TWI620209B - Inductance adjustment device - Google Patents
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Abstract
第1線圈與第2線圈之線圈面是以具有間隔之狀態而平行。若第1線圈旋動,則由第1線圈與第2線圈造成之合成電感會改變。
Description
本發明是涉及電感調整裝置,尤其是適合用在調整電路之電感之電感調整裝置。
從習知,為了防止地球暖化,令二氧化碳等溫室效應氣體之排出量減少之需求高。舉例來說,在鋼鐵領域,用於以高頻進行淬火之感應加熱裝置以高效率運轉已經獲得實現。另外,近年來,作為將加熱效率差之氣體加熱爐予以取代之技術而導入感應加熱裝置之情形是在增加。另外,在汽車領域,有在開發以非接觸方式對電動汽車供電之技術。
該等技術是於高頻產生裝置串聯或並聯電容器(靜電容C)與負載線圈(電感L)而令電壓共振或電流共振發生之技術。該等技術可藉由當共振電流流過負載線圈時產生之磁通,而以非接觸方式對被加熱物進行加熱。另外,該等技術可利用基於當共振電流流過負載線圈時產生之磁通之電磁感應現象,而以非接觸方式進行供電。附帶一提,共振電流是指頻率為共振頻率之電流。
在如此之利用共振現象的情況下,只要決定好電容器(靜電容C)與加熱線圈(電感L),則高頻發生裝置之頻率(共振頻率)亦會決定好。因此,裝置啟動時實際之頻率離開目標頻率的情況下,會需要調整電抗。因此,為了獲得目標頻率,習知,採用調整迴路之靜電容C之手段來作為調整電抗之手段。
具體而言,可以想到的方法是令事先準備之微調整用電容器對包含電容器與負載線圈之迴路連接/斷開,藉此調整迴路之靜電容C。然而,該方法會需要額外設置微調整用電容器。因此,裝置會變貴。另外,當要在運轉中切換頻率的情況下,需要暫時切掉電源,由遠端以自動而切換微調整用電容器之供電端子,再次加入電源而繼續運轉。如此的情況下,會需要可遠端操作之端子切換器。因此,裝置會變貴。另外,要在大電流下令迴路之靜電容C連續性地可變,就技術而言並不容易。
因此,可以想到的是調整迴路之電感L。關於調整迴路之電感L之技術,有以下之專利文獻1~3所記載之技術。
於專利文獻1揭示到如下之與感應加熱相關之技術:令磁性核在螺線管線圈內移動,藉此調整電感L。具體而言,專利文獻1所記載之技術是令相對磁導率高之磁性核在螺線管線圈內移動,藉此,改變螺線管線圈內之磁性核之占有率而調整電感L。
專利文獻2揭示到如下之與非接觸供電相關之技術:不使用磁性核,藉由令螺線管線圈伸縮而調整電感L。
專利文獻3揭示到如下之與在基板上使用之高頻電子電路相關之技術:藉由改變2個線圈間之相對位置而調整電感L。具體而言,專利文獻3所記載之技術是使用2個相同形狀之線圈。令2個線圈之間隙變更、或是以線圈端為軸而令2個線圈旋動或開閉,藉此改變2個線圈之旋動角度、開閉角度。 先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1:日本特開2004-30965號公報 專利文獻2:日本特開2016-9790號公報 專利文獻3:日本特開昭58-147107號公報
發明欲解決之課題 然而,專利文獻1所記載之技術是令磁性核插入螺線管線圈中。因此,若大電流在螺線管線圈流動,則由螺線管線圈產生之磁通會集中在磁性核。所以,在專利文獻1記載之技術,磁性核之損失(鐵損、磁滯損)變大。再者,在專利文獻1所記載之技術,因為在磁性核之端部集中之磁通,螺線管線圈受到感應加熱。所以,在專利文獻1所記載之技術,要令加熱效率提升並不容易。
另外,專利文獻2所記載之技術是令螺線管線圈伸縮而調整電感L。因此,需要因應電感L之可變倍率而令螺線管線圈之伸縮量變長。所以,在專利文獻2所記載之技術,裝置整體變大。再者,在專利文獻2所記載之技術,對線圈之變形進行支撐之支持構造變得複雜。附帶一提,電感L之可變倍率是電感L之最大值除以電感L之最小值的值。
另外,由於專利文獻3所記載之技術是與在基板上使用之高頻電子電路相關之技術,故要令大電流在該高頻電子電路流動並不容易。另外,即便假設可達成令大電流在該高頻電子電路流動之狀態,專利文獻3所記載之技術是以線圈端為軸而改變旋動角度、開閉角度。若如進行感應加熱的情況,令數百~數千安培之大電流流過,則會在2個線圈間產生過大之斥力、吸力。由於專利文獻3所記載之技術是以線圈端作為軸之構造,故會因為前述之斥力、吸力產生,而不易正確地調整電感L。再者,在專利文獻3所記載之技術,可能因為前述之斥力、吸力產生,而令電感調整裝置發生破損。所以,若要在專利文獻3所記載之技術令大電流流動,則需要採用特別之構造。另外,在專利文獻3所記載之技術,電感L之變化是與間隙、角度之對數成比例。因此,在專利文獻3所記載之技術,2個線圈之間隙、旋動角度、與電感L之關係是大幅地離開線形關係。因此,在專利文獻3所記載之技術,要高精度地控制頻率並不容易。
本發明是鑑於以上之問題點而建構,目的在於能以簡單且小巧之構成而正確地調整電路之電感。 用以解決課題之手段
本發明之電感調整裝置是調整電路之電感之電感調整裝置,其特徵在於具有:第1線圈,具有第1周回部、第2周回部、第1連接部;及第2線圈,具有第3周回部、第4周回部、第2連接部;前述第1周回部、前述第2周回部、前述第3周回部、前述第4周回部分別是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分;前述第1連接部是令前述第1周回部之一端與前述第2周回部之一端相互連接之部分;前述第2連接部是令前述第3周回部之一端與前述第4周回部之一端相互連接之部分;前述第1線圈與前述第2線圈是串聯或並聯地連接;前述第1周回部與前述第2周回部是在同一面;前述第3周回部與前述第4周回部是在同一面;前述第1周回部與前述第2周回部、以及、前述第3周回部與前述第4周回部是以具有間隔且平行之狀態而配置;前述第1線圈與前述第2線圈之至少其中一者是以前述第1線圈及前述第2線圈之軸作為旋動軸而旋動;前述軸是通過前述第1周回部之中心及前述第2周回部之中心之中間之位置、前述第3周回部之中心及第4周回部之中心之中間之位置的軸;前述第1周回部與前述第2周回部是以保持如下狀態的方式而配置:在前述第1線圈及前述第2線圈之至少其中一者旋動之方向上之角度偏離180°;前述第3周回部與前述第4周回部是以保持如下狀態的方式而配置:在前述第1線圈及前述第2線圈之至少其中一者旋動之方向上之角度偏離180°。
用以實施發明之形態 以下,一面參考圖面一面說明本發明之實施形態。 (第1實施形態) 首先,說明第1實施形態。 <電感調整裝置之構成> 圖1A及圖1B是顯示本實施形態之電感調整裝置之構成之一例的圖。附帶一提,在各圖顯示之X、Y、Z座標是顯示各圖之方向關係。在○中顯示●之情形是指垂直穿出紙面之方向。在○之中顯示×之情形是指垂直穿入紙面之方向。
圖1A是顯示本實施形態之電感調整裝置之構成之一例的圖。圖1B是顯是圖1A之電感調整裝置之配置有供電端子7a~7d之面之樣子之一例的圖。
電感調整裝置具有第1線圈1、第1支持構件2、第2線圈3、第2支持構件4、中心軸5、驅動裝置6、供電端子7a~7d、供水端子8a~8d、殼體9。圖1A是透視殼體9之內部而顯示。附帶一提,本實施形態之電感調整裝置不具有用於調整電感之核。
圖2A是顯示第1線圈1及第1支持構件2之一例的圖。圖2B是顯示第2線圈3及第2支持構件4之一例的圖。圖3A是將某狀態之第1線圈1、及以中心軸5作為旋動軸而由該狀態旋動180°之狀態之第1線圈1重疊顯示的圖。在圖3A,因為標記的需求,這2個第1線圈1之其中一者是以實線來顯示,另一者是以虛線來顯示。圖3B是將某狀態之第2線圈3、及以中心軸5作為旋動軸而由該狀態旋動180°之狀態之第2線圈3重疊顯示的圖。在圖3B,與圖3A同樣,因為標記的需求,這2個第2線圈3之其中一者是以實線來顯示,另一者是以虛線來顯示。附帶一提,如後述,雖然第2線圈3並不旋動,但在圖3B是假設第2線圈3進行旋動。
圖2A及圖3A是在圖1A沿著Z軸觀看第1支持構件2之與第2支持構件4對向之面的圖。圖2B及圖3B是在圖1A沿著Z軸觀看第2支持構件4之與第1支持構件2對向之面的圖。附帶一提,在圖2A及圖2B,於第1線圈1及第2線圈3之中顯示之箭頭線是指同時刻之交流電流之方向。關於在第1線圈1及第2線圈3流動之交流電流之方向,將參考圖4而後述。
首先,說明第1線圈1及第1支持構件2。 第1支持構件2是用於支持第1線圈1之構件。第1線圈1是安裝在第1支持構件2,在第1支持構件2上固定。如圖2A所示,在第1支持構件2形成有用於安裝第1線圈1之孔2a、2b。
如圖2A所示,第1支持構件2之平面形狀是圓形。第1支持構件2具有能以不令第1線圈1之Z軸方向之位置發生變化的方式而支持第1線圈1之強度,且是以具有絕緣性及非磁性之材料而形成。第1支持構件2舉例來說是使用熱硬化性樹脂而形成。
如圖2A所示,在第1支持構件2之中心形成有用於將第1支持構件2安裝在中心軸5之孔2c。藉由令中心軸5通過該孔2c,第1支持構件2會以與中心軸5同軸的方式而安裝(固定)在中心軸5,伴隨中心軸5之旋動而旋動。第1線圈1是受第1支持構件2所支持。亦即,第1線圈1是在第1支持構件2上固定。因此,第1線圈1會伴隨第1支持構件2之旋動而旋動。如此,第1線圈1是以令其旋動軸與中心軸5同軸的方式而配置。
在圖2A,第1線圈1具有第1周回部1a、第2周回部1b、第1連接部1c、第1拉出部1d、第2拉出部1e。第1周回部1a、第2周回部1b、第1連接部1c、第1拉出部1d、第2拉出部1e是一體。
在本實施形態,第1線圈1之捲繞數是1[次]。另外,在本實施形態舉例說明的是藉由第1周回部1a、第2周回部1b、第1連接部1c而形成阿拉伯數字之8字之形狀的情況。附帶一提,在圖3A,因為標記的需求,省略第1拉出部1d與第2拉出部1e之圖示。另外,在圖3A,對重疊顯示之2個第1線圈1分別加上符號。
第1周回部1a是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第2周回部1b亦是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第1周回部1a與第2周回部1b是配置在同一水平面(X-Y平面)。 第1連接部1c是令第1周回部1a之第1端1f與第2周回部1b之第1端1g相互連接之部分,是不周回之部分。
第1拉出部1d是連接第1周回部1a之第2端1h。第1周回部1a之第2端1h是在孔2b之位置。第2拉出部1e是連接第2周回部1b之第2端1i。第2周回部1b之第2端1i是在孔2a之位置。
第1拉出部1d及第2拉出部1e是用於令第1線圈1與外部連接之拉出線。在圖2A,為了顯示第1拉出部1d與第2拉出部1e是位於圖2A所示之第1支持構件2之面之相反側之面,而將第1拉出部1d與第2拉出部1e以虛線來顯示。
在圖3A,第1線圈1若由實線顯示之狀態以中心軸5作為旋動軸而旋動180°,則成為虛線顯示之狀態。 中心軸5是配置在孔2c。所以,中心軸5是配置在包含第1周回部1a之中心1j與第2周回部1b之中心1k之中間位置之位置。第1周回部1a與第2周回部1b是隔著孔2c(中心軸5)而位於相反側之位置。亦即,第1周回部1a與第2周回部1b是以保持如下狀態的方式而配置:在第1線圈1旋動之方向上之角度偏離180°。該角度是由孔2c之中心(中心軸5之軸芯)與第1周回部1a之中心1j以最短距離相互連結之假想直線、以及、孔2c之中心(中心軸5之軸芯)與第2周回部1b之中心1k以最短距離相互連結之假想直線所建構之角度。附帶一提,在圖3A,第1周回部1a之中心1j與第2周回部1b之中心1k是假想地顯示之點,並非實際存在之點。
第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之形狀及大小宜完全相同。但是,如圖2A及圖2B所示,有些情況是無法令第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之形狀及大小完全相同。
只要當交流電流在第1線圈1及第2線圈3流動時,分別貫穿第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之內部之磁通之狀態是與第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之形狀及大小完全相同的情況相比不具有大幅不同,則第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之形狀及大小亦可以不完全相同。
本發明人們是針對包含第1~第5實施形態之電感調整裝置之各種電感調整裝置,將第1線圈及第2線圈之大小、第1線圈及第2線圈之間隙(Z軸方向之間隔)、第1線圈及第2線圈之形狀等予以改變而測定可變倍率β。不過,第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之形狀及大小是完全相同。結果,可變倍率β之範圍是約2.3~5.6倍。與該範圍對應之耦合係數k之範圍是約0.4~0.7。附帶一提,耦合係數k是表示在後述之式子(2)。於是,採用該範圍之平均值(=0.55(-(0.4+0.7)÷2))來作為第1線圈及第2線圈間之標準之耦合係數ks之值。該標準之耦合係數ks是第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之形狀及大小完全相同的情況下之耦合係數之代表值。
在此,假設由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β之最低值βmin為2.0。由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是表示在後述之式子(4)。若將該可變倍率β之最低值βmin(=2.0)代入式子(4),則第1線圈及第2線圈間之耦合係數之最低值kmin是約0.33。若將該耦合係數之最低值kmin(=0.33)除以標準之耦合係數ks(=0.55),則成為0.6(=0.33/0.55)。亦即,為了確保可變倍率β之最低值βmin(=2.0),耦合係數之最低值kmin需要0.33。為了實現耦合係數之最低值kmin為0.33,令第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之形狀及大小在其全長之60%之部分相同即可。另外,實用上,可變倍率β之最低值βmin宜為2.5,更宜為3.0。對應於此,根據與前述同樣之計算之結果,第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之形狀及大小宜在其全長之78%之部分相同,更宜在91%以上之區域相同。
由以上之觀點,只要第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之形狀及大小是在其全長之60%以上之部分相同,則可視為第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之形狀及大小相同。不過,在以上之說明,因應於可變倍率β之最低值βmin,60%宜為78%,更宜為91%。
由此,關於第1周回部1a與第2周回部1b之形狀及大小,可以說是如下。 當第1線圈1以中心軸5作為旋動軸而旋動了180°時,第1周回部1a之全長之60%以上長度之部分會與前述旋動前之第2周回部1b所在之區域重疊。第1周回部1a之全長是指從第1周回部1a之第1端1f至第2端1h為止之長度。
在圖3A,若由以實線顯示之狀態變成以虛線顯示之狀態,則圖3A中以虛線在下側顯示之第1周回部1a之全長之60%以上長度之部分會與以實線在下側顯示之第2周回部1b重疊。
另外,當第1線圈1以中心軸5作為旋動軸而旋動了180°時,第2周回部1b之全長之60%以上長度之部分會與前述旋動前之第1周回部1a所在之區域重疊。第2周回部1b之全長是從第2周回部1b之第1端1g至第2端1i為止之長度。
在圖3A,若由以實線顯示之狀態變成以虛線顯示之狀態,則圖3A中以虛線在上側顯示之第2周回部1b之全長之60%以上長度之部分會與以實線在上側顯示之第1周回部1a重疊。 附帶一提,如前述,在以上之說明中,因應可變倍率β之最低值βmin,60%宜為78%,更宜為91%。
接著,說明第2線圈3及第2支持構件4。 第2支持構件4是用於支持第2線圈3之構件。第2線圈3是安裝在第2支持構件4,在第2支持構件4上固定。如圖2B所示,在第2支持構件4形成有用於安裝第2線圈3之孔4a、4b。
如圖2B所示,第2支持構件4之平面形狀是矩形。第2支持構件4具有能以不令第2線圈3之Z軸方向之位置發生變化的方式而支持第2線圈3之強度,且是以具有絕緣性及非磁性之材料而形成。第2支持構件4舉例來說是使用熱硬化性樹脂而形成。
圖1A所示,第2支持構件4是以與中心軸5同軸的方式而安裝在殼體9,固定在殼體9。如圖2B所示,在第2支持構件4之中心形成有用於令第2支持構件4是與中心軸5同軸地配置之孔4c。如圖1A所示,孔4c是以如下方式而形成:當中心軸5通過孔4c的情況下,第2支持構件4與中心軸5具有間隔。藉此,即便中心軸5旋動,第2支持構件4亦不會旋動,處於固定在殼體9之狀態。
在圖2B,第2線圈3具有第3周回部3a、第4周回部3b、第2連接部3c、第3拉出部3d、第4拉出部3e。第3周回部3a、第4周回部3b、第2連接部3c、第3拉出部3d、第4拉出部3e是一體。
在本實施形態,第2線圈3之捲繞數是1[次]。另外,在本實施形態舉例說明的是藉由第3周回部3a、第4周回部3b、第2連接部3c而形成阿拉伯數字之8字之形狀的情況。附帶一提,在圖3B,因為標記的需求,省略第3拉出部3d與第4拉出部3e之圖示。另外,在圖3B,對重疊顯示之2個第2線圈3分別加上符號。
第3周回部3a是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第4周回部3b亦是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第3周回部3a與第4周回部3b是配置在同一水平面(X-Y平面)。
第2連接部3c是令第3周回部3a之第1端3f與第4周回部3b之第1端3g相互連接之部分,是不周回之部分。
第3拉出部3d是連接第3周回部3a之第2端3h。第3周回部3a之第2端3h是在孔4a之位置。第4拉出部3e是連接第4周回部3b之第2端3i。第4周回部3b之第2端3i是在孔4b之位置。
第3拉出部3d及第4拉出部3e是用於令第2線圈3與外部連接之拉出線。在圖2B,為了顯示第3拉出部3d與第4拉出部3e是位於圖2B所示之第2支持構件4之面之相反側之面,而將第3拉出部3d與第4拉出部3e以虛線來顯示。
如前述,在本實施形態,第2線圈3不旋動。然而,圖3B是假設第2線圈3以中心軸5作為旋動軸而旋動之情形。如此,第2線圈3是由以實線顯示之狀態,以中心軸5作為旋動軸而旋動180°,成為以虛線顯示之狀態。
中心軸5是配置在孔4c。所以,中心軸5是配置在包含第3周回部3a之中心3j與第4周回部3b之中心3k之中間位置之位置。第3周回部3a與第4周回部3b是隔著孔4c(中心軸5)而位於相反側之位置。亦即,第3周回部3a與第4周回部3b是以保持如下狀態的方式而配置:在第1線圈1旋動之方向上之角度偏離180°。該角度是由孔4c之中心(中心軸5之軸芯)與第3周回部3a之中心3j以最短距離相互連結之假想直線、以及、孔4c之中心(中心軸5之軸芯)與第4周回部3b之中心3k以最短距離相互連結之假想直線所建構之角度。附帶一提,在圖3B,第3周回部3a之中心3j與第4周回部3b之中心3k是假想地顯示之點,並非實際存在之點。
如前述,中心軸5是配置在包含第1周回部1a之中心1j與第2周回部1b之中心1k之中間位置之位置、以及、包含第3周回部3a之中心3j與第4周回部3b之中心3k之中間位置之位置。所以,中心軸5通過第1周回部1a之中心1j與第2周回部1b之中心1k之中間位置、第3周回部3a之中心3j與第4周回部3b之中心3k之中間位置。在圖1A顯示之例,中心軸5是延伸於Z軸方向。
另外,關於第3周回部3a與第4周回部3b之形狀及大小,可以說是如下。 當假設第2線圈3以中心軸5作為旋動軸而旋動了180°時,第3周回部3a之全長之60%以上長度之部分會與前述旋動前之第4周回部3b所在之區域重疊。第3周回部3a之全長是指從第3周回部3a之第1端3f至第2端3h為止之長度。
在圖3B,假設由以實線顯示之狀態變成以虛線顯示之狀態,則圖3B中以虛線在上側顯示之第3周回部3a之全長之60%以上長度之部分會與以實線在上側顯示之第4周回部3b重疊。
另外,當假設第2線圈3以中心軸5作為旋動軸而旋動了180°時,第4周回部3b之全長之60%以上長度之部分會與前述旋動前之第3周回部3a所在之區域重疊。第4周回部3b之全長是從第4周回部3b之第1端3g至第2端3i為止之長度。
在圖3B,假設由以實線顯示之狀態變成以虛線顯示之狀態,則圖3B中以虛線在下側顯示之第4周回部3b之全長之60%以上長度之部分會與以實線在下側顯示之第3周回部3a重疊。 附帶一提,在以上之說明中,因應可變倍率β之最低值βmin,60%宜為78%,更宜為91%。
接著,說明第1線圈1與第2線圈3之位置關係。 圖4是顯示第1線圈1與第2線圈3之位置關係之一例的圖。圖4之最上方是顯示令由第1線圈1與第2線圈3造成之合成電感GL成為最小值時之第1線圈1與第2線圈3之配置。圖4之最下方是顯示令由第1線圈1與第2線圈3造成之合成電感GL成為最大值時之第1線圈1與第2線圈3之配置。圖4之中堅是顯示令由第1線圈1與第2線圈3造成之合成電感GL成為中間值(高於最小值、低於最大值之值)時之第1線圈1與第2線圈3之配置。
在圖4中,因為標記的需求,以實線來顯示第1線圈1,以虛線來顯示第2線圈3。另外,在圖4,以實線、虛線顯示之箭頭線是分別顯示在第1線圈1、第2線圈3流動之交流電流之(同時刻之由同一方向來看之)方向。
以在圖4之最下方顯示之狀態當作第1狀態。另外,以在圖4之最上方顯示之狀態當作第2狀態。 如圖4之最下方所示,第1狀態是第1線圈1之第1周回部1a與第2線圈3之第3周回部3a位於相互對向之位置、且、第1線圈1之第2周回部1b與第2線圈3之第4周回部3b位於相互對向之位置之狀態。
如圖4之最上方所示,第2狀態是第1線圈1之第1周回部1a與第2線圈3之第4周回部3b位於相互對向之位置、且、第1線圈1之第2周回部1b與第2線圈3之第3周回部3a位於相互對向之位置之狀態。
在此,關於第1周回部1a與第2周回部1b之形狀及大小、第3周回部3a與第4周回部3b之形狀及大小,可以說是如下。
在圖4最下方顯示之第1狀態,當沿著中心軸5之方向(Z軸方向)觀看第1線圈1及第2線圈3時,第1周回部1a之全長之60%以上長度之部分與第3周回部3a之全長之60%以上長度之部分是相互重疊。另外,在第1狀態,當沿著中心軸5之方向(Z軸方向)觀看第1線圈1及第2線圈3時,第2周回部1b之全長之60%以上長度之部分與第4周回部3b之全長之60%以上長度之部分相互重疊。
在圖4最上方顯示之第2狀態,當沿著中心軸5之方向(Z軸方向)觀看第1線圈1及第2線圈3時,第1周回部1a之全長之60%以上長度之部分與第4周回部3b之全長之60%以上長度之部分是相互重疊。另外,在第2狀態,當沿著中心軸5之方向(Z軸方向)觀看第1線圈1及第2線圈3時,第2周回部1b之全長之60%以上長度之部分與第3周回部3a之全長之60%以上長度之部分是相互重疊。 附帶一提,在以上之說明中,因應可變倍率β之最低值βmin,60%宜為78%,更宜為91%。
在此,第1連接部1c與第2連接部3c之長度是比第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之長度還要短。所以,即便說第1線圈1(第1周回部1a、第2周回部1b、第1連接部1c)及第2線圈3(第3周回部3a、第4周回部3b、第2連接部3c)之形狀及大小是在其全長之60%以上(宜為78%以上,更宜為91%以上)之部分相同,亦無實質上之不對。所以,亦可在前述之說明,取代第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部之形狀及大小,以第1線圈1(第1周回部1a、第2周回部1b、第1連接部1c)及第2線圈3(第3周回部3a、第4周回部3b、第2連接部3c)之形狀及大小進行前述之規定。
接著,說明構成第1線圈1及第2線圈3之構件。 在本實施形態是使用水冷纜線來形成第1線圈1及第2線圈3。水冷纜線舉例來說是具有軟管、及在該軟管內通行之電線。軟管與電線皆是採用具有可撓性之物。所以,第1線圈1及第2線圈3亦具有可撓性。附帶一提,軟管是以具有絕緣性之材料而構成。另外,電線可以是以1條而構成,亦可以是以複數條而構成。以複數條構成電線的情況下,舉例來說,可令電線成為李茲線。
接著,說明在電感調整裝置之第1線圈1及第2線圈3之配置。 在本實施形態,如圖1A所示,在配置第1線圈1及第2線圈3時,令第1線圈1及第2線圈3之線圈面以具有一定之間隔G之狀態而平行。關於間隔G之大小,舉例來說,可因應可在電感調整裝置改變之電感之最大值等而設定。第1線圈1之線圈面是以第1周回部1a及第2周回部1b包圍之區域之水平面(X-Y平面)。第2線圈3之線圈面是以第3周回部3a及第4周回部3b包圍之區域之水平面(X-Y平面)。
如前述,中心軸5是用於讓第1線圈1旋動。中心軸5是透過軸承等,以可旋動的方式安裝在殼體9。驅動裝置6是用於令中心軸5旋動之驅動源,具有馬達等。
接著,說明第1線圈1及第2線圈3之連接。 供電端子7a~7d是用於將從未圖示之交流電源迴路供給之交流電力朝第1線圈1及第2線圈3供給之端子。如圖1A及圖1B所示,供電端子7a~7d是以令其前端側之區域露出的方式,安裝(固定)在殼體9。
在本實施形態,第1線圈1之兩端部中之由第1支持構件2之孔2a拉出之一端部(第2周回部1b之第2端1i)是與供電端子7a連接。另一方面,第1線圈1之兩端部中之由第1支持構件2之孔2b拉出之另一端部(第1周回部1a之第2端1h)是與供電端子7d連接。
另外,第2線圈3之兩端部中之由第2支持構件4之孔4a拉出之一端部(第3周回部3a之第2端3h)是與、供電端子7b連接。另一方面,第2線圈3之兩端部中之由第2支持構件4之孔4b拉出之另一端部(第4周回部3b之第2端3i)是與供電端子7c連接。
未圖示之交流電源迴路是與供電端子7a、7c電性連接。另外,供電端子7b、7d是相互電性連接。 藉由如上所示,第1線圈1與第2線圈3是串聯連接。亦即,從交流電源迴路供給之交流電流是交互地流到「交流電源迴路→供電端子7a→第1線圈1→供電端子7d→供電端子7b→第2線圈3→供電端子7c→交流電源迴路」之路徑與「交流電源迴路→供電端子7c→第2線圈3→供電端子7b→供電端子7d→第1線圈1→供電端子7a→交流電源迴路」之路徑。
如圖2A所示,在第1線圈1之第1周回部1a及第2周回部1b之中心軸5側之直線部分(同時刻)流動之交流電流之(由同一方向觀看時之)方向是相同(參考圖2A之第1線圈1內所附加之箭頭線)。同樣地,如圖2B所示,在第2線圈3之第3周回部3a及第4周回部3b之中心軸5側之直線部分(同時刻)流動之交流電流之(由同一方向觀看時之)方向是相同(參考圖2B之第2線圈3內所附加之箭頭線)。
供電端子7a~7d具有空洞部。當如以上般地令第1線圈1、第2線圈3連接供電端子7a~7d時,該空洞部與構成第1線圈1、第2線圈3之軟管之內部連通。
供水端子8a~8d是用於將使用未圖示之泵等供給之冷卻水朝第1線圈1及第2線圈3內供給之端子。附帶一提,第1線圈1及第2線圈3內是指構成第1線圈1及第2線圈3之軟管之內部。供水端子8a~8d具有空洞部。供水端子8a~8d是以令供電端子7a~7d之空洞部與供水端子8a~8d之空洞部相互連通的方式,分別安裝在供電端子7a~7d之前端側之區域(自殼體9露出之區域)。
供水端子8b、8d是藉由未圖示之軟管而相互連接。另一方面,在供水端子8a、8c分別安裝用於供給冷卻水之未圖示之軟管。冷卻水是通過安裝在該供水端子8a、8c之軟管而對供水端子8a、8c流出流入。
藉由如上所示,可在第1線圈1及第2線圈3內形成冷卻水之流路。所以,可將第1線圈1及第2線圈3冷卻,可令大電流在第1線圈1及第2線圈3流動。舉例來說,可令100[A]以上之電流、較佳則令500[A]以上之電流在第1線圈1及第2線圈3流動。
<電感之調整> 接著,一面參考圖4、圖5A、圖5B、圖6A、圖6B,一面說明電感調整裝置之電感之調整方法之一例。電感調整裝置之電感是由第1線圈1與第2線圈3造成之合成電感GL。由第1線圈1與第2線圈3造成之合成電感GL是由前述之交流電源迴路來看之情況下的電感。另外,在以下之說明,會因應必要而將由第1線圈1與第2線圈3造成之合成電感GL簡稱為合成電感GL。
圖5A、圖5B、圖6A、圖6B是顯示因為令交流電流在第1線圈1與第2線圈3流動而產生之磁通之方向之一例的圖。圖5A、圖5B是將磁通之方向與顯示第1線圈1、第2線圈3之迴路記號一起顯示。圖6A、圖6B是將磁通之方向與配置在電感調整裝置之狀態之第1線圈1、第2線圈3一起顯示。
圖5A、圖6A是顯示當合成電感GL成為最小值時之磁通之方向的圖。圖5B、圖6B是顯示當合成電感GL成為最大值時之磁通之方向的圖。
在圖5A及圖5B,在第1線圈1與第2線圈3加上之箭頭是顯示交流電流之方向。另外,貫穿第1線圈1與第2線圈3之箭頭線是顯示磁通之方向。在圖6A及圖6B,在○中顯示之●、×是用於顯示交流電流之方向。在○中顯示●之情形是指垂直穿出紙面之方向,在○中顯示×之情形是指垂直穿入紙面之方向。另外,在圖6A以虛線顯示之箭頭線是顯示磁通之方向,在圖6B與箭頭一起以實線顯示之環是顯示磁通之方向。
圖4之最上方顯示之第2狀態是令第1線圈1之第1周回部1a與第2線圈3之第4周回部3b相互對向、令第1線圈1之第2周回部1b與第2線圈3之第3周回部3a相互對向。而且,在第1線圈1之第1周回部1a與第2線圈3之第4周回部3b流動之交流電流之方向是反向。同樣地,在第1線圈1之第2周回部1b與第2線圈3之第3周回部3a流動之交流電流之方向是反向。
所以,如圖5A所示,由第1線圈1及第2線圈3發生之磁通是相互地互相削弱。此情況下之合成電感GL是以下面之式子(1)表示,其中,L1是第1線圈1之自感,L2是第2線圈3之自感,M是第1線圈1及第2線圈3之互感。 GL=L1+L2-2M ...(1)
以式子(1)表示之合成電感GL是合成電感GL之最小值。 在此,第1線圈1及第2線圈3之互感M是以下面之式子(2)表示,其中,k是第1線圈1及第2線圈3間之耦合係數。 M=±k√(L1‧L2) ...(2) 耦合係數k是藉由第1線圈1及第2線圈3之形狀、大小、相對位置而決定,具有0≤k≤1之關係。k=1是沒有漏磁通的情況,但實際上會產生漏磁通,故耦合係數k是低於1之值。 此時,因為交流電流在第1線圈1及第2線圈3流動而產生之磁通是如圖6A所示。
圖4之最下方顯示之第1狀態是由圖4之最上方顯示之第2狀態令第1線圈1旋動180°之狀態。該第1狀態是令第1線圈1之第1周回部1a與第2線圈3之第3周回部3a相互對向、令第1線圈1之第2周回部1b與第2線圈3之第4周回部3b相互對向。而且,在第1線圈1之第1周回部1a與第2線圈3之第3周回部3a流動之交流電流之方向是相同。同樣地,在第1線圈1之第2周回部1b與第2線圈3之第4周回部3b流動之交流電流之方向是同向。
所以,如圖5B所示,由第1線圈1及第2線圈3發生之磁通是相互地互相增強。此情況下之合成電感GL是以下面之式子(3)表示。 GL=L1+L2+2M ...(3) 以式子(3)表示之合成電感GL是合成電感GL之最大值。
如上所示,若由圖4之最上方顯示之第2狀態令第1線圈1旋動180°,則變成圖4之最下方顯示之第1狀態。可藉由令第1線圈1旋動,而令在第1線圈1與第2線圈3流動之交流電流之方向是相同或相反。
所以,若以圖4之最上方顯示之第2狀態時之第1線圈1之旋動角度當作0°,在0°~180°之範圍內令第1線圈1旋動,則可令合成電感GL在最小值至最大值改變。因此,本實施形態是藉由驅動裝置6而在0°~180°之範圍內令第1線圈1旋動。附帶一提,只要沒有特別提到,則以下顯示之第1線圈1之旋動角度亦是以圖4之最上方顯示之第2狀態時之第1線圈1之旋動角度作為0°之情況下的角度。
圖4之中間顯示之狀態是圖4之最上方顯示之狀態與圖4之最下方顯示之狀態之間之狀態。所以,該狀態下之合成電感GL是顯示以式子(3)顯示之最大值與以式子(1)顯示之最小值之間的值。該值是因應第1線圈1之旋動角度而決定。 本實施形態可藉由如此地令第1線圈1旋動來改變合成電感GL,而線上地對連接電感調整裝置之電路之電感進行調整。
當第1線圈1之旋轉角度在0°~180°之間連續地改變的情況下,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是以將當第1線圈1之旋轉角度為180°的情況下之合成電感GL除以當第1線圈1之旋轉角度為0°的情況下之合成電感GL的值來表示。所以,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是以下面之式子(4)表示。 β=(2L+2M)÷(2L-2M)=(2L+2kL)÷(2L-2kL)=(1+k)÷(1-k) ...(4)
不過,在此,為了令說明較為簡單,而令第1線圈1與第2線圈3之自感L1、L2是L(L1=L2=L)。此情況下,第1線圈1及第2線圈3間之耦合係數k是以下面之式子(5)表示。 M=±k√(L1‧L2)=±k√(L・L)=±kL ・・・(5)
舉例來說,若假設k=0.5,則由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是3倍(β=(1+0.5)÷(1-0.5)=3)。舉例來說,k=0.5倍以上的話,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β可取3以上。可藉由令第1線圈1及第2線圈3間之耦合係數k變大,而令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β變大。所以,宜以令第1線圈1及第2線圈3間之耦合係數k變大的方式,決定第1線圈1及第2線圈3之形狀、大小、相對位置。
如以上,本實施形態是藉由令第1線圈1旋動而調整合成電感GL。所以,不需要如專利文獻1所記載之技術般地改變螺線管線圈內之磁性體之占有率,且不需要如專利文獻2所記載之技術般地令線圈伸縮。因此,可令電感調整裝置之構造簡素,且可令電感調整裝置小巧。藉此,關係到電感調整裝置之成本削減。
另外,如前述,第1線圈1與第2線圈3之線圈面是平行。另外,第1線圈1(第1周回部1a與第2周回部1b)、第2線圈3(第3周回部3a與第4周回部3b)是分別配置在隔著中心軸5而相反側之位置(雙重對稱之位置)。另外,第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之大小及形狀相同。所以,即便大電流在第1線圈1與第2線圈3流動、於第1線圈1與第2線圈3間產生吸力或斥力,亦會藉由第1線圈1之兩側(第1周回部1a側及第2周回部1b側)、第2線圈3之兩側(第3周回部3a側及第4周回部3b側)而取得前述之斥力或吸力之平衡。所以,與如專利文獻3所記載之支持線圈端之構造的情況相比,可容易地抑制因為前述之斥力或吸力而造成線圈動之情形。因此,只要第1支持構件2、第2支持構件4以盡可能不讓Z軸方向之位置偏離的方式而具有可支持第1線圈1、第2線圈3之強度即可。因此,可令第1支持構件2及第2支持構件4之強度之設計變得容易。
另外,在專利文獻3所記載之技術,2個線圈分別只有1個同軸之周回部。所以,當其中一線圈相對於另一線圈之旋動角度大於90°時,2個線圈變成不重疊。因此,2個線圈之互感之大小之變化之比例(每個單位角度之變化)會變小。所以,電感之變化是與旋動角度之對數成比例。
相對於此,在本實施形態,可於第1線圈1之旋動角度為0°~90°之範圍與90°~180°之範圍,令第1線圈1與第2線圈3之互感M是除了符號以外進行相同變化。所以,合成電感GL之大小與第1線圈1之旋動角度的關係是顯示比專利文獻3所記載之技術還要良好之線形的關係。因此,可高精度地進行頻率之控制。
圖7A是顯示本實施形態之電感調整裝置之電感與旋動角度之關係之一例的圖。在此,電感是指合成電感GL,旋動角度是指第1線圈1之旋動角度。圖7B是顯示專利文獻3所記載之技術之電感與旋動角度之關係之一例的圖。在此,電感是指專利文獻3所記載之2個線圈之合成電感,旋動角度是指這2個線圈以線圈端作為軸而旋動之角度之絕對值之和。
如圖7A所示,在本實施形態之電感調整裝置,電感之變化與旋動角度之變化的比例(亦即,在圖7A顯示之圖形之斜率)是無關於旋動角度而大致一定。相對於此,在專利文獻3所記載之技術,當旋動角度小時,電感之變化與旋動角度之變化的比例會變大。而且,隨著旋動角度變大,電感之變化與旋動角度之變化的比例會變小。所以,在專利文獻3所記載之技術,電感之調整變成不容易。
<變形例> [變形例1] ((變形例1-1)) 藉由第1周回部、第2周回部、第1連接部而形成之形狀並不限定於阿拉伯數字之8字狀。同樣地,藉由第3周回部、第4周回部、第2連接部而形成之形狀亦不限定於阿拉伯數字之8字狀。舉例來說,可以是如圖8A及圖8B所示。
圖8A是顯示第1線圈81及第1支持構件82之第1變形例的圖。圖8B是顯示第2線圈83及第2支持構件84之第1變形例的圖。圖8A是與圖2A對應之圖,圖8B是與圖2B對應之圖。
第1支持構件82是用於支持第1線圈81之構件。第1線圈81是安裝在第1支持構件82,在第1支持構件82上固定。如圖8A所示,在第1支持構件82形成有用於安裝第1線圈81之孔82a、82b。另外,在第1支持構件82之中心形成有用於將第1支持構件82安裝在中心軸5之孔82c。第1線圈81及第1支持構件82會伴隨第1支持構件82之旋動而旋動。第1支持構件82可以藉由與圖2A所示之第1支持構件2相同之物來實現。
第1線圈81具有第1周回部81a、第2周回部81b、第1連接部81c、第1拉出部81d、第2拉出部81e。第1周回部81a、第2周回部81b、第1連接部81c、第1拉出部81d、第2拉出部81e是一體。
第1周回部81a是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第2周回部81b亦是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第1周回部81a與第2周回部81b是配置在同一水平面(X-Y平面)。
第1連接部81c是令第1周回部81a之第1端81f與第2周回部81b之第1端81g相互連接之部分,是不周回之部分。 第1拉出部81d是連接第1周回部81a之第2端81h。第1周回部81a之第2端81h是在孔82b之位置。第2拉出部81e是連接第2周回部81b之第2端81i。第2周回部81b之第2端81i是在孔82a之位置。
第2支持構件84是用於支持第2線圈83之構件。第2支持構件84是以與中心軸5同軸的方式而安裝在殼體9,固定在殼體9。第2線圈83是安裝在第2支持構件84,在第2支持構件84上固定。如圖8B所示,在第2支持構件84形成有用於安裝第2線圈83之孔84a、84b。另外,在第2支持構件84之中心形成有用於令第2支持構件84與中心軸5同軸配置之孔84c。孔84c是以如下方式而形成:當中心軸5通過孔84c的情況下,第2支持構件84與中心軸5具有間隔。藉此,即便中心軸5旋動,第2支持構件84亦不會旋動,處於固定在殼體9之狀態。第2支持構件84可以藉由與圖2B所示之第2支持構件4相同之物來實現。
第2線圈83具有第3周回部83a、第4周回部83b、第2連接部83c、第3拉出部83d、第4拉出部83e。第3周回部83a、第4周回部83b、第2連接部83c、第3拉出部83d、第4拉出部83e是一體。
第3周回部83a是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第4周回部83b亦是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第3周回部83a與第4周回部83b是配置在同一水平面(X-Y平面)。
第2連接部83c是令第3周回部83a之第1端83f與第4周回部83b之第1端83g相互連接之部分,是不周回之部分。 第3拉出部83d是連接第3周回部83a之第2端83h。第3周回部83a之第2端83h是在孔84a之位置。第4拉出部83e是連接第4周回部83b之第2端83i。第4周回部83b之第2端83i是在孔84b之位置。
附帶一提,第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之最外周之輪廓的形狀亦可以是其他形狀(例如真圓、橢圓、矩形)。
((變形例1-2)) 第1周回部及第2周回部之連接、以及、第3周回部及第4周回部之連接並不限定於圖2A及圖2B所示之連接。亦即,在第1周回部及第2周回部流動之交流電流之方向、以及、在第3周回部及第4周回部流動之交流電流之方向並不限定於圖2A及圖2B所示之方向。
圖9A是顯示第1線圈91及第1支持構件92之第2變形例的圖。圖9B是顯示第2線圈93及第2支持構件94之第2變形例的圖。圖9A是與圖2A對應之圖,圖9B是與圖2B對應之圖。
第1支持構件92是用於支持第1線圈91之構件。第1線圈91是安裝在第1支持構件92,在第1支持構件92上固定。如圖9A所示,在第1支持構件92形成有用於安裝第1線圈91之孔92a、92b。另外,在第1支持構件92之中心形成有用於將第1支持構件92安裝在中心軸5之孔92c。第1線圈91及第1支持構件92會伴隨第1支持構件92之旋動而旋動。第1支持構件92可以藉由與圖2A所示之第1支持構件2相同之物來實現。
第1線圈91具有第1周回部91a、第2周回部91b、第1連接部91c、第1拉出部91d、第2拉出部91e。第1周回部91a、第2周回部91b、第1連接部91c、第1拉出部91d、第2拉出部91e是一體。
第1周回部91a是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第2周回部91b亦是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第1周回部91a與第2周回部91b是配置在同一水平面(X-Y平面)。
第1連接部91c是令第1周回部91a之第1端91f與第2周回部91b之第1端91g相互連接之部分,是不周回之部分。 第1拉出部91d是連接第1周回部91a之第2端91h。第1周回部91a之第2端91h是在孔92b之位置。第2拉出部91e是連接第2周回部91b之第2端91i。第2周回部91b之第2端91i是在孔92a之位置。
第2支持構件94是用於支持第2線圈93之構件。第2支持構件94是以與中心軸5同軸的方式而安裝(固定)在殼體9。第2線圈93是安裝在第2支持構件94,在第2支持構件94上固定。如圖9B所示,在第2支持構件94形成有用於安裝第2線圈93之孔94a、94b。另外,在第2支持構件94之中心形成有用於令第2支持構件4與中心軸5同軸配置之孔94c。孔94c是以如下方式而形成:當中心軸5通過孔94c的情況下,第2支持構件94與中心軸5具有間隔。藉此,即便中心軸5旋動,第2支持構件94亦不會旋動,處於固定在殼體9之狀態。第2支持構件94可以藉由與圖2B所示之第2支持構件4相同之物來實現。
第2線圈93具有第3周回部93a、第4周回部93b、第2連接部93c、第3拉出部93d、第4拉出部93e。第3周回部93a、第4周回部93b、第2連接部93c、第3拉出部93d、第4拉出部93e是一體。
第3周回部93a是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第4周回部93b亦是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分。第3周回部93a與第4周回部93b是配置在同一水平面(X-Y平面)。
第2連接部93c是令第3周回部93a之第1端93f與第4周回部93b之第1端93g相互連接之部分,是不周回之部分。 第3拉出部93d是連接第3周回部93a之第2端93h。第3周回部93a之第2端93h是在孔94a之位置。第4拉出部93e是連接第4周回部93b之第2端93i。第4周回部93b之第2端93i是在孔94b之位置。
在2A、圖2B所顯示之構成,當面向圖2A、圖2B之紙面的情況下,於同時刻,電流在第1周回部1a是逆時針流動,電流在第2周回部1b是順時針流動,電流在第3周回部3a是順時針流動,電流在第4周回部3b是逆時針流動。所以,在2個周回部(第1周回部1a與第2周回部1b、第3周回部3a與第4周回部3b)流動之電流之方向是反向。
相對於此,在圖9A、圖9B所顯示之構成,當面向圖9A、圖9B之紙面的情況下,於同時刻,電流在第1周回部91a及第2周回部91b是順時針流動,電流在第3周回部93a及第4周回部93b是逆時針流動。所以,在2個周回部(第1周回部91a及第2周回部91b、第3周回部93a及第4周回部93b)流動之電流之方向是同向(參考圖9A及圖9B中在第1線圈91及第2線圈93之旁邊顯示之箭頭線)。雖然圖9A、圖9B所顯示之情況下之由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是與圖2A、圖2B所顯示之構成之情況下不同,但令合成電感GL改變之原理在圖2A、圖2B及圖9A、圖9B所顯示之任一構成皆相同。
[變形例2] 本實施形態舉例說明的是藉由令中心軸5旋動而使安裝在中心軸5之第1線圈1旋動的情況。然而,只要第1線圈1與第2線圈3之至少其中一者是與中心軸5略同軸地旋動,則並非一定要如此。
舉例來說,可以設置藉由令第1支持構件2旋動而使第1線圈1進行與中心軸5略同軸之旋動之驅動裝置,來取代驅動裝置6。亦即,驅動裝置可以是安裝在第1支持構件2而不安裝在中心軸5。
另外,亦可以除了第1線圈1之外還令第2線圈3旋動。此情況下,會需要令第2支持構件4進行與中心軸5同軸之旋動之驅動裝置。如此情況下,宜令第1線圈1之第1方向(例如順時針)之旋動角度之絕對值與第2線圈3之第2方向(與第1方向相反之方向,例如逆時針)之旋動角度之絕對值之合計之範圍為0°~180°(亦即,宜令該合計之最大值為180°)。如此,可藉由令第1線圈1及第2線圈3雙方旋動,而連續地獲得在圖4之最下方顯示之第1狀態、在圖4之最上方顯示之第2狀態、該等狀態之間之狀態。
[變形例3] 本實施形態舉例說明的是令第1線圈1與第2線圈3串聯連接的情況。然而,亦可以令第1線圈1與第2線圈3並聯連接。舉例來說,可令第1線圈1之兩端部中之從第1支持構件2之孔2a拉出之一端部(第2周回部1b之第2端1i)與第2線圈3之兩端部中之從第2支持構件4之孔4a拉出之一端部(第3周回部3a之第2端3h)相互電性連接,並且,令第1線圈1之兩端部中之從第1支持構件2之孔2b拉出之另一端部(第1周回部1a之第2端1h)與第2線圈3之兩端部中之從第2支持構件4之孔4b拉出之另一端部(第4周回部3b之第2端3i)相互電性連接。如此之情況下,在該等連接之部分,由未圖示之交流電源迴路來供給交流電力。舉例來說,可令第1線圈1之兩端部中之從第1支持構件2之孔2a拉出之一端部與第2線圈3之兩端部中之從第2支持構件4之孔4a拉出之一端部連接供電端子7a,令第1線圈1之兩端部中之從第1支持構件2之孔2b拉出之另一端部與第2線圈3之兩端部中之從第2支持構件4之孔4b拉出之另一端部連接供電端子7b,令未圖示之交流電源迴路連接供電端子7a、7b。
在令第1線圈1與第2線圈3並聯連接的情況下,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是與串聯連接的情況相同(β=(1+k)÷(1-k))。另一方面,合成電感GL之可變範圍是成為(2L-2kL)÷4~(2L+2kL)÷4=(L-kL)÷2~(L+kL)÷2。亦即,令第1線圈1與第2線圈3由串聯迴路改成並聯迴路的情況下,合成電感GL會變成1/4倍。不過,在此,為了令說明簡單,第1線圈1與第2線圈3之自感L1、L2是取L。
[變形例4] 本實施形態舉例說明的是第1線圈1及第2線圈3之線圈面以具有一定之間隔G之狀態而相互略平行的情況。然而,這並非絕對必要,亦可以藉由令第1線圈1及第2線圈3之至少其中一者在Z軸方向動,而使間隔G可變。
圖10是顯示電感調整裝置之變形例之構成的圖。 如圖10所示,以可改變第1支持構件2在中心軸5之Z軸方向之位置的方式,將第1支持構件2安裝在中心軸5(參考圖10之以白箭頭線、虛線顯示之第1線圈1及第1支持構件2)。舉例來說,以使用者可藉由手動而調整第1支持構件2之Z軸方向之位置的方式,將第1支持構件2安裝在中心軸5。若要說明如此情況之一例,則令第1支持構件2可在中心軸5上動,且備妥令第1支持構件2固定之安裝工具(治具)。使用者是使用安裝工具而將第1支持構件2固定在中心軸5上之任意位置。另外,亦可以令驅動裝置6以可使中心軸5旋動且使第1支持構件2在Z軸方向動的方式而構成各部分。此情況下,驅動裝置6可於套用電感調整裝置之電路運作時,令第1支持構件2於Z軸方向動。
[變形例5] 本實施形態舉例說明的是使用水冷纜線構成第1線圈1及第2線圈3的情況。然而,這並非絕對必要。舉例來說,使用銅管等而令第1線圈1及第2線圈3之形狀為管狀。如此之情況下,令冷卻水在第1線圈1及第2線圈3之中空部分流動。另外,宜令第1線圈1及第2線圈3之拉出部(第1拉出部1d、第2拉出部1e、第3拉出部3d、第4拉出部3e)是以具有可撓性之導電體來構成。此情況下,該導電體是與第1線圈1、第2線圈3之第2端1h、1i、3h、3i電性連接。 另外,舉例來說,若沒有要令大電流在套用電感調整裝置之電路流動,則不需要對第1線圈1及第2線圈3進行水冷。
[變形例6] 本實施形態舉例說明的是在0°~180°之範圍內令第1線圈1旋動的情況。然而,第1線圈1之旋動角度之範圍並非限定於0°~180°。舉例來說,亦可以令第1線圈1之第1方向(例如順時針)上之旋動角度之絕對值與第2線圈3之第2方向(例如逆時針)上之旋動角度之絕對值的合計範圍為0°~360°。如此之情況下,舉例來說,可以是第2線圈3不旋動且第1線圈1之旋動角度之範圍為0°~360°。附帶一提,如變形例2之說明,亦可以令第1線圈1及第2線圈3雙方進行旋動。另外,亦可以不成為圖4之最下方所示之第1狀態與圖4之最上方顯示之第2狀態之雙狀態或單狀態。
[變形例7] 若如本實施形態,以包含圖4之最下方顯示之第1狀態與圖4之最上方顯示之第2狀態的方式而令第1線圈1旋動,則可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β大,故為佳。然而,亦可以不包含這2個狀態之至少其中一狀態。 [變形例8] 亦可以將以上之變形例1~8之2個以上(一部分或全部)予以組合。
(第2實施形態) 接著,說明第2實施形態。第1實施形態舉例說明的是令第1線圈1及第2線圈3之捲繞數分別為1[次]的情況。相對於此,本實施形態說明的是令第1線圈及第2線圈之捲繞數為複數次的情況。如此,本實施形態與第1實施形態之主要差異是第1線圈及第2線圈之捲繞數。所以,在本實施形態之說明中,與第1實施形態相同之部分是將與在圖1~圖10所附加之符號相同之符號加上等,而省略詳細之說明。
<第1例> 圖11是顯示本實施形態之電感調整裝置之構成之第1例的圖。圖11是與圖1A對應的圖。圖12A是顯示第1線圈111及第1支持構件112之一例的圖。圖12B是顯示第2線圈113及第2支持構件114之一例的圖。圖12A是與圖2A對應的圖,圖12B是與圖2B對應的圖。
在本例,如圖11、圖12A、圖12B所示,第1線圈111及第2線圈113之捲繞數分別為2次,取相同捲繞數。另外,如圖11、圖12A、圖12B所示,第1線圈111及第2線圈113之形狀是採用平捲形狀。在此,如圖11、圖12A、圖12B所示,平捲是指在與第1線圈111、第2線圈113之軸(中心軸5)垂直之方向將水冷纜線捲繞。換句話說,以令構成第1線圈111、第2線圈113之水冷纜線在與第1線圈111、第2線圈113之軸(中心軸5)垂直之方向排列的方式,捲繞該水冷纜線。
若採用如此之平捲形狀,在將第1線圈111與第2線圈113以令其線圈面具有間隔G且相互略平行的方式配置時,可令圖11所顯示之線圈寬W變廣。線圈寬W是指相互鄰接之冷卻纜線群之與中心軸5垂直之方向之長度。當間隔G相同時,線圈寬W越廣,則磁通越難通過間隔G之間,磁阻變大。所以,可令耦合係數k變大。因此,可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β變大(參考式子(4))。換句話說,採用平捲形狀的情況下,捲繞數越多,則越可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β變大。
<第2例> 圖13是顯示本實施形態之電感調整裝置之構成之第2例的圖。圖13是與圖1A對應的圖。圖14A是顯示第1線圈131及第1支持構件132之一例的圖。圖14B是顯示第2線圈133及第2支持構件134之一例的圖。圖14A是與圖2A對應的圖,圖14B是與圖2B對應的圖。
在本例,如圖13、圖14A、圖14B所示,第1線圈131及第2線圈133之捲繞數分別為2次,取相同捲繞數。另外,如圖13、圖14A、圖14B所示,第1線圈131及第2線圈133之形狀是採用縱捲形狀。在此,如圖13、圖14A、圖14B所示,縱捲是指在沿著第1線圈111、第2線圈113之軸(中心軸5)之方向將水冷纜線捲繞。換句話說,以令構成第1線圈131、第2線圈133之水冷纜線在沿著第1線圈131、第2線圈133之軸(中心軸5)之方向排列的方式,捲繞該水冷纜線。
採用如此之縱捲形狀的情況下,線圈寬W是與捲繞數為1次的情況相同。所以,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是與捲繞數為1次的情況相同,比採用平捲形狀的情況小。然而,合成電感GL是與捲繞數之平方成比例。所以,與平捲形狀、縱捲形狀之形態無關係,相較於線圈之捲繞數為1次的情況,可令合成電感GL變大。另外,可藉由增大線圈之面積,而令合成電感GL變大。
<變形例> 本實施形態舉例說明的是捲繞數為2次的情況。然而,捲繞數並不限定於2次,亦可以是3次以上。關於捲繞數,因應電感調整裝置之大小、可變倍率β、合成電感GL之大小、電感調整裝置之成本等來決定即可。另外,本實施形態舉例說明的是令第1線圈111、第1支持構件112之捲繞數與第1線圈131、第1支持構件132之捲繞數相同的情況。然而,亦可令其捲繞數不同。 另外,亦可在本實施形態採用以第1實施形態說明之各種變形例。
(第3實施形態) 接著,說明第3實施形態。本實施形態是設置複數組之第1線圈與第2線圈之組。如此,本實施形態與第1、第2實施形態之主要差異是由第1線圈與第2線圈之組之數量不同所造成之構成。所以,在本實施形態之說明中,與第1、第2實施形態相同之部分是將與在圖1~圖14B所附加之符號相同之符號加上等,而省略詳細之說明。
圖15A、圖15B是顯示本實施形態之電感調整裝置之構成之一例的圖。圖15A是與圖11對應的圖,圖15B是與圖1B對應的圖。在圖15A舉例顯示的是設有2組之在圖11所示之第1線圈111、第1支持構件112、第2線圈113、第2支持構件114之組的情況。亦即,本實施形態之電感調整裝置具有第1線圈111a、第1支持構件112a、第2線圈113a、第2支持構件114a之組、以及、第1線圈111b、第1支持構件112b、第2線圈113b、第2支持構件114b之組。
圖16A~圖16D是顯示第1線圈111a、第2線圈113a、第1線圈111b、第2線圈113b之接線方法之一例的圖。圖16A~圖16D是與圖5A~圖5B對應的圖。 圖16A、圖16B、圖16C是顯示令第1線圈111a、第2線圈113a、第1線圈111b、第2線圈113b串聯連接之例。
在圖16A顯示的是令由第1線圈111a及第2線圈113a產生之磁通、以及、由第1線圈111b及第2線圈113b產生之磁通分別互相增強之連接。在圖16B顯示的是令由第1線圈111a及第2線圈113a產生之磁通、以及、由第1線圈111b及第2線圈113b產生之磁通分別互相削弱之連接。在圖16C顯示的是令由第1線圈111a及第2線圈113a產生之磁通互相增強、令由第1線圈111b及第2線圈113b產生之磁通互相削弱之連接。
圖16D顯示之例是令第1線圈111a及第2線圈113a串聯連接,令第1線圈111b及第2線圈113b串聯連接,令該等串聯連接之第1線圈111a及第2線圈113a、以及、第1線圈111b及第2線圈113b並聯連接。 附帶一提,在圖16A~圖16B顯示之迴路之兩端是連接交流電源迴路。
另外,關於第1線圈111a、第2線圈113a、第1線圈111b、第2線圈113b之接線方法,只要串聯或並聯連接之第1線圈及第2線圈之組是與其他之組串聯或並聯連接,則並不限定於圖16A~圖16B所示之內容。舉例來說,亦可以令第1線圈111a、第2線圈113a、第1線圈111b、第2線圈113b並聯連接。
如圖15B所示,本實施形態之電感調整裝置具有供電端子1507a~1507h與供水端子1508a~1508h。因應第1線圈111a、第2線圈113a、第1線圈111b、第2線圈113b之接線方法而令第1線圈111a、第2線圈113a、第1線圈111b、第2線圈113b之端部電性連接供電端子1507a~1507h之任一者。 根據如上內容,可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β變大。
<變形例> 本實施形態舉例說明的是設置有2組之第2實施形態之第1例(在圖11顯示之構成)之第1線圈111及第2線圈113之組的情況。然而,亦可以在第1實施形態(在圖1A~圖2B顯示之構成)、第2實施形態之第2例(在圖13~圖14B顯示之構成),設置2組之第1線圈1、131及第2線圈3、133之組。
另外,關於第1線圈及第2線圈之組之數量,並不限定於2組,亦可以是3組以上。當令第1線圈及第2線圈之組數為N組的情況下,可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β在(L-kL)÷2N~(L+kL)×2N之範圍切換。附帶一提,在此,為了令說明較為簡單,而令第1線圈與第2線圈之自感L1、L2是L。可藉由增加第1線圈及第2線圈之組之數量,而實現更加通用之電感調整裝置。所以,關係到電感調整裝置之成本削減。
另外,本實施形態亦可套用於第1實施形態及第2實施形態之任一者。再者,亦可在本實施形態採用以第1、第2實施形態說明之各種變形例。
(第4實施形態) 接著,說明第4實施形態。第1~第3實施形態舉例說明的是令第1線圈與第2線圈在與該等線圈之軸(中心軸5)垂直之方向各配置1份的情況。相對於此,本實施形態說明的是令第1線圈與第2線圈在與該等線圈之軸(中心軸5)垂直之方向分別配置複數份的情況。如此,本實施形態與第1~第3實施形態之主要差異是由在與中心軸5垂直之方向配置之第1線圈及第2線圈之數量不同所造成之構成。所以,在本實施形態之說明中,與第1~第3實施形態相同之部分是將與在圖1~圖16D所附加之符號相同之符號加上等,而省略詳細之說明。
圖17A是顯示第1線圈171a、171b及第1支持構件172之構成之一例的圖。圖17B是顯示第2線圈173a、173b及第2支持構件174之構成之一例的圖。圖17A是與圖2A對應的圖,圖17B是與圖2B對應的圖。
第1線圈171a、171b是以令其旋動軸與中心軸5同軸的方式而配置。另外,第1線圈171a、171b是配置在同一水平面(X-Y平面)。另外,第1線圈171a、171b是以保持如下狀態的方式而配置:在該等之旋動方向上之角度偏離90°。 同樣地,第2線圈173a、173b是以令其旋動軸與中心軸5同軸的方式而配置。另外,第2線圈173a、173b是配置在同一水平面(X-Y平面)。另外,第2線圈173a、173b是以保持如下狀態的方式而配置:在第1線圈171a、171b之旋動方向上之角度偏離90°。
另外,如在第1~第3實施形態之說明,配置第1線圈171a、171b及第2線圈173a、173b時,令第1線圈171a、171b之線圈面及第2線圈173a、173b之線圈面以具有間隔G之狀態而平行。間隔G可以是固定,亦可以是可變。
如圖17A所示,在第1支持構件172形成用於安裝第1線圈171a之孔172a、172b。另外,在第1支持構件172形成用於安裝第1線圈171b之孔172c~172f。孔172e、172f是用於令第1線圈171b之與第1線圈171a重疊之部分配置在與圖17A顯示之面為相反側之面,以避免第1線圈171a、171b在圖17A顯示之面上相互干涉。另外,在第1支持構件172之中心形成用於將第1支持構件172安裝在中心軸5之孔172g。
如圖17B所示,在第2支持構件174形成用於安裝第2線圈173a之孔174a、174b。另外,在第2支持構件174形成用於安裝第2線圈173b之孔174c~174f。孔174e、174f是用於令第2線圈173b之與第2線圈173a重疊之部分配置在與圖17B顯示之面為相反側之面,以避免第2線圈173a、173b在圖17B顯示之面上相互干涉。另外,在第2支持構件174之中心形成用於令第2支持構件174是與中心軸5略同軸地配置之孔174g。孔174g是以如下方式而形成:當中心軸5通過孔174g的情況下,第2支持構件174與中心軸5具有間隔。
在第1~第3實施形態,第1線圈1、81、91、111、131之旋動角度之範圍是取0°~180°。相對於此,在本實施形態,藉由如上述之構成,即便第1線圈171a、171b之旋動角度之範圍為0°~90°,亦可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是與第1~第3實施形態之電感調整裝置之值相同。
如此,藉由令第1線圈171a、171b之旋動角度之範圍變小,而抑制構成第1線圈171a、171b之水冷纜線之大幅變形之情形。所以,可在第1線圈171a、171b之可撓性具有餘裕,可提升用於令第1線圈171a、171b旋動之控制精度。
不過,與第1實施形態之變形例6之說明相同,第1線圈171a、171b之旋動角度之範圍並不限定於0°~90°。舉例來說,第1線圈171a、171b之旋動角度之範圍亦可以是0°~180°。
<變形例> 本實施形態舉例說明的是令在中心軸5垂直之方向配置之第1線圈171a、171b及第2線圈173a、173b之數量為2個的情況。然而,在與中心軸5垂直之方向配置之第1線圈及第2線圈之數量亦可以是3以上。以在與中心軸5垂直之方向配置之第1線圈及第2線圈之數量作為N(N是2以上之整數),若保持著在第1線圈之旋動方向上之角度偏離90/(N/2)°之狀態,則可令第1線圈之旋動角度之範圍為0°~180/N°。
另外,本實施形態亦可套用於第1~第3實施形態之任一者。再者,亦可在本實施形態採用以第1~第3實施形態說明之各種變形例。
(第5實施形態) 接著,說明第5實施形態。第1~第4實施形態舉例說明的是令第1線圈1、81、91、111、131、171a、171b與第2線圈3、83、93、113、133、173a、173b串聯或並聯連接且不改變該連接的情況。相對於此,本實施形態是令第1線圈與第2線圈之連接自動地改變。如此,本實施形態與第1~第4實施形態之主要差異是有無切換第1線圈與第2線圈之連接。所以,在本實施形態之說明中,與第1~第4實施形態相同之部分是將與在圖1~圖17B所附加之符號相同之符號加上等,而省略詳細之說明。
圖18是顯示用於切換第1線圈1與第2線圈3之連接之構成之一例的圖。 如圖18所示,相較於第1實施形態所說明之電感調整裝置,本實施形態之電感調整裝置更具有控制裝置181、接點切換器182。藉由使用控制裝置181與接點切換器182,而構成將第1線圈與第2線圈之連接自動變更之切換裝置。
接點切換器182具有接點182a~182c。控制裝置181是將切換指示訊號對接點切換器182輸出。該切換指示訊號包含有顯示令接點182a~182c分別開啟或閉閉之資訊。接點切換器182是依循從控制裝置181輸出之切換指示訊號所包含之資訊,而令接點182a~182c開啟或關閉。在圖18顯示之例,若接點182a、182b開啟、接點182c關閉,則第1線圈1及第2線圈3是串聯連接。另一方面,若接點182a、182b關閉、接點182c開啟,則第1線圈1及第2線圈3是並聯連接。圖18顯示的是第1線圈1及第2線圈3串聯連接之狀態。
附帶一提,切換指示訊號可以是基於操作員對控制裝置181之指示來生成而朝接點切換器182發送,亦可以是基於事先設定之排成來生成而朝接點切換器182發送。另外,亦可以是藉由其他之方法來生成切換指示訊號。
另外,在圖18顯示之例,接點切換器182之輸出端182d、182e與供電端子是相互電性連接。所以,令圖1顯示之供電端子7a~7d之任一者與接點切換器182之輸出端182d、182e相互電性連接即可。另外,此情況下,供電端子之數量不需要到4個,有2個即可。
根據如上之內容,可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β在(L-kL)÷2~(L+kL)×2之範圍切換。不過,在此,為了令說明較為簡單,而令第1線圈1與第2線圈3之自感L1、L2是L。藉由令第1線圈1與第2線圈3之連接從串聯連接切換成並聯連接、從並聯連接切換成串聯連接,可令由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β比第1實施形態還要增加。所以,可將電感調整裝置套用在更多之合用地方、更多樣之目的。因此,可實現更通用之電感調整裝置,關係到電感調整裝置之成本削減。
<變形例> 本實施形態可套用於第1~第4實施形態之任一者。另外,能以1個線圈(第1線圈、第2線圈)之單位,將線圈之連接切換成串聯連接與並聯連接之任一者。舉例來說,第1線圈有2個、第2線圈有2個的情況下,可進行令2個第1線圈串聯或並聯連接、令2個第2線圈串聯或並聯連接、令該等串聯或並聯連接之2個第1線圈及2個第2線圈串聯或並聯連接。 再者,亦可在本實施形態採用以第1~第4實施形態說明之各種變形例。
(第6實施形態) 接著,說明第6實施形態。要將電感調整裝置連接至電路內的情況下,如專利文獻1之揭示,通常是在電容器與加熱線圈之間,令電感調整裝置串聯或並聯連接加熱線圈。電感調整裝置串聯連接加熱線圈的情況下,加在電感調整裝置之電位是對加熱線圈之施加電壓加上電感調整裝置之施加電壓。因此,為了避免發生電感調整裝置之絕緣破壞等問題,會需要強化絕緣,電感調整裝置會變貴。另外,電感調整裝置並聯連接加熱線圈的情況下,為了令流到電感調整裝置之電流小,舉例來說,需要令電感調整裝置之電感變大到加熱線圈之電感之10倍程度。因此,構成電感調整裝置之線圈及磁性體之損失會變大。
於是,在本實施形態,說明令以第1~第5實施形態說明之電感調整裝置相對於共振電流而串連連接電感性負載、用以降低當包含該電感性負載之電路通電時加在該電感調整裝置之電位之構成之一例。另外,在本實施形態,說明用以在電路運作時、令第1線圈及第2線圈之至少其中1者之旋動以該電路成為共振迴路的方式而進行之構成。相較於第1~第5實施形態之電感調整裝置之構成,本實施形態之電感調整裝置更具有與第1線圈及第2線圈串聯連接之電容器。在以下之說明,因應需要而將該電容器稱作用於補償電壓下降之電容器。另外,相較於第1~第5實施形態之電感調整裝置之構成,本實施形態之電感調整裝置更具有進行控制之控制裝置,該控制是用於進行第1線圈及第2線圈之至少其中1者之旋動。
如此,相較於第1~第5實施形態之電感調整裝置,本實施形態之電感調整裝置是追加用於補償電壓下降之電容器與控制裝置。所以,在本實施形態之說明中,與第1~第5實施形態相同之部分是將與在圖1~圖18所附加之符號相同之符號加上等,而省略詳細之說明。附帶一提,前述之令電感調整裝置相對於共振電流而串聯連接電感性負載是指令電感調整裝置電性連接共振迴路,藉此,以共振電流不分歧的方式令電感調整裝置連接於共振迴路。
圖19A~圖19D是顯示電感調整裝置之連接例的圖。在此舉例說明的是令電感調整裝置連接感應加熱裝置的情況。感應加熱裝置是令交流電流在加熱線圈流動而產生磁場,藉由令磁場穿過鋼板等金屬板所產生之渦電流,而對該金屬板進行感應加熱。
在圖19A~圖19D,因為標記的需求,而將相互電性連接之第1線圈及第2線圈以線圈191a來合併顯示。線圈191a之一端是與用於補償電壓下降之電容器191b之一端電性連接。所以,用於補償電壓下降之電容器191b是與第1線圈及第2線圈電性連接。線圈191a之另一端及用於補償電壓下降之電容器191b之另一端是與電感調整裝置之外部連接。所以,在圖19A~圖19D顯示之例,線圈191a之另一端及用於補償電壓下降之電容器191b之另一端是與供電端子7a~7d之任一者電性連接。另外,當在第5實施形態之電感調整裝置設置用於補償電壓下降之電容器191b的情況下,前述之說明中之線圈191a之一端、另一端是分別以接點切換器182之輸出端182d、182e來取代。
在本實施形態舉例說明的是使用電流型反向器192a或電壓型反向器192b之任一者來作為交流電源迴路的情況。 圖19A顯示之第1例是令電感調整裝置191與具有電流型反向器192a、變壓器193、用於共振之電容器194、加熱線圈195之感應加熱裝置連接。在圖19A顯示之第1例,由電流型反向器192a來看的情況下,用於共振之電容器194與加熱線圈195是並聯連接,電感調整裝置191是連接在用於共振之電容器194與加熱線圈195之間。圖19A顯示之第1例是令以並聯共振產生之大電流流到加熱線圈195,藉此進行感應加熱。共振電流I是在巡迴電感調整裝置191、用於共振之電容器194、加熱線圈195之路徑流動。
圖19B顯示之第2例是令電感調整裝置191與具有電壓型反向器192b、變壓器193、用於共振之電容器196a、196b、加熱線圈195之感應加熱裝置連接。在圖19B顯示之第2例,由電壓型反向器192b來看的情況下,用於共振之電容器196a、196b與加熱線圈195是串聯連接,電感調整裝置191是連接在用於共振之電容器196a與加熱線圈195之間。圖19B顯示之第2例是令以串聯共振產生之大電流流到加熱線圈195,藉此進行感應加熱。共振電流I是在巡迴電感調整裝置191、用於共振之電容器196a、變壓器193(之2次捲線)、用於共振之電容器196b、加熱線圈195之路徑流動。
在圖19A及圖19B所顯示之第1、第2例,線圈191a之電感是前述之合成電感GL。另外,以用於共振之電容器194之靜電容及用於共振之電容器196a、196b之合成靜電容分別作為C2,以用於補償電壓下降之電容器191b之靜電容作為C1,以加熱線圈195之電感作為LL。於是,線圈191a之電感(亦即合成電感GL)與加熱線圈195之電感LL的合成電感LT是以下面之式子(6)表示。另外,用於共振之電容器194之靜電容C2或用於共振之電容器196a、196b之合成靜電容C2、以及、用於補償電壓下降之電容器191b之靜電容C1的合成靜電容CT是以下面之式子(7)式表示。於是,共振頻率f是以下面之式子(8)式表示。 LT=GL+LL ...(6) CT=C1‧C2/(C1+C2) ...(7) f=1/2π√(LT‧CT) ...(8)
圖19C顯示之第3例是令電感調整裝置191與具有電流型反向器192a、變壓器193、加熱線圈195之感應加熱裝置連接。在圖19C顯示之第3例,由電流型反向器192a來看的情況下,電感調整裝置191與加熱線圈195是並聯連接。圖19C顯示之第3例是令以並聯共振產生之大電流流到加熱線圈195,藉此進行感應加熱。共振電流I是在巡迴電感調整裝置191、加熱線圈195之路徑流動。
圖19D顯示之第4例是令電感調整裝置191與具有電壓型反向器192b、變壓器193、加熱線圈195之感應加熱裝置連接。在圖19D顯示之第4例,由電壓型反向器192b來看的情況下,電感調整裝置191與加熱線圈195是串聯連接。圖19D顯示之第4例是令以串聯共振產生之大電流流到加熱線圈195,藉此進行感應加熱。共振電流I是在巡迴電感調整裝置191、加熱線圈195、變壓器193(之2次捲線)之路徑流動。
在圖19C及圖19D所顯示之第3、第4例,線圈191a之電感(亦即合成電感GL)與加熱線圈195之電感為LL的合成電感LT是以前述之式子(6)表示。於是,共振頻率f是以下面之式子(9)表示。 f=1/2π√(LT‧C1) ...(9)
如前述,可藉由第1線圈之旋動等而令電感調整裝置191之合成電感GL自動地連續地改變。所以,可在沒有切掉電源(亦即,沒有令電流型反向器192a、電壓型反向器192b之動作停止)之情形下,令共振迴路之電感連續地改變。因此,可令感應加熱裝置穩定運轉。關於用於補償電壓下降之電容器之靜電容C1,可以是以能夠補償電感調整裝置191之合成電感GL之延遲量的方式,依循下面之式子(10)來選定。 C1=1/{(2πf)
2‧GL} ...(10)
式子(10)之合成電感GL是採用電感調整裝置191之合成電感GL之代表值。電感調整裝置191之合成電感GL之代表值舉例來說是電感調整裝置191之合成電感GL之可變範圍(最大值與最小值)之1/2之值(亦即平均值)。另外,式子(10)之f是共振頻率。
另外,令電感調整裝置191相對於共振電流I而串聯連接加熱線圈195的情況下,加在電感調整裝置191之電位是加熱線圈195之施加電壓(=V2)加上電感調整裝置191之施加電壓(=V1-V2)。因此,若進行電感調整裝置之高電壓對策(絕緣對策),則電感調整裝置會變得非常貴。該高電壓之原因是:由於在身為電感性負載之加熱線圈195流動之延遲電流,電感調整裝置191之電壓下降量會加到加熱線圈195之施加電壓。
於是,如圖19A~圖19B所示,本實施形態是在線圈191之負載側串聯連接用於補償電壓下降之電容器191b。藉此,補償由該延遲電流造成之電感調整裝置191之電壓下降量。藉此,電感調整裝置191之施加電壓變低,而不需要對電感調整裝置191實施高電壓對策。結果,能以低成本來實現電感調整裝置191。
控制裝置197監視加熱線圈195之電感之值。控制裝置197是因應加熱線圈195之電感之值而變更電感調整裝置191之合成電感GL。電感調整裝置191之合成電感GL之變更是藉由令第1線圈及第2線圈之至少其中一者旋動而進行。此時,控制裝置197是以令在加熱線圈195流動之電流之頻率成為共振頻率f的方式,變更電感調整裝置191之合成電感GL。如此,包含加熱線圈195之電路會成為共振迴路。
關於決定第1線圈及第2線圈之至少其中一者之旋動角度之方法,舉例來說是如下所示。首先,事先調查第1線圈及第2線圈之至少其中一者之旋動角度與電感調整裝置191之合成電感GL的關係。控制裝置197記憶將該關係予以顯示之資訊。控制裝置197是因應加熱線圈195之電感之值而計算用於成為共振頻率f之電感調整裝置191之合成電感GL之值。然後,控制裝置197是由前述關係來導出與計算之值對應之旋動角度。
附帶一提,亦可在本實施形態採用以第1~第5實施形態說明之各種變形例。 另外,在各實施形態,只要是設計上之公差之範圍內,則可將大小之不同、方向之偏離視為不存在。
(實施例) 接著,說明實施例。 <實施例1> 本實施例是使用第1實施形態之電感調整裝置。 第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之形狀是在圖2A及圖2B顯示之形狀。第1周回部1a、第2周回部1b、第3周回部3a、第4周回部3b之長方向之長度是取300mm,短方向之長度是取150mm。
以令45sq之李茲線在軟管通行之物來作為第1線圈1及第2線圈3,令第1線圈1及第2線圈3串聯連接。令1500A、35kHz之交流電流在第1線圈1及第2線圈3流動,以由第1線圈1及第2線圈3產生之磁場最相互削弱之狀態(圖4之最上方顯示之第2狀態)時之第1線圈1之旋動角度作為0°,測量令第1線圈1以30°節距在0°~180°之範圍旋動之情況下之合成電感GL與電感調整裝置之電力損失。其結果是顯示在下面。
合成電感GL之最小值(0°):0.59μH 合成電感GL之最大值(180°):1.93μH 可變倍率β=1.93/0.59≒3.27倍 電力損失W=4.3kW 另外,第1線圈1之旋轉角度與合成電感GL之關係是略比例關係。
<比較例1> 藉由水冷銅管而製作3匝之螺線管線圈,如專利文獻1之記載般地在該螺線管線圈內配置磁性核,以此作為實施例1之比較例之電感調整裝置。令1500A、35kHz之交流電流在該螺線管線圈流動之狀態下,改變磁性核在螺線管線圈之占有率,測量電感調整裝置之電感與電感調整裝置之電力損失。其結果是顯示在下面。
電感之最小值:0.025μH 電感之最大值:0.08μH 可變倍率β=0.08/0.025≒3.3倍 電力損失W=131kW 如以上內容,在實施例1與比較例1,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是略同等,但比較例1之電力損失W是實施例1之約30倍。
<實施例2> 本實施例是使用第2實施形態之第1例之電感調整裝置。 第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之形狀是在圖12A及圖12B顯示之形狀。第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之長方向之長度是取300mm,短方向之長度是取150mm。另外,第1線圈111及第2線圈113之捲繞數是2次。
以令45sq之李茲線在軟管通行之物來作為第1線圈111及第2線圈113,令第1線圈111及第2線圈113串聯連接。令1500A、35kHz之交流電流在第1線圈111及第2線圈113流動,以由第1線圈111及第2線圈113產生之磁場最相互削弱之狀態之第1線圈111之旋動角度作為0°,測量令第1線圈111以30°節距在0°~180°之範圍旋動之情況下之合成電感GL與電感調整裝置之電力損失。其結果是顯示在下面。
合成電感GL之最小值(0°):2.23μH 合成電感GL之最大值(180°):7.70μH 可變倍率β=7.70/2.23≒3.45倍 電力損失W=8.45kW 另外,第1線圈111之旋轉角度與合成電感GL之關係是略比例關係。
相較於實施例1,在本實施例,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β變大,另外,相較於比較例1,本實施例亦可令電力損失大幅降低。
<實施例3> 本實施例是使用第2實施形態之第2例之電感調整裝置。 第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之形狀是在圖13、圖14A、圖14B顯示之形狀。第1周回部、第2周回部、第3周回部、第4周回部之長方向之長度是取300mm,短方向之長度是取150mm。另外,第1線圈131及第2線圈133之捲繞數是2次。
以令45sq之李茲線在軟管通行之物來作為第1線圈131及第2線圈133,令第1線圈131及第2線圈133串聯連接。令1500A、35kHz之交流電流在第1線圈131及第2線圈133流動,以由第1線圈131及第2線圈133產生之磁場最相互削弱之狀態之第1線圈131之旋動角度作為0°,測量令第1線圈131以30°節距在0°~180°之範圍旋動之情況下之合成電感GL與電感調整裝置之電力損失。其結果是顯示在下面。
合成電感GL之最小值(0°):2.69μH 合成電感GL之最大值(180°):7.56μH 可變倍率β=7.56/2.69≒2.8倍 電力損失W=8.63kW 另外,第1線圈131之旋轉角度與合成電感GL之關係是略比例關係。
由於本實施例是使用縱捲形狀之第1線圈131及第2線圈133,故相較於實施例2,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是變小,但其值是實用上沒問題之水準。另外,相較於比較例1,可令電力損失大幅降低。
<實施例4> 在本實施例,除了令第1線圈111及第2線圈113並聯連接之外,其他條件是與實施例2相同,測量合成電感GL與電感調整裝置之電力損失。其結果是顯示在下面。
合成電感GL之最小值(0°):0.56μH 合成電感GL之最大值(180°):1.93μH 可變倍率β=1.93/0.56≒3.45倍 電力損失W=8.6kW 另外,第1線圈111之旋轉角度與合成電感GL之關係是略比例關係。
相較於實施例1,在本實施例,由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β變大。另外,相較於比較例1,本實施例亦可令電力損失大幅降低。另外,若將本實施例與實施例2予以比較,則由合成電感GL之交流電源迴路來看之可變倍率β是相同,但本實施例之合成電感GL之大小是實施例2之1/4。所以,可藉由如第5實施形態般地構成電感調整裝置,將第1線圈111及第2線圈113之連接予以切換,而令合成電感GL之範圍變廣。
<實施例5> 在本實施例是藉由以下之條件,計算加在圖19A顯示之與感應加熱裝置連接之電感調整裝置191之電位(-V1)。其結果是V1≒5kV。
‧電性常數條件 加熱線圈195之電感LL=5.7μH 用於共振之電容器194之靜電容C2=3.66μF 合成電感GL=8.5μH 用於補償電壓下降之電容器191b之靜電容C1=2.43μF 不過,在式子(10),以GL是8.5μH、共振頻率f是35kHz,而概算用於補償電壓下降之電容器191b之靜電容C1。
‧運轉條件 運轉頻率f=35kHz 在加熱線圈165流動之共振電流I=4000A
<實施例6> 本實施例是藉由以下之條件,計算加在與實施例5相比沒有設置用於補償電壓下降之電容器191b之構成之電感調整裝置之電位(=V1)。其結果是V1≒12.5kV,確認到加在電感調整裝置之電位比實施例5還高。不過,由於是實施高電壓對策之範圍,故有實施高電壓對策的話,實用上沒問題。
‧電性常數條件 加熱線圈195之電感LL=5.7μH 用於共振之電容器194之靜電容C2=1.46μF 合成電感GL=8.5μH 用於補償電壓下降之電容器191b之靜電容C1:0μF(未設置用於補償電壓下降之電容器191b)
‧運轉條件 運轉頻率f=35kHz 在加熱線圈195流動之共振電流I=4000A
附帶一提,以上說明之本發明之實施形態及實施例皆只是顯示將本發明予以實施之具體例,並不因為這些而令本發明之技術範圍被限定地解釋。亦即,本發明可在沒超脫其技術思想或其主要特徴之情形下,以各式各樣之形式來實施。 産業利用性
本發明可使用在具有電感性負載之電路等。
1、81、91、111、111a、111b、131、171a、171b...第1線圈 1a、81a、91a...第1周回部 1b、81b、91b...第2周回部 1c、81c、91c...第1連接部 1d、81d、91d...第1拉出部 1e、81e、91e...第2拉出部 1f、1g、3f、3g、81f、81g、83f、83g、91f、91g、93f、93g...第1端 1h、1i、3h、3i、81h、81i、83h、83i、91h、91i、93h、93i...第2端 1j、1k、3j、3k...中心 2、82、92、112、112a、112b、132、172...第1支持構件 2a、2b、2c、4a、4b、4c、82a、82b、82c、84a、84b、84c、92a、92b、92c、94a、94b、94c、172a~172g、174a~174g...孔 3、83、93、113、113a、113b、133、173a、173b...第2線圈 3a、83a、93a...第3周回部 3b、83b、93b...第4周回部 3c、83c、93c...第2連接部 3d、83d、93d...第3拉出部 3e、83e、93e...第4拉出部 4、84、94、114、114a、114b、134、174...第2支持構件 5...中心軸 6...驅動裝置 7a~7d、1507a~1507h...供電端子 8a~8d、1508a~1508h...供水端子 9...殼體 181、197...控制裝置 182...接點切換器 182a~182c...接點 182d、182e...輸出端 191...電感調整裝置 191a...線圈 191b...用於補償電壓下降之電容器 192a...電流型反向器 192b...電壓型反向器 193...變壓器 194、196a、196b...用於共振之電容器 195...加熱線圈 C1、C2...靜電容 CT...合成靜電容 f...共振頻率 I...共振電流 LL...電感 LT...合成電感 G...間隔 GL...合成電感 V1、V2...施加電壓 W...線圈寬
圖1A...顯示電感調整裝置之構成之第1例的圖。 圖1B...顯示圖1A之電感調整裝置之配置有供電端子之面之樣子之一例的圖。 圖2A...顯示第1線圈及第1支持構件之第1例的圖。 圖2B...顯示第2線圈及第2支持構件之第1例的圖。 圖3A...將某狀態之第1線圈、及以中心軸作為旋動軸而由該狀態旋動180°之狀態之第1線圈重疊顯示的圖。 圖3B...將某狀態之第2線圈、及以中心軸作為旋動軸而由該狀態旋動180°之狀態之第2線圈重疊顯示的圖。 圖4...顯示第1線圈與第2線圈之位置關係之一例的圖。 圖5A...將在第1線圈及第2線圈產生之磁通之方向之第1例與第1線圈、第2線圈之迴路記號一起顯示的圖。 圖5B...將在第1線圈及第2線圈產生之磁通之方向之第2例與第1線圈、第2線圈之迴路記號一起顯示的圖。 圖6A...將在第1線圈及第2線圈產生之磁通之第1例與配置在電感調整裝置之狀態之第1線圈、第2線圈一起顯示的圖。 圖6B...將在第1線圈及第2線圈產生之磁通之第2例與配置在電感調整裝置之狀態之第1線圈、第2線圈一起顯示的圖。 圖7A...顯示本實施形態之電感調整裝置之電感與旋動角度之關係之一例的圖。 圖7B...顯示專利文獻3所記載之技術之電感與旋動角度之關係之一例的圖。 圖8A...顯示第1線圈及第1支持構件之第1變形例的圖。 圖8B...顯示第2線圈及第2支持構件之第1變形例的圖。 圖9A...顯示第1線圈及第1支持構件之第2變形例的圖。 圖9B...顯示第2線圈及第2支持構件之第2變形例的圖。 圖10...顯示電感調整裝置之構成之變形例的圖。 圖11...顯示電感調整裝置之構成之第2例的圖。 圖12A...顯示第1線圈及第1支持構件之第2例的圖。 圖12B...顯示第2線圈及第2支持構件之第2例的圖。 圖13...顯示電感調整裝置之構成之第3例的圖。 圖14A...顯示第1線圈及第1支持構件之第3例的圖。 圖14B...顯示第2線圈及第2支持構件之第3例的圖。 圖15A...顯示電感調整裝置之構成之第4例的圖。 圖15B...顯示圖15A之電感調整裝置之配置有供電端子之面之樣子之一例的圖。 圖16A...顯示第1線圈、第2線圈、第1線圈、第2線圈之接線方法之第1例的圖。 圖16B...顯示第1線圈、第2線圈、第1線圈、第2線圈之接線方法之第2例的圖。 圖16C...顯示第1線圈、第2線圈、第1線圈、第2線圈之接線方法之第3例的圖。 圖16D...顯示第1線圈、第2線圈、第1線圈、第2線圈之接線方法之第4例的圖。 圖17A...顯示第1線圈及第1支持構件之第5例的圖。 圖17B...顯示第2線圈及第2支持構件之第5例的圖。 圖18...顯示用於將第1線圈與第2線圈之連接予以切換之構成之一例的圖。 圖19A...顯示套用電感調整裝置之電路之第1例的圖。 圖19B...顯示套用電感調整裝置之電路之第2例的圖。 圖19C...顯示套用電感調整裝置之電路之第3例的圖。 圖19D...顯示套用電感調整裝置之電路之第4例的圖。
Claims (13)
- 一種電感調整裝置,是調整電路之電感之電感調整裝置,其特徵在於具有:第1線圈,具有第1周回部、第2周回部、第1連接部;及第2線圈,具有第3周回部、第4周回部、第2連接部;前述第1周回部、前述第2周回部、前述第3周回部、前述第4周回部分別是以包圍其內側之區域的方式而周回之部分;前述第1連接部是令前述第1周回部之一端與前述第2周回部之一端相互連接之部分;前述第2連接部是令前述第3周回部之一端與前述第4周回部之一端相互連接之部分;前述第1線圈與前述第2線圈是串聯或並聯地連接;前述第1周回部與前述第2周回部是在同一面;前述第3周回部與前述第4周回部是在同一面;前述第1周回部與前述第2周回部、以及、前述第3周回部與前述第4周回部是以具有間隔且平行之狀態而配置;前述第1線圈與前述第2線圈之至少其中一者是以前述第1線圈及前述第2線圈之軸作為旋動軸而旋動;前述軸是通過前述第1周回部之中心及前述第2周回部之中心之中間之位置、前述第3周回部之中心及第4周回部之中心之中間之位置的軸;前述第1周回部與前述第2周回部是以保持如下狀態的方式而配置:在前述第1線圈及前述第2線圈之至少其中一者旋動之方向上之角度偏離180°;前述第3周回部與前述第4周回部是以保持如下狀態的方式而配置:在前述第1線圈及前述第2線圈之至少其中一者旋動之方向上之角度偏離180°。
- 如請求項1之電感調整裝置,其中以包含第1狀態及第2狀態之雙狀態或單狀態的方式,令前述第1線圈及前述第2線圈之至少其中一者旋動;前述第1狀態是前述第1周回部與前述第3周回部位於相互對向之位置、且、前述第2周回部與前述第4周回部位於相互對向之位置之狀態;前述第2狀態是前述第1周回部與前述第4周回部位於相互對向之位置、且、前述第2周回部與前述第3周回部位於相互對向之位置之狀態。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中前述第1線圈之在第1方向之旋動角度之絕對值、前述第2線圈之在第2方向之旋動角度之絕對值的合計的範圍是0。~180°,前述第2方向是與前述第1方向相反之方向。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中前述第1周回部、前述第2周回部、前述第3周回部、前述第4周回部之形狀及大小是在其全長之60%以上之部分相同。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中前述第1線圈旋動,前述第2線圈不旋動。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中前述第1線圈及前述第2線圈是在與前述軸垂直之方向捲繞2次以上之線圈。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中前述第1線圈及前述第2線圈之組是具有複數組;前述複數組是串聯或並聯地連接。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中前述第1線圈及前述第2線圈是分別在與前述軸垂直之方向配置複數個。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,更具有:切換裝置,將前述串聯地連接與前述並聯地連接予以切換。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中在前述電路運作時進行前述旋動。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,更具有與前述第1線圈、前述第2線圈電性連接之電容器;前述電容器是用於降低當前述電路通電時加在前述電感調整裝置之電位之電容器。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其變更前述第1線圈及前述第2線圈之至少其中一者之沿著前述軸之方向之位置。
- 如請求項1或2之電感調整裝置,其中前述第1線圈及前述第2線圈是以不令在前述電路流動之共振電流分歧的方式而連接於前述電路。
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