JP3470920B2 - コンバータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶ディスプレイの普及にみられ
る如く、数ボルトの携帯用バッテリから、数百ボルトの
電圧を発生するコンバータが必要とされてきた。液晶デ
ィスプレイ用照明電源を得る場合、従来は、巻線型トラ
ンスを含むＤＣーＤＣコンバータを用い、バッテリから
供給される数ボルトの電圧を数百ボルトまで昇圧してい
た。
る如く、数ボルトの携帯用バッテリから、数百ボルトの
電圧を発生するコンバータが必要とされてきた。液晶デ
ィスプレイ用照明電源を得る場合、従来は、巻線型トラ
ンスを含むＤＣーＤＣコンバータを用い、バッテリから
供給される数ボルトの電圧を数百ボルトまで昇圧してい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】液晶ディスプレイは、
例えば、ノートブックパソコン、ラップトップパソコン
等の携帯性の要求される高密度実装機器に用いられるも
のであるから、それに用いられる電源装置は、小型、か
つ、薄型でなければならない。ところが、従来の液晶デ
ィスプレイ用照明電源を構成する巻線型トランスは、要
求される高い出力電圧を発生させるのに、数百ターンの
巻数が必要とされるため、小型、かつ、薄型の要求に応
えることが困難であった。巻線型トランスに代わって、
最近、圧電トランスを用いた液晶ディスプレイ用照明電
源が提案されている。圧電トランスの先行技術文献とし
ては、特開昭５６ー１０１７９０号公報がある。しか
し、圧電トランスは、共振周波数域で使われるため、周
囲温度などで共振点がずれないようにコントロールする
回数が必要とされる。このため、従来は、小型、かつ、
薄型で、構成の簡単な液晶ディスプレイ用照明電源を得
ることができなかった。
例えば、ノートブックパソコン、ラップトップパソコン
等の携帯性の要求される高密度実装機器に用いられるも
のであるから、それに用いられる電源装置は、小型、か
つ、薄型でなければならない。ところが、従来の液晶デ
ィスプレイ用照明電源を構成する巻線型トランスは、要
求される高い出力電圧を発生させるのに、数百ターンの
巻数が必要とされるため、小型、かつ、薄型の要求に応
えることが困難であった。巻線型トランスに代わって、
最近、圧電トランスを用いた液晶ディスプレイ用照明電
源が提案されている。圧電トランスの先行技術文献とし
ては、特開昭５６ー１０１７９０号公報がある。しか
し、圧電トランスは、共振周波数域で使われるため、周
囲温度などで共振点がずれないようにコントロールする
回数が必要とされる。このため、従来は、小型、かつ、
薄型で、構成の簡単な液晶ディスプレイ用照明電源を得
ることができなかった。
【０００４】本発明の課題は、新規なコンバータを提供
することである。
することである。
【０００５】本発明のもう一つの課題は、数ボルト以下
のバッテリから数百ボルト以上の高い電圧を作り出すこ
とのできるコンバータを提供することである。
のバッテリから数百ボルト以上の高い電圧を作り出すこ
とのできるコンバータを提供することである。
【０００６】本発明の更にもう一つの課題は、小型、か
つ、薄型のコンバータを提供することである。
つ、薄型のコンバータを提供することである。
【０００７】本発明の更にもう一つの課題は、構成の簡
単なコンバータを提供することである。
単なコンバータを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明に係るコンバータは、コイルと、磁歪素子
と、圧電素子とを含む。前記コイルは、前記磁歪素子の
周りに巻回されている。前記磁歪素子及び前記圧電素子
は、前記コイルの巻き軸方向でみたそれぞれの一端が互
いに突き合わされ、かつ、それぞれの他端が拘束されて
いる。
め、本発明に係るコンバータは、コイルと、磁歪素子
と、圧電素子とを含む。前記コイルは、前記磁歪素子の
周りに巻回されている。前記磁歪素子及び前記圧電素子
は、前記コイルの巻き軸方向でみたそれぞれの一端が互
いに突き合わされ、かつ、それぞれの他端が拘束されて
いる。
【０００９】本発明に係るコンバータは、前記コイル
は、交流電力が供給され、それによって交番磁界を発生
する。前記磁歪素子は、前記コイルに発生した前記交番
磁界が印加され、それによって伸縮する。前記圧電素子
は、前記磁歪素子の伸縮を受けて電圧を発生する。
は、交流電力が供給され、それによって交番磁界を発生
する。前記磁歪素子は、前記コイルに発生した前記交番
磁界が印加され、それによって伸縮する。前記圧電素子
は、前記磁歪素子の伸縮を受けて電圧を発生する。
【００１０】別の用途では、前記圧電素子は、外部から
交流電力が供給され、それによって伸縮する。前記磁歪
素子は、前記圧電素子の伸縮を受けて伸縮する。前記コ
イルは、前記磁歪素子の伸縮に応じた電圧を発生する。
交流電力が供給され、それによって伸縮する。前記磁歪
素子は、前記圧電素子の伸縮を受けて伸縮する。前記コ
イルは、前記磁歪素子の伸縮に応じた電圧を発生する。
【００１１】好ましくは、磁気バイアス手段を含み、前
記磁気バイアス手段が前記磁歪素子に対して磁気バイア
スを印加する。。
記磁気バイアス手段が前記磁歪素子に対して磁気バイア
スを印加する。。
【００１２】別の好ましい例では、加圧調整手段を含
み、前記加圧調整手段が前記磁歪素子を伸縮方向から加
圧する。
み、前記加圧調整手段が前記磁歪素子を伸縮方向から加
圧する。
【００１３】
【作用】コイルは、磁歪素子の周りに巻回されており、
磁歪素子及び圧電素子は、コイルの巻き軸方向でみたそ
れぞれの一端が互いに突き合わされ、かつ、それぞれの
他端が拘束されている。この構造により、コイルに入力
された交流電力を圧電素子から取り出し、または、圧電
素子に入力された交流電力をコイルから取り出す新規な
コンバータを実現することができる。
磁歪素子及び圧電素子は、コイルの巻き軸方向でみたそ
れぞれの一端が互いに突き合わされ、かつ、それぞれの
他端が拘束されている。この構造により、コイルに入力
された交流電力を圧電素子から取り出し、または、圧電
素子に入力された交流電力をコイルから取り出す新規な
コンバータを実現することができる。
【００１４】コイルに入力された交流電力を圧電素子か
ら取り出す場合、コイルを励磁して、交番磁界を発生さ
せ、この交番磁界を磁歪素子に印加し、交番磁界の変化
に応じて磁歪素子を伸縮させる。コイルがサイン波電流
で励磁される一般的場合、交番磁界もサイン波となるの
で、磁歪素子の寸法はサイン波的に伸縮する。
ら取り出す場合、コイルを励磁して、交番磁界を発生さ
せ、この交番磁界を磁歪素子に印加し、交番磁界の変化
に応じて磁歪素子を伸縮させる。コイルがサイン波電流
で励磁される一般的場合、交番磁界もサイン波となるの
で、磁歪素子の寸法はサイン波的に伸縮する。
【００１５】圧電素子は、磁歪素子の伸縮を受けて電圧
を発生するように、磁歪素子と結合され、電圧を出力電
圧として出力する。これにより、コイルに供給された入
力電力が、圧電素子の出力電圧に変換されて取り出され
る。本発明では、交番磁界に対する磁歪素子の発生磁歪
を圧電素子への応力としているため、圧電素子の出力電
圧は、一般にはサイン波となる。これにより、交流電源
Ｅから供給される１．５Ｖ程度の入力電圧を数百ボルト
の電圧に変換して、圧電素子３から出力することができ
る。
を発生するように、磁歪素子と結合され、電圧を出力電
圧として出力する。これにより、コイルに供給された入
力電力が、圧電素子の出力電圧に変換されて取り出され
る。本発明では、交番磁界に対する磁歪素子の発生磁歪
を圧電素子への応力としているため、圧電素子の出力電
圧は、一般にはサイン波となる。これにより、交流電源
Ｅから供給される１．５Ｖ程度の入力電圧を数百ボルト
の電圧に変換して、圧電素子３から出力することができ
る。
【００１６】機械／電気エネルギー変換器としての圧電
素子はバイアス電源を一切必要とせず、取り扱いも容易
である。このため、回路構成が簡単で、取り扱いの容易
なコンバータを実現できる。
素子はバイアス電源を一切必要とせず、取り扱いも容易
である。このため、回路構成が簡単で、取り扱いの容易
なコンバータを実現できる。
【００１７】また、従来の巻線型トランスは、１．５Ｖ
程度の交流電源を用いて、数百ボルト以上の高い出力電
圧を発生させるために、数百ターンの巻数が必要とされ
ていた。また、最近開発された圧電トランスは共振周波
数域で使われるため、周囲温度などで共振点がずれない
ようにコントロール回路が必要とされていた。これに対
して、本発明に係るコンバータは、従来のような巻数が
必要でないことは勿論のこと、コントロール回路等も不
要である。このため、小型、かつ、薄型で、構造のシン
プルなコンバータを実現できる。
程度の交流電源を用いて、数百ボルト以上の高い出力電
圧を発生させるために、数百ターンの巻数が必要とされ
ていた。また、最近開発された圧電トランスは共振周波
数域で使われるため、周囲温度などで共振点がずれない
ようにコントロール回路が必要とされていた。これに対
して、本発明に係るコンバータは、従来のような巻数が
必要でないことは勿論のこと、コントロール回路等も不
要である。このため、小型、かつ、薄型で、構造のシン
プルなコンバータを実現できる。
【００１８】次に、圧電素子に入力された交流電力をコ
イルから取り出す場合、圧電素子に、外部から交流電力
が供給される。それによって圧電素子が伸縮する。前記
磁歪素子は、前記圧電素子の伸縮を受けて伸縮し、磁歪
素子の伸縮に応じてコイルに電圧が発生する。このよう
なコンバータの用途は例えばセンサである。
イルから取り出す場合、圧電素子に、外部から交流電力
が供給される。それによって圧電素子が伸縮する。前記
磁歪素子は、前記圧電素子の伸縮を受けて伸縮し、磁歪
素子の伸縮に応じてコイルに電圧が発生する。このよう
なコンバータの用途は例えばセンサである。
【００１９】磁歪素子は、外部磁界と磁歪の関係が非線
形であり、かつ、ヒステリシス特性を有する。しかし、
ある限られた磁界範囲での変位は比較的リニアな変化を
示す。磁歪素子のこの特性を利用するため、本発明の好
ましい例では、磁歪素子に直流バイアス磁場をかける。
これにより、磁歪素子が比較的リニアな特性領域で動作
するようになる。直流バイアス磁場をかける方法として
は、マグネットによる方法、コイルによる直流重畳方法
があるが、後者の方法は定常的な通電により発熱を伴
う。これに対して、マグネットによる直流バイアス方法
は発熱の問題を生じない。従って、マグネットによる直
流バイアス方法を用いることが望ましい。
形であり、かつ、ヒステリシス特性を有する。しかし、
ある限られた磁界範囲での変位は比較的リニアな変化を
示す。磁歪素子のこの特性を利用するため、本発明の好
ましい例では、磁歪素子に直流バイアス磁場をかける。
これにより、磁歪素子が比較的リニアな特性領域で動作
するようになる。直流バイアス磁場をかける方法として
は、マグネットによる方法、コイルによる直流重畳方法
があるが、後者の方法は定常的な通電により発熱を伴
う。これに対して、マグネットによる直流バイアス方法
は発熱の問題を生じない。従って、マグネットによる直
流バイアス方法を用いることが望ましい。
【００２０】磁歪素子は、プレストレスを加えることに
より大きな伸びが得られ、それによって圧電素子の応力
が増大し、高い出力電圧が得られる。従って、本発明の
更に好ましい例では、加圧調整手段を含み、加圧調整手
段により、磁歪素子を伸縮方向から加圧する。プレスト
レスの好ましい値は４０kgf/cm2前後である。
より大きな伸びが得られ、それによって圧電素子の応力
が増大し、高い出力電圧が得られる。従って、本発明の
更に好ましい例では、加圧調整手段を含み、加圧調整手
段により、磁歪素子を伸縮方向から加圧する。プレスト
レスの好ましい値は４０kgf/cm2前後である。
【００２１】
【実施例】図１は本発明に係るコンバータの構成を示す
図である。本発明に係るコンバータは、コイル１と、磁
歪素子２と、圧電素子３とを含む。コイル１は、コイル
端末１０１、１０２を接続した交流電源Ｅから入力電力
が供給され、それによって交番磁界を発生する。磁歪素
子２はコイル１に発生した交番磁界が印加され、それに
よって伸縮する。
図である。本発明に係るコンバータは、コイル１と、磁
歪素子２と、圧電素子３とを含む。コイル１は、コイル
端末１０１、１０２を接続した交流電源Ｅから入力電力
が供給され、それによって交番磁界を発生する。磁歪素
子２はコイル１に発生した交番磁界が印加され、それに
よって伸縮する。
【００２２】磁歪とは、磁歪素子２が外部から磁界を受
けた時、図２に示すように、その寸法Ｌが寸法（Ｌ±△
Ｌ）に変化する現象である。このような磁歪現象の原理
はよく知られている。即ち、外部磁界がない場合、磁歪
素子２は内部の電磁気的な平衡下における磁気モーメン
トにより、特定方向に歪んでいる。この平衡状態にある
磁歪素子２に外部磁界が加わると、新たな電磁気的平衡
点に移動する。その際、磁気モーメントの方向も変わる
ために、ある方向では伸び、ある方向では縮む磁歪現象
を生じる。
けた時、図２に示すように、その寸法Ｌが寸法（Ｌ±△
Ｌ）に変化する現象である。このような磁歪現象の原理
はよく知られている。即ち、外部磁界がない場合、磁歪
素子２は内部の電磁気的な平衡下における磁気モーメン
トにより、特定方向に歪んでいる。この平衡状態にある
磁歪素子２に外部磁界が加わると、新たな電磁気的平衡
点に移動する。その際、磁気モーメントの方向も変わる
ために、ある方向では伸び、ある方向では縮む磁歪現象
を生じる。
【００２３】圧電素子３は磁歪素子２の伸縮を受けて電
圧を発生するように、磁歪素子２と結合され、発生した
電圧を出力電圧Ｖ０として出力する。圧電素子３は矢印
Ｐ０の方向（または逆方向）に分極されており、圧電素
体３０の分極方向Ｐ０の両端に電極３１、３２が焼き付
けられている。圧電素子３の電極３１、３２には電極プ
レート５１、５２が接続されており、電極プレート５
１、５２にはリード線６１、６２が接続されている。磁
歪素子２及び圧電素子３は、それぞれの一端が互いに突
き合わされ、かつ、他端が、固定手段４１、４２によっ
て押さえられている。コイル１は、磁歪素子２の周りに
巻回されている。交流電源Ｅとしては、数百Ｈｚ〜数千
Ｈｚ、または、それ以上の周波数の交流を発生する発振
器が利用できる。
圧を発生するように、磁歪素子２と結合され、発生した
電圧を出力電圧Ｖ０として出力する。圧電素子３は矢印
Ｐ０の方向（または逆方向）に分極されており、圧電素
体３０の分極方向Ｐ０の両端に電極３１、３２が焼き付
けられている。圧電素子３の電極３１、３２には電極プ
レート５１、５２が接続されており、電極プレート５
１、５２にはリード線６１、６２が接続されている。磁
歪素子２及び圧電素子３は、それぞれの一端が互いに突
き合わされ、かつ、他端が、固定手段４１、４２によっ
て押さえられている。コイル１は、磁歪素子２の周りに
巻回されている。交流電源Ｅとしては、数百Ｈｚ〜数千
Ｈｚ、または、それ以上の周波数の交流を発生する発振
器が利用できる。
【００２４】上記の構成において、コイル１が交流電源
Ｅから供給される入力電力によって励磁され、交番磁界
を発生させる。この交番磁界は磁歪素子２に印加され、
交番磁界の変化に応じて、磁歪素子２が伸縮する。コイ
ル１がサイン波電流で励磁される一般的場合は、交番磁
界もサイン波となるので、磁歪素子２の寸法はサイン波
的に伸縮する。
Ｅから供給される入力電力によって励磁され、交番磁界
を発生させる。この交番磁界は磁歪素子２に印加され、
交番磁界の変化に応じて、磁歪素子２が伸縮する。コイ
ル１がサイン波電流で励磁される一般的場合は、交番磁
界もサイン波となるので、磁歪素子２の寸法はサイン波
的に伸縮する。
【００２５】圧電素子３は、磁歪素子２の伸縮を受けて
電圧を発生するように、磁歪素子２と結合され、それに
よって出力電圧Ｖ０を出力する。これにより、コイル１
に供給された入力電力が、圧電素子３の出力電圧Ｖ０に
変換されて取り出される。一般的な使用態様では、交番
磁界によって発生する磁歪素子２の磁歪を圧電素子３へ
の応力とすることになるため、圧電素子３の出力電圧Ｖ
０は、サイン波となる。これにより、交流電源Ｅから供
給される１．５Ｖ程度の入力電圧を数百ボルトのサイン
波状電圧に変換して、圧電素子３から出力することがで
きる。
電圧を発生するように、磁歪素子２と結合され、それに
よって出力電圧Ｖ０を出力する。これにより、コイル１
に供給された入力電力が、圧電素子３の出力電圧Ｖ０に
変換されて取り出される。一般的な使用態様では、交番
磁界によって発生する磁歪素子２の磁歪を圧電素子３へ
の応力とすることになるため、圧電素子３の出力電圧Ｖ
０は、サイン波となる。これにより、交流電源Ｅから供
給される１．５Ｖ程度の入力電圧を数百ボルトのサイン
波状電圧に変換して、圧電素子３から出力することがで
きる。
【００２６】機械／電気エネルギー変換器としての圧電
素子３はバイアス電源を一切必要とせず、取り扱いも容
易である。このため、回路構成が簡単で、取り扱いの容
易なコンバータを実現できる。
素子３はバイアス電源を一切必要とせず、取り扱いも容
易である。このため、回路構成が簡単で、取り扱いの容
易なコンバータを実現できる。
【００２７】また、従来のコンバータは、１．５Ｖ程度
の交流電源Ｅを用いて、数百ボルト以上の高い出力電圧
を発生させるために数百ターンの巻数が必要とされてい
た。また、最近開発された圧電トランスは共振周波数域
で使われるため、周囲温度などで共振点がずれないよう
にコントロール回路が必要とされていた。これに対し
て、本発明に係るコンバータは、従来の巻線型トランス
ほどの巻数が必要でないことは勿論のこと、コントロー
ル回路等も不要である。このため、小型、かつ、薄型
で、構造のシンプルなコンバータを実現できる。因に、
厚さが３mmと非常に薄いコンバータを得ることができ
た。
の交流電源Ｅを用いて、数百ボルト以上の高い出力電圧
を発生させるために数百ターンの巻数が必要とされてい
た。また、最近開発された圧電トランスは共振周波数域
で使われるため、周囲温度などで共振点がずれないよう
にコントロール回路が必要とされていた。これに対し
て、本発明に係るコンバータは、従来の巻線型トランス
ほどの巻数が必要でないことは勿論のこと、コントロー
ル回路等も不要である。このため、小型、かつ、薄型
で、構造のシンプルなコンバータを実現できる。因に、
厚さが３mmと非常に薄いコンバータを得ることができ
た。
【００２８】本発明に係るコンバータは、好ましくは、
磁気バイアス手段７を含む。磁気バイアス手段７は磁歪
素子２に対して磁気バイアスを印加する。 図示の磁気
バイアス手段７は、ヨーク７１〜７４と、マグネット７
５、７６とを含む。マグネット７５、７６は、少なくと
も２つ備えられており、それぞれが磁歪素子２に対して
同一方向の磁気バイアスを印加するように方向付けられ
て、ヨーク７１〜７４と結合されている。磁歪素子２及
び圧電素子３はヨーク７４を間に挟んで連結されてい
る。ヨーク７２、７３の各他端間と、ヨーク７４の両端
の間に、微小な間隔があるので、磁歪素子２に発生した
磁歪がヨーク７４を介して圧電素子３に確実に伝達され
る。
磁気バイアス手段７を含む。磁気バイアス手段７は磁歪
素子２に対して磁気バイアスを印加する。 図示の磁気
バイアス手段７は、ヨーク７１〜７４と、マグネット７
５、７６とを含む。マグネット７５、７６は、少なくと
も２つ備えられており、それぞれが磁歪素子２に対して
同一方向の磁気バイアスを印加するように方向付けられ
て、ヨーク７１〜７４と結合されている。磁歪素子２及
び圧電素子３はヨーク７４を間に挟んで連結されてい
る。ヨーク７２、７３の各他端間と、ヨーク７４の両端
の間に、微小な間隔があるので、磁歪素子２に発生した
磁歪がヨーク７４を介して圧電素子３に確実に伝達され
る。
【００２９】ヨーク７１〜７４は、磁気回路抵抗が小さ
く、かつ、磁歪素子２に対して均質な磁界を印加し得る
配置にすることが望ましい。そのような具体的手段とし
て、ヨーク７１をＵ状にして磁歪素子２の端部を受ける
と共に、Ｕ状ヨーク７１の両端にマグネット７５、７６
の各一端を密着させ、マグネット７５、７６の各他端に
ヨーク７２、７３の各一端を密着させ、更に、ヨーク７
２、７３の各他端間に、微小な間隔を隔てて、ヨーク７
４を配置した構造となっている。ヨーク７２、７３の各
他端間と、ヨーク７４の両端の間には、間隔が発生する
が、この間隔を小さくすることにより、磁気抵抗を小さ
くし、磁気効率を向上させることができる。
く、かつ、磁歪素子２に対して均質な磁界を印加し得る
配置にすることが望ましい。そのような具体的手段とし
て、ヨーク７１をＵ状にして磁歪素子２の端部を受ける
と共に、Ｕ状ヨーク７１の両端にマグネット７５、７６
の各一端を密着させ、マグネット７５、７６の各他端に
ヨーク７２、７３の各一端を密着させ、更に、ヨーク７
２、７３の各他端間に、微小な間隔を隔てて、ヨーク７
４を配置した構造となっている。ヨーク７２、７３の各
他端間と、ヨーク７４の両端の間には、間隔が発生する
が、この間隔を小さくすることにより、磁気抵抗を小さ
くし、磁気効率を向上させることができる。
【００３０】磁歪素子２は、図３に示すように、外部磁
界と磁歪による伸び率との関係が非線形であり、かつ、
ヒステリシス的な特性を有するが、ある限られた磁界範
囲では、比較的リニアな磁歪特性を示す。そこで、図４
に示すように、磁歪素子２に直流バイアス磁場△Ｈｂを
かけ、磁歪素子２がリニアな磁歪特性領域で動作するよ
うに設定する。直流バイアス磁場をかける方法として
は、マグネットによる方法、コイルによる直流重畳方法
があるが、後者の方法は定常的な通電により発熱を伴
う。実施例では、このような発熱動作を回避して、直流
バイアス磁場△Ｈｂをかけるため、マグネット７５、７
６を用いている。
界と磁歪による伸び率との関係が非線形であり、かつ、
ヒステリシス的な特性を有するが、ある限られた磁界範
囲では、比較的リニアな磁歪特性を示す。そこで、図４
に示すように、磁歪素子２に直流バイアス磁場△Ｈｂを
かけ、磁歪素子２がリニアな磁歪特性領域で動作するよ
うに設定する。直流バイアス磁場をかける方法として
は、マグネットによる方法、コイルによる直流重畳方法
があるが、後者の方法は定常的な通電により発熱を伴
う。実施例では、このような発熱動作を回避して、直流
バイアス磁場△Ｈｂをかけるため、マグネット７５、７
６を用いている。
【００３１】磁歪素子２は、プレストレス（ｐｒｅｓｔ
ｒｅｓｓ）を加えることにより大きな伸びが得られ、そ
れによって圧電素子３の応力が増大し、高い出力電圧Ｖ
０が得られる。プレストレスの好ましい値は４０kgf/cm
2前後である。プレストレスは、図１の固定手段４１ま
たは４２により、磁歪素子２及び圧電素子３の組立体に
矢印Ｆ１で示す方向の力を加えることによって得ること
ができる。
ｒｅｓｓ）を加えることにより大きな伸びが得られ、そ
れによって圧電素子３の応力が増大し、高い出力電圧Ｖ
０が得られる。プレストレスの好ましい値は４０kgf/cm
2前後である。プレストレスは、図１の固定手段４１ま
たは４２により、磁歪素子２及び圧電素子３の組立体に
矢印Ｆ１で示す方向の力を加えることによって得ること
ができる。
【００３２】磁歪素子２の構成材料としては、超磁歪材
料が適している。この超磁歪材料の応答速度は１０ー6se
cと高速であり、固有抵抗は１０ー4Ω・cm と金属として
は高く、１mm角の形状では、１００kHzまで低損失で使
用できる。磁歪素子２を構成する磁歪材料は例えば米国
特許第４，３０８，４７４号明細書に開示されている。
料が適している。この超磁歪材料の応答速度は１０ー6se
cと高速であり、固有抵抗は１０ー4Ω・cm と金属として
は高く、１mm角の形状では、１００kHzまで低損失で使
用できる。磁歪素子２を構成する磁歪材料は例えば米国
特許第４，３０８，４７４号明細書に開示されている。
【００３３】図５はコンバータの斜視図、図６は図５の
Ａ６ーＡ６線上における断面図である。コイル１は、磁
歪素子２の周りに巻回されている。これにより、磁歪素
子２の長さ方向に磁界が印加される。具体的な例では、
コイル１は２２４ターンで、厚さは３mmと薄くできる。
磁歪素子２はＴｂーＤｙーＦｅ合金で構成される。
Ａ６ーＡ６線上における断面図である。コイル１は、磁
歪素子２の周りに巻回されている。これにより、磁歪素
子２の長さ方向に磁界が印加される。具体的な例では、
コイル１は２２４ターンで、厚さは３mmと薄くできる。
磁歪素子２はＴｂーＤｙーＦｅ合金で構成される。
【００３４】圧電素子３はBaTiO3を主成分とする圧電材
料で構成されている。圧電素子３は、高電圧を発生させ
るために、ｇ定数とｄ定数は高いものが適している。実
施例において、圧電素子３の圧電素体３０は図において
縦方向Ｐ０に分極（図６参照）されており、分極方向Ｐ
０の両端に電極３１、３２が焼き付けられている。圧電
素子３の電極３１、３２には、外部に電力を取り出すリ
ード線６１、６２を接続した電極プレート５１、５２が
密着されている。
料で構成されている。圧電素子３は、高電圧を発生させ
るために、ｇ定数とｄ定数は高いものが適している。実
施例において、圧電素子３の圧電素体３０は図において
縦方向Ｐ０に分極（図６参照）されており、分極方向Ｐ
０の両端に電極３１、３２が焼き付けられている。圧電
素子３の電極３１、３２には、外部に電力を取り出すリ
ード線６１、６２を接続した電極プレート５１、５２が
密着されている。
【００３５】磁気バイアス手段７は、ヨーク７１〜７４
と、マグネット７５、７６とを含む。マグネット７５、
７６は、少なくとも２つ備えられており、それぞれが磁
歪素子２に対して同一方向の磁気バイアスを印加するよ
うに方向付けられて、ヨーク７１〜７４と結合されてい
る。ヨーク７１〜７４は、磁気回路抵抗が小さく、か
つ、磁歪素子２に対して均質な磁界を印加し得る配置に
することが望ましい。そのような具体的手段として、ヨ
ーク７１をＵ状にして磁歪素子２の端部を受けると共
に、Ｕ状ヨーク７１の両端にマグネット７５、７６の各
一端を密着させ、マグネット７５、７６の各他端にヨー
ク７２、７３の各一端を密着させ、更に、ヨーク７２、
７３の各他端間に、微小な間隔ｇ１、ｇ２を隔てて、ヨ
ーク７４を配置した構造となっている。
と、マグネット７５、７６とを含む。マグネット７５、
７６は、少なくとも２つ備えられており、それぞれが磁
歪素子２に対して同一方向の磁気バイアスを印加するよ
うに方向付けられて、ヨーク７１〜７４と結合されてい
る。ヨーク７１〜７４は、磁気回路抵抗が小さく、か
つ、磁歪素子２に対して均質な磁界を印加し得る配置に
することが望ましい。そのような具体的手段として、ヨ
ーク７１をＵ状にして磁歪素子２の端部を受けると共
に、Ｕ状ヨーク７１の両端にマグネット７５、７６の各
一端を密着させ、マグネット７５、７６の各他端にヨー
ク７２、７３の各一端を密着させ、更に、ヨーク７２、
７３の各他端間に、微小な間隔ｇ１、ｇ２を隔てて、ヨ
ーク７４を配置した構造となっている。
【００３６】圧電素子３の両面には、電気絶縁プラスチ
ック等でなるスペーサ８１、８２が配置されている。
ック等でなるスペーサ８１、８２が配置されている。
【００３７】コイル１、磁歪素子２、圧電素子３、電極
プレート５１、５２、ヨーク７１〜７４及びマグネット
７５、７６の組立体は、固定手段となるハウジング４１
の内部に配置され、もう一つの固定手段である蓋４２に
よって押さえられている。ハウジング４１及び蓋４２は
金属材料によって構成できる。蓋４２はねじ等の結合具
４３によってハウジング４１に取り付けられている。電
極プレート５１とヨーク７４との間、及び、電極プレー
ト５２と蓋４２との間には、テフロン等の電気絶縁シー
ト５３、５４が挟み込まれている。
プレート５１、５２、ヨーク７１〜７４及びマグネット
７５、７６の組立体は、固定手段となるハウジング４１
の内部に配置され、もう一つの固定手段である蓋４２に
よって押さえられている。ハウジング４１及び蓋４２は
金属材料によって構成できる。蓋４２はねじ等の結合具
４３によってハウジング４１に取り付けられている。電
極プレート５１とヨーク７４との間、及び、電極プレー
ト５２と蓋４２との間には、テフロン等の電気絶縁シー
ト５３、５４が挟み込まれている。
【００３８】蓋４２をハウジング４１に固定する結合具
４３の締め付け力により、磁歪素子２は、圧電素子３と
ともに、４０kgf/cm2で直接的に圧縮されている。 磁
歪素子２は、図７に示すように、２０〜６０kgf/cm2の
プレストレスを加えることにより大きな伸びが得られ
る。そこで、この実施例では、好ましいプレストレス値
として、４０kgf/cm2を選択した。
４３の締め付け力により、磁歪素子２は、圧電素子３と
ともに、４０kgf/cm2で直接的に圧縮されている。 磁
歪素子２は、図７に示すように、２０〜６０kgf/cm2の
プレストレスを加えることにより大きな伸びが得られ
る。そこで、この実施例では、好ましいプレストレス値
として、４０kgf/cm2を選択した。
【００３９】次に、プレストレスを４０kgf/cm2に設定
した場合について、圧電素子３から１００Ｖｐ−ｐの出
力電圧Ｖ０を得るのに必要な磁歪素子２の変位を求め
る。
した場合について、圧電素子３から１００Ｖｐ−ｐの出
力電圧Ｖ０を得るのに必要な磁歪素子２の変位を求め
る。
【００４０】圧電素子３に応力Ｔを加える（又ははず
す）場合の発生電圧Ｖを考えると次式のようになる。
す）場合の発生電圧Ｖを考えると次式のようになる。
【００４１】Ｖ＝Ｌｐ・ｇ33・Ｔ／Ａｐ
ここでｇ33は出力電圧係数で、この電圧は圧電素子３の
内部抵抗及び出力端子の絶縁抵抗により自己放電し自然
に消滅する。Ｌｐは圧電素子３の長さ、Ａｐは電極３
１、３２の断面積である。Ｖの目標値は１００Vpーpとし
た。そのため応力Ｔは０．３５Ｎにしなければならな
い。圧電素子３のヤング率をＹｐとすると、圧電素子３
のスティフィネスＫｐは次式で表される。
内部抵抗及び出力端子の絶縁抵抗により自己放電し自然
に消滅する。Ｌｐは圧電素子３の長さ、Ａｐは電極３
１、３２の断面積である。Ｖの目標値は１００Vpーpとし
た。そのため応力Ｔは０．３５Ｎにしなければならな
い。圧電素子３のヤング率をＹｐとすると、圧電素子３
のスティフィネスＫｐは次式で表される。
【００４２】Ｋｐ＝Ｙｐ・Ａｐ／Ｌｐ （１）
また、磁歪素子２のスティフネスＫｍは、その長さをＬ
ｍ、断面積をＡｍ、ヤング率をＹｍとして、次式で表さ
れる。
ｍ、断面積をＡｍ、ヤング率をＹｍとして、次式で表さ
れる。
【００４３】Ｋｍ＝Ｙｍ・Ａｍ／Ｌｍ （２）
圧電素子３と磁歪素子２とをハウジング４１及び蓋４２
で固定する場合、バネ定数の増加の影響をうけるものと
考えられる。そのため固定後の磁歪素子２の変位Ｘは次
式のようになる。
で固定する場合、バネ定数の増加の影響をうけるものと
考えられる。そのため固定後の磁歪素子２の変位Ｘは次
式のようになる。
【００４４】
Ｘ＝△Ｌｍ／（Ｌｍ＋Ｋｐ／ｋｍ） （３）
ここで、△Ｌｍは４０kgf/cm2における磁歪素子２の変
位を示す。（１）、（２）、（３）式より、変位Ｘは
０．４５μmとなる。磁歪素子２の発生力Ｆは次式で表
される。
位を示す。（１）、（２）、（３）式より、変位Ｘは
０．４５μmとなる。磁歪素子２の発生力Ｆは次式で表
される。
【００４５】
Ｆ＝Ｙｍ・Ａｍ・△Ｌｍ／Ｌｍ （４）
このとき、発生力Ｆは０．９Ｎとなる。圧電素子３の発
生電圧に必要な力Ｔは０．３５Ｎであるので、１００Vp
ーp以上の電圧が期待できる。
生電圧に必要な力Ｔは０．３５Ｎであるので、１００Vp
ーp以上の電圧が期待できる。
【００４６】図８はプレストレスー出力電圧特性を示し
ている。図示するように、２０〜６０kgf/cm2のプレス
トレスを加えることにより大きな出力電圧が得られる。
特に、４０kgf/cm2前後のプレストレスを加える時、出
力電圧が最大となる。
ている。図示するように、２０〜６０kgf/cm2のプレス
トレスを加えることにより大きな出力電圧が得られる。
特に、４０kgf/cm2前後のプレストレスを加える時、出
力電圧が最大となる。
【００４７】図９は、コンバータの周波数ー出力電圧特
性を示す。磁歪素子２への印加磁界は一定とし、プレス
トレスは４０kgf/cm2の条件で測定した。周波数が高く
なると圧電素子３のインピーダンスが下がるので出力電
圧は増加する。測定値は１００Vpーp以上であった。
性を示す。磁歪素子２への印加磁界は一定とし、プレス
トレスは４０kgf/cm2の条件で測定した。周波数が高く
なると圧電素子３のインピーダンスが下がるので出力電
圧は増加する。測定値は１００Vpーp以上であった。
【００４８】圧電素子３に入力された交流電力をコイル
１から取り出す場合は、圧電素子３に、外部から交流電
力が供給される。それによって圧電素子３が伸縮する。
磁歪素子２は、圧電素子３の伸縮を受けて伸縮し、磁歪
素子２の伸縮に応じてコイル１に電圧が発生する。
１から取り出す場合は、圧電素子３に、外部から交流電
力が供給される。それによって圧電素子３が伸縮する。
磁歪素子２は、圧電素子３の伸縮を受けて伸縮し、磁歪
素子２の伸縮に応じてコイル１に電圧が発生する。
【００４９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。 （ａ）新規なコンバータを提供することができる。 （ｂ）数ボルト以下のバッテリから数百ボルト以上の高
い電圧を作り出し得るコンバータを提供することができ
る。 （ｃ）小型、かつ、薄型のコンバータを提供することが
できる。 （ｄ）構成の簡単なコンバータを提供することができ
る。
のような効果を得ることができる。 （ａ）新規なコンバータを提供することができる。 （ｂ）数ボルト以下のバッテリから数百ボルト以上の高
い電圧を作り出し得るコンバータを提供することができ
る。 （ｃ）小型、かつ、薄型のコンバータを提供することが
できる。 （ｄ）構成の簡単なコンバータを提供することができ
る。
【図１】本発明に係るコンバータの構成を示す図であ
る。
る。
【図２】磁歪素子が外部から磁界を受けたときの磁歪を
説明する図である。
説明する図である。
【図３】磁歪素子の磁界ー延び特性曲線を示す図であ
る。
る。
【図４】磁歪素子にバイアス磁場をかけたときの動作特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図５】本発明に係るコンバータの具体的実施例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図６】図５のＡ６ーＡ６線上における断面図である。
【図７】磁歪素子のプレストレス（ｐｒｅｓｔｒｅｓ
ｓ）と伸び率（△Ｌｍ／Ｌｍ）との関係を示すグラフで
ある。
ｓ）と伸び率（△Ｌｍ／Ｌｍ）との関係を示すグラフで
ある。
【図８】本発明に係るコンバータのプレストレスー出力
電圧特性を示している。
電圧特性を示している。
【図９】本発明に係るコンバータのプレストレスと出力
電圧との関係を示すグラフである。
電圧との関係を示すグラフである。
１ コイル
２ 磁歪素子
３ 圧電素子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 41/107
Claims (5)
- 【請求項１】 コイルと、磁歪素子と、圧電素子と、加
圧手段とを含むコンバータであって、 前記コイルは、前記磁歪素子の周りに巻回されており、 前記磁歪素子及び前記圧電素子は、前記コイルの巻き軸
方向でみたそれぞれの一端が互いに突き合わされ、か
つ、それぞれの他端が拘束されており、前記加圧調整手段は、前記磁歪素子を伸縮方向から加圧
する コンバータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載のコンバータであって、 前記コイルは、交流電力が供給され、それによって交番
磁界を発生し、 前記磁歪素子は、前記コイルに発生した前記交番磁界が
印加され、それによって伸縮し、 前記圧電素子は、前記磁歪素子の伸縮を受けて電圧を発
生するコンバータ。 - 【請求項３】 請求項１に記載のコンバータであって、 前記圧電素子は、外部から交流電力が供給され、それに
よって伸縮し、 前記磁歪素子は、前記圧電素子の伸縮を受けて伸縮し、 前記コイルは、前記磁歪素子の伸縮に応じた電圧を発生
するコンバータ。 - 【請求項４】 コイルと、磁歪素子と、圧電素子とを含
むコンバータであって、 前記コイルは、前記磁歪素子の周りに巻回されており、 前記磁歪素子及び前記圧電素子は、前記コイルの巻き軸
方向でみたそれぞれの一端が互いに突き合わされ、か
つ、それぞれの他端が拘束されており、 更に、 前記圧電素子は、外部から交流電力が供給され、それに
よって伸縮し、 前記磁歪素子は、前記圧電素子の伸縮を受けて伸縮し、 前記コイルは、前記磁歪素子の伸縮に応じた電圧を発生
する コンバータ。 - 【請求項５】 請求項４に記載のコンバータであって、 磁気バイアス手段を含み、前記磁気バイアス手段が前記
磁歪素子に対して磁気バイアスを印加するコンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29871594A JP3470920B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | コンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29871594A JP3470920B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | コンバータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162689A JPH08162689A (ja) | 1996-06-21 |
| JP3470920B2 true JP3470920B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=17863347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29871594A Expired - Fee Related JP3470920B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | コンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470920B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10025028C2 (de) * | 2000-05-20 | 2002-03-28 | Josef Roediger | Elektromagnetischer Festkörper-Spannungswandler |
| US9774086B2 (en) | 2007-03-02 | 2017-09-26 | Qualcomm Incorporated | Wireless power apparatus and methods |
| EP2188863A1 (en) | 2007-09-13 | 2010-05-26 | QUALCOMM Incorporated | Maximizing power yield from wireless power magnetic resonators |
| JP2010539857A (ja) * | 2007-09-17 | 2010-12-16 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | ワイヤレスエネルギー伝送のための送信機および受信機 |
| WO2009049281A2 (en) | 2007-10-11 | 2009-04-16 | Nigel Power, Llc | Wireless power transfer using magneto mechanical systems |
-
1994
- 1994-12-01 JP JP29871594A patent/JP3470920B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08162689A (ja) | 1996-06-21 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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