圧電セラミックスを用いた携帯機器用・超小形コイルレス電源に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12355012
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 広瀬 精二 山形大学, 工学部, 教授 (70007201)
• 研究分担者: 青柳 学 山形大学, 工学部, 助手 (80231786) ; 鈴木 勝義 山形大学, 工学部, 教授 (60007028) ; 富川 義朗 山形大学, 工学部, 教授 (80007004) ; 高橋 貞行 日本電気, 研究開発グループ, 主席研究員 ; 高野 剛浩 東北工業大学, 工学部, 教授 (50085411)
• キーワード: 圧電トランス / ACアダプタ / 小形化 / 圧電振動子 / 圧電材料 / ハイパワー評価

研究概要

本研究は、巻線を用いないセラミックス製の圧電トランスにより超小型のACアダプタ、及びDC-DCコンバータの実用化を目指して、次の項目について明らかにするものである。すなわち、(1)電源に適した圧電材料の開発・評価・選定、(2)圧電トランスの最適設計手法の確立、(3)小形で高効率、耐衝撃性に優れた形状ならびに利用振動モードの決定、(4)パワー電源用圧電トランスの実現。
研究期間2年目である平成13年度は、研究目的を達成するために、以下の研究を行った。
(1)昨年度に引き続き、圧電材料のハイパワー励振時における特性変化、特に損失の分離測定に関して、新しい方法を提案し、実験的検討を行った。すなわち、圧電トランス効率の測定値を理論曲線で近似して損失抵抗を算出する方法により、圧電材料ハイパワーで使用したときの損失を分離測定が可能となった。この結果は圧電トランスの効率算定に有用である。
(2)圧電トランス構成の1方法として、小形化が可能で耐衝撃性が良いとされるラジアル振動の第二次共振を利用することを提案し、設計、試作実験を行った。この結果95%以上の高効率の圧電トランスが実現できることが分かった。また、不要な振動の解明や抑圧方法について、解析とレーザー変位計による測定により明らかにした。
(3)圧電トランス構成のもう1つの構成として、やはり小形化可能、耐衝撃性が良いと考えられる幅縦振動を利用する圧電トランスについて試作実験を行った。この構成も効率の実験を行い、やはり95%以上の高効率が得られることが明らかとなった。また、振動パターン測定により、多くの支持点があり安定支持可能であること、不要振動を抑圧できる構造の圧電トランスが実現できる、などのことが明らかにされた。
以上の成果の内の一部ならびに関連研究について発表した論文ならびに講演資料を、研究発表リストに記載している。

研究成果

• [文献書誌] 斎藤, 広瀬, 高橋: "圧電セラミックスの幅縦振動を利用した降圧型圧電トランスに関する研究"日本機械学会「電磁力関連ダイナミクス」シンポジウム. 01-251. 697-700 (2001)
• [文献書誌] 浅水, 遠藤, 広瀬: "操作性向上を計った圧電振動子損失の分離測定法"第22回超音波シンポジウム. 91-92 (2001)
• [文献書誌] 佐々木, 遠藤, 広瀬: "ラジアル振動の高次共振を利用する圧電トランスの基礎的検討"第22回超音波シンポジウム. 317-318 (2001)
• [文献書誌] T.Endou, S.Hirose, et al.: "Piezoelectric Ceramic Transformer Using Radial Second Mode Vibration for Small Coil-less High-efficiency Power Supplies"Proc. Int. Cont. New Piezo Materials and High Performance Acoustic Wave Devices. 189-192 (2002)
• [文献書誌] 遠藤, 広瀬, 佐々木: "ラジアル振動の高次共振を利用した圧電セラミックストランスの効率特性"電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会. Mss-02. 15-18 (2002)
• [文献書誌] 青柳, 渡辺, 富川, 高野: "同相駆動型円板超音波モータの制御端子によるモード制御"信学会技術研究報告. US01-52. 29-35 (2001)