JPH11354857A - 電源装置 - Google Patents
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- JPH11354857A JPH11354857A JP10172264A JP17226498A JPH11354857A JP H11354857 A JPH11354857 A JP H11354857A JP 10172264 A JP10172264 A JP 10172264A JP 17226498 A JP17226498 A JP 17226498A JP H11354857 A JPH11354857 A JP H11354857A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電トランスを用いた電源装置において、負
荷に任意の非正弦周期波の電圧印加を可能にすることで
ある。 【解決手段】 複数の圧電トランス３１〜３４の出力を
負荷７に対して並列接続し、圧電トランス３１〜３４に
は給電部２１〜２４から電圧を供給する構成とするとと
もに、圧電トランス３１〜３４の共振周波数および圧電
トランス３１〜３４への入力電圧の周波数を、負荷７へ
印加しようとする非正弦周期波のフーリエ展開式の、低
次数側の高調波の周波数に順次、設定し、かつ圧電トラ
ンス３１〜３４の出力電圧の振幅を、その比が上記高調
波の振幅の比となるように設定し、負荷７への印加電圧
が、上記非正弦周期波となるようにする。
荷に任意の非正弦周期波の電圧印加を可能にすることで
ある。 【解決手段】 複数の圧電トランス３１〜３４の出力を
負荷７に対して並列接続し、圧電トランス３１〜３４に
は給電部２１〜２４から電圧を供給する構成とするとと
もに、圧電トランス３１〜３４の共振周波数および圧電
トランス３１〜３４への入力電圧の周波数を、負荷７へ
印加しようとする非正弦周期波のフーリエ展開式の、低
次数側の高調波の周波数に順次、設定し、かつ圧電トラ
ンス３１〜３４の出力電圧の振幅を、その比が上記高調
波の振幅の比となるように設定し、負荷７への印加電圧
が、上記非正弦周期波となるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電トランスを用い
た電源装置に関する。
た電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電体の圧電効果を応用した圧電トラン
スは、巻線式の電磁トランスに比して小型化、高効率
化、安全性の向上の点で優れており、巻線式の電磁トラ
ンスに代わって高電圧の電源装置に広く用いられてい
る。例えば小型携帯用のパーソナルコンピュータ、テレ
ビ、自動車のメータ等において、液晶ディスプレイの光
源として用いられる冷陰極管の駆動用として需要が高
い。
スは、巻線式の電磁トランスに比して小型化、高効率
化、安全性の向上の点で優れており、巻線式の電磁トラ
ンスに代わって高電圧の電源装置に広く用いられてい
る。例えば小型携帯用のパーソナルコンピュータ、テレ
ビ、自動車のメータ等において、液晶ディスプレイの光
源として用いられる冷陰極管の駆動用として需要が高
い。
【０００３】図３は、圧電トランスを用いた電源装置の
一例を示すもので、圧電トランス８１は矩形の圧電体８
２の一方の側の上下面に入力電極８３を形成し、他方の
側の端面に出力電極８４を形成してなり、入力電極８３
間に正弦波形にて電圧を印加する給電部８５を備えてい
る。この入力電極８３間への電圧印加による圧電体８２
の長さ方向縦振動で、出力電極８４に昇圧または降圧し
た電圧が発生し、上記冷陰極管等の負荷８６に印加され
る。
一例を示すもので、圧電トランス８１は矩形の圧電体８
２の一方の側の上下面に入力電極８３を形成し、他方の
側の端面に出力電極８４を形成してなり、入力電極８３
間に正弦波形にて電圧を印加する給電部８５を備えてい
る。この入力電極８３間への電圧印加による圧電体８２
の長さ方向縦振動で、出力電極８４に昇圧または降圧し
た電圧が発生し、上記冷陰極管等の負荷８６に印加され
る。
【０００４】ところで冷陰極管として、従来の水銀（Ｈ
g ）管に代わってキセノン（Ｘe ）管が用いられるよう
になっているが、Ｘe 管は、同じ波高値の印加電圧であ
ればＨg 管に比して輝度が不足するという問題がある。
g ）管に代わってキセノン（Ｘe ）管が用いられるよう
になっているが、Ｘe 管は、同じ波高値の印加電圧であ
ればＨg 管に比して輝度が不足するという問題がある。
【０００５】この輝度不足に対し、正弦波に代えて矩形
波にて電圧印加する電源装置を用いることで、同じ波高
値であっても高輝度を得る対策が知られている。
波にて電圧印加する電源装置を用いることで、同じ波高
値であっても高輝度を得る対策が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｘe 管
用の電源装置に圧電トランスを用いると、矩形波をＸe
管に印加することができない。すなわち、圧電トランス
は圧電体の機械振動を利用して出力電圧を発生させるの
で、圧電体の形状で共振周波数が決まってしまい出力電
圧波形は図３中に示すように正弦波であり、給電部を矩
形波電圧を発生する構成としたとしても、電磁トランス
のように矩形波電圧を出力することはできない。
用の電源装置に圧電トランスを用いると、矩形波をＸe
管に印加することができない。すなわち、圧電トランス
は圧電体の機械振動を利用して出力電圧を発生させるの
で、圧電体の形状で共振周波数が決まってしまい出力電
圧波形は図３中に示すように正弦波であり、給電部を矩
形波電圧を発生する構成としたとしても、電磁トランス
のように矩形波電圧を出力することはできない。
【０００７】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
矩形波等の非正弦周期波の電圧を出力することのできる
圧電トランスを用いた電源装置を提供することを目的と
する。
矩形波等の非正弦周期波の電圧を出力することのできる
圧電トランスを用いた電源装置を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、負荷に対して出力が並列接続された複数の圧電トラ
ンスと、各圧電トランスに交流電圧を印加する給電部と
を有し、圧電トランスの共振周波数および圧電トランス
への入力電圧の周波数を、負荷へ印加しようとする非正
弦周期波のフーリエ展開式の、低次数側の高調波の周波
数に順次、設定する。圧電トランスの出力電圧の振幅
を、その比が上記高調波の振幅の比となるように設定す
る。
は、負荷に対して出力が並列接続された複数の圧電トラ
ンスと、各圧電トランスに交流電圧を印加する給電部と
を有し、圧電トランスの共振周波数および圧電トランス
への入力電圧の周波数を、負荷へ印加しようとする非正
弦周期波のフーリエ展開式の、低次数側の高調波の周波
数に順次、設定する。圧電トランスの出力電圧の振幅
を、その比が上記高調波の振幅の比となるように設定す
る。
【０００９】圧電トランスの出力の周波数は、上記設定
とすることにより、非正弦周期波形のフーリエ展開式の
低次数側の高調波の周波数となる。また圧電トランスの
出力の振幅の比は上記高調波の振幅の比である。したが
って複数の圧電トランスからの出力の重ね合わせである
負荷への出力の電圧波形は、上記非正弦周期波形のフー
リエ展開式の低次数側の複数の高調波を重ね合わせたも
のとなり、非正弦周期波の近似波形となる。かくして、
上記非正弦周期波電圧を負荷に印加することができる。
とすることにより、非正弦周期波形のフーリエ展開式の
低次数側の高調波の周波数となる。また圧電トランスの
出力の振幅の比は上記高調波の振幅の比である。したが
って複数の圧電トランスからの出力の重ね合わせである
負荷への出力の電圧波形は、上記非正弦周期波形のフー
リエ展開式の低次数側の複数の高調波を重ね合わせたも
のとなり、非正弦周期波の近似波形となる。かくして、
上記非正弦周期波電圧を負荷に印加することができる。
【００１０】上記圧電トランスは、請求項２記載の発明
のように、方形の圧電体の長さ方向の一方の側の上下面
に入力電極を形成し、他方の側の端面に出力電極を形成
した一般的な構成とし得る。
のように、方形の圧電体の長さ方向の一方の側の上下面
に入力電極を形成し、他方の側の端面に出力電極を形成
した一般的な構成とし得る。
【００１１】圧電体の長さをＬ、厚さをｔ、圧電体中の
音速をｖとして、上記共振周波数はｖ／Ｌ、圧電トラン
スの昇圧比ｒはＬ／ｔで表されるので、負荷へ印加しよ
うとする非正弦周期波に応じて、圧電トランスの共振周
波数を圧電体の長さで設定し、かつ圧電トランスの出力
電圧を圧電体の厚さおよび給電部の供給電圧により設定
し、任意の非正弦周期波電圧を得ることができる。
音速をｖとして、上記共振周波数はｖ／Ｌ、圧電トラン
スの昇圧比ｒはＬ／ｔで表されるので、負荷へ印加しよ
うとする非正弦周期波に応じて、圧電トランスの共振周
波数を圧電体の長さで設定し、かつ圧電トランスの出力
電圧を圧電体の厚さおよび給電部の供給電圧により設定
し、任意の非正弦周期波電圧を得ることができる。
【００１２】請求項３記載の発明では、上記圧電体の厚
さをすべての圧電トランスで等しくする。
さをすべての圧電トランスで等しくする。
【００１３】すべての圧電トランスの圧電体の厚さを等
しくすることで、圧電体の用意が容易になり、また、圧
電体の厚さ方向の分極も同じ電圧で行うことができ、製
造効率を高めることができる。各圧電トランスの出力電
圧の振幅は給電部の供給電圧の振幅により設定すること
ができる。
しくすることで、圧電体の用意が容易になり、また、圧
電体の厚さ方向の分極も同じ電圧で行うことができ、製
造効率を高めることができる。各圧電トランスの出力電
圧の振幅は給電部の供給電圧の振幅により設定すること
ができる。
【００１４】請求項４記載の発明では、上記圧電トラン
スは、圧電体の長さを、その比が１：１／３：・・・：
１／（２ｎ−１）（ｎは自然数）となるように設定し、
かつ上記給電部を、交流電源と、その出力の周波数を圧
電トランスの共振周波数に変換する周波数変換器とで構
成するとともに交流電源をすべての圧電トランスに共通
の交流電源で構成する。
スは、圧電体の長さを、その比が１：１／３：・・・：
１／（２ｎ−１）（ｎは自然数）となるように設定し、
かつ上記給電部を、交流電源と、その出力の周波数を圧
電トランスの共振周波数に変換する周波数変換器とで構
成するとともに交流電源をすべての圧電トランスに共通
の交流電源で構成する。
【００１５】圧電トランスの共振周波数は圧電体の長さ
に反比例するから、第１の圧電トランスの共振するとき
の角速度をωとすると、第２、第３、・・・、第ｎの圧
電トランスの角速度は３ω，５ω，・・・，（２ｎ−
１）ωとなる。また、すべての圧電トランスに同電圧の
電圧印加が行われる。かつ、圧電トランスの昇圧比は圧
電体の長さに比例し、すべての圧電トランスで圧電体の
厚さを等しくしてあるから、第１、第２、第３、・・
・、第ｎの圧電トランスの昇圧比は、比が１：１／３：
１／５：・・・：１／（２ｎ−１）となる。したがって
負荷への出力電圧の波形は、矩形波のフーリエ展開式の
低次数側をとった矩形波の近似波形となる。しかも同じ
厚さの圧電体を用いるともに給電部の交流電源が単一で
あるから構成簡単に矩形波を得ることができる。
に反比例するから、第１の圧電トランスの共振するとき
の角速度をωとすると、第２、第３、・・・、第ｎの圧
電トランスの角速度は３ω，５ω，・・・，（２ｎ−
１）ωとなる。また、すべての圧電トランスに同電圧の
電圧印加が行われる。かつ、圧電トランスの昇圧比は圧
電体の長さに比例し、すべての圧電トランスで圧電体の
厚さを等しくしてあるから、第１、第２、第３、・・
・、第ｎの圧電トランスの昇圧比は、比が１：１／３：
１／５：・・・：１／（２ｎ−１）となる。したがって
負荷への出力電圧の波形は、矩形波のフーリエ展開式の
低次数側をとった矩形波の近似波形となる。しかも同じ
厚さの圧電体を用いるともに給電部の交流電源が単一で
あるから構成簡単に矩形波を得ることができる。
【００１６】請求項５記載の発明では、上記給電部は、
交流電源と、その出力の周波数を圧電トランスの共振周
波数に変換する周波数変換器とで構成するとともに交流
電源をすべての圧電トランスに共通の交流電源で構成す
る。かつ圧電トランスの昇圧比を、その比が上記高調波
の振幅の比となるように設定する。
交流電源と、その出力の周波数を圧電トランスの共振周
波数に変換する周波数変換器とで構成するとともに交流
電源をすべての圧電トランスに共通の交流電源で構成す
る。かつ圧電トランスの昇圧比を、その比が上記高調波
の振幅の比となるように設定する。
【００１７】給電部の交流電源をすべての圧電トランス
に共通に構成することで、構成を簡単にすることができ
る。各圧電トランスに同電圧の電圧印加が行われるか
ら、圧電トランスの昇圧比を、その比が上記高調波の振
幅の比となるように設定することで、圧電トランスの出
力電圧の振幅の比が、負荷へ印加しようとする非正弦周
期波の高調波の振幅の比となる。
に共通に構成することで、構成を簡単にすることができ
る。各圧電トランスに同電圧の電圧印加が行われるか
ら、圧電トランスの昇圧比を、その比が上記高調波の振
幅の比となるように設定することで、圧電トランスの出
力電圧の振幅の比が、負荷へ印加しようとする非正弦周
期波の高調波の振幅の比となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に、本発明
の電源装置の第１実施形態を示す。電源装置１は、負荷
７に非正弦周期波たる矩形波の電圧を印加するようにし
たものである。ｎ個の給電部２１，２２，２３，２４お
よび圧電トランス３１，３２，３３，３４を備えてい
る。なお図では、第１、第２、第３の給電部２１，２
２，２３および第１、第２、第３の圧電トランス３１，
３２，３３と、第ｎの給電部２４および第ｎの圧電トラ
ンス３４のみ図示し、第４〜第（ｎ−１）の給電部およ
び第４〜第（ｎ−１）の圧電トランスは省略して描いて
いる。各給電部２１〜２４は正弦波の交流電圧を圧電ト
ランス３１〜３４に供給する交流電源である。
の電源装置の第１実施形態を示す。電源装置１は、負荷
７に非正弦周期波たる矩形波の電圧を印加するようにし
たものである。ｎ個の給電部２１，２２，２３，２４お
よび圧電トランス３１，３２，３３，３４を備えてい
る。なお図では、第１、第２、第３の給電部２１，２
２，２３および第１、第２、第３の圧電トランス３１，
３２，３３と、第ｎの給電部２４および第ｎの圧電トラ
ンス３４のみ図示し、第４〜第（ｎ−１）の給電部およ
び第４〜第（ｎ−１）の圧電トランスは省略して描いて
いる。各給電部２１〜２４は正弦波の交流電圧を圧電ト
ランス３１〜３４に供給する交流電源である。
【００１９】圧電トランス３１〜３４は、一般的なロー
ゼン型の圧電トランスで、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等の圧電セラミックを長方形に成形した圧電体４
１，４２，４３，４４を有し、長さ方向の一方の側（図
中、左側半部）の上下面に銀−パラジウム薄膜等で入力
電極５１，５２，５３，５４を形成してあり、圧電体４
１〜４４の他方の側（図中、右側半部）の端面に銀−パ
ラジウム薄膜等の出力電極６１，６２，６３，６４を形
成してある。圧電トランス３１〜３４は、例えば、圧電
トランスの一般的な製造法であるシート積層法で製造す
る。
ゼン型の圧電トランスで、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等の圧電セラミックを長方形に成形した圧電体４
１，４２，４３，４４を有し、長さ方向の一方の側（図
中、左側半部）の上下面に銀−パラジウム薄膜等で入力
電極５１，５２，５３，５４を形成してあり、圧電体４
１〜４４の他方の側（図中、右側半部）の端面に銀−パ
ラジウム薄膜等の出力電極６１，６２，６３，６４を形
成してある。圧電トランス３１〜３４は、例えば、圧電
トランスの一般的な製造法であるシート積層法で製造す
る。
【００２０】各圧電体４１〜４４は、入力電極５１〜５
４間に分極用電圧を印加することで、左側半部が厚さ方
向に分極せしめてある。また各圧電体４１〜４４は、出
力電極６１〜６４と入力電極５１〜５４間に分極用電圧
を印加することで、右側半部が長さ方向に分極せしめて
ある。
４間に分極用電圧を印加することで、左側半部が厚さ方
向に分極せしめてある。また各圧電体４１〜４４は、出
力電極６１〜６４と入力電極５１〜５４間に分極用電圧
を印加することで、右側半部が長さ方向に分極せしめて
ある。
【００２１】各圧電トランス３１〜３４の入力電極５１
〜５４間には、対応する給電部２１〜２４からそれぞれ
交流の電圧を印加するようにしてあり、この供給電圧に
より、圧電体４１〜４４を長さ方向縦振動二次で圧電振
動せしめ、出力電極６１〜６４に、昇圧または降圧した
出力電圧が取り出されるようになっている。この出力電
圧は圧電体４１〜４４の共振周波数で振動する正弦波交
流である。なお、給電部２１〜２４の出力の周波数は、
後述するように圧電トランス３１〜３４の共振周波数に
設定する。
〜５４間には、対応する給電部２１〜２４からそれぞれ
交流の電圧を印加するようにしてあり、この供給電圧に
より、圧電体４１〜４４を長さ方向縦振動二次で圧電振
動せしめ、出力電極６１〜６４に、昇圧または降圧した
出力電圧が取り出されるようになっている。この出力電
圧は圧電体４１〜４４の共振周波数で振動する正弦波交
流である。なお、給電部２１〜２４の出力の周波数は、
後述するように圧電トランス３１〜３４の共振周波数に
設定する。
【００２２】圧電トランス３１〜３４の共振周波数およ
び出力電圧について説明する。なお共振周波数は、以
下、共振するときの角速度（＝２π×共振周波数）にて
説明する。共振角速度は、負荷へ印加しようとする矩形
波電圧の角速度をωとして、第１の圧電トランス３１を
ωに設定し、かつ第２、第３、・・・第ｎの圧電トラン
ス３２，３３，３４が３ω，５ω，・・・，（２ｎ−
１）ωとなるように設定する。一般的に共振角速度Ω
は、圧電体４１〜４４の長さをＬ、圧電体４１〜４４中
の音速をｖとして式（１）で表され、式（１）に基づい
て設定する。すなわち、音速ｖは、圧電体４１〜４４の
材料で決まるので、すべての圧電体４１〜４４で等し
く、第１、第２、・・・第ｎの圧電トランス３１〜３４
の圧電体４１〜４４の長さＬは、式（１）から、ｖ／
ω，ｖ／３ω，・・・，ｖ／（２ｎ−１）ωとする。 Ω＝ｖ／Ｌ……（１）
び出力電圧について説明する。なお共振周波数は、以
下、共振するときの角速度（＝２π×共振周波数）にて
説明する。共振角速度は、負荷へ印加しようとする矩形
波電圧の角速度をωとして、第１の圧電トランス３１を
ωに設定し、かつ第２、第３、・・・第ｎの圧電トラン
ス３２，３３，３４が３ω，５ω，・・・，（２ｎ−
１）ωとなるように設定する。一般的に共振角速度Ω
は、圧電体４１〜４４の長さをＬ、圧電体４１〜４４中
の音速をｖとして式（１）で表され、式（１）に基づい
て設定する。すなわち、音速ｖは、圧電体４１〜４４の
材料で決まるので、すべての圧電体４１〜４４で等し
く、第１、第２、・・・第ｎの圧電トランス３１〜３４
の圧電体４１〜４４の長さＬは、式（１）から、ｖ／
ω，ｖ／３ω，・・・，ｖ／（２ｎ−１）ωとする。 Ω＝ｖ／Ｌ……（１）
【００２３】出力電圧は、その比（第１の圧電トランス
３１：第２の圧電トランス３２：・・・：第ｎの圧電ト
ランス３４。以下同じ）が、１：１／３：１／５：・・
・：１／（２ｎ−１）となるように設定する。すなわち
給電部２１〜２４の供給電圧Ｖinと、給電部２１〜２４
と接続された圧電トランス３１〜３４の昇圧比ｒの積
（Ｖin×ｒ）を、その比が上記比になるように設定す
る。昇圧比ｒは、圧電体４１〜４４の厚さをｔとして、
式（２）で表される。なお圧電体４１〜４４の長さＬが
上記のごとく設定されているので、実質的には、設定の
自由度は、給電部２１〜２４の供給電圧Ｖinおよび圧電
体４１〜４４の厚さｔである。 ｒ＝Ｌ／ｔ……（２）
３１：第２の圧電トランス３２：・・・：第ｎの圧電ト
ランス３４。以下同じ）が、１：１／３：１／５：・・
・：１／（２ｎ−１）となるように設定する。すなわち
給電部２１〜２４の供給電圧Ｖinと、給電部２１〜２４
と接続された圧電トランス３１〜３４の昇圧比ｒの積
（Ｖin×ｒ）を、その比が上記比になるように設定す
る。昇圧比ｒは、圧電体４１〜４４の厚さをｔとして、
式（２）で表される。なお圧電体４１〜４４の長さＬが
上記のごとく設定されているので、実質的には、設定の
自由度は、給電部２１〜２４の供給電圧Ｖinおよび圧電
体４１〜４４の厚さｔである。 ｒ＝Ｌ／ｔ……（２）
【００２４】すなわち、圧電体４１〜４４の長さＬは、
上記設定値より知られるように、その比が、１：３：
５：・・・：（２ｎ−１）となるので、例えば、給電部
２１〜２４の供給電圧Ｖinを、すべての給電部２１〜２
４で等しくし、圧電体４１〜４４の厚さｔを、すべての
圧電体４１〜４４で等しくする。これにより、出力電圧
の振幅の比が、１：１／３：１／５：・・・：１／（２
ｎ−１）となる。
上記設定値より知られるように、その比が、１：３：
５：・・・：（２ｎ−１）となるので、例えば、給電部
２１〜２４の供給電圧Ｖinを、すべての給電部２１〜２
４で等しくし、圧電体４１〜４４の厚さｔを、すべての
圧電体４１〜４４で等しくする。これにより、出力電圧
の振幅の比が、１：１／３：１／５：・・・：１／（２
ｎ−１）となる。
【００２５】圧電トランスでは入力周波数と出力周波数
とが同じであるから、第１の圧電トランス３１の出力電
圧をｃｏｓωｔとすると、第２の圧電トランス３２の出
力電圧は（１／３）ｃｏｓ３ωｔ、第３の圧電トランス
３３の出力電圧は（１／５）ｃｏｓ５ωｔとなり、第ｎ
の圧電トランス３４の出力電圧は（１／（２ｎ−１））
ｃｏｓ（２ｎ−１）ωｔとなる。各圧電トランス３１〜
３４からは、図中に示すごとく、振幅および角速度の異
なる出力が負荷７に入力する。
とが同じであるから、第１の圧電トランス３１の出力電
圧をｃｏｓωｔとすると、第２の圧電トランス３２の出
力電圧は（１／３）ｃｏｓ３ωｔ、第３の圧電トランス
３３の出力電圧は（１／５）ｃｏｓ５ωｔとなり、第ｎ
の圧電トランス３４の出力電圧は（１／（２ｎ−１））
ｃｏｓ（２ｎ−１）ωｔとなる。各圧電トランス３１〜
３４からは、図中に示すごとく、振幅および角速度の異
なる出力が負荷７に入力する。
【００２６】負荷７への出力は、すべての圧電トランス
３１〜３４の出力を重ね合わせたものであるから、負荷
７への出力は、式（３）に比例したものとなる。 Ａ＝（４／π）｛ｃｏｓωｔ＋（１／３）ｃｏｓ３ωｔ＋（１／５）ｃｏｓ５ ωｔ＋・・・＋（１／（２ｎ−１））ｃｏｓ（２ｎ−１）ωｔ｝……（３）
３１〜３４の出力を重ね合わせたものであるから、負荷
７への出力は、式（３）に比例したものとなる。 Ａ＝（４／π）｛ｃｏｓωｔ＋（１／３）ｃｏｓ３ωｔ＋（１／５）ｃｏｓ５ ωｔ＋・・・＋（１／（２ｎ−１））ｃｏｓ（２ｎ−１）ωｔ｝……（３）
【００２７】さて上記Ａは、角速度ωの矩形波のフーリ
エ展開式の低次数側のｎ個の高調波の和であり、上記矩
形波の近似関数である。しかして負荷７には矩形波で電
圧印加がなされることとなり、負荷７に例えば上記Ｘe
管を用いた場合、波高値がさほど高くなくとも好適に高
輝度を得ることができる。
エ展開式の低次数側のｎ個の高調波の和であり、上記矩
形波の近似関数である。しかして負荷７には矩形波で電
圧印加がなされることとなり、負荷７に例えば上記Ｘe
管を用いた場合、波高値がさほど高くなくとも好適に高
輝度を得ることができる。
【００２８】なお給電部２１〜２４および圧電トランス
３１〜３４の数は、複数であればよいが、多くするに応
じて、負荷７に印加される電圧をより正確な矩形波にす
ることができ、好ましい。例えば、圧電トランスとし
て、形状（長さ×幅×厚さ）が、１００×５×２ｍｍ、
３３×５×２ｍｍ、２０×５×２ｍｍの３つを用意
し、、各圧電トランスの入力電極間に１２Ｖの交流電圧
を印加した結果、各圧電トランスの出力の周波数および
電圧は、３３ｋＨz １００Ｖ，９９ｋＨz ３３Ｖ，１６
５ｋＨz ２０Ｖとなり、その重ね合わせ出力すなわち負
荷７への印加電圧として、良好な矩形波が得られた。
３１〜３４の数は、複数であればよいが、多くするに応
じて、負荷７に印加される電圧をより正確な矩形波にす
ることができ、好ましい。例えば、圧電トランスとし
て、形状（長さ×幅×厚さ）が、１００×５×２ｍｍ、
３３×５×２ｍｍ、２０×５×２ｍｍの３つを用意
し、、各圧電トランスの入力電極間に１２Ｖの交流電圧
を印加した結果、各圧電トランスの出力の周波数および
電圧は、３３ｋＨz １００Ｖ，９９ｋＨz ３３Ｖ，１６
５ｋＨz ２０Ｖとなり、その重ね合わせ出力すなわち負
荷７への印加電圧として、良好な矩形波が得られた。
【００２９】なお、本実施形態によれば、矩形波だけで
はなく、他の非正弦波電圧を負荷７に印加することがで
きる。例えば三角波であればフーリエ展開式Ｂは式
（４）となるから、圧電体４１〜４４の長さＬを、上記
と同様に設定し、圧電トランス３１〜３４の出力電圧の
比を、１：１／９：１／２５：・・・：１／（２ｎ−
１）2 となるように設定する。 Ｂ＝（４／π2 ）｛ｃｏｓωｔ＋（１／９）ｃｏｓ３ωｔ＋（１／２５）ｃｏ ｓ５ωｔ＋・・・＋（１／（２ｎ−１）2 ）ｃｏｓ（２ｎ−１）ωｔ＋・・・｝ ……（４）
はなく、他の非正弦波電圧を負荷７に印加することがで
きる。例えば三角波であればフーリエ展開式Ｂは式
（４）となるから、圧電体４１〜４４の長さＬを、上記
と同様に設定し、圧電トランス３１〜３４の出力電圧の
比を、１：１／９：１／２５：・・・：１／（２ｎ−
１）2 となるように設定する。 Ｂ＝（４／π2 ）｛ｃｏｓωｔ＋（１／９）ｃｏｓ３ωｔ＋（１／２５）ｃｏ ｓ５ωｔ＋・・・＋（１／（２ｎ−１）2 ）ｃｏｓ（２ｎ−１）ωｔ＋・・・｝ ……（４）
【００３０】上記のごとく圧電トランス３１〜３４の昇
圧比ｒは式（２）で表され、かつ圧電体４１〜４４の長
さＬの比は１：１／３：１／５：・・・：１／（２ｎ−
１）に設定されているので、（Ｖin×１／ｔ）の比を
１：１／３：１／５：・・・：１／（２ｎ−１）に設定
すればよい。例えば、すべての圧電トランス３１〜３４
で圧電体４１〜４４の厚さｔを同じにし、供給電圧Ｖin
を、その比が、１：１／３：１／５：・・・：１／（２
ｎ−１）となるように設定する。
圧比ｒは式（２）で表され、かつ圧電体４１〜４４の長
さＬの比は１：１／３：１／５：・・・：１／（２ｎ−
１）に設定されているので、（Ｖin×１／ｔ）の比を
１：１／３：１／５：・・・：１／（２ｎ−１）に設定
すればよい。例えば、すべての圧電トランス３１〜３４
で圧電体４１〜４４の厚さｔを同じにし、供給電圧Ｖin
を、その比が、１：１／３：１／５：・・・：１／（２
ｎ−１）となるように設定する。
【００３１】また鋸波であればフーリエ展開式Ｃは式
（５）となるから、圧電体４１〜４４の長さＬを、ｖ／
ω，ｖ／２ω，・・・，ｖ／ｎωとして第１、第２、・
・・、第ｎの圧電トランス３１〜３４の共振角速度を、
ω，２ω，・・・，ｎωとする。 Ｃ＝（２／πＸ（１−Ｘ／π））｛ｓｉｎＸｓｉｎωｔ＋（１／４）ｓｉｎ２ Ｘｓｉｎ２ωｔ＋・・・＋（１／ｎ2 ）ｓｉｎｎＸｓｉｎｎωｔ＋・・・｝…… （５）
（５）となるから、圧電体４１〜４４の長さＬを、ｖ／
ω，ｖ／２ω，・・・，ｖ／ｎωとして第１、第２、・
・・、第ｎの圧電トランス３１〜３４の共振角速度を、
ω，２ω，・・・，ｎωとする。 Ｃ＝（２／πＸ（１−Ｘ／π））｛ｓｉｎＸｓｉｎωｔ＋（１／４）ｓｉｎ２ Ｘｓｉｎ２ωｔ＋・・・＋（１／ｎ2 ）ｓｉｎｎＸｓｉｎｎωｔ＋・・・｝…… （５）
【００３２】そして圧電トランス３１〜３４の出力電圧
の振幅を、その比が、ｓｉｎＸ：ｓｉｎ２Ｘ：・・・：
ｓｉｎｎＸとなるように設定する。圧電体４１〜４４の
長さＬの比は上記のごとく１：１／２：１／３：・・
・：１／ｎに設定されているので、（Ｖin×１／ｔ）
を、その比が、ｓｉｎＸ：（ｓｉｎ２Ｘ）／２：（ｓｉ
ｎ３Ｘ）／３：・・・：（ｓｉｎｎＸ）／ｎとなるよう
に設定する。例えば、圧電体４１〜４４の厚さｔを同じ
にして、供給電圧Ｖinを、その比が、上記比となるよう
に設定すればよい。
の振幅を、その比が、ｓｉｎＸ：ｓｉｎ２Ｘ：・・・：
ｓｉｎｎＸとなるように設定する。圧電体４１〜４４の
長さＬの比は上記のごとく１：１／２：１／３：・・
・：１／ｎに設定されているので、（Ｖin×１／ｔ）
を、その比が、ｓｉｎＸ：（ｓｉｎ２Ｘ）／２：（ｓｉ
ｎ３Ｘ）／３：・・・：（ｓｉｎｎＸ）／ｎとなるよう
に設定する。例えば、圧電体４１〜４４の厚さｔを同じ
にして、供給電圧Ｖinを、その比が、上記比となるよう
に設定すればよい。
【００３３】このように、本実施形態の構成によれば、
種々の非正弦周期波電圧を得ることができる。この場
合、圧電体４１〜４４の厚さｔを同じにすることで、セ
ラミックシート等の圧電体４１〜４４の材料の仕様を統
一でき、しかも圧電体４１〜４４の厚さ方向の分極が入
力電極５１〜５４間に同じ電圧を印加して行うことがで
きるので、製造効率を高めることができる。
種々の非正弦周期波電圧を得ることができる。この場
合、圧電体４１〜４４の厚さｔを同じにすることで、セ
ラミックシート等の圧電体４１〜４４の材料の仕様を統
一でき、しかも圧電体４１〜４４の厚さ方向の分極が入
力電極５１〜５４間に同じ電圧を印加して行うことがで
きるので、製造効率を高めることができる。
【００３４】また負荷７に印加しようとする非正弦周期
電圧波形をより正確なものにするには、圧電トランス３
１〜３４からの出力が、圧電トランス３１〜３４間で位
相差を生じないように、圧電トランス３１〜３４の後段
もしくは給電部２１〜２４に、位相補正回路を設けるの
がよい。
電圧波形をより正確なものにするには、圧電トランス３
１〜３４からの出力が、圧電トランス３１〜３４間で位
相差を生じないように、圧電トランス３１〜３４の後段
もしくは給電部２１〜２４に、位相補正回路を設けるの
がよい。
【００３５】（第２実施形態）図２に、本発明の第２実
施形態を示す。図２の電源装置１Ａは、図１の構成にお
いて、各圧電トランス３１〜３４に給電する給電部２１
Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａを、すべての圧電トランス
３１〜３４に共通の交流電源２００と、その出力の周波
数を圧電トランスの共振周波数に変換する周波数変換器
２０１，２０２，２０３，２０４とで構成したもので、
すべての圧電トランス３１〜３４に同電圧の電圧印加を
するとともに、周波数は各圧電トランス３１〜３４ごと
に設定できるようにしたものである。
施形態を示す。図２の電源装置１Ａは、図１の構成にお
いて、各圧電トランス３１〜３４に給電する給電部２１
Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａを、すべての圧電トランス
３１〜３４に共通の交流電源２００と、その出力の周波
数を圧電トランスの共振周波数に変換する周波数変換器
２０１，２０２，２０３，２０４とで構成したもので、
すべての圧電トランス３１〜３４に同電圧の電圧印加を
するとともに、周波数は各圧電トランス３１〜３４ごと
に設定できるようにしたものである。
【００３６】各圧電トランス３１〜３４は上記のごとく
入力周波数と出力周波数とが同じであるから、周波数変
換器２０１〜２０４および圧電体４１〜４４の長さＬ
を、圧電体４１〜４４の共振周波数および圧電トランス
への入力電圧の周波数が、順次、負荷７へ印加しようと
する非正弦周期波のフーリエ展開式の、低次数側の高調
波の周波数となるように設定する。また、圧電トランス
３１〜３４の昇圧比を、その比が、上記高調波の振幅の
比となるように設定する。圧電体４１〜４４の長さＬは
その共振角速度の設定で決まるので、圧電トランス３１
〜３４の昇圧比の比は、圧電体４１〜４４の厚さｔの比
で設定する。かかる構成でも、任意の非正弦周期波電圧
を負荷７に印加することができる（図中の電圧波形は矩
形波である）。
入力周波数と出力周波数とが同じであるから、周波数変
換器２０１〜２０４および圧電体４１〜４４の長さＬ
を、圧電体４１〜４４の共振周波数および圧電トランス
への入力電圧の周波数が、順次、負荷７へ印加しようと
する非正弦周期波のフーリエ展開式の、低次数側の高調
波の周波数となるように設定する。また、圧電トランス
３１〜３４の昇圧比を、その比が、上記高調波の振幅の
比となるように設定する。圧電体４１〜４４の長さＬは
その共振角速度の設定で決まるので、圧電トランス３１
〜３４の昇圧比の比は、圧電体４１〜４４の厚さｔの比
で設定する。かかる構成でも、任意の非正弦周期波電圧
を負荷７に印加することができる（図中の電圧波形は矩
形波である）。
【００３７】かかる構成では、給電部２１Ａ〜２４Ａ
が、その交流電源２００を、すべての圧電トランス３１
〜３４に共通の交流電源２００としているので、構成を
簡単にすることができる。
が、その交流電源２００を、すべての圧電トランス３１
〜３４に共通の交流電源２００としているので、構成を
簡単にすることができる。
【００３８】なお、すべての圧電トランス３１〜３４に
同電圧が印加されているので、負荷７に印加しようとす
る非正弦周期電圧波形が矩形波のときは、圧電体４１〜
４４の厚さｔはすべての圧電トランス３１〜３４で同じ
にする。したがって、矩形波の場合は、給電部は単一の
交流電源で、しかも同じ厚さの圧電体とすることがで
き、構成が簡単になる上、製造効率を高めることが可能
になり、安価に製造することができる。
同電圧が印加されているので、負荷７に印加しようとす
る非正弦周期電圧波形が矩形波のときは、圧電体４１〜
４４の厚さｔはすべての圧電トランス３１〜３４で同じ
にする。したがって、矩形波の場合は、給電部は単一の
交流電源で、しかも同じ厚さの圧電体とすることがで
き、構成が簡単になる上、製造効率を高めることが可能
になり、安価に製造することができる。
【００３９】なお、上記各実施形態において、圧電トラ
ンスは、別体でもよいし、上記シート積層法を使って積
層構造に構成し、モジュール化するのもよい。
ンスは、別体でもよいし、上記シート積層法を使って積
層構造に構成し、モジュール化するのもよい。
【００４０】また圧電トランスの形状等の構成は、上記
各実施形態のものに限定されるものではなく、任意であ
る。
各実施形態のものに限定されるものではなく、任意であ
る。
【図１】本発明の電源装置の構成図である。
【図２】本発明の別の電源装置の構成図である。
【図３】従来の電源装置の一例の構成図である。
１，１Ａ 電源装置 ２１，２２，２３，２４，２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２
４Ａ 給電部 ２００ 交流電源 ２０１Ａ，２０２Ａ，２０３Ａ，２０４Ａ 周波数変換
器 ３１，３２，３３，３４ 圧電トランス ４１，４２，４３，４４ 圧電体 ５１，５２，５３，５４ 入力電極 ６１，６２，６３，６４ 出力電極 ７ 負荷
４Ａ 給電部 ２００ 交流電源 ２０１Ａ，２０２Ａ，２０３Ａ，２０４Ａ 周波数変換
器 ３１，３２，３３，３４ 圧電トランス ４１，４２，４３，４４ 圧電体 ５１，５２，５３，５４ 入力電極 ６１，６２，６３，６４ 出力電極 ７ 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 章 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内
Claims (5)
- 【請求項１】 負荷に対して出力が並列接続された複数
の圧電トランスと、各圧電トランスに交流電圧を印加す
る給電部とを有し、圧電トランスの共振周波数および圧
電トランスへの入力電圧の周波数を、負荷へ印加しよう
とする非正弦周期波のフーリエ展開式の、低次数側の高
調波の周波数に順次、設定し、かつ圧電トランスの出力
電圧の振幅を、その比が上記高調波の振幅の比となるよ
うに設定したことを特徴とする電源装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の電源装置において、上記
圧電トランスは、方形の圧電体の長さ方向の一方の側の
上下面に入力電極を形成し、他方の側の端面に出力電極
を形成した電源装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の電源装置において、すべ
ての上記圧電トランスの圧電体の厚さを等しくした電源
装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の電源装置において、上記
圧電トランスは、圧電体の長さを、その比が１：１／
３：・・・：１／（２ｎ−１）（ｎは自然数）となるよ
うに設定し、かつ上記給電部を、交流電源と、その出力
の周波数を圧電トランスの共振周波数に変換する周波数
変換器とで構成するとともに交流電源をすべての圧電ト
ランスに共通の交流電源で構成した電源装置。 - 【請求項５】 請求項１または２いずれか記載の電源装
置において、上記給電部を、交流電源と、その出力の周
波数を圧電トランスの共振周波数に変換する周波数変換
器とで構成するとともに交流電源をすべての圧電トラン
スに共通の交流電源で構成し、かつ各圧電トランスの昇
圧比を、その比が上記高調波の振幅の比となるように設
定した電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17226498A JP4023913B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17226498A JP4023913B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354857A true JPH11354857A (ja) | 1999-12-24 |
| JP4023913B2 JP4023913B2 (ja) | 2007-12-19 |
Family
ID=15938683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17226498A Expired - Fee Related JP4023913B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 電源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4023913B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000082853A (ja) * | 1998-09-04 | 2000-03-21 | Tokin Corp | 圧電トランス装置及びその駆動方法 |
| WO2004057929A1 (en) * | 2002-12-20 | 2004-07-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Supply apparatus for high pressure lamps |
| JP2006081233A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Nec Engineering Ltd | 圧電トランスを用いた電源装置 |
| JP2014236629A (ja) * | 2013-06-04 | 2014-12-15 | オリンパス株式会社 | 超音波モータ |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP17226498A patent/JP4023913B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000082853A (ja) * | 1998-09-04 | 2000-03-21 | Tokin Corp | 圧電トランス装置及びその駆動方法 |
| WO2004057929A1 (en) * | 2002-12-20 | 2004-07-08 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Supply apparatus for high pressure lamps |
| JP2006081233A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Nec Engineering Ltd | 圧電トランスを用いた電源装置 |
| JP4535813B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2010-09-01 | Ｎｅｃエンジニアリング株式会社 | 圧電トランスを用いた電源装置 |
| JP2014236629A (ja) * | 2013-06-04 | 2014-12-15 | オリンパス株式会社 | 超音波モータ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4023913B2 (ja) | 2007-12-19 |
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