JP2000252542A - Voltage transformer - Google Patents

Voltage transformer

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JP2000252542A
JP2000252542A JP11055342A JP5534299A JP2000252542A JP 2000252542 A JP2000252542 A JP 2000252542A JP 11055342 A JP11055342 A JP 11055342A JP 5534299 A JP5534299 A JP 5534299A JP 2000252542 A JP2000252542 A JP 2000252542A
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric body
voltage converter
longitudinal direction
electrode
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JP11055342A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsunobu Yoshida
光伸 吉田
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Mitsui Chemicals Inc
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Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage transformer which is small in size and high in efficiency. SOLUTION: A piezoelectric body 2 which is formed of piezoelectric material and provided with electrodes formed on its surface and magnetic bodies 1a and 1b wound with wires 10a and 10b formed of conductive material are joined together through the intermediary of, at least, a coupler 3a into a voltage transformer, where the piezoelectric body 2 and the magnetic bodies 1a and 1b are arranged so as to be in parallel with each other in a longer direction, the wires 10a and 10b wound on the magnetic bodies 1a and 1b serve as an input part, and the electrodes formed on the piezoelectric body 2 serve as an output part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶バック
ライト用インバータやDC−DCコンバータなどの電力変換
装置に用いられる電圧変換器に関する。
The present invention relates to a voltage converter used for a power converter such as an inverter for a liquid crystal backlight or a DC-DC converter.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ノートパソコン等の液晶バックラ
イト用インバータなどの高電圧出力用変圧器として電磁
トランスや圧電トランスなどが利用されている。圧電ト
ランスは電磁トランスに比較して、高効率、小型、不燃
性、低ノイズといった利点を生かして、液晶バックライ
ト用インバータなどの高電圧出力用変圧器として圧電ト
ランスが採用されてきている。
2. Description of the Related Art In recent years, electromagnetic transformers and piezoelectric transformers have been used as high-voltage output transformers such as inverters for liquid crystal backlights of notebook personal computers and the like. Piezoelectric transformers have been adopted as high-voltage output transformers such as inverters for liquid crystal backlights, taking advantage of the advantages of high efficiency, small size, nonflammability, and low noise as compared with electromagnetic transformers.

【0003】圧電トランスの基本構成及び動作原理を、
ローゼン型圧電トランスの例で図7を参照しながら説明
する。図7はローゼン型圧電トランスの斜視図であり、
矩形の圧電セラミックス基板101の左半分の上下面に
1対の入力電極102が設けられ、入力電極間が上下面
に垂直な方向に分極されている。出力電極103は右半
分の端面に設けられ、右半分の領域の分極方向は長手方
向に分極されている。入力電極は電源104に接続さ
れ、出力電極は負荷105に接続されている。電源から
電圧が印加されると図の左半分では厚み方向に電界が加
わり、分極方向とは垂直方向に変位する圧電横効果で長
手方向の縦振動が励振されて、圧電トランス全体が振動
する。さらに右半分では長手方向に機械的歪みが生じ分
極方向に電位差が発生する圧電縦効果により出力電極1
03から入力電極間に印加された電圧と同じ周波数の電
圧が取り出せる。圧電トランスの共振周波数近傍の周波
数の駆動電圧を入力電極間に印加すると入力電圧より高
い電圧が取り出せる。この時の共振による応力分布は図
7(b)、変位の振幅分布は図7(c)のようになり、圧電セ
ラミックス基板の長手方向中央部が振動の節となる。
The basic structure and operation principle of a piezoelectric transformer are as follows:
An example of a Rosen type piezoelectric transformer will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view of a Rosen-type piezoelectric transformer.
A pair of input electrodes 102 are provided on the upper and lower surfaces of the left half of the rectangular piezoelectric ceramic substrate 101, and the input electrodes are polarized in a direction perpendicular to the upper and lower surfaces. The output electrode 103 is provided on the end face of the right half, and the polarization direction of the right half region is polarized in the longitudinal direction. The input electrode is connected to a power supply 104, and the output electrode is connected to a load 105. When a voltage is applied from the power supply, an electric field is applied in the thickness direction in the left half of the figure, and a longitudinal vibration in the longitudinal direction is excited by a piezoelectric transverse effect displaced in a direction perpendicular to the polarization direction, so that the entire piezoelectric transformer vibrates. Further, in the right half, a mechanical strain occurs in the longitudinal direction, and a potential difference occurs in the polarization direction.
From 03, a voltage having the same frequency as the voltage applied between the input electrodes can be obtained. When a drive voltage having a frequency near the resonance frequency of the piezoelectric transformer is applied between the input electrodes, a voltage higher than the input voltage can be obtained. The stress distribution due to resonance at this time is as shown in FIG. 7 (b), and the amplitude distribution of the displacement is as shown in FIG. 7 (c). The central portion in the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic substrate is a node of vibration.

【0004】しかしながらこのようなローゼン型圧電ト
ランスをノートパソコンの液晶表示(LCD)パネルのバ
ックライトに使用される冷陰極管(CFL)点灯用インバ
ータの昇圧トランスとして使用するには未だ昇圧比が不
十分で、なお相当大きな入力電圧を印加する必要があっ
た。そのため昇圧比を確保するために図8に示すように
入力部を圧電セラミックス106と内部電極107で積
層したローゼン型圧電トランスなどが考案されている。
基本的動作は図7にしめした圧電トランスと同じであ
る。入力部を積層することで入力インピーダンスを下
げ、入力インピーダンスと出力インピーダンスの比の平
方根に比例する昇圧比を大きくすることが可能となる。
However, such a Rosen-type piezoelectric transformer is not yet used in a step-up transformer of an inverter for lighting a cold-cathode tube (CFL) used for a backlight of a liquid crystal display (LCD) panel of a notebook personal computer. It was necessary to apply a sufficiently large input voltage. For this reason, as shown in FIG. 8, a Rosen-type piezoelectric transformer in which an input portion is laminated with a piezoelectric ceramic 106 and an internal electrode 107 has been devised in order to secure a boost ratio.
The basic operation is the same as that of the piezoelectric transformer shown in FIG. By stacking the input sections, it is possible to lower the input impedance and increase the step-up ratio proportional to the square root of the ratio of the input impedance to the output impedance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の圧電トランスでは駆動回路を構成する際、効率
良くエネルギーを圧電トランスに入力するために、入力
容量と駆動周波数で共振するコイル部品が必要であっ
た。また昇圧比を高めるために入力側を積層化すると入
力インピーダンスが小さくなり、そのため増大した内部
電極での抵抗損失により効率が低下する。
However, these conventional piezoelectric transformers require a coil component that resonates at an input capacitance and a drive frequency in order to efficiently input energy to the piezoelectric transformer when forming a drive circuit. there were. Further, when the input side is laminated to increase the boost ratio, the input impedance is reduced, and the efficiency is reduced due to the increased resistance loss at the internal electrodes.

【0006】そこで本発明は上記の問題を解決し、さら
に小型化、高効率が可能な電圧変換器を提供することを
目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a voltage converter which can be further reduced in size and high in efficiency.

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】この問題点に対して、
本発明は以下の構成の電圧変換器とすることで解決を図
る。
[Means to solve the problem]
The present invention solves the problem by providing a voltage converter having the following configuration.

【0008】すなわち本発明は、圧電材料からなりその
一部に電極が形成されている圧電体と、磁歪材料からな
り導電材料による巻線が施されている磁性体が、少なく
とも1つの結合子を介して接合されており、前記圧電体
と前記磁性体とがそれぞれの長手方向が平行になるよう
に配置され、前記磁性体に施された巻線を入力部、前記
圧電体に形成された電極を出力部とした電圧変換器であ
る。
That is, according to the present invention, at least one connector is composed of a piezoelectric material made of a piezoelectric material and having an electrode formed on a part thereof, and a magnetic material made of a magnetostrictive material and wound with a conductive material. The piezoelectric body and the magnetic body are arranged so that their respective longitudinal directions are parallel to each other, and a winding applied to the magnetic body is used as an input part, and an electrode formed on the piezoelectric body. Is a voltage converter having an output section.

【0009】また本発明は、圧電材料からなりその一部
に電極が形成されている圧電体と、磁歪材料からなり導
電材料による巻線が施されている磁性体が、それぞれの
長手方向が平行になるように配置され、かつこの圧電体
と磁性体との間には少なくとも2つの結合子が介在する
とともに空隙が設けられており、前記巻線部を入力部、
前記圧電体に形成された電極を出力部とした電圧変換器
である。またこの電圧変換器は、磁歪材料からなり導電
材料による巻線が施されている第2の磁性体をさらに備
え、前記圧電体が前記2つの磁性体に挟まれ、前記圧電
体とそれぞれの磁性体との間には少なくとも2つの結合
子と空隙が介在していることが好ましい。
Further, according to the present invention, a piezoelectric body made of a piezoelectric material and having an electrode formed in a part thereof, and a magnetic body made of a magnetostrictive material and wound with a conductive material are parallel to each other in longitudinal direction. And at least two connectors are interposed between the piezoelectric body and the magnetic body, and a gap is provided.
A voltage converter using an electrode formed on the piezoelectric body as an output unit. The voltage converter further includes a second magnetic body made of a magnetostrictive material and wound with a conductive material, the piezoelectric body being sandwiched between the two magnetic bodies, It is preferred that at least two connectors and voids are interposed between the body and the body.

【0010】この場合、前記2つの磁性体の端部をつな
ぐように軟磁性材料からなる構造体が設けられているこ
とがさらに好ましい。こうすることで磁気的な閉回路が
形成されるので、電圧変換効率がさらに向上する。
In this case, it is further preferable that a structure made of a soft magnetic material is provided so as to connect the ends of the two magnetic bodies. In this way, a magnetic closed circuit is formed, so that the voltage conversion efficiency is further improved.

【0011】そしてこれらの電圧変換器において、圧電
体が平板状で、第1の主面と第2の主面を有しており、
それぞれの主面に電極が設けられており、前記電極間が
第1の主面に垂直方向に分極されてもよい。
In these voltage converters, the piezoelectric body has a flat plate shape and has a first main surface and a second main surface.
An electrode may be provided on each main surface, and the space between the electrodes may be polarized in a direction perpendicular to the first main surface.

【0012】あるいは、前記圧電体が平板状で、複数の
電極層と圧電材料からなる複数の圧電層とが交互に厚み
方向に積層した構造からなっており、前記複数の電極層
が2つの電極群にまとめられて、同じ電極群のなかの電
極層は互いに電気接続されていてもよい。
Alternatively, the piezoelectric body has a plate shape, and has a structure in which a plurality of electrode layers and a plurality of piezoelectric layers made of a piezoelectric material are alternately laminated in a thickness direction, and the plurality of electrode layers are formed of two electrodes. Collectively, the electrode layers in the same electrode group may be electrically connected to each other.

【0013】あるいは、前記圧電体が、その長手方向に
複数の領域に分割されており、各領域の分極は長手方向
に平行であり、かつ隣接する領域の分極は互いに反平行
であってもよい。
Alternatively, the piezoelectric body may be divided into a plurality of regions in the longitudinal direction, and the polarization in each region may be parallel to the longitudinal direction, and the polarization in adjacent regions may be antiparallel to each other. .

【0014】あるいは、前記圧電体が平板状で、第1の
主面での長手方向の中央部に、長手方向に対して垂直に
伸びる帯状電極が設けてあり、前記帯状電極によって長
手方向に分割される2つの領域の分極方向が、前記長手
方向に平行であり、かつ互いに反平行であってもよい。
Alternatively, the piezoelectric body has a flat plate shape, and a band-shaped electrode extending perpendicularly to the longitudinal direction is provided at a central portion of the first main surface in the longitudinal direction, and is divided in the longitudinal direction by the band-shaped electrode. The polarization directions of the two regions may be parallel to the longitudinal direction and antiparallel to each other.

【0015】あるいは、前記圧電体が平板状で、前記第
2の圧電体の第1の主面には、第1の面内での長手方向
に対して垂直方向に伸びる少なくとも2つの帯状の出力
電極が設けられており、前記2つの帯状の出力電極によ
って挟まれる領域の分極方向が、前記長手方向に平行で
あってもよい。
Alternatively, at least two band-shaped output members extending in a direction perpendicular to a longitudinal direction in the first surface are provided on a first main surface of the second piezoelectric member, wherein the piezoelectric member has a flat plate shape. An electrode may be provided, and a polarization direction of a region sandwiched between the two band-shaped output electrodes may be parallel to the longitudinal direction.

【0016】そしてこれらの電圧変換器の外部との電気
接続および支持方法として、前記入力部の外部との電気
的接続部と、前記出力部の外部との電気的接続部とをと
るための電極端子が圧電体の長手方向の側面でかつ振動
の節部に形成され、導電体を介して外部回路との電気的
接続および機械的接続を図ることが好ましい。
As a method of electrically connecting and supporting these voltage converters to the outside, electrodes for establishing an electrical connection to the outside of the input section and an electrical connection to the outside of the output section are provided. It is preferable that the terminal is formed on the side surface of the piezoelectric body in the longitudinal direction and at a node of the vibration, and the electrical connection and the mechanical connection with the external circuit are made via the conductor.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の動作原理について実施の
形態を用いて説明する。図1は本発明の電圧変換器の構
造の1例を示すものである。導電線からなる巻線を施し
た棒状の磁歪材料からなる磁性体1a、1bと平板状の
圧電セラミクス基板(以下は圧電体と呼ぶ)は、長手方
向の端部に結合子3a、3b,3c,3dを挟んで積み
重ねられている。圧電体2と結合子の間および磁性体と
結合子の間は、固着されていて、全体が一体となってい
る。そして圧電体と磁性体の対向部で結合子の占めてな
い箇所は空隙となっている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of operation of the present invention will be described with reference to an embodiment. FIG. 1 shows an example of the structure of the voltage converter of the present invention. A magnetic body 1a, 1b made of a rod-shaped magnetostrictive material provided with a winding made of a conductive wire and a flat plate-shaped piezoelectric ceramic substrate (hereinafter referred to as a piezoelectric body) are provided with connectors 3a, 3b, 3c at their longitudinal ends. , 3d. The space between the piezoelectric body 2 and the connector and the space between the magnetic body and the connector are fixed, and the whole is integrated. A portion where the connector is not occupied in the facing portion between the piezoelectric body and the magnetic body is a gap.

【0018】次に動作原理について以下に示す。ここで
は導電線からなる巻線10a,10bを施した棒状の磁
性体1a、1bを入力部、平板状の圧電体2を出力部として
説明する。導電線からなる巻線に交流電流を流す。その
結果、巻き線によって囲まれる磁歪材料内部に長手方向
に平行な交流磁界が発生し、その結果磁歪効果により磁
界に比例した長手方向の応力と変位が生じて長手方向に
振動する。巻線に流す交流の周波数を、磁性体に発生す
る振動の半波長が磁性体の長さに等しくなるように設定
すると、前記棒状の磁性体に長手方向の中央部を節とし
た機械的共振による振動の半波長の定在波が励起され
る。このとき磁性体1a、1bで発生する応力の位相が
揃うように巻き線を施せばよい。その時の応力分布と変
位の振幅分布を図1(b)と図1(c)に示す。そして前記磁
歪材料からなる入力部1a、1bの機械的振動エネルギ
ーを、結合子を介して中間にある圧電体2に伝播させ、
圧電体2をその長手方向に半波長モードの機械的な伸縮
振動をさせる。この機械的振動エネルギーを圧電縦効果
により圧電体の長さ方向中央部に設けられた電極5と端
部に設けられた電極6a,6bの間で、より昇圧された
高電圧の電流として取り出すことができる。変圧比は入
力インピーダンスと出力インピーダンスの比の平方根に
比例する。
Next, the principle of operation will be described below. Here, the rod-shaped magnetic bodies 1a and 1b provided with the windings 10a and 10b made of conductive wires will be described as an input unit, and the flat plate-shaped piezoelectric body 2 will be described as an output unit. An alternating current is passed through a winding made of a conductive wire. As a result, an alternating magnetic field parallel to the longitudinal direction is generated inside the magnetostrictive material surrounded by the windings. As a result, longitudinal stress and displacement proportional to the magnetic field are generated due to the magnetostrictive effect, and the material vibrates in the longitudinal direction. When the frequency of the alternating current flowing through the winding is set so that the half-wavelength of the vibration generated in the magnetic material is equal to the length of the magnetic material, the rod-shaped magnetic material has a mechanical resonance with its central portion in the longitudinal direction as a node. A half-wave standing wave of vibration is excited. At this time, winding may be performed so that the phases of the stresses generated in the magnetic bodies 1a and 1b are aligned. The stress distribution and the amplitude distribution of the displacement at that time are shown in FIG. 1 (b) and FIG. 1 (c). Then, the mechanical vibration energy of the input portions 1a and 1b made of the magnetostrictive material is transmitted to an intermediate piezoelectric body 2 via a connector,
The piezoelectric body 2 is caused to undergo mechanical stretching vibration in a half wavelength mode in the longitudinal direction. This mechanical vibration energy is taken out as a higher voltage high-voltage current between the electrode 5 provided at the center in the longitudinal direction of the piezoelectric body and the electrodes 6a and 6b provided at the ends by the piezoelectric longitudinal effect. Can be. The transformation ratio is proportional to the square root of the ratio of the input impedance to the output impedance.

【0019】磁性体と圧電体との間の結合子は、振動の
腹部に設ければよい。高次の振動モードを用いれば、腹
部は複数存在するので、結合子を複数の箇所に設けるこ
とができる。圧電体または磁性体と結合子の接合はエポ
キシ系などの剛性の高い接着剤を用いてもよいし、圧電
体と接合子の材料をセラミックス材料にし、圧電体を焼
結するときに結合子および電極を一体焼結して得る事も
できる。その場合結合子は、圧電体の主面に垂直方向に
分極されていることが好ましい。また結合子自体を剛性
の高い接着剤で形成してもよい。また結合子を軟磁性体
で形成して、間に圧電体を挟んだ2つの磁性体の端部を
つなぐように軟磁性体からなる結合子を設けて、閉磁気
回路を形成してもよい。
The connector between the magnetic body and the piezoelectric body may be provided at the antinode of the vibration. If a higher-order vibration mode is used, a plurality of abdominal parts are present, so that connectors can be provided at a plurality of locations. The bonding between the piezoelectric body or the magnetic body and the connector may be performed using a highly rigid adhesive such as an epoxy-based material, or the material of the piezoelectric body and the connecting piece may be made of a ceramic material. The electrodes can also be obtained by sintering integrally. In that case, the connector is preferably polarized in a direction perpendicular to the main surface of the piezoelectric body. Further, the connector itself may be formed of a highly rigid adhesive. Alternatively, the coupler may be formed of a soft magnetic material, and a coupler made of a soft magnetic material may be provided so as to connect the ends of the two magnetic materials with the piezoelectric material interposed therebetween, thereby forming a closed magnetic circuit. .

【0020】また巻線は絶縁被覆された電線を巻いたも
のでもよいし、導電材料からなる箔を磁性体に貼り付け
たもの、導電ペーストを塗布したものなど適宜選択でき
る。
The winding may be appropriately formed by winding an electric wire coated with an insulating material, by applying a foil made of a conductive material to a magnetic material, or by applying a conductive paste.

【0021】このような本発明により、小型化、高効
率、低コスト、高昇圧比の電圧変換器が得られる。それ
を以下に詳説する。第一に小型化である。本構造を用い
ることで入力段がインダクタンスとして作用するため、
圧電トランスの駆動回路に必要であった外部インダクタ
ンス部品が不要となり、駆動回路の小型化が可能とな
る。
According to the present invention, a voltage converter having a small size, high efficiency, low cost, and a high step-up ratio can be obtained. It is described in detail below. The first is miniaturization. Since the input stage acts as an inductance by using this structure,
External inductance components required for the drive circuit of the piezoelectric transformer are not required, and the drive circuit can be reduced in size.

【0022】第二に高効率である。本構造を用いること
で、圧電トランスで高昇圧比を得るために必要であった
入力側を積層構造にする必要がなくなり、積層構造にと
もない増大した入力電流の内部電極での損失がなくなる
ため、高効率化が可能となる。
Second, high efficiency. By using this structure, the input side, which was necessary to obtain a high voltage step-up ratio with the piezoelectric transformer, does not need to be a laminated structure, and the loss of the input current increased by the laminated structure at the internal electrodes is eliminated. High efficiency can be achieved.

【0023】第三に高昇圧比である。本構造では入力イ
ンピーダンスは、磁歪材料に施した巻き線によるインダ
クタンスで決定されるため、比較的容易に低インピーダ
ンスを実現できるため、入力インピーダンスと出力イン
ピーダンスの比の平方根で決まる昇圧比を容易に上げる
ことが可能となる。
Third, there is a high step-up ratio. In this structure, since the input impedance is determined by the inductance of the winding applied to the magnetostrictive material, a low impedance can be realized relatively easily, so that the boost ratio determined by the square root of the ratio of the input impedance to the output impedance can be easily increased. It becomes possible.

【0024】[0024]

【実施例1】本実施例は原理を説明した構造と同じであ
り、図1を用いてその詳細を説明する。本電圧変換器
は、入力側は磁歪材料として一般的なフェライトを棒状
にした磁性体1a,1bからなり、出力側は圧電トランスに
も用いられるPZT系の材料を焼結して得られた圧電セラ
ミックスの棒状体から成る圧電体2からなる。磁性体1
aと1bと圧電体2を、長手方向端部に設けた結合子3
a、3b,3c,3dを介して、それぞれの接触面を熱硬化型エ
ポキシ接着剤で貼りあわせて一体構造とした。そして磁
性体と圧電体との間は、結合子が占めない箇所は空隙が
設けられている。この電圧変換器の大きさは30mm×10m
m×5mmである。磁性体1a、1bには導電線からなる
巻線10a,10bが形成されている。また中間にあっ
て出力部を構成する圧電体2は、長手方向中央部の主面
上に長手方向に垂直方向に延びる帯状の電極5が形成さ
れている。これらの電極はPd-Ag系の導電ペーストを用
い、電極パターンをスクリーン印刷により形成した。分
極処理は油中で行い、分極処理した後にエージング処理
をすることにより圧電体を製造した。分極方向は圧電体
の長手方向とするが、長手方向中央部を境に長手方向に
2つの領域とし、それぞれの領域の分極を互いに反平行
とした。ここで圧電体の長手方向に分極する領域の長さ
は負荷とのインピーダンスマッチングする条件で決めら
れる。
[Embodiment 1] This embodiment has the same structure as that described in principle, and its details will be described with reference to FIG. This voltage converter has a piezoelectric material obtained by sintering a PZT-based material that is also used for a piezoelectric transformer on the input side. The piezoelectric body 2 is made of a ceramic rod. Magnetic body 1
a, 1b, and a piezoelectric body 2 provided at a longitudinal end thereof
The respective contact surfaces were bonded with a thermosetting epoxy adhesive via a, 3b, 3c, and 3d to form an integrated structure. A gap is provided between the magnetic body and the piezoelectric body in a portion not occupied by the connector. The size of this voltage converter is 30mm x 10m
mx 5 mm. Windings 10a and 10b made of conductive wires are formed on the magnetic bodies 1a and 1b. In the middle of the piezoelectric body 2 constituting the output section, a strip-shaped electrode 5 extending in the vertical direction in the longitudinal direction is formed on the main surface in the central portion in the longitudinal direction. These electrodes were formed using a Pd-Ag-based conductive paste, and electrode patterns were formed by screen printing. The polarization treatment was performed in oil, and after the polarization treatment, an aging treatment was performed to produce a piezoelectric body. The polarization direction is the longitudinal direction of the piezoelectric body, but two regions are defined in the longitudinal direction at the center in the longitudinal direction, and the polarization of each region is antiparallel to each other. Here, the length of the region polarized in the longitudinal direction of the piezoelectric body is determined by the condition for impedance matching with the load.

【0025】[0025]

【実施例2】図2に本実施例の電圧変換器の斜視図を示
す。本電圧変換器は、圧電体以外は実施例1と同じ構造
である。中間にあって圧電体2を構成する圧電体は、そ
の長手方向の2箇所でその対向する主面に長手方向に垂
直に延在する帯状電極8と9をそれぞれ形成し、その電極
を結ぶ圧電体の長手方向に分極をしたものである。この
これらの電極の形成位置は、負荷とのインピーダンスマ
ッチングする条件で決められる。 このように出力部の
電極パターンを設けることで、入出力間の電気的な絶縁
が可能となり、したがって電源ノイズ等のノイズに強い
構造となる。
Embodiment 2 FIG. 2 is a perspective view of a voltage converter according to the present embodiment. This voltage converter has the same structure as that of the first embodiment except for the piezoelectric body. In the middle, the piezoelectric body that constitutes the piezoelectric body 2 is formed with strip-shaped electrodes 8 and 9 that extend perpendicularly to the longitudinal direction on its opposing main surfaces at two locations in the longitudinal direction, and the piezoelectric body that connects the electrodes. Are polarized in the longitudinal direction. The positions at which these electrodes are formed are determined by conditions for impedance matching with the load. By providing the electrode pattern of the output section in this manner, electrical insulation between the input and the output can be achieved, and therefore, a structure resistant to noise such as power supply noise can be obtained.

【0026】[0026]

【実施例3】図3に本実施例の電圧変換器の斜視図を示
す。本電圧変換器は、圧電体以外は実施例1と同じ構造
である。中間にある圧電体は複数の圧電シートをその間
に内部電極を挟んで焼結したもので、長手方向に積層構
造となっている。複数の内部電極は1つおきに互いを電
気的に接続した2つの異なる電極群11、12に分けられ
る。そして圧電体は長手方向に分極されているが、内部
電極をはさんで隣接する領域の分極は互いに反平行とな
っている。そして圧電体が長手方向に積層構造になって
いる以外は、実施例1と同じである。このように出力側
の電極を積層することで、入出力間の絶縁が可能とな
り、またインピーダンスの小さい負荷に対してもマッチ
ングをとることが容易になる。
Embodiment 3 FIG. 3 is a perspective view of a voltage converter according to the present embodiment. This voltage converter has the same structure as that of the first embodiment except for the piezoelectric body. The intermediate piezoelectric body is formed by sintering a plurality of piezoelectric sheets with an internal electrode interposed therebetween, and has a laminated structure in the longitudinal direction. Every other one of the plurality of internal electrodes is divided into two different electrode groups 11 and 12 electrically connected to each other. Although the piezoelectric body is polarized in the longitudinal direction, the polarization of the region adjacent to the internal electrode is antiparallel to each other. And it is the same as Example 1 except that the piezoelectric body has a laminated structure in the longitudinal direction. By laminating the electrodes on the output side in this way, insulation between the input and the output can be achieved, and matching can be easily achieved even with a load having a small impedance.

【0027】[0027]

【実施例4】図4に本実施例の電圧変換器の斜視図を示
す。本電圧変換器は、圧電体以外は実施例1と同じ構造
である。中間の圧電体は複数の圧電シートをその間に内
部電極を挟んで焼結したもので、厚さ方向に積層構造と
なっている。複数の内部電極は1つおきに電気的に接続
した2つの異なる電極群13、14に分けられる。そして圧
電体は厚さ方向に分極されているが、内部電極をはさん
で隣接する領域の分極は互いに反平行となっている。そ
してこの第1の圧電体が厚さ方向に積層構造になってい
る以外は、実施例1と同じである。このように出力側の
電極を積層することで、入出力間の絶縁が可能となり、
またインピーダンスの小さい負荷に対してもマッチング
をとることが容易になる。
Embodiment 4 FIG. 4 is a perspective view of a voltage converter according to this embodiment. This voltage converter has the same structure as that of the first embodiment except for the piezoelectric body. The intermediate piezoelectric body is formed by sintering a plurality of piezoelectric sheets with an internal electrode interposed therebetween, and has a laminated structure in the thickness direction. The plurality of internal electrodes are divided into two different electrode groups 13 and 14, which are electrically connected every other one. The piezoelectric body is polarized in the thickness direction, but the polarization of the region adjacent to the internal electrode is antiparallel to each other. The third embodiment is the same as the first embodiment except that the first piezoelectric body has a laminated structure in the thickness direction. By laminating electrodes on the output side in this way, insulation between input and output is possible,
Further, it becomes easy to perform matching even with a load having a small impedance.

【0028】[0028]

【実施例5】図5に本実施例の斜視図をしめす。これは
2つの磁性体の両端をそれぞれの磁性体の間でパーマロ
イなどの透磁率の高い軟磁性体25、26で接続したも
のである。これにより電圧変換器の入力部の磁歪材料か
ら漏洩する磁束を低減できる。このような閉磁路構造と
することで磁歪材料の端から生じる漏洩磁気ノイズを大
幅に低減でき、また電磁変換効率も高くなる。
Embodiment 5 FIG. 5 shows a perspective view of this embodiment. This is one in which both ends of two magnetic bodies are connected by soft magnetic bodies 25 and 26 having high magnetic permeability such as permalloy between the respective magnetic bodies. Thereby, the magnetic flux leaking from the magnetostrictive material at the input part of the voltage converter can be reduced. With such a closed magnetic circuit structure, the leakage magnetic noise generated from the end of the magnetostrictive material can be greatly reduced, and the electromagnetic conversion efficiency also increases.

【0029】また図5のように中間の圧電体の両端を2
つの軟磁性体にそれぞれ接合することにより、閉磁路に
するために設けた高透磁率材料が結合子の働きも兼ねた
ものとなっている。
Also, as shown in FIG.
By joining to each of the two soft magnetic materials, the high magnetic permeability material provided for the closed magnetic circuit also serves as a connector.

【0030】また以上の実施例1から実施例5におい
て、次のことがいえる。これらの電圧変換器はいずれも
図1(b)、1(c)で示したような半波長モードで振動する
ことができる。電圧変換器の外部との電気的接続箇所
は、電圧変換器の長手方向の機械的共振振動の節点に位
置するため、機械的振動への阻害が少ない。電気的接続
にはハンダや導電性樹脂等が望ましい。
In the first to fifth embodiments described above, the following can be said. Each of these voltage converters can oscillate in a half wavelength mode as shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c). Since the electrical connection with the outside of the voltage converter is located at a node of mechanical resonance vibration in the longitudinal direction of the voltage converter, there is little hindrance to mechanical vibration. For electrical connection, solder or conductive resin is desirable.

【0031】電圧変換器の支持は長手方向の中央部でシ
リコン接着剤などの弾性体により行なう。出力電極と隣
接する入力部の電極間への放電を防止するため、ポリイ
ミド等の高耐圧樹脂フィルムを、入出力部間の空隙に挿
入したり、シリコン接着剤を塗布することもできる。
The voltage converter is supported by an elastic body such as a silicone adhesive at the center in the longitudinal direction. In order to prevent discharge between the input electrode and the input electrode adjacent to the output electrode, a high withstand voltage resin film such as polyimide may be inserted into the gap between the input and output portions, or a silicone adhesive may be applied.

【0032】次に、本発明による電圧変換器をプリント
基板に実装する方法を説明する。図6に実施例1と同様
に、各圧電体の幅方向の端面でかつ長手方向の中央部
に、電極取り出し部を設けた電圧変換器を、プリント基
板25に実装する様子を示す。この電圧変換器の電極取
り出し位置は圧電体の振動の節にあたるので、この位置
でプリント基板との電気的接続だけでなく、機械的接続
すなわち支持ができる。その両接続は電圧変換器の出力
電極とプリント基板間にはんだを介することで同時に行
なえる。図6では電圧変換器に設けられた巻線端子1
5、16、18、19および電極17とプリント基板に
形成された電極端子20、21、23、24は、15-2
0,16-23,18-21、19-24の組み合わせでハンダ付けされ
る。このようにプリント基板と電気的接続及び機械的接
続構造をとることで、リフロー炉でのプリント基板への
直接マウントが可能となり、製造コストを非常に低くす
ることができる。
Next, a method of mounting the voltage converter according to the present invention on a printed circuit board will be described. FIG. 6 shows a state in which a voltage converter provided with an electrode extraction portion at the end surface in the width direction of each piezoelectric body and the center portion in the longitudinal direction of each piezoelectric body is mounted on the printed circuit board 25 as in the first embodiment. Since the electrode take-out position of this voltage converter corresponds to the node of the vibration of the piezoelectric body, not only the electrical connection with the printed circuit board but also the mechanical connection, that is, the support can be performed at this position. Both connections can be made simultaneously by interposing solder between the output electrode of the voltage converter and the printed circuit board. In FIG. 6, the winding terminal 1 provided in the voltage converter
The electrode terminals 20, 21, 23, and 24 formed on the printed circuit board and the electrode terminals 5, 16, 18, 19 and the electrode 17 are 15-2.
Soldered in combinations of 0, 16-23, 18-21, 19-24. By adopting the electrical connection and the mechanical connection structure with the printed board in this way, direct mounting on the printed board in a reflow furnace becomes possible, and the manufacturing cost can be extremely reduced.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、圧電トラ
ンスのように外部にインダクタンスを設ける必要がない
ので小型化が図られかつ高効率で低コストさらに昇圧比
の高い電圧変換器が得られる。
As described above, according to the present invention, there is no need to provide an external inductance unlike a piezoelectric transformer, so that a voltage converter that is small in size, has high efficiency, is low in cost, and has a high step-up ratio can be obtained. Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例5の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a fifth embodiment of the present invention.

【図6】電圧変換器を実装する様子を示す斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing how a voltage converter is mounted.

【図7】従来のローゼン型圧電トランスを示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a conventional Rosen-type piezoelectric transformer.

【図8】従来の積層型圧電トランスを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional laminated piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b ・・磁性体 2 ・・圧電体 3a,3b,3c,3d ・・結合子 5、8、9、17 ・・電極 6a,6b ・・電極 7 ・・負荷 10a、10b ・・巻線 11、12、13、14 ・・電極群 15、16、18、19 ・・巻線端子 20、21、23、24 ・・電極端子 25、26 ・・軟磁性体 27 ・・プリント基板 1a, 1b ··· Magnetic body 2 ··· Piezoelectric body 3a, 3b, 3c, 3d ··· Connector 5, 8, 9, 17 ··· Electrode 6a, 6b ··· Electrode 7 ··· Load 10a, 10b ··· Winding 11, 12, 13, 14 ··· Electrode group 15, 16, 18, 19 ··· Winding terminal 20, 21, 23, 24 ··· Electrode terminal 25, 26 ··· Soft magnetic material 27 ··· Printed circuit board

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電材料からなりその一部に電極が形成さ
れている圧電体と、磁歪材料からなり導電材料による巻
線が施されている磁性体が、少なくとも1つの結合子を
介して接合されており、前記圧電体と前記磁性体とがそ
れぞれの長手方向が平行になるように配置され、前記磁
性体に施された巻線を入力部、前記圧電体に形成された
電極を出力部としたことを特徴とする電圧変換器。
1. A piezoelectric body made of a piezoelectric material and having a part of an electrode formed thereon, and a magnetic body made of a magnetostrictive material and wound by a conductive material are bonded via at least one connector. The piezoelectric body and the magnetic body are arranged so that their respective longitudinal directions are parallel to each other, and a winding applied to the magnetic body is an input unit, and an electrode formed on the piezoelectric body is an output unit. A voltage converter, characterized in that:
【請求項2】圧電材料からなりその一部に電極が形成さ
れている圧電体と、磁歪材料からなり導電材料による巻
線が施されている磁性体が、それぞれの長手方向が平行
になるように配置され、かつ前記圧電体と磁性体との間
には少なくとも2つの結合子が介在するとともに空隙が
設けられており、前記巻線部を入力部、前記圧電体に形
成された電極を出力部としたことを特徴とする電圧変換
器。
2. A piezoelectric body made of a piezoelectric material and partially formed with electrodes, and a magnetic body made of a magnetostrictive material and wound with a conductive material so that their longitudinal directions are parallel to each other. And at least two connectors are interposed between the piezoelectric body and the magnetic body, and a gap is provided between the piezoelectric body and the magnetic body. The winding unit is used as an input unit, and the electrodes formed on the piezoelectric body are output. A voltage converter characterized in that it is a part.
【請求項3】磁歪材料からなり導電材料による巻線が施
されている第2の磁性体をさらに備え、前記圧電体が前
記2つの磁性体に挟まれ、前記圧電体とそれぞれの磁性
体との間には少なくとも2つの結合子と空隙が介在して
いることを特徴とする請求項2に記載の電圧変換器。
A second magnetic body made of a magnetostrictive material and wound with a conductive material, wherein the piezoelectric body is sandwiched between the two magnetic bodies; 3. The voltage converter according to claim 2, wherein at least two connectors and an air gap are interposed therebetween.
【請求項4】前記圧電体が平板状で、第1の主面と第2
の主面を有しており、それぞれの主面に電極が設けられ
ており、前記電極間が第1の主面に垂直方向に分極され
ていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記
載の電圧変換器。
4. A piezoelectric device according to claim 1, wherein said piezoelectric body has a plate-like shape,
4. An electrode is provided on each main surface, and the space between the electrodes is polarized in a direction perpendicular to the first main surface. A voltage converter according to any one of the above.
【請求項5】前記圧電体が平板状で、複数の電極層と圧
電材料からなる複数の圧電層とが交互に厚み方向に積層
した構造からなっており、前記複数の電極層が2つの電
極群にまとめられて、同じ電極群のなかの電極層は互い
に電気接続されていることを特徴とする請求項1から3
のいずれかに記載の電圧変換器。
5. A piezoelectric device according to claim 1, wherein said piezoelectric body has a plate-like shape, and has a structure in which a plurality of electrode layers and a plurality of piezoelectric layers made of a piezoelectric material are alternately laminated in a thickness direction. 4. The electrode layers of the same electrode group being grouped together and being electrically connected to one another.
The voltage converter according to any one of the above.
【請求項6】前記圧電体が、その長手方向に複数の領域
に分割されており、各領域の分極は長手方向に平行であ
り、かつ隣接する領域の分極は互いに反平行であること
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電圧変
換器。
6. The piezoelectric body is divided into a plurality of regions in the longitudinal direction, wherein the polarization of each region is parallel to the longitudinal direction, and the polarization of adjacent regions is antiparallel to each other. The voltage converter according to any one of claims 1 to 3, wherein
【請求項7】前記圧電体が平板状で、第1の主面での長
手方向の中央部に、長手方向に対して垂直に伸びる帯状
電極が設けてあり、前記帯状電極によって長手方向に分
割される2つの領域の分極方向が、前記長手方向に平行
であり、かつ互いに反平行であることを特徴とする請求
項1から3のいずれかに記載の電圧変換器。
7. The piezoelectric body has a flat plate shape, and a band-shaped electrode extending perpendicularly to the longitudinal direction is provided at a central portion of the first main surface in the longitudinal direction, and is divided in the longitudinal direction by the band-shaped electrode. 4. The voltage converter according to claim 1, wherein the polarization directions of the two regions are parallel to the longitudinal direction and antiparallel to each other.
【請求項8】前記圧電体が平板状で、前記第2の圧電体
の第1の主面には、第1の面内での長手方向に対して垂
直方向に伸びる少なくとも2つの帯状の出力電極が設け
られており、前記2つの帯状の出力電極によって挟まれ
る領域の分極方向が、前記長手方向に平行であることを
特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電圧変換
器。
8. A piezoelectric device according to claim 1, wherein said piezoelectric body has a flat plate shape, and said first main surface of said second piezoelectric body has at least two strip-shaped output members extending in a direction perpendicular to a longitudinal direction in said first surface. 4. The voltage converter according to claim 1, wherein an electrode is provided, and a polarization direction of a region sandwiched between the two band-shaped output electrodes is parallel to the longitudinal direction. 5.
【請求項9】前記入力部の外部との電気的接続と、電圧
変換器の支持とをとるために、前記圧電体の長手方向の
側面でかつ振動の節部に電極端子が形成されていること
を特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の電圧変
換器。
9. An electrode terminal is formed on a side surface in the longitudinal direction of the piezoelectric body and at a vibration node in order to provide an electrical connection with the outside of the input section and support a voltage converter. The voltage converter according to any one of claims 1 to 8, wherein:
【請求項10】前記2つの磁性体の端部をつなぐように
軟磁性材料が設けられていることを特徴とする請求項3
に記載の電圧変換器。
10. A soft magnetic material is provided so as to connect ends of the two magnetic bodies.
2. The voltage converter according to 1.
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