CN115380393A - 压电线圈和电子设备 - Google Patents

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Abstract

[目的]提供具有高能量转换效率的压电线圈等的技术。[解决方案]根据本技术的压电线圈包括线圈状的芯材和多个带状的压电材料。多个压电材料螺旋状缠绕在所述芯材上，以沿所述芯材交替布置。

Description

压电线圈和电子设备
技术领域
本技术涉及压电线圈。
背景技术
下面的专利文献1描述了一种压电致动器，该压电致动器通过在螺旋弹簧的表面上螺旋状缠绕带状的压电元件来构成。在该压电致动器中，当向压电元件施加电场时，压电元件在纵向方向上变形。然后，该压电元件的变形导致在螺旋弹簧的横截面上产生扭矩，并且螺旋弹簧在轴方向上变形。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开号HEI 6-216424
发明内容
技术问题
专利文献1中描述的压电致动器存在一个问题，即压电元件施加在螺旋弹簧上的力是分散的，这会降低能量转换效率。
鉴于上述情况，本技术的目的是提供诸如具有高能量转换效率的压电线圈等的技术。
问题的解决方案
根据本技术的压电线圈包括线圈状的芯材和多个带状的压电材料。
多个压电材料螺旋状缠绕在芯材周围，以便沿芯材交替布置。
通过以这种方式将压电材料的数量设置为多个，可以提高能量转换效率。
根据本技术的另一实施方式的电子设备包括压电线圈。
压电线圈包括线圈状的芯材和多个带状的压电材料。
多个压电材料螺旋状缠绕在所述芯材上，以沿所述芯材交替布置。
附图说明
[图1]是示出根据第一实施方式的压电线圈的侧视图。
[图2]是示出压电线圈的俯视图。
[图3]是示出压电线圈的透视图。
[图4]是压电线圈的横截面图。
[图5]是示出模拟中使用的各个压电线圈的图。
[图6]是示出根据比较例的压电线圈的缠绕角度和占有率与能量转换效率之间的关系的图。
[图7]是示出根据本实施方式的压电线圈的缠绕角度和占有率与能量转换效率之间的关系的图。
[图8]是示出由压电材料对芯材产生扭矩时的状态的图。
[图9]是示出最小主应力和最大主应力的图。
[图10]是示出在根据比较例的压电线圈中，在芯材的表面上的等效应力分布的数值模拟结果的图。
[图11]是示出在根据本实施方式的压电线圈中，在芯材的表面上的等效应力分布的数值模拟结果的图。
[图12]是示出在根据比较例的压电线圈中，在芯材的横截面上的等效应力分布的数值模拟结果的图。
[图13]是示出在根据本实施方式的压电线圈中，在芯材的横截面上的等效应力分布的数值模拟结果的图。
[图14]是示出显示压电材料的数量与变形率和产生的力之间的关系的数值模拟结果的图。
[图15]是示出显示压电材料的数量与能量转换效率之间的关系的数值模拟结果的图。
[图16]是示出显示芯材的杨氏模量与能量转换效率之间的关系的数值模拟结果的图。
[图17]是示出将能量采集机构建模为活体肌肉和压电线圈的并列连接的弹簧时的状态的图。
[图18]是示出WCOIL←MUSCLE与EMUSCLE/ECOIL之间的关系的图。
[图19]是示出压电线圈安装在杠杆式位移放大装置上的示例的图。
[图20]是示出根据另一比较例的压电致动器的图。
[图21]是示出电极部分的另一示例的图。
[图22]是示出在压电材料的长度方向上施加电场的情况下的电极部分的示例的图。
[图23]是示出当由弯曲机构在中心轴方向以外的方向上弯曲压电线圈时的状态的图。
[图24]是根据第二实施方式的压电线圈的横截面图。
[图25](A)是根据第三实施方式的压电线圈的横截面图，(B)是根据第三实施方式的压电线圈的修改示例的横截面图。
[图26]是压电线圈装置的侧截面图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述根据本技术的实施方式。
<<第一实施方式>>
<整体配置及各部件的配置>
图1是示出根据第一实施方式的压电线圈10的侧视图。图2是示出压电线圈10的俯视图。图3是示出压电线圈10的透视图。图4是压电线圈10的横截面图。
在图1至3中，以省略图4中所示的表面电极6的方式进行图示。此外，图3示出压电线圈10中的一圈的基本单位。此外，图4部分地示出压电线圈10的横截面的一半。
如图1至图4所示，压电线圈10被配置为螺旋弹簧状，并且能够在线圈的中心轴方向上伸展和收缩(参见图1中的虚线(Z轴方向))。应当注意，整个压电线圈10的匝数、每单位长度的匝数等可以任意设置。
压电线圈10包括线圈状的芯材1和多个带状的压电材料2，所述压电材料2螺旋状缠绕在芯材1上，以在芯材1的长度方向(参见图1中的点划线)上交替布置。此外，压电线圈10包括电极部分5，其在压电材料2的厚度方向上向压电材料2施加电场。
芯材1被配置为螺旋弹簧状，并具有圆形横截面(与芯材1的长度方向垂直的横截面)。应注意，芯材1的横截面可以具有椭圆形状、多边形形状等，并且其横截面的形状不受特别限制。
芯材1由例如从石墨、Mg合金、Al、Ti、SUS、W、Au、Ag、Cu、Pt、陶瓷和聚合物树脂中选择的至少一种材料构成。
每个压电材料2被配置为具有在长度方向上长、在宽度方向上短、并且在厚度方向上薄的带状。在图1至图4所示的示例中，压电材料2的数量为4。压电材料2的数量通常为两个或更多就足够了，但是该数量存在适当的范围。该范围将在后面参考后面描述的图14和图15进行详细描述。
应注意，在本说明书的描述中，在不特别区分各个压电材料2的情况下，将其简单地称为压电材料2，而在分别区分各个压电材料2的情况下，取决于压电材料2的数量，将其称为第一压电材料2a、第二压电材料2b，第三压电材料2c，第四压电材料2d，……。
压电材料2相对于芯材1螺旋状缠绕，以沿着芯材1的长度方向(参见图1中的点划线)交替布置，如第一压电材料2a、第二压电材料2b、第三压电材料2c、第四压电材料2d、第一压电材料2a、第二压电材料2b、第三压电材料2c，第四压电材料2d，…。换言之，压电材料2被配置为好像螺旋状缠绕在芯材1上的单个压电材料2在压电材料2的宽度方向上被划分成多个部分。
压电材料2以相对于芯材1的长度方向(参见图1中的点划线)的预定角度缠绕。以下，压电材料2相对于芯材1缠绕的角度将被称为缠绕角度。关于该缠绕角度，将与芯材1的长度方向平行的方向设置为0度。稍后将参考稍后描述的图7详细描述缠绕角度。
压电材料2使用从例如Pb(Zr,Ti)O3[PZT]、PbTiO3、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3[PMN-PT]、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3[PZN-PT]、BaTiO3[BT]、(K,Na)NbO3[KNN]、KNbO3、NaNbO3、(K,Na,Li)NbO3、(K,Na,Li)(Nb,Ta,Sb)O3、(Sr,Ba)Nb2O6、(Sr,Ca)NaNb5O15、(Na,K)Ba2NbO15,BiFeO3、Bi4Ti3O12、(Bi1/2K1/2)TiO3、(Bi1/2Na1/2)TiO、BaTiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3、BaTiO3-(Bi1/ 2Na1/2)TiO3、AlN、LiNbO3、LiTaO3、α-SiO2、GaPO4、LiB4O7、La3Ga5SiO14、La3Ta0.5Ga5.5O14、MgSiO3、ZnO、聚偏二氟乙烯[PVDF]、卤化物钙钛矿基压电材料、聚乳酸[PLLA]、纤维素和多肽。
用于芯材1的材料和用于压电材料2的材料可根据用于芯材1的材料和用于压电材料2的材料之间的杨氏模量的关系来选择。用于芯材1的材料和用于压电材料2的材料之间的杨氏模量的关系将参考稍后描述的图16进行详细描述。
在本实施方式中，各压电材料2由相同的材料构成。而另一方面，各压电材料2之中的一些压电材料2的材料也可以不同于其他压电材料2的材料。
应注意，绝缘部分3插入在芯材1的长度方向(参见图1中的点划线)上彼此相邻的压电材料2之间。作为用于绝缘部分3的材料，通常使用具有绝缘性、且具有相对高于用于压电材料2的材料的柔软性的绝缘材料。满足该条件的材料的示例可以包括合成树脂和合成树脂泡沫。应注意，在彼此相邻的压电材料2之间插入每个绝缘部分3是为了使压电材料2彼此电绝缘。此外，使用高柔性材料作为用于绝缘部分3的材料是为了通过绝缘部分3吸收当压电材料2变形时压电材料2施加到相邻的压电材料2的压力和摩擦等影响，从而防止压电材料2的损坏。
应注意，绝缘部分3可以是在彼此相邻的压电材料2之间形成的气隙。此外，在绝缘部分3是气隙的情况下，压电材料2可以通过气隙而彼此电绝缘，并且当压电材料2变形时压电材料2施加到相邻压电材料2的压力和摩擦等影响可以通过气隙吸收。
电极部分5被配置为能够在压电材料2的厚度方向上向压电材料2施加电场(直流或交流电)。尽管在本实施方式中在压电材料2的厚度方向上施加电场，可以在压电材料2的长度方向上施加电场(参见稍后描述的图22)。当由电极部分5在压电材料2上施加电场时，压电材料2变形，此时，压电材料2在纵向方向上的伸展和收缩促成压电线圈10在中心轴方向(参见图1中的虚线)上的变形。
电极部分5包括芯材1(第一电极)和表面电极6(第二电极)，在压电材料2的厚度方向上压电材料2被夹在表面电极6(第二电极)与芯材1之间。芯材1和表面电极6中的一个是正极，另一个是负极。
在本实施方式中，芯材1具有两种功能，即作为螺旋弹簧的功能，以及作为电极部分5的一部分的功能。以这种方式，在芯材1用作电极部分5的一部分的情况下，具有较高电导率的材料(例如石墨，Mg合金，诸如Al、Ti、SUS、W、Au、Ag、Cu、Pt等金属)用作芯材1的材料。
另一方面，电极层(第一电极)可以通过气相沉积、溅射、涂布等方式而特别地形成在芯材1的表面上。也就是说，电极层可以插在芯材1的表面与压电材料2的背面之间。在这种情况下，由于芯材1不需要用作电极部分5的一部分，例如，绝缘体等也可以用作芯材1的材料。
应注意，为了方便起见，在电极层插在芯材1的表面与压电材料2的背面之间的情况下，该电极层在下文中称为背面电极(第一电极)(未示出)。该背面电极由具有相对高电导率的各种材料(例如金属等)构成。
表面电极6由例如具有相对高电导率的各种材料(例如金属)构成。表面电极6以层状形式设置在压电材料2的表面上，以覆盖压电材料2的整个表面。表面电极6分别地设置在各个压电材料2上，并且与压电材料2一样，相对于芯材1呈螺旋状。应注意，绝缘部分3分别插入在芯材1的长度方向上彼此相邻的表面电极6之间。
例如，通过气相沉积、溅射、涂布等在压电材料2的表面上形成表面电极6，并且在其上形成有表面电极6的压电材料2相对于芯材1螺旋状缠绕。
此外，在背面电极插在芯材1与压电材料2之间的配置的情况下，通过气相沉积、溅射、涂布等，分别在压电材料2的表面和背面上形成表面电极6和背面电极。之后，在其上形成有表面电极6和背面电极的压电材料2可以相对于芯材1螺旋状缠绕。在这种情况下，背面电极也相对于芯材1呈螺旋状。
这里，在本实施方式中，将主要描述通过利用压电材料2的逆压电效应(通过在压电材料2上施加电场使压电材料2变形的效应)将压电线圈10用作压电致动器的情形的示例。另一方面，也可以通过利用压电材料2的正压电效应(由于压电材料2的变形而产生电压的效应)将压电线圈10用作电力产生元件(参见稍后描述的图17)。
<压电响应性能>
本技术的发明人通过模拟比较了压电材料2的数量不同的多种压电线圈10和10′的压电响应性能(变形率、产生的力)。
图5是示出模拟中使用的各压电线圈10和10’的图。如图5所示，在该模拟中，使用一圈的基本单位作为压电线圈10和10′。
在图5中，最上方的图示出根据比较例的压电线圈10’，并且示出压电材料2的数量为1的情况。在图5中，其他的图示出根据本技术的实施例1至实施例3的压电线圈10a、10b和10c，并且示出从上侧开始压电材料2的数量依次为2、3和4的情况。应注意，压电材料2的数量为4的根据实施例3的压电线圈10c对应于图1至图4所示的压电线圈10。
这里，假设根据比较例的1个压电材料2的宽度用w表示，压电材料2的数量为2、3、4的情况下的实施例1、实施例2、实施例3中的压电材料2的宽度为w/2、w/3、w/4。应注意，压电材料2的体积对于比较例和各实施例是共同的。
在该模拟中，设置了所有压电线圈10和10'共同的以下条件，并在这些条件下计算了压电性能(变形率、产生的力)。
芯材1的材料：SUS
压电材料2的材料：硬质PZT陶瓷
线圈的最大外径(芯材的直径1+压电材料2的厚度×2)：1mm
压电材料2的缠绕角度：45度
占有率(表示压电材料2覆盖芯材1的表面的程度的比率)：99.7％
施加电场：10MV/m
芯材1与压电材料2之间的边界表面：固定
在这种条件下，通过模拟，计算变形率和产生的力作为压电响应性能。变形率是指当在压电材料2上施加预定电场(10MV/m)时，与未施加电场的情况相比，压电线圈10在线圈的中心轴方向(参见图1中的虚线)上变形(收缩)的程度。此外，产生的力是当在压电材料2上施加预定电场(10MV/m)时压电线圈10在线圈的中心轴方向上产生的力。
模拟结果表明，在根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)中，变形率为9％，产生的力为0.069MPa。此外，在压电材料2为2个的根据实施例1的压电线圈10a中，变形率为16％，产生的力为0.097MPa。此外，在压电材料2为3个的根据实施例2的压电线圈10b中，变形率为19％，产生的力为0.11MPa。此外，在压电材料2为4个的根据实施例3的压电线圈10c中，变形率为20％，产生的力为0.11MPa。
从该结果可以看出，在根据本技术的每个实施例中，与比较例相比，压电响应性能得到改善。具体而言，在根据本技术的每个实施例中，压电材料2的体积和压电材料2上的施加电压与比较例的体积和施加电压相等，但是与比较例相比，变形率和产生的力最多提高了约两倍。
<缠绕角度和占有率>
这里，作为压电线圈10的结构自由度，存在压电材料2相对于芯材1的缠绕角度、以及压电材料2相对于芯材1表面的占有率。关于由这些各个结构的差异而造成的压电线圈10的性能的比较，不能简单地使用变形率和产生的力进行评估。这是因为输入的电能Ue取决于压电材料2的占有率而不同。
鉴于此，根据变形率和产生的力计算了相对于输入的电能Ue在无负载的状态下由压电线圈10存储的机械能Um，并且确定了能量转换效率η。由此，比较并评估了各个压电线圈10的压电响应效率。
应注意，能量转换效率η是根据以下等式定义的。
η＝Um/Ue＝(FΔx/2)/(CV2/2)
其中F表示产生的力，Δx表示线圈的中心轴方向上的位移，C表示压电材料2的自由电容，V表示施加电压。
图6是示出根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)的缠绕角度和占有率与能量转换效率η之间的关系的图。图7是示出根据本实施方式的压电线圈10(压电材料2：4个)中的缠绕角度和占有率与能量转换效率η之间的关系的图。
从图6和图7的比较中可以理解，在根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)和根据本实施方式的压电线圈10(压电材料2：4个)中设置相同的缠绕角度和相同的占有率的情况下，根据本实施方式的压电线圈10的能量转换效率η明显高于根据比较例的压电线圈10′的能量转换效率η。
此外，使用根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)，即使在调整缠绕角度和占有率的情况下，能量转换效率η最多约为3％。与之相比，使用根据本实施方式的压电线圈10(压电材料2：4个)，在调整缠绕角度和占有率的情况下，能量转换效率η最多约为9％。也就是说，对于根据本实施方式的压电线圈10，在适当调整缠绕角度和占有率的情况下，最多可以获得根据比较例的压电线圈10′的能量转换效率η的最大值的约三倍的能量转换效率η。
在这里，在根据比较例的压电线圈10’和根据本实施方式的压电线圈10的任一情况下，能量转换效率η都在45度的缠绕角度处最大。它对应于这样一个事实，即当压电线圈10伸展和收缩时，主应力的方向相对于芯材1的长度方向(参见图1中的虚线)倾斜45度。
图8是示出由压电材料2相对于芯材1产生扭矩T时的状态的图。图9是示出最小主应力和最大主应力的图。
在图8的上侧，示出了未相对于芯材1产生扭矩T时的状态(无负载状态)。在图8的下侧，示出了相对于芯材1产生扭矩T时的状态(负载状态)。应当注意，在图8中，假设左侧的端表面是固定表面。
这里，在无负载状态下的芯材1的表面上，具有平行于芯材1的长度方向的两条边的矩形的四个顶点分别由a、b、c和d表示。此外，在负载状态下的芯材1的表面上，对应于a、b、c和d的点分别由a′、b′、c′和d′表示。此外，从左侧的固定表面到a，b，a’，b’的距离用x1表示，从左侧的固定表面到c，d，c’，d’的距离用x2表示。此外，芯材1的半径用r表示，特定扭曲角(芯材1的每单位长度l的扭曲角)用θ表示。
在这种情况下，建立了a-a'＝rx1θ，b-b'＝rx1θ，c-c'＝rx2θ，和d-d'＝rx2θ，剪切应变γ为rθ。如图9所示，通过适当的坐标转换，由剪切应变γ(τ＝G×γ：G横向弹性模量)引起的剪切应力τ可被视为被称为最大主应力(拉伸应力)σt和最小主应力(压缩应力)σc的相互正交的垂直应力。
这些主应力的方向相对于芯材1的长度方向倾斜45度。因此，如果可以在相对于芯材1的长度方向45度的方向上施加力，则理想情况下可以将扭矩T施加到芯材1上。根据该因素，可以认为，当压电材料2的缠绕角度被设置在45度附近时，能量转换效率η最大。
因此，通常，压电材料2相对于芯材1的缠绕角度在以45度为中心的45度±x的范围内。例如，该x值被设置为25度、20度、15度、10度、5度或0度。应注意，如图7所示，由于在缠绕角度为30度、45度或60度的情况下的能量转换效率η高于在缠绕角度为75度的情况下的能量转换效率η，因此缠绕角度通常设置在45度±15度的范围内。
此外，参考图7，关于压电材料2相对于芯材1的表面的占有率，基本上随着该占有率的值变得越高，能量转换效率η变得越高。因此，通常，该占有率被设置为20％或更高、30％或更高、40％或更高、…、90％或更高，等等。应注意的是，如图7所示，由于在缠绕角度为30度、45度或60度的情况下，占有率趋于在60％饱和，因此在缠绕角度为45度±15度的情况下，如果占有率被设置为60％或更高，则可以获得接近最大值的能量转换效率η。
<性能改善原因>
接下来，将描述通过设置多个压电材料2而提高压电线圈10的性能(压电响应性能、能量转换效率η)的原因。
图10是示出在根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)中，在芯材1的表面上的等效应力分布的数值模拟结果的图。图11是示出在根据本实施方式的压电线圈10中，在芯材1的表面上的等效应力分布的数值模拟结果的图(压电材料2：4个)。
应该注意的是，在图10和图11中，为等效应力分布设置了相同的灰度级。此外，在图10和图11中的模拟中，关于芯材1的材料、压电材料2的材料等各种条件，被设置为与上述模拟中的条件相同的条件。
从图10和图11所示的模拟结果中可以看出，在根据比较例的压电线圈10’和根据本实施方式的压电线圈10的任一情况下，产生的应力都集中在彼此相邻的压电材料2之间的区域中。
图12是示出在根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)中，在芯材1的横截面中的等效应力分布的数值模拟结果的图。图13是示出在根据本实施方式的压电线圈10中，在芯材1的横截面中的等效应力分布的数值模拟结果的图(压电材料2：4个)。
应该注意的是，在图12和图13中，为等效应力分布设置了相同的灰度级。此外，在图12和图13中的模拟中，关于芯材1的材料、压电材料2的材料等各种条件，被设置为与上述模拟中的条件相同的条件。
从图12和图13中所示的模拟结果可以看出，与根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)相比，在根据本实施方式的压电线圈10(压电材料2：4个)中，相对于芯材1的中心均匀对称地产生应力。此外，可以看出，与根据比较例的压电线圈10’相比，在根据本实施方式的压电线圈10中，产生强应力直到芯材1的内部的深部。因此，与比较例相比，在本实施方式中，压电材料2的力有效作用于芯材1的表面的面积增加。
因此，可以认为，与根据比较例的压电线圈10’相比，在根据本实施方式的压电线圈10中，其性能(压电响应性能、能量转换效率η)得到改善。
<压电材料2的数量>
接下来，将描述压电材料2的合适数量(压电材料2的分割数量)。图14是示出显示压电材料2的数量与变形率和产生的力之间的关系的数值模拟结果的图。在图14中，虚线的图表是对应于变形率的图表，实线图表是对应于产生的力的图表。图15是示出显示压电材料2的数量与能量转换效率η之间的关系的数值模拟结果的图。
在图14和图15的模拟中，关于芯材1的材料、压电材料2的材料等各种条件，被设置为与上述模拟中的条件相同的条件。
如图14所示，可以看出，随着压电材料2的数量的增加，变形率和产生的力趋于增加，。另一方面，可以认为，在压电材料2的数量约为4的情况下，变形率和产生的力趋于饱和，此外，即使在压电材料2的数量为5或更多的情况下，变形率和产生的力的性能改善也不会很大。
此外，如图15所示，可以看出，随着压电材料2的数量增加，能量转换效率η趋于增加。另一方面，可以认为，在压电材料2的数量约为4的情况下，能量转换效率η趋于饱和，此外，即使在压电材料2的数量为5或更多的情况下，变形率和产生的力的性能改善也不会很大。
出于上述原因，通常，压电材料2的数量被设置在2至10的范围内、2至7的范围内、3至5的范围内，等等。
<芯材1的杨氏模量与压电材料2的杨氏模量之间的关系>
接下来，将描述用于芯材1的材料的杨氏模量与用于压电材料2的材料的杨氏模量之间的关系。
在此评估中，首先，作为芯材1的材料，选择石墨、Mg合金、Al、Ti、SUS301、W这六种材料。从满足两个条件的角度选择这六种材料，一个条件是它可以用作电极(具有相对较高的电导率)，另一个条件是杨氏模量与其他材料的杨氏模量相比不同。
这里，由于六种材料的杨氏模量各自不同，整个压电线圈10的柔软性不同。因此，从变形率和产生的力的角度来看，无法比较各个压电线圈10的性能。因此，将每种材料用作芯材1时的压电线圈10的能量转换效率η用作待评估的物理量。
图16是示出显示芯材1的杨氏模量与能量转换效率η之间的关系的数值模拟结果图。在图16的模拟中，关于芯材1的材料、压电材料2的材料等各种条件，被设置为与上述模拟中的条件相同的条件。
从图16所示的结果可以看出，当使用Al作为芯材1的材料时，能量转换效率η最大。此外，重点关注作为此时用于压电材料2的材料的PZT的杨氏模量EPZT料，从计算结果中可以发现，当用于芯材1的材料的杨氏模量等于用于压电材料2的材料的杨氏模量时，能量转换效率η取最大值。
将对此因素进行定性描述。如果芯材1太软，则功＝力×移动量之中的力的项减小。结果，压电材料2对芯材1施加的功减小，压电线圈10的伸展和收缩效率降低。相反，如果芯材1太硬，则移动量的项减小，在这种情况下，线圈的拉伸和收缩效率也同样降低。也就是说，可以认为，通过将芯材1的杨氏模量和压电材料2的杨氏模量设置为相等，可以最大化从压电材料2施加到芯材1的功。
应注意，如图16所示，在芯材1的杨氏模量高于压电材料2的杨氏模量的情况下，能量效率趋于相对较低。另一方面，在芯材1的杨氏模量低于压电材料2的杨氏模量的情况下，能量转换效率η趋于相对急剧降低。
因此，通常，芯材1的杨氏模量被设置为相对于压电材料2的杨氏模量的-60％至+500％的范围内、-55％至+400％的范围内、-50％至+300％的范围内、-45％至+200％的范围内、-40％至+100％的范围内，等等。
<电力产生元件>
在上文中，主要描述了压电线圈10用作使用压电材料2的逆压电效应的压电致动器的情形。另一方面，在这里的描述中，将描述压电线圈10用作使用压电材料2的正压电效应的电力产生元件的情形。在压电线圈10用作电力产生元件的情形中，电极部分5用作用于提取由压电材料2的伸展和收缩产生的电力的电极。
此外，在这里的描述中，将描述压电线圈10(电力产生元件)用作能量采集器的情形。应当注意，压电线圈10(电力产生元件)当然也可以应用于除能量采集器之外的用途，并且通常可以用于任何应用，只要其用于根据物体的运动产生电力。
在压电线圈10用作能量采集器的情况下，压电线圈10例如被设置在可移动部分，诸如包括人类在内的动物的关节等，并且由活体肌肉M产生的功的一部分被提取为电力。也就是说，压电线圈10通过根据动物的运动而伸展和收缩来产生电力。此时的电力产生效率取决于压电线圈10的杨氏模量与作为压电线圈10的运动源的活体肌肉M的杨氏模量之间的比率。下文将对此进行描述。
为了概括，将活体肌肉M和压电线圈10的有效长度(Z轴方向)和横截面积(XY平面)正规化，并使用每单位长度的变形率(位移量)和每单位横截面积的力进行考虑。这里，基于活体肌肉M的运动的能量采集机构被建模为活体肌肉M和压电线圈10的并列连接的弹簧。
图17是示出能量采集机构建模为活体肌肉M和压电线圈10的并列连接的弹簧时的状态的图。
这里，将活体肌肉M和压电线圈10建模为并列连接的弹簧的原因是，在相对于身体表面的可移动部分设置压电线圈10的情况下，活体肌肉M和压电线圈10的变形率(位移量)相等。此时产生的电能与使活体肌肉M到压电线圈10的每单位体积的机械功WCOIL←MUSCLE成比例。
在这里，活体肌肉的杨氏模量M、最大变形率和每单位横截面积的最大产生力分别设为EMUSCLE、εMAX、和σMUSCLE。此外，压电线圈10的杨氏模量设为ECOIL。当使活体肌肉M从零位移达到最大变形率时的机械功WCOIL←MUSCLE由以下等式(1)表示。
WCOIL←MUSCLE＝ECOILεMAX 2/2...(1)
此外，当活体肌肉M和压电线圈10并列连接时，活体肌肉M的每单位横截面积的最大产生力σMUSCLE，利用EMUSCLE、ECOIL和εMAX由以下等式(2)表示。
σMUSCLE＝(EMUSCLE+ECOIL)εMAX...(2)
基于该等式(2)，等式(1)如以下的等式(3)来表示。
WCOIL←MUSCLE＝ECOILσMUSCLE 2/{2(EMUSCLE+ECOIL)2}...(3)
在这里，因为σMUSCLE是由活体肌肉M的原本性能产生的力，因此可以被视为常数。因此，WCOIL←MUSCLE可以被视为EMUSCLE/ECOIL的函数。
图18是示出WCOIL←MUSCLE与EMUSCLE/ECOIL之间关系的图。如从图18可以理解的是，当活体肌肉M的杨氏模量EMUSCLE等于压电线圈10的杨氏模量ECOIL时，使活体肌肉M到压电线圈10的每单位体积的机械功WCOIL←MUSCLE最大。也就是说，可以看出，当活体肌肉M的杨氏模量EMUSCLE与压电线圈10的杨氏模量ECOIL相等时，活体肌肉M的功最有效率地传递到压电线圈10，压电线圈10有效地产生电力。
这里，一般认为，在与间接运动相关的生物组织之中，肌肉细胞的杨氏模量约为10kPa，筋膜的杨氏模量为1至10MPa。因此，可以考虑，有效的活体肌肉M的杨氏模量EMUSCLE在10kPa至10MPa的范围内。因此，可以考虑，通过将压电线圈10的杨氏模量ECOIL设置在10kPa至10MPa的范围内，可以最大化使活体肌肉M到压电线圈10的每单位体积的机械功WCOIL←MUSCLE。
即，在压电线圈10用作根据动物的运动产生电力的能量采集器的情况下，压电线圈10的杨氏模量ECOIL通常设置在10kPa至10MPa的范围内。
应当注意，由于根据本实施方式的压电线圈10具有高的原始能量转换效率η，因此在将压电线圈10用作电力产生元件的情况下，压电线圈10能够以小的位移量(变形率)产生大的电力。
<电子设备>
根据本实施方式的压电线圈10(压电致动器、电力产生元件)可以安装在各种电子设备上。例如，压电线圈10可以用于微泵、相机焦面、喷墨打印机、显微镜台、位移放大机构等的驱动系统，或者可以用作汽车发动机支架或汽车悬架的减震器。应当注意，由于包括根据本实施方式的压电线圈10的设备被视为利用电子学的设备，因此任何设备都可以被视为根据本技术的电子设备。
图19是示出压电线圈10安装在杠杆式位移放大装置20上的示例的图。杠杆式位移放大装置20包括压电线圈10、固定部分21、以及输出单元22。输出单元22使用杠杆原理在与压电线圈10的伸展和收缩方向正交的方向上放大和输出压电线圈10的伸展和收缩。由于根据本实施方式的压电线圈10具有原始的大位移量(变形率)，因此即使在减小位移放大装置20的尺寸的情况下，也可以在输出单元22处获得较大的输出。
<作用等>
如上所述，根据本实施方式的压电线圈10包括线圈状的芯材1和多个带状的压电材料2，所述压电材料2螺旋状缠绕在芯材1上，以沿芯材1交替布置。由于根据本实施方式的压电线圈10中的压电材料2的数量被设为多个，因此与根据比较例的压电线圈10’(压电材料2：1个)相比，整个压电线圈10的变形率(位移量)和产生的力可以增加。此外，与根据比较例的压电线圈10’相比，根据本实施方式的压电线圈10能够提高能量转换效率η。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10中，可以通过将压电材料2的数量设置为合适的数量(例如，2至10的范围内、2至7的范围内、3至5的范围内)，进一步提高能量转换效率η。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10中，可以通过将压电材料2相对于芯材1的缠绕角度设置为合适的角度(例如，45度±x：x＝25度、20度、15度、10度、5度、0度)，进一步提高能量转换效率η。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10中，通过将压电材料2相对于芯材1的表面的占有率设置为合适的值(例如，20％或更高、30％或更高、40％或更高、…、90％或更高)，可以进一步提高能量转换效率η。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10中，通过将芯材1的杨氏模量设置为相对于压电材料2的杨氏模量的合适值(例如，在-60％至+500％的范围内、-55％至+400％的范围内、-50％至+300％的范围内、-45％至+200％的范围内、-40％至+100％的范围内，等等)，可以进一步提高能量转换效率η。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10中，在压电线圈10用作设置在关节等中的能量采集器的情况下，可以通过将压电线圈10的杨氏模量设置为合适的值(在10kPa至10MPa的范围内)来有效地进行电力产生。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10中，在压电材料2被夹在芯材1(或背面电极)与表面电极6之间的情况下，如果压电线圈10是压电致动器，则可以在压电材料2上施加强电场。此外，如果压电线圈10是电力产生元件，则可以从压电材料2有效地提取电力。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10中，在芯材1用作电极部分5的一部分的情况下，不需要特别地为压电线圈10设置背面电极等，因此可以简化电极部分5的配置。
此外，在根据本实施方式的压电线圈10用作压电致动器的情况下，由于能量转换效率η高，因此可以使用小的施加电压获得大的输出(位移量(变形率)、产生的力)。此外，在根据本实施方式的压电线圈10用作电力产生元件的情况下，由于能量转换效率η高，因此可以以小的位移量(变形率)获得大的电力。
图20是示出根据另一比较例的压电致动器30的图。该压电致动器30不存在芯材1，而是通过将1个压电材料2弯曲成螺旋状而构成的。因此，该压电致动器30存在以下问题：该压电致动器30相对于外力很脆弱，寿命短，在运输过程中可能损坏等。相比之下，根据本实施方式的压电线圈10由于存在芯材1，不发生这些问题。
<<各种修改示例>>
<电极部分的另一示例>
接下来，将描述电极部分的另一示例。图21是示出电极部分的另一示例的图。应注意的是，图21部分地示出压电线圈10的横截面的一半。如图21所示，电极部分7包括芯材1、表面电极6和两个内部电极9。此外，在这种情况下，压电材料2在压电材料2的厚度方向上分开，压电材料2包括在厚度方向上经由内部电极9堆叠的多个压电层8。此外，内部电极9分别插在各压电层8之间。
尽管在图21所示的示例中，内部电极9的数量是两个，但只要内部电极9的数量是一个或多个即可，没有特别限制。此外，尽管在图21所示的示例中，由于内部电极9的数量设为两个，因此压电层8的数量是3(内部电极9的数量+1)，但只要压电层8的数量是两个或更多即可，没有特别限制。
关于芯材1、内部电极9和表面电极6，分配正极或负极，使得在径向方向上正极和负极交替布置。内部电极9由与表面电极6类似的具有较高电导率的各种材料(例如金属)构成。
例如，包括这种内部电极9和表面电极6的压电线圈10例如以如下方式制成。首先，通过气相沉积、溅射、涂布等在压电层8的表面上形成内部电极9，并且制备必要数量的其上形成有内部电极9的压电层8。此外，通过气相沉积、溅射、涂布等在压电层8的表面上形成表面电极6，并且制备其上形成有表面电极6的压电层8。
然后，在堆叠了必要数量的其上形成有内部电极9的压电层8之后，在最外表面侧上堆叠其上形成有表面电极6的压电层8。然后，该叠层相对于芯材1螺旋状缠绕。因此，内部电极9通常相对于芯材1呈螺旋状。应注意，绝缘部分3分别插入在芯材1的长度方向上彼此相邻的内部电极9之间。
在设置如图21所示的内部电极9的实施方式中，电极之间的距离短。因此，在压电线圈10用作压电致动器的情况下，即使施加小的电压，也可以获得更大的输出(位移量(变形率)、产生的力)。此外，在压电线圈10用作电力产生元件的情况下，可以以小的位移量(变形率)获得更大的电力。
<电极部分的又一示例>
在上文中，已经描述了在压电材料2的厚度方向上施加电场的情况。另一方面，可以在压电材料2的长度方向上施加电场。
图22是示出在压电材料2的长度方向上施加电场的情况下的电极部分11的示例的图。应注意，图22所示的横截面是沿着压电材料2的螺旋的横截面(即，它不是与芯材的长度方向正交的横截面)，此外，图22部分地示出横截面的一半。
如图22所示，电极部分11包括沿着压电材料2的长度方向以预定间隔分开布置的多个内部电极12。压电材料2在压电材料2的长度方向上被分割，并且包括在长度方向上经由内部电极12堆叠的多个压电层13。
内部电极12由具有较高电导率的各种材料(例如金属)构成。此外，关于内部电极12，分配正极或负极，使得在压电材料2的长度方向上正极和负极交替布置。
例如，包括这种内部电极12的压电线圈10以如下方式制成。首先，通过气相沉积、溅射、涂布等在压电层12的一侧表面上形成内部电极12，并且制备必要数量的其上形成有内部电极12的压电层13。
然后，通过在压电材料2的长度方向上堆叠必要数量的其上形成有内部电极12的压电层13来形成堆叠物，并且该堆叠物相对于芯材1螺旋状缠绕。应注意，绝缘部分3分别插入在芯材1的长度方向上彼此相邻的内部电极12之间。
应当注意，在压电材料2的长度方向上施加电场的实施方式的情况下，不需要设置表面电极6，并且芯材1由绝缘材料构成，或者在芯材1的表面上形成绝缘层。
在压电材料2的长度方向上施加电场的实施方式的情况下，尽管与在压电材料2的厚度方向上施加电场的实施方式中的配置相比，电极部分11的配置更复杂，但是由于施加在压电材料2上的电场的方向与促使压电线圈10变形的压电材料2的伸展和收缩方向相同，因此压电性能的效率得到提高。因此，可以获得大的变形。此外，对于使用特别是在电场方向上进行大的伸展和收缩的压电材料的情况也是有利的。
<弯曲机构>
压电线圈10可以包括弯曲机构，该弯曲机构在线圈的中心轴方向(参见图1中的虚线)以外的方向上弯曲压电线圈10。图23是示出当弯曲机构在中心轴方向以外的方向上弯曲压电线圈10时的状态的图。
例如，弯曲机构可以是固定在压电线圈10要弯曲的一侧的支柱等。或者，弯曲机构也可以通过将电极部分5、7、11配置为具有特殊结构来实现，或者也可以通过针对要弯曲的一侧及其相对侧非均匀地设置施加电压来实现。
<其他>
在螺旋状缠绕的多个压电材料之中，一些压电材料2可用作用于压电线圈10的伸展和收缩的伸展和收缩压电材料，其他压电材料2可用作用于检测压电线圈10的伸展和收缩程度的检测用压电材料。由检测用压电材料检测的信息例如用作用于反馈控制的信息。在这种情况下，用于伸展和收缩压电材料的材料可以不同于用于检测用压电材料的材料。
<<第二实施方式>>
图24是根据本技术的第二实施方式的压电线圈200的横截面图。在下文中，将主要描述不同于第一实施方式的配置，类似于第一实施方式的配置将由类似的参考符号表示，并且将省略或简化对其的描述。
如图24所示，本实施方式与第一实施方式的不同之处在于，表面电极6’(第二电极)设置在压电材料2的表面上，并且是在径向方向(压电材料2的厚度方向)上与芯材1’(第一电极)相对的接地电极(负极)。类似于第一实施方式，芯材1’具有两种功能，即作为螺旋弹簧的功能，以及作为电极部分5’的一部分(第一电极)的功能。此外，作为芯材1’的材料，使用具有相对较高电导率的材料(例如，石墨，Mg合金，诸如Al、Ti、SUS、W、Au、Ag、Cu和Pt等金属)。
此外，类似于第一实施方式，电极层(第一电极)可以通过气相沉积、溅射、涂布等而特别地形成在芯材1’的表面上。
此外，表面电极6’是地电位，表面电极6’的材料示例可以包括类似于上述第一实施方式中的材料。表面电极6’以层状形式设置在压电材料2的表面上，以覆盖压电材料2的整个表面。
在本实施方式中，压电线圈200的表面电极6’连接到地电位，并在芯材1’上施加信号电压。由此，施加有电压的芯材1’被具有绝缘性的压电体覆盖，并且不在有可能直接接触压电线圈200的表面电极6’上施加电压，因此其作为防止触电或漏电的措施是有利的。
<<第三实施方式>>
图25(A)是根据本技术的第三实施方式的压电线圈300的横截面图。在下文中，将主要描述不同于第一实施方式的配置，类似于第一实施方式的配置将由类似的参考符号表示，并且将省略或简化对其的描述。
本实施方式与第一实施方式的不同之处在于，进一步提供了覆盖多个压电材料2的表面的树脂层4。在图25(A)中，树脂层4设置在位于压电材料2的外周侧的表面电极6的外周上，并且以层状形式形成为覆盖表面电极6的整个表面。作为用于树脂层4的材料，通常使用具有绝缘性、且柔软性相对高于用于压电材料2的材料的柔软性的材料。例如，可以使用乙烯基树脂、苯乙烯树脂、凝胶材料、聚氨酯树脂、硅树脂、橡胶树脂等。树脂层4例如通过浸渍等方式形成在表面电极6的表面上，并且类似于表面电极6，相对于芯材1呈螺旋状。应注意，树脂层4也可以插入在芯材1的长度方向(参见图1中的点划线)上彼此相邻的压电材料2之间，或者类似于第一实施方式，绝缘部分3(参见图4)可以分别插入在芯材1的长度方向上彼此相邻的压电材料2之间。
在本实施方式中，通过用树脂层4覆盖压电材料2，保护压电材料2免受外部冲击，并且抑制裂纹的产生和扩展。此外，由于树脂层4具有绝缘性，并且覆盖在表面电极6之间和压电材料2之间，因此可以防止放电，并且还可以提高施加电压期间的可靠性。
<修改示例>
图25(B)是作为根据第三实施方式的压电线圈300的修改示例的压电线圈300a的横截面图。在下文中，将主要描述不同于第三实施方式的配置，类似于第三实施方式的配置将由类似的参考符号表示，并且将省略或简化对其的描述。
第三实施方式的修改示例与第三实施方式的不同之处在于，表面电极6(第二电极)在厚度方向(径向方向)上与芯材1(第一电极)相对，且设置在压电材料2的表面上；压电线圈300a包括布置在压电材料2与表面电极6之间的树脂层4a，以代替树脂层4。
在图25(B)中，树脂层4a布置在压电材料2与表面电极6之间，并且以层状形式形成为覆盖压电材料2的整个表面。此外，表面电极6设置在树脂层4a的表面上，以覆盖树脂层4a的整个表面。通常，作为用于树脂层4a的材料，通常使用具有导电性、且柔软性相对高于用于压电材料2的材料的柔软性的材料。树脂层4a由导电性粉末和树脂构成。导电性粉末的示例可以包括金属粉末以及诸如石墨等导电性填料，树脂的示例可以包括上述第三实施方式中的材料。由此，当向表面电极6施加电压时，在压电材料2上施加预定电场。树脂层4a例如通过浸渍等方式形成在压电材料2的表面上，并且类似于表面电极6，相对于芯材1呈螺旋状。应注意，类似于第一实施方式，绝缘部分3可以插入在芯材1的长度方向上彼此相邻的压电材料2之间。
在本修改示例中，同样可以通过树脂层4a来吸收外部冲击和减少裂纹。
<压电线圈装置>
图26是压电线圈装置400的侧截面图。以下，将主要描述与第一实施方式的配置不同的配置，与第一实施方式的配置类似的配置将由类似的参考符号表示，并且将省略或简化其描述。
在本实施方式中，压电线圈装置400包括压电线圈10和壳体14，壳体14容纳压电线圈10并且具有相对于压电线圈10的中心轴方向的伸展和收缩特性或弯曲特性。如图26所示，壳体14具有波纹管结构。此外，作为壳体14的材料，通常由树脂或金属制成。在外壳14由树脂制成的情况下，例如，可以使用聚乙烯、聚酯等。在壳体14由金属制成的情况下，例如可以使用不锈钢或铝。至于壳体14是由树脂还是金属制成，可根据压电线圈10的参数来选择材料。也就是说，在提供产生的力大、位移小的压电线圈10的情况下，壳体14可以由杨氏模量相对较大的金属制成。另一方面，在提供产生的力小、位移大的压电线圈10的情况下，更有利的是壳体14由杨氏模量相对较小的树脂制成。此外，壳体14具有波纹管部分142、以及除波纹管部分以外的主要部分141，并且有利的是波纹管部分142的材料具有比主要部分141的材料小的杨氏模量。
此外，在容纳压电线圈10的外壳14由金属制成并且压电线圈10与外壳14之间可能发生放电的情况下，金属外壳14的内侧可以涂布具有绝缘性的树脂，或者可以像上述的压电线圈200一样使用表面电极6作为接地来确保绝缘。或者，可以像压电线圈300一样使用树脂层4覆盖表面电极6的整个表面来确保绝缘。
在本实施方式中，可以通过将压电线圈10容纳在具有伸展和收缩特性或弯曲特性的壳体14中来提供具有防潮性的压电线圈装置400。
需要注意的是，本技术也可以采用以下配置。
(1)一种压电线圈，包括：
线圈状的芯材；以及
多个带状的压电材料，所述多个压电材料螺旋状缠绕在所述芯材上以沿所述芯材交替布置。
(2)根据(1)的压电线圈，其中
所述压电材料的数量在2至10的范围内。
(3)根据(2)的压电线圈，其中
所述压电材料的数量在3至5的范围内。
(4)根据(1)至(3)中任一项的压电线圈，其中
所述压电材料以相对于所述芯材的45度±15度范围内的角度缠绕。
(5)根据(4)的压电线圈，其中
所述压电材料以相对于所述芯材的45度±10度范围内的角度缠绕。
(6)根据(1)至(5)中任一项的压电线圈，其中
所述压电材料相对于所述芯材的表面的占有率为30％或更高。
(7)根据(6)的压电线圈，其中
所述占有率为60％或更高。
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的压电线圈，其中
所述芯材的杨氏模量在相对于所述压电材料的杨氏模量的-60％至+500％的范围内。
(9)根据(8)的压电线圈，其中
所述芯材的杨氏模量在相对于所述压电材料的杨氏模量的-50％至+300％的范围内。
(10)根据(9)所述的压电线圈，其中
所述芯材的杨氏模量在相对于所述压电材料的杨氏模量的-40％至+100％的范围内。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的压电线圈，其中
所述压电线圈的杨氏模量在1kPa至10MPa的范围内。
(12)根据(11)的压电线圈，其中
所述压电线圈通过根据动物的运动而伸展和收缩，来产生电力。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的压电线圈，进一步包括
电极部分，所述电极部分包括第一电极和第二电极，在所述压电材料的厚度方向上所述压电材料被夹在所述第二电极与所述第一电极之间。
(14)根据(13)的压电线圈，其中
所述第一电极是所述芯材，以及
所述第二电极是设置在所述压电材料的表面上的表面电极。
(15)根据(14)所述的压电线圈，其中
所述压电材料包括在所述厚度方向上堆叠的多个压电层，以及
所述电极部分进一步包括分别插在各压电层之间的内部电极。
(16)根据(13)至(15)中任一项所述的压电线圈，其中
所述电极部分在所述厚度方向上向压电材料施加电场。
(17)根据(1)至(11)、(13)至(16)中任一项所述的压电线圈，其中
所述压电线圈是使用所述压电材料的逆压电效应的压电致动器。
(18)根据(1)至(15)中任一项的压电线圈，其中
所述压电线圈是使用所述压电材料的正压电效应的电力产生元件。
(19)根据(1)至(18)中任一项所述的压电线圈，进一步包括
弯曲机构，所述弯曲机构在所述压电线圈的线圈的中心轴方向以外的方向上弯曲所述压电线圈。
(20)一种电子设备，包括
压电线圈，所述压电线圈包括线圈状的芯材和多个带状的压电材料，所述多个压电材料螺旋状缠绕在所述芯材上，以沿所述芯材交替布置。
(21)根据(13)至(19)中任一项所述的压电线圈，其中
所述第二电极是设置在所述压电材料的表面上且在径向方向上与所述第一电极相对的接地电极。
(22)根据(1)至(19)、(21)中任一项所述的压电线圈，进一步包括
覆盖所述多个压电材料的表面的树脂层。
(23)根据(13)至(19)、(21)中任一项所述的压电线圈，其中
所述第二电极在径向方向上与所述第一电极相对，且设置在所述压电材料的表面上，以及
所述压电线圈进一步包括布置在所述压电材料与所述第二电极之间的树脂层。
(24)一种压电线圈装置，包括：
压电线圈，所述压电线圈包括线圈状的芯材和多个带状的压电材料，所述多个压电材料螺旋状缠绕在所述芯材上，以沿所述芯材交替布置；以及
壳体，所述壳体容纳所述压电线圈，并且具有相对于所述压电线圈的轴方向的伸展和收缩特性或弯曲特性。
(25)根据(24)所述的压电线圈装置，其中
所述壳体由树脂或金属制成。
参考标志列表
1 芯材
2 压电材料
3 绝缘部分
5、7、11 电极部分
6 表面电极
8、13 压电层
9、12 内部电极
10 压电线圈

Claims (20)

1.一种压电线圈，包括：
线圈状的芯材；以及
多个带状的压电材料，所述多个压电材料螺旋状缠绕在所述芯材上以沿所述芯材交替布置。
2.根据权利要求1所述的压电线圈，其中
所述压电材料的数量在2至10的范围内。
3.根据权利要求2所述的压电线圈，其中
所述压电材料的数量在3至5的范围内。
4.根据权利要求1所述的压电线圈，其中
所述压电材料以相对于所述芯材的45度±15度范围内的角度缠绕。
5.根据权利要求3所述的压电线圈，其中
所述压电材料以相对于所述芯材的45度±10度范围内的角度缠绕。
6.根据权利要求1所述的压电线圈，其中
所述压电材料相对于所述芯材的表面的占有率为30％或更高。
7.根据权利要求6所述的压电线圈，其中
所述占有率为60％或更高。
8.根据权利要求1所述的压电线圈，其中
所述芯材的杨氏模量在相对于所述压电材料的杨氏模量的-60％至+500％的范围内。
9.根据权利要求8所述的压电线圈，其中
所述芯材的杨氏模量在相对于所述压电材料的杨氏模量的-50％至+300％的范围内。
10.根据权利要求9所述的压电线圈，其中
所述芯材的杨氏模量在相对于所述压电材料的杨氏模量的-40％至+100％的范围内。
11.根据权利要求1所述的压电线圈，其中
所述压电线圈的杨氏模量在1kPa至10MPa的范围内。
12.根据权利要求11所述的压电线圈，其中
所述压电线圈通过根据动物的运动进行伸展和收缩，来产生电力。
13.根据权利要求1所述的压电线圈，进一步包括
电极部分，所述电极部分包括第一电极和第二电极，在所述压电材料的厚度方向上所述压电材料被夹在所述第二电极与所述第一电极之间。
14.根据权利要求13所述的压电线圈，其中
所述第一电极是所述芯材，以及
所述第二电极是设置在所述压电材料的表面上的表面电极。
15.根据权利要求14所述的压电线圈，其中
所述压电材料包括在所述厚度方向上堆叠的多个压电层，以及
所述电极部分进一步包括分别插在各压电层之间的内部电极。
16.根据权利要求13所述的压电线圈，其中
所述电极部分在所述厚度方向上向压电材料施加电场。
17.根据权利要求1所述的压电线圈，其中
所述压电线圈是使用所述压电材料的逆压电效应的压电致动器。
18.根据权利要求1所述的压电线圈，其中
所述压电线圈是使用所述压电材料的正压电效应的电力产生元件。
19.根据权利要求1所述的压电线圈，进一步包括
弯曲机构，所述弯曲机构在所述压电线圈的线圈的中心轴方向以外的方向上弯曲所述压电线圈。
20.一种电子设备，包括
压电线圈，所述压电线圈包括线圈状的芯材和多个带状的压电材料，所述多个压电材料螺旋状缠绕在所述芯材上，以沿所述芯材交替布置。
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