JPH0736423U - 可飽和型可変インダクタ及び可飽和型可変トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コイルの磁脚への捲回が容易で占有面積が小
さく、コストの安い可飽和型可変インダクタを提供す
る。 【構成】 可飽和型可変インダクタ１は直角三角形状の
平板状コア２の三つの頂角から垂直に延設する三本の磁
脚３ａ、３ｂ、３ｃを有する磁気コア４を二個相対する
磁脚同志を向かい合わせに組み合わせた磁路構成であっ
て、該磁気コアの磁脚３ａー３ｃ間、３ｂ′ー３ｃ′間
にそれぞれの磁束が直交するように配置されたインダク
タコイル５と制御コイル６を捲回した構成である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は可飽和型の可変インダクタ及び可変トランスに関し、特に、省電力化 、小型化・高密度実装が要求される電子機器のインバータ回路、制御系回路、電 源供給回路等に適する可飽和型可変インダクタ及び可飽和型可変トランスの構造 に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、磁気増幅器（マグアンプとも称される。）などに整流器と組み合わ せて用いられるもので可飽和リアクトルがある。

【０００３】 可飽和リアクトルは、わずかな起磁力で飽和する巻鉄心に二つのコイルを巻い たもので、一方のコイル（制御コイル）が開放されていれば他方のコイル（負荷 コイル）のインダクタンスはきわめて大きいが、制御コイルにわずかな直流電流 が流れると鉄心は飽和して負荷コイルのインダクタンスはきわめて小さくなる。 このように可飽和リアクトルは、強磁性体（鉄心）の磁化の飽和を利用してイン ダクタンスを変化させるリアクタンス素子である。

【０００４】 上記可飽和リアクトルはＥ型、Ｉ型鉄心コアを組み合わせて作られており、前 記磁気増幅器は構造が丈夫で出力の大きいものも作りやすいので、昔は自動制御 装置などに用いられたが、応答速度が遅いことなどのために、徐々に適用分野は 減少している。

【０００５】 一方、現在は蛍光灯、エアコンディショナーをはじめとして各種電気製品はイ ンバータ化が進んでいる。

【０００６】 これは通産省の指導による省エネルギー対策の一環としてテレビ、照明器具等 の特定機器の２０％以上の省エネ化、エネルギー変換効率の向上等、電子機器の 低電力化の推進に沿うものである。

【０００７】 例えば、蛍光灯照明装置は照明器具の主力として様々の用途に利用されている が、高電圧印加が必要であって、高周波インバータ回路によるインバータ式の蛍 光灯照明装置が省エネルギー、調光機能という利点から既に家庭用照明や自動販 売機の照明として普及している。

【０００８】 上記インバータ式蛍光灯照明装置においては、コンデンサ（容量Ｃ）とチョー クコイル（インダクタンスＬ）及び蛍光灯から成る直列共振回路の、

【０００９】

【数１】

【００１０】 で表される共振周波数ｆｒに対して、近傍の発振周波数ｆｏの発振回路の高周波 出力を印加して共振作用を利用して高電圧を発生させ蛍光灯を点灯させるもので ある。

【００１１】 本考案者は上記蛍光灯照明装置の高周波インバータ回路において、前記直列共 振回路のチョークコイルとして可変インダクタを用いることによって調光機能を 得るようにした蛍光灯照明装置を特願平４ー１６７８３３にて示し、また特願平 ５ー２４９０にて各種蛍光灯に最適管電圧・管電流が得られるように限流作用を 担うチョークコイルに可変インダクタを用いた構成の蛍光灯照明装置を開示し、 それらの基本構成を明らかにしたが、さらに研究を重ねた結果、蛍光灯照明装置 をはじめとする小型電子機器において、可変インダクタとして最適な小型の可変 インダクタ形状を調べたところ現在の可飽和型可変インダクタで適当な小型形状 のものは無いことが判った。

【００１２】 従来の可飽和型可変インダクタ（一種の可飽和リアクトル）は、例えば特公昭 ６０ー３５８７０、特公昭６１ー１２３６４に開示されたものがテレビ受像器に おける糸巻歪補正用チョークコイルや電源装置のトランスとして有用とされてい る。

【００１３】 上記可飽和型可変インダクタは、四角平板状コアから垂直に延設された四本の 磁脚を有する磁気コア（一般に鉄ないしフェライト）を磁脚同志向かい合わせに 組み合わせ、磁束が直交するようにインダクタコイルおよび制御コイルを二本の 磁脚に跨って捲回したものである。

【００１４】 この場合、制御コイルの巻数をＮｖとするとき、磁化力Ｎｖ・Ｉｖによる磁束 Φｖを飽和領域とするため、巻数Ｎｖを大として、制御電流Ｉｖが小となるよう にする。また、インダクタコイルは線径の太いコイルを用い、その巻数Ｎｈは必 要なインダクタンス値範囲を得る巻数とし、磁化力Ｎｈ・Ｉｈによる磁束Φｈが 飽和しないようにするため磁気回路にギャップｇが設けられている。

【００１５】 上記可飽和型インダクタでは制御コイルとインダクタコイルに流れる電流によ って生じる磁束ΦｖとΦｈは、互いに直交して交鎖しないようになるので、互い に誘起電圧は生じない。したがって、上述のように制御コイルに直流電流を流す ことで、インダクタコイルのインダクタンスを変化させることができるのである 。

【００１６】 以上の可飽和型可変インダクタの原理については、特公昭６０ー３５８７０の １頁１の２７行目から２頁３の３９行目までに記述されている。また、可飽和型 可変トランスの原理については、特公昭６１ー１２３６４の１頁２の１７行目か ら３頁５の２６行目までに詳述されている。

【００１７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記公告公報に開示された可飽和型可変インダクタの構造は四 角形の平板状コアから四本の磁脚が垂直に延設された構造であって、基本的に一 本の磁脚はコイルの捲回には使用しない。

【００１８】 一方、小型電子機器においては実装基板に可及的に高密度実装することが要請 されるが、上記従来構造の可飽和型可変インダクタ構造は他の電子部品に比して 元々大きな容積を占めており、高密度実装のためには実装基板に対する占有面積 の低減が必要である。

【００１９】 また、コイルの捲回は当然ながら四本の磁脚では直接二本間に跨って捲回する ことは不可能であって、専用のコイルボビンが必要となってコストが高くなって くる。

【００２０】 単に巻きやすさの点で考えても余分の磁脚は邪魔な存在である。

【００２１】 さらには、フェライト材の使用量に伴うコストも無視できない。

【００２２】 本考案は上記事情に鑑みてなされたものであって、電子部品の小型化と省電力 化の進展に伴い急速に普及しているインバータ式の電子機器やモーターの速度調 整機等について、可変インダクタンスを得る手段として注目される可飽和型可変 インダクタ及び可飽和型可変トランスの小型化、低コスト化を図るものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】

本考案は、平板状コアから垂直に延設された複数の磁脚を有する磁気コアを二 個相対する磁脚同志を向かい合わせに組み合わせた可飽和型可変インダクタにお いて、前記平板状コアを直角三角形状とするとともに、前記磁脚を三つの頂角か ら垂直に延設する三本構成と成し、該磁気コアの磁脚にそれぞれの磁束が直交す るように配置されたインダクタコイルと制御コイルを捲回して成り、前記制御コ イルに直流電流を流して前記インダクタコイルのインダクタンスを可変としたこ とを特徴とする可飽和型可変インダクタを提供することにより、 また、前記平板状コアの直角三角形の斜辺間に相当する磁脚間に前記制御コイ ルを捲回して成ることを特徴とする可飽和型可変インダクタを提供することによ り、 さらに、可飽和型可変インダクタの構成において、第三のコイルをインダクタ コイルと同相になるように磁脚に捲回し、インダクタコイル及び前記第３のコイ ルを１次コイル及び２次コイルとするトランスを形成し、制御コイルに直流電流 を流して磁束密度を制御し２次側出力電圧を可変としたことを特徴とする可飽和 型可変トランスを提供することにより、上記目的を達成するものである。

【００２４】

【作用】

本考案における可飽和型可変インダクタにおいては、直角三角形状の平板状コ アの三つの頂角から垂直に三本延設する３本構成としているので、コイルの捲回 が比較的容易である。

【００２５】 また、組み合わせる磁気コアの各三本の磁脚の長さを適当に変えることで、直 接二本の磁脚間にコイル（絶縁被覆導線）を捲回することも可能となる。

【００２６】 直角三角形状の平板状コアの底面は四角形状の平板状コアと比して略半分の占 有面積となるので、実装基板への実装密度が向上する。

【００２７】 また、コア材料（例えばフェライト）の使用量が少なくて済み、形状もより簡 素になるので型枠も安くなってコスト低減が図れる。

【００２８】 インダクタコイルのインダクタンスの制御は、制御用コイルに流す直流電流を 変化させて磁束密度を飽和させることによって行う。

【００２９】 即ち、制御用コイルの創る磁心内の磁路がインダクタコイル巻線断面を通過す るように構成してインダクタコイルの磁化の強さを変化させるのである。したが って、インダクタンス制御は直流制御となって、インダクタコイルのインダクタ ンス値の制御が非常に簡単にできる。

【００３０】 例えば、高周波インバータ式の蛍光灯照明装置において、直列共振回路を成す インダクタコイルのインダクタンス値が選択できるようになっており、且つ高周 波インバータ装置の出力電流はインダクタコイルの限流作用によって制御されて いるので、蛍光灯の調光が可能となる。

【００３１】 尚、可飽和型可変インダクタ、及び可飽和型可変トランスは他にモーターの速 調機、発振器の周波数可変回路、パラメトリック発振器等にも応用されることは 上記蛍光灯照明装置の直列共振回路の適用からも明らかである。

【００３２】

【実施例】

本考案に係わる可飽和型可変インダクタの実施例を図１〜図５を基に詳述する 。

【００３３】 図１は本考案の請求項１に係わる可飽和型可変インダクタの構成を示す斜視図 であり、図２はその具体構造を示す斜視図である。

【００３４】 また、図３は可飽和型可変インダクタのインダクタンスの制御コイル直流電流 特性図である。

【００３５】 図４は直接二つの磁脚間に跨ってコイルの捲回が可能な磁気コアの構造を説明 するための斜視図であり、図５は本考案の請求項２に係わる可飽和型可変インダ クタの構成を示す斜視図である。

【００３６】 図１において、可飽和型可変インダクタ１は直角三角形状の平板状コア２の三 つの頂角から垂直に延設する三本の磁脚３ａ、３ｂ、３ｃを有する磁気コア４を 二個相対する磁脚同志を向かい合わせに組み合わせた磁路構成であって、該磁気 コアの磁脚３ａー３ｃ間、３ｂ′ー３ｃ′間にそれぞれの磁束が直交するように 配置されたインダクタコイル５と制御コイル６を捲回して成る。

【００３７】 図から判るように、三本の磁脚は例えば断面が正方形であって平板状コア２（ ２′）から同方向へ平行に延設されており、組み合わせた場合に全体として三角 柱状を成す。

【００３８】 上記磁気コア２（２′）の二つの磁脚間に跨って捲回するインダクタコイル５ 及び制御コイル６については、制御コイルの巻数をＮｖとするとき、磁化力Ｎｖ ・Ｉｖによる磁束Φｖを飽和領域とするため、巻数Ｎｖを大として、制御電流Ｉ ｖが小となるようにする一方、インダクタコイル５は線径の太いコイルを用い、 その巻数Ｎｈは必要なインダクタンス値範囲を得る巻数とし、インダクタに流れ る電流Ｉｈとして磁化力Ｎｈ・Ｉｈによる磁束Φｈが飽和しないようにするため 磁気回路の磁気抵抗を大きくするために磁脚３ｂー３ｂ′間にギャップｇが設け られている。

【００３９】 上記可飽和型インダクタでは制御コイル６の制御電流Ｉｖとインダクタコイル ５に流れる電流Ｉｈによって生じる磁束ΦｖとΦｈは、互いに直交して交鎖しな いようになるので、互いに誘起電圧（カップリング）は生じない。したがって、 上述のように制御コイルに直流制御電流ｉを流すことで、インダクタコイル５の インダクタンスＬを変化させることができるのである。

【００４０】 図２はポリアミド樹脂、ＰＥＴ、ＰＢＴないしフェノール樹脂等の合成樹脂製 コイルボビン８、９に各々インダクタコイル５及び制御コイル６を捲回した可飽 和型可変インダクタ１０である。このコイルボビン８、９は一体化したものであ ってもよいし別体であってもよい。

【００４１】 上記可飽和型可変インダクタ１０の一例を挙げると、磁気コア４、４′の寸法 が縦×横×高さ＝２０×２５×１８（ｍｍ）で、磁脚の断面積３０ｍｍ、制御コ イル６（線径０．１ｍｍ、Ｎｖ＝１２００）に直流制御電流ｉを流した場合のイ ンダクタコイル５（線径０．４５ｍｍ、Ｎｈ＝８０）のインダクタンス変化特性 を図３に示す。図より直流電流ｉの増加によりインダクタンスＬは制御コイルが 開放された状態（制御電流ゼロ）の場合を１００％として制御電流ｉの増加に伴 って減少する負特性となることが判る。

【００４２】 次に、図４は前記磁気コア４、４′の磁脚の長さを変えて直接磁気コアにコイ ルを捲回するのを可能にした構成の可飽和型可変インダクタ１５である。この点 、例えばフェライトコアのような高抵抗の強磁性体についてはコイルボビンを用 いずに絶縁被覆導線を直接捲回することによってもインダクタが形成可能なこと は言うまでもない。

【００４３】 即ち、図のように磁気コア４の磁脚３ａを対応する磁気コア４′の磁脚３ａ′ より長く、逆に磁脚３ｂは３ｂ′よりも短くし、且つ磁脚３ｃ、３ｃ′は等長に する。したがって、先ず磁気コア４の磁脚３ａー３ｃ間にインダクタコア５を捲 回する場合に磁脚３ｂが邪魔にならず、一方磁気コア４′の磁脚３ｂ′ー３ｃ′ 間に制御コイル６を捲回する場合にも磁脚３ａ′は邪魔にならないので、直接二 本の磁脚間にコイル（被覆絶縁導線）を捲回することも可能となる。

【００４４】 上記磁脚の長さを調整する手法を敷衍すれば、本考案の磁気コアにおいて、三 本の磁脚を必ずしも双方の磁気コアが有する必要はなく、三本の磁脚を有する磁 気コアに平板状コアのみからなる磁気コアを組み合わせてもよいことが判る。

【００４５】 次に、図５は本考案の請求項２の可飽和型可変インダクタ２０の実施例である が、これは制御コイル６が前記請求項１の場合と異なり平板状コアの直角三角形 の斜辺間に相当する磁脚間に捲回した構成である。即ち磁脚３ａ′ー３ｂ′間に 跨って制御コイル６が捲回されているものであって、当然ながら互いのつくる磁 束Фｖ、Фｈは直交しないが、図３に示されるインダクタコイル５のインダクタ ンス低減率と制御コイル直流電流ｉの特性曲線と変わらない特性が得られ、誘起 電圧（カップリング）は生じない。

【００４６】 これは磁気回路として磁脚３ａ…を利用し、各二本の磁脚に跨って制御コイル ６、インダクタコイル５を捲回しているので、インダクタコイル側からみた制御 コイル内の二本の磁脚３ａ′、３ｂ′の交流磁束が必ず上下逆転しており、双方 向で打ち消し合っていることによる。

【００４７】 したがって、本考案に係わる可飽和型可変インダクタ２０においては、コイル 捲回の自由度が増し、各種角度の直角三角形状の平板状コアを有する磁気コアが 利用できることになる。

【００４８】 次に、本考案の請求項３に係わる可飽和型可変トランスの構造は、前述の可飽 和型可変インダクタの構成において、第三のコイルをインダクタコイルと同相に なるように磁脚に捲回し（即ちインダクタコイルの上に積層ないし並べて捲回す る）、インダクタコイル及び前記第３のコイルを１次コイル及び２次コイルとす るトランスを形成し、該コイルの磁化特性に対して制御コイルに直流電流を流す ことによって生じる磁束が加減され、トランスの出力電圧が変化する。

【００４９】 即ち、制御コイルの磁束密度を制御することによってトランスの出力電圧を制 御することができるのである。

【００５０】 上記可飽和型可変トランスにおいても、１次コイルと２次コイルは制御コイル と直交結合となっており、干渉は無いことは可飽和型可変インダクタ１０、１５ と同様である。

【００５１】 以上のように、本考案に係わる可飽和型可変インダクタ及び可飽和型可変トラ ンスは底面が三角形状であって、実装基板への実装占有面積が小さくて済み、ま たフェライトコアへのコイルの直接捲回も可能になるのでコスト低減になる。さ らには余分な磁脚が無いのでコア材料コスト、加工コストも低減されるのである 。

【００５２】

【考案の効果】

本考案に係わる可飽和型可変インダクタは、上記のように構成されているため 、以下に記載するような効果を有する。

【００５３】 （１）三本磁脚構成であることからインダクタコイル及び制御コイルの磁脚へ の捲回が容易である。

【００５４】 また、組み合わせる磁気コアの各三本の磁脚の長さを適当に変えることで、直 接二本の磁脚間にコイル（被覆絶縁導線）を捲回することも可能となる。

【００５５】 （２）直角三角形状の平板状コアの底面は四角形状の平板状コアと比して略半 分の占有面積となるので、実装基板への実装密度が向上する。

【００５６】 （３）コア材料（例えばフェライト）の使用量が少なくて済み、形状もより簡 素になるので型枠も安くなってコスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の請求項１記載に係わる可飽和型可変
インダクタの構成を示す斜視図である。

【図２】 上記可飽和型可変インダクタの具体構造を示
す斜視図である。

【図３】 可飽和型可変インダクタのインダクタンスの
制御コイル直流電流特性図である。

【図４】 直接コイルの捲回が可能な磁気コアの構成例
を示す斜視図である。

【図５】 本考案の請求項２記載に係わる可飽和型可変
インダクタの構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１、１０、１５、２０ 可飽和型可変インダクタ ２、２′ 平板状コア ３ａ〜３ｃ、３ａ′〜３ｃ′ 磁脚 ４、４′ 磁気コア ５ インダクタコイル ６ 制御コイル ８、９ コイルボビン Ｎｖ 制御コイルの巻数 Ｉｖ 制御電流 Ｎｈ インダクタコイルの巻数 Ｉｈ インダクタに流れる電流 ｇ ギャップ Φｖ 制御コイルのつくる磁束 Φｈ インダクタコイルのつくる磁束 ｆｏ 出力電流周波数 ｆｒ 共振周波数

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状コアから垂直に延設された複数の
   磁脚を有する磁気コアを二個相対する磁脚同志を向かい
   合わせに組み合わせた可飽和型可変インダクタにおい
   て、前記平板状コアを直角三角形状とするとともに、前
   記磁脚を三つの頂角から垂直に延設する三本構成と成
   し、該磁気コアの磁脚にそれぞれの磁束が直交するよう
   に配置されたインダクタコイルと制御コイルを捲回して
   成り、前記制御コイルに直流電流を流して前記インダク
   タコイルのインダクタンスを可変としたことを特徴とす
   る可飽和型可変インダクタ。
2. 【請求項２】 前記平板状コアの直角三角形の斜辺間に
   相当する二本の磁脚間に前記制御コイルを捲回して成る
   ことを特徴とする請求項１記載の可飽和型可変インダク
   タ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の可飽和型可変インダクタ
   の構成において、第三のコイルをインダクタコイルと同
   相になるように磁脚に捲回し、インダクタコイル及び前
   記第三のコイルを１次コイル及び２次コイルとするトラ
   ンスを形成し、制御コイルに直流電流を流して磁束密度
   を制御し２次側出力電圧を可変としたことを特徴とする
   可飽和型可変トランス。