JPH11144963A - 可変リアクトル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インダクタンスの下限値をほぼ０まで下げる
ことを可能にすることによって、インダクタンスの可変
幅を大きく取ることができるようにした可変リアクトル
を提供する。 【解決手段】 この可変リアクトルは、円筒状の巻枠２
２と、巻枠２２の外周面に螺旋状に複数回巻かれた裸の
導線から成るコイル２４と、導電材料から成りコイル２
４の外周面に内周面が接した状態で巻枠２２の軸に沿っ
て移動可能な短絡円筒２８と、短絡円筒２８を巻枠２２
の軸に沿って往復移動させる駆動機構３０とを備えてい
る。

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、例えば粒子加速
器、レーザ等に用いられるパルス電源装置におけるパル
ス波形整形等に用いられる可変リアクトルに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなパルス電源装置に用いられ
るパルス形成回路網（ＰＦＮ）の概略例を図３に示す。

【０００３】このパルス形成回路網は、複数の直列リア
クトル６４および複数の並列コンデンサ６６によって梯
子形回路網を構成しており、入力スイッチ６２をオンに
して直流電源６０で回路を充電した後に、出力スイッチ
６８をオンにすることによって、負荷７０にパルス電圧
を供給することができる。負荷７０は、例えばクライス
トロン、マグネトロン等の電子管である。

【０００４】上記リアクトル６４には、通常、そのイン
ダクタンスを調整して出力パルス電圧の波形を所望の矩
形波等に整形するために、インダクタンスが可変の可変
リアクトルが用いられる。この可変リアクトルの従来例
を図４に示す。

【０００５】この可変リアクトルは、コイル４を巻いた
巻枠２の内側に、コイル４のインダクタンスを打ち消し
て減少させる打消し円筒８を挿入し、その挿入量でイン
ダクタンスを可変とする構造である。打消し円筒８は、
例えばアルミニウム等の非磁性導電材料から成り、この
例ではモータ１４と、それに接続された雄ねじ軸１２
と、それに螺合する雌ねじ部１０とによって、コイル４
に対して矢印Ｄに示すように出し入れされる。この打消
し円筒８によって、コイル４の磁束の打ち消し量を調整
して、当該可変リアクトルのインダクタンスを調整する
ことができる。具体的には、打消し円筒８を図の上方に
移動させてコイル４と打消し円筒８の重なる面積が大き
くなるほど、打ち消し量が大きくなるのでインダクタン
スは小さくなる。なお、打消し円筒８は、その電位を固
定するために、接触子６を介してコイル４の一端部に電
気的に接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記可変リ
アクトルにおいては、コイル４と打消し円筒８との間に
巻枠２の厚さ分を含む隙間が必ず存在し、この隙間によ
って、コイル４から発生する磁束の内で打消し円筒８に
よって打ち消されない漏れ磁束が生じる経路が不可避的
に生じるために、打消し円筒８をコイル４の長さＡ一杯
に挿入したとしても、当該可変リアクトルのインダクタ
ンスＬは０にはならない。即ち、コイル４の下端と打消
し円筒８の上端との間の距離を打消し円筒８の移動距離
ｘと定義した場合、従来の可変リアクトルのインダクタ
ンス特性は例えば図５に示すようになる。Ｌ₁ は、移動
距離ｘが０の時の、即ち打消し円筒８の上端部がコイル
４の下端部にある時のインダクタンス値であり、これが
最大値である。Ｌ₀ は、移動距離ｘが上記Ａの時の、即
ち打消し円筒８の上端部がコイル４の上端部にある時の
インダクタンス値であり、これが最小値である。この最
小のインダクタンス値Ｌ₀ は、上記漏れ磁束によるもの
であり、０にはならずそれよりもある程度大きい値にし
かならない。

【０００７】従って、従来の可変リアクトルでは、その
インダクタンスＬの下限値を０にすることができない
分、インダクタンスＬの可変幅が狭いという課題があ
る。そのために、インダクタンスＬの可変幅を大きく取
るためには、コイル４の巻数、その長さＡおよび打消し
円筒８の長さ等をより大きくしなければならず、そのよ
うにすると当該可変リアクトルが大型化する。

【０００８】そこでこの発明は、インダクタンスの下限
値をほぼ０まで下げることを可能にすることによって、
インダクタンスの可変幅を大きく取ることができるよう
にした可変リアクトルを提供することを主たる目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の可変リアクト
ルは、円筒状の巻枠と、この巻枠の外周面に螺旋状に複
数回巻かれたコイルであってその少なくとも外周面が裸
のものと、このコイルの外周面に内周面が接した状態で
巻枠の軸に沿って移動可能なものであって導電材料から
成る短絡円筒と、この短絡円筒を巻枠の軸に沿って往復
移動させる駆動機構とを備えることを特徴としている。

【００１０】上記構成によれば、短絡円筒はコイルに接
しているので、この短絡円筒によってコイルを電気的に
短絡することができる。しかもこの短絡円筒を駆動機構
によって巻枠の軸に沿って往復移動させることができる
ので、電気的に短絡させるコイルの巻数を任意に変化さ
せることができる。従って、コイルの短絡されずにイン
ダクタとして機能する実効巻数を、当該コイルの現実の
巻数からほぼ０まで変化させることができる。その結
果、当該可変リアクトルのインダクタンスの下限値をほ
ぼ０まで下げることができるので、インダクタンスの可
変幅を大きく取ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る可変リア
クトルの一例を示す断面図である。この可変リアクトル
は、円筒状の巻枠２２を備えており、この巻枠２２の外
周面に、コイル２４が螺旋状に複数回巻かれている。こ
のコイル２４は、この例では裸の（即ち絶縁被覆されて
いない）導線（例えば銅線）から成るが、その少なくと
も外周面が裸であれば良い。そうであれば、短絡円筒２
８によって当該コイル２４を電気的に短絡させることが
できるからである。ここで言うコイル２４の外周面と
は、コイル２４を構成する断面円形の線材そのものの外
周面ではなく、コイル２４を一つを円筒と見た場合の当
該円筒の外周面のことである。即ち、このコイル２４の
外周面は、後述する短絡円筒２８の内周面に接する面の
ことである。

【００１２】このコイル２４を巻き付けた巻枠２２を、
この実施例では、取付けアダプター４４によって、上部
固定台４６から吊り下げて固定している。巻枠２２、取
付けアダプター４４および後述する支持軸４２は、この
例では絶縁物から成る。この絶縁物には、例えば塩化ビ
ニール、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、アクリル等
を用いる。その内でどれにするかは、例えば、当該可変
リアクトルの使用電圧、使用環境等に応じて選定すれば
良い。

【００１３】上記コイル２４の外側に被せるように、当
該コイル２４の外周面に内周面が接した（少なくとも電
気的に接した）状態で、矢印Ｆに示すように巻枠２２の
（即ちコイル２４の）軸に沿って移動可能な短絡円筒２
８を設けている。この短絡円筒２８は、コイル２４を電
気的に短絡するために導電材料から成る。更にこの短絡
円筒２８は、コイル２４に通電した時に電磁力が生じ
るのを防止する、コイル２４が発生する磁界を乱さな
いようにする、等の理由から、非磁性体で形成するのが
好ましい。例えば、この短絡円筒２８の材料には、銅、
アルミニウム等を用いる。その内でどれにするかは、例
えば、この短絡円筒２８への通電電流、この短絡円筒２
８の駆動頻度等に応じて選定すれば良い。

【００１４】短絡円筒２８には、それを矢印Ｆに示すよ
うに巻枠２２の軸に沿って往復移動（例えば上下動）さ
せる駆動機構３０が接続されている。この駆動機構３０
は、この実施例では、短絡円筒２８の下端部に取り付け
られた雌ねじ部３２と、この雌ねじ部３２と螺合する雄
ねじ軸３４と、この雄ねじ軸３４を矢印Ｅのように正転
および逆転させる可逆転式のモータ３６とを備えてい
る。この雄ねじ軸３４をボールねじとし、雌ねじ部３２
をボールナットとしても良い。更にこの実施例では、短
絡円筒２８の回り止めのために、短絡円筒２８の上部側
面に突出して取り付けられたスライド板３８と、このス
ライド板３８の先端部が入る溝４１を有するガイド部材
４０とを備えている。このガイド部材４０は、例えば上
部固定台４６および下部固定台５０に固定されている。
このガイド部材４０は、巻枠２２の軸に沿うものであっ
て、スライド板３８の前記矢印Ｆ方向の移動を妨げずに
当該スライド板３８の回転を阻止するスリット状の溝４
１を有している。

【００１５】モータ３６および雄ねじ軸３４を矢印Ｅに
示すように正転および逆転させると、この雄ねじ軸３４
に螺合する雌ねじ部３２およびそれに連結された短絡円
筒２８は、矢印Ｆに示すように巻枠２２の軸に沿って往
復直線移動する。

【００１６】更にこの実施例のように、上部固定台４６
に軸受４８を介して取り付けられた支持軸４２を設け、
この支持軸４２の下端部に、例えば連結金具４３によっ
て、雄ねじ軸３４の上端部を連結するのが好ましく、そ
のようにすれば雄ねじ軸３４の芯振れを防止することが
できる。

【００１７】コイル２４の一端部（上端部）は、接続端
子５２に直結されている。コイル２４の他端部（下端
部）は、短絡円筒２８およびそれに接触する接触子２６
を介して接続端子５４に電気的に接続されている。この
可変リアクトルの外部との接続は、この実施例ではこの
接続端子５２および５４を用いて行われる。

【００１８】接触子２６は、固定金具２７によって下部
固定台５０上に固定されている。この接触子２６と短絡
円筒２８とは、短絡円筒２８がどの位置に移動しても互
いに接触するようにしている。接触子２６は、この実施
例のように短絡円筒２８の外周部に複数個設け、互いに
電気的に並列接続しておくのが好ましい。この例では固
定金具２７で並列接続している。このようにすれば、接
触子２６と短絡円筒２８との接触の信頼性が向上し、短
絡円筒２８を接触子２６を経由して接続端子５４に電気
的により確実に接続することができる。各接触子２６の
材料には、電気抵抗低減等のために、例えば銅を使用す
るのが好ましい。

【００１９】この可変リアクトルにおいては、短絡円筒
２８はコイル２４に接しているので、この短絡円筒２８
によってコイル２４を電気的に短絡することができる。
しかもこの短絡円筒２８を駆動機構３０によって巻枠２
２の軸に沿って矢印Ｆに示すように往復移動させること
ができるので、電気的に短絡させるコイル２４の巻数を
任意に変化させることができる。従って、コイル２４の
短絡されずにインダクタとして機能する実効巻数を、当
該コイル２４の現実の巻数（これが最大値となる）から
ほぼ０（これが最小値となる）まで変化させることがで
きる。その結果、当該可変リアクトルのインダクタンス
Ｌの下限値をほぼ０まで下げることができるので、イン
ダクタンスＬの可変幅を大きく取ることができる。

【００２０】これを詳述すると、コイル２４の下端と短
絡円筒２８の上端との間の距離を短絡円筒２８の移動距
離ｘと定義し、コイル２４の長さをＢとした場合、この
可変リアクトルのインダクタンス特性は例えば図２に示
すようになる。即ち、移動距離ｘが０の時、即ち短絡円
筒２８の上端部がコイル２４の下端部にある時は、短絡
円筒２８はコイル２４を全く短絡せず、短絡円筒２８は
単にコイル２４の下端部を接触子２６ひいては接続端子
５４に接続する働きをするだけであるので、コイル２４
のインダクタとして機能する実効巻数は現実の巻数（即
ち機械的な巻数）に等しく、この時のインダクタンス値
Ｌ₂ がこの可変リアクトルのインダクタンスＬの最大値
となる。

【００２１】一方、移動距離ｘが上記Ｂの時、即ち短絡
円筒２８の上端部がコイル２４の上端部にある時は、コ
イル２４はそのほぼ全ての巻数が短絡円筒２８によって
短絡され、コイル２４の上端部と下端部とが短絡円筒２
８によって短絡されるので、即ち接続端子５２と接触子
２６ひいては接続端子５４とは短絡円筒２８によって直
結されるので、コイル２４のインダクタとして機能する
実効巻数はほぼ０になり、このときのインダクタンス値
がこの可変リアクトルのインダクタンスＬの最小値にな
り、この最小値はほぼ０に、即ち０または０に非常に近
い小さい値になる。即ちこの場合は、コイル２４は全体
が短絡円筒２８で短絡されてインダクタとして全く機能
しなくなるので、従来例の場合のようにコイルから漏れ
磁束が発生してインダクタンスが幾分存在するような可
能性はなく、インダクタンスＬは実質的に０になる。

【００２２】従って、コイル２４の巻数、長さＢおよび
直径等を従来例のコイル２４のそれらと同じにした場
合、得られるインダクタンスＬの最大値Ｌ₂ は従来例と
同じになるけれども、インダクタンスＬの最小値を、こ
の実施例では、従来例の最小値Ｌ₀ よりも更に小さくし
てほぼ０にすることができるので、従来例の可変リアク
トルと同じ大きさで、インダクタンスＬの可変幅を従来
例よりも大きく取ることができる。従って、当該可変リ
アクトルを大型化せずに済む。

【００２３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、短絡円
筒を巻枠の軸に沿って往復移動させることによって、当
該短絡円筒によって電気的に短絡するコイルの巻数を任
意に変化させることができるので、コイルの短絡されず
にインダクタとして機能する実効巻数を、当該コイルの
現実の巻数からほぼ０まで変化させることができる。そ
の結果、当該可変リアクトルのインダクタンスの下限値
をほぼ０まで下げることができるので、当該可変リアク
トルを大型化することなく、インダクタンスの可変幅を
大きく取ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る可変リアクトルの一例を示す断
面図である。

【図２】図１の可変リアクトルのインダクタンス特性の
一例を示す図である。

【図３】パルス形成回路網の一例を示す回路図である。

【図４】従来の可変リアクトルの一例を示す断面図であ
る。

【図５】図４の可変リアクトルのインダクタンス特性の
一例を示す図である。

【符号の説明】

２２ 巻枠 ２４ コイル ２８ 短絡円筒 ３０ 駆動機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の巻枠と、この巻枠の外周面に螺
   旋状に複数回巻かれたコイルであってその少なくとも外
   周面が裸のものと、このコイルの外周面に内周面が接し
   た状態で巻枠の軸に沿って移動可能なものであって導電
   材料から成る短絡円筒と、この短絡円筒を巻枠の軸に沿
   って往復移動させる駆動機構とを備えることを特徴とす
   る可変リアクトル。