JPH1084142A - 圧電トランスおよびその駆動方法 - Google Patents
圧電トランスおよびその駆動方法Info
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Abstract
スを提供することが本発明の目的である。従来公知の圧
電トランスは、変成比の選択に大きな制限があったり、
信頼性、安全上大きな問題点があった。 【解決手段】以下の構成を組み合わせて実現する。 (1)機械振動の節点を含む両端部分に駆動部5を設け
る。 (2)両駆動部の分極方向を同一方向とする。 (3)両駆動部に同相の入力を与える。 (4)機械振動の節点を含む中央部分に発電部6を設け
る。 (5)高次の振動モードを利用する。 (6)発電電圧が加算されるように分極の向きを設定す
る。 (7)駆動部、発電部の振動の節点に支持具を兼ねた電
気端子を設ける。
Description
用いられる圧電トランスに係り、中でも高信頼度、小型
化を要求される小型・高電圧電源に関するものである。
用いられている高電圧発生用トランスは殆どの場合電磁
式の巻き線トランスであった。
異なる圧電トランスが公知となっている。この圧電トラ
ンスの代表的な構造例を図4に示す。図4において、1
は圧電体であり、この圧電体の上下面には電極2および
3が被着形成されている。さらに、駆動部の圧電体は厚
み方向に、発電部は長さ方向に分極処理をする。両電極
間4に入力の交流電圧が加えられる。この入力電圧が加
えられる部分5は駆動部と称する。
る。この発電部の端面には電極7が被着形成されてい
る。この電極7と電極3間8から出力が得られる。ま
た、圧電トランスの固定方法として、長手方向の縦振動
の共振時の節点に支持具9を装着して、支持固定する。
振動の共振周波数を有する交流電圧を印加すると、圧電
体は機械的な共振をする。この結果、発電部より、入力
電圧と同じ周波数の高電圧が出力される。
トランスは小型化の要求の大きい液晶のバックライト用
インバータ等には極めて魅力的である。しかしながら、
以下のような大きな問題点があった。 (1)図4に示す圧電トランスは駆動部、発電部もそれ
らの電極での接続は振動の節点でないため、著しく信頼
性の低下を招く。 (2)入力電圧を比較的大きくとる必要があり、選択に
自由度が小さい。 (3)出力電圧についても変成比の選択の自由度が小さ
い。 (4)端子、支持点が少なく使用状態での振動衝撃に不
安があった。
題である。
を解決するため、 (1)機械振動の節点を含む両端部分に駆動部を設け
る。 (2)駆動部の分極方向を変える。 (3)両駆動部に同相の入力を与える。 (4)機械振動の節点を含む中央部分に発電部を設け
る。 (5)高次の振動モードを利用する。 (6)発電電圧が加算されるように分極の向きを設定す
る。 (7)駆動部、発電部の振動の節点に支持具を兼ねた電
気端子を設ける。 以上の諸手段を巧みに組み合わせることで、上記問題を
解決することが初めて可能となる。
トランスの例を示す。図1に於いて、1は圧電体、2お
よび3は駆動部の電極であり、電極間4に入力電圧を加
える。5、6は各々駆動部、発電部である。7は発電部
に設けられた端子兼支持具である。電極3と電極7から
出力8が得られる。9、10はそれぞれ駆動部に設けた
下部、上部電極端子である。この図に於いて、上向き、
右向き、左向きの矢印が前側面に示されている。これら
の矢印が示すように発電部は厚さ方向で同じ向きに、発
電部は長さ方向で中心面で二分し、互いに逆向き分極さ
れている。
トランスの駆動時に発生する電源ノイズを実測した。す
なわち、本例の圧電トランスは図3の構成で実測した。
図3において、21は直流電源、22は平滑用の電解コ
ンデンサ、23はチョークコイル、24は電源保護用の
バリスタ、25は電子式スイッチ、26は圧電トラン
ス、27は負荷抵抗である。
数で、デューティが50%となるように電子式スイッチ
をスイッチングした。
が加わっている。
トランスを作製した。この図に示す番号は何れも図1と
同様である。この図で前側面に矢印が示すように駆動部
は厚さ方向で同じ向きに分極処理をした。また、発電部
は中心面から距離λ/4毎の6領域に分割し、互いに隣
接する領域内の分極の向きが長さ方向で互いに逆向きと
なるように分極処理を施した。
ぞれλ/2、全発電部6の長さは1.5λとし、全長1
21.2mm、幅22.6mm、厚さ1.4mmとし
た。
係数k31が小さく、k33が大きい圧電材料として、NE
PEC8(商品名、トーキン製)の焼結体を用いた。こ
の焼結体を所要の形状に切削加工をして、長板状にし
た。
%の銀−パラジウムペーストを通常の厚膜スクリーン印
刷法でパターン形成し、600℃で焼き付けた。
縁油中で約1.5KV/mmの直流電界を加えて15分
間保持した。
打ち抜いて作製した。その長さは圧電トランス素板上に
形成した電極の幅とした。その幅は0.3mmとした。
この打ち抜き銅板を振動の節点に相当する下面に電気溶
接した。
圧電トランス素板の長手方向の断面の形状より僅かに大
きい穴を打ち抜きで形成し、この打ち抜き銅板を支持具
とした。圧電トランス素板を上記の穴に差し込み、長さ
方向の縦振動の節点に相当する位置に被着形成された銀
−パラジウム電極に支持板を電気溶接で固定した。
振動の節点に相当する位置の中央に厚さ0.1mmの銅
板を0.3mm角に打ち抜き点溶接で固定した。
両端子9と端子7とを並列に出力した。この時の5次モ
ードの共振周波数は64.4kHzで、出力インピーダ
ンス211kΩの時、入力16Vに対して出力1300
Vであった。すなわち、8Wの出力を得た。
験として、相対性湿度85%温度80℃の雰囲気中で連
続稼働試験を2万時間行った。その結果、150個の試
験体で特性に異常の認められるものは1個も認められな
かった。
ことで、共振周波数を変えることなく、変成比の選択範
囲が広いことである。すなわち、上記のように本体機器
から供給を受ける電圧には大きな制限がある。この制限
を解消しようとするときには極めて有効である。さらに
また、入力電圧を一定とした時には、出力電圧を振動モ
ードの次数に従って大きくすることができ、この点も極
めて大きな利点となる。
性の昇圧トランスを提供するものであることは明白であ
る。従来の巻線型の電磁トランスは高湿高温中では必ず
短絡故障を生ずることは公知であった。しかし、本発明
は前記実施例からも明かな様に短絡故障を始め如何なる
故障も生じていない。これは本発明の圧電トランスの構
造が簡単なことと振動の次数個ある節点で必要箇所だけ
電気的接続が実施できる構造になっていることに起因し
ている。
用されていないのは電気的接続が不安定な機械振動の腹
点で実施されていることによる。さらに本発明では支持
を機械振動の多箇所の節点で確実に施すことができる点
が安定性の向上に役立っている。これらの難点を完全に
克服したものが本発明である。
スの斜視図である。
スの斜視図である。
1例を示す回路構成図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 長板状の圧電体と表面に形成した電極
よりなる圧電トランスにおいて、圧電体の長さ方向の縦
振動の機械共振の波長λの1/2の3倍の振動モード
で、圧電体の駆動部を機械共振の節点を含む両端領域
に、発電部を機械共振の節点を含む中央領域に設け、か
つ圧電体の両端面より距離λ/2の二領域を厚さ方向に
同じ向きに分極した駆動部を有し、前記発電部における
圧電体の分極方向が前記二領域へ向かう方向であること
を特徴とする圧電トランス。 - 【請求項2】 長板状の圧電体と表面に形成した電極
よりなる圧電トランスにおいて、圧電体の長さ方向の縦
振動の機械共振の波長λの1/2の5以上の奇数倍の振
動モードで、圧電体の駆動部を機械共振の節点を含む両
端領域に、発電部を機械共振の節点を含む中央部領域に
設け、かつ圧電体の両端面より距離λ/2の二領域を厚
さ方向に同じ向きに分極した駆動部を有することを特徴
とする圧電トランス。 - 【請求項3】 請求項2の圧電トランスにおいて、端
面より距離λ/2の両端の駆動部を除く領域をλ/4毎
に区分し、かつ圧電体の長さ方向で隣接する領域内の分
極の向きを異なる向きとする発電部を有することを特徴
とする圧電トランス。 - 【請求項4】 請求項1または2の圧電トランスにお
いて、駆動部および発電部共に圧電体の長さ方向の縦振
動の機械共振の節点に支持と電気的端子を兼ねた支持具
を取り付けることを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項5】 請求項1または2の圧電トランスにお
いて、長板状の圧電トランスの裏面側を駆動部と発電部
の同電位電極とし、上面側の両端の電極を駆動電極、中
心部の電極を発電部の電極とし、両駆動電極に同相の駆
動電圧を印加することを特徴とする圧電トランスの駆動
方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012015449A (ja) * | 2010-07-05 | 2012-01-19 | Yokogawa Electric Corp | 電源装置 |
CN113806974A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-12-17 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种变压器套管电连接的稳定性评估方法、装置及*** |
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-
1997
- 1997-09-08 JP JP9242584A patent/JP2998717B2/ja not_active Expired - Lifetime
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