JP2002516479A - 可変インダクタおよびインダクタンス可変方法 - Google Patents

可変インダクタおよびインダクタンス可変方法

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JP2002516479A JP2000550114A JP2000550114A JP2002516479A JP 2002516479 A JP2002516479 A JP 2002516479A JP 2000550114 A JP2000550114 A JP 2000550114A JP 2000550114 A JP2000550114 A JP 2000550114A JP 2002516479 A JP2002516479 A JP 2002516479A
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エイリアン・エム・ジャンセン
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エヌエムビー（ユーエスエイ）・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 中央脚（４３）および２つの外側脚を含む３脚（４２，４３，４４）を備えた可飽和芯を有する可変インダクタ。制御巻線（４５）は中央脚上に巻き付けられ、２つの外側巻線（４６、４７）は並列接続され、外側脚上に巻き付けられる。外側脚上の巻線のインダクタンスは制御巻線を通る電流と関連して変化する。制御巻線を通る電流は外側脚の飽和水準を変化させる。一実施形態において、制御巻線のインダクタンスは、制御巻線内電流の変化に関連して実質的に一定である。他の一実施形態において、外側脚は飽和していて、中央脚は飽和していない。３つの脚を接続する芯の部分（４８〜５１）は、中央脚（４３）の横断面から外側脚（４２、４４）の横断面まで先細状態である。この発明は、さらに、制御電流にしたがって誘導性回路エレメントのインダクタンスを変える方法を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は可変インダクタおよび誘導性回路エレメントのインダクタンスを変
える方法に関する。詳細には、この発明は、誘導性回路エレメントのインダクタ
ンスが電気信号によって変えられる可変インダクタに関する。
【０００２】
【発明の背景】
可変インダクタは、回路の共振周波数を変えるために回路エレメントのインダ
クタンスを変化させる電力および共振回路を調整するための回路エレメントのイ
ンダクタンスを変える磁気増幅器を含む多くの回路用として有用である。可変イ
ンダクタを得る最も肝胆な方法は誘導エレメントに沿ったコネクタの機械的な運
動によるものである。ただし、機械的動きでなくて電気信号により回路エレメン
トのインダクタンスを変えることはしばしば望まれる。
【０００３】 磁性材料の飽和効果は、従来技術に関して図１に示すように、電流制御された
可変インダクタを作るために使用可能である。このタイプの可変インダクタは、
通常、１〜１０の変化範囲に限定され、たとえばインダクタの特性値を制限する
各直列制御巻線の両端のキャパシタンスおよび電圧のような寄生効果によって悩
まされる。その上、従来技術によるこの種の電流制御された可変インダクタは、
通常、０〜５００ｍＡの範囲内の非常に高い制御電流を必要とする。図１は、中
央巻線１４のインダクタンスＬ１４が外側制御巻線１２と１３に供給される電流
Ｉｃによって制御される上記の従来技術による電流制御されたインダクタを示す
。
【０００４】 さらに詳細には、図１は、可飽和磁性材料からなる３つの脚１５、１６、１７
を備えた磁気芯１１を示す。外側脚１５および１７は、図に示すように直列接続
された同じ巻線１２および１３を備える。外側巻線１２および１３を通る制御電
流Ｉｃから起きる芯のそれぞれの脚１５および１７内磁束Φｃが等しく、且つ反
対方向を指すように制御巻線１２および１３が巻き付けられて接続される。反対
向きの磁束Φｃは芯の中央脚１６における相殺に帰着する。磁束の相殺は、中央
巻線１４と直列制御巻線１２および１３の間における交流信号の結合を防止する
。交流電圧が中央巻線１４の端子の両端に供給されれば、両方の直列巻線１２お
よび１３に電圧が誘発されるが、制御巻線１２と１３の直列接続部の両端の電圧
がゼロの状態を維持するように制御巻線１２と１３の電圧は極性が反対である。
中央巻線１４用磁路は外側脚１５と１７、中央脚１６、および、接続部分１８〜
２１を含む。巻線１２および１３を通る制御電流Ｉｃが芯の脚１５および１７を
飽和させるに十分な大きさになれば、中央巻線１４用磁路の一部分が飽和するの
で、中央巻線１４のインダクタンスＬ１４は減少する。制御電流Ｉｃが大きくな
ればなる程、インダクタンスＬ１４が小さくなる。ただし、中央脚１６は制御電
流Ｉｃに起因して飽和しない。
【０００５】 誘導性回路エレメントのインダクタンスは芯の透磁率および巻回数に関係する
。 Ｌ＝μ0Ｎ2Ａ／ｌ 方程式（１） ここで、Ｌは誘導性回路エレメントのインダクタンスであり、 μ0は磁芯の透磁率であり、 Ａは磁芯の横断面面積であり、 Ｎは誘導エレメントの巻回数であり、 ｌは誘導エレメントの長さである。
【０００６】 方程式１によれば、中央脚は飽和していないので、最小インダクタンスＬ１４
は巻回数および中央脚１６の芯材料の透磁率によって制限される。図１に示す従
来技術による回路の他の望ましくない副作用は、直列接続制御巻線１２および１
３各々のインダクタンスは制御電流Ｉｃの値の変化と共に実質的に変化する。実
際には、制御巻線１２および１３のインダクタンスは中央巻線１４のインダクタ
ンスよりさらに大きい量だけ変化する。従来技術による可変インダクタが調整ル
ープの一部であるとき、この状態は重大な制限条件を確立する。従来技術による
図１の回路のインダクタは限られた変動範囲を有し、したがって、約０〜５００
ｍＡのオーダーの非常に大きい制御電流を必要とする。さらに、各制御巻線１２
と１３の両端および１３制御巻線１２と１３の寄生キャパシタンスに印加される
電圧は巻線比、および／または、作動周波数を制限する。制御巻線１２と１３の
インダクタンスは制御電流Ｉｃと共に実質的に変化する。
【０００７】 英国特許７１５，６１０は、可飽和芯を有する可変誘導エレメントについて開
示している。英国特許７１５，６１０の可変インダクタを、図２Ａおよび２Ｂに
示す。図２Ａの可変インダクタは三脚芯の外側脚上に直列巻を備え、したがって
、既に示した図１と同様である。図２Ｂは、三脚芯の外側脚上の並列巻線および
芯の中央脚上の制御巻線を示す。制御巻線の電流が変化しても制御巻線のインダ
クタンスが実質的に一定であるように外側脚と中央脚の飽和度が実質的に等しい
水準であるように、可変インダクタにおける外側脚の磁気横断面に対して中央脚
の磁気横断面を設定することに関しては、英国特許７１５，６１０には教示が無
い。さらに、所与の制御電流に対して最も大きいインダクタンス変化が得られる
ように中央脚の横断面から外側脚の横断面まで横断面を接続する三脚芯の部分を
先細にする（テーパーを付ける）ことに関して、英国特許７１５，６１０には教
示が無い。さらに、英国特許７１５，６１０は、上記の図２Ａに示すように３脚
可変インダクタの中央脚に横断面面積を加えるための追加本体（ボディ）または
追加積層細片（ストリップ）の使用を教示する。英国特許７１５，６１０の図７
は、上記の図２Ａの３脚トランスダクタの斜視図を示す。この場合、ａｘｅの量
の追加横断面面積が加えられる。制御巻線のインダクタンスを実質的に一定に維
持することが不可能でないまでも、追加「本体（ボディ）」はそれを困難にする
。
【０００８】 磁気増幅器は３つの脚、外側脚上の並列巻線、および、中央脚上の個別巻線を
備えた芯を有することが知られている。ホワイトレイ（Ｗｈｉｔｅｌｅｙ）の米
国特許第２，２２９，９５２号は、このタイプの磁気増幅器の実施例について開
示している。ただし、磁気増幅器は可変インダクタと異なる原理にしたがって作
動し、異なる入力および出力を有する。たとえば、上述のホワイトレイによる磁
気増幅器において、中央脚のまわりの制御巻線内電流は芯の磁化をバイアスし、
芯を飽和させない。芯は、ゼネレータ４からの交流信号およびダイオード５の作
用によって飽和され、一度にただ１つの外側脚だけが飽和される。各外側脚は異
なる時間において飽和される。各外側脚は、交流信号の全てのサイクル毎に交互
に飽和され、その次には飽和されない。制御巻線２を通る電流はその期間中芯が
飽和している半サイクルの当該部分を決定する。平均直流電圧出力は、制御巻線
２を通る電流の量に関係する。磁気増幅器の動作は、制御巻線２内の電流にした
がって直流出力電圧を制御することである。
【０００９】
【発明の概要】
この発明の目的は広い変化範囲に亙って電流制御される可変インダクタを提供
することにある。
【００１０】 この発明の他の目的は、電流制御され、且つ限定された制御電流を有する可変
インダクタを提供することにある。
【００１１】 この発明のさらなる目的は、寄生効果に悩まされることなく電流制御された可
変インダクタを提供することにある。
【００１２】 この発明の追加的目的は、変化するインダクタンスを有する回路エレメントの
芯が飽和される電流制御された可変インダクタを提供することにある。
【００１３】 この発明のさらなる目的は、電流制御された可変インダクタを提供することに
あり、この場合、変化するインダクタンスを有する回路エレメントの最小インダ
クタンスは芯材料の透磁率によって限定されない。
【００１４】 この発明のさらに他の目的は、当該芯の横断面における段状態を除去する電流
制御された可変インダクタを提供することにある。
【００１５】 さらに、この発明の目的は電流制御された可変インダクタを提供することにあ
り、この場合、可変インダクタンスを有する回路エレメントの最小インダクタン
スは従来の技術において許容される値よりも小さいことがあり得る。
【００１６】 さらに、この発明の目的は、制御巻線のキャパシタンスが巻線比を限定しない
可変インダクタを提供することにある。
【００１７】 さらに、この発明の他の目的は、制御巻線の両端の電圧が作動周波数を限定し
ない電流制御されたインダクタを提供することにある。
【００１８】 さらに、この発明の実施の形態１のさらなる目的は電流制御されたインダクタ
を提供することにあり、この場合、制御巻線のインダクタンスは制御巻線内電流
が変化しても実質的に一定である。
【００１９】 この発明のこれらおよび他の目的は、実施の形態１にしたがう可変インダクタ
を提供することによって達成され、実施の形態１において、可飽和磁性材料によ
って形成された芯を有し、芯が中央脚と２つの外側脚を有する３つの脚を備え、
中央脚上に制御巻線および外側脚の各々に並列接続された巻線を備え、外側脚上
の巻線を通る電流から生じる磁束が中央脚において相殺され、ここに、外側脚の
飽和水準を変えることによって制御巻線を通る電流が外側脚上の巻線両端のイン
ダクタンスを変化させ、ここに、制御巻線内電流が変化しても制御巻線のインダ
クタンスは実質的に一定であり、中央脚の磁気横断面外側脚の磁気横断面に対し
て外側脚と中央脚は実質的に等しい飽和水準を有する。
【００２０】 好ましい実施の形態において、中央脚の磁気横断面は外側脚の磁気横断面の和
に等しいか、または、幾分大きい。また、好ましい実施の形態において、３つの
脚を接続する芯の部分は、中央脚の横断面から外側脚の横断面まで先細にされる
（テーパーが付けられる）。さらに、好ましい実施の形態において、中央脚は、
単一の磁気エレメントによって形成される。好ましいさらなる実施の形態におい
て、３つの脚を接続する芯の部分および芯の３つの脚は、円形横断面面積を有し
得る。
【００２１】 また、制御電流にしたがって誘導性回路エレメントのインダクタンスを変える
方法も開示される。すなわち、ａ）可飽和磁性材料の三脚芯を得るステップを含
み、以下のｄ）ステップにおいて外側脚と中央脚が実質的に等しい飽和水準を有
するように、芯の２つの外側脚の磁気横断面に対して芯の中央脚の磁気横断面を
設定し、ｂ）平行巻線を流れる電流によって発生される磁束が芯の中央脚におい
て相殺されるように芯の外側脚上に並列巻線を巻回するステップと、ｃ）芯の中
央脚上に制御巻線を巻回するステップと、ｄ）芯の外側脚の飽和水準を変えるた
めに前記並列巻線の各々のインダクタンスを変えるように制御巻線の制御電流を
変化させるステップとを含み、制御巻線のインダクタンスは芯の中央脚上の制御
巻線の電流変化があっても実質的に一定状態を維持する。 この発明の実施の形態２のさらに他の目的は中央脚内の全ての磁束線を外側脚
に導くように中央脚の横断面から外側脚の横断面まで芯の脚を接続する三脚芯の
部分の横断面を先細にすることによって最小制御電流を用いてインダクタンスの
最大変化を得る電流制御された可変インダクタを提供することにある。
【００２２】 この発明のこれらおよび他の目的は、実施の形態１にしたがう可変インダクタ
を提供することによって達成され、実施の形態１において、可飽和磁性材料によ
って形成された芯を有し、芯が中央脚と２つの外側脚を有する３つの脚を備え、
中央脚上に制御巻線および外側脚の各々に並列接続された巻線を備え、外側脚上
の巻線を通る電流から生じる磁束が中央脚において相殺され、ここに、外側脚の
飽和水準を変えることによって制御巻線を通る電流が外側脚上の巻線両端のイン
ダクタンスを変化させ、外側脚の磁気横断面に対する中央脚の磁気横断面外側脚
は飽和し、中央脚は飽和せず、３つの脚を接続する芯の部分は中央脚の横断面か
ら外側脚の横断面まで先細にされる。
【００２３】 同様に、制御電流に従い、誘導性回路エレメントのインダクタンスを変える第
２の方法も意図される。すなわち、ａ）可飽和磁性材料の三脚芯を形成するステ
ップを含み、芯の２つの外側脚の磁気横断面に対して、外側脚は飽和し中央脚は
飽和しないように芯の中央脚の磁気横断面を設定し、３つの脚を接続する芯の部
分は中央脚の横断面から外側脚の横断面まで先細にされ、ｂ）並列巻線を通る電
流によって発生される磁束は芯の中央脚において相殺されるように３つの脚芯の
外側脚上に並列巻線を巻回するステップと、ｃ）芯の中央脚上に制御巻線を巻回
するステップと、ｄ）並列巻線の各々のインダクタンスを変えるように芯の外側
脚を飽和させるために制御巻線上の制御電流を変化させるステップと、ｅ）中央
脚は飽和しない状態の下に、芯の外側脚を飽和させるために制御電流を変えるス
テップを実行するステップとを含む。
【００２４】 この発明の前述の目的、ならびに、他の目的、態様、特徴および利点は、添付
図面および添付請求項に関連した好ましい実施の形態に関する説明から、容易に
明白となるはずである。
【００２５】
【好ましい実施の形態の説明】
図３はこの発明の可変インダクタを示す。
【００２６】 この発明の可変インダクタ４０は、可飽和磁性材料製の芯を含む。芯４１は、
３つの脚４２、４３、および、４４を有する。脚４３は中央脚であり、脚４２お
よび４４は外側脚である。中央脚４３は単一の磁気要素である。すなわち、中央
脚４３は作動に際して制御電流Ｉｃにより当該脚の長さに沿って誘発される磁束
Φの流れ方向に垂直な横断面全体を通じて単一片の磁性材料で構成される。制御
巻線４５は中央脚４３のまわりに巻き付けられる。外側巻線４６と４７はそれぞ
れ外側脚４２と４４にそれぞれ巻きつけられる。外側巻線４６と４７は交流信号
源の両端に並列接続され、図に示すように外側巻線４６および４７を通る電流に
よって誘発される磁束Φｃが中央脚４３内において相殺されるように巻き付けら
れる。
【００２７】 直流制御電流Ｉｃは制御巻線４５に入力される。制御電流Ｉｃの変化は外側巻
線４６および４７の両端のインダクタンスＬ46およびＬ47の変化を生じる。ただ
し、この発明の実施の形態１において、制御巻線４５電流Ｉｃが変化するとき、
制御巻線４５のインダクタンスＬ45は実質的に一定状態を維持する。
【００２８】 この発明の実施の形態１において、外側脚４２および４４の磁気横断面に対す
る中央脚４３の磁気横断面は、外側脚（４２、４４）と中央脚（４３）が実質的
に同じ水準の飽和度をもつ関係にある。実施の形態１の好ましいバージョンにお
いて、中央脚４３の磁気横断面を外側脚４６と４７の磁気横断面の和に等しいか
またはわずかに大きくすることによって、実質的に同じ水準の飽和度が達成され
る。中央脚４３の磁気横断面は外側脚４２と４４の磁気横断面の和より幾分大き
くても差し支えないが、磁気横断面の差は、中央脚４３と外側脚４２と４４が実
質的に等しいレベルの飽和度を有する程度に小さくなくてはならない。したがっ
て、中央脚が約８０％飽和すると、外側脚４２および４４も約８０％飽和しなけ
ればならない。
【００２９】 この発明の実施の形態２において、外側脚４２および４４の磁気横断面に対す
る中央脚４３の磁気断面は、外側脚４２と４４が飽和している状態において、中
央脚４３が飽和せず、図４Ｂに関してさらに述べるように、接続部分４８〜５１
は、中央脚４３の横断面から外側脚４２および４４の横断面まで先細にされるよ
うに、３つの脚を接続する芯の部分４８〜５１が形成される。この発明の実施の
形態２において、制御巻線４５における制御電流Ｉｃの変化と共にインダクタン
スＬ45は一定の状態を維持しない。
【００３０】 この発明の実施の形態１において、外側脚４２と４４および中央脚４３は飽和
度が実質的に等しい水準であり、この場合、制御巻線４５の電流が変化しても制
御巻線Ｌ45のインダクタンスは実質的に一定で保たれ、中央脚４３内における全
ての磁束線を外側脚４２および４４まで導くように、芯の脚を接続する三脚鉄心
の部分４８〜５１の横断面を中央脚４３の横断面から外側脚４２と４４の横断面
まで先細にすることによって比較的小さい制御電流Ｉｃによって比較的大きいイ
ンダクタンスＬ46およびＬ47の変化が得られる。部分４８〜５１の横断面は円形
または長円形であり得る。その代りに、その他の部分の横断面は、たとえば矩形
のような、他の形であっても差し支えない。中央脚４３の比較的大きい横断面か
ら外側脚４２および４４の小さい方の横断面まで、横断面形状の一方のみ、また
は、両方の寸法を先細に形成することが可能である。この発明の実施の形態２の
ように、芯の接続部分４８〜５１の横断面を先細にすることによって最小の制御
電流Ｉｃによって最大のインダクタンス変化を得ることができる。この場合、外
側の脚４２および４４は飽和し、中央脚４３は飽和しない。ただし、既に述べた
ように、この発明の実施の形態２においては、制御巻線４５内電流が変化すると
き、制御巻線Ｌ45のインダクタンスは実質的に一定の状態を維持しない。
【００３１】 この発明の実施の形態１、２に関して、図３に示すように、芯４１全体を磁気
材料の一単体として、、または、図４Ａに示すように２つのＢ字形磁気断面とし
て形成可能である。
【００３２】 さらに詳細には、図３に示すこの発明に用いられる芯４１の一変形を図４Ａに
示す。図３の場合と同様に芯４１は３つの脚４２、４３、４４を有する。さらに
、芯４１は、芯の３つの脚の間の接続部分４８、４９、５０、および、５１を含
む。ただし、図４Ａに示す実施の形態において、芯４１は磁性材料４１ａおよび
４１ｂの２つのＥ形断面によって構成される。磁性材料４１ａと４１ｂのＢ字形
断面は、３脚芯を形成するように、それらの面は境界５２において出会うように
一緒に締め付けられる。
【００３３】 図４Ｂは、図４Ａにおける線Ｂ−Ｂまたは図３における線Ｂ−Ｂに沿った芯４
１の断面図である。図４Ｂにおいて示されたように、各脚４２、４３、４４の横
断面は円形である。各脚４２、４３、４４の横断面は図４Ａにさらに良好に示さ
れているように脚の長さ横断する方向において一定である。図４Ｂに関して、中
央脚４３の横断面面積は、外側脚４２および４４の横断面面積に等しいか、また
は、さらに大きい。さらに詳細には、この発明の実施の形態１において、中央脚
４３の磁気横断面は、外側脚４２および４４の磁気横断面の和に等しいか、また
は、さらに幾分大きい。この発明の実施の形態２において、中央脚４３の磁気横
断面は中央脚４２と４４の磁気横断面の和よりも実質的に大きい。
【００３４】 さらに、この発明の実施の形態１、２に関して、図４Ｂに示すように、３つの
脚４２、４３、４４を接続する芯の部分５０および５１は中央脚４３から外側脚
４２および４４に向かって先細になっている。したがって、接続部分５０および
５１の横断面面積は（接続部分４８および４９と同様に）接続部分の長さに沿っ
て中央脚４３に近い各接続部分の横断面面積が外側脚４２および４４の１つに近
い接続部分の横断面面積より大きいように変化する。
【００３５】 図４Ｃは、図４Ａの線Ｃ−Ｃに沿った芯４１の横断面図である。接続部分５１
および４９を通る対称水平線に沿って切断し、脚４４に向かって見下ろした場合
に同様の横断面図が得られる。（さらに、境界５２を有さないことだけが異なる
図３に示す芯４１の同様の図が得られる。）図４Ｃに示すように、脚４２（図４
Ｃには示されていない脚４３および４４と同様に）は脚４２の長さに沿って一定
の横断面積を有する。さらに接続部分部分５０と４８は円形横断面面積を有する
。図４Ｂに示すように、接続部分４８および５０の円形横断面面積は接続部分の
長さに沿って変化し、外側脚４２および４４に近い各接続部分の横断面面積は中
央脚４３に近い各々の接続部分の横断面面積より小さい。
【００３６】 図４Ｄは、図４Ａに示す芯４１の線Ｃ−Ｃに沿った代替横断面図であり、接続
部分４８および５０の矩形の横断面を示す。接続部分４８〜５１の横断面として
他の形状を用いても差し支えない。接続部分４８〜５１の横断面面積は接続部分
の長さに沿って１つまたは２種類の寸法において変化する。この場合、中央脚４
３に近い各の横断面面積が同一接続部分の外側脚４２および４４に近い部分の横
断面面積よりも大きい。
【００３７】 図４Ａに示す中央脚４３は、磁性材料の区分４１ａの一部分である第１部分４
３ａおよび磁性材料の区分４１ｂの一部分である第２部分４３ｂを含むが、中央
脚４３は、依然として、ここに定義される「単一磁気エレメント」であるとみな
される。言語「単一磁気要素」は、作動に際して磁束Φの流れる方向に垂直な少
なくとも１つの横断面を有する連続的な磁性材料の単一片によって構成される（
たとえば芯の脚のような）磁気エレメント（要素）を意味する。作動に際して、
磁束Φは中央脚４３の長さに沿って流れる。磁束Φの流れに垂直な横断面は、た
とえば、エレメントの横断面を増大するために追加される積層細片または追加本
体のような複数の磁気エレメントは含まない。境界５２によって示される磁性材
料の区分（セクション）４１ａと４１ｂの間の分割部は、中央脚４３の横断面面
積を増大せず、作動期間中に磁束Φの流れに垂直に切断された横断面は単一の磁
気エレメントを示すので中央脚４３は「単一磁気エレメント」よりも多い個数の
エレメントによって構成されることを意味しない。一横断面全体に亙って同じ磁
性材料が用いられる。
【００３８】 この発明の実施の形態１に関しては、作動に際して、外側脚４２および４４の
磁気横断面に対して、中央脚４３の磁気横断面は、外側脚と中央脚が実質的に等
しいレベルの飽和度を有するように設定され、制御電流Ｉｃは、中央巻線４５を
介して外側脚４２の飽和度水準レベルを変えることにより、外側巻線４６および
４７の両端のインダクタンスＬ46およびＬ47を変化させる。ただし、制御巻線４
５を通る制御電流Ｉｃが変化しても制御巻線４５のインダクタンスＬ45は実質的
に一定の状態を維持する。巻線４５を通る制御電流Ｉｃは、芯４１の外側脚４２
および４４を飽和させるに十分な大きさであり、このように飽和することにより
、芯の透磁率を低下させ、並列巻線４６および４７のインダクタンスＬ４６およ
びＬ４７を減少させる。制御電流Ｉｃが大きければ大きい程、インダクタンスＬ 46 およびＬ47は小さくなる。その上、実施の形態１に関しては、脚から接続リム
（肢）までの横断面面積の逐次増加すなわち「段」の存在が最小限になることを
保証するように、芯４１の接続部分４８〜５１を先細にすることが可能である。
横断面面積に「段」を生じると、この種「段」のまわりの芯材料を部分的に未飽
和のままに残すことになる。これは、最小インダクタンスおよびインダクタンス
の変化範囲を限定する。先細にされた接続部分は、制御巻線４５を介した所与の
制御電流Ｉｃに関して、インダクタンスＬ46およびＬ47が大きく変化することを
可能にする。たとえば矩形横断面のような他のタイプと対照した場合、芯４１の
横断面が円形であることは、横断面全体に亙る一層均一な磁束の広がりを提供し
、その結果として、脚および接続部分の磁性材料の一層均一な飽和に帰着する。
したがって、所与の制御巻線電流Ｉｃに対してさらに大きいインダクタンス変動
が得られる。その上、横断面面積が与えられた場合、最も短い周囲を有すること
が可能な図形は円形である。したがって、巻線の巻回数が与えられた場合、必要
な巻線の全長が最も短くて済む芯４１の脚横断面形図は、たとえば矩形などの円
と異なる断面図形でなくて円形である。巻線の全長が短ければ短いほど可変イン
ダクタ４０の電力損失が小さくなる。
【００３９】 ただし、脚および接続部分の横断面用として他の形状も使用可能である。さら
に、接続部分４８〜５１のなかの１つの横断面の先細化（テーパリング）は一次
元寸法または二次元寸法を使用しても差し支えない。実用的な実施の形態におい
ては、図５の斜視図に示すように、一次元寸法のみを使用するテーパリング（先
細り化）による接続部分４８〜５１のための横断面として矩形が用いられる。
【００４０】 中央脚用として、単一の磁気エレメントを用いる（作動に際して磁束流に垂直
な横断面全体に亙って）ことにより、制御巻線インダクタンスＬ45を一定に保つ
ことを可能にする。制御巻線４５のインダクタンスを精確に一定に保つ条件を次
に示す。 １．外側脚４２および４４上の外側巻線４６および４７は並列接続されること
。 ２．中央脚４３の磁気横断面は、外側脚４２および４４の磁気横断面の和に等
しいこと。 ３．接続部分４８〜５１が完全には飽和しないこと。接続部分が完全には飽和
しなければ、脚が飽和するにつれて巻線の結合は不変のままである。接続部分の
横断面は外側脚の横断面よりも大きいという事実に起因して、接続部分は未飽和
のままに維持されるこれは、接続部分が図に示すように先細になるとき真である
。
【００４１】 中央脚４３の磁気横断面が外側脚４２と４３の磁気横断面の和より幾分大きけ
れば、外側脚と中央脚の飽和度水準が実質的に同じであることを条件として、制
御巻線４５のインダクタンスは実質的に一定である。
【００４２】 図３に示すように、この発明の作動に際して、図１の従来技術による回路にお
けるインダクタンスＬ12およびＬ13と比較すれば、中央脚４３上の制御巻線４５
のインダクタンスＬ45は低い値である。さらに、制御巻線４５のインダクタンス
は、制御電流Ｉｃの変化によってさほど変化しない。実際、既に述べたように、
中央脚４３の磁気横断面が外側脚４２と４４の磁気横断面の和に精確に等しいな
らば、制御巻線４５のインダクタンスは、制御電流Ｉｃによって全然変化しない
。外側巻線４６と４７は、一次巻線としての巻線４５を有する変圧器の二次巻線
を短絡した場合のように作用する。したがって、制御巻線４５のインダクタンス
Ｌ45は、変圧器の漏れインダクタンスによってのみ決定される。したがって、制
御巻線４５のインダクタンスＬ４５は低く、実質的に一定値であり得る。
【００４３】 外側脚４２と４４だけが制御電流Ｉｃによって飽和するので、中央脚４３の横
断面が外側脚４２と４４の横断面の和より実質的にさらに大きく、接続リムが中
央脚４３から外側脚４２および４４まで先細である場合に、所与の制御電流Ｉｃ
の結果として、最も大きいインダクタンスの変動が得られる。中央脚４３は飽和
しない。これはこの発明の実施の形態２について説明する。ただし、この発明の
実施の形態２においては、制御巻線４５のインダクタンスは実質的に一定ではな
い。
【００４４】 作動に際して、外側脚４２と４４の磁気横断面の和が中央脚４３の横断面より
小さければ、外側脚４２と４４は、芯の残りの部分より前に飽和する。外側脚４
２と４４のみが飽和する場合には、制御電流Ｉｃの同じ変化に対してインダクタ
ンスＬ46とＬ47に比較的大きな変化を生じるか、または、インダクタンスＬ46と
Ｌ47の同じ変化に対して、比較的小さい制御電流Ｉｃの変化が得られる。外側脚
４２および４４における磁性材料は制御電流Ｉｃによって飽和状態になる。した
がって、最小インダクタンスＬ46およびＬ47は巻回数によって決定され、磁性材
料の透磁率によって決定される。
【００４５】 一方、従来技術による可変インダクタにおいては中央脚１６を形成する磁性材
料は飽和しないので、図１の従来技術による回路の場合には、巻線１６の最小イ
ンダクタンスは磁性材料の透磁率に依存する。したがって、透磁率に依存する前
述の方程式１は、この場合における最小インダクタンスの限定に適用される。
【００４６】 さらに、この発明は、制御電流Ｉｃにしたがって誘導性回路エレメント４６ま
たは４７のインダクタンスＬ46またはＬ47を変化させる第１の方法を意図する。
第１の方法において、芯４１の２つの外側脚４２および４４の磁気横断面に対す
る芯４１の中央脚４３の磁気横断面は外側脚４２と４４、および、中央脚４３が
実質的に等しい飽和水準となるように設定され、制御電流が変化したとき、並列
巻線４６および４７を流れる電流に起因する磁束Φが当該芯の中央脚４３におい
て相殺されるように、並列巻線４６および４７は３脚芯の外側脚４２と４４に巻
きつけられる可飽和磁性材料の三脚芯が得られる。さらに、制御巻線４５が芯の
中央脚４３上に巻き付けられる。制御巻線４５の制御電流Ｉｃは、外側脚４２お
よび４４上の並列巻線４６と４７の各々のインダクタンスＬ46とＬ47を変化させ
ることにより芯４１の外側脚４２および４４の飽和水準を変化させるように変え
られる。芯の中央脚４３上の制御巻線４５のインダクタンスＬ45は、制御巻線４
５の電流Ｉｃ変化に関して実質的に一定に維持される。
【００４７】 さらに、この発明は、制御電流Ｉｃにしたがって、誘導回路エレメント４６ま
たは４７のインダクタンスＬ46またはＬ47を変化させる第２方法も意図する。第
２方法においては、可飽和材料の３脚芯４１が得られる。芯４１の中央脚４３の
磁気横断面は、芯４１の２つの外側脚４２および４４の磁気横断面に対して、外
側脚４２および４４は飽和し、中央脚４３は飽和せず、３つの脚４２、４３、４
４を接続する芯４１の部分４８〜５１は、中央脚４３の横断面から外側脚４２お
よび４４の横断面まで先細であるように設定される。並列巻線４６および４７は
、並列巻線４６および４７を通る電流から発生される磁束が芯の中央脚４３にお
いて相殺されるように３脚芯４１の外側脚４２および４４に巻きつけられる。制
御巻線４５は芯の中央脚４３に巻き付けられる。制御巻線４５の制御電流Ｉｃは
、並列平行巻線４６および４７の各々のインダクタンスＬ４６および４７を変え
るために芯４１の外側脚を飽和させるように変化される。
【００４８】 中央脚４６が未飽和状態のもとで、制御電流Ｉｃは芯４１の外側脚４２および
４４を飽和させるように変えられる。接続部分４８〜５１は完全には飽和されな
い。実際には、最も外側脚に最も近い接続部分だけが部分的に飽和される。
【００４９】 この発明は好ましい実施の形態を参照して説明したが、当該技術分野における
当業者にとっては、改変種および修正種もこの発明の趣旨および範囲に含まれる
ことが明白なはずである。好ましい実施の形態の図面および記述は、この発明の
範囲を限定するものでなく例として記載されたものであり、全ての変更および修
正はこの発明の範囲内に含まれることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
この発明は、添付図面の図に限定されることなく、例によって示される。図面
において、同様の参照記号は同様の対応部分を示す。
【図１】 従来技術にしたがう電流制御インダクタを示す図である。
【図２Ａ】 従来技術にしたがう追加電流制御インダクタを示す図である。
【図２Ｂ】 従来技術にしたがう追加電流制御インダクタを示す図である。
【図３】 この発明にしたがう可変インダクタである。
【図４Ａ】 この発明に使用するための３つの脚を備えた芯を形成するために一緒に締め付
けられた２つのＥ形芯エレメントを示す図である。
【図４Ｂ】 図３および４Ａに示す芯の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図４Ｃ】 図４Ａに示す芯の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図４Ｄ】 図４Ａに示す芯の線Ｃ−Ｃに沿った代替断面図である。
【図５】 この発明にしたがう電流制御インダクタの一実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
４０ 可変インダクタ ４２、４４ 外側脚 ４３ 中央脚 ４５ 制御巻線 ４６、４７ 外側巻線 ４８〜５１ ３脚を接続する芯の部分
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１１月２１日（２０００．１１．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (71)出願人 9730 Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ Ａｖｅ ｎｕｅ， Ｃｈａｔｓｗｏｒｔｈ， ＣＡ 91311， Ｕ．Ｓ．Ａ．

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可変インダクタであって、 可飽和磁性材料で形成された芯を有し、前記芯が中央脚および２つの外側脚を
    含む３つの脚を備え、 前記中央脚上の制御巻線および前記外側脚の各々の上の巻線を有し、これらの
    巻線は、並列接続され、且つ前記外側脚上の巻線を通る電流から生じる磁束が前
    記中央脚内において相殺されるように接続され、 前記制御巻線を通る電流は、前記外側脚の飽和水準を変化させることによって
    前記外側脚上の前記巻線の両端のインダクタンスを変化させ、前記制御巻線のイ
    ンダクタンスは、前記制御巻線内電流の変化に関連して実質的に一定であり、 前記外側脚の磁気横断面に対する前記中央脚の磁気横断面は、前記外側脚と前
    記中央脚が実質的に等しい飽和水準であるような関係にある可変インダクタ。
  2. 【請求項２】 前記中央脚の前記磁気横断面は、前記外側脚の前記磁気横断
    面の和以上である請求項１に記載の可変インダクタ。
  3. 【請求項３】 前記３つの脚を接続する前記芯の部分は、前記中央脚から前
    記外側脚まで先細状態である請求項１に記載の可変インダクタ。
  4. 【請求項４】 前記中央脚は、単一の磁気エレメントによって形成される請
    求項１に記載の可変インダクタ。
  5. 【請求項５】 前記芯の前記３つの脚の少なくとも１つは、実質的に円形横
    断面を有する請求項１に記載の可変インダクタ。
  6. 【請求項６】 前記３つの脚を接続する前記芯の部分の少なくとも１つは、
    実質的に円横断面を有する請求項１に記載の可変インダクタ。
  7. 【請求項７】 前記３つの脚を接続する前記芯の部分は、少なくとも一次元
    的に先細状態である請求項１に記載の可変インダクタ。
  8. 【請求項８】 可変インダクタであって、 可飽和磁性材料で形成された芯を有し、前記芯が中央脚および２つの外側脚を
    含む３つの脚を備え、 前記中央脚上の制御巻線および前記外側脚の各々の上の巻線を有し、これらの
    巻線は、並列接続され、且つ前記外側脚上の巻線を通る電流から生じる磁束が前
    記中央脚内において相殺されるように接続され、 前記制御巻線を通る電流は、前記外側脚上の前記巻線の両端のインダクタンス
    を変化させ、 前記外側脚の磁気横断面に対する前記中央脚の磁気横断面は、前記外側脚が飽
    和し、前記中央脚が飽和せず、前記３つの脚を接続する前記芯の部分が前記中央
    脚の前記横断面から前記外側脚の前記横断面まで先細状態であるような関係にあ
    る可変インダクタ。
  9. 【請求項９】 前記芯の前記３つの脚の少なくとも１つは、実質的に円形横
    断面である請求項８に記載の可変インダクタ。
  10. 【請求項１０】 前記３つの脚を接続する前記芯の部分の少なくとも１つは
    、実質的に円形横断面である請求項８に記載の可変インダクタ。
  11. 【請求項１１】 前記３つの脚を接続する前記芯の部分は、少なくとも一次
    元的に先細状態である請求項８に記載の変数インダクタ。
  12. 【請求項１２】 制御電流にしたがって誘導性回路エレメントのインダクタ
    ンスを変化させるインダクタンス可変方法であって、 ａ）可飽和磁性材料の３つの脚からなる芯を形成し、前記芯の２つの外側脚の
    磁気横断面に対して、前記外側脚および前記中央脚が下記ステップｄ）の期間中
    に実質的に等しい飽和水準であるように、前記芯の中央脚の磁気横断面を設定す
    るステップと、 ｂ）後記並列巻線を通る電流から発生する磁束が前記芯の前記中央脚内におい
    て相殺されるように、前記芯の前記外側脚上に並列巻線を巻回するステップと、 ｃ）前記芯の前記中央脚上に制御巻線を巻回するステップと、 ｄ）前記並列巻線の各々のインダクタンスを変えるように前記芯の外側脚の飽
    和水準を変えるために前記制御巻線上の前記制御電流を変えるステップとを含み
    、 前記芯の前記中央脚上の前記制御巻線の前記インダクタンスが前記制御巻線の
    前記電流の変化に関連して実質的に一定状態を維持するインダクタンス可変方法
    。
  13. 【請求項１３】 制御電流にしたがって誘導性回路エレメントのインダクタ
    ンスを変化させるインダクタンス可変方法であって、 ａ）可飽和磁性材料の３つの脚からなる芯を形成し、前記芯の２つの外側脚の
    磁気横断面に対して、前記外側脚と前記中央脚が下記ステップｄ）の期間中に実
    質的に等しい飽和水準であるように、前記芯の中央脚の磁気横断面を設定し、前
    記外側脚が飽和し、前記中央脚が飽和せず、前記３つの脚を接続する前記芯の部
    分が前記中央脚の前記横断面から前記外側脚の前記横断面まで先細にされるステ
    ップと、 ｂ）後記並列巻線を通る電流から発生する磁束が前記芯の前記中央脚内におい
    て相殺されるように、前記芯の前記外側脚上に並列巻線を巻回するステップと、 ｃ）前記芯の前記中央脚上に制御巻線を巻回するステップと、 ｄ）前記並列巻線の各々のインダクタンスを変えるように前記芯の外側脚を飽
    和させるために、前記制御巻線上の前記制御電流を変えるステップと、 ｅ）前記中央脚を飽和させない状態において、前記芯の外側脚を飽和させるよ
    うに前記制御電流を変える工程を実行するステップと を含むインダクタンス可変方法。
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