が抑制され、操作者の人体への悪影響が軽減される。

図 2 0 ( a ) 、（b ) は、パーソナルコンピュータ本体が備えるフロッピーディスクドライブ装置のディスク挿抜口の周囲に電磁界シールド装置 2 0を設けた例を示す。

このような設置によって、ディスク揷抜ロを塞ぐことなく、パーソナルコンピュータ本体内部からディスク揷抜口を通して前面に漏れ出す電磁界を簡単にシールドすることができる。

以上のように本発明に係る共振型の電磁界シ一ルド装置及びアクティブシールドによれば、機器筐体の開口部を塞ぐことなく、開口状態を維持したまま、その開口部から漏れる電磁界をシールドすることができ、また、構成部品や材料を取り替えることなく、簡単に強度や周波数が異なる様々な種類の電磁界に対応できるシールド装置を製作することができ、さらに、時間的に強度や周波数が変化するような変動性のある漏れ電磁界であっても一様なシールド効果を発揮させることもできる。

これによつて、電気機器等から外部への電磁輻射による人体への影響や機器の誤動作が防止されると共に、外部からの電磁妨害に対する耐量、即ち、イミュニティも向上され、特に、 E M C (Electromagnetic Compatibi l i ty) 対策部品としての実用的価値は大きい。産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係る電磁界シールド装置は、コンピュータ用ディスプレイ装置や携帯型電話機その他の電気 ·電子機器から漏れる電磁界をシールドするための部品として、また、 MR I (Magnetic Resonance Imaging) 等の高磁界を発生する装置からの漏れ電磁界をシールドする装置として、特に、フロッピ一ディスクドライブ装置のディスク揷抜口や開閉扉等を通して漏れ出る電磁界に対して開口部を塞ぐことなく簡易にシールドする電子部品として用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 漏れ電磁界をシールドする装置であって、

前記電磁界を検出し電気信号に変換する電磁界検出手段と、

前記電気信号に対して電力消費を伴う並列共振を起こさせる並列共振手段とを備えることを特徴とする電磁界シールド装置。

2 . 前記電磁界検出手段はコィルであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電磁界シールド装置。

3 . 前記並列共振手段はインダクタンス素子、キャパシタンス素子及び抵抗素子からなることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の電磁界シールド装置。

4 . 前記イングクタンス素子、キャパシタンス素子及び抵抗素子の回路定数は可変であり、

前記電磁界シールド装置はさらに、

前記電気信号の中心周波数を特定する周波数特定手段と、

特定された中心周波数が共振周波数となるよう前記イングクタンス素子、前記キャパシタンス素子及び前記抵抗素子の回路定数を制御する回路定数制御手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第 3項記載の電磁界シールド装置。

5 . 前記並列共振手段は板状の導電体である

ことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の電磁界シ一ルド装置。

6 . 前記導電体にはキャパシタンスを形成する面対向箇所とインダクタンスを形成するループ箇所とが設けられている

ことを特徴とする請求の範囲第 5項記載の電磁界シールド装置。

7 . 筐体の外へ漏れる電磁界をシールドするためのシールド装置を備えた電気機器であって、

前記シールド装置は、

前記電気信号に対して電力消費を伴う並列共振を起こさせる並列共振手段とを有し、

前記電磁界検出手段はコイルであり、

前記並列共振手段はィンダクタンス素子、キャパシタンス素子及び抵抗素子からなることを特徴とする電気機器。

8 . 筐体の外へ漏れる電磁界をシールドするためのシールド装置を備えた電気機器であって、

前記シールド装置は、

前記電磁界検出手段はコィルであり、

前記並列共振手段はキャパシタンスを形成する面対向箇所とイングクタンスを形成するループ箇所とが設けられた板状の導電体であることを特徴とする電気機 9 . 漏れ電磁界をシールドする装置であって、

前記電磁界を検出する電磁界検出手段と、

電磁界を発生する電磁界発生手段と、

前記電磁界検出手段によって検出された電磁界を打ち消す電磁界を発生させるよう前記電磁界発生手段を制御する制御手段と

を備えることを特徴とする電磁界シールド装置。

1 0. 前記電磁界検出手段は検出した電磁界を電気信号に変換する中空コイルであり、

前記電磁界発生手段は前記中空コィルの中空部分を共通又は同一中心軸とするコィルであることを特徴とする請求の範囲第 9項記載の電磁界シールド装置。 1 1 . 前記制御手段は、

前記電気信号の中から特定の周波数帯域の成分信号のみを通過させる帯域通過フィルタ部と、通過した成分信号に基づいて前記電磁界を発生させる電力を供給する電力供給部とを有する

ことを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載の電磁界シールド装置。

1 2. 前記電力供給部は前記成分信号に対して一定の位相量を遅延させ、遅延させた成分信号に基づいて前記電力を供給することを特徴とする請求の範囲第 1 1 項記載の電磁界シールド装置。

1 3 . 筐体の外へ漏れる電磁界をシ一ルドするためのシールド装置を備えた電気機器であって、

前記シールド装置は、

前記電磁界を検出する電磁界検出手段と、

電磁界を発生する電磁界発生手段と、

前記電磁界検出手段によって検出された電磁界を打ち消す電磁界を発生させるよう前記電磁界発生手段を制御する制御手段とを有し、

前記電磁界検出手段は検出した電磁界を電気信号に変換する中空コィルであり、前記電磁界発生手段は前記中空コイルの中空部分を共通又は同一中心軸とするコイルであり、

前記制御手段は、

前記電気信号の中から特定の周波数帯域の成分信号のみを通過させる帯域通過フィルタ部と、

通過した成分信号に基づいて前記電磁界を発生させる電力を供給する電力供給部とを有することを特徴とする電気機器。