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
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
た電源装置に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
さをすべての圧電トランスで等しくする。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〜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。
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)
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)
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。
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。
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)
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。
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。
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)
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。
(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)
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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
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 |
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JPH11354857A true JPH11354857A (ja) | 1999-12-24 |
JP4023913B2 JP4023913B2 (ja) | 2007-12-19 |
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ID=15938683
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP17226498A Expired - Fee Related JP4023913B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | 電源装置 |
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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
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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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