JPH05259528A

JPH05259528A - 圧電トランス

Info

Publication number: JPH05259528A
Application number: JP4058380A
Authority: JP
Inventors: Masuji Sato; 万寿治佐藤; Noboru Wakatsuki; 昇若月; Motomasa Hiraki; 元真平木; Shinichi Otsu; 信一大津; Masanori Ueda; 政則上田; Hiroshi Hasegawa; 宏長谷川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は圧電振動板を用いて昇降圧を行う圧
電トランスに関し、中間タップにより高効率化、大電力
伝送化を図ることを目的とする。【構成】圧電体基板２２の一方面に、入力電極２３
ａ，２３ｂ及び出力電極２４ａ，２４ｂを形成する。そ
して、他方面に、入力電極２３ａ，２３ｂ及び出力電極
２４ａ，２４ｂの少なくとも何れか一方に対応する中間
電極２５ａ，２５ｂを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動板を用いて昇
降圧を行う圧電トランスに関する。

【０００２】近年、一般に使用される電磁型トランス
は、形状が大きく重いものであり、また電磁雑音の発生
源や発火源となることから、これらを追放するために圧
電振動板を用いた圧電トランスが提案されている。そし
て、この圧電トランスを、電力伝送に使用可能とし、か
つ高効率化が望まれている。

【０００３】

【従来の技術】図８に、従来の圧電トランスの構成図を
示す。図８の圧電トランス１１において、１２は圧電体
基板、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶
板でＺ軸方向に一様に分極処理を行った単結晶から切り
出された、例えば、１４０°回転Ｙカット板である。１
３（１３ａ，１３ｂ）は入力電極で圧電体基板１２の中
央から左側の半分の両面に、例えば、Ａｕ／ＮｉＣｒの
２層膜からなる蒸着膜である。１４（１４ａ，１４ｂ）
は出力電極で圧電体基板１２の中央から右側の半分の両
面に、同様にＡｕ／ＮｉＣｒの２層膜からなる蒸着膜で
形成されたものである。図では入出力電極は両面とも分
離して形成してあるが、一方、例えば、下面側を一枚の
連続した共通電極として形成しても構わない。図中の矢
印ｐは分極方向を概念的に示したものである。

【０００４】いま、図示していない交流発振電極から入
力端子１５ａ，１５ｂ間に長さ方向の寸法で決まる共振
周波数の入力電圧Ｖ_iを印加すると、長さ方向の振動
（基本振動）が励起され、圧電横効果を介して出力端子
１６ａ，１６ｂ間に高電圧Ｖ₀が発生するので、例え
ば、ハイインピーダンスの交流電圧計でそれを測定すれ
ば昇圧比（Ｖ₀／Ｖ_i）を求めることができる。

【０００５】この例では、入力部を圧電横効果により駆
動し出力部も横効果を用いて出力を取り出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に圧電トランスは、入力電圧が交流電圧であり、出力電
圧が共振周波数の電圧である。従って、圧電トランスの
負荷が直流負荷の場合には、圧電トランスの出力を整流
しなければならない。

【０００７】ここで、図９に、従来の整流回路の図を示
す。図９（Ａ）はいわゆる半波整流回路であり、負荷に
対して２個の整流用ダイオードにより出力電圧の半分を
直流に変換するもので、効率が半分となる。

【０００８】また、図９（Ｂ）はいわゆる全波整流回路
であり、負荷に対して４個の整流用ダイオードを使用す
ることにより、電圧降下（例えばシリコンダイオード１
個で１．０〜１．５Ｖ）を生じて低電圧出力の場合には
効率が低下する。

【０００９】そこで、図９（Ｃ）に示すように、トラン
スＴに中間タップが設けられ、負荷に対して２個の整流
用ダイオードで全波整流すれば効率が向上する。しか
し、従来の圧電トランスで中間タップを有するものが存
在しない。

【００１０】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、中間タップにより高効率化、大電力伝送化を図
る圧電トランスを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、板状の圧電
体基板の一方面の所定位置に形成される入力電極と、該
一方面の該入力電極に連設される出力電極と、前記圧電
体基板の他方面に、該入力電極及び出力電極の少なくと
も何れか一方に対応して形成される中間電極と、で構成
することにより解決される。

【００１２】また、板状の圧電体基板の一方面の所定位
置に形成される入力電極と、該一方面の該入力電極に連
設される出力電極と、該一方面の該入力電極及び出力電
極の少なくとも何れか一方に対応して該一方面に形成さ
れる中間電極と、で構成することによっても解決され
る。

【００１３】

【作用】上述のように、圧電体基板の一方面に形成され
る入力電極、出力電極に対応する中間電極を、他方面又
は同一面に形成される。

【００１４】例えば、中間電極を入力電極及び出力電極
の両方にそれぞれ対応して形成した場合、駆動交流電圧
が入力電極に印加されると、容量により入力電極に対応
する中間電極と入力電極の一方との相互間に印加される
ことになる。そして、圧電体基板により振動が伝播して
出力電極に対応する中間電極を出力電極の一方との相互
間より交流電圧が発生するものである。

【００１５】このように、中間タップを有する圧電トラ
ンスが構成され、図９（Ｃ）に示すような高効率の整流
回路を構成することが可能となり、大電力伝送が可能と
なる。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の第１の実施例の構成図を示
す。図１（Ａ）は側面を示したもので、図１（Ｂ）は平
面を示したものである。

【００１７】図１（Ａ），（Ｂ）の圧電トランス２１Ａ
において、ここは板状の圧電体基板であり、例えばリチ
ウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶板でＺ軸方向
に一様に分極処理が施された単結晶から切り出された、
例えば１４０°回転Ｙカット板である。

【００１８】この圧電体基板２２の一方面の中央から左
側の半分に一対の入力電極２３ａ，２３ｂが、また右側
の半分に一対の出力電極２４ａ，２４ｂが、例えばＡｕ
／ＮｉＣｒの２層膜を蒸着等により形成される。そし
て、これらの端子をそれぞれ、入力端子Ｉ₁，Ｉ₂及び
出力端子Ｏ₁，Ｏ₂とする。

【００１９】一方、圧電体基板２２の他方面に、入力電
極２３ａ，２３ｂと出力電極２４ａ，２４ｂとにそれぞ
れ対応する中間電極２５ａ，２５ｂが、前述と同様に形
成される。そして、これらの端子を中間端子Ｅ₁，Ｅ₂
とし、これが圧電トランス２１Ａの中間タップとなる。
なお、中間電極２５ａ，２５ｂを各独立させて形成した
が、一体に形成してもよい。

【００２０】このように構成された圧電トランス２１Ａ
の駆動は、整数波長駆動方式を基本とする。いま、入力
端子Ｉ₁，Ｉ₂に駆動交流電圧が印加されると、圧電体
基板２２の容量の大きさのために電圧は、入力電極２３
ａ−中間電極２５ａ、中間電極２５ａ−入力電極２３ｂ
との間に印加されることになる。

【００２１】このとき、圧電体基板２２より左側では１
波長の振動が励起され、これが出力側に振動として一波
長伝播する。そして、出力電極２４ａ−中間電極２５
ｂ、中間電極２５ｂ−出力電極２４ｂとの間に交流電圧
が発生するものである。

【００２２】ここで、図２に、図１の応力と振動の分布
図を示す。図２は、図１における縦振動の圧電体基板２
２の内部における応力分布と振動分布を示したもの
である。

【００２３】なお、変圧比は、入力電極２３ａ，２３ｂ
と出力電極２４ａ，２４ｂの面積比を設定することによ
り容易に可変することができる。また、入力又は出力の
片方のみに中間タップが必要な場合は、何れかの不必要
な中間端子を省くことで足りるものである。

【００２４】このようにして、中間タップを有する圧電
トランス２１Ａを構成することができる。

【００２５】そこで、図３に、本発明の一適用例を説明
するたの図を示す。図３（Ａ）はプッシュプルコンバー
タの回路図であり、図３（Ｂ）は波形図である。図３
（Ａ）において、圧電トランス２１Ａの入力側に２つの
トランジスタＴｒ₁，Ｔｒ₂が接続されて、交互にオン
／オフする。

【００２６】すなわち、図３（Ｂ）に示すように、トラ
ンジスタＴｒ₁がオンすると端子Ｉ ₁，Ｅ₁間に電流ｉ
₁₁が流れ、端子Ｏ₁，Ｅ₂間に電流ｉ₂₁が流れる。ま
た、トランジスタＴｒ₂がオンすると端子Ｅ₁，Ｉ₂間
に電流ｉ₁₂が流れ、端子Ｅ₂，Ｏ₂間に電流ｉ₂₂が流れ
る。これにより、図９（Ｃ）に示すように２個の整流用
ダイオードＤ₁，Ｄ₂により直流変換することができる
ものである。

【００２７】従って、リップル率が小さく、高効率で大
電力伝送の低電圧用直流電源が可能となる。

【００２８】次に、図４に、本発明の第２の実施例の構
成図を示す。図４（Ａ）は平面を示したものであり、図
４（Ｂ）は等価回路を示したものである。

【００２９】図４（Ａ）における圧電トランス２１Ｂ
は、前述と同様の圧電体基板２２の一方面のみに総ての
電極を前述と同様の方法で配設したものである。

【００３０】すなわち、圧電体基板２２の中央から左側
の半分に一対の入力電極２３ａ，２３ｂが形成され、右
側の半分に一対の出力電極２４ａ，２４ｂが形成され
る。これらの端子を、前述と同様に、それぞれ入力端子
Ｉ₁，Ｉ₂及び出力端子Ｏ₁，Ｏ₂とする。

【００３１】また、それぞれの入力電極２３ａ，２３ｂ
及び出力電極２４ａ，２４ｂは、一端が接続された中間
電極２６に挟装されるように形成される。このときの中
間電極２６の端子を中間端子Ｅとして、中間タップの役
割を果たす。

【００３２】ここで、図５に、図４の動作を説明するた
めの図を示す。図５（Ａ）は振動モードを示したもので
ある。すなわち、圧電体基板２２上の一方面のみに各電
極を形成し、電圧を印加した場合に、圧電体基板２２
が、矢印のように、幅すべり振動を生じて伝播すること
を利用したものである。

【００３３】この幅すべり振動による圧電体基板２２は
電気−機械の結合係数を大にすることが可能となもの
で、例えばＬｉＮｂＯ₃の基板で結合係数０．６２を得
ることができる。また、パターニングは片面だけでよい
ことからコスト低減となる。さらに、電極数を適宜設定
することにより、パワーハンドリングを容易に行うこと
ができるものである。

【００３４】また、図５（Ｂ），（Ｃ）は、各部の電位
を示したもので、中間電極２６の中間電位を基準に極性
が異なるように入力電極２３ａ，２３ｂ及び出力電極２
４ａ，２４ｂを配置したものである。

【００３５】これにより、中間タップを有する圧電トラ
ンス２１Ｂを構成することができ、図４に示すような電
源回路を構成する上で高効率化、大電力伝送化を図るこ
とができる。

【００３６】なお、上述の第２の実施例では、中間電極
２６を入力及び出力の両方に対応させて形成している
が、何れかのみに対応させて形成しても、同様の動作原
理となる。

【００３７】次に、図６及び図７に、第２の実施例の他
の構成を示す。図６において、圧電トランス２１Ｃは、
圧電体基板２２上に、それぞれ導通された２本の入力電
極２３ａ₁，２３ｂ₁及び出力電極２４ａ₁，２４ｂ₁
が形成され、上述の中間電極２６との間で、くし歯状の
電極を互いにかみ合い状態で整合させたものである。こ
の場合の動作原理は図４と同様である。

【００３８】また、図７（Ａ）において、圧電体基板２
２上に、一端が導通された４本の入力電極２３ａ₂が形
成されると共に、それぞれ導通された２本の出力電極２
４ａ ₁，２４ｂ₁が形成され、中間電極２６との間で、
くし歯状の電極を互いにかみ合い状態で整合させたもの
である。

【００３９】すなわち、図７（Ｂ）に示すように、出力
側のみに中間タップを設けた圧電トランス２１Ｄを構成
とするものである。この圧電トランス２１Ｄは、図３に
示すような電源回路に組み込む場合は、整流用ダイオー
ドの損失低下のみの改善手段となるが、電極構成をシン
プル化することができる。

【００４０】なお、上述の第１及び第２の実施例では、
圧電体基板２２の圧電材料としてＬｉＮｂＯ₃を使用す
る場合を示したが、ＬｉＴａＯ₃（タンタル酸リチウ
ム）も同様の効果を得ることができる。また、ＰＺＴ
（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックを使用し
てもよい。この場合、電極の長手方向が分極方向にな
る。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、圧電体基
板の一方面に形成される一対の入力電極、出力電極に対
応する中間電極を、他方面又は同一面に形成することに
より、中間タップが形成され、電源回路における高効率
化、大電力伝送化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。

【図２】図１の応力と振動の分布図である。

【図３】本発明の一適用例を説明するための図である。

【図４】本発明の第２の実施例の構成図である。

【図５】図４の動作を説明するための図である。

【図６】第２の実施例の他の構成を示す図である。

【図７】第２の実施例の他の構成を示す図である。

【図８】従来の圧電トランスの構成図である。

【図９】従来の整流回路の図である。

【符号の説明】

２１Ａ〜２１Ｄ圧電トランス２２圧電体基板２３ａ，２３ｂ入力電極２４ａ，２４ｂ出力電極２５ａ，２５ｂ，２６中間電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大津信一神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者上田政則神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者長谷川宏神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状の圧電体基板（２２）の一方面の所
定位置に形成される入力電極（２３ａ，２３ｂ）と、該一方面の該入力電極（２３ａ，２３ｂ）に連設される
出力電極（２４ａ，２４ｂ）と、前記圧電体基板（２２）の他方面に、該入力電極（２３
ａ，２３ｂ）及び出力電極（２４ａ，２４ｂ）の少なく
とも何れか一方に対応して形成される中間電極（２５
ａ，２５ｂ）と、を有することを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】板状の圧電体基板（２２）の一方面の所
定位置に形成される入力電極（２３ａ，２３ｂ）と、該一方面の該入力電極（２３ａ，２３ｂ）に連設される
出力電極（２４ａ，２４ｂ）と、該一方面の該入力電極（２３ａ，２３ｂ）及び出力電極
（２４ａ，２４ｂ）の少なくとも何れか一方に対応して
該一方面に形成される中間電極（２６）と、を有することを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】前記中間電極（２６）は、対応する前記
入力電極（２３ａ，２３ｂ）、前記出力電極（２４ａ，
２４ｂ）のそれぞれの電極を挟装する位置に形成される
ことを特徴とする請求項２記載の圧電トランス。
【請求項４】前記入力電極（２３ａ，２３ｂ）、前記
出力電極（２４ａ，２４ｂ）と、対応する前記中間電極
（２６）とは、くし歯状の電極を互いにかみ合い状態で
整合させて形成されることを特徴とする請求項２記載の
圧電トランス。