JP2508964B2 - 圧電磁器トランス及びその駆動方法 - Google Patents
圧電磁器トランス及びその駆動方法Info
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- JP2508964B2 JP2508964B2 JP5126837A JP12683793A JP2508964B2 JP 2508964 B2 JP2508964 B2 JP 2508964B2 JP 5126837 A JP5126837 A JP 5126837A JP 12683793 A JP12683793 A JP 12683793A JP 2508964 B2 JP2508964 B2 JP 2508964B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波帯で動作可能な
圧電磁器トランス、特に小型化，薄型化が要求されるオ
ンボード用圧電磁器トランス及びその駆動方法に関す
る。
圧電磁器トランス、特に小型化，薄型化が要求されるオ
ンボード用圧電磁器トランス及びその駆動方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子装置の電源回路を小型にする
ために、スイッチング電源のスイッチング周波数の高周
波化が図られている。従来より、このスイッチング電源
には、電磁トランスが用いられており、スイッチング電
源の小型化には、周知のようにスイッチング周波数の高
周波化が望ましい。しかしながら、スイッチング周波数
を高くすると、電磁トランスに用いられている磁性材料
のヒステリシス損失，渦電流損失や導線の表皮効果によ
る損失が急激に増大し、トランスの効率が非常に低くな
るという欠点があった。このため、電磁トランスの実用
的な周波数帯域の上限は、せいぜい５００ｋＨｚであっ
た。
ために、スイッチング電源のスイッチング周波数の高周
波化が図られている。従来より、このスイッチング電源
には、電磁トランスが用いられており、スイッチング電
源の小型化には、周知のようにスイッチング周波数の高
周波化が望ましい。しかしながら、スイッチング周波数
を高くすると、電磁トランスに用いられている磁性材料
のヒステリシス損失，渦電流損失や導線の表皮効果によ
る損失が急激に増大し、トランスの効率が非常に低くな
るという欠点があった。このため、電磁トランスの実用
的な周波数帯域の上限は、せいぜい５００ｋＨｚであっ
た。
【０００３】これに対して、圧電磁器トランスは、共振
状態で使用され、一般の電磁トランスに比べて、（１）
同一周波数においてエネルギー密度が高いため、小型化
が図れること，（２）不燃化が図れること，（３）電磁
誘導によるノイズが発生しないこと等、数多くの長所を
有している。
状態で使用され、一般の電磁トランスに比べて、（１）
同一周波数においてエネルギー密度が高いため、小型化
が図れること，（２）不燃化が図れること，（３）電磁
誘導によるノイズが発生しないこと等、数多くの長所を
有している。
【０００４】図６に従来の代表的な圧電磁器トランスで
あるローゼン型圧電磁器トランスの構造を示す。以下、
図面に沿って説明する。高電圧を取り出す場合、表面に
電極が設けられた圧電磁器板において、６１で示す部分
は圧電磁器トランスの低インピーダンスの駆動部であ
り、その上下面に電極６３，６４が設けられており、駆
動部６１は、図中矢印で示すように厚み方向に分極され
ている。また、同様に６２で示す部分は、高インピーダ
ンスの発電部であり、その端面に電極６５が設けられて
おり、発電部６２は、図中矢印で示すように圧電板の長
さ方向に分極されている。
あるローゼン型圧電磁器トランスの構造を示す。以下、
図面に沿って説明する。高電圧を取り出す場合、表面に
電極が設けられた圧電磁器板において、６１で示す部分
は圧電磁器トランスの低インピーダンスの駆動部であ
り、その上下面に電極６３，６４が設けられており、駆
動部６１は、図中矢印で示すように厚み方向に分極され
ている。また、同様に６２で示す部分は、高インピーダ
ンスの発電部であり、その端面に電極６５が設けられて
おり、発電部６２は、図中矢印で示すように圧電板の長
さ方向に分極されている。
【０００５】この圧電磁器トランスの動作は、駆動電極
６３，６４に電圧が印加されると、電気機械結合係数ｋ
31をもって圧電横効果３１モードで長さ縦振動が励振さ
れ、トランス全体が振動する。次に発電部６２では、電
気機械結合係数ｋ33をもって圧電縦効果３３モードによ
り、出力電極６５から高電圧が取り出される。一方、高
電圧を入力させ、低電圧を出力させる場合には、縦効果
の高インピーダンスの発電部６２を入力側とし、横効果
の低インピーダンスの駆動部６１を出力側にすれば良い
ことは、明らかである。他のタイプの圧電磁器トランス
も、いずれもローゼン型と同じ平板の伸び振動や、円板
の半径方向拡がり振動を利用したものであり、適用周波
数は、最高２００ｋＨｚ程度までである。
６３，６４に電圧が印加されると、電気機械結合係数ｋ
31をもって圧電横効果３１モードで長さ縦振動が励振さ
れ、トランス全体が振動する。次に発電部６２では、電
気機械結合係数ｋ33をもって圧電縦効果３３モードによ
り、出力電極６５から高電圧が取り出される。一方、高
電圧を入力させ、低電圧を出力させる場合には、縦効果
の高インピーダンスの発電部６２を入力側とし、横効果
の低インピーダンスの駆動部６１を出力側にすれば良い
ことは、明らかである。他のタイプの圧電磁器トランス
も、いずれもローゼン型と同じ平板の伸び振動や、円板
の半径方向拡がり振動を利用したものであり、適用周波
数は、最高２００ｋＨｚ程度までである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来例で示した
ように、圧電磁器トランスの適用周波数領域は、２００
ｋＨｚ以下の低周波領域においてのみであった。また、
ローゼン型の圧電磁器トランスは、縦効果の電気機械結
合係数に比べて著しく小さい横効果縦振動モードの電気
機械結合係数ｋ31を用いざるを得ないため、帯域幅が小
さいという欠点があった。
ように、圧電磁器トランスの適用周波数領域は、２００
ｋＨｚ以下の低周波領域においてのみであった。また、
ローゼン型の圧電磁器トランスは、縦効果の電気機械結
合係数に比べて著しく小さい横効果縦振動モードの電気
機械結合係数ｋ31を用いざるを得ないため、帯域幅が小
さいという欠点があった。
【０００７】本発明の目的は、数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚ以
上の高周波帯で使用できる圧電磁器トランス及びその駆
動方法を提供することにある。
上の高周波帯で使用できる圧電磁器トランス及びその駆
動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る圧電磁器トランスは、圧電磁器板と、
電極の対と、外部端子の対とを有する圧電磁器トランス
であって、圧電磁器板は、板状の圧電振動体であって、
板厚方向に一様に分極され、幅方向縦振動モードの共振
周波数近傍の周波数の交流電圧を入力として励振し、交
流電圧を出力するものであり、対をなす電極は、圧電磁
器板の板厚方向の端面に、対向した位置で、かつ、その
幅方向に該圧電磁器板の励振モードに対応して分割して
設けたものであり、対をなす外部端子の一方は、圧電磁
器板に交流電圧を印加する入力端であり、他方は、圧電
磁器板の電圧をピックアップする出力端であり、該対を
なす外部端子は、圧電磁器板の板厚方向の一端面側で分
割電極を１個おきに電圧の入力側と電圧の出力側とに分
離して接続したものである。
め、本発明に係る圧電磁器トランスは、圧電磁器板と、
電極の対と、外部端子の対とを有する圧電磁器トランス
であって、圧電磁器板は、板状の圧電振動体であって、
板厚方向に一様に分極され、幅方向縦振動モードの共振
周波数近傍の周波数の交流電圧を入力として励振し、交
流電圧を出力するものであり、対をなす電極は、圧電磁
器板の板厚方向の端面に、対向した位置で、かつ、その
幅方向に該圧電磁器板の励振モードに対応して分割して
設けたものであり、対をなす外部端子の一方は、圧電磁
器板に交流電圧を印加する入力端であり、他方は、圧電
磁器板の電圧をピックアップする出力端であり、該対を
なす外部端子は、圧電磁器板の板厚方向の一端面側で分
割電極を１個おきに電圧の入力側と電圧の出力側とに分
離して接続したものである。
【０００９】また、本発明に係る圧電磁器トランスの駆
動方法は、圧電磁器板に幅方向縦振動モードの共振周波
数近傍の周波数の交流電圧を印加し、該圧電磁器板を励
振させて交流電圧を出力させる圧電磁器トランスの駆動
方法であって、圧電磁器板は、板厚方向に一様に分極さ
れた板状の圧電振動体であって、板厚方向の両端面に、
対向した位置で、その幅方向に２以上のｐ個に分割して
設けた対をなす電極を有し、圧電磁器板に交流電圧を印
加する入力用外部端子と、圧電磁器板の電圧をピックア
ップする出力用外部端子とにより、圧電磁器板の板厚方
向の一端面側にてｐ個に分割された電極を１個おきに電
圧の入力側と電圧の出力側とに分離して接続し、さらに
入力側外部端子を電源に接続し、かつ出力側外部端子を
負荷に接続し、前記幅方向縦振動モードを、前記電極が
分割された個数と同数のｐ次モードに設定し、前記圧電
磁器板を励振して駆動するものである。
動方法は、圧電磁器板に幅方向縦振動モードの共振周波
数近傍の周波数の交流電圧を印加し、該圧電磁器板を励
振させて交流電圧を出力させる圧電磁器トランスの駆動
方法であって、圧電磁器板は、板厚方向に一様に分極さ
れた板状の圧電振動体であって、板厚方向の両端面に、
対向した位置で、その幅方向に２以上のｐ個に分割して
設けた対をなす電極を有し、圧電磁器板に交流電圧を印
加する入力用外部端子と、圧電磁器板の電圧をピックア
ップする出力用外部端子とにより、圧電磁器板の板厚方
向の一端面側にてｐ個に分割された電極を１個おきに電
圧の入力側と電圧の出力側とに分離して接続し、さらに
入力側外部端子を電源に接続し、かつ出力側外部端子を
負荷に接続し、前記幅方向縦振動モードを、前記電極が
分割された個数と同数のｐ次モードに設定し、前記圧電
磁器板を励振して駆動するものである。
【００１０】また、本発明に係る圧電磁器トランスは、
圧電磁器板と、電極の対と、外部端子の対とを有する圧
電磁器トランスであって、圧電磁器板は、板状の圧電振
動体であって、板厚方向に分極され、幅方向縦振動モー
ドの共振周波数近傍の周波数の交流電圧を入力として励
振し、交流電圧を出力するものであり、駆動部と発電部
とを有し、駆動部と発電部は、圧電磁器板の幅方向に分
離して配置され、駆動部は、圧電磁器板の幅方向に沿っ
て分割され、かつ、その分極方向が交互に異なる領域か
らなり、発電部は、圧電磁器板の幅方向に沿って分割さ
れ、かつ、その分極方向が交互に異なる領域からなり、
対をなす電極は、圧電磁器板の板厚方向の両端面に、対
向した位置で、かつ、駆動部及び発電部の各分割領域毎
に分割して設けたものであり、対をなす外部端子の一方
は、圧電磁器板に交流電圧を印加する入力端であり、他
方は圧電磁器板の電圧をピックアップする出力端であ
り、該対をなす外部端子は、圧電磁器板の板厚方向の一
端面側で分割電極を駆動部側と発電部側とに分離して接
続したものである。
圧電磁器板と、電極の対と、外部端子の対とを有する圧
電磁器トランスであって、圧電磁器板は、板状の圧電振
動体であって、板厚方向に分極され、幅方向縦振動モー
ドの共振周波数近傍の周波数の交流電圧を入力として励
振し、交流電圧を出力するものであり、駆動部と発電部
とを有し、駆動部と発電部は、圧電磁器板の幅方向に分
離して配置され、駆動部は、圧電磁器板の幅方向に沿っ
て分割され、かつ、その分極方向が交互に異なる領域か
らなり、発電部は、圧電磁器板の幅方向に沿って分割さ
れ、かつ、その分極方向が交互に異なる領域からなり、
対をなす電極は、圧電磁器板の板厚方向の両端面に、対
向した位置で、かつ、駆動部及び発電部の各分割領域毎
に分割して設けたものであり、対をなす外部端子の一方
は、圧電磁器板に交流電圧を印加する入力端であり、他
方は圧電磁器板の電圧をピックアップする出力端であ
り、該対をなす外部端子は、圧電磁器板の板厚方向の一
端面側で分割電極を駆動部側と発電部側とに分離して接
続したものである。
【００１１】また、本発明に係る圧電磁器トランスの駆
動方法は、圧電磁器板に幅方向縦振動モードの共振周波
数近傍の周波数の交流電圧を印加し、該圧電磁器板を励
振させて交流電圧を出力させる圧電磁器トランスの駆動
方法であって、圧電磁器板は、板厚方向に分極された板
状の圧電振動体であって、圧電磁器板の幅方向に沿って
ｍ個に分割され、かつ、その分極方向が交互に異なる領
域の駆動部と、圧電磁器板の幅方向に沿ってｎ個に分割
され、かつ、その分極方向が交互に異なる領域の発電部
とを有し、駆動部及び発電部の各分割領域は、圧電磁器
板の板厚方向の端面の対向した位置に設けられた対をな
す電極を有し、圧電磁器板に交流電圧を印加する入力側
外部端子と、圧電磁器板の電圧をピックアップする出力
側外部端子とにより、圧電磁器板の板厚方向の一端面側
にてｍ個とｎ個とに分割された電極を駆動部側と発電部
側とに分離して接続し、さらに入力側外部端子を電源に
接続し、かつ出力側外部端子を負荷に接続し、前記幅方
向縦振動モードを、前記電極が分割された（ｍ＋ｎ）個
と同数の（ｍ＋ｎ）次モードに設定し、前記圧電磁器板
を励振して駆動するものである。
動方法は、圧電磁器板に幅方向縦振動モードの共振周波
数近傍の周波数の交流電圧を印加し、該圧電磁器板を励
振させて交流電圧を出力させる圧電磁器トランスの駆動
方法であって、圧電磁器板は、板厚方向に分極された板
状の圧電振動体であって、圧電磁器板の幅方向に沿って
ｍ個に分割され、かつ、その分極方向が交互に異なる領
域の駆動部と、圧電磁器板の幅方向に沿ってｎ個に分割
され、かつ、その分極方向が交互に異なる領域の発電部
とを有し、駆動部及び発電部の各分割領域は、圧電磁器
板の板厚方向の端面の対向した位置に設けられた対をな
す電極を有し、圧電磁器板に交流電圧を印加する入力側
外部端子と、圧電磁器板の電圧をピックアップする出力
側外部端子とにより、圧電磁器板の板厚方向の一端面側
にてｍ個とｎ個とに分割された電極を駆動部側と発電部
側とに分離して接続し、さらに入力側外部端子を電源に
接続し、かつ出力側外部端子を負荷に接続し、前記幅方
向縦振動モードを、前記電極が分割された（ｍ＋ｎ）個
と同数の（ｍ＋ｎ）次モードに設定し、前記圧電磁器板
を励振して駆動するものである。
【００１２】
【作用】請求項１の圧電磁器トランスの斜視図を図１
（ａ）に、また断面図を図１（ｂ）に示す。ここでは、
例として電極は４個に分割されている。圧電磁器板１１
は、図中矢印で示されるように板厚方向に一様に分極さ
れた板状の圧電振動体である。圧電磁器板１１の上側の
主面上には、４個の電極１２１〜１２４が配置され、下
側の主面上には、４個の電極１３１〜１３４が上側の電
極と対向する位置に配置されている。上側の電極のう
ち、電極１２１と１２３が外部端子１４に接続されてい
る。同様に電極１２２と１２４は外部端子１６に、電極
１３１と１３３は外部端子１５に、電極１３２と１３４
は外部端子１７にそれぞれ接続されている。このように
本発明では、電極は１個おきに同一の外部端子に電気的
に接続されていることが特徴である。尚、ここでは外部
端子を４個取り出しているが、片側の主面上の電極１３
１から１３４を全て接続し、入出力の共通端子とするこ
とにより、３端子トランスとして用いることも可能であ
る。この圧電磁器トランスの外部端子１４〜１５間に、
幅方向縦振動モードの共振周波数近傍の周波数をもつ交
流電圧を印加すれば、電気機械結合係数ｋ31’をもって
圧電磁器板１１が幅縦振動モードで励振され、再び電気
機械結合係数ｋ31’をもって外部端子１６〜１７間に入
力電圧と同じ周波数の電圧が発生する。このとき、出力
電圧は、外部端子１６〜１７間に接続される負荷や駆動
周波数に依存する。
（ａ）に、また断面図を図１（ｂ）に示す。ここでは、
例として電極は４個に分割されている。圧電磁器板１１
は、図中矢印で示されるように板厚方向に一様に分極さ
れた板状の圧電振動体である。圧電磁器板１１の上側の
主面上には、４個の電極１２１〜１２４が配置され、下
側の主面上には、４個の電極１３１〜１３４が上側の電
極と対向する位置に配置されている。上側の電極のう
ち、電極１２１と１２３が外部端子１４に接続されてい
る。同様に電極１２２と１２４は外部端子１６に、電極
１３１と１３３は外部端子１５に、電極１３２と１３４
は外部端子１７にそれぞれ接続されている。このように
本発明では、電極は１個おきに同一の外部端子に電気的
に接続されていることが特徴である。尚、ここでは外部
端子を４個取り出しているが、片側の主面上の電極１３
１から１３４を全て接続し、入出力の共通端子とするこ
とにより、３端子トランスとして用いることも可能であ
る。この圧電磁器トランスの外部端子１４〜１５間に、
幅方向縦振動モードの共振周波数近傍の周波数をもつ交
流電圧を印加すれば、電気機械結合係数ｋ31’をもって
圧電磁器板１１が幅縦振動モードで励振され、再び電気
機械結合係数ｋ31’をもって外部端子１６〜１７間に入
力電圧と同じ周波数の電圧が発生する。このとき、出力
電圧は、外部端子１６〜１７間に接続される負荷や駆動
周波数に依存する。
【００１３】図２には、幅縦振動４次モードの変位と歪
及び電荷の分布を示す。圧電磁器板１１に印加する交流
電圧の周波数の幅方向縦振動モードを４次モードとし、
これに合わせて電極１２１〜１２４，１３１〜１３４を
４個設けてある。変位分布の図から幅縦振動モードを４
次モードとし、電極の個数を４個に設定すると、４個の
電極の中心部が振動の節になっていることが分かり、こ
の振動の節から外部端子を取り出せば、良好な振動特性
を得ることが可能となる。次に歪及び電荷分布に関して
説明する。図２の圧電磁器トランスでは、分極方向が板
厚方向に一様であるため、歪と電荷の分布は一致する。
したがって、電極毎に正と負の電荷が交互に発生する。
本発明の圧電磁器トランスでは、電極は、振動の節に位
置するように、圧電磁器板１１の幅方向に該圧電磁器板
１１の励振モードに対応して設け、電極１２１〜１２
４，１３１〜１３４を１個おきに電圧の入力側と電圧の
出力側とに分離して同一の外部端子にて接続している。
したがって、同一の外部端子に接続された電極には、全
て同符号の電荷しか存在せず、効率良くエネルギーを伝
送させることが可能である。
及び電荷の分布を示す。圧電磁器板１１に印加する交流
電圧の周波数の幅方向縦振動モードを４次モードとし、
これに合わせて電極１２１〜１２４，１３１〜１３４を
４個設けてある。変位分布の図から幅縦振動モードを４
次モードとし、電極の個数を４個に設定すると、４個の
電極の中心部が振動の節になっていることが分かり、こ
の振動の節から外部端子を取り出せば、良好な振動特性
を得ることが可能となる。次に歪及び電荷分布に関して
説明する。図２の圧電磁器トランスでは、分極方向が板
厚方向に一様であるため、歪と電荷の分布は一致する。
したがって、電極毎に正と負の電荷が交互に発生する。
本発明の圧電磁器トランスでは、電極は、振動の節に位
置するように、圧電磁器板１１の幅方向に該圧電磁器板
１１の励振モードに対応して設け、電極１２１〜１２
４，１３１〜１３４を１個おきに電圧の入力側と電圧の
出力側とに分離して同一の外部端子にて接続している。
したがって、同一の外部端子に接続された電極には、全
て同符号の電荷しか存在せず、効率良くエネルギーを伝
送させることが可能である。
【００１４】次に請求項３で記述した圧電磁器トランス
について説明する。図３（ａ）に斜視図を、また図３
（ｂ）に断面図を示す。図中、圧電磁器板の左半分を駆
動部，右半分を発電部とし、ここでは、例として駆動部
及び発電部のそれぞれを２分割している。駆動部に含ま
れる隣接の領域３１１と３１２では、分極の方向が逆
に、また発電部に含まれる隣接の領域３１３と３１４で
も分極の方向が逆になっていることが、本構造の特徴で
ある。駆動部の同一主面上にある電極３２１と３２２
は、外部端子３４と電気的に接続されている。同様に、
電極３３１と３３２は外部端子３５に、発電部の電極３
２３と３２４は外部端子３６に、電極３３３と３３４は
外部端子３７にそれぞれ接続されている。このような構
造の圧電磁器トランスにおいて、外部端子３４〜３５間
に電圧を印加すると、電気機械結合係数ｋ31’をもって
エネルギーが伝送され、外部端子３６〜３７間に電圧が
発生する。この幅縦振動の電気機械結合係数ｋ31’は一
般に長さ縦振動の電気機械結合係数ｋ31よりも大きいた
め、高電力化・高効率化に有利である。
について説明する。図３（ａ）に斜視図を、また図３
（ｂ）に断面図を示す。図中、圧電磁器板の左半分を駆
動部，右半分を発電部とし、ここでは、例として駆動部
及び発電部のそれぞれを２分割している。駆動部に含ま
れる隣接の領域３１１と３１２では、分極の方向が逆
に、また発電部に含まれる隣接の領域３１３と３１４で
も分極の方向が逆になっていることが、本構造の特徴で
ある。駆動部の同一主面上にある電極３２１と３２２
は、外部端子３４と電気的に接続されている。同様に、
電極３３１と３３２は外部端子３５に、発電部の電極３
２３と３２４は外部端子３６に、電極３３３と３３４は
外部端子３７にそれぞれ接続されている。このような構
造の圧電磁器トランスにおいて、外部端子３４〜３５間
に電圧を印加すると、電気機械結合係数ｋ31’をもって
エネルギーが伝送され、外部端子３６〜３７間に電圧が
発生する。この幅縦振動の電気機械結合係数ｋ31’は一
般に長さ縦振動の電気機械結合係数ｋ31よりも大きいた
め、高電力化・高効率化に有利である。
【００１５】図４には、幅縦振動４次モードの変位と歪
及び電荷の分布を示す。変位及び歪の分布は、図２と同
じである。駆動部に注目すると、領域３１１と３１２で
は歪の符号が逆になっている。ところが、領域３１１と
３１２では、分極方向も逆になっているため、歪の結果
生じる電荷の符号は、共に正となる。同様に発電部でも
領域３１３と３１４の電荷の符号は、共に負であるの
で、効率良くエネルギーを伝送することが可能となる。
及び電荷の分布を示す。変位及び歪の分布は、図２と同
じである。駆動部に注目すると、領域３１１と３１２で
は歪の符号が逆になっている。ところが、領域３１１と
３１２では、分極方向も逆になっているため、歪の結果
生じる電荷の符号は、共に正となる。同様に発電部でも
領域３１３と３１４の電荷の符号は、共に負であるの
で、効率良くエネルギーを伝送することが可能となる。
【００１６】本発明に係る圧電磁器トランスの共振周波
数近傍の集中定数近似等価回路は、他の圧電トランスと
同様に図５で示される。図５において、Ｃｄ1，Ｃｄ2は
それぞれ入力側，出力側の制動容量，Ａ1，Ａ2は入出力
の力係数，ｍ，ｃ，ｒmは幅縦振動４次モードに関する
等価質量，等価コンプライアンス，等価機械抵抗であ
る。本発明の圧電磁器トランスの入出力の力係数Ａ1，
Ａ2は、幅，長さ，駆動部の電極指間の距離，電極指の
本数で変化する。図５の等価回路から明らかなように、
圧電トランスは、理想変圧器以外に等価インダクタンス
や等価容量を持つので、負荷抵抗の値や駆動周波数によ
って出力電圧が変化する。そのため、Ａ1／Ａ2が１であ
っても、昇圧あるいは降圧どちらのトランスとしても用
いることが可能である。
数近傍の集中定数近似等価回路は、他の圧電トランスと
同様に図５で示される。図５において、Ｃｄ1，Ｃｄ2は
それぞれ入力側，出力側の制動容量，Ａ1，Ａ2は入出力
の力係数，ｍ，ｃ，ｒmは幅縦振動４次モードに関する
等価質量，等価コンプライアンス，等価機械抵抗であ
る。本発明の圧電磁器トランスの入出力の力係数Ａ1，
Ａ2は、幅，長さ，駆動部の電極指間の距離，電極指の
本数で変化する。図５の等価回路から明らかなように、
圧電トランスは、理想変圧器以外に等価インダクタンス
や等価容量を持つので、負荷抵抗の値や駆動周波数によ
って出力電圧が変化する。そのため、Ａ1／Ａ2が１であ
っても、昇圧あるいは降圧どちらのトランスとしても用
いることが可能である。
【００１７】また、本圧電磁器トランスは、図１，図３
及び図５から明らかなように入出力の電気端子は、それ
ぞれ直流的に絶縁された４端子構造とすることが可能で
ある。図６で示した３端子型のローゼン型の圧電トラン
スに比べて周辺回路の自由度を高くすることが可能であ
る。
及び図５から明らかなように入出力の電気端子は、それ
ぞれ直流的に絶縁された４端子構造とすることが可能で
ある。図６で示した３端子型のローゼン型の圧電トラン
スに比べて周辺回路の自由度を高くすることが可能であ
る。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１９】（実施例１）本発明に基づく圧電磁器トラ
ンスの実施例として、図１に示した構成の圧電磁器トラ
ンスを作製した。圧電磁器板１１の材料には、ＰＺＴ
（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）系圧電磁器材料を用い
た。まず、焼成された圧電磁器ブロックをダイアモンド
カッターで切断し、＃３０００のＳｉＣ研磨粉を用いて
平行平面に研磨することにより、長さ１０ｍｍ，幅８ｍ
ｍ，厚さ１ｍｍの圧電磁器板を用意する。圧電磁器板上
にＡｇペーストをスクリーン印刷・焼成することによ
り、電極１２１〜１２４，１３１〜１３４を形成した。
これらの外部電極は、塗布・焼成以外の方法、例えば蒸
着法やスパッタ法を用いて、Ａｇ以外の導電材料の薄膜
を形成しても一向に構わない。上面電極１２１〜１２４
と下面電極１３１〜１３４とは、それぞれ仮に接続さ
れ、１００℃の絶縁油中において４ｋＶ／ｍｍの電圧を
印加して、板厚方向に一様に分極する分極処理を圧電磁
器板１１全体に施した。続いて導線をハンダを用いて接
続することにより、外部端子１４，１５，１６，１７を
取り出した。その際、ハンダの接続位置は、それぞれ振
動の節になるように各電極の中心部から取り出すように
した。
ンスの実施例として、図１に示した構成の圧電磁器トラ
ンスを作製した。圧電磁器板１１の材料には、ＰＺＴ
（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）系圧電磁器材料を用い
た。まず、焼成された圧電磁器ブロックをダイアモンド
カッターで切断し、＃３０００のＳｉＣ研磨粉を用いて
平行平面に研磨することにより、長さ１０ｍｍ，幅８ｍ
ｍ，厚さ１ｍｍの圧電磁器板を用意する。圧電磁器板上
にＡｇペーストをスクリーン印刷・焼成することによ
り、電極１２１〜１２４，１３１〜１３４を形成した。
これらの外部電極は、塗布・焼成以外の方法、例えば蒸
着法やスパッタ法を用いて、Ａｇ以外の導電材料の薄膜
を形成しても一向に構わない。上面電極１２１〜１２４
と下面電極１３１〜１３４とは、それぞれ仮に接続さ
れ、１００℃の絶縁油中において４ｋＶ／ｍｍの電圧を
印加して、板厚方向に一様に分極する分極処理を圧電磁
器板１１全体に施した。続いて導線をハンダを用いて接
続することにより、外部端子１４，１５，１６，１７を
取り出した。その際、ハンダの接続位置は、それぞれ振
動の節になるように各電極の中心部から取り出すように
した。
【００２０】この圧電磁器トランスの幅縦振動４次モー
ドの共振周波数は、アドミタンスの周波数特性から８２
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１ｋΩ
の負荷抵抗を接続したところ、入力電圧３０Ｖに対して
２４Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力は０．
５７Ｗであった。
ドの共振周波数は、アドミタンスの周波数特性から８２
０ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１ｋΩ
の負荷抵抗を接続したところ、入力電圧３０Ｖに対して
２４Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力は０．
５７Ｗであった。
【００２１】（実施例２）実施例１に続いて図３に示し
た構成の圧電磁器トランスを作製した。作製手順は実施
例１とほぼ同様であるが、本実施例では、分極方向の違
う領域が存在するため、電極３２１〜３２４及び３３１
〜３３４から分極用導線を取り出し、領域３１１と３１
４を圧電磁器板の板厚方向に上向き方向に分極した後、
領域３１２と３１３を下向き方向に分極した。分極処理
の後で仮の導線の接続を外して、外部端子３４，３５，
３６，３７を接続した。
た構成の圧電磁器トランスを作製した。作製手順は実施
例１とほぼ同様であるが、本実施例では、分極方向の違
う領域が存在するため、電極３２１〜３２４及び３３１
〜３３４から分極用導線を取り出し、領域３１１と３１
４を圧電磁器板の板厚方向に上向き方向に分極した後、
領域３１２と３１３を下向き方向に分極した。分極処理
の後で仮の導線の接続を外して、外部端子３４，３５，
３６，３７を接続した。
【００２２】この圧電磁器トランスの幅縦振動４次モー
ドの共振周波数は、アドミタンスの周波数特性から８３
２ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１ｋΩ
の負荷抵抗を接続したところ、入力電圧３０Ｖに対して
２２Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力は０．
４８Ｗであった。
ドの共振周波数は、アドミタンスの周波数特性から８３
２ｋＨｚと測定された。この圧電磁器トランスに１ｋΩ
の負荷抵抗を接続したところ、入力電圧３０Ｖに対して
２２Ｖの出力電圧が得られ、このときの出力電力は０．
４８Ｗであった。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の圧電磁器ト
ランスは、縦振動高次モードを用いて圧電磁器板を励振
させて、電圧を出力させるため、数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚ
以上の高周波帯で使用することができる。さらに高周波
化が実現できることから、非常に小型・薄型にすること
ができる。さらに、電極の分割個数に対応した振動モー
ドで圧電磁器板を励振駆動するため、圧電磁器板が発生
する電圧を効率良く取り出すことができる。さらに、圧
電磁器板の駆動部と発電部の間に、幅方向縦振動モード
による振動にてエネルギーの伝送を行うため、高電力化
・高効率化を図ることができる。
ランスは、縦振動高次モードを用いて圧電磁器板を励振
させて、電圧を出力させるため、数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚ
以上の高周波帯で使用することができる。さらに高周波
化が実現できることから、非常に小型・薄型にすること
ができる。さらに、電極の分割個数に対応した振動モー
ドで圧電磁器板を励振駆動するため、圧電磁器板が発生
する電圧を効率良く取り出すことができる。さらに、圧
電磁器板の駆動部と発電部の間に、幅方向縦振動モード
による振動にてエネルギーの伝送を行うため、高電力化
・高効率化を図ることができる。
【図１】（ａ）は本発明の請求項１に記載した圧電磁器
トランスを示す斜視図、（ｂ）は同断面図である。
トランスを示す斜視図、（ｂ）は同断面図である。
【図２】本発明の請求項１に記載した圧電磁器トランス
の変位，歪，電荷の関係を示す分布図である。
の変位，歪，電荷の関係を示す分布図である。
【図３】（ａ）は本発明の請求項２に記載した圧電磁器
トランスを示す斜視図、（ｂ）は同断面図である。
トランスを示す斜視図、（ｂ）は同断面図である。
【図４】本発明の請求項２に記載した圧電磁器トランス
の変位，歪，電荷の関係を示す分布図である。
の変位，歪，電荷の関係を示す分布図である。
【図５】圧電磁器トランスの集中定数等価回路図であ
る。
る。
【図６】従来のローゼン型圧電磁器トランスを示す斜視
図である。
図である。
１１，３１ 圧電磁器板 ６３，６４，６５，１２１，１２２，１２３，１２４，
１３１，１３２，１３３，１３４，３２１，３２２，３
２３，３２４，３３１，３３２，３３３，３３４ 電極 １４，１５，１６，１７，３４，３５，３６，３７，６
６，６７，６８ 外部端子 ６１ 駆動部 ６２ 発電部
１３１，１３２，１３３，１３４，３２１，３２２，３
２３，３２４，３３１，３３２，３３３，３３４ 電極 １４，１５，１６，１７，３４，３５，３６，３７，６
６，６７，６８ 外部端子 ６１ 駆動部 ６２ 発電部
Claims (4)
- 【請求項１】 圧電磁器板と、電極の対と、外部端子の
対とを有する圧電磁器トランスであって、 圧電磁器板は、板状の圧電振動体であって、板厚方向に
一様に分極され、幅方向縦振動モードの共振周波数近傍
の周波数の交流電圧を入力として励振し、交流電圧を出
力するものであり、 対をなす電極は、圧電磁器板の板厚方向の端面に、対向
した位置で、かつ、その幅方向に該圧電磁器板の励振モ
ードに対応して分割して設けたものであり、 対をなす外部端子の一方は、圧電磁器板に交流電圧を印
加する入力端であり、他方は、圧電磁器板の電圧をピッ
クアップする出力端であり、 該対をなす外部端子は、圧電磁器板の板厚方向の一端面
側で分割電極を１個おきに電圧の入力側と電圧の出力側
とに分離して接続したものであることを特徴とする圧電
磁器トランス。 - 【請求項２】 圧電磁器板に幅方向縦振動モードの共振
周波数近傍の周波数の交流電圧を印加し、該圧電磁器板
を励振させて交流電圧を出力させる圧電磁器トランスの
駆動方法であって、 圧電磁器板は、板厚方向に一様に分極された板状の圧電
振動体であって、板厚方向の両端面に、対向した位置
で、その幅方向に２以上のｐ個に分割して設けた対をな
す電極を有し、 圧電磁器板に交流電圧を印加する入力用外部端子と、圧
電磁器板の電圧をピックアップする出力用外部端子とに
より、圧電磁器板の板厚方向の一端面側にてｐ個に分割
された電極を１個おきに電圧の入力側と電圧の出力側と
に分離して接続し、さらに入力側外部端子を電源に接続
し、かつ出力側外部端子を負荷に接続し、 前記幅方向縦振動モードを、前記電極が分割された個数
と同数のｐ次モードに設定し、前記圧電磁器板を励振し
て駆動することを特徴とする圧電磁器トランスの駆動方
法。 - 【請求項３】 圧電磁器板と、電極の対と、外部端子の
対とを有する圧電磁器トランスであって、 圧電磁器板は、板状の圧電振動体であって、板厚方向に
分極され、幅方向縦振動モードの共振周波数近傍の周波
数の交流電圧を入力として励振し、交流電圧を出力する
ものであり、駆動部と発電部とを有し、 駆動部と発電部は、圧電磁器板の幅方向に分離して配置
され、 駆動部は、圧電磁器板の幅方向に沿って分割され、か
つ、その分極方向が交互に異なる領域からなり、 発電部は、圧電磁器板の幅方向に沿って分割され、か
つ、その分極方向が交互に異なる領域からなり、 対をなす電極は、圧電磁器板の板厚方向の両端面に、対
向した位置で、かつ、駆動部及び発電部の各分割領域毎
に分割して設けたものであり、 対をなす外部端子の一方は、圧電磁器板に交流電圧を印
加する入力端であり、他方は圧電磁器板の電圧をピック
アップする出力端であり、 該対をなす外部端子は、圧電磁器板の板厚方向の一端面
側で分割電極を駆動部側と発電部側とに分離して接続し
たものであることを特徴とする圧電磁器トランス。 - 【請求項４】 圧電磁器板に幅方向縦振動モードの共振
周波数近傍の周波数の交流電圧を印加し、該圧電磁器板
を励振させて交流電圧を出力させる圧電磁器トランスの
駆動方法であって、 圧電磁器板は、板厚方向に分極された板状の圧電振動体
であって、圧電磁器板の幅方向に沿ってｍ個に分割さ
れ、かつ、その分極方向が交互に異なる領域の駆動部
と、圧電磁器板の幅方向に沿ってｎ個に分割され、か
つ、その分極方向が交互に異なる領域の発電部とを有
し、 駆動部及び発電部の各分割領域は、圧電磁器板の板厚方
向の端面の対向した位置に設けられた対をなす電極を有
し、 圧電磁器板に交流電圧を印加する入力側外部端子と、圧
電磁器板の電圧をピックアップする出力側外部端子とに
より、圧電磁器板の板厚方向の一端面側にてｍ個とｎ個
とに分割された電極を駆動部側と発電部側とに分離して
接続し、さらに入力側外部端子を電源に接続し、かつ出
力側外部端子を負荷に接続し、 前記幅方向縦振動モードを、前記電極が分割された（ｍ
＋ｎ）個と同数の（ｍ＋ｎ）次モードに設定し、前記圧
電磁器板を励振して駆動することを特徴とする圧電磁器
トランスの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5126837A JP2508964B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 圧電磁器トランス及びその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5126837A JP2508964B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 圧電磁器トランス及びその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06338641A JPH06338641A (ja) | 1994-12-06 |
| JP2508964B2 true JP2508964B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=14945127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5126837A Expired - Lifetime JP2508964B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | 圧電磁器トランス及びその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2508964B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5929554A (en) * | 1994-12-30 | 1999-07-27 | Mitsui Chemicals, Inc. | Piezoelectric transformer |
| JP3039307B2 (ja) * | 1995-02-15 | 2000-05-08 | 日本電気株式会社 | 圧電トランス及びその製造方法 |
| JP4831859B2 (ja) * | 2000-10-31 | 2011-12-07 | 京セラ株式会社 | 圧電トランス |
| FR2954014B1 (fr) * | 2009-12-11 | 2012-08-24 | St Microelectronics Tours Sas | Dispositif d'isolation galvanique |
| US8987976B2 (en) * | 2011-09-23 | 2015-03-24 | Qualcomm Incorporated | Piezoelectric resonator having combined thickness and width vibrational modes |
-
1993
- 1993-05-28 JP JP5126837A patent/JP2508964B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06338641A (ja) | 1994-12-06 |
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