JPH02201908A - インダクタンス素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ産業上の利用分野 本発明はインダクタンス素子に関し、例えばスイッチン
グレギュレータ回路に適用して好適なものである。

Ｂ発明の概要 本発明は、インダクタンス素子において、磁気回路の実
効透磁率を電気機械結合素子で可変することにより、簡
易な構成で、高速度でインダクタンスを可変制御するこ
とができる。

Ｃ従来の技術 従来、スイッチングレギュレータ回路においては、スイ
ッチングトランスに印加される駆動電源の周波数を制御
することにより、当該２次出力電圧を所定の電圧に保持
するようになされたものがある。

すなわち第６図において、１は全体としてスイッチング
レギュレータ回路を示し、ダイオード２〜５で商用電源
を全波整流した後、平滑コンデンサ６で平滑する。

第７図に示すようにトランジスタ８及び９は、直列接続
された状態で駆動回路１１から所定期間の間、順次交互
に信号レベルが立ち上がる駆動信号Ｓ□及びＳｂ２（第
７図（Ａ）及び（Ｂ））を受けるようになされている。

さらにトランジスタ８及び９は、平滑された電源を受け
るようになされ、これにより駆動信号ＳＤＩ及びＳＤＩ
の信号レベルが立ち上がる期間の間、順次交互にオン動
作するようになされている。

これに対してスイッチングトランス１２は、１次巻線の
一端が、インダクタンス素子でなるコイル１３を介して
トランジスタ８及び９の接続中点に接続され、１次巻線
の他端がコンデンサ１５を介して平滑コンデンサ６の負
側端子に接続されるようになされている。

これによりスイッチングトランス１２においては、トラ
ンジスタ８及び９が交互にオン動作すると、これに応動
して充放電電流が流れるようになされ、２次巻線に２次
電圧が誘起されるようになされている。

かくしてスイッチングレギュレータ回路１においては、
当該２次電圧をダイオード１７及び１８で両波整流した
後平滑コンデンサ１９で平滑して２次出力電圧■。。、
として出力するようになされている。

これに対して駆動回路１９は、２次出力電圧ＶＯｔ＋Ｔ
を受け、当該２次出力電圧Ｖ。ｕアが所定電圧になるよ
うに、駆動信号ＳＤＩ及びＳｆｌ！の繰り返し周期を制
御する。

これにより、スイッチングレギュレータ回路１において
は、所定電圧に保持された２次出力電圧ｖｏｔｅＴが得
られるようになされている。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところで、この種のスイッチングレギュレータ回路１に
おいて、小型形状の平滑コンデンサ６を用いるようにす
れば、スイッチングレギュレータ回路１全体に対して平
滑コンンデンサ６の占める大きさが大きいことから、ス
イッチングレギュレータ回路全体を小型化できると考え
られる。

ところが第８図に示すように、小型形状の容量の小さな
平滑コンデンサを用いるようにすると、トランジスタ８
に印加されるｔ源電圧Ｖ’ｓ（第８図（Ａ））にリップ
ルが重畳され、電源電圧ＶＩＮが脈動するようになる。

従ってスイッチングレギュレータ回路１においては、脈
動する電源電圧ＶＩＮに対して、２大出力電圧Ｖ。Ｕア
を所定電圧に保持するために、駆動信号ＳＤＩ及び５Ｌ
ｌｚの繰り返し周期を大きな範囲で可変制御しなければ
ならず、このままでは安定にトランジスタ８及び９を駆
動することが困難になる。

そこで、コイル１３のインダクタンスしく第８図（Ｂ）
）を電源電圧ＶＩＮの脈動に応じて変化させるようにし
、電源電圧■１Ｎが脈動しても、所定の波高値に保持さ
れた電圧をスイッチングトランス１２に印加する方法が
考えられる。

このようにすれば、トランジスタ８及び９を安定に駆動
することができるだけでなく、コイル１３による損失を
低減して、スイッチングレギュレ開示されたコイル等の
インダクタンスを可変する方法においては、電源電圧ｖ
１．４の脈動に追従するようにインダクタンスを可変制
御し得ない問題があり、実用上この種のスイッチングレ
ギュレータ回路には適用し得ない問題があった。

これに対して第９図及び第１０図に示すように、磁性流
体を用いてインダクタンスを可変する方法も考えられる
。

すなわちコイル２０においては、巻線２１を捲回したコ
ア２２のギャップ２３に、非磁性体のシリンダ２４を配
置する。

シリンダ２４内には、磁性流体２５が封入され、ピスト
ン２６を操作することにより、シリンダ２４内を磁性流
体２５が移動するようになされている。

このようにすれば、当該コイル２０の磁気回路において
は、磁性流体２５の位置に応じて磁気抵抗を可変制御し
得、これに応動してコイル２０のインダクタンスを可変
制御し得る。

ところがこの方法の場合でも、電源電圧■、の脈動に追
従するようにインダクタンスを可変制御することが困難
な問題があり、実用上未だ不充分な問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高速度で
インダクタンスを可変し得るインダクタンス素子を提案
しようとするものである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、磁気回
路（３４，３５）と、磁気回路（３４，３５）に捲回さ
れた巻線３６とを有するインダクタンス素子３２におい
て、電気機械結合素子３８を用いて、磁気回路（３４，
３５）の実効透磁率を可変することにより、巻線３６の
インダクタンスＬを可変するようにする。

Ｆ作用 電気機械結合素子３８を用いて、磁気回路（３４，３５
）の実効透磁率を可変するようにすれば、高速度でイン
ダクタンスＬを可変することができる。

Ｇ実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

（Ｇ１）第１の実施例 第６図との対応部分に同一符号を付して示す第１図にお
いて、３０は全体としてスイッチングレギュレータ回路
を示し、従来に比して格段的に容量の小さな小型形状の
平滑コンデンサ３１を用いて、整流された電源を平滑す
るようになされている。

これにより電源電圧■、にはリップルが重畳され、電源
電圧Ｖ　、、（７）波高値が２００〔ｖ〕カら１００（
Ｖ）の範囲で脈動するようになされている。

さらにこの実施例においては、第２図に示すようなコイ
ル３２を用いて、電源電圧ＶＩＮが脈動しても、所定の
波高値に保持された電圧がスイッチングトランス１２に
印加されるようになされている。

すなわち第２図に示すようにコイル３２においては、２
つのコ字状のコア３４及び３５で磁気回路が構成され、
コア３４に所定回数だけ巻線３６が捲回されるようにな
されている。

コア３４及び３５の脚３４Ａ及び３５Ａには、溝３４Ｂ
及び３５Ｂが形成されるようになされている。

これに対して圧電効果を利用した電気機械結合素子でな
る圧電素子３８は、溝３４Ｂ及び３５Ｂ間に介挿された
状態で、圧電素子３８の側面と溝３４Ｂ及び３５Ｂが接
着されるようになされ、これによりコア３４及び３５の
脚３４Ａ及び３５Ａ間にギャップ３９が形成されるよう
になされている。

従って当該ギャップ３９は、印加電圧に応じて当該圧電
素子３８が伸縮することにより、大きさが変化するよう
になされ、この実施例においては、ギャップ３９の大き
さが０．１　（ｍｍ）　〜０．０５　（ｍｍ）の範囲で
変化するようになされている。

従ってコイル３２においては、ギャップ３９の変化に応
じて磁気抵抗が変化し、これにより実効透磁率が変化し
て、当該コイル３２のインダクタンスＬが変化するよう
になされている。

実際上、圧電素子３８においては、比較的高い周波数で
駆動するようにしても、当該周波数に追従して伸縮させ
ることができる。

従って、このように圧電素子３８で実効透磁率を変化さ
せて、インダクタンスＬを可変する場合においては、電
源電圧■ＩＮの脈動に対しても、これに追従してインダ
クタンスＬを可変することができる。

かくしてこの実施例においては、ギャップ３９が０．１
　（ｍｍ）　〜０．０５　（ｏｌｌ）の範囲で変化した
とき、コイル３２のインダクタンスＬが１０〔μＨ〕〜
２０〔μＨ〕の範囲で変化するように、巻線３６の捲回
数が選定されている。

これに対して制御回路４０は、増幅回路４１を介して圧
電素子３８に駆動信号を出力し、これにより電源電圧Ｖ
ＩＮに応じてコイル３２のインダクタンスＬを可変制御
するようになされている。

これにより、スイッチングトランス１２においては、所
定の波高値に保持された電圧が印加されるようになされ
ている。

かくして、電源電圧ＶＩＮが脈動してもトランジスタ８
及び９を安定に駆動し得、全体として小型形状で、効率
の高いスイッチングレギュレータ回路３０を得ることが
できる。

以上の構成によれば、ギャップ３９間に電気機械変換素
子でなる圧電素子３８を配置して、磁気回路の実効透磁
率を可変することにより、電源電圧■、の脈動に追従し
てコイル３２のインダクタンスを可変することができる
。

かくして、容量の小さい小型形状の平滑コンデンサ３１
を用いても、スイッチングトランス１２に印加される電
圧を所定の波高値に保持し得ることから、全体として小
型形状で、効率の高いスイッチングレギュレータ回路を
得ることができる。

（Ｇ２）第２の実施例 第３図に示すようにこの実施例のおいては、コアを直接
可動する代わりにギャップ４５間に介挿した磁性片４６
を可動させて、コイル４７のインダクタンスを可変制御
する。

すなわちコイル４７においては、Ｅ型のコア４８に対向
するように、同じくＥ型のコア４９が配置されるように
なされ、コア４８及び４９の中央の脚４８Ａ及び４９Ｂ
間にギャップ４５が形成されるようになされている。

コア４９の上部には、当該コア４９の端部に、取り付は
部材５０を介して一端を固定するようになされたベンデ
ィング素子５１が配置されている。

ベンディング素子５１は、板状の非磁性材料で構成され
、当該ベンディング素子５１とコア４９の間に圧電素子
５２が配置されるようになされている。

これによりベンディング素子５１においては、圧電素子
５２の伸縮に応じて、ベンディング素子５１の他端が、
取り付は部材５０を支点にして上下に可動するようにな
されている。

このベンディング素子５１の可動端には、非磁性材料で
なる棒状の支持部材５５を介して、円筒形状の磁性片４
６が取り付けられるようになされ、当該磁性片４６が脚
４９Ａの貫通穴４９Ｋを貫通して、脚４８Ａと対向する
ようになされている。

かくしてこの実施例においては、コア４８及び４９と磁
性片４６とで磁気回路が構成されるようになされ、圧電
素子５２の伸縮に応じて、ベンディング素子５１の他端
が上下に可動することにより、磁性片４６が上下に可動
し、これにより磁気回路の実効透磁率を可変し得るよう
になされている。

実際上、このようにベンディング素子５１の一端を支点
にして圧電素子５２の伸縮により残りの他端を可動する
ようにすれば、ベンディング素子５１の可動にテコの原
理を利用し得、圧電素子５２の伸縮量が小さな場合でも
、ギャップ４５を大きく可変することができる。

従ってコイル４６においては、圧電素子５２の伸縮量が
小さな場合でも、ギャップ４５を太き（可変することが
できる。

これに対してコア４８及び４９のＪ！！４８Ａ及び４９
Ａには、所定回数だけ巻線５７が捲回されるようになさ
れている。

かくして、ギャップ４５を可変することにより、当該コ
イル４６のインダクタンスを可変することができる。

第３図の構成によれば、電気機械変換素子でなる圧電素
子５２とベンディング素子５１とを組み合わせて、磁気
回路の実効透磁率を可変したことにより、圧電素子５２
の伸縮量が小さな場合でも、インダクタンスを大きく可
変することができる。

かくして、スイッチングレギュレータ回路に適用して、
第１の実施例と同様の効果を得ることができると共にさ
らに一段と効率を改善することができる。

（Ｇ３）第３の実施例 第４図に示すようにこの実施例においては、ベンディン
グ素子５１及び圧電素子５２に代えてバイモルフ５９を
用いてコイル６０のインダクタンスを可変する。

すなわち圧電素子を積層して形成された電気機械変換素
子でなるバイモルフ５９は、取り付は部材５０で一端が
コア４９に固定され、支持部材５５を介して残りの他端
に磁性片４６が取り付けられるようになされている。

従ってバイモルフ５９に、所定電圧を印加することによ
り、磁性片４６を上下に可動し得、当該コイル６０のイ
ンダクタンスを可変することができる。

第３図の構成によれば、電気機械変換素子としてバイモ
ルフ５９を用いるようにしても、第１の実施例と同様の
効果を得ることができる。

（Ｇ４）第４の実施例 第５図に示すようにこの実施例においては、コア４８に
代えてコア４９と同一形状のコア６９を用いるようにす
る。

すなわちコイル７０においては、上側のコア４９の貫通
穴４９にと、下側のコア６９の貫通穴６９にとを上下す
るように、円筒形状の磁性片７１が配置され、これによ
り実効透磁率を可変して、インダクタンスを可変するよ
うになされている。

第３図の構成によれば、同一形状のコア４９及び６９を
用いるようにしても、第１の実施例と同様の効果を得る
ことができる。

（Ｇ５）他の実施例 なお上述の実施例においては、Ｅ型のコア及びコ字状の
コアを用いた場合について述べたが、コアの形状はこれ
に限らず、例えば同軸形状のコア等積々の形状のコアを
広く適用することができる。

さらに上述の実施例においては、Ｅ型のコアの中央の脚
に、巻線を捲回する場合について述べたが、本発明はこ
れに限らず、必要に応じて中央の脚の両側の脚に捲回す
るようにしてもよい。

さらに上述の実施例においては、電気機械変換素子とし
て、圧電効果を利用した圧電素子及びバイモルフを用い
る場合について述べたが、電気機械変換素子はこれに限
らず、例えばボイスコイルモータ等磁気効果を利用する
電気機械変換素子を用いるようにしても同様の効果を得
ることができる。

さらに上述の実施例においては、スイッチングレギュレ
ータ回路のコイルに本発明を適用した場合について述べ
たが、本発明はスイッチングレギュレータ回路に限らず
、種々の電子回路においてコイルのインダクタンスを可
変する場合に広く適用することができる。

さらに上述の実施例においては、コイルに本発明を適用
した場合について述べたが、本発明はコイルに限らず、
例えばスイッチングトランスのインダクタンスを可変す
る場合等インダクタンス素子のインダクタンスを可変す
る場合に広（適用することができる。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、磁気回路の実効透磁率を
電気機械結合素子で可変することにより、インダクタン
スを高速度で可変し得る簡易な構成のインダクタンス素
子を得ることができる。

第１図は本発明の一実施例によるスイッチングレギュレ
ータ回路を示す接続図、第２図はそのコイルを示す斜視
図、第３図は第２の実施例によるコイルを示す断面図、
第４図は第３の実施例によるコイルを示す断面図、第５
図は第４の実施例によるコイルを示す断面図、第６図は
従来のスイッチングレギュレータ回路を示す接続図、第
７図はその動作の説明に供する信号波形図、第８図は問
題点の説明に供する信号波形図、第９図及び第１０図は
その説明に供するコイルを示す断面図である。

１３、２０、３ ル、２１．３６． ５・・・・・・ギャップ、 ６９・・・・・・コア、３ ・・・バイモルフ。

代理 ２．４７．６０．７０・・・・・・コイ５７・・・・・
・巻線、２３．３９．４２２、３４、３５、４８．４９
． ８．５２・・・・・・圧電素子、５９・・・人 田辺恵基

【図面の簡単な説明】

コ　イ　ル 第　２　図 Ｍ 第２め実施伊１ ８３　図 ネＣシ　　３　　の　　ラじ　２堕ｚ　４クリ、シｌシ
　　　４　　　　図 第４の定地イ列 第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　磁気回路と、 上記磁気回路に捲回された巻線と を有するインダクタンス素子において、 電気機械結合素子を用いて、上記磁気回路の実効透磁率
   を可変することにより、上記巻線のインダクタンスを可
   変するようにした ことを特徴とするインダクタンス素子。