JP2755177B2 - 圧電磁器トランス - Google Patents
圧電磁器トランスInfo
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/40—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers
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- Power Engineering (AREA)
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Description
源回路で動作可能な圧電トランス、特に小型化,高信頼
度が要求される小型・薄型でかつ高電圧を発生する圧電
トランスに関する。
の帯電装置など高電圧を必要とする装置内の電源回路で
は高電圧発生用の変圧素子として巻線型の電磁トランス
が用いられてきた。この電磁トランスは磁性体のコアに
導線を巻き付ける構造になっており、高い変性比を実現
するためには巻き付ける導線の数を多くする必要があ
る。そのため、小型・薄型の電磁トランスを実現するの
は非常に困難であった。
スが提案されている。図3に従来の代表的な圧電トラン
スであるローゼン型圧電トランスの構造を示す。この圧
電トランスでは、高電圧を取り出す場合、表面に電極が
設けられた圧電板において、31で示す部分は圧電トラ
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33,34が設けられており、この部分は図中矢印
39で示すように厚み方向に分極されている。また、同
様に32で示す部分は高インピーダンスの発電部分であ
り、その端面に電極35が設けられており、発電部32
は図中矢印40で示すように圧電板の長さ方向に分極さ
れている。
る。外部端子36,37から駆動電極33,34に電圧
が印加されると、駆動部31では分極方向に電界が加わ
り分極とは垂直方向に変位する圧電効果(以後、圧電横
効果31モードと略す)で長さ方向の縦振動が励振さ
れ、トランス全体が振動する。さらに発電部32では、
分極方向に機械的歪が生じ分極方向に電位差が発生する
圧電効果(以後、圧電縦効果33モードと略す)によ
り、出力電極35から外部端子38に入力電圧と同じ周
波数の電圧が取り出される。このとき、駆動周波数を圧
電トランスの共振周波数と等しくすれば非常に高い出力
電圧が得られる。
る場合には、縦効果の高インピーダンス部分32を入力
側とし、横効果の低インピーダンス部分31を出力側に
すれば良いことは明らかである。 この圧電トランスは
共振状態で使用され、一般の電磁トランスに比べて
(1)巻線構造が不用でエネルギー密度も高いため小型
化・薄型化が図れること、(2)不燃化が図れること、
(3)電磁誘導によるノイズがでないこと、など数多く
の長所を有している。
トランスでは、発電部の電極が振動の腹に位置するた
め、外部端子の接続が振動に悪影響を与えたり信頼性が
大きく低下する等の短所があった。また、圧電トランス
のインピーダンスに比べて極端に大きな負荷抵抗の場合
では比較的高い出力電圧が得られるが、負荷抵抗の値が
さほど大きくない場合にはそれほど高い出力電圧が得ら
れないという欠点があった。
圧・高電力・高信頼性の特性を持ち、かつ小型で小型・
薄型である圧電磁器トランスを提供することにある。
電磁器トランスにおいて、圧電磁器トランス全体が幅方
向に駆動部と発電部2つの領域に分割されており、駆動
部は両面の主面表面全体に配置された電極と厚さ方向に
分極された圧電磁器とからなり、発電部は片面あるいは
両面の主面上に配置された対向する2枚の櫛形電極と櫛
形電極指間では長さ方向に交互に分極された圧電磁器と
からなり、2つの領域においてそれぞれの長さ方向の中
心部から外部端子を取り出した構造を有することを特徴
とする。
の長さ(駆動部、発電部の数)、幅、厚さ以外にも電極
指の数や電極指間の長さなどにも自由度があり、負荷と
圧電磁器トランスの出力インピーダンスを整合させられ
る範囲が広く、また、この圧電磁器トランスは、入出力
の電気端子はそれぞれ直流的に絶縁された4端子構造で
あり、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。
る。
視図を図1に示す。長板構造の圧電磁器トランス全体は
駆動部11と発電部12の2つに大きく分割される。駆
動部11は、図中矢印17で示したように厚さ方向に分
極された圧電磁器10の上下の主面に外部電極131,
132を配置し、長手方向の中心部から外部電気端子1
51,152が取り出された構造となっている。一方、
発電部12は圧電磁器10の片側の主面上に対向する櫛
形電極141と142を配置しており櫛形電極の電極指
間で矢印18に交互に長さ方向に分極されており、櫛形
電極141,142の長さ方向の中心部から外部電気端
子161,162が取り出された構造となっている。
51−152間に交流電圧を印加すると電気機械結合係
数k31を介して圧電横効果31モードにより圧電磁器ト
ランス全体に長さ方向の縦振動が発生する。したがっ
て、発電部12では電気機械結合係数k33を介して圧電
縦効果33モードにより櫛形電極141−142間に電
圧が発生し外部電気端子161−162から取り出され
る。このとき、印加される電圧の周波数が圧電磁器トラ
ンスの長さ縦振動の共振周波数と等しければ、かなり高
い出力電圧が得られる。
る櫛形電極141,142は、片側の主面だけに配置し
ても動作は可能であるが、上下の主面両方に上下で位置
をあわせて配置した方が発電効率が高いのは言うまでも
ない。
集中定数近似等価回路は、他の圧電トランスと同様に図
2で示される。図2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 は長さ縦振動3次モードに関する等価
容量,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 ,A
2 は、幅、厚さ、駆動部の電極指間の距離,電極指の本
数で変化する。
に圧電トランスの出力電圧Vout は、接続される負荷の
抵抗値によって変化し、負荷抵抗の値が大きいほどV
out の値も大きくなる。また、エネルギー伝送効率も負
荷抵抗に依存し、圧電磁器トランスの出力インピーダン
スと整合した値の負荷以外では伝送効率はさほど高くな
い。
全体の長さ(駆動部、発電部の数)、幅、厚さ以外にも
電極指の数や電極指間の長さなどにも自由度があり、負
荷と圧電磁器トランスの出力インピーダンスを整合させ
られる範囲が広いという特徴を持つ。
び図2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端子構造であり、図3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。
明する。
O3 −PbTiO3 )系圧電磁器を用いた。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研磨す
ることにより、長さ24mm,幅10mm,厚さ0.8
mmの圧電磁器単板を用意する。圧電磁器単板上にAg
ペーストをスクリーン印刷・焼成することにより、上下
の主面に電極131,132を、片側の主面に櫛形電極
141,142を形成した。櫛形電極141,142の
電極指の本数はそれぞれ5本,4本で、櫛形電極141
と142の隣接する電極指間の距離は2mm、1本の電
極指の幅は0.5mmとした。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以外の導電性材料の薄膜を形成しても構わない。
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151,152,161,162を取り出した。
その際、ハンダの接続位置はそれぞれ長さ方向の中心の
位置とした。その後、駆動部11、発電部12共に10
0℃の絶縁油中において4kV/mmの電圧を印加する
分極処理を施した。
ードの共振周波数は、アドミタンスの周波数特性から7
1kHzと測定された。この圧電磁器トランスに100
kΩの負荷抵抗を接続したところ、入力電圧10Vに対
して230Vの出力電圧が得られ、このときの出力電力
は0.53Wであった。
100個を連続2000時間駆動したが、外部電極の剥
離や特性の異常が認められた試料は1個も無かった。
の圧電磁器トランスは、高電圧・高電力・高信頼性の特
性を持ち、かつ小型で小型・薄型であるという点で従来
の圧電トランスにはない長所があり、工業的価値も多大
である。
る。
る。
外部電気端子
Claims (3)
- 【請求項1】長板構造で、圧電縦効果を利用した圧電磁
器トランスであって、圧電磁器トランス全体が幅方向に
駆動部と発電部2つの領域に分割されており、駆動部は
両面の主面表面全体に配置された電極と厚さ方向に分極
された圧電磁器とからなり、発電部は片面の主面上に配
置された対向する2枚の櫛形電極と櫛形電極指間では長
さ方向に交互に分極された圧電磁器とからなり、2つの
領域においてそれぞれの長さ方向の中心部から外部端子
を取り出した構造を有することを特徴とする圧電磁器ト
ランス。 - 【請求項2】長板構造で、圧電縦効果を利用した圧電磁
器トランスであって、圧電磁器トランス全体が幅方向に
駆動部と発電部2つの領域に分割されており、駆動部は
両面の主面表面全体に配置された電極と厚さ方向に分極
された圧電磁器とからなり、発電部は両面の主面上にそ
れぞれ配置された対向する2枚の櫛形電極と櫛形電極指
間では長さ方向に交互に分極された圧電磁器とからな
り、2つの領域においてそれぞれの長さ方向の中心部か
ら外部端子を取り出した構造を有することを特徴とする
圧電磁器トランス。 - 【請求項3】前記外部端子は、駆動部の電極、及び発電
部の櫛形電極から取り出されていることを特徴とする請
求項1または2記載の圧電磁器トランス。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6174415A JP2755177B2 (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 圧電磁器トランス |
EP94118587A EP0694978B1 (en) | 1994-07-26 | 1994-11-25 | Piezoelectric ceramic transformer |
US08/348,925 US5576590A (en) | 1994-07-26 | 1994-11-25 | Piezoelectric ceramic transformer |
DE69412247T DE69412247T2 (de) | 1994-07-26 | 1994-11-25 | Piezoelektrischer Transformator |
US08/665,913 US5806159A (en) | 1994-07-26 | 1996-06-19 | Piezoelectric ceramic transformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6174415A JP2755177B2 (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 圧電磁器トランス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0847092A JPH0847092A (ja) | 1996-02-16 |
JP2755177B2 true JP2755177B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=15978159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6174415A Expired - Lifetime JP2755177B2 (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 圧電磁器トランス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2755177B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7406876B2 (ja) * | 2018-10-17 | 2023-12-28 | キヤノン株式会社 | 圧電トランス、および電子機器 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3088499B2 (ja) * | 1991-07-16 | 2000-09-18 | 株式会社トーキン | 圧電トランス |
JP2894908B2 (ja) * | 1992-12-08 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | 圧電トランス及びその駆動方法 |
JP2536379B2 (ja) * | 1992-12-31 | 1996-09-18 | 日本電気株式会社 | 圧電トランス |
-
1994
- 1994-07-26 JP JP6174415A patent/JP2755177B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0847092A (ja) | 1996-02-16 |
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