WO2012102051A1

WO2012102051A1 - 誘導信号除去回路

Info

Publication number: WO2012102051A1
Application number: PCT/JP2012/000516
Authority: WO
Inventors: 山下　博
Original assignee: オーディオ・ラボ有限会社
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2012-08-02
Also published as: US20130301853A1; JP4783478B1; JP2012156933A; US9276559B2

Abstract

【課題】誘導性負荷に入力される信号によって絶縁されている金属にも生じる誘導電圧を電気信号とみなして、誘導性負荷の入力信号に回帰させ、金属から誘導電圧を除去する誘導信号除去回路を得る。【解決手段】誘導性負荷とは絶縁されている金属に接続され、誘導信号が入力される入力端子と、誘導性負荷への電気信号の入力端側に接続され、入力された誘導信号を出力する２つの出力端子と、を有し、入力端子と出力端子とのそれぞれの間に、誘導信号を入力端子から各出力端子に向けてのみ流す信号流制御素子を備える。

Description

誘導信号除去回路

　本発明は、誘導性負荷に入力される信号によって絶縁されている金属にも生じる誘導電圧を電気信号とみなして、誘導性負荷の入力信号に回帰させ、金属から誘導電圧を除去する誘導信号除去回路に関するものである。

　電子回路や電気回路に誘導性負荷（インダクタンス成分）を用いると、誘導性負荷に入力される信号によって、誘導性負荷とは絶縁されている周囲の金属にも電磁誘導による電圧が生じる。この誘導電圧は誘導性負荷に入力される信号に応じて変動する。誘導電圧によって生じた電位差によって、流れる先があれば電流も流れる。この誘導電流や誘導電圧を放置すると感電する危険性があり、また、誘導電圧や誘導電流は電気回路の動作に不要なものであるから、従来の電気回路等においては、「アース処理」によって誘導電圧や誘導電流の除去を行っていた（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０－０９３５９３号公報

　従来のアース処理は、誘導電圧が生じる金属部分を「ゼロ電位」にするために、アース線などの配線を介して、電源のアース側や、電気回路を収める筐体の金属部分に接続させ、誘導電圧が生じた金属部分の電位を、電源のアース電位または筐体の電位と同じにする処理をしていた。この従来のアース処理によれば、計測器で誘導電圧を確認できなくなるので、誘導電圧が除去されたと解されている。しかし、実際の電気回路においては、アース処理で誘導電圧が完全に除去されているわけではなく、静電気として帯電する電圧はアース処理によって除去されるものの、入力信号の変動によって電気信号のように振る舞う誘導信号は電源の平滑回路で吸収されているか、筐体を通じて瞬間的に放電されて電位差が小さくなり、測定器にて検出できなくなっているだけである。

　従来のアース処理では、誘導電圧による電荷が金属部分に帯電する。よって、何かしらの要因によって電位差が生じれば誘導電流が流れる状態にある。また、金属部分への帯電量が微小であっても、当該金属部分がソレノイド機構のように機械運動すれば、その運動に応じて誘導性負荷側に逆に誘導電圧が生じる。このような逆に生じる誘導電圧は、電気モータであれば「逆起電力」と呼ばれ、本来の目的とする動作を阻害するエネルギーとなる。このように、誘導電圧は、誘導性負荷を用いている以上は、発生を止めることはできないが、発生した後において、速やかに除去されることが理想である。

　本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、誘導性負荷によって絶縁されている金属に生じる誘導電圧を除去することができる誘導信号除去回路を提供することを目的とする。

　本発明は、誘導性負荷に入力される電気信号によって金属に生じる誘導信号を除去する誘導信号除去回路に関するものであって、誘導性負荷とは絶縁されている金属に接続され、誘導信号が入力される入力端子と、誘導性負荷への電気信号の入力端側に接続され、入力された誘導信号を出力する２つの出力端子と、を有し、入力端子と出力端子とのそれぞれの間に、誘導信号を入力端子から各出力端子に向けてのみ流す信号流制御素子を備えることを最も主な特徴とする。

　本発明によれば、誘導性負荷を備えた電気回路において、誘導性負荷と絶縁されている金属に生じる誘導信号を素早く除去することができるので、電気回路の動作がスムーズになり、動作効率がよくなる。また、誘導電圧による感電を防止することができる。

本発明に係る誘導信号除去回路を備える電気回路の例を示す回路図である。上記誘導信号除去回路をスピーカに用いた例を示す模式図である。上記誘導信号除去回路の効果を説明する説明図である。上記誘導信号除去回路の効果を説明する説明図である。

　以下、本発明に係る誘導信号除去回路の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る誘導信号除去回路の例を示す回路図である。図１において、符号１は、本発明に係る誘導信号除去回路を示していて、符号２に示す電気回路に接続されている。誘導信号除去回路１は、１つの入力端子Ｔ１と、２つの出力端子Ｔ２およびＴ３と、を有してなる。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２および入力端子Ｔ１とＴ３の間には、信号流制御素子を構成する信号流制御部１０が備わっている。誘導信号除去回路１の入力端子Ｔ１から入力された電気信号（誘導信号）は、信号流制御部１０により、出力端子Ｔ２か、または、出力端子Ｔ３のいずれかにのみ流れる（出力される）ように構成されている。

　信号流制御部１０は、入力端子Ｔ１から入力された誘導信号が出力端子Ｔ２またはＴ３のいずれかにのみ流れるように構成された整流素子を有してなる。信号流制御部１０は、例えば、入力端子Ｔ１から入力された誘導信号の極性が正（＋）のとき、誘導信号が出力端子Ｔ２から出力され、出力端子Ｔ３からは出力されないように誘導信号の流れる方向を制御する。また逆に、入力端子Ｔ１から入力された誘導信号の極性が負（マイナス）のときは、誘導信号が出力端子Ｔ３からは出力され、出力端子Ｔ２からは出力されないように誘導信号の流れる方向を制御する。図１に示すように、整流素子としてダイオードを用いた場合、信号流制御部１０は、２つのダイオードＤ１とＤ２によって構成される。なお、信号流制御部１０は、上記のように信号の流れる方向を制御することができれば、ダイオードに限ることはない。

　図１において信号流制御部１０は、ダイオードＤ１のカソードが出力端子Ｔ１となり、ダイオードＤ２のカソードが出力端子Ｔ３になっている。ダイオードＤ１のアノードと入力端子Ｔ１との間には、保護抵抗である抵抗Ｒ１が配置されている。また、ダイオードＤ２のアノードと入力端子Ｔ１との間には、保護抵抗である抵抗Ｒ２が配置されている。入力端子Ｔ１は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点（中点）に接続されている。

　誘導信号は、過渡的に発生するので、誘導信号の発生に応じて突発的に大きな電流が流れることがある。保護抵抗Ｒ１と保護抵抗Ｒ２は、入力信号である誘導信号が過大であっても、ダイオードＤ１とダイオードＤ２が破壊されないように保護するためのものである。よって、ダイオードＤ１とダイオードＤ２が破壊されることがなければ、保護抵抗Ｒ１と保護抵抗Ｒ２は必ずしも設ける必要はない。なお、保護抵抗Ｒ１とＲ２を設けるときは、同じ大きさの抵抗値のものを用いることが望ましい。

　図１において符号２は、誘導信号除去回路１を接続して用いる電気回路を示している。図１は、電気回路２が備える誘導性負荷２１への信号の入力端である入力端子２２と、入力された信号によって誘導信号が生じる金属部２３のみを図示し、それ以外の構成は図示を省略している。なお、誘導性負荷２１に信号を入力する入力端子２２は、正極（＋）と負極（－）の２つ端子からなる。

　誘導信号除去回路１の入力端子Ｔ１は、電気回路２の誘導性負荷２１によって誘導信号が生じる金属部２３に接続されている。また、出力端子Ｔ２は、誘導性負荷２１に信号（誘導性負荷を動作させるための入力信号）の、正極側の信号線に接続され、出力端子Ｔ３は、負極側の信号線に接続されている。電気回路２の入力端子２２から入力された信号の極性が正（プラス）であれば、誘導性負荷２１の正極から負極に対して信号が流れる。電気回路２の入力端子２２から入力される信号の極性が負（マイナス）であれば、誘導性負荷２１の負極から正極に対して電流が流れる。

　電気回路２に入力される信号の流れる方向によって、金属部２３に生じる誘導信号の極性は変わる。誘導信号の極性が負であるとき、誘導信号除去回路１に流れる誘導信号はダイオードＤ１を介して出力端子Ｔ２から出力される。出力端子Ｔ２から出力された誘導信号は、電気回路２の正極側の信号線に流れ込むことになる。また、金属部２３に生じる誘導信号の極性が正であるとき、誘導信号除去回路１に流れる誘導信号はダイオードＤ２を介して出力端子Ｔ３から出力される。出力端子Ｔ３から出力された誘導信号は、電気回路２の負極側の信号線に流れ込むことになる。

　このように、誘導信号除去回路１の入力端子Ｔ１を誘導性負荷２１の金属部分、すなわち、誘導性負荷２１へ信号が入力され、その電磁誘導によって電位が変化する部分に接続し、誘導信号除去回路１の出力端子Ｔ１とＴ２をそれぞれ、誘導性負荷２１を動作させるための信号が入力される信号線（または、入力端子）に接続することで、電磁誘導により生じた電位の変化による誘導信号を、誘導性負荷２１を動作させるための信号の入力側に流して、金属部２３に生じた誘導信号を除去することができる。

　誘導性負荷２１が、例えばソレノイド機構であって、金属部２３がソレノイド機構によって動作するプランジャーである場合を例にして、本実施例に係る誘導信号除去回路１の動作について、さらに説明をする。入力端子２２からの入力信号によって金属部２３は所定の動作をする。ソレノイド機構は電気エネルギーを直線運動に変換する機構であるから、金属部２３は直線運動をすることになる。この直線運動は金属部２３が、誘導性負荷２１が備えるコイルに流れる電流により生じる磁界の中を運動することになるから、入力端子２２からの入力信号によって金属部２３に誘導電圧が生じる。この誘導電圧が生じた金属部２３がコイルの内部を直線運動することになり、逆起電力が生じる。

　逆起電力は、入力端子２２からの入力信号により生じる運動エネルギーとは逆向きの運動エネルギーを生じさせる向きに電流を流すことになる。そこで、金属部２３に誘導信号除去回路１の入力端子Ｔ１を接続し、誘導信号除去回路１の出力端子Ｔ２とＴ３を、それぞれソレノイド機構である誘導性負荷２１への信号入力線に接続すれば、金属部２３に誘導によって生じた電圧変動は、信号流制御部１０を介して出力端子Ｔ２またはＴ３のいずれかに、信号として流すことができる。すなわち、誘導性負荷２１に生じた誘導信号は誘導信号除去回路１によって誘導性負荷２１への入力信号に重畳されてしまう。この作用によって、金属部２３の電位をほぼゼロにすることができる。よって、逆起電力が生じることはなく、ソレノイド機構の動作が効率的になされるようになる。なお、誘導信号を誘導性負荷２１の入力側に流しても、誘導性負荷２１を駆動させるための入力信号源となる機材（電源など）には、ほとんど影響を与えることはない。

　次に、誘導性負荷がスピーカであるときの、誘導信号除去回路１の動作の例について説明する。図２においてスピーカ３は、入力端子３１から入力される信号に応じて、ボイスコイル３２に流れた電流と、ボイスコイル３２のまわりに配置されたマグネットから生じる磁界によって、ボイスコイル３２が固定されているコイルキャップが紙面上下方向に振動し、この振動によってコーンが振動して放音することができる。

　マグネット３３には、ヨーク３４とポールピース３５が接している。これらヨーク３４とポールピース３５はともに金属製である。ヨーク３４とポールピース３５は、マグネット３３が発生させる磁界がボイスコイル３２により効果的に作用するように設けられている。上述したように、入力端子３１から電気信号が入力されると、コイル３２が上下に振動する。このとき、コイルに流れる電流によって生じる磁界がヨーク３４やポールピース３５に作用して、これらの金属部分に電磁誘導による誘導電圧を生じさせる。この誘導電圧は、入力端子３１からの入力信号によってボイスコイル３２が駆動しようとする方向と逆の方向にボイルコイル３２を動かそうとする力を生じさせる。よって、このような誘導電圧は、入力端子３１からの入力信号を放音する振動板の駆動を阻害する。

　そこで、ヨーク３４またはポールピース３５のいずれか、または両方に、誘導信号除去回路１の入力端子Ｔ１を接続する。また、誘導信号除去回路１の出力端子Ｔ２をスピーカの入力端子３１の一方の端子に接続し、出力端子Ｔ３をスピーカの入力端子３１の他方の端子に接続する。

　スピーカ３への入力信号によってヨーク３４またはポールピース３５に誘導電圧が生じると、その極性が正であれば、例えば、入力端子Ｔ１から入力された誘導電圧による信号（誘導信号）が、ダイオードＤ１を経由して出力端子Ｔ２から出力され、スピーカ３の入力端子３１に入力される。入力信号の極性が負であれば、入力端子Ｔ１から入力された誘導信号は、ダイオードＤ２を経由して出力端子Ｔ３から出力され、スピーカ３の入力端子３１に入力される。誘導信号は、後述するように入力信号の変動に対して過渡的に生じる信号であるから、入力信号そのものを大きく変動させるものではない。よって、スピーカ３から放音される音に雑音として混入することはない。

　このように、本発明に係る誘導信号除去回路１を、誘導性負荷を有する電気回路に用いることで、誘導信号を効果的に除去することができる。また、誘導信号を除去することで、入力信号に忠実に誘導性負荷を動作させることができる。

　ここで、本発明に係る誘導信号除去回路によって、誘導信号が除去される仕組みについて図を用いて詳細に説明する。図３は、誘導信号を計測する方法を模式的に示した図である。図３（ａ）は、誘導性負荷としてスピーカ３を用いている。スピーカ３の金属部分であるヨーク３４に抵抗４を接続し、この抵抗４を介してヨーク３４をアースに接続する。このように構成することで、金属部分に生じた誘導信号は、抵抗４を介してアースに向けて流れる。よって、この抵抗４の両端に計測器、例えばオシロスコープを接続すると、誘導信号を計測することができる。

　スピーカ３に、図３（ｂ）に示すような入力信号（矩形波）を入力すると、抵抗４の両端においては、入力信号が微分されたような信号が観測される。なお、抵抗４には１ＭΩ程度の大きさのものを用いることとする。図３（ｂ）に示した抵抗４にて観測される信号が誘導信号である。誘導信号は過渡的に生じ一定時間の経過とともに減少してほぼゼロになっているが、過渡的に減少している間は、信号が変動していることになる。この変動期間において、上記したような本来の動作を阻害するエネルギーが生じている。

　そこで、図４に示すように誘導信号除去回路１を誘導性負荷であるスピーカに接続する。図４（ａ）に示すように、誘導信号除去回路１の入力端子Ｔ１をヨーク３４に接続し、出力端子Ｔ２をスピーカ３の入力端子の一方に接続し、出力端子Ｔ３をスピーカ３の入力端子の他方に接続する。すると、図４（ｂ）に示すように、矩形波を入力しても、抵抗４の両端においては、ほぼ何も計測されない。これは、過渡的に発生する誘導信号が一定の大きさ以上であれば、その極性に応じて、ダイオードＤ１またはＤ２を流れて入力端子３１に流れていくからである。ダイオードの一般的な最小入力電圧は０．６ｖであるから、入力信号によって生じる誘導信号の大きさが０．６ｖ以上であれば、誘導信号除去回路１を介して、入力信号側に流されることになる。換言すれば、誘導信号除去回路１を用いることで、誘導性負荷の本来の目的とする動作を阻害する作用を持つ誘導信号を、誘導性負荷の入力側に戻すことができ、これによって、誘導信号を除去することができる。

　以上のように、本発明に係る誘導信号除去回路によれば、コイルと金属部とを備えた電気部品において、コイルに入力される入力信号により金属部に生じる誘導信号を、従来のように他の金属部分やアース線に流すのではなく、誘導信号の発生の元となった誘導性負荷への入力信号に回帰させることができる。

　１　　誘導信号除去回路
　１０　信号流制御部

Claims

　誘導性負荷に入力される電気信号によって金属に生じる誘導信号を除去する誘導信号除去回路であって、
　上記誘導性負荷とは絶縁されている上記金属に接続され、上記誘導信号が入力される入力端子と、
　上記誘導性負荷への上記電気信号の入力端側に接続され、上記入力された誘導信号を出力する２つの出力端子と、を有し、
　上記入力端子と上記出力端子とのそれぞれの間に、上記誘導信号を上記入力端子から上記各出力端子に向けてのみ流す信号流制御素子を備える誘導信号除去回路。
　上記信号流制御素子は、上記入力された誘導信号の極性によって上記２つの出力端子のいずれかにのみ上記誘導信号を流すことを特徴とする請求項１記載の誘導信号除去回路。
　上記２つの出力端子のそれぞれに上記信号流制御素子が設けられていることを特徴とする請求項１記載の誘導信号除去回路。
　上記信号流制御素子は、整流作用を有する半導体からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の誘導信号除去回路。
　上記信号流制御素子は、整流作用を有する半導体と抵抗からなり、上記抵抗を、上記入力端子と上記半導体の間に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の誘導信号除去回路。
　上記金属はオーディオスピーカの一部を構成するポールピースまたはヨークであって、
　上記入力端子は、上記ポールピースまたは上記ヨークのいずれかに接続され、
　上記出力端子は、上記スピーカの入力端子に接され、
　上記スピーカに入力される電気信号によって、上記ポールピースまたは上記ヨークに生じる誘導信号が上記入力端子から入力されて、上記出力端子から出力されることで、上記誘導信号をスピーカに入力される電気信号へと重畳させ、上記ポールピースまたは上記ヨークから上記誘導信号を除去する請求項１乃至５のいずれかに記載の誘導信号除去回路。
　上記金属はソレノイド機構が有するプランジャーであって、
　上記入力端子は、上記プランジャーに接続さて、
　上記出力端子は、上記ソレノイド機構の入力端子に接続され、
　上記ソレノイド機構に入力される動作信号によって、上記プランジャーに生じる誘導信号が上記入力端子から入力されて上記出力端子から出力されることで、上記誘導信号を上記ソレノイド機構に入力される動作信号へと重畳させ、上記プランジャーから上記誘導信号を除去する請求項１乃至５のいずれかに記載の誘導信号除去回路。