JP3500585B2 - 可変インダクタンス素子 - Google Patents

可変インダクタンス素子

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、インダクタンス値を変
化可能な可変インダクタンス素子に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、可変インダクタンス素子として
は、コイルの中の鉄心を移動させる構造のものや、コイ
ルの端子を移動させる構造のものが知られている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】従来の可変インダクタ
ンス素子は、前述したような機械的構造を有しているた
め、手作業によりインダクタンス値を調整および設定
し、以後は設定値に固定して使用するような用途に用い
られるのがせいぜいで、例えば、LC共振回路において
共振条件を自動制御等するためにインダクタンス値を随
時変化させるような用途に使用することは困難である。 【0004】従来の可変インダクタンス素子はまた、上
記機械的構造を有するためにある程度以上の小型化は困
難であり、近年の電子機器の小型化、高集積度化に対す
るネックとなっている。 【0005】本発明の課題は、インダクタンス値を容易
に、かつ随時、変化させることが可能な可変インダクタ
ンス素子を提供することである。 【0006】本発明の他の課題は、小型の可変インダク
タンス素子を提供することである。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、印加電
圧に応じて伸縮する圧電素子部と、印加応力に応じて透
磁率が変化する磁歪材料と平面コイルとを重ね合わせて
成るインダクタンス素子部とを、前記圧電素子部と前記
磁歪材料とを密な状態にして前記圧電素子部の伸縮方向
に重ね合わせ、前記伸縮方向の寸法を規定するホルダに
収容したことを特徴とする可変インダクタンス素子が得
られる。 【0008】 【作用】本発明による可変インダクタンス素子における
圧電素子部は、逆電歪作用により、印加電圧に応じて応
力を生ずる。一方、インダクタンス素子部における磁歪
材料は、逆磁歪作用により、印加応力に応じて透磁率が
変化する。そして、圧電素子部と、磁歪材料とコイルと
から成るインダクタンス素子部とを、圧電素子部と磁歪
材料とを密な状態にして圧電素子部の伸縮方向に重ね合
わせ、伸縮方向の寸法を規定するホルダに収容した構成
の本発明による可変インダクタンス素子においては、圧
電素子部への印加電圧に応じて磁歪材料の透磁率が変化
し、さらに、透磁率の変化に応じてコイルのインダクタ
ンス値が変化する。即ち、本発明による可変インダクタ
ンス素子は、印加電圧に応じてインダクタンス値が変化
する。 【0009】尚、磁歪材料には、正の磁歪特性を持つも
のと、負の磁歪特性を持つものとがある。正の磁歪の磁
歪材料は、印加される磁界の方向に伸びる一方、印加磁
界に垂直な方向に縮む。他方、負の磁歪の磁歪材料は、
印加される磁界の方向に縮む一方、印加磁界に垂直な方
向に伸びる。 【0010】 【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
よる可変インダクタンス素子を説明する。 【0011】図1は、本実施例による可変インダクタン
ス素子を示す概念図である。図1において、本可変イン
ダクタンス素子は、圧電材料11と電極12とから成
り、印加電圧Vinに応じて伸縮する圧電素子部10
と、印加応力Pに応じて透磁率が変化する正の磁歪の磁
歪材料22と平面コイル21とを重ね合わせて成るイン
ダクタンス素子部20とを、圧電素子部10と磁歪材料
22とを密な状態にして圧電素子部10の伸縮方向に重
ね合わせ、伸縮方向の寸法を規定するホルダ30に収容
した構成である。尚、磁歪材料22への印加応力Pは、
圧電素子部10の伸縮によるものである。 【0012】圧電素子部10に正の印加電圧Vinを印
加すると、逆圧電作用によって外形が図中上下方向に伸
びる。この場合、圧電横作用と圧電縦作用のどちらを用
いてもかまわない。圧電素子部10とインダクタンス素
子部20とは、ホルダ30によって伸縮方向の寸法が規
定されているので、インダクタンス素子部20の磁歪材
料22に応力Pが加わる。正の磁歪の磁歪材料22の透
磁率は、応力Pが印加されていないときに比べて上昇す
る。さらに、インダクタンス素子部20の平面コイル2
1の両端のインダクタンス値Lは、磁歪材料22の透磁
率に依存するため、上昇する。即ち、圧電素子部への印
加電圧Vinに応じて、インダクタンス素子部のインダ
クタンス値Lを変化させることができる。尚、磁歪材料
22が負の磁歪であるならば、その透磁率は応力Pの印
加によって減少し、さらにインダクタンス値Lも減少す
る。 【0013】尚、印加電圧Vin=0ボルトのときのイ
ンダクタンス値Lがインダクタンス値の所望する範囲の
最小値となるように平面コイル21の形状等を設定して
おくことが好ましい。あるいは、印加電圧Vinの所定
値のときのインダクタンス値Lをインダクタンス値の所
望する範囲の中心付近とし、印加電圧Vinの所定値を
バイアス電圧値としてもよい。 【0014】本実施例による可変インダクタンス素子の
動作速度、即ち、印加電圧Vinの印加からインダクタ
ンス値Lの発生までの所要時間は、およそ圧電素子部1
0の変形に要する時間に依存するが、圧電素子部10の
反応速度は速いため、高速にインダクタンス値Lを変化
させることができる。 【0015】また、圧電素子部10は消費電力が小さい
ため、インダクタンス値Lを変化させるためのエネルギ
ーロスが小さい。 【0016】尚、本発明において、機械的構造とは、雄
ネジと雌ネジとの組み合わせ等、組み合わさった(互い
に係合する)対の部材の少なくとも一方が移動し、対の
部材間の相対位置関係が変化するような構造をいう。し
たがって、本発明による可変インダクタンス素子の構造
は、本発明にていう機械的構造を有してはいない。 【0017】本発明による可変インダクタンス素子は、
薄膜プロセスを用いて構成できる。このため、小型に構
成できることは勿論、他の素子と共に、集積回路に組み
込むことも可能である。 【0018】図2は、図1に示した本実施例による可変
インダクタンス素子の具体例を示す概略的な斜視図であ
り、一部を透視して描いている。図2において、本可変
インダクタンス素子は、既知の圧電材料11と副電極1
2bとを交互に積層し、主電極12aにて接続した薄膜
積層タイプの圧電素子部10と、圧電素子部10からの
印加応力Pに応じて透磁率が変化するFe−Si−B系
非晶質薄膜である磁歪材料22と平面コイル21とを重
ね合わせて成る薄膜積層タイプのインダクタンス素子部
20とを、圧電素子部10と磁歪材料22とを密な状態
にして圧電素子部10の伸縮方向に重ね合わせ、伸縮方
向の寸法を規定する上枠31と下板32とから成るホル
ダ30に収容した構成である。尚、磁歪材料22として
のFe−Si−B系非晶質薄膜は、正の磁歪である。 【0019】尚、圧電素子部10の構造や、圧電材料1
1の種類には、特に制限はないが、低電圧で駆動できる
ものが好ましい。また、インダクタンス素子部20構造
にも制限はなく、例えば、チップインダクタや薄膜マイ
クロインダクタなどの小型のインダクタンス素子の使用
も可能である。また、インダクタンス素子部20におけ
る磁歪材料22としては、磁歪が大きく、かつ透磁率が
高いものが好ましい。 【0020】ここで、本可変インダクタンス素子は、イ
ンダクタンス値Lを200nH〜400nHの範囲に可
変であることが要求されるとする。 【0021】図3に、図2に示した本実施例による可変
インダクタンス素子の印加電圧Vinに対するインダク
タンス値Lの変化を示す。図3において、印加電圧Vi
nが100ボルトのときにインダクタンス値Lが300
nHであるので、本素子のベース電圧値は100ボルト
とすることが好ましい。そして、印加電圧Vinを0ボ
ルト(ベース電圧値に対して、−100ボルト)から2
00ボルト(ベース電圧値に対して、+100ボルト)
まで変化させることでインダクタンス値Lは200nH
〜400nHよりも広い範囲に変化する。 【0022】図2に示した本発明による可変インダクタ
ンス素子と、比較例として従来の鉄心を動かす形状の可
変インダクタンス素子のインダクタンス値Lを200n
Hから400nHへ変化させるのに要する時間を測定し
た。尚、比較例における鉄心の移動には、電気モータに
よる機械的駆動手段を用いた。図4に、本発明による可
変インダクタンス素子(図中、線A)と、比較例による
可変インダクタンス素子(図中、線B)のインダクタン
ス値Lの経時的な変化を示す。図4において、本可変イ
ンダクタンス素子は、従来の素子に比べて、短時間にイ
ンダクタンス値Lを変化させることができることがわか
る。 【0023】また、前述の比較例による可変インダクタ
ンス素子の体積は、電気モータを除いても、約1000
mm3 であり、しかも、これより小型化することは構造
上困難である。一方、図2に示した本発明による可変イ
ンダクタンス素子は、その体積が約70mm3 であり、
小型である。 【0024】尚、以上説明した実施例においては、イン
ダクタンス素子部20の磁歪材料22が圧電素子部10
からの押し付け応力によって透磁率を変化させている
が、本発明においては、圧電素子部10を収縮させるこ
とによって引張応力を生じさせ、磁歪材料22を引っ張
ることで透磁率を変化させてもよい。この場合には、圧
電素子部が縮む方向にインダクタンス素子部の磁歪材料
を引っ張れるように、圧電素子部の伸縮方向にて圧電素
子部と磁歪材料とを接合させる必要がある。 【0025】 【発明の効果】本発明による可変インダクタンス素子
は、印加電圧に応じて伸縮する圧電素子部と、印加応力
に応じて透磁率が変化する磁歪材料と平面コイルとを重
ね合わせて成るインダクタンス素子部とを、圧電素子部
と磁歪材料とを密な状態にして圧電素子部の伸縮方向に
重ね合わせ、伸縮方向の寸法を規定するホルダに収容し
た構成であるため、インダクタンス値を容易かつ高速
に、随時変化させることが可能である。また、インダク
タンス値が安定しており、長期間使用しても特性が劣化
することもない。さらに、小型であり、特に、薄膜プロ
セスを用いて構成すれば、他の素子と共に集積回路に組
み込める程度に、極めて小型である。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例による可変インダクタンス素
子を示す概念図である。 【図2】本発明の一実施例による可変インダクタンス素
子を示す斜視図である。 【図3】図2に示す可変インダクタンス素子の印加電圧
とインダクタンス値との関係を示す図である。 【図4】図2に示す可変インダクタンス素子と、比較例
としての従来の可変インダクタンス素子との、インダク
タンス値の変化に要する時間を比較する図である。 【符号の説明】 10 圧電素子部 11 圧電材料 12 電極 12a 主電極 12b 副電極 20 インダクタンス素子部 21 平面コイル 22 磁歪材料 30 ホルダ 31 上枠 32 下板

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 印加電圧に応じて伸縮する圧電素子部
    と、印加応力に応じて透磁率が変化する磁歪材料と平面
    コイルとを重ね合わせて成るインダクタンス素子部と
    を、前記圧電素子部と前記磁歪材料とを密な状態にして
    前記圧電素子部の伸縮方向に重ね合わせ、前記伸縮方向
    の寸法を規定するホルダに収容したことを特徴とする可
    変インダクタンス素子。
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