JPH11144883A - 圧電変換器を持つ回路構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光灯、ガス放電ランプや電子管、Ｘ線管等
の電源供給又は制御に応用される圧電変換器及びそれを
持つ簡易化された回路の提供。 【解決手段】 変換器(1) の１次側(2) に配置される２
個の電極(4,5) を有する圧電変換器(1) を持つ回路構成
において、DC電圧源(8) が上記電極(4,5) に接続され、
少なくとも１個の電極(4) の電圧供給を断続するため
に、切替えデバイス(10)が設けられ、その切替えポジシ
ョンは変換器(1) の１次側(2) の拡大の状態に依存し、
１次側(2) が拡大している状態では開となり、１次側
(2) が拡大していない状態では閉となり、拡大が増すと
導電性が減るように配置される。また、切替えデバイス
(10)は、層になっている電極(13)が電気的に絶縁性の素
材(14)及びそれに沈積されている導電性の微粒子(15)を
持ち、該電極(13)は拡大することができるものとしても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変換器の１次側の
上に配置される２個の電極を有する圧電変換器を持つ回
路構成に関し、またそのような圧電変換器そのものにも
関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電変換器は既知の電気部品であって、
それは部品中で直接の圧電効果を利用し、また同時にそ
の逆手順を利用する。最初に１次側で電気的なエネルギ
ーが機械的なエネルギーに変換され、機械的なエネルギ
ーが１次側から２次側に内部伝達された後で上記機械的
なエネルギーは再び電気的なエネルギーに変換される。
圧電変換器は主に変圧器として用いられ、それは１次側
の電極に与えられた低電圧（AC電圧）を高電圧（AC電
圧）に変換し、その高電圧を２次側の出力電極からタッ
プで取り出すことのできるものである。 LCDを制御する
ためのそのような圧電変換器を含む回路構成は既知であ
り、例えば1996年のSID 96, Digest,757ページに、M.Su
gimoto等により公刊されている。

【０００３】圧電変換器はその１次側のAC電圧で動作す
るものであるから、既知の回路構成には制御電子回路が
設けられて、先ずこれが入手可能なDC電圧をAC電圧に変
換し、次いでそれを圧電変換器の１次側に与えるのであ
る。ところが、これらの制御電子回路は、圧電変換器が
比較的僅かなスペースしか要しないのに対し相対的に大
きいスペースを必要とし、圧電変換器の高さが（在来形
の誘導変換器に比較して）低いときに特にそうである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、圧電変換器を持つ簡易化された回路を提供し、同時
に上記の不都合を回避した圧電変換器そのものを提供す
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、DC電圧源が上記電極に接続されていること；及
び、少なくとも１個の電極の電圧供給を断続するため
に、切替えデバイスが設けられ、その切替えポジション
は変換器の１次側の拡大の状態に依存すること；により
達成される。

【０００６】切替えデバイスは、変換器の１次側の拡大
の状態に依存して、閉じているか又は開いているかのど
ちらかであり、それにより与えられるDC電圧を周期的に
断続する。切替えデバイス用の別個の制御電子回路は必
要でない。

【０００７】好適実施例においては、１次側が拡大の状
態では切替えデバイスが開いており、１次側が非拡大の
状態では切替えデバイスが閉じている。切替えデバイス
が閉じているときにはDC電圧が電極に与えられ、その後
で圧電効果の結果として１次側が拡大する。拡大が或る
程度に達すると本発明による切替えデバイスは開かれ、
それにより電圧の供給が中断される。続いて電極に与え
られる電位差が再び縮小し、それにより変換器の１次側
は再び接触する。拡大が特定の程度より下に在るときは
切替えデバイスが再び閉じてDC電圧が再び与えられ、以
下この順序が始めから繰り返される。こうして切替えデ
バイスは変換器の１次側の正規の運動の結果として開い
たり閉じたりし、それにより与えられるDC電圧がオンと
オフとに切り替えられ、DC電圧の脈動に変換される。変
換器の内部の機械的なエネルギーの伝達及び出力からタ
ップで取り出されるAC電圧に関しては、上述の圧電変換
器は既知の圧電変換器とほぼ同様に動作する。しかし本
発明による回路構成では１次側電極に電源を供給するた
めのAC電圧を生成する制御電子回路は省略される。

【０００８】請求項３に記載の本発明の実施例は、たや
すく実現できる切替えデバイスの別の解答である。この
切替えデバイスは拡大の状態で開き、収縮の状態で閉じ
るようにすることができる。「開」と「閉」の切替え状
態の間に滑らかな転移が行われ、切替えデバイスの拡大
が増すと導電性は着実に減る。切替えデバイスが拡大し
たり収縮するとき、供給されるDC電圧のオンとオフの痙
攣的な切替えは起こらないで、切替えデバイスを通って
流れる電流は、それぞれ着実に減ったり増えたりする。

【０００９】請求項４に記載の本発明の実施例は、簡単
で小型の解答を与え、それは電極が同時に切替えデバイ
スを形成するのである。これが一面においては製造過程
のコストを軽減し、特に方法のステップを省略し、他の
面では所要のスペースを減らす。拡大が増すにつれて導
電性が減るような層は浸透層(percolation layer) と呼
ばれる。

【００１０】本発明はまた請求項５に記載の圧電変換器
にも関し、それは１次側でDC電圧により動作できるもの
である。

【００１１】本発明による回路構成は特にランプの電源
供給又は制御に応用され、更に特定すれば蛍光ランプ又
はガス放電ランプ（例えば小型蛍光ランプ、冷陰極蛍光
ランプ、高圧ガス放電ランプ）、電子管又はＸ線管のグ
リッド制御用とされる。そればかりでなく、本発明によ
る回路構成はまた、特にさほど大きくない出力電力のミ
ニアチュア化された変圧器を必要とする任意の状況で用
いることができる。

【００１２】本発明の以上の、及びその他の態様は、以
下の実施例の説明から明らかにされよう。

【００１３】

【実施例】図1Aないし図1Cは、ランプ９にAC電圧を供給
するための、本発明による回路構成を示す図であり、圧
電変換器１が種々の拡大の状態で示されている。ここ
で、矩形の圧電セラミックブロックとして且つローズタ
イプ(rose-type) の変換器として配置されている圧電変
換器１は、１次側２と、２次側３とに再分割される。表
面上に配置される２個の電極４，５が１次電極を形成
し、それらはDC電圧源すなわちここではバッテリー８に
接続される。２次側３の上に配置される２次電極７と基
準電極として用いられる１次電極５とが、ランプ９に電
力を供給するための高周波AC電圧をタップで接続する。
１次側２と２次側３とにおける圧電セラミックの分極の
方向は１次電極４，５と平行であり且つ図の平面と平行
である。

【００１４】バッテリー８から１次電極４までの電源ラ
イン６には、２個の切替え接点101,102 を持つ切替えデ
バイス10が設けられる。図1Aでは、１次側２は休止の非
拡大状態にあり、そこではまた、切替えデバイス10は閉
じており、切替え接点102 は出力フェーズ(A) にある。
この休止の状態は、１次電極４，５間に電位差が全くな
いか又は僅かの電位差しかないときに、１次側２によっ
て選ばれる。バッテリー８からのDC電圧が与えられる
と、電源ライン６及びスイッチ10を通って電流が流れ、
従って電極４，５間には電位差が生じる。圧電効果に基
づいてこれが１次側２の矢印11の方向への拡大をもたら
す。切替え接点102 は電極４に固定して接続されてお
り、それは更に１次側２の表面に固定しているから、切
替え接点102も位置A から位置B に移動する（図1B参
照）。その結果、切替えデバイス10は開となり、従って
バッテリー８から電極への電源供給は中断される。

【００１５】電源供給が中断された後、電極４，５間に
与えられる電位差は再び減少し、それから１次側２が再
び縮んで矢印12の方向へと休止の状態に戻る。このこと
はまた、切替え接点102 を位置A に戻して、切替えデバ
イス10を再び閉じる（図1C参照）。すると再び電流が切
替えデバイスを通って流れ、再び電極４，５間に電位差
が立ち上がることができ、従って上記の経過が再び始ま
る。

【００１６】上記回路では、電極７及び５から高周波AC
電圧がタップで取り出され、それは既知の回路でなされ
るのと同様である。ここで示された圧電変換器１の中で
の１次側２から２次側３への機械的なエネルギーの内部
伝達も、既知の圧電変換器でなされるのと同じやり方で
ある、その理由は１次側２が（共鳴周波数で）振動させ
られ、該１次側２は２次側３に結合しており、該２次側
３もまた振動モードに設定されるからである。タップで
取り出すことのできる出力電圧の大きさはバッテリー電
圧の電力及び選定される変換因数(transformation fact
or) に依存する（該変換因数はまた圧電変換器の内部構
造、例えば多数の圧電層を持ちその各々が１個の電極で
分離されている２次側３の配置に依存する）。

【００１７】１次側と２次側とに共通の基準電極として
電極５が使われるのではなく、２次側３が自分自身の２
番目の電極を持つ実施例でも、切替えデバイスはやはり
（それ単独で、又は図示の切替えデバイス10に追加し
て）バッテリー８から電極５までの電源ラインの中に配
置されることができる。

【００１８】図2Aないし図2Cは、本発明のもう１つ別の
実施例を示し、ここでもまた圧電変換器１が種々の拡大
の状態で示されている。図１に示したバッテリー８及び
ランプ９は分かり易くするために省略してある。DC電源
ライン６がそれに接続されている上部の１次電極（図１
で４としたもの）がここでは薄い浸透(percolation)層1
3として配置される。この浸透層13がやはり切替えデバ
イスとして働き、以下に説明するようにそれは１次側２
の拡大の結果として閉となり、また開となることができ
る。

【００１９】この浸透層は伸縮自在の変形可能な素材の
合成物として配置される。この合成物は電気的に絶縁性
のプラスティックのマトリクス14（図2C参照）から成
り、それは例えばポリマーかポリオレフィンか或いはSi
O₂に、導電性の微粒子15を沈積させたものであり、該微
粒子は例えば金属、導電性酸化物、又は黒鉛から成る。
浸透層13中の導電性微粒子15の割合は、形状及び合成に
依存して30％と60％との間にあるのが好適である。

【００２０】図2Aには、拡大されていない休止の状態の
１次側２及び浸透層13が示され、ここでは浸透層13は閉
じたスイッチとして働いている。この状態では、導電性
の微粒子15は相互に接触しているか、又はトンネル電流
によりほぼ形成されるところの電流が浸透層13を通って
流れることのできるほど相互に接近している。１次電極
13, ５にDC電圧が与えられると、その間に電位差が立ち
上がって１次側２の矢印11の方向への拡大をもたらし、
またそれと同時に１次側２の上に固定して沈積している
浸透層13も矢印11の方向へ拡大する（図2B参照）。その
結果、導電性の微粒子15は相互の接触が失われるか又は
浸透層13を通って最早や電流が流れることのできないほ
ど離れてしまう。すると浸透層の抵抗は、拡大していな
い休止の状態（図2A参照）から最高に拡大した状態（図
2C参照）まで着実に増加し、浸透層13を通って流れる電
流は着実に減少して、最早や電流が全く流れない状態に
まで達する。浸透層13と電極５との間に立ち上がった電
位差は再び減少し、その後１次側２も及び浸透層13もま
た再び拡大されていない休止の状態に戻り、浸透層13は
再び導電の状態になる。そしてこの運動が始めから繰り
返される。

【００２１】浸透層は極めて薄いので、圧電変換器１の
伸縮自在性がそれに影響されることはない。上述の周期
的動作の周波数は変換器自体の電気機械的特性に対して
のみ意図されており、換言すればその特性的自然周波数
の１つ、更に詳しくいえば共鳴周波数が設定される。

【００２２】切替えデバイスに既知のワグナー断続器(W
agner interrupter)の原理を用いて開放接点が交互に開
となり（電磁石及び開放接点を通って電流が流れるとき
電磁石の磁場により）、また閉となる（電流が流れない
とき例えばスプリングで）ようにすることも考えられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、図1Aないし図1Cがランプを制御するた
めの本発明による回路構成を（変換器の拡大の３つの状
態で）示す図である。

【図２】図２は、図2Aないし図2Cが本発明による浸透層
をもつ圧電変換器を（変換器の拡大の３つの状態で）示
す図である。

【符号の説明】

１ 圧電変換器 ２ １次側 ３ ２次側 ４ １次電極 ５ 基準電極として用いられる１次電極 ６ 電源ライン ７ ２次電極 ８ バッテリー ９ ランプ 10 切替えデバイス 13 浸透層 101,102 切替え接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 レベッカ ポラス ドイツ連邦共和国 52066 アーヘン シ ェンラスシュトラーセ 23

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変換器(1) の１次側(2) の上に配置され
   る２個の電極(4,5)を有する圧電変換器(1) を持つ回路
   構成において、 DC電圧源(8) が上記電極(4,5) に接続されていること、
   及び少なくとも１個の電極(4) の電圧供給を断続するた
   めに、切替えデバイス(10)が設けられ、その切替えポジ
   ションは変換器(1) の１次側(2) の拡大の状態に依存す
   ることを特徴とする圧電変換器を持つ回路構成。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回路構成において、切
   替えデバイス(10)は、１次側(2) が拡大している状態で
   は開となり、１次側(2) が拡大していない状態では閉と
   なるように配置されていることを特徴とする圧電変換器
   を持つ回路構成。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の回路構成において、 切替えデバイス(10)は拡大させられることができ且つ１
   個の電極(4) 又は上記１次側(2) に直接に接続されるこ
   と、 切替えデバイス(10)の拡大の状態は、変換器の１次側
   (2) の拡大の状態に依存すること、及び切替えデバイス
   (10)は、導電性が拡大の状態に依存しており、拡大が増
   すと導電性が減るように配置されていることを特徴とす
   る圧電変換器を持つ回路構成。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の回路構成において、切
   替えデバイス(10)は層になっている電極(13)により形成
   され、該層になっている電極(13)は、拡大することがで
   き且つそれに沈積されている導電性の微粒子(15)を持つ
   ところの電気的に絶縁性の素材(14)を含むことを特徴と
   する圧電変換器を持つ回路構成。
5. 【請求項５】 変換器(1) の１次側(2) の上に配置され
   る２個の電極(4,5)を持つ圧電変換器(1) において、少
   なくとも１個の電極(4) が切替えデバイス(10)を持つ
   か、又は該電極自身が切替えデバイス(10)として配置さ
   れ、該切替えデバイス(10)は変換器(1) の１次側(2) の
   拡大の状態に依存するところの切替えの状態を持つこと
   を特徴とする圧電変換器。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の回路構成の使用方法に
   おいて、該使用方法はランプ(9) の電源供給又は制御の
   ためであり、ランプとは更に詳しく云えば、蛍光灯ラン
   プ又はガス放電ランプであるか、或いは電子管又はＸ線
   管であることを特徴とする使用方法。