E-Mark取得の灯具でも、ラジオとGPSに干渉するのはなぜか

先月、LED作業灯を一式取り付けたとします。点灯するたびに業務用無線機にノイズが入る、ガイダンスシステムの位置が数センチふらつく、アイドリング以上の回転数ではAM帯が使いものにならない——そうした状態です。書類を確認すると、その灯具にはE-Markが付いています。

この二つの事実は、同時に成り立ちます。そして、そこを説明してくれる人はほとんどいません。認可は、定められた試験条件のもとで1灯に対して与えられます。一方、干渉は機械全体に起こります。本稿は、この二つの文のあいだにある距離と、その距離の中で何をすべきかについての記事です。

まず、本当に灯具が原因かを確かめる

2分間のスイッチ操作は、午後いっぱいの理屈をこねる時間を節約してくれます。まず灯具を消したまま機械を始動し、影響を受けている受信機の音を聞いてください。次に、灯具を1灯ずつ点灯します。さらに、エンジンを止めてバッテリーだけで点灯してみてください。ノイズがオルタネーターではなく灯具に追随するなら、原因は切り分けられています。すべての灯具を消した状態でもノイズが出ているなら、灯具について読むのはここまでです。オルタネーター、インバーター、ヒーターコントローラー、劣化した点火系部品も、まったく同じ挙動を示します。

どの灯具かを記録し、あわせて、単に通電しているだけの状態と、実際に点灯している状態とでノイズが変わるかどうかも記録してください。全光量では静かなのに調光すると騒がしくなる灯具は、原因が灯具そのものではなく調光方式にあることを示しています。

放射か伝導か——何かを買う前に、まずここを決める

スイッチング方式のLEDドライバー（電源回路）は、必ず何らかの電気ノイズを発生させます。スイッチングとは、そういう動作だからです。問題は、そのノイズがどの経路で受信機に届くかです。経路は二つあり、必要な対策もそれぞれ異なります。放射ノイズは、灯具またはその配線から電磁界として空間に出て、アンテナに拾われます。伝導ノイズは、車両自身の配線を伝わり、その電源を共有しているものすべてに流れ込みます。

先に両者を切り分ける理由は、経済的なものです。電源線に取り付けたフェライトコアは、放射経路に対しては何の働きもしません。逆に、灯具をシールドしても、すでにワイヤーハーネスを流れているノイズには効きません。インターネット上の助言の多くは、一つの対策を両方に無差別に当てはめているだけです。

認可は1灯で測られ、干渉は機械で起こる

これが、冒頭の矛盾の背後にある仕組みです。そして、これは抜け道ではありません。型式認可とは、そうならざるを得ないものなのです。

妨害波（エミッション）の測定は、CISPR 25が定める条件のもとで行われます。灯具はシールドルーム内の非導電性の試験台に置かれ、長さと引き回しを規定したワイヤーハーネスで接続され、規定の擬似電源回路網（LISN）を通して給電され、アンテナは一定の距離に設置されます。これらの条件はいずれも、試験所のあいだで結果を再現できるようにするために存在します。そのどれ一つとして、トラクターを表したものではありません。

実際の機械では、同じ灯具が、他のケーブルと並走する数メートルのワイヤーハーネスを持ち、他の負荷と共有するアース帰路を持ち、車体に導通しているとは限らないブラケットで固定され、1〜2メートル以内に受信アンテナを抱えています。これを8灯取り付ければ、それぞれの妨害波は加算されます。単体では余裕をもって限度値の内側に収まっていた灯具でも、不具合を起こす取付状態の一部になり得ます。そして認可は、そもそもお客様の取付状態について何かを約束するものではありませんでした。

購入側にとっての実務的な帰結はこうです。認可は、その灯具が限度値に照らして設計・検証されたことを示します。しかし、それを何灯、どのような配線で取り付けても、どんな受信機のそばで静かであるか、というところまでは示しません。後者を約束する供給者は、誰にも試験できないことを約束しています。

R10は農業用トラクターにも及び、そこで最も厳しく効いてくる

この問題について書かれたものの大半は、乗用車を前提としています。ラジオのノイズに人が気づくのが乗用車だからです。より厄介なのは、機械の側です。国連規則第10号は車両区分 L、M、N、O、T、R、S に適用され、区分 T は農業用トラクターです。この規則が公道用の乗用車だけでなく作業灯にまで及ぶのは、そのためです。

トラクターで影響を受けるのは、キャブ内のラジオとは限りません。GPSガイダンス、ISOBUSネットワーク、テレマティクス用モデム、RTK補正信号のリンクといった側です。これらはラジオとは異なる壊れ方をします。耳に聞こえるノイズの代わりに、位置のずれ、補正信号の途切れ、セクションコントロールのチャンネル切替の遅れとして現れます。誰にも何も聞こえないため、オペレーターは受信機のせいだと考えます。

これは診断の順序を変えます。断続的なガイダンスの不具合を追いかけているなら、「作業灯を消して同じ行程をもう一度走る」という項目を、確認リストの末尾ではなく先頭近くに置いてください。

逆方向：無線機が灯具に干渉する場合

ここまではすべて、妨害波（エミッション）、つまり灯具から出ていくノイズの話でした。R10は二つの方向を試験しており、もう一方はほとんど注目されません。イミュニティ（妨害排除能力）です。灯具は、車両が外部の電磁界の中を通過しているあいだも動作し続けなければなりません。そして灯具は、一方の方向に適合しながら、もう一方で不合格になることがあります。

現場では、何度か耳にするまでは冗談のようにしか聞こえない訴えとして現れます。オペレーターが業務用無線機の送信ボタン（PTT）を押しているあいだだけ、作業灯がちらつく、暗くなる、あるいは消える、というものです。壊れているわけではありません。灯具から1メートルの位置にある送信機は、その灯具が公道で遭遇するどんなものよりもはるかに強い電磁界を灯具に与えます。イミュニティの低いドライバー（電源回路）は、リセットするか、制御から外れることでこれに応答します。

同じ症状は、沿道の無線送信鉄塔の近く、RFIDリーダーを備えたトラックスケール、工場内の誘導加熱装置の周辺でも現れます。探し方さえ分かっていれば、診断は簡単です。不具合は誰かが送信しているタイミングと完全に一致し、送信ボタンを離した瞬間に止まります。取付側でどれだけアースを強化しても、フェライトコアを足しても、これは直りません。イミュニティは灯具に設計として作り込まれているか、そうでないかのどちらかであり、したがってこれは取付の問題ではなく購買の問題です。

この点は、明示的に確認する価値があります。妨害波（エミッション）の話しかしない供給者は、一方の方向しか試験していない可能性があるからです。

当社であれば試す順番に並べた対処法

費用の安い順に並べてあり、それは意図的なものです。最初の二つは無料で、実際の事例のかなりの割合はこれで片付きます。最後の一つは、灯具そのものが原因である場合の、唯一の本当の治療です。

手順4について、一つだけ注意があります。フェライトコアはインターネット上で最も人気のある答えだからです。フェライトコアは安価で、劇的に効くこともあります。しかし最初にこれへ手を伸ばすと、無料で直せたはずのアース不良の症状を、お金をかけて抑え込むことになりかねません。

「CISPR 25に適合」と「R10の型式認可を取得」は同じ文ではない

この区別は、実際に何を買っているのかを決めます。後から気づくのではなく、引き合いの段階で書いておく価値があります。

この非対称性は、はっきり書いておく価値があります。R10の型式認可は、規則がCISPRの測定方法を引用している以上、それらの方法が適用されたことを含意します。一方、製品が「CISPR 25に適合」しているという記述は、試験方法についての説明であって、認可についての説明ではありません。ECE、DOT、SAEの枠組みが市場ごとにどう分かれているかは、車両灯具の認証制度をご覧ください。

当社がご提示できるもの

当社は自社のEMC試験室で放射エミッションを測定しており、ご検討中の機種については、CISPR 25の試験報告書をご請求に応じてご提供できます。仕向地と、その機能が公道に面したものかどうかをお知らせいただければ、どの認可が該当するかは当社で確認いたします。認証はお客様にお任せするものではなく、当社が引き受ける業務です。

後から追加するどんなフィルターよりも、二つの設計上の選択のほうが効きます。ポッティング加工ドライバーは、スイッチング回路を機械的にも熱的にも安定させ、その結果として挙動も安定します。もう一つは、9〜32Vの全域で制御を行う広入力電圧設計です。電源に余裕のない12Vの機械でも、動作範囲の端で使われることがありません。スイッチング回路が騒がしくなるのは、まさにその端の領域です。灯具そのものはLED作業灯にあります。

機械を直すのではなく仕様書を書いている段階であれば、大口発注バイヤーズガイドに、RFQ（見積依頼）で名指しする価値のある書類の一覧をまとめてあります。

よくあるご質問

LED灯具は高周波エネルギーを放出しますか？

はい。スイッチング方式のLEDドライバーは、すべて放出します。LED素子そのものは静かですが、そこへ流す電流を制御する回路は毎秒数千回以上のスイッチングを行っており、その立ち上がり・立ち下がりが広い帯域にわたってエネルギーを生みます。技術上の問いは、妨害波が出ているかどうかではなく、それが限度値の内側に収まっているか、そして周囲の受信機から離れているか、だけです。

以前の電球では起きなかったのに、LEDヘッドランプがラジオに干渉するのはなぜですか？

フィラメント電球は電子回路を持たない単なる抵抗であり、ほとんど何も放出しません。これをLEDユニットに置き換えると、以前は一本の電線でしかなかった場所にスイッチング電源が入ります。しかもその位置は多くの場合ヘッドランプのハウジング内部で、アンテナの近くを通る同じワイヤーハーネスに接続されています。車両の側は何も変わっていません。都合の悪い場所に、新しい発生源が一つ追加されただけです。

LED灯具のラジオへの干渉を止めるには、どうすればよいですか？

順番はこうです。まず灯具のアースを修復し、次に灯具の配線をアンテナケーブルから離し、片端のみ接地したシールドケーブルを使い、そのうえで灯具に近い電源線にフェライトコアを取り付けます。良好なアースと短い配線で1灯だけ点灯してもノイズが出るなら、発生源は灯具であり、外付けの対策では解決しません。

フェライトコアで直りますか？

直ることもありますが、伝導ノイズに対してだけです。アンテナケーブルを動かして干渉の様子が変わるなら、経路は放射であり、電源線のフェライトコアは何の働きもしません。これが手順4に置かれているのには、理由があります。

E-Markが付いていれば、その灯具は何にも干渉し得ない、ということですか？

いいえ。そして、そのような意味を持てる認可は存在しません。E-Markが意味するのは、認可機関が、その試験条件のもとで規則の限度値に照らして認可を与えた、ということだけです。干渉は取付状態の性質——灯具の数、配線、アース、そして近くで何が受信しているか——であり、1灯だけの試験が、そのすべてについて約束をすることはできません。

干渉は、影響を受けた電子機器を壊すことがありますか？

このレベルの妨害波は、受信を乱すものであって、ハードウェアを壊すものではありません。損失は物理的なものではなく、運用上のものです。位置がずれるガイダンスシステム、使えないラジオ、途切れるテレマティクス回線。セクションコントロールや自動操舵を行っている機械では、どこも壊れていなくても、それだけで十分に高くつきます。

保有する機械のうち1台だけで起きる場合

その場合、変数は灯具ではまずありません。同じ灯具、同じ配線仕様で挙動が違うということは、その機械の何かが違うということです。きちんと施工されていなかったアース、修理の際に引き回しを変えられたアンテナケーブル、電源を共有している後付けアクセサリーなどです。灯具について推論するよりも、静かな機械と騒がしい機械を物理的に見比べてください。そして、二台が同じに見えるのに挙動が違う場合は、その写真を当社までお送りください。