JP2002142453A - 圧電トランス及びそれを用いた電源装置 - Google Patents
圧電トランス及びそれを用いた電源装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電トランスにおいて、電磁式トランスと同
じように、トランス自体から制御電源を供給する方法を
提供すること。 【解決手段】 同一の圧電トランス内に、入力側、出力
側のそれぞれと電気的に絶縁した状態で、制御電源用の
第２の出力部を設ける。
じように、トランス自体から制御電源を供給する方法を
提供すること。 【解決手段】 同一の圧電トランス内に、入力側、出力
側のそれぞれと電気的に絶縁した状態で、制御電源用の
第２の出力部を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、昇圧用もしくは降
圧用の、圧電セラミックを用いた圧電トランス及びそれ
を用いた電源装置に関わるものである。
圧用の、圧電セラミックを用いた圧電トランス及びそれ
を用いた電源装置に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】携帯テレビやノート型パーソナルコンピ
ュータを始めとする各種携帯電子機器の普及に伴い、電
磁式トランスに替わり、機械振動のエネルギーを変換す
る媒体である圧電トランスが検討され、実用化されてい
る。
ュータを始めとする各種携帯電子機器の普及に伴い、電
磁式トランスに替わり、機械振動のエネルギーを変換す
る媒体である圧電トランスが検討され、実用化されてい
る。
【０００３】圧電トランスは、振動部に入力電圧を印加
することにより機械的振動を発生させ、この機械的振動
を発電部において電圧に変換して出力するという構成を
有し、電磁誘導トランスに比較して、巻線が不要である
ため小型化、薄型化が可能であり、しかも高効率で電磁
ノイズを発生しないという特長を有する。
することにより機械的振動を発生させ、この機械的振動
を発電部において電圧に変換して出力するという構成を
有し、電磁誘導トランスに比較して、巻線が不要である
ため小型化、薄型化が可能であり、しかも高効率で電磁
ノイズを発生しないという特長を有する。
【０００４】そして、圧電インバータは、その一つの例
であるが、入力が直流電源であるため、インバータ制御
電源の確保は容易である。一方、商用電源を用いるＡＣ
−ＤＣコンバータの場合、制御電源の確保に工夫が必要
となってくる。即ち、商用入力に用いる場合、一次−二
次間は高耐圧の絶縁を要求されることから、機器側に電
力を供給する二次側から電源をとることができない。
であるが、入力が直流電源であるため、インバータ制御
電源の確保は容易である。一方、商用電源を用いるＡＣ
−ＤＣコンバータの場合、制御電源の確保に工夫が必要
となってくる。即ち、商用入力に用いる場合、一次−二
次間は高耐圧の絶縁を要求されることから、機器側に電
力を供給する二次側から電源をとることができない。
【０００５】図７は、電磁式トランスを用いた、従来の
一般的な電源における回路のブロック図を示したもので
ある。ここで用いられている電磁式トランス７０３で
は、一次巻線に補助巻線を施し、二次側と絶縁された状
態で制御用電源を確保している。
一般的な電源における回路のブロック図を示したもので
ある。ここで用いられている電磁式トランス７０３で
は、一次巻線に補助巻線を施し、二次側と絶縁された状
態で制御用電源を確保している。
【０００６】また、出力電圧制御のためにはフォトカプ
ラ７０９などを用い、やはり一次側との絶縁を確保する
形でフィードバック系を形成している。同様の規制が圧
電トランスの場合にも当然要求されることから、圧電ト
ランスの場合にも同様な工夫が必要である。
ラ７０９などを用い、やはり一次側との絶縁を確保する
形でフィードバック系を形成している。同様の規制が圧
電トランスの場合にも当然要求されることから、圧電ト
ランスの場合にも同様な工夫が必要である。
【０００７】図８は、圧電トランス８０３を用いた圧電
コンバータにおける、制御電源確保の一例を示したもの
である。圧電トランスは、トランス自体の機械共振を用
いたデバイスであり、一つの圧電トランスの中に複数の
固有共振モードを備えている。
コンバータにおける、制御電源確保の一例を示したもの
である。圧電トランスは、トランス自体の機械共振を用
いたデバイスであり、一つの圧電トランスの中に複数の
固有共振モードを備えている。
【０００８】このため、無数の高調波成分を持つ矩形波
を入力すると、主共振以外の共振モードまで駆動され、
大きな効率低下をきたす。この対策として、まず圧電ト
ランス自体の入力制動容量８０９と直列に、共振用イン
ダクタンス８１０を配置し、これよる電流、電圧共振に
よって印加される電圧及び電流を正弦波に近づける必要
がある。
を入力すると、主共振以外の共振モードまで駆動され、
大きな効率低下をきたす。この対策として、まず圧電ト
ランス自体の入力制動容量８０９と直列に、共振用イン
ダクタンス８１０を配置し、これよる電流、電圧共振に
よって印加される電圧及び電流を正弦波に近づける必要
がある。
【０００９】また、この例においては、共振用インダク
タンス８１０に巻線を施し、一種のトランスとして用い
るものである。この二次側と機器、負荷側とは圧電トラ
ンス８０３を介して完全に絶縁されている。しかし、こ
の場合、共振用インダクタンス８１０の二次巻線での損
失、及びこれが存在することにより、制御系全体へ影響
が生じるという問題があった。
タンス８１０に巻線を施し、一種のトランスとして用い
るものである。この二次側と機器、負荷側とは圧電トラ
ンス８０３を介して完全に絶縁されている。しかし、こ
の場合、共振用インダクタンス８１０の二次巻線での損
失、及びこれが存在することにより、制御系全体へ影響
が生じるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、圧電トランスにおいても、一般的な電磁式トランス
のように、トランス自体から制御電源を供給する方法を
提供することにある。
は、圧電トランスにおいても、一般的な電磁式トランス
のように、トランス自体から制御電源を供給する方法を
提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決のため、主となる負荷への電力供給部と完全に絶縁さ
れた、第二の出力部を、同一の圧電トランス内に構成す
ることを検討した結果なされたものである。
決のため、主となる負荷への電力供給部と完全に絶縁さ
れた、第二の出力部を、同一の圧電トランス内に構成す
ることを検討した結果なされたものである。
【００１２】即ち、本発明は、圧電セラミックの共振を
利用した圧電トランスにおいて、電源制御系への電力供
給用の発電部が、電力取出し用の出力部とは電気的に絶
縁されて形成されてなることを特徴とする圧電トランス
である。
利用した圧電トランスにおいて、電源制御系への電力供
給用の発電部が、電力取出し用の出力部とは電気的に絶
縁されて形成されてなることを特徴とする圧電トランス
である。
【００１３】また、本発明は、前記の圧電トランスを用
いたことを特徴とする電源装置である。
いたことを特徴とする電源装置である。
【００１４】
【作用】本発明の圧電トランスにおける、電源制御系へ
の電力供給用の発電部は、主たる負荷への電力供給部と
絶縁されていれば、入力部の一部、出力部の一部のいず
れに構成するかについては、特に制限がない。本発明の
圧電トランスを電源に用いることにより、トランス自体
から制御電源への電力供給が可能となり、共振インダク
タンスなどから二次巻線を引き出して、全体の制御系へ
の影響を与えることなく動作させることが可能となる。
の電力供給用の発電部は、主たる負荷への電力供給部と
絶縁されていれば、入力部の一部、出力部の一部のいず
れに構成するかについては、特に制限がない。本発明の
圧電トランスを電源に用いることにより、トランス自体
から制御電源への電力供給が可能となり、共振インダク
タンスなどから二次巻線を引き出して、全体の制御系へ
の影響を与えることなく動作させることが可能となる。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例を、図を参照
して説明する。
して説明する。
【００１６】図６は、本発明の圧電トランスを用いた圧
電コンバータ電源のブロック図であり、以下に、ここで
用いられる圧電トランスの個々の具体例を示す。
電コンバータ電源のブロック図であり、以下に、ここで
用いられる圧電トランスの個々の具体例を示す。
【００１７】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例の圧電トランスを示す図で、図１（ａ）は、斜視図、
図１（ｂ）は、断面図である。また、図２は、この圧電
トランスの内部電極の構成を示す図である。これは、降
圧用圧電トランスとして実用化が期待されている、正方
形の輪郭拡がり共振モードを用いた圧電トランスであ
る。
例の圧電トランスを示す図で、図１（ａ）は、斜視図、
図１（ｂ）は、断面図である。また、図２は、この圧電
トランスの内部電極の構成を示す図である。これは、降
圧用圧電トランスとして実用化が期待されている、正方
形の輪郭拡がり共振モードを用いた圧電トランスであ
る。
【００１８】この圧電トランスは、外形寸法が、２０ｍ
ｍ×２０ｍｍ×４ｍｍであり、高Ｑｍ圧電セラミック材
料を用いて作製されている。内部には、図２に示したよ
うに、円形の内部電極が形成されており、入力部２１に
は、２１ａと２１ｂの２種類、出力部２２には、２２ａ
と２２ｂの２種類、合計４種類の内部電極の引き出し部
が、四角柱の別の側面に、それぞれ露出し、２１ａが図
１における電極端子１１ａに、２１ｂが対向面の電極端
子１１ｂ（図示せず）に接続され、２２ａが図１におけ
る電極端子１２ａに、２２ｂが電極端子１２ｂ（図示せ
ず）に接続される。
ｍ×２０ｍｍ×４ｍｍであり、高Ｑｍ圧電セラミック材
料を用いて作製されている。内部には、図２に示したよ
うに、円形の内部電極が形成されており、入力部２１に
は、２１ａと２１ｂの２種類、出力部２２には、２２ａ
と２２ｂの２種類、合計４種類の内部電極の引き出し部
が、四角柱の別の側面に、それぞれ露出し、２１ａが図
１における電極端子１１ａに、２１ｂが対向面の電極端
子１１ｂ（図示せず）に接続され、２２ａが図１におけ
る電極端子１２ａに、２２ｂが電極端子１２ｂ（図示せ
ず）に接続される。
【００１９】そして、対向する内部電極間は、それぞれ
逆向きに分極されている。入出力間が非絶縁の場合は、
接地電極を共通にして、電極端子が３種類の構造もある
が、通常、圧電トランスの電極端子は、前記の４種類で
ある。
逆向きに分極されている。入出力間が非絶縁の場合は、
接地電極を共通にして、電極端子が３種類の構造もある
が、通常、圧電トランスの電極端子は、前記の４種類で
ある。
【００２０】本発明の圧電トランスにおいては、前記４
種類の電極端子の他に、制御電源供給用に２３ａの内部
電極の引き出し部を持ち、入力電極引き出し部２１ａを
入力部２１との共通接地電極としながら、制御用電源供
給部２３を構成している。制御電源供給部２３の電極の
取り出しは、図１におけるコーナー部において、外部電
極１３に接続することでなされる。
種類の電極端子の他に、制御電源供給用に２３ａの内部
電極の引き出し部を持ち、入力電極引き出し部２１ａを
入力部２１との共通接地電極としながら、制御用電源供
給部２３を構成している。制御電源供給部２３の電極の
取り出しは、図１におけるコーナー部において、外部電
極１３に接続することでなされる。
【００２１】図３は、本実施例の制御電源供給部回路の
概略を示す。この図に示されるように、内部電極引き出
し部２３ａと２１ａからの出力は、ブリッジダイオード
にまず接続され、その後、平滑回路、３端子レギュレー
タ３２によって、制御ＩＣ３１に必要な直流１２Ｖに調
整される。
概略を示す。この図に示されるように、内部電極引き出
し部２３ａと２１ａからの出力は、ブリッジダイオード
にまず接続され、その後、平滑回路、３端子レギュレー
タ３２によって、制御ＩＣ３１に必要な直流１２Ｖに調
整される。
【００２２】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例の圧電トランス４０を示す図で、図４（ａ）は斜視
図、図４（ｂ）は断面図である。また、図４（ｃ）は、
この圧電トランスの内部電極の構成を示す図である。こ
の圧電トランス４０は、圧電横効果を用いた長さ振動モ
ードであり、長さ方向に一次ないしは二次共振するもの
である。
例の圧電トランス４０を示す図で、図４（ａ）は斜視
図、図４（ｂ）は断面図である。また、図４（ｃ）は、
この圧電トランスの内部電極の構成を示す図である。こ
の圧電トランス４０は、圧電横効果を用いた長さ振動モ
ードであり、長さ方向に一次ないしは二次共振するもの
である。
【００２３】入力部４１には、４１ａと４１ｂの２種
類、出力部４３には、４３ａと４３ｂの２種類、合計４
種類の内部電極の取り出し部が圧電トランス４０の側面
に露出し、それぞれ図４（ａ）における電極端子４１
ｃ、対向面の４１ｄ（図示せず）、４３ｃ、対向面の４
３ｄ（図示せず）に接続される構造となっている。ま
た、対向する内部電極間は、それぞれ逆向きに分極され
ている。
類、出力部４３には、４３ａと４３ｂの２種類、合計４
種類の内部電極の取り出し部が圧電トランス４０の側面
に露出し、それぞれ図４（ａ）における電極端子４１
ｃ、対向面の４１ｄ（図示せず）、４３ｃ、対向面の４
３ｄ（図示せず）に接続される構造となっている。ま
た、対向する内部電極間は、それぞれ逆向きに分極され
ている。
【００２４】そして、本実施例の圧電トランスにおいて
は、前記４種類の電極のいずれからも絶縁された状態
で、制御電源供給部４２において、４２ａと４２ｂの内
部電極を持つ。これらの端子への取り出しは、側面にお
ける電極端子４２ｃと対向面の４２ｄ（図示せず）に接
続されてなされる構造となっている。
は、前記４種類の電極のいずれからも絶縁された状態
で、制御電源供給部４２において、４２ａと４２ｂの内
部電極を持つ。これらの端子への取り出しは、側面にお
ける電極端子４２ｃと対向面の４２ｄ（図示せず）に接
続されてなされる構造となっている。
【００２５】（実施例３）図５は、本発明の第３の実施
例の圧電トランス５０を示す図で、図５（ａ）は斜視
図、図５（ｂ）は断面図である。この圧電トランス５０
は、圧電縦効果を用いたものであるが、入力部に制御電
源供給部を備えるものである。
例の圧電トランス５０を示す図で、図５（ａ）は斜視
図、図５（ｂ）は断面図である。この圧電トランス５０
は、圧電縦効果を用いたものであるが、入力部に制御電
源供給部を備えるものである。
【００２６】入力部５１には、５１ａと５１ｂの２種
類、出力部５３には、５３ａと５３ｂの２種類、合計４
種類の電極が圧電トランス５０の側面に露出し、それぞ
れ図５（ａ）における電極端子５１ｃ、対向面の５１ｄ
（図示せず）、５３ｃ、対向面の５３ｄ（図示せず）に
接続される構造となっている。また、対向する内部電極
間は、それぞれ逆向きに分極されている。
類、出力部５３には、５３ａと５３ｂの２種類、合計４
種類の電極が圧電トランス５０の側面に露出し、それぞ
れ図５（ａ）における電極端子５１ｃ、対向面の５１ｄ
（図示せず）、５３ｃ、対向面の５３ｄ（図示せず）に
接続される構造となっている。また、対向する内部電極
間は、それぞれ逆向きに分極されている。
【００２７】そして、本実施例の圧電トランスにおいて
は、前記４種類の電極のいずれからも絶縁された状態
で、制御電源供給部５２において、５２ａと５２ｂの内
部電極を持つ。これらの端子への取り出しは、側面にお
ける電極端子５２ｃと対向面の５２ｄ（図示せず）に接
続されてなされる構造となっている。
は、前記４種類の電極のいずれからも絶縁された状態
で、制御電源供給部５２において、５２ａと５２ｂの内
部電極を持つ。これらの端子への取り出しは、側面にお
ける電極端子５２ｃと対向面の５２ｄ（図示せず）に接
続されてなされる構造となっている。
【００２８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による圧
電トランスを電源として用いることにより、トランス自
体からの制御電源への電力供給が可能となる。これによ
り、共振インダクタンスなどからの二次巻線の引き出し
によって、全体の制御系に影響を与えることなく、装置
を動作させることが可能となる。
電トランスを電源として用いることにより、トランス自
体からの制御電源への電力供給が可能となる。これによ
り、共振インダクタンスなどからの二次巻線の引き出し
によって、全体の制御系に影響を与えることなく、装置
を動作させることが可能となる。
【図１】本発明の圧電トランスの第１の実施例を示す
図、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ
Ａにおける断面図。
図、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ
Ａにおける断面図。
【図２】本発明の圧電トランスの第１の実施例における
積層状態を示す図。
積層状態を示す図。
【図３】本発明の圧電トランスの第１の実施例における
制御電源供給部の回路を示す図。
制御電源供給部の回路を示す図。
【図４】本発明の圧電トランスの第２の実施例を示す
図、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は断面図、図４
（ｃ）は積層状態を示す図。
図、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は断面図、図４
（ｃ）は積層状態を示す図。
【図５】本発明の圧電トランスの第２の実施例を示す
図、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は断面図。
図、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は断面図。
【図６】本発明の圧電コンバータ電源のブロック図。
【図７】従来の電源における回路ブロック図。
【図８】従来の圧電コンバータ電源のブロック図。
１０，４０，５０ 圧電トランス １１ａ，１２ａ，１３，４１ｃ，４２ｃ 外部電極 ４３ｃ，５１ｃ，５２ｃ，５３ｃ 外部電極 ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，４１ａ
内部電極の引き出し部 ４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，５１ａ
内部電極の引き出し部 ５１ｂ，５２ａ５２ｂ，５３ａ，５３ｂ 内部電極の
引き出し部 ２１，４１，５１ 入力部 ２２，４３，５３ 出力部 ２３，４２，５２ 制御電源供給部 ３１ 制御ＩＣ ３２ ３端子レギュレータ ６０１，７０１，８０１ 入力フィルタ ６０２，７０２，８０２ 入力整流平滑回路 ６０３，７０３，８０３ トランス ６０４，７０４，８０４ 出力整流平滑回路 ６０５，７０５，８０５ 駆動ＩＣ ６０６，７０６，８０６ 制御ＩＣ ６０７，７０７，８０７ 整流平滑回路 ６０８，７０８，８０８ 出力電圧検出回路 ７０９ フォトカプラ ８０９ 入力制動容量 ８１０ 共振用インダクタンス
内部電極の引き出し部 ４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，５１ａ
内部電極の引き出し部 ５１ｂ，５２ａ５２ｂ，５３ａ，５３ｂ 内部電極の
引き出し部 ２１，４１，５１ 入力部 ２２，４３，５３ 出力部 ２３，４２，５２ 制御電源供給部 ３１ 制御ＩＣ ３２ ３端子レギュレータ ６０１，７０１，８０１ 入力フィルタ ６０２，７０２，８０２ 入力整流平滑回路 ６０３，７０３，８０３ トランス ６０４，７０４，８０４ 出力整流平滑回路 ６０５，７０５，８０５ 駆動ＩＣ ６０６，７０６，８０６ 制御ＩＣ ６０７，７０７，８０７ 整流平滑回路 ６０８，７０８，８０８ 出力電圧検出回路 ７０９ フォトカプラ ８０９ 入力制動容量 ８１０ 共振用インダクタンス
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電セラミックの共振を利用した圧電ト
ランスにおいて、電源制御系への電力供給用の発電部
が、電力取出し用の出力部とは電気的に絶縁されて形成
されてなることを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項２】 請求項１に記載の圧電トランスを用いた
ことを特徴とする電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334754A JP2002142453A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 圧電トランス及びそれを用いた電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000334754A JP2002142453A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 圧電トランス及びそれを用いた電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002142453A true JP2002142453A (ja) | 2002-05-17 |
Family
ID=18810611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000334754A Pending JP2002142453A (ja) | 2000-11-01 | 2000-11-01 | 圧電トランス及びそれを用いた電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002142453A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH098375A (ja) * | 1995-06-19 | 1997-01-10 | Tokin Corp | 圧電トランス |
| JPH09219545A (ja) * | 1996-02-08 | 1997-08-19 | Tokin Corp | 圧電トランス |
| JPH11298056A (ja) * | 1998-04-09 | 1999-10-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電トランスとその駆動方法 |
| JP2000082853A (ja) * | 1998-09-04 | 2000-03-21 | Tokin Corp | 圧電トランス装置及びその駆動方法 |
| JP2000102246A (ja) * | 1998-09-22 | 2000-04-07 | Nec Corp | 圧電トランスを用いたａｃ−ｄｃコンバータ回路 |
-
2000
- 2000-11-01 JP JP2000334754A patent/JP2002142453A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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