(57)【要約】      （修正有）【課題】低消費電力でインダクタンス値を変更可能な可変インダクタを提供する。【解決手段】可変インダクタ１は、磁性体からなる第１のコア１１及び第１のコア１１に線材を巻き回して形成された第１のコイル１２を有する第１のインダクタ１０と、非磁性流体２４と共に磁性流体２５を密閉容器２３に封入して形成された第２のコア２１及び第２のコア２１に線材を巻き回して形成された第２のコイル２２を有する。第１のコイル１２に通電した際に第１のコア１１と第２のコア２１とが磁気結合する第２のインダクタ２０と、第１のコイル１２に対する通電を制御して、第２のインダクタ２０のインダクタンス値を設定する通電制御部３０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる第１のコア、及び前記第１のコアに線材を巻き回して形成された第１のコイルを有する第１のインダクタと、
非磁性流体と共に磁性流体を密閉容器に封入して形成された第２のコア、及び前記第２のコアに線材を巻き回して形成された第２のコイルを有し、前記第１のコイルに通電した際に前記第１のコアと前記第２のコアとが磁気結合する第２のインダクタと、
前記第１のコイルに対する通電を制御して、前記第２のインダクタのインダクタンス値を設定する通電制御部と、
を備える可変インダクタ。
【請求項２】
前記第１のコアが周方向の一部に開口部を有する環状コアであり、
前記第２のコアは、前記開口部に生じる磁束が前記第２のコイルの内側を貫通するように配置されている請求項１に記載の可変インダクタ。
【請求項３】
前記第２のコイルは、前記第１のコイルが通電された際に、前記第２のコイルを径方向に見て、前記第２のコイルと前記磁性流体とが重複しないように構成されている請求項１又は２に記載の可変インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタンスを変更可能な可変インダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子回路においてインダクタが広く利用されてきた。このようなインダクタは、インダクタに流れる電流が所定の電流値以下の場合にインダクタンス値（所謂「Ｌ値」）が略一定値を維持するものと、インダクタに流れる電流に拘らずインダクタンス値を変更できるものとがある。これらのインダクタは一般的に用途に応じて使い分けられるが、インダクタンス値が変更できるものに関する技術として例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の可変インダクタは、信号が印加されるコイル（本願「線材」に相当）が巻き回された第１の磁性体からなるインダクタと、当該第１の磁性体の両端に磁気回路が形成されるように設けられた第２の磁性体と、当該第２の磁性体に巻回された制御コイルと、当該制御コイルに流す電流を制御する電流制御回路とを備えて構成される。この可変インダクタは、制御コイルに電流を流して第２の磁性体の周囲に磁界を生じさせ、この磁界により第１の磁性体の透磁率を変化させて、インダクタのインダクタンス値を変更している。つまり、電流制御回路が制御コイルに流す電流を変化させることにより、インダクタのインダクタンス値を変更可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５５７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、第１の磁性体の透磁率の変化量は「磁気ヒステリシス曲線」におけるヒステリシス程度であるので、例えばコイルから大きな電流を出力したい場合には、第２の磁性体の周囲に発生する磁界の強さを強くする必要がある。当該第２の磁性体の周囲に発生する磁界の強さを強くするには、制御コイルに流す電流を大きくする必要があり、電力消費が大きくなり、ジュール熱等による電力損失も大きくなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、低消費電力でインダクタンス値を変更可能な可変インダクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る可変インダクタの特徴構成は、磁性体からなる第１のコア、及び前記第１のコアに線材を巻き回して形成された第１のコイルを有する第１のインダクタと、非磁性流体と共に磁性流体を密閉容器に封入して形成された第２のコア、及び前記第２のコアに線材を巻き回して形成された第２のコイルを有し、前記第１のコイルに通電した際に前記第１のコアと前記第２のコアとが磁気結合する第２のインダクタと、前記第１のコイルに対する通電を制御して、前記第２のインダクタのインダクタンス値を設定する通電制御部と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、第１のコイルに電流を流すことにより第１のコアの両端に磁界を生じさせることができ、この磁界に応じて密閉容器内の磁性流体の分布を変化させることができる。このため、第２のコアの透磁率を大きく変化させることができるので、第１のコイルに流す電流を大きくすることなく、第２のインダクタのインダクタンス値を大きく変化させることが可能となる。したがって、低消費電力でインダクタンス値を変更可能な構成とすることができる。
【０００９】
また、前記第１のコアが周方向の一部に開口部を有する環状コアであり、前記第２のコアは、前記開口部に生じる磁束が前記第２のコイルの内側を貫通するように配置されていると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、第１のコアと第２のコアとで形成される磁気回路の磁気抵抗を低減することができる。したがって、第１のコアの開口部に生じる磁束を、第２のコアに効率良く通過させることができるので、第１のコイルに流す電流を大きくすることなく第２のインダクタのインダクタンス値を変更可能にすることができる。
【００１１】
また、前記第２のコイルは、前記第１のコイルが通電された際に、前記第２のコイルを径方向に見て、前記第２のコイルと前記磁性流体とが重複しないように構成されていると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、第１のコイルに通電した際に、第２のコイルを空芯コイル化することができるので、第１のコイルに通電した際と通電していない時との第２のインダクタのインダクタンス値の変化量を大きく設定することができる。したがって、可変インダクタのインダクタンス値の設定幅を大きく構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】可変インダクタの構成を模式的に示した図である。
【図２】第１のインダクタに通電する前の第２のコアの状態を示した図である。
【図３】第１のインダクタに通電した際の第２のコアの状態を示した図である。
【図４】第２のインダクタのインダクタンス値と第１のインダクタに通電する電流との関係を示す図である。
【図５】その他の実施形態に係る可変インダクタの構成を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る可変インダクタは、低消費電力でも大きくインダクタンス値を変更することができるように構成されている。以下、本実施形態に係る可変インダクタ１について説明する。図１は、可変インダクタ１の構成を模式的に示した図である。可変インダクタ１は、第１のインダクタ１０、第２のインダクタ２０、通電制御部３０を備えて構成される。
【００１５】
ここで、インダクタンス値をＬ（Ｈ）、コイルの巻き数をＮ（Ｔ）、磁束をφ（ｗｂ）、コイルに流れる電流をＩ（Ａ）とすると、
Ｌ＝Ｎ×φ／Ｉ  ・・・（１）
の式が成立する。
【００１６】
一方、磁束密度をＢ（Ｔ）、透磁率をμ（Ｈ／ｍ）、磁界の強さをＨ（Ａ／ｍ）、磁路の面積をＳ（ｍ２）とすると、磁束φは、
φ＝Ｂ×Ｓ＝μ×Ｈ×Ｓ  ・・・（２）
となる。
【００１７】
（１）式、及び（２）式より、インダクタンス値Ｌは、
Ｌ＝Ｎ×μ×Ｈ×Ｓ／Ｉ  ・・・（３）
となる。（３）式に示されるように、インダクタンス値は透磁率μに比例する。したがって、透磁率μを大きくすればインダクタンス値を大きくすることができ、透磁率μを小さくすればインダクタンス値を小さくすることができる。
【００１８】
本実施形態に係る可変インダクタ１は、このような透磁率を変更してインダクタンス値を変更するよう構成されている。
【００１９】
第１のインダクタ１０は、第１のコア１１及び第１のコイル１２を有する。第１のコア１１は磁性体により構成される。磁性体とは、磁場におかれた際に磁化される物質であり、例えば酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライト等が挙げられる。第１のコア１１はこのような物質を用いて形成される。
【００２０】
本実施形態の第１のコア１１は周方向の一部に開口部１３を有する環状コアで構成される。環状コアとは、特に円環状に限定されるものではなく、上面視が多角形状となるように構成しても良いし、多角形の角部を円弧状に丸く構成しても良い。開口部１３は環状コアの一部が切り取られたように開口している部分である。本実施形態では、第１のコア１１は図１に示されるように上面視がＵ字状に形成され、Ｕ字状におけるＵ溝の底部１４に対向する側が開口部１３に相当する。
【００２１】
第１のコイル１２は、第１のコア１１に線材を巻き回して形成される。線材は、導体の周囲に絶縁材料で被覆されたものが用いられる。このような線材を第１のコア１１に巻いたものが第１のコイル１２に相当する。本実施形態では、第１のコイル１２は、第１のコア１１における底部１４に線材を巻き回して形成される。
【００２２】
第２のインダクタ２０は、第２のコア２１及び第２のコイル２２を有する。第２のコア２１は非磁性流体２４と共に磁性流体２５を密閉容器２３に封入して形成される。非磁性流体２４とは、磁場におかれた際に磁化されない物質であり、気体でも液体でも良い。このような非磁性流体２４は、磁性流体２５と混ざらず、また、反応しないない性質を有するものを用いると良い。本実施形態では非磁性流体２４として窒素ガスが用いられる。磁性流体２５とは、磁場におかれた際に磁化される流体である。本実施形態では磁性流体２５として液体が用いられる。
【００２３】
密閉容器２３は、本実施形態では、樹脂製のものが用いられ、上述した非磁性流体２４と磁性流体２５とが容器内に充填された状態で密閉される。したがって、密閉容器２３は、磁性流体２５のみが充填された状態でない。本実施形態では、第２のコア２１は図１に示されるように上面視が棒状に形成され、第１のコア１１の開口部１３に配置される。
【００２４】
第２のコイル２２は、第２のコア２１に線材を巻き回して形成される。第２のコイル２２の線材も、第１のコイル１２と同様に、導体の周囲に絶縁材料で被覆されたものが用いられる。このような線材を第２のコア２１に巻いたものが第２のコイル２２に相当する。第２のコイル２２は、図１に示されるように開口部１３におかれた際に開口部１３における開口幅方向の中央部分に位置するように線材を巻き回して形成される。
【００２５】
第２のコア２１は、第１のコア１１と磁気結合するように配置される。ここで、第１のコイル１２には後述するように通電制御部３０により通電されるが、この際、第１のコイル１２の周囲には磁界が生じる。第１のコア１１は第１のコイル１２の周囲に生じた磁界による磁束を集磁する。第２のコア２１は、第１のコア１１の開口部１３に配置され、第１のコア１１の開口部１３に生じる磁束を集磁する。このように、第１のコア１１と第２のコア２１は磁気的に結合し、第１のコア１１と第２のコア２１とにより磁気回路が形成される。
【００２６】
また、上述したように第２のコア２１には線材を巻き回して第２のコイル２２が形成される。したがって、第２のコア２１は、開口部１３に生じる磁束が第２のコイル２２の内側を貫通するように配置される。これにより、第１のコア１１からの磁束を第２のコア２１に通らせることが可能となる。
【００２７】
通電制御部３０は、第１のコイル１２に対する通電を制御して、第２のインダクタ２０のインダクタンス値を設定する。通電制御部３０により所定の電流が第１のコイル１２を流れるように制御されると当該電流に応じた磁束が第１のコイル１２の周囲に生じ、当該磁束は第１のコア１１に集磁される。この時、第１のコイル１２を流れる電流の向きに応じて、第１のコア１１の開口端部１３Ａ，１３Ｂに現れる磁極が変化する。また、第１のコイル１２を流れる電流の大きさに応じて、開口端部１３Ａ，１３Ｂに現れる磁束密度も変化する。
【００２８】
この時、当該磁極及び磁束密度に応じて第２のコア２１内の磁性流体２５の分布が変化する。具体的には、第１のコイル１２を流れる電流が大きくなるにつれて第２のコア２１の軸方向両端部の夫々に、徐々に磁性流体２５が集められる。すなわち、第２のコア２１の密閉容器２３内に着目した場合、磁性流体２５は第２のコア２１の軸方向両端部の夫々で分極される。これにより、第２のコア２１の透磁率が変化する。上述したようにコイルのインダクタンス値は透磁率に比例するので、第２のコア２１の透磁率の変化により第２のインダクタ２０のインダクタンス値を変化させることが可能となる。
【００２９】
図２には、第１のコイル１２に通電制御部３０が通電する前の状態が示される。なお、通電制御部３０は、理解を容易にするために、スイッチＳＷと電流源Ｉとで示している。図２に示されるように、第１のコイル１２に通電する前には、第２のコア２１内の磁性流体２５は、第２のコア２１に作用する重力に応じて分極することなく滞留している。
【００３０】
第１のコイル１２が通電されると、第１のコア１１の開口端部１３Ａ，１３Ｂに第１のコイル１２に流れる電流の向きに応じた磁極が生じ、当該磁極に応じて第２のコア２１内の磁性流体２５が分極される。第１のコイル１２に流れる電流が大きくなると、最終的には図３に示されるように密閉容器２３の両端にのみ磁性流体２５が集まることになる。
【００３１】
このように第１のコイル１２に流れる電流を変化させた場合、当該電流の大きさと第２のインダクタ２０のインダクタンス値とは比例関係になる。このような関係が図４に示される。図４では、縦軸がインダクタンス値（Ｌ値）であり、横軸は第１のコイル１２に流れる電流である。図４に示されるように、第２のインダクタ２０のインダクタンス値は、第１のコイル１２を流れる電流の増加に伴い減少する。このような特性に基づいて、第１のコイル１２に流す電流を調節することにより、可変インダクタ１のインダクタンス値を変更することが可能となる。
【００３２】
ここで、図３においては第２のコイル２２は、第１のコイル１２が通電された際に、第２のコイル２２を径方向に見て、第２のコイル２２と磁性流体２５とが重複しないように構成されている。これにより、第１のコイル１２の通電に応じて、第２のコア２１の透磁率を多様に変更することができるので、第２のインダクタ２０のインダクタンス値の可変範囲を大きく設定することが可能となる。
【００３３】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、第１のコア１１が開口部１３を有する環状コアであり、第２のコア２１が開口部１３に配置されているとして説明したが、第１のコア１１を棒状のコアを用いて構成することも可能である。このような実施形態が、図５に示される。この場合、第１のコア１１と第２のコア２１とを同軸芯上に並べて配置すると良い。このような構成であっても、第１のコイル１２に流れる電流に応じて第２のコア２１の透磁率を変更し、第２のインダクタ２０のインダクタンス値を変更することが可能である。
【００３４】
上記実施形態では、第２のコイル２２は、第１のコイル１２が通電された際に、第２のコイル２２を径方向に見て、第２のコイル２２と磁性流体２５とが重複しないように構成されているとして説明したが、第２のコイル２２は、第１のコイル１２が通電された際に、第２のコイル２２を径方向に見て、第２のコイル２２と磁性流体２５とが重複するように構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、インダクタンスを変更可能な可変インダクタに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１：可変インダクタ
１０：第１のインダクタ
１１：第１のコア
１２：第１のコイル
１３：開口部
２０：第２のインダクタ
２１：第２のコア
２２：第２のコイル
２３：密閉容器
２４：非磁性流体
２５：磁性流体
３０：通電制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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