JP2604679Y2 - Piezoelectric transformer - Google Patents

Piezoelectric transformer

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JP2604679Y2 JP1993008549U JP854993U JP2604679Y2 JP 2604679 Y2 JP2604679 Y2 JP 2604679Y2 JP 1993008549 U JP1993008549 U JP 1993008549U JP 854993 U JP854993 U JP 854993U JP 2604679 Y2 JP2604679 Y2 JP 2604679Y2
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、陰極管、複写機、空気
清浄機等の高電圧電源に利用される圧電トランスに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer used for a high voltage power supply of a cathode ray tube, a copying machine, an air purifier and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電気製品の安全性に対する要求は
高く、特に高電圧機器に対しては、発煙、発火の防止に
注力され、対策がなされてきている。この一手段とし
て、発煙、発火のおそれのない圧電トランスが研究され
てきているが、振動による端子の疲労破壊のおそれや、
巻線トランスに比べ電気的仕様を自由に設定できないと
いう制限があり、本格的普及に至つていない。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a high demand for the safety of electric appliances, and particularly for high-voltage equipment, efforts have been made to prevent smoke and fire, and measures have been taken. As a means of this, piezoelectric transformers that do not cause smoke or fire have been studied.
There is a restriction that electrical specifications cannot be set freely compared to wound transformers, and it has not yet reached widespread use.

【0003】従来のローゼン型の圧電トランスの構造を
図3に示す。圧電トランスの本体1の入力側は電極2と
電極3間で厚さ方向に分極され、出力側は電極4と電極
2,3間で長さ方向に分極されている。電極2と電極3
間に入力電圧Vinを印加し、電極4と電極3間から出
力電圧Voutを取り出す。
FIG. 3 shows the structure of a conventional Rosen-type piezoelectric transformer. The input side of the piezoelectric transformer main body 1 is polarized in the thickness direction between the electrodes 2 and 3, and the output side is polarized in the length direction between the electrodes 4 and the electrodes 2 and 3. Electrode 2 and electrode 3
An input voltage Vin is applied between the electrodes, and an output voltage Vout is extracted from between the electrodes 4 and 3.

【0004】昇圧比G、出力電圧P2 と圧電トランスの
長さL、幅w、厚さtとの関係は各々次式で表される。
The relationship between the step-up ratio G, the output voltage P 2 and the length L, width w and thickness t of the piezoelectric transformer is expressed by the following equations.

【0005】 G=Vout/Vin∝L/t(式1) P2 ∝w・t (式2) また、圧電トランスの機械的共振周波数frと長さLと
の関係は次式で表される。
G = Vout / Vin∝L / t (Equation 1) P 2 ∝w · t (Equation 2) The relationship between the mechanical resonance frequency fr and the length L of the piezoelectric transformer is expressed by the following equation. .

【0006】fr=1/L・√(Y1 E /ρ)(式3) fr :半波長振動時共振周波数 Y1 E :圧電トランス素材のヤング率 ρ :圧電トランス素材の密度 図4に示す従来のローゼン型圧電トランスの共振周波数
frは、式3と同様に、長さL3 と素材の特性で決定さ
れる。図4のローゼン型圧電トランスでは幅w3 に対し
長さL3 を長くして、図5のように、幅w4 と長さL4
の値が近づくにつれて発生する面積振動を防いでいる。
面積振動が発生すると、圧電トランス本来の性能が発揮
されなくなつてしまうため、幅wと長さLの値を近づけ
るのは避けなければならない。
Fr = 1 / L · √ (Y 1 E / ρ) (Equation 3) fr: Resonance frequency at half-wave oscillation Y 1 E : Young's modulus of piezoelectric transformer material ρ: Density of piezoelectric transformer material FIG. the resonance frequency fr of a conventional Rosen-type piezoelectric transformer in the same way as expression 3, is determined by the characteristics of the length L 3 and the material. In the Rosen-type piezoelectric transformer of FIG. 4, the length L 3 is made longer than the width w 3 , and as shown in FIG. 5, the width w 4 and the length L 4
The area vibration which occurs as the value of approaches is prevented.
When the area vibration occurs, the original performance of the piezoelectric transformer is not exhibited, and therefore, it is necessary to avoid making the values of the width w and the length L close to each other.

【0007】[0007]

【考案が解決しようとする課題】従来のローゼン型トラ
ンスでは、入力電圧、点灯時出力電圧、定格出力電圧、
定格出力電力等の各仕様を満足し、そして圧電トランス
の共振周波数frと陰極管の最適点灯周波数を一致させ
ることは難しかつた。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional Rosen type transformer, the input voltage, the output voltage during lighting, the rated output voltage,
It has been difficult to satisfy various specifications such as the rated output power, and to match the resonance frequency fr of the piezoelectric transformer with the optimum lighting frequency of the cathode tube.

【0008】即ち、厚さtを一定にした場合、必要とす
る昇圧比Gを得るため、長さLを変化させると、共振周
波数frも同時に変化してしまう。圧電トランスを高効
率で駆動させるには、圧電トランスの共振周波数frと
入力電圧Vinの周波数を等しくしなければならないの
で、従来の圧電トランスでは昇圧比と入力電圧の周波数
を任意に設定できない欠点があつた。
That is, when the thickness t is kept constant, when the length L is changed in order to obtain the required boosting ratio G, the resonance frequency fr also changes at the same time. In order to drive the piezoelectric transformer with high efficiency, the resonance frequency fr of the piezoelectric transformer must be equal to the frequency of the input voltage Vin. Therefore, the conventional piezoelectric transformer has a disadvantage that the boost ratio and the frequency of the input voltage cannot be set arbitrarily. Atsuta.

【0009】また、従来のローゼン型圧電トランスの不
都合な点として、出力端子取り付け位置は振動の振幅が
最大となる先端部分に設けられるため、出力リード線が
機械振動し、疲労破壊による断線が生じやすく信頼性が
低いことが挙げられる。
[0009] Another disadvantage of the conventional Rosen-type piezoelectric transformer is that the output terminal is mounted at the tip end where the amplitude of vibration is maximized, so that the output lead wire is mechanically vibrated and breaks due to fatigue failure. Low reliability.

【0010】なお、入力端子取り付け位置は、図3にお
いて半波長振動モード時にはLa点に、全波長振動モー
ド時にはLb点に各々設けることにより、振動の変位は
ほぼ零にでき、疲労破壊のおそれは殆どない。
By providing the input terminal mounting position at the point La in the half-wavelength vibration mode and at the point Lb in the full-wavelength vibration mode in FIG. Almost no.

【0011】本考案は、ローゼン型圧電トランスの昇圧
比と共振周波数frを各々独立して設定できない欠点を
解消し、昇圧比と共振周波数frを独立して設定可能
で、信頼性が高く、発煙、発火のおそれのない安全性の
高い圧電トランスを提供することを目的とするものであ
る。
The present invention eliminates the disadvantage that the boost ratio and the resonance frequency fr of the Rosen type piezoelectric transformer cannot be set independently, and the boost ratio and the resonance frequency fr can be set independently, so that the reliability and the smoke generation are high. It is an object of the present invention to provide a highly safe piezoelectric transformer that does not cause ignition.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的は、圧電材料よ
りなり長さ(L)よりも幅(W)の方が長い(L<W)
矩形状のトランス本体の上下面に幅(W)方向に沿って
長く延びた第1電極と第2電極を対向するように設けて
入力部を構成し、 前記第1電極ならびに第2電極と離れ
たトランス本体の側面に第3電極を設けて出力部を構成
して、 前記第1電極に第1端子を、第2電極に第2端子
を、第3電極に第3端子を、それぞれ接続し、前記第1
端子と第2端子の間にトランス本体の共振周波数とほぼ
等しい交流電圧を印加することにより、前記トランス本
体の幅(W)方向に振動を発生して、前記第2端子と第
3端子から高電圧を出力するとともに、 共振周波数はト
ランス本体の幅(W)に依存し、昇圧比はトランス本体
の長さ(L)に依存し、共振周波数と昇圧比が独立に設
定できるようにトランス本体の長さ(L)と幅(W)の
比を設定したことを特徴とする第1の手段により達成さ
れる。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is achieved by a piezoelectric material.
The width (W) is longer than the length (L) (L <W)
Along the width (W) direction on the upper and lower surfaces of the rectangular transformer body
A first electrode and a second electrode that are extended are provided so as to face each other.
Forming an input section, separated from the first electrode and the second electrode;
A third electrode is provided on the side of the transformer body to form an output section
And a first terminal on the first electrode and a second terminal on the second electrode.
And a third terminal connected to a third electrode, respectively.
Between the terminal and the second terminal
By applying an equal AC voltage, the transformer
Vibration occurs in the width (W) direction of the body, and the second terminal and the
A high voltage is output from the three terminals and the resonance frequency is
The boost ratio depends on the width (W) of the lance body,
The resonance frequency and the boost ratio are set independently, depending on the length (L) of the
The length (L) and width (W) of the transformer body
Achieved by the first means, wherein the ratio is set.
It is.

【0013】また、前記第1の手段において、前記第1
端子、第2端子、第3端子をそれぞれの電極の幅(W)
方向の中央位置(振動の不動点)に接続したことを特徴
とする第2の手段により達成される。 なお、後述の実施
例における電極22が前記第1電極に、電極23が前記
第2電極に、電極24が前記第3電極に、端子25が第
1端子に、端子26が第2端子に、端子27が第3端子
に、それぞれ相当する。
Further, in the first means, said first
Terminal, 2nd terminal, 3rd terminal are each electrode width (W)
It is characterized by being connected to the center position in the direction (fixed point of vibration)
This is achieved by a second means. In addition, implementation described later
The electrode 22 in the example is the first electrode, and the electrode 23 is the
The second electrode, the electrode 24 is the third electrode, and the terminal 25 is the
One terminal, terminal 26 is the second terminal, terminal 27 is the third terminal
Respectively.

【0014】[0014]

【作用】本考案では、トランスの長さに対して幅を広く
して、共振周波数はトランスの幅に依存し、昇圧比はト
ランスの長さに依存し、共振周波数と昇圧比を独立に設
定できるようにした。
According to the present invention, the width of the transformer is increased with respect to the length of the transformer, the resonance frequency depends on the width of the transformer, the boost ratio depends on the length of the transformer, and the resonance frequency and the boost ratio are set independently. I made it possible.

【0015】また、入力端子と出力端子を振動の不動点
に取り付けた。
Further, the input terminal and the output terminal are attached to a fixed point of vibration.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】本考案では、昇圧比Gと共振周波数frの
従属性をなくすため、従来のローゼン型トランスが利用
している縦振動に対し、横振動を利用した。
In the present invention, in order to eliminate the dependency of the step-up ratio G and the resonance frequency fr, the transverse vibration is used instead of the longitudinal vibration used in the conventional Rosen transformer.

【0018】図1は本考案の圧電トランスの斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of the piezoelectric transformer of the present invention.

【0019】図1において、本圧電トランスの本体21
は、例えばチタン酸バリウム、タンタル酸リチウム、ニ
オブ酸リチウム、ロシエル塩、PbZrO3 −PbTi
3を含む三成分系(PZT系)などの圧電材料で構成
され、上下面に電極22,23が対向して被着され、ま
た、この電極22,23とは離れた方の側面に電極24
が被着されている。
In FIG. 1, the main body 21 of the piezoelectric transformer
Are, for example, barium titanate, lithium tantalate, lithium niobate, rosier salt, PbZrO 3 —PbTi
Electrodes 22, 23 are made of a piezoelectric material such as a three-component system (PZT system) containing O 3 , and electrodes 22 and 23 are attached to upper and lower surfaces so as to face each other. 24
Is attached.

【0020】この電極24は、電極22,23から離れ
た上面29あるいは下面に被着する場合もある。そして
端子25と26に本体21の共振周波数にほぼ等しい交
流電圧Vin2 が印加されると、幅方向に振動を発生
し、端子26と27から高電圧Vout2 が得られる。
The electrode 24 may be attached to the upper surface 29 or the lower surface apart from the electrodes 22 and 23 in some cases. When an AC voltage Vin 2 substantially equal to the resonance frequency of the main body 21 is applied to the terminals 25 and 26, vibration occurs in the width direction, and a high voltage Vout 2 is obtained from the terminals 26 and 27.

【0021】長さL2 に対して幅W2 を約2倍以上とし
て面積振動の影響を防止している。振動モードとして
は、半波長モードが好ましく幅方向の中央部で変位が零
となり、両側端で変位が最大となる。従つて、端子2
5,26,27は各々電極22,23,24の幅方向中
央部に取り付ければ、端子25,26,27に振動が伝
わることがなく、端子25,26,27が断線するおそ
れがない。
The effect of area vibration is prevented by making the width W 2 about twice or more the length L 2 . As the vibration mode, the half-wave mode is preferable, and the displacement becomes zero at the center in the width direction, and the displacement becomes maximum at both side ends. Therefore, terminal 2
If the terminals 5, 26, 27 are attached to the center portions in the width direction of the electrodes 22, 23, 24, vibration is not transmitted to the terminals 25, 26, 27, and there is no possibility that the terminals 25, 26, 27 are disconnected.

【0022】入出力を逆にして端子27と26に入力電
圧を印加して端子25と26より降圧された出力を取り
出すことも可能である。
It is also possible to reverse the input / output and apply an input voltage to the terminals 27 and 26 to take out the stepped-down output from the terminals 25 and 26.

【0023】図2に示すように、幅wを広げ、長さL5
に対して幅w5 を2倍程度に大きくすると、共振周波数
frは、式4に示すように、幅w5 の値と素材の特性で
決定される。
As shown in FIG. 2, the width w is increased and the length L 5
Increasing the width w 5 to about twice the resonance frequency fr, as shown in Equation 4, it is determined by the value and the material properties of the width w 5.

【0024】 fr=1/w5 ・√(Y1 E /ρ)(式4) また、圧電トランスの電圧変換機能は、横振動に寄生し
て生じる縦振動によつて依然として残る。即ち、共振周
波数frは幅w5 に依存し、昇圧比Gは長さL5 に依存
することになり、昇圧比Gと共振周波数frは、独立し
て任意に設定できる。例えば、図2において更に幅w5
を広くすることにより、昇圧比Gはほぼ一定で、共振周
波数frを低くできる。
Fr = 1 / w 5 · √ (Y 1 E / ρ) (Equation 4) Further, the voltage conversion function of the piezoelectric transformer still remains due to the longitudinal vibration generated by parasitic vibration. That is, the resonance frequency fr depends on the width w 5, the boost ratio G will be dependent on the length L 5, the resonance frequency fr and the step-up ratio G can be arbitrarily set independently. For example, further the width w 5 2
Is increased, the step-up ratio G is substantially constant, and the resonance frequency fr can be lowered.

【0025】また、図1において、半波長振動モード時
La2 点は振動ノードで、振動変位は零であるので、こ
の点に端子を取り付けることにより、リード線の疲労破
壊による断線を防止できる。
In FIG. 1, the point La 2 in the half-wavelength vibration mode is a vibration node, and the vibration displacement is zero. By attaching a terminal to this point, disconnection due to fatigue fracture of the lead wire can be prevented.

【0026】本考案は以上のように、昇圧比と共振周波
数を独立に設定できるため、安全性の高い圧電トランス
の応用範囲をさらに広げることを可能にした。例えば、
陰極管点灯電源として本圧電トランスを使用する場合を
考える。
As described above, according to the present invention, the step-up ratio and the resonance frequency can be set independently, so that the application range of the highly safe piezoelectric transformer can be further expanded. For example,
Consider a case where the present piezoelectric transformer is used as a cathode tube lighting power supply.

【0027】この場合、本圧電トランスを使用し幅w5
を変えれば、入出力特性に影響を与えず共振周波数fr
を変えることができ、望みとする状態で陰極管を点灯す
ることができる。
In this case, the piezoelectric transformer is used and the width w 5
Is changed, the resonance frequency fr is not affected without affecting the input / output characteristics.
Can be changed, and the cathode ray tube can be turned on in a desired state.

【0028】また、出力端子は振動の変位が零の点に取
り付けられるので、リード線にほとんど振動が伝わら
ず、疲労破壊による断線を起こさない。
Further, since the output terminal is attached to a point where the displacement of the vibration is zero, the vibration is hardly transmitted to the lead wire, and the disconnection due to the fatigue failure does not occur.

【0029】[0029]

【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば、
圧電トランスの昇圧比Gと共振周波数frを独立に設定
できるようにしたため、圧電トランスの設計が容易とな
り、また、発煙、発火のおそれのない安全性の高い、圧
電トランスとすることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention,
Since the step-up ratio G and the resonance frequency fr of the piezoelectric transformer can be set independently, the design of the piezoelectric transformer is facilitated, and a highly safe piezoelectric transformer free from smoke or fire can be obtained.

【0030】さらに、出力端子引出し位置が振動変位の
ない点に設けられることから、出力端子の振動疲労破壊
による断線がなくなり、圧電トランスの信頼性を高める
ことができる。
Further, since the output terminal lead-out position is provided at a point where there is no vibration displacement, disconnection due to vibration fatigue destruction of the output terminal is eliminated, and the reliability of the piezoelectric transformer can be improved.

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

【図1】本考案の実施例に係るローゼン型圧電トランス
の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a Rosen-type piezoelectric transformer according to an embodiment of the present invention.

【図2】本考案の実施例に係るローゼン型圧電トランス
の振動方向を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a vibration direction of the Rosen-type piezoelectric transformer according to the embodiment of the present invention.

【図3】従来のローゼン型圧電トランスの斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view of a conventional Rosen-type piezoelectric transformer.

【図4】従来のローゼン型圧電トランスの振動方向を示
す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a vibration direction of a conventional Rosen-type piezoelectric transformer.

【図5】圧電トランスの面積振動を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an area vibration of a piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 本体 22,23,24 電極 25,26,27 端子 21 body 22,23,24 electrode 25,26,27 terminal

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 圧電材料よりなり長さ(L)よりも幅
(W)の方が長い(L<W)矩形状のトランス本体の上
下面に幅(W)方向に沿って長く延びた第1電極と第2
電極を対向するように設けて入力部を構成し、 前記第1電極ならびに第2電極と離れたトランス本体の
側面に第3電極を設けて出力部を構成して、 前記第1電極に第1端子を、第2電極に第2端子を、第
3電極に第3端子を、それぞれ接続し、前記第1端子と
第2端子の間にトランス本体の共振周波数とほぼ等しい
交流電圧を印加することにより、前記トランス本体の幅
(W)方向に振動を発生して、前記第2端子と第3端子
から高電圧を出力するとともに、 共振周波数はトランス本体の幅(W)に依存し、昇圧比
はトランス本体の長さ(L)に依存し、共振周波数と昇
圧比が独立に設定できるようにトランス本体の長さ
(L)と幅(W)の比を設定したことを特徴とするロー
ゼン型の 圧電トランス。
(1 ) The width is longer than the length (L) of a piezoelectric material.
(W) is above the longer (L <W) rectangular transformer body
A first electrode and a second electrode extending long along the width (W) direction on the lower surface;
The input unit is constituted by providing the electrodes so as to face each other, and the transformer body is separated from the first electrode and the second electrode.
A third electrode is provided on the side surface to form an output unit, and the first electrode has a first terminal, the second electrode has a second terminal, and the second electrode has a second terminal.
A third terminal is connected to each of the three electrodes, and the first terminal is connected to the third terminal.
Nearly equal to the resonance frequency of the transformer body between the second terminals
By applying an AC voltage, the width of the
A second terminal and a third terminal that generate vibration in the (W) direction;
Output a high voltage, and the resonance frequency depends on the width (W) of the transformer body.
Depends on the length (L) of the transformer body,
Length of transformer body so that pressure ratio can be set independently
(L) and a ratio of width (W) are set.
Zen type piezoelectric transformer.
【請求項2】 請求項1記載において、前記第1端子、
第2端子、第3端子をそれぞれの電極の幅(W)方向の
中央位置に接続したことを特徴とするローゼン型の圧電
トランス。
2. The method according to claim 1, wherein the first terminal includes:
The second terminal and the third terminal are connected in the width (W) direction of each electrode.
A Rosen-type piezoelectric transformer connected to the center position .
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