JPH114026A - Laminated-type piezoelectric transformer - Google Patents

Laminated-type piezoelectric transformer

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JPH114026A
JPH114026A JP10125349A JP12534998A JPH114026A JP H114026 A JPH114026 A JP H114026A JP 10125349 A JP10125349 A JP 10125349A JP 12534998 A JP12534998 A JP 12534998A JP H114026 A JPH114026 A JP H114026A
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JP
Japan
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piezoelectric transformer
piezoelectric
power generation
laminated
transformer
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JP10125349A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Inoi
隆之 猪井
Takeshi Inoue
武志 井上
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication of JPH114026A publication Critical patent/JPH114026A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safe piezoelectric transformer, provided with high conversion efficiency for easily matched impedance and separating input and output by turning a drive part and a power generation part into constitution such that a piezoelectric body and an internal electrode are alternately laminated and an insulation part is provided between them in a laminated (step-down) type piezoelectric transformer. SOLUTION: In a laminated (step-down)-type piezoelectric transformer element composed of a drive part 11 and the power generation part 12 for which a piezoelectric body 111 polarized in a thickness direction and internal electrodes 112, 113, 118 and 119 are laminated for a plurality of on-both end sides of the length direction of the piezoelectric body in a long plate shape and external electrodes 114, 116, 120 and 122, the thickness of the piezoelectric body 111 of the drive part 11 is made larger than the thickness of the piezoelectric body 111 of the power generation part 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の直流電源に
用いられるトランスに関し、特に、小型化、軽量化、高
信頼性が要求される小型整流電源に用いて好適とされる
積層降圧型ないし昇圧型圧電トランスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transformer used for various types of DC power supplies, and more particularly to a stacked step-down type or a transformer suitable for use in a small rectified power supply requiring miniaturization, weight reduction and high reliability. The present invention relates to a step-up type piezoelectric transformer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、各種の電池駆動式電子機器に商用
電源線から電源を供給するいわゆるACアダプタの降圧
型トランスには、巻線型の電磁トランスが用いられてき
た。この電磁トランスは磁性体のコアに導線を巻き付け
る構造になっており、小型で軽量の電磁トランスを実現
するのは、非常に困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a winding type electromagnetic transformer has been used as a step-down type transformer of an AC adapter for supplying power from a commercial power supply line to various battery-driven electronic devices. This electromagnetic transformer has a structure in which a conductive wire is wound around a magnetic core, and it has been very difficult to realize a small and lightweight electromagnetic transformer.

【0003】これに対し、電磁トランスとは全く動作原
理が異なる圧電トランスが、1958年R.A.ROS
ENによって提案されている(米国特許第2,830,
274号明細書参照)。これの代表的な構造例を図2に
示す(圧電トランスがλ/2モードで駆動されてい
る)。
On the other hand, a piezoelectric transformer whose operation principle is completely different from that of an electromagnetic transformer is disclosed in R. A. ROS
EN (US Patent 2,830,
274). FIG. 2 shows a typical example of this structure (the piezoelectric transformer is driven in the λ / 2 mode).

【0004】図2を参照して、圧電体201の上・下面
に平面状電極202、203を設けた部分が駆動部21
で、厚み方向に分極されている。また、圧電体201の
端部に設けられた端面電極204と駆動部21で挟まれ
た部分が発電部22で、長さ方向に分極されている。
Referring to FIG. 2, a portion in which planar electrodes 202 and 203 are provided on the upper and lower surfaces of a piezoelectric body 201 is a driving unit 21.
And polarized in the thickness direction. The portion sandwiched between the end face electrode 204 provided at the end of the piezoelectric body 201 and the drive section 21 is the power generation section 22 which is polarized in the length direction.

【0005】この圧電トランスは、長さ方向の縦振動の
共振時の節点に支持具205を装着して、支持体(図示
せず)に固定する。この状態で、平面状電極202、2
03に接続した外部電気端子206、207を介して圧
電体201の長さ方向の縦振動の共振周波数を有する交
流電圧を印加すると、外部電気端子207と、端面電極
204に接続した外部電気端子208との間に電圧が発
生する。
In this piezoelectric transformer, a support 205 is attached to a node at the time of longitudinal vibration resonance in the longitudinal direction, and is fixed to a support (not shown). In this state, the planar electrodes 202, 2
When an AC voltage having a resonance frequency of longitudinal vibration in the longitudinal direction of the piezoelectric body 201 is applied via the external electric terminals 206 and 207 connected to the external electric terminal 203 and the external electric terminal 208 connected to the end face electrode 204, And a voltage is generated.

【0006】ところで、図2に示した圧電トランスで
は、駆動部および発電部ともに外部電気端子の接続位置
が、振動の節点でないことから、効率および信頼性が低
下するという問題があった。また、この圧電トランスは
単板であることから、昇圧比が十分大きくできないとい
う問題もあった。
However, the piezoelectric transformer shown in FIG. 2 has a problem that the efficiency and reliability are reduced because the connection positions of the external electric terminals are not nodes of vibration in both the driving section and the power generation section. Further, since the piezoelectric transformer is a single plate, there is a problem that the boosting ratio cannot be sufficiently increased.

【0007】これらの問題の改善を図ることを意図した
従来技術として、例えば特開平6−224484号公報
に提案されている積層型圧電トランスが知られている。
図3は、この従来の積層型圧電トランスの構成を示す断
面図である。この積層型圧電トランスは、λ/2の3倍
モードの駆動周波数で駆動されるものである。
As a conventional technique intended to improve these problems, for example, a laminated piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-224484 is known.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of this conventional laminated piezoelectric transformer. This multilayer piezoelectric transformer is driven at a drive frequency in a triple mode of λ / 2.

【0008】図3を参照して、この積層型圧電トランス
では、長方形状の圧電板310において、31で示す部
分が低インピーダンスの駆動部であり、平面状の内部電
極311、312と圧電体313が交互に複数層積層さ
れ、上下の表面に平面状電極314、315が設けられ
ており、内部電極の接続用として、外部電極(図示せ
ず)が側面上に形成されている。そして、これらの部分
は、厚み方向に分極されている。
Referring to FIG. 3, in the laminated piezoelectric transformer, a portion indicated by reference numeral 31 in the rectangular piezoelectric plate 310 is a low-impedance driving section, and planar internal electrodes 311 and 312 and a piezoelectric body 313 are provided. Are alternately laminated, and planar electrodes 314 and 315 are provided on upper and lower surfaces, and external electrodes (not shown) are formed on side surfaces for connection of internal electrodes. These portions are polarized in the thickness direction.

【0009】また、同様に、32で示す部分が高インピ
ーダンスの発電部であり、短冊状の内部電極317と圧
電体313が交互に複数層積層され、上下の表面に短冊
状電極318、319が設けられており、内部電極の接
続用として、外部電極(図示せず)が側面上に形成され
ている。
Similarly, a portion indicated by 32 is a high-impedance power generation section, in which a plurality of strip-shaped internal electrodes 317 and piezoelectric bodies 313 are alternately laminated, and strip-shaped electrodes 318 and 319 are formed on upper and lower surfaces. An external electrode (not shown) is provided on the side surface for connecting the internal electrode.

【0010】そして、発電部は長さ方向に分極されてい
る。この圧電トランスは、長さ方向の縦振動の節点で外
部電気端子321、322、323をそれぞれ接続でき
ることから、上記したような効率および信頼性の低下は
起こらず、また、積層型であるので、昇圧比も大きくと
れる。
The power generation section is polarized in the length direction. Since this piezoelectric transformer can connect the external electric terminals 321, 322 and 323 at the nodes of the longitudinal vibration in the longitudinal direction, the efficiency and reliability do not decrease as described above. The boost ratio can be increased.

【0011】ところで、上記した圧電トランスはいずれ
も昇圧型のものであり、これらの入出力を逆にして、降
圧型に用いた場合には、インピーダンスマッチング、変
換効率等の問題があり、実用的ではない。
By the way, the above-mentioned piezoelectric transformers are all of the step-up type, and when these inputs and outputs are reversed and used for the step-down type, there are problems of impedance matching, conversion efficiency, etc. is not.

【0012】これに対し、降圧型の圧電トランスとし
て、特開平8−153914号公報、特開平6−177
451号公報および特開平5−235432号公報で提
案されているものがある。
On the other hand, a step-down type piezoelectric transformer is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-153914 and 6-177.
451 and JP-A-5-235432.

【0013】まず上記特開平8−153914号公報で
提案されている降圧型の圧電トランスの構成を図4に示
す。図4において、41で示す部分が駆動部であり、内
部電極401、402と圧電体403を交互に複数層積
層され、各内部電極は外部電気端子(図示せず)を介し
て電気的に接続されている。そして、これらの部分は、
厚み方向に分極されている。
First, FIG. 4 shows the configuration of a step-down type piezoelectric transformer proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-153914. In FIG. 4, a portion indicated by reference numeral 41 is a drive unit, and internal electrodes 401 and 402 and piezoelectric bodies 403 are alternately laminated in a plurality of layers, and each internal electrode is electrically connected via an external electric terminal (not shown). Have been. And these parts are
Polarized in the thickness direction.

【0014】また、42で示す部分が発電部であり、内
部電極406、407と圧電体408が交互に複数層積
層され、各内部電極は外部電気端子(図示せず)を介し
て電気的に接続されている。この圧電トランスは、駆動
部の長さ方向の振動に連動させて、発電部の長さ方向の
振動を発生させ、降圧された電圧を発生させるもので、
外部電気端子404と405を介して、駆動部41に長
さ方向の1次の共振周波数の交流電圧を印加して、外部
電気端子409と410を介して、発電部42に降圧さ
れた電圧を発生するものである。
A portion indicated by reference numeral 42 is a power generation portion, in which a plurality of layers of internal electrodes 406 and 407 and a piezoelectric body 408 are alternately laminated, and each internal electrode is electrically connected via an external electric terminal (not shown). It is connected. This piezoelectric transformer generates vibration in the length direction of the power generation unit in conjunction with vibration in the length direction of the drive unit, and generates a stepped-down voltage.
An AC voltage having a primary resonance frequency in the longitudinal direction is applied to the drive unit 41 via the external electric terminals 404 and 405, and the voltage stepped down to the power generation unit 42 via the external electric terminals 409 and 410. What happens.

【0015】次に、上記特開平6−177451号公報
で提案されている降圧型の圧電トランスの構成を図5に
示す。図5において、51で示す部分が発電部であり、
長さ方向の上下面に平面状電極501、502を設け、
厚み方向に分極されている。また、52で示す部分が駆
動部であり、長さ方向の側面に入力電極503を設け、
駆動部の平面上電極501、502との間で、幅方向に
分極されている。この圧電トランスは、縦振動横効果を
利用したもので、外部電気端子504と505を介して
長さ方向の1次の共振周波数の交流電圧を印加して、外
部電気端子505と506を介して、発電部51に降圧
された電圧を発生するものである。
FIG. 5 shows a configuration of a step-down type piezoelectric transformer proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-177451. In FIG. 5, a portion indicated by 51 is a power generation unit,
Flat electrodes 501 and 502 are provided on the upper and lower surfaces in the longitudinal direction,
Polarized in the thickness direction. Further, a portion indicated by 52 is a driving portion, and an input electrode 503 is provided on a side surface in the length direction,
Polarized in the width direction between the planar electrodes 501 and 502 of the driving unit. This piezoelectric transformer utilizes the longitudinal vibration lateral effect, applies an AC voltage having a primary resonance frequency in the longitudinal direction via external electric terminals 504 and 505, and applies the AC voltage via external electric terminals 505 and 506. , And generates a stepped-down voltage in the power generation unit 51.

【0016】最後に、上記特開平5−235432号公
報で提案されている降圧型の圧電トランスの構成を図6
に示す。図6において、61で示す部分が駆動部であ
り、内部電極601、602と圧電体603を積層し、
各内部電極は外部電気端子(図示せず)を介して電気的
に接続されている。そして、これらの部分は、厚み方向
に分極されている。
Finally, the configuration of the step-down type piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-235432 is shown in FIG.
Shown in In FIG. 6, a portion indicated by reference numeral 61 is a driving portion, and the internal electrodes 601 and 602 and the piezoelectric body 603 are laminated.
Each internal electrode is electrically connected via an external electric terminal (not shown). These portions are polarized in the thickness direction.

【0017】また、62で示す部分が発電部であり、内
部電極606、607と圧電体608が交互に複数層積
層され、各内部電極は外部電気端子(図示せず)を介し
て電気的に接続されている。そして、これらの部分も厚
み方向に分極されている。この圧電トランスは、駆動部
の厚さ方向の縦振動に連動させて、発電部の厚さ方向の
振動を発生させ、降圧された電圧を発生させるもので、
外部電気端子604と605を介して、駆動部61に厚
さ方向の3次の共振周波数の交流電圧を印加して、外部
電気端子609と610を介して、発電部62に降圧さ
れた電圧を発生するものである。
A portion indicated by reference numeral 62 is a power generation portion, in which a plurality of layers of the internal electrodes 606 and 607 and the piezoelectric body 608 are alternately laminated, and each of the internal electrodes is electrically connected via an external electric terminal (not shown). It is connected. These portions are also polarized in the thickness direction. This piezoelectric transformer generates vibration in the thickness direction of the power generation unit in conjunction with vertical vibration in the thickness direction of the drive unit, and generates a stepped-down voltage.
An AC voltage having a tertiary resonance frequency in the thickness direction is applied to the drive unit 61 via the external electric terminals 604 and 605, and the stepped-down voltage is applied to the power generation unit 62 via the external electric terminals 609 and 610. What happens.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術はそれぞれ下記記載の問題点を有している。
However, each of the above-mentioned prior arts has the following problems.

【0019】(1)第1の問題点として、従来のROS
EN型の圧電トランス(米国特許第2,830,274
号明細書参照)および上記特開平6−224484号公
報に提案される圧電トランスは、いずれも昇圧型のもの
であり、入出力を逆にすれば降圧型に原理的にはなる
が、インピーダンスマッチング、変換効率の点で問題が
あり、実用には供さない。
(1) As a first problem, the conventional ROS
EN type piezoelectric transformer (US Pat. No. 2,830,274)
Each of the piezoelectric transformers proposed in JP-A-6-224484 is a step-up type, and if the input and output are reversed, it becomes a step-down type in principle. However, there is a problem in conversion efficiency, which is not practical.

【0020】(2)第2の問題点として、降圧型の圧電
トランスのうち、上記特開平8−153914号公報に
提案されて圧電トランスについて説明すると、これは、
駆動部の長さ方向の振動に連動させて、発電部の長さ方
向の振動を発生させるもので、長さ方向の1次の振動モ
ードを利用している。このため圧電トランスを振動のノ
ード点で保持することが困難であり、変換効率が十分高
くできない、という問題がある。
(2) As a second problem, among the step-down type piezoelectric transformers, the piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-153914 is described.
The vibration in the length direction of the power generation unit is generated in conjunction with the vibration in the length direction of the driving unit, and a primary vibration mode in the length direction is used. For this reason, it is difficult to hold the piezoelectric transformer at the node of the vibration, and there is a problem that the conversion efficiency cannot be sufficiently increased.

【0021】(3)第3の問題点として、上記特開平6
−177451号公報に提案されている圧電トランスに
ついて説明すると、これは、縦振動横効果を用いたもの
で、単板型であり、また、入出力のグラウンドを共通に
取っている。このため、負荷に対しインピーダンスマッ
チングのバリエーションがとりづらく、また、入出力の
グラウンドが共通であることから安全上の問題もある。
(3) As a third problem, Japanese Patent Laid-Open No.
The piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 177451 will be described. The piezoelectric transformer uses a longitudinal vibration transverse effect, is a single-plate type, and has a common input / output ground. For this reason, variations in impedance matching with the load are difficult to obtain, and there is also a safety problem due to the common ground of input and output.

【0022】(4)第4の問題点として、上記特開平5
−235432号公報に提案されている圧電トランスに
ついて説明すると、これは厚み縦振動を利用したもの
で、駆動周波数が2.4MHzと高すぎるため、駆動回
路に困難な点があり、実用化の点で問題がある。
(4) As a fourth problem, Japanese Patent Laid-Open No.
The piezoelectric transformer proposed in Japanese Patent Publication No. 235432 will be described. The piezoelectric transformer utilizes thickness longitudinal vibration. The driving frequency is too high at 2.4 MHz. There is a problem.

【0023】したがって、本発明は、上記した従来の問
題点を解消すべくなされたものであって、ノード点で圧
電トランスを保持する構成にすることで、変換効率を十
分高くでき、積層の層構成でインピーダンスマッチング
が容易にとれ、さらに、駆動部・発電部を分離した構成
で、安全上も問題のない積層(降圧ないし昇圧)型圧電
トランスを提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems. By adopting a configuration in which the piezoelectric transformer is held at the node point, the conversion efficiency can be sufficiently increased, and the laminated layers can be formed. It is an object of the present invention to provide a laminated (step-down or step-up) type piezoelectric transformer which can easily achieve impedance matching with a configuration and has a configuration in which a driving unit and a power generation unit are separated, and has no problem in safety.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本願発明の第1の視点による積層型圧電トランス
は、長板状圧電トランスの長さ方向の両端側に、厚さ方
向に分極された圧電体と内部電極が交互に積層された駆
動部および発電部を配置し、前記駆動部および前記発電
部に挟まれた部分に絶縁部を配置した圧電トランスにお
いて、前記駆動部の圧電体の一層の厚さが、前記発電部
の圧電体の一層の厚さよりも厚い、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laminated piezoelectric transformer according to a first aspect of the present invention is provided on both ends of a long plate-shaped piezoelectric transformer in the length direction, and is polarized in a thickness direction. In the piezoelectric transformer in which the driving unit and the power generation unit in which the piezoelectric bodies and the internal electrodes are alternately stacked are arranged, and the insulating unit is arranged in a portion sandwiched between the driving unit and the power generation unit, the piezoelectric unit of the driving unit The thickness of one layer is greater than the thickness of one layer of the piezoelectric body of the power generation unit.

【0025】また、本願発明の第2の視点による積層型
圧電トランスは、上記第1発明において、前記駆動部お
よび前記発電部が、前記長板状圧電トランスの長さ方向
の縦振動の機械共振の波長λの1/2の位置で分離して
配置され、前記波長λの1/2の2倍の振動モードで駆
動する、ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laminated piezoelectric transformer according to the first aspect, wherein the driving section and the power generation section are each provided with a mechanical resonance of longitudinal vibration in a longitudinal direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer. Are separated from each other at a position 1 / of the wavelength λ, and driven in a vibration mode twice as large as 1 / of the wavelength λ.

【0026】さらに本発明は、第3の視点として降圧型
のみならず昇圧型(第4の視点)の積層型圧電トランス
をも提供する。
Further, the present invention provides, as a third viewpoint, not only a step-down type but also a step-up (fourth viewpoint) laminated piezoelectric transformer.

【0027】第5の視点として、本願発明の包括的視点
による積層型圧電トランスは、長板状圧電トランスの長
さ方向の両端側に、厚さ方向に分極された圧電体と内部
電極が交互に積層された駆動部および発電部を配置し、
前記駆動部および前記発電部に挟まれた部分に絶縁部を
配置した圧電トランスにおいて、前記駆動部の圧電体の
一層の厚さが、前記発電部の圧電体の一層の厚さとは異
る、ことを特徴とする。
As a fifth viewpoint, the laminated piezoelectric transformer according to the comprehensive viewpoint of the present invention is such that a piezoelectric body polarized in the thickness direction and an internal electrode are alternately provided at both ends in the length direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer. Arrange the drive unit and power generation unit laminated on
In the piezoelectric transformer in which an insulating portion is disposed at a portion sandwiched between the driving portion and the power generation portion, a thickness of a piezoelectric body of the driving portion is different from a thickness of a piezoelectric body of the power generation portion. It is characterized by the following.

【0028】また、本願第5の視点の積層型圧電トラン
スは、上記第6の視点において、前記駆動部および前記
発電部が、前記長板状圧電トランスの長さ方向の縦振動
の機械共振の波長λ/2の位置で分離して配置され、前
記波長λ/2の2倍の振動モードで駆動する、ことを特
徴とする。
In the laminated piezoelectric transformer according to a fifth aspect of the present invention, in the sixth aspect, the drive unit and the power generation unit may be configured such that the driving unit and the power generation unit are configured to generate mechanical resonance of longitudinal vibration in a longitudinal direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer. It is arranged separately at the position of the wavelength λ / 2, and is driven in a vibration mode twice the wavelength λ / 2.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明の積層型圧電トランスは、その好ま
しい実施の形態において、長板状圧電トランスの長さ方
向の両端側に、厚さ方向に分極された圧電体と内部電極
が交互に積層された駆動部(図1の11)および発電部
(図1の12)を配置し、上記駆動部および発電部に挟
まれた部分に絶縁部(図1の13)を配置した圧電トラ
ンスにおいて、上記駆動部(図1の11)の圧電体の一
層の厚さが、上記発電部の圧電体の一層の厚さよりも厚
いことを特徴としたものである。
Embodiments of the present invention will be described below. In a preferred embodiment of the laminated piezoelectric transformer of the present invention, a driving section in which piezoelectric bodies polarized in the thickness direction and internal electrodes are alternately laminated on both ends in the length direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer. (11 in FIG. 1) and a power generation unit (12 in FIG. 1) are disposed, and an insulating unit (13 in FIG. 1) is disposed between the drive unit and the power generation unit. The thickness of one layer of the piezoelectric body in 11) of FIG. 1 is larger than the thickness of one layer of the piezoelectric body of the power generation unit.

【0030】そして、本発明の実施の形態においては、
上記駆動部および発電部が上記長板状圧電トランスの長
さ方向の縦振動の機械共振の波長1/2λの位置で分離
して配置され、上記波長1/2λの2倍の振動モードで
駆動する。
Then, in the embodiment of the present invention,
The drive unit and the power generation unit are separately arranged at a position of a wavelength の λ of mechanical resonance of longitudinal vibration in a longitudinal direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer, and are driven in a vibration mode twice the wavelength λλ. I do.

【0031】本発明の実施の形態の作用について説明す
ると、上記したように、本発明においては、長板状圧電
トランスの両端側のそれぞれを駆動部、発電部として、
内部電極と圧電体を複数層積層した構成とし、駆動部、
発電部の境界には、絶縁部を設け、さらに長さ方向の2
次モードで駆動するようにしたものであり、積層構成を
変えることにより、負荷のインピーダンスに合わせて低
インピーダンス化しやすく、また、駆動部・発電部を絶
縁分離した構成であることから、安全性の点での問題も
ない。そして、圧電トランスの保持を振動のノード点で
行えることから、変換効率も高くできるという作用効果
を奏するものである。
The operation of the embodiment of the present invention will be described. As described above, in the present invention, each of the two ends of the long plate-shaped piezoelectric transformer is used as a drive unit and a power generation unit.
A configuration in which a plurality of layers of the internal electrode and the piezoelectric body are laminated, a driving unit,
An insulating section is provided at the boundary of the power generation section, and two sections in the length direction are further provided.
It is driven in the next mode.By changing the lamination structure, it is easy to reduce the impedance according to the impedance of the load, and since the driving unit and the power generation unit are insulated and separated, safety is ensured. There is no problem in point. Further, since the holding of the piezoelectric transformer can be performed at the node of the vibration, there is an operational effect that the conversion efficiency can be increased.

【0032】[0032]

【実施例】上記した本発明の実施の形態について更に詳
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention;

【0033】図1は、本発明の第1の実施例の構成を示
す斜視図である。図1を参照して、11で示す部分は圧
電トランスの高インピーダンスの駆動部で、圧電体11
1と内部電極112、113を交互に複数枚積層してお
り、上下面に形成された外部電極を備え、図1ではこの
うち、上面の外部電極114のみが示されており、これ
と反対側の下面に設けられた外部電極は図示されていな
い。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a portion indicated by reference numeral 11 is a high impedance driving portion of a piezoelectric transformer, and a piezoelectric body 11 is provided.
1 and a plurality of internal electrodes 112 and 113 are alternately laminated, and external electrodes formed on upper and lower surfaces are provided. In FIG. 1, only the external electrode 114 on the upper surface is shown, and the opposite side is shown. The external electrodes provided on the lower surface of are not shown.

【0034】また、側部に設けられた外部電極116、
及び該側部と対向する反対側の側部に設けられた外部電
極(図示せず)は、それぞれ一層おきに対向する側面上
に露出した内部電極112、113を電気的に接続する
外部電極である。そして、これらの電極間は厚み方向に
分極されている。
Further, external electrodes 116 provided on the side portions,
External electrodes (not shown) provided on the side opposite to the side are external electrodes for electrically connecting the internal electrodes 112 and 113 exposed on the side surfaces facing each other. is there. The space between these electrodes is polarized in the thickness direction.

【0035】また、12で示す部分は低インピーダンス
の発電部であり、圧電体111と内部電極118、11
9を交互に複数枚積層しており、上下面に形成された外
部電極を備え、図1ではこのうち、上面の外部電極12
0のみが示されており、これと反対側の下面に設けられ
た外部電極は図示されていない。
A portion indicated by reference numeral 12 is a low-impedance power generation unit, and includes a piezoelectric body 111 and internal electrodes 118 and 11.
9 are alternately laminated and provided with external electrodes formed on the upper and lower surfaces. In FIG.
Only 0 is shown, and the external electrodes provided on the opposite lower surface are not shown.

【0036】また、側部に設けられた外部電極122、
及び該側部と対向する反対側の側部に設けられた外部電
極(図示せず)は、それぞれ一層おきに対向する側面上
に露出した内部電極118、119を電気的に接続する
外部電極である。そして、これらの電極間は厚み方向に
分極されている。
Also, external electrodes 122 provided on the side portions,
External electrodes (not shown) provided on the side opposite to the side are external electrodes for electrically connecting the internal electrodes 118 and 119 exposed on the side surfaces facing each other. is there. The space between these electrodes is polarized in the thickness direction.

【0037】そして、駆動部11と発電部12の間に絶
縁部13が形成されている。
An insulating section 13 is formed between the driving section 11 and the power generation section 12.

【0038】本実施例の圧電トランスは、駆動部11の
電極に接続した外部電気端子124と125間に交流電
圧を入力して駆動させると、発電部12の電極に接続し
た外部電気端子126と127間に電圧が出力する。
When the piezoelectric transformer of this embodiment is driven by inputting an AC voltage between the external electric terminals 124 and 125 connected to the electrodes of the drive unit 11, the external electric terminals 126 connected to the electrodes of the power generation unit 12 are driven. Voltage is output during the period 127.

【0039】次に、本実施形例の圧電トランスの製造方
法について説明する。
Next, a method of manufacturing the piezoelectric transformer according to this embodiment will be described.

【0040】本実施例において、圧電トランスは、図1
に示した構成の圧電トランスをグリーンシート法により
作製した。圧電体111の材料にはネペック8(トーキ
ン社製)を用いた。
In the present embodiment, the piezoelectric transformer
Were manufactured by the green sheet method. The material of the piezoelectric body 111 was Nepec 8 (manufactured by Tokin).

【0041】また、内部電極112、113、118、
119は焼成タイプのAg/Pdペースト(Ag/Pd
の組成比が重量比で70/30)を用い、圧電体111
のグリーンシート上に、所定のパターンでスクリーン印
刷した後積層し、圧電体111と共に温度・1200
℃、キープ時間・2時間の条件で一体焼成することによ
り形成した。
The internal electrodes 112, 113, 118,
119 is a firing type Ag / Pd paste (Ag / Pd
Is 70/30 by weight, and the piezoelectric body 111 is used.
Is screen-printed in a predetermined pattern on a green sheet, and then laminated, and together with the piezoelectric body 111 at a temperature of 1200
It was formed by firing integrally under the conditions of ° C., keep time, 2 hours.

【0042】本実施例では、圧電体と内部電極の材料と
してPZT系圧電セラミックスおよびAg/Pdを用い
たが、圧電性を有する圧電材料およびこれと一体焼成可
能な電極材料であれば他の組み合わせでも動作すること
は言うまでもない。
In this embodiment, PZT-based piezoelectric ceramics and Ag / Pd are used as the materials of the piezoelectric body and the internal electrodes. However, other combinations of piezoelectric materials having piezoelectricity and electrode materials which can be fired integrally therewith are used. Needless to say, it works.

【0043】積層の構成としては、駆動部11について
は、圧電体7層、内部電極6層で、内部電極間の厚みは
285μmであり、発電部12については、圧電体35
層、内部電極34層で、内部電極間の厚みは57μmで
ある。
As for the lamination structure, the driving section 11 has 7 piezoelectric layers and 6 internal electrodes, and the thickness between the internal electrodes is 285 μm.
And the internal electrodes are 34 layers, and the thickness between the internal electrodes is 57 μm.

【0044】次に、焼成後、長さ48mm、幅15m
m、厚み2mmの寸法に加工し、焼成タイプのAg/P
dペーストを駆動部11の上下面と側面および発電部1
2の上下面と側面の所定の位置に印刷後、温度・700
℃、キープ時間・15分の条件で焼成することにより、
外部電極114、115、116、117、120、1
21、122、123を形成した。
Next, after firing, the length is 48 mm and the width is 15 m.
m, processed to a thickness of 2 mm and fired Ag / P
d paste is applied to the upper and lower surfaces and side surfaces of the drive unit 11 and the power generation unit 1.
2 After printing at predetermined positions on the upper and lower surfaces and side surfaces,
By firing at ℃, keep time 15 minutes,
External electrodes 114, 115, 116, 117, 120, 1
21, 122 and 123 were formed.

【0045】次に、分極治具を用いて、温度100〜2
00℃のシリコーンオイル中において、電界を2〜3k
V/mm印加して、駆動部11および発電部12をそれ
ぞれ分極した。
Next, using a polarization jig, a temperature of 100 to 2
In silicone oil at 00 ° C, an electric field of 2-3k
By applying V / mm, the drive unit 11 and the power generation unit 12 were each polarized.

【0046】この結果得られた圧電トランスを10Ωを
負荷として、駆動周波数70kHzで電圧を印加し、長
さ方向の共振の2次モードで駆動してトランス特性を評
価したところ、出力電力20〜30Wで、変換効率が9
8.5%、変成比が0.252であった。
A voltage was applied to the obtained piezoelectric transformer with a load of 10 Ω at a driving frequency of 70 kHz, and the piezoelectric transformer was driven in a secondary mode of resonance in the longitudinal direction to evaluate the transformer characteristics. The output power was 20 to 30 W And the conversion efficiency is 9
8.5% and a metamorphic ratio was 0.252.

【0047】これに対し、本願第5図に示す如き従来例
(特開平6−177、451号に基づく)では、出力電
力16〜32Wで、変換効率が91〜95%、変成比が
0.16〜0.15である。
On the other hand, in the conventional example (based on JP-A-6-177,451) as shown in FIG. 5 of the present application, the output power is 16 to 32 W, the conversion efficiency is 91 to 95%, and the transformation ratio is 0. 16 to 0.15.

【0048】この結果、本実施例の圧電トランスは、従
来のものより変換効率が優れていることがわかる。
As a result, it is understood that the piezoelectric transformer of this embodiment has a higher conversion efficiency than the conventional one.

【0049】また、変成比については、本実施例の場
合、降圧、昇圧によらず駆動部・発電部の積層構成を調
整することにより、いかようにも設定できる。このた
め、従来技術と比較することは意味がない。
Further, in the case of the present embodiment, the metamorphic ratio can be set in any manner by adjusting the lamination structure of the drive section and the power generation section regardless of the step-down or step-up. For this reason, it is meaningless to compare with the prior art.

【0050】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。本発明の第2の実施例が上記第1の実施例と相違す
る点は、圧電トランスの駆動部・発電部の積層構成と外
形寸法であることから、この点のみ説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the driving unit and the power generation unit of the piezoelectric transformer have a laminated structure and external dimensions. Therefore, only this point will be described.

【0051】本発明の第2の実施例の圧電トランスは、
積層構成として、駆動部11については、圧電体8層、
内部電極7層で、内部電極間の厚みは500μmであ
り、発電部12については、圧電体48層、内部電極4
7層で、内部電極間の厚みは83μmである。
The piezoelectric transformer according to the second embodiment of the present invention
As the laminated structure, the driving unit 11 has eight piezoelectric layers,
The internal electrodes have seven layers, and the thickness between the internal electrodes is 500 μm.
There are seven layers, and the thickness between the internal electrodes is 83 μm.

【0052】そして、外形寸法は、長さ48mm、幅1
5mm、厚み4mmである。
The external dimensions are 48 mm in length and 1 in width.
5 mm, thickness 4 mm.

【0053】この結果得られた圧電トランスを10Ωを
負荷として、駆動周波数70kHzで電圧を印加し、長
さ方向の共振の2次モードで駆動してトランス特性を評
価したところ、出力電力30〜40Wで、変換効率が9
8.3%、変成比が0.167であった。
A voltage was applied to the obtained piezoelectric transformer at a driving frequency of 70 kHz with a load of 10 Ω, and the piezoelectric transformer was driven in a secondary mode of longitudinal resonance. The transformer characteristics were evaluated. The output power was 30 to 40 W. And the conversion efficiency is 9
The transformation ratio was 8.3% and the conversion ratio was 0.167.

【0054】駆動部・発電部の積層構造を、前記第1の
実施例とは異なったものとすることにより、変換効率
は、変化なく、変成比を小さくできた。この結果より、
積層構成を調整することにより、高効率のままで変成比
を調整できることになる。
By making the laminated structure of the drive section and the power generation section different from that of the first embodiment, the conversion efficiency was not changed and the conversion ratio could be reduced. From this result,
By adjusting the lamination structure, the transformation ratio can be adjusted with high efficiency.

【0055】なお、第1、第2の実施例は、降圧型につ
いて説明したが、本発明は、入力と出力の関係を逆にす
ることにより昇圧型としても、同様に実施でき、同様な
効果を有するものである。
Although the first and second embodiments have been described with respect to the step-down type, the present invention can be similarly implemented even if the step-up type is realized by reversing the relationship between the input and output. It has.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、駆
動部及び発電部の構成を、圧電体と内部電極を交互に複
数層積層した構成で、駆動部と発電部の間に絶縁部を設
けた構成とし、長さ方向の共振の2次モードで駆動する
ことにより、ノード点で圧電トランスを保持することが
でき、変換効率を十分高くでき、駆動部および発電部の
積層構成でインピーダンスマッチングが容易にとれ、且
つ変成比も自由に調整できるという効果を奏する。
As described above, according to the present invention, the driving section and the power generation section are configured by alternately stacking a plurality of piezoelectric bodies and internal electrodes, and the insulating section is provided between the driving section and the power generation section. By driving in the secondary mode of resonance in the longitudinal direction, the piezoelectric transformer can be held at the node point, the conversion efficiency can be sufficiently increased, and the impedance is realized by the stacked configuration of the driving unit and the power generation unit. The effect is that matching can be easily achieved and the metamorphic ratio can be freely adjusted.

【0057】さらに、本発明によれば、入出力を分離し
た構成で、安全上も問題がないという効果を奏する。
Further, according to the present invention, the input and output are separated from each other, so that there is no safety problem.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の積層型圧電トランスの構成
を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a multilayer piezoelectric transformer according to one embodiment of the present invention.

【図2】従来の単板型圧電トランスの構成を示す斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a conventional single-plate type piezoelectric transformer.

【図3】従来の積層型圧電トランスの構成を示す断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional multilayer piezoelectric transformer.

【図4】従来の降圧型圧電トランスを示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional step-down piezoelectric transformer.

【図5】従来の降圧型圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 5 is a perspective view showing a conventional step-down piezoelectric transformer.

【図6】従来の降圧型圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing a conventional step-down piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、21、31、41、51、61 駆動部 12、22、32、42、52、62 発電部 13 絶縁部 111、201、313、403、408、603、6
08 圧電体 310 圧電盤 112、113、118、119、311、312、4
01、402、406、407、601、602、60
6、607 内部電極 114、115、120、121 外部電極 116、117、122、123、316、320 外
部電極(内部電極接続用) 202、203、314、315、501、502 平
面状電極 204 端面電極 205 支持具 317 短冊状内部電極 318、319 短冊状電極 503 入力電極 124、125、126、127、206、207、2
08、321、322、323、404、405、40
9、410、504、505、506、604、60
5、609、610 外部電気端子
11, 21, 31, 41, 51, 61 Driving unit 12, 22, 32, 42, 52, 62 Power generating unit 13 Insulating unit 111, 201, 313, 403, 408, 603, 6
08 piezoelectric body 310 piezoelectric board 112, 113, 118, 119, 311, 312, 4
01, 402, 406, 407, 601, 602, 60
6, 607 Internal electrode 114, 115, 120, 121 External electrode 116, 117, 122, 123, 316, 320 External electrode (for connecting internal electrode) 202, 203, 314, 315, 501, 502 Planar electrode 204 End face electrode 205 Supporting tool 317 Strip-shaped internal electrode 318, 319 Strip-shaped electrode 503 Input electrode 124, 125, 126, 127, 206, 207, 2
08, 321, 322, 323, 404, 405, 40
9, 410, 504, 505, 506, 604, 60
5,609,610 External electric terminal

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】長板状圧電トランスの長さ方向の両端側
に、厚さ方向に分極された圧電体と内部電極が交互に積
層された駆動部および発電部を配置し、 前記駆動部および前記発電部に挟まれた部分に絶縁部を
配置した圧電トランスにおいて、 前記駆動部の圧電体の一層の厚さが、前記発電部の圧電
体の一層の厚さよりも厚い、ことを特徴とする積層型圧
電トランス。
1. A drive section and a power generation section in which piezoelectric bodies and internal electrodes polarized in a thickness direction are alternately laminated on both ends in a length direction of a long plate-shaped piezoelectric transformer. In a piezoelectric transformer in which an insulating portion is arranged at a portion sandwiched between the power generation units, a thickness of a piezoelectric body of the driving unit is larger than a thickness of a piezoelectric body of the power generation unit. Multilayer piezoelectric transformer.
【請求項2】請求項1記載の積層型圧電トランスにおい
て、 前記駆動部および前記発電部が、前記長板状圧電トラン
スの長さ方向の縦振動の機械共振の波長λの1/2の位
置で分離して配置され、 前記波長λの1/2の2倍の振動モードで駆動する、こ
とを特徴とする積層型圧電トランス。
2. The multilayer piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the driving unit and the power generating unit are located at a position at a half of a wavelength λ of mechanical resonance of longitudinal vibration in a longitudinal direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer. Wherein the piezoelectric transformer is driven in a vibration mode of twice the wavelength λ.
【請求項3】請求項1又は2記載の積層型圧電トランス
が降圧トランスとして用いられることを特徴とする積層
型圧電トランス。
3. A multi-layer piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the multi-layer piezoelectric transformer is used as a step-down transformer.
【請求項4】長板状圧電トランスの長さ方向の両端側
に、厚さ方向に分極された圧電体と内部電極が交互に積
層された駆動部および発電部を配置し、 前記駆動部および前記発電部に挟まれた部分に絶縁部を
配置した圧電トランスにおいて、 前記駆動部の圧電体の一層の厚さが、前記発電部の圧電
体の一層の厚さとは異る、ことを特徴とする積層型圧電
トランス。
4. A drive section and a power generation section in which piezoelectric bodies polarized in the thickness direction and internal electrodes are alternately laminated on both ends in the length direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer; In a piezoelectric transformer in which an insulating portion is arranged at a portion sandwiched between the power generation units, a thickness of one layer of the piezoelectric body of the driving unit is different from a thickness of one layer of the piezoelectric body of the power generation unit. Laminated piezoelectric transformer.
【請求項5】請求項4記載の積層型圧電トランスにおい
て、 前記駆動部および前記発電部が、前記長板状圧電トラン
スの長さ方向の縦振動の機械共振の波長λ/2の位置で
分離して配置され、 前記波長λ/2の2倍の振動モードで駆動する、ことを
特徴とする積層型圧電トランス。
5. The laminated piezoelectric transformer according to claim 4, wherein the driving unit and the power generation unit are separated at a position of a wavelength λ / 2 of a mechanical resonance of a longitudinal vibration in a longitudinal direction of the long plate-shaped piezoelectric transformer. Characterized in that the piezoelectric transformer is driven in a vibration mode twice the wavelength λ / 2.
【請求項6】請求項4又は5記載の積層型圧電トランス
が昇圧トランスとして用いられることを特徴とする積層
型圧電トランス。
6. A multi-layer piezoelectric transformer according to claim 4 or 5, wherein the multi-layer piezoelectric transformer is used as a step-up transformer.
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