(57)【要約】【課題】  広い変調範囲を有しており、かつ、微少な電磁妨害場しか生成しない、可変インダクタンスのコイル構造を提供する。【解決手段】  本発明は、作用コイルを支持する二つの分離した環状鉄心と、環状鉄心の鉄心材料に磁気バイアスをかけるために、巻き付けられた両方の環状鉄心を包囲する制御コイルとを備えている可変インダクタンスのコイル構造に関するものである。【選択図】  図２Ｃ
2004207729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変インダクタンスのコイル構造であって、作用コイル（４６，４８；５６，５８）を支持する二つの分離した環状鉄心コイル（４０，４２；５２，５４）と、前記環状鉄心コイル（４０，４２；５２，５４）の鉄心材料に磁気バイアスをかけるために、巻き付けられた両方の環状鉄心コイルを包囲する制御コイル（５０）とを備えていることを特徴とするコイル構造。
【請求項２】
前記環状鉄心コイル（４０，４２）は、それぞれの対称軸（４４）が一致するように相互に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル構造。
【請求項３】
前記制御コイル（５０）の巻回は、両方の前記環状鉄心コイル（４０，４２）の円周にわたって均等に配分されていることを特徴とする請求項２に記載のコイル構造。
【請求項４】
両方の前記環状鉄心コイル（５２，５４）は、共通の平面において相互に並んで位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル構造。
【請求項５】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は、前記環状鉄心コイル（４０，４２；５２，５４）の各々に単層に巻き付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項６】
各々の前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、個々の絶縁された線材により構成され、又は、並列に接続された撚回されていない絶縁された個別線材のグループにより構成され、又は、撚回されて絶縁された個別線材からなる素線により構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項７】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、対応する前記環状鉄心コイルの円周にわたって均等に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項８】
両方の前記環状鉄心（４０，４２；５２，５４）は同じ寸法を有しており、両方の前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は、実質的に同じ巻数及び同じ線材太さを有していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項９】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、個別線材により構成され、又は、並列に接続された撚回されていない個別線材により構成されており、前記個別線材の直径は、作用周波数の表皮効果の浸透深さの３倍以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項１０】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、撚回された素線により構成されており、前記個別線材の直径は、作用周波数の表皮効果の浸透深さの１倍以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項１１】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は並列に接続されており、前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）の巻回方向は、前記作用コイルの通電時にその磁場方向が前記制御コイル（５０）において相互に反対向きになるようにその都度選択されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項１２】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は直列に接続されており、前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）の巻回方向は、前記作用コイルの通電時にその磁場方向が前記制御コイル（５０）において相互に反対向きになるようにその都度選択されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のコイル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御電流によってインダクタンスが可変であるコイル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第２，２７４，０５９号明細書より、作用コイルと、相互に結合された二つの制御コイルの各々とを、鉄心の分離した脚部に支持する二つの長方形の環状鉄心を有する、可変インダクタンスのコイル構造が公知である。
【０００３】
欧州特許出願公開第０７３７９８９号明細書は、長方形の環状鉄心の一つの脚部に作用コイルを支持させるとともに、これと対向する脚部に制御コイルを支持させる二つの長方形の環状鉄心を有する、可変インダクタンスのコイル構造を開示している。
【０００４】
ドイツ特許第３６２１５７３号明細書は、二つ又はそれ以上の環状鉄心と、環状鉄心の円周にわたって均等に配分された巻線とを備えている、電流補償型の妨害波除去チョークを開示している。
【０００５】
インダクタンスが可変なコイル構造は、エネルギー技術や通信技術の用途に用いられている。インダクタンスが可変なコイルのこのような用途の一つは、高周波帯域において行われるエネルギー伝達を、負荷要求の変化に応じて適合化するために、スイッチング電源の分野で用いることである。
【０００６】
コイルのインダクタンスを変化させる最も古い形式は、コイルの鉄心又はフェライトコアの位置を機械的に変更することを要旨としている。コイルのインダクタンスのこのような変更は、例えば、振動回路の初回の調整をする際に行われていた。しかし、コイルの可変インダクタンスが制御回路の要素として利用されるようになると直ちに、コイルのインダクタンスを、電気信号によってできるだけ迅速に変更できることが必要とされるようになる。このように、電気的に制御可能なインダクタンスを具現化するために、強磁性材料やフェリ磁性材料の比透磁率が、材料中の磁束密度に伴って低下するという現象を利用することができる。このような作用原理を基礎として、制御コイルの電流により、透磁性の高いコイル鉄心の磁気バイアスを惹起し、そのようにして、同じくコイル鉄心に装着されている作用コイルのインダクタンスを制御する、数多くのコイル構造が過去に提案されている。
【０００７】
この点に関する最も初期の刊行物の一つは、ホワイトレイ（Ｗｈｉｔｅｌｅｙ）とラドブルック（Ｌｕｄｂｒｏｏｋ）による「磁気増幅器」というタイトルの１９４１年の米国特許第２，２２９，９５２号明細書である（特許文献１参照）。同文献に記載されているコイルは、中央脚部に制御コイルを支持させるとともに外側脚部に作用コイルを支持するＥＥ鉄心を有している。制御コイルには直流電流が流れ、それにより、三つの脚部の総てに配分された磁束をＥＥ鉄心に生成する。このとき鉄心材料は、制御コイルを通って流れる電流によって磁気バイアスをかけられる。磁気バイアスによって鉄心材料の実効透磁率が変化し、それに伴い、作用コイルのインダクタンスも変化する。
【０００８】
制御電流の増大に従って透磁率が低下していく結果、外側の巻線によって生成される外側脚部の高周波磁束の磁束ガイド特性は劣化するので、他ならぬ低インダクタンス領域において強力な電磁妨害放射が生ずる。
【０００９】
従来技術から公知のこのような構造や、これに類似する構造の欠点は、作用コイルに印加される交流電圧が制御コイルへと転換され、そのために構造の電気特性が劣化するという点にある。そのうえ、制御コイルは多くの用途において作用コイルよりも明らかに大きい巻数を有しているので、この問題は一層深刻となる。
【００１０】
この欠点は、従来技術において既に知られており、これを排除する試みが企図されている。英国特許出願公開第２１９５８５０Ａ１号明細書では、キャパシタを制御コイルと並列に接続することが提案されている（特許文献２参照）。米国特許第６，３１７，０２１号明細書では、この問題を回避するために、複数の作用コイルの並列回路を設けることが提案されている（特許文献３参照）。前者の方式は、制御コイルの短絡電流に基づいて追加の損失が発生するという欠点がある。米国特許第６，３１７，０２１号明細書の解決法では、作用コイルにより生成される磁束が制御コイルにとって解消されるように、作用コイルが配線される。しかし、制御コイルにおける磁束の解消（磁束消滅）が起こるのは、外側脚部と中央脚部のパーミアンスが、ＥＥ鉄心の両方の側について等しい場合に限られる。ところが、両方のＥＥ鉄心半体の対向面には製造上回避することができない寄生的な空隙が存在するため、これがしばしばパーミアンスの非対称性の原因となる。米国特許第６，３１７，０２１号明細書によれば、作用コイル及び制御コイルの鉄心の脚部の適当な断面積比率によって、中央脚部の飽和により制御コイルにもインダクタンス変化が惹起されるかどうかが設定される。飽和電流が上昇したときに、制御コイルを支持する中央脚部が外側脚部よりも早く飽和するのを防止するために、同文献は、中央脚部が、それぞれの外側脚部の断面積より少なくとも２倍大きい断面積を有することを提案している。
【００１１】
ＥＥ鉄心を基礎とするあらゆる構造の大きな欠点は、変調が高い場合に、作用コイルの磁場の少なからぬ部分が、透磁性の低くなった鉄心から離散していき、電磁両立性に関連する妨害場が発生することである。このことは、特に、作用コイルに非常に強い高周波電流が使用される用途の場合に該当し、例えば、制御可能なインダクタンスが、スイッチング電源の出力を制御するためのリアクタンス性直列抵抗として利用される場合に該当する。
【００１２】
ＥＥ鉄心を使用するときの別の原理的な問題は、両方の鉄心半体の接触面の部位にある、避けることのできない寄生的な空隙によって生ずる。このような空隙は、両方の作用コイルを通過する磁力線経路に対する異なるパーミアンスを引き起こし、それによって異なる磁気バイアスを引き起こす。その結果として、一方では、コイル設計の調整可能なインダクタンス領域に著しい許容差が生じ、また他方では、作用コイルのそれぞれの巻線の間にインダクタンス差が生じる。後者は、コイル構造が、作用コイルにおける信号の正の半波と負の半波を別様に通すことを意味している。
【特許文献１】米国特許第２，２２９，９５２号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第２１９５８５０Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３１７，０２１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の課題は、広い変調範囲を有しており、かつ、微少な電磁妨害場しか生成しない、可変インダクタンスのコイル構造を提供することであり、この場合、コイル構造の損失熱も低く抑制することが望ましい。このような特性は、特に、出力密度の高いスイッチング電源において重要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、請求項１の構成要件を備えるコイル構造によって解決される。
【００１５】
本発明は、作用コイルを支持する二つの分離した環状鉄心コイルと、その環状鉄心コイルの鉄心材料に磁気バイアスをかけるために、巻き付けられた両方の環状鉄心コイルを包囲する制御コイルとを有する、可変インダクタンスのコイル構造を意図している。本発明によれば、環状鉄心の円柱対称性によって、及び、環状鉄心の円周にわたって作用コイルが有利には均等に配置されることによって、鉄心のパーミアンスに関わりなく、巻線の外部において磁場強度が著しく低減される。
【００１６】
即ち、従来技術では、制御可能なインダクタンスの電磁妨害場は、特に、磁気バイアスに基づいて鉄心材料の透過率が小さくなる場合に発生する。その場合、コイルの磁場が、鉄心の外部を次第に多く通過するようになるからである。これに加えて、パーミアンスが低い場合には、コイルインピーダンスが低くなり、コイル電流が格別に大きくなる。しかし、均等に巻き付けられた環状鉄心コイルを設けることにより、鉄心の外部における妨害場をほぼ防止することができる。
【００１７】
本発明に係る構造は、磁力線経路に寄生的な空隙を有していないので、これと結びついている許容誤差や非対称性の問題が生じない。そのうえ、空隙が存在しないことによって増加するパーミアンスは、鉄心の一層優れた変調、又は、実現可能な一層広いインダクタンス領域の実現を可能にする。さらに、二つの環状鉄心の製造コストは、二つのＥ鉄心半体の製造コストよりも低い。本発明によれば、作用コイルが脚部の外側部分だけでなく鉄心全体を包囲するので、従来技術に比較して広い巻線幅が得られる。それにより、一つの層ごとに多くの銅を収容することができ、このことは、作用コイルのエネルギー損失の低下をもたらす。
【００１８】
特に、対称性と一定の断面積とによって最善の磁気特性を有することが可能になる環状鉄心を、本発明により利用することができる。好ましくない漂遊磁界が最小限に抑制され、回転対称性により、鉄心の各領域が同程度だけ磁気バイアスをかけられることが保証される。鉄心は、その電気特性を損なうことなく、回転軸に沿って積層可能であり、優れた冷却特性のコンパクトな設計形態を可能にする。
【００１９】
本発明では、少なくとも二つの閉じた環状鉄心コイルによって、コイル構造が構成される。環状鉄心の形態を選択する理由は、その場合に、鉄心材料の磁気飽和を格別に有利に実現することができるからである。回転対称の環状鉄心は、電磁両立性に関連する妨害場や、巻線領域の活用性といった点において、従来技術で通常用いられているＥＥ鉄心よりも優れている。市販されているどのような円形の環状鉄心でも用いることができるが、環状鉄心は、長方形の基本断面を有していることが好ましい。
【００２０】
本発明では、コイル構造は、それぞれの対称軸が一致するように配置されるか、又は、共通の平面に並んで位置するように配置される、二つの環状鉄心コイルを含んでいることが好ましい。
【００２１】
対称軸を一致させて環状鉄心コイルを同軸に配置する場合には、それぞれ二つの環状鉄心コイルの整数倍を、共通の対称軸に沿って配置することも可能である。環状鉄心が一つの平面に配置されている場合にも、コイル構造は、二つの環状鉄心に限定されるわけではない。第３の環状鉄心コイルを、最初の両方の環状鉄心コイルに隣接して同一平面に配置することが可能であり、この場合には三つのコイルは、環状鉄心コイルのそれぞれ二つを包囲する三つの制御コイルを介して結合されることになる。但し、それによって出力密度や効率に関する電気特性が劣化する可能性があるので、偶数個の環状鉄心コイルを相互に結合する方が好都合である。
【００２２】
環状鉄心コイルが相互に上下して同軸に配置される実施の形態では、制御コイルの巻回は、両方の環状鉄心コイルの円周にわたって均等に配分されることが好ましい。それにより、格別に優れた均等な鉄心材料の磁気バイアスが得られる。
【００２３】
環状鉄心コイルの各々は、それぞれの作用コイルにより単層に巻き付けられることが好ましい。それにより、高周波電流による銅損を少なく抑制することができる。
【００２４】
各々の作用コイルは、個々の絶縁された線材により構成されるか、又は、並列に接続された撚回されていない絶縁された個別線材のグループにより構成されるか、又は、撚回されて絶縁された個別線材からなる素線により構成されていてよい。個別線材を使うときは、表皮効果の浸透深さの最大３倍までに線材直径を制限することが好ましい。エネルギー損失、即ち、銅損を最小にするために、巻線の有効銅断面をできるだけ拡大するべきである。従って、エネルギー損失の観点からは、できるだけ太い線材を選択することが望ましい。しかし、交流を使用するときは、表皮効果に基づき、表皮効果の浸透深さよりも著しく導線縁部から離れている巻線線材の領域はほぼ無効になる。従って、表皮効果の浸透深さの３倍よりも太い巻線線材は、エネルギー効率や材料の活用性といった理由から不都合である。
【００２５】
表皮効果の浸透深さδは、現実的な作業温度のとき、銅線材について近似的に次式で算出される。  
δ[mm]≒２．２／（ｆ[ｋHz]）１／２
本発明では、各々の作用コイルは、対応する環状鉄心コイルの円周にわたってできるだけ均等に配分される。前述したように、巻線は単層であることが好ましい。熱損失を最低限に抑制するために、内側の環状鉄心円周に対応する環状鉄心の巻幅を、できるだけ完全に活用することが望ましい。作用コイルが、環状鉄心の巻幅全体を覆うことにならない巻数を有しているときは、作用コイルを部分巻線に分割して、これらの部分巻線を並列に接続するのが好都合である。それによって電流が鉄心にわたって均等に配分され、そのようにして、外部の磁気的な妨害場を抑制することを保証することができる。
【００２６】
１本の個別線材又は並列の個別線材に代えて、撚回された高周波素線によって作用コイルを具現化することもできる。高周波素線の場合、素線の個別線材の直径は、表皮効果の浸透深さの１倍以下であることが望ましい。
【００２７】
両方の環状鉄心コイルの作用コイルは、並列又は直列に接続することができる。いずれの場合でも、作用コイルの配線は、作用コイルに通電したときに、これらによって生成される磁場方向が制御コイルにおいて相互に反対方向を向いており、その結果、作用コイルによって電流が制御コイルに誘導されないように選択すべきである。それにより、作用コイルと制御コイルとの相互作用が起こることがなくなる。
【００２８】
場合によって作用コイルに由来して制御コイルに誘導される電流は、制御コイルに障害を引き起こすおそれがあり、そのうえ、エネルギー技術上の用途では、好ましくない大きな追加の加熱が制御コイルに惹起される。それと同時に、このような相互作用によって、エネルギーが作用コイルから制御コイルへと移動し、そのためにコイル構造の品質が低下する。制御コイルと作用コイルとの間に相互作用がなければ、制御コイルによって磁束が変化しても作用コイルには何ら障害は生じない。
【００２９】
直列回路と並列回路との組み合わせも意図することができる。
【００３０】
それぞれの鉄心は同じ材料で製作することが好ましく、それにより、総ての鉄心が、相応の磁気バイアス度に対して同じ実効透過率で反応することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、図面を参照しながら、有利な実施の形態を用いて、本発明について詳細に説明する。
【００３２】
図１は、中央の脚部１２と二つの外側の脚部１４、１６とを備えているＥＥ鉄心１０からなる、従来技術に基づく可変インダクタンスのコイル構造を示している。両方の外側の脚部は、相互に並列に接続された作用コイル２０、２２をそれぞれ支持している。中央の脚部１２は、外側の脚部１４、１６よりも広い横断面を有しており、制御コイル２４を支持している。制御コイル２４を通って、実質的に交流部分を有していない制御電流３０が流れる。この制御電流３０は、磁気結合に応じて両方の外側の脚部１４、１６に均等に配分３２ａ、３２ｂされ、そこで制御電流３０に依存する磁気バイアスを発生させる制御磁束３２を生成する。外側の脚部で生成される両方の磁束３４ａ、３４ｂは、外側の作用コイル２０、２２の非対称な巻線方向によって、値が等しい反対方向の磁束３４ａ、３４ｂを中央の脚部１２に生じさせるので、これらの磁束はそこで相殺される。それにより、外側の作用コイル２０、２２と制御コイル２４との間には相互作用がない。制御コイル２４で生成される外側の作用コイル２０、２２の磁気バイアスにより、これらの作用コイルは、制御電流３０に依存する可変インダクタンスＬｖａｒを有している。
【００３３】
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る可変インダクタンスのコイル構造の平面図及び側面図をそれぞれ示している。このコイル構造は、相互に同軸に並んで配置された同じ寸法の二つの環状鉄心４０、４２を含んでおり、その結果、図２Ａに×印４４によって模式的に図示するそれぞれの対称軸が一致している。環状鉄心４０、４２は、図２Ｃによく表されているように、長方形の基本断面を有しているのが好ましい。環状鉄心は、強磁性材料又はフェリ磁性材料からなる。各々の環状鉄心４０、４２は、作用コイル４６又は４８を支持しており、図２Ａには、そのうち一方の作用コイル４６だけが見えている。制御コイル５０は、巻き付けられた両方の環状鉄心コイル４０、４６及び４２、４８の回りに巻かれている。作用コイル４６、４８は、付属の環状鉄心４０、４２に単層に巻かれるのが好ましく、巻幅をできるだけ広く活用するのが望ましい。同様に制御コイル５０は、磁気バイアス場の最善のガイドと鉄心の均質な変調とを実現するために、両方の環状鉄心４０、４２の円周の回りに均等に配分されている。それにより、制御可能な最大のインダクタンス範囲が得られる。これに加えて、制御コイル５０の制御信号の急速な変化によって生成される可能性のある妨害場が、外部に対して抑制される。
【００３４】
用途に応じて、作用コイル４６、４８を電気的に並列に接続したり、直列に接続したりすることができる。但し、作用コイル４６、４８の巻回方向は、通電された巻線４６、４８により生成される磁場Ｂｘ及びＢｙについて、両方の環状鉄心に共通な制御コイル５０に反対の磁場方向が生じるように選択すべきである。磁場方向は、図２Ｂでは、作用コイル４６については符号Ｂｘ、作用コイル４８については符号Ｂｙ、制御コイル５０については符号Ｂｃが付されている。こうして作用コイル４６、４８を適当に配線することにより、作用コイルによって生成される磁場が制御コイル５０に及ぼす反作用を最低限に抑制することができ、又は、防止することさえできる。環状鉄心４０、４２の透磁率を変更することによって作用コイル４６、４８のインダクタンスを変更することができる制御交流が、特に、透磁率を低減させることができる制御交流が、共通の制御コイル５０を通じて送られる。作用コイル４６、４８は、実際問題としては、高周波の交流により動作する。
【００３５】
図２Ｂの図面では、両方の環状鉄心コイル４０、４６及び４２、４８は、コイルの巻回を分かり易く図示できるようにするために、共通の回転軸で、但し相互間隔をおいて配置されている。しかし、実際問題としては、両方のコイルを相互に近接し隣接して並べて配置することもできる。作用コイル４６、４８は、できるだけ単層、均等かつ稠密に鉄心４０又は４２に巻回すべきであるのに対して、制御コイル５０の巻回に関する要求事項は、それほど厳しくない。制御コイルは、両方のコイル鉄心４０、４２の円周の回りに配分された状態で巻き付けられるべきではあるが、その配分は、必ずしも均等でなくてよい。また、巻回を単層で行うか多層で行うかも決定的に重要ではない。
【００３６】
均等に巻き付けられたコイル構造は、内在的に自己遮蔽されており、磁気的な漂遊磁界が鉄心４０、４２から外部に放出されることを防止する。それにより、電磁両立性に関連する妨害場が防止される。また、従来技術の構造と比較しても、均等な磁気化が実現される。
【００３７】
図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂの実施の形態を説明するためのものにすぎず、作用コイル４６、４８と制御コイル５０とは、環状鉄心４０、４２と巻線４６、４８、５０とがどのようにして互いに相対的に配置されているかを明瞭に示すために、模式的にのみ図示されている。実際問題としては、作用コイル４６及び４８並びに制御コイル５０は、上に説明したように、環状鉄心４０、４２の円周の周りに配分された状態で配置されることが好ましい。
【００３８】
図３は、本発明に係るコイル構造の別の実施の形態を模式的に平面図として示している。図３の実施の形態においては、コイル構造は、それぞれ作用コイル５６又は５８を支持する第１の環状鉄心５２及び第２の環状鉄心５４を含んでいる。作用コイル５６、５８は、環状鉄心５２又は５４の円周にわたって均等に配分された状態で巻き付けられるべきである。但し、これらの作用コイルは、図２Ａ及び図２Ｂにより第１の実施の形態について図示したように、環状鉄心５２、５４の円周全体の回りに均等に単層で巻き付けられることが好ましい。両方の環状コイル５２、５６及び５４、５８は、一つの平面に相互に並んで位置するように配置されており、制御コイル６０は、両方の環状鉄心５２、５４が互いに接する、円周の短い部分にわたってのみ巻き付けられている。図３の構成の利点は、基本的に、設計形態が格別に平坦であること、及び、コイル構造の冷却にとって好ましい広い表面を有することである。
【００３９】
図２Ｂ及び図２Ｃ、図３、並びに、図４及び図５では、作用コイルに符号Ｘ及びＹも付されており、制御コイルには符号Ｃが付されている。作用コイルＸ及びＹの端部は、図４に示すように並列に接続することができ、又は、図５に示すように直列に接続することができる。図４及び図５は、作用コイルＸ、Ｙと制御コイルＣとの間の相互作用も示している。作用コイルＸ及びＹを適当に配線し、その巻回方向を選択することにより、作用コイルにより生成される磁場Ｂｘ及びＢｙが、生成される共通の制御コイルＣによって解消されるように方向づけられることが保証され、それにより、制御コイルによって生成される磁場が制御コイルに対して及ぼす反作用が生じることがなくなる。
【００４０】
上に説明したように、作用コイル４６、４８；５６、５８は、作用コイルを通って出る高周波電流による銅損をできるだけ少なく抑制するために、環状鉄心４０、４２又は５２、５４に、その円周の回りに配分された状態で単層で作製されるべきである。線材直径は、最大でも、表皮効果の浸透深さの３倍までに制限される。
【００４１】
さらに、熱損失を最低限に抑制するために、巻幅をできるだけ全面的に活用することが望ましい。換言すると、巻線領域、即ち、環状鉄心の内側円周は、最大の効率を得るために、できるだけ完全に銅により充填されるべきである。作用コイル４６、４８；５６、５８が十分に多い巻数を有していないときは、並列に接続された複数の部分巻線に作用コイルを分割することが目的に適合している。図６は、作用コイル６２を、並列に接続された四つの部分巻線６３、６４、６５、６６に分割した様子を示している。
【００４２】
所定の巻数Ｎ（例えばＮ＝４）について、並列に接続された所要の部分巻線の数は、先ず、内側の環状鉄心円周Ｕｉと表皮効果の浸透深さδから実数ｍを求め、次いで、このｍを最も近い整数Ｍに丸めることによって算出される。上に述べた通り、線材直径は、表皮効果の浸透深さの３倍までに制限されるべきなので、この表皮効果の浸透深さの３倍を考慮するために、係数３を導入する。さらに、巻き付けられた環状鉄心コイルの実際の具体化にあたっては、巻幅全体を１００％利用できるわけではないという事実を考慮に入れる係数０．９を導入する。従って、実数ｍについては次式が得られる。  
ｍ＝０．９・Ｕｉ／３・δ・Ｎ
このように、その都度の作用コイルの巻数Ｎに依存して、Ｍ個の部分巻線が各々の環状鉄心に設けられ、図６に示すように並列に接続されることが好ましい。
【００４３】
それにより、特に使用されるべき対応する線材直径ｄは、次式から得られる。  
ｄ＝０．９・Ｕｉ／Ｎ・Ｍ
個別線材又は複数の並列の個別線材に代えて、作用コイルについては、撚回された高周波素線を用いることもでき、この場合には、個別線材の直径は、相応に適合化しなければならず、表皮効果の浸透深さの１倍以下であることが好ましい。
【００４４】
以上の説明、図面及び特許請求の範囲に開示されている構成要件は、単独でも任意の組み合わせの形態でも、本発明を様々な実施の形態において具現化するために有意義なものであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来技術に基づく可変インダクタンスのコイル構造の構成を示す模式図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る可変インダクタンスのコイル構造を示す平面斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る可変インダクタンスのコイル構造を示す側面図である。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施の形態に係る可変インダクタンスのコイル構造を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る可変インダクタンスのコイル構造を示す平面図である。
【図４】本発明に係るコイル構造の巻線の配線を並列回路及び直列回路により示す模式図である。
【図５】本発明に係るコイル構造の巻線の配線を並列回路及び直列回路により示す模式図である。
【図６】複数の部分巻線に分割された環状鉄心コイルの作用コイルの配線を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  鉄心
１２  中央の脚部
１４，１６  外側の脚部
２０，２２  作用コイル
２４  制御コイル
３０  制御電流
３２  制御磁束
３４ａ，３４ｂ  磁束
４０，４２  環状鉄心
４６，４８  作用コイル
５０  制御コイル
５２，５４  環状鉄心
５６，５８  作用コイル
６０  制御コイル
６２  作用コイル
６３，６４，６５，６６  部分巻線
【図１】
2004207729.tif 000003
【図２Ａ】
2004207729.tif 000004
【図２Ｂ】
2004207729.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004207729.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月22日(2003.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変インダクタンスのコイル構造であって、作用コイル（４６，４８；５６，５８）を支持する二つの分離した環状鉄心（４０，４２；５２，５４）と、前記環状鉄心（４０，４２；５２，５４）の鉄心材料に磁気バイアスをかけるために、巻き付けられた両方の環状鉄心を包囲する制御コイル（５０）とを備え、各々の前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、対応する前記環状鉄心の円周にわたって均等に配置されていることを特徴とするコイル構造。
【請求項２】
前記環状鉄心（４０，４２）は、それぞれの対称軸（４４）が一致するように相互に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル構造。
【請求項３】
前記制御コイル（５０）の巻回は、両方の前記環状鉄心（４０，４２）の円周にわたって均等に配分されていることを特徴とする請求項２に記載のコイル構造。
【請求項４】
両方の前記環状鉄心（５２，５４）は、共通の平面において相互に並んで位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル構造。
【請求項５】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は、前記環状鉄心（４０，４２；５２，５４）の各々に単層に巻き付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項６】
各々の前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、個々の絶縁された線材により構成され、又は、並列に接続された撚回されていない絶縁された個別線材のグループにより構成され、又は、撚回されて絶縁された個別線材からなる素線により構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項７】
両方の前記環状鉄心（４０，４２；５２，５４）は同じ寸法を有しており、両方の前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は、実質的に同じ巻数及び同じ線材太さを有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項８】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、個別線材により構成され、又は、並列に接続された撚回されていない個別線材により構成されており、前記個別線材の直径は、作用周波数の表皮効果の浸透深さの３倍以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項９】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）は、撚回された素線により構成されており、前記個別線材の直径は、作用周波数の表皮効果の浸透深さの１倍以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項１０】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は並列に接続されており、前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）の巻回方向は、前記作用コイルの通電時にその磁場方向が前記制御コイル（５０）において相互に反対向きになるようにその都度選択されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のコイル構造。
【請求項１１】
前記作用コイル（４６，４８；５６，５８）は直列に接続されており、前記作用コイル（４６，４８；５６，５８；６２）の巻回方向は、前記作用コイルの通電時にその磁場方向が前記制御コイル（５０）において相互に反対向きになるようにその都度選択されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のコイル構造。