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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- JPH1084142A JPH1084142A JP9242584A JP24258497A JPH1084142A JP H1084142 A JPH1084142 A JP H1084142A JP 9242584 A JP9242584 A JP 9242584A JP 24258497 A JP24258497 A JP 24258497A JP H1084142 A JPH1084142 A JP H1084142A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】特に、安心して使え、かつ使い易い圧電トラン
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。
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
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は各種の高電圧電源に
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。
【０００２】
【従来の技術】従来は複写機や、液晶のバックライトに
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。
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。
【０００３】一方、巻き線トランスとは全く動作原理の
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。
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。
【０００４】他方、駆動部以外の部分６は発電部と称す
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。
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。
【０００５】この状態で、４に圧電体１の長手方向の縦
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。
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図４に示すような圧電
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。
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。
【０００７】以上の問題点を解決することが本発明の課
題である。
題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では前記の問題点
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。
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。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１にλ／２の３倍モードの圧電
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。
【００１０】また、直流電源のスイッチングによる圧電
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。
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。
【００１１】繰り返しパルス周波数がこれらの共振周波
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。
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。
【００１２】図３では両端駆動部は同時に同位相で電界
が加わっている。
が加わっている。
【００１３】
【実施例】図２に示すようなλ／２の５倍モードの圧電
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。
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。
【００１４】この図に示す両端の駆動部５の長さはそれ
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。
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。
【００１５】圧電トランス用素板としては電気機械結合
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。
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。
【００１６】電極としては、銀７５％，パラジウム２５
％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。
％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。
【００１７】分極処理としては、１５０℃に加熱した絶
縁油中で約１．５ＫＶ／ｍｍの直流電界を加えて１５分
間保持した。
縁油中で約１．５ＫＶ／ｍｍの直流電界を加えて１５分
間保持した。
【００１８】駆動部の支持具は厚さ０．１ｍｍの銅板を
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。
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。
【００１９】発電部の支持具は厚さ０．１ｍｍの銅板に
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。
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。
【００２０】端子取り付けに関しては、駆動部の上面の
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。
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。
【００２１】入力部には同相で交流を入力し、出力端は
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。
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。
【００２２】この実施例による圧電トランスの信頼性試
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。
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。
【００２３】
【発明の効果】高次の振動モードを必要に応じて用いる
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。
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。
【００２４】加えて、実施例から本発明が極めて高信頼
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。
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。
【００２５】従来公知の圧電トランスが工業的に広く利
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。
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。
【図１】λ／２の３倍モードの本発明による圧電トラン
スの斜視図である。
スの斜視図である。
【図２】λ／２の５倍モードの本発明による圧電トラン
スの斜視図である。
スの斜視図である。
【図３】本発明にによる圧電トランスの評価・駆動法の
１例を示す回路構成図である。
１例を示す回路構成図である。
【図４】従来公知の圧電トランスを示す斜視図である。
１ 圧電体 ２ 駆動部電極 ３ 駆動部の下部電極 ４ ２電極と３電極間に加える入力 ５ 駆動部 ６ 発電部 ７ 発電部電極上の端子兼支持具 ８ 発電電極間出力 ９ 駆動電極下部端子 １０ 駆動電極上部端子 ２１ 直流電源 ２２ 平滑用の電解コンデンサ ２３ チョークコイル ２４ 電源保護用のバリスタ ２５ 電子式スイッチ ２６ 圧電トランス ２７ 負荷抵抗
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9242584A JP2998717B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 圧電トランスおよびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9242584A JP2998717B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 圧電トランスおよびその駆動方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4027040A Division JP2730378B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 圧電トランスおよびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1084142A true JPH1084142A (ja) | 1998-03-31 |
| JP2998717B2 JP2998717B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=17091241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9242584A Expired - Lifetime JP2998717B2 (ja) | 1997-09-08 | 1997-09-08 | 圧電トランスおよびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2998717B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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*** |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204538088U (zh) | 2012-11-13 | 2015-08-05 | 株式会社村田制作所 | 压电变压器 |
-
1997
- 1997-09-08 JP JP9242584A patent/JP2998717B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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*** |
| CN113806974B (zh) * | 2021-08-06 | 2023-10-17 | 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*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2998717B2 (ja) | 2000-01-11 |
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