JP3874546B2 - 圧電トランス - Google Patents
圧電トランス Download PDFInfo
- Publication number
- JP3874546B2 JP3874546B2 JP22691698A JP22691698A JP3874546B2 JP 3874546 B2 JP3874546 B2 JP 3874546B2 JP 22691698 A JP22691698 A JP 22691698A JP 22691698 A JP22691698 A JP 22691698A JP 3874546 B2 JP3874546 B2 JP 3874546B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- primary
- electrodes
- electrode
- symmetry plane
- symmetry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 18
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 17
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000031872 Body Remains Diseases 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/40—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、
第１面、第２面、および外側横表面を有する圧電材料で作成した本体と、
その本体上に配置され、一次交流電圧に応答して前記本体を振動させる複数の一次電極と、
本体上に配置され、振動に応答して二次電圧を発生させる複数の二次電極とを含み、
外側横表面は、振動がないときには、対称軸を備えた第１円形シリンダの形状であり、前記第１面、第２面は、外側横表面の側に位置する外側部分と、この外側部分に囲まれた内側部分とを有する、
圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これらの特徴を有する圧電トランスは米国特許第２９７４２９６号に開示され、その図１に示されている。このトランスの本体は、軸方向に分極した細長い中空円形シリンダの形状を有する。一次電圧は、本体を囲む２つの電極の間で、その中央の両側に長手方向に印加され、それによって記本体は長手方向モードで振動する。二次電圧は、本体の端部の１つにあり、本体を囲む２つの電極の間で受け取られる。
すべての周知のトランスに共通する後述の欠陥に加えて、このトランスは、細長い中空シリンダの形状を有するために大量の製造が比較的困難であるという欠点を有する。したがってそのコストは比較的高い。
【０００３】
上記の特徴を有するもう１つのトランスが、同じ米国特許第２９７４２９６号に開示され、その図８に示されている。このトランスの本体は円形ディスクの形状を有し、その中央部分は軸方向に分極され、外側環状部分は半径方向に分極されている。一次電圧は、本体の中央部分の両側に配置された２つの電極の間に印加され、それによって本体は半径方向モードで振動する。二次電圧は、これらの電極の一方と本体の横表面上に配置された第３電極の間で受け取られる。
【０００４】
上記の特徴を有するさらに別のトランスが、同じ米国特許第２９７４２９６号に開示され、その図９に示されている。このトランスの本体は円形リングの形状を有し、その第１半分は、平面図では軸方向に分極されている。このリングの第２半分は２つの接線方向に分極された部分で形成され、この２つの部分の分極方向は互いに反対向きである。一次電圧は、リングの第１半分の両側に配置された２つの電極の間に印加され、それによって本体はいわゆる接線モードで振動する。二次電圧は、これら２つの電極の一方と第３電極との間で受け取られ、第３電極は、互いに反対の方向に分極された２つの部分が接合する場所でリングの第２半分を取り囲んでいる。
【０００５】
上記の２つのトランスは、その本体が異なる形で分極しなければならない複数の部分を有することから、製造が比較的困難であるという欠点を有する。したがって、これらのコストは比較的高い。
【０００６】
上述の周知のトランスを動作させるために必要な一次電圧を供給する手段は、明らかに、トランスの本体がその振動モード共振周波数の１つで振動するように構成されている。この振動に応答して発生する二次電圧の周波数は、明らかにこの振動の周波数と同じである。したがって、二次電圧の最低周波数は、トランス本体が振動するモードの基本共振周波数と同じである。
【０００７】
一般的には、物体の振動モードの１つで振動する物体の、したがって特に圧電トランス本体の基本共振周波数は、特に物体の寸法に依存し、他のすべてが同じであれば、その物体の寸法が小さいほど基本共振周波数が大きくなることが判っている。
【０００８】
上記のことおよび上述の周知のトランスの特徴から、結果として、使用可能な空間が極めて限られている装置中でこれらの周知のトランスの１つを使用しようとする場合には、トランス本体の基本共振周波数は高くなければならず、もちろんトランスが供給する二次電圧の周波数も高くなければならない。
【０００９】
使用可能な空間が極めて限られたこのような装置の一例として腕時計が挙げられるが、この場合、その内径が一般に３〜４ｃｍ以下であるケースに多くの構成部品を収容しなければならない。
【００１０】
上記のような従来の圧電トランスを腕時計中に配置しようとする場合、トランスの本体の寸法は、本体の基本共振周波数が、したがってトランスが発生する二次電圧の最低共振周波数が１００キロヘルツを超え、場合によっては数メガヘルツに達するほど小さくしなければならないことが、当業者には容易に理解されよう。
このような高い周波数の交流電圧を使用すると、問題を引き起こす可能性もある。
すなわち、たとえば、この電圧を受ける種々の導体によって必然的に形成される漂遊容量による損失が過大になる可能性があり、これらの漂遊容量は装置の正常な動作を妨げる可能性がある。
同様に、明らかに二次電圧と同じ周波数を持たなければならない一次電圧をトランスに供給する回路の電力消費量は、一般に周波数が高いほど電力消費量が多くなるので、過大になる可能性がある。
【００１１】
さらにまた、このような高い周波数を有する電圧をあらゆる目的に使用することはできない。
すなわち、例えば、腕時計中で使用するとしばしば有利である照明装置またはエレクトロルミネセンス表示装置には、数１０ボルトの振幅を有する交流電圧を供給しなければならないことが周知である。腕時計は一般に、１．５〜３ボルト程度の直流（ＤＣ）電圧を供給する電池または蓄電池によって給電される。このような直流電圧は、簡単な電子回路を使用して容易に交流電圧に変換することができるが、この交流電圧の振幅も明らかに１．５〜３ボルト程度である。
【００１２】
腕時計中のエレクトロルミネセンス装置にエネルギーを供給するするためにトランスを準備する必要があり、圧電トランスは一見して、このような用途に特によく適していると思われる。
しかしながら、エレクトロルミネセンス装置の寿命は、その供給電圧の周波数が数１０キロヘルツ、例えば３０〜４０キロヘルツを超える場合には、急激に短くなることも知られている。したがってこのような装置には、周知の圧電トランスから供給される電圧の周波数は高すぎるので、そのような圧電トランスによって電圧を供給することはできない。
【００１３】
他の圧電トランスも前述の米国特許第２９７４２９６号、米国特許第５２４１２３６号、同第５３６５１４１号、同第５３７１４３０号、同第５４４０１９５号に開示されていることに触れておきたい。しかしながら、これらのトランスでは、その所要空間が小さいときには、その本体の振動モードの基本共振周波数も非常に高くなるので、これらのトランスを前述の問題を解決するために使用することはできない。さらに、これらすべてのトランスの本体は平行六面体の形状を有し、したがって先に述べた一般的定義を満たさないことに留意されたい。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、この一般的定義を満たし、使用可能な空間が限られている装置中で容易に使用することができる十分に小さな寸法を有し、その発生する二次電圧が、同じ空間要件を有する既知のトランスによって発生される二次電圧の周波数が高過ぎる場合にも使用できる、十分に低い基本周波数を有するモードでその本体が振動するように構成された圧電トランスを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、第１面、第２面、および外側横表面を有する圧電材料で作成した本体と、本体上に配置され、一次交流電圧に応答して前記本体を振動させる複数の一次電極と、本体上に配置され、振動に応答して二次電圧を発生させる複数の二次電極とを含み、外側横表面は、振動がないときには、対称軸を有する第１シリンダの形状を有し、第１面、第２面はそれぞれ、外側横表面の側面側に位置する外側部分と、この外側部分に囲まれた内側部分とを有し、一次電極は、一次電圧が少なくとも実質上所定の周波数に等しい周波数を有するときに、外側横表面が第１だ円形シリンダの形状と第２だ円形シリンダの形状とを交互にとるように配置され、第１だ円形シリンダは、対称軸に垂直な長径と短径とを有し、その長径は対称軸を含む第１対称面内にあり、短径は第１対称面に垂直でやはり対称軸を含む第２対称面内にあり、第２だ円形シリンダは、対称軸に垂直な長径と短径とを有し、その長径は前記第２対称面内にあり、また短径は前記第１対称面内にあり、外側横表面が前記第１および第２だ円形シリンダの一方の形状を有するとき、それぞれの長径は、円形シリンダの直径に等しい最小値から最大値まで増加し、次いでその最大値から最小値に減少して規則的に変化する長さを有し、その後、外側横表面は、前記の第１および第２だ円形シリンダとは別の形状をとることを特徴とする圧電トランスによって達成される。
【００１６】
本発明のその他の目的および利点は、非限定的な例によって添付の図面を参照して以下で行う、本発明の選択された実施形態のいくつかの説明によって明らかになろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、全体を参照記号１で示す本発明によるトランスの一実施形態を概略的に示す図である。
トランス１は、圧電材料で作成した単一部品で形成された本体２を含む。この圧電材料は当業者に周知の種々の圧電材料のどれでもよいので、その性質についてここでは述べない。
トランス１が動作していないとき、本体２は、互いに平行な、それぞれ図１と図３に示す２つの平行な面３、４を有する円形リングの形状を有する。
【００１８】
本体２の外側横表面と内側横表面とは各々、参照記号Ａで示される円対称軸を有する直円形シリンダの形状を有する。これらの外側横表面と内側横表面、およびこれらを形成するシリンダを、それぞれ参照記号ＥおよびＩで示す。さらに、これらの表面Ｅ、Ｉと、面３、４の内側輪郭および外側輪郭を形成し、明らかに対称軸である軸Ａに中心を置く円である面３、４の平面との交差部をそれぞれ参照記号Ｅ１、Ｅ２、Ｉ１、Ｉ２で示す。
【００１９】
後で明らかになる理由によって、軸Ａと同じ軸、および横表面Ｅ、Ｉを形成するシリンダの直径の算術平均に等しい直径を有する円形シリンダを図２に参照記号Ｃにより鎖線で示す。さらに、面３、４におけるこのシリンダＣの軌跡を図１と図３にそれぞれ参照記号Ｃ１およびＣ２により鎖線で示す。
【００２０】
本体２の圧電材料は、軸Ａに平行な方向で面３から面４に向かう方向に均一に分極されている。この分極を図２に矢印Ｐで示す。
トランス２はまた、本体２の面上に配置され、参照記号５〜１２で示された８個の電極を含む。
これらの電極のうち、電極５〜８は面３の周辺すなわち円のＣ１の外側に配置されている。すなわち、これらの電極５〜８は面３の幅の半分より少し小さい幅を占め、各電極は９０°よりわずかに小さな中心角内に配置されている。さらに、これらの電極５〜８は互いに電気的に絶縁されている。
【００２１】
後で明らかになる理由によって、図１と図３には参照記号Ｎ１とＮ２で２つの平面が示されている。これら２つの平面は、軸Ａで交差して４つの９０°の角を形成し、一方の面は電極５、６と電極７、８の間を通過し、他方の面は電極５、８と電極６、７の間を通過する。これらの平面Ｎ１、Ｎ２の軌跡は図１と図３に同じ参照記号により鎖線で示されている。さらに、これらの平面Ｎ１、Ｎ２によって決められ、それぞれ電極５〜８のうちの１つを含む、４つの空間ゾーンがそれぞれ参照記号Ｚ１〜Ｚ４で示されている。
【００２２】
本体２の面３の内側部分の円Ｃ１内に電極９〜１２が配置され、これらの電極はまた前記面３の幅の半分より少し小さい幅を占め、それらと電極５〜８の間に絶縁スペースを残している。これらの電極９〜１２は、また９０°よりわずかに小さな中心角内に配置され、それぞれ先に定めたゾーンＺ１〜Ｚ４に位置する。
また電極９〜１２は互いに電気絶縁されているが、各電極は、参照記号１３〜１６で示される導電経路によって電極５〜８のうちの１つに接続されている。
さらに正確には、経路１３〜１６はそれぞれ、電極５と１０、電極６と１１、電極７と１２、および電極８と９を接続する。さらに経路１３〜１６は、平面Ｎ１、Ｎ２の軌跡が中間円Ｃ１と交差する点の１つをそれぞれが含むように配置されている。
【００２３】
トランス１はさらに、本体２の面４上に配置され、参照記号１７〜２４で示される別の８個の電極を含む。これらの電極１７〜２４はそれぞれ電極５〜１２に面して配置され、したがってこれらの電極に類似のものである。したがって、電極１７〜２４についてはこれ以上詳しくは説明しない。導電経路２５〜２８はそれぞれ電極１７と２２、電極１８と２３、電極１９と２４、および電極２０と２１を接続していることだけを述べておく。さらに、これらの経路２５〜２８は、平面Ｎ１、Ｎ２の軌跡が円Ｃ２と交差する点の１つをそれぞれが含むように配置されている。
【００２４】
図２の断面図に見られる電極６、８、１０、１２、１８、２０、２２、２４の厚さは、図２を見やすくするために、著しく誇張してあることに留意されたい。これらの電極ならびに見えない電極および導電経路１３〜１６と２５〜２８は、本体２の面３、４上に非常に薄い金属層を単に付着させることによって従来の方法で行われることが、当業者には理解されよう。
【００２５】
トランス１はまた、トランス本体２の振動を励起する電圧をトランスに供給し、この振動によって生ずる電圧を使用する回路に電極５〜１２および１７〜２４を接続する手段も含む。振動およびこの振動がこの電圧を発生させる方法については後で述べる。
この例では、これらの接続手段は、導電性材料で作成されて、それぞれ例えばボンディングによって導電経路１３〜１６および２５〜２８の１つに１端部が固定されたロッド２９〜３６によって形成される。
さらにまた、後で明らかになる理由によって、これらのロッド２９〜３６は、図１および図３に示すように、平面Ｎ１、Ｎ２が円Ｃ１、Ｃ２と交差する点において経路１３〜１６、２５〜２８に固定することが好ましい。
【００２６】
以下のトランス１の動作に関する記載を読めば、これらのロッド２９〜３６または少なくともそのうちのいくつかを使用して、トランス１を適当な支持体上に機械的に固定することもできることが、当業者には容易に理解されよう。
トランス１の動作の説明を始める前に、トランス１が互いに垂直をなす２つの対称面Ｓ１、Ｓ２を含み、これらの平面Ｓ１、Ｓ２は同時に平面Ｎ１、Ｎ２によって形成される角を二分する平面であることを強調する。これらの平面Ｓ１、Ｓ２の軌跡を、図１と図３に同じ参照番号により鎖線で示す。
【００２７】
電極５、７、９、１１、１７、１９、２１、２３の各々は平面Ｓ１に対して対称であること、および電極６、８、１０、１２、１８、２０、２２、２４の各々は平面Ｓ２に対して対称であることがわかる。さらに、電極５、９、１７、２１は平面Ｓ２に対して電極７、１１、１９、２３に対称であり、かつ電極６、１０、１８、２２は平面Ｓ１に関して電極８、１２、２０、２４に対称である。
【００２８】
次に上述のトランス１の動作を図４に示した特定の例を用いて記載する。この例に限定することを意味しないのはいうまでもない。
この例では、接続ロッド２９、３１が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＰ１に接続されている。同様に、接続ロッド３３、３５が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＰ２に接続されている。さらにまた、接続ロッド３０、３２が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＳ１に接続され、接続ロッド３４、３６が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＳ２に接続されている。
この接続ロッド２９〜３６と端子ＢＰ１、ＢＰ２、ＢＳ１、ＢＳ２との間の接続は、当業者にはその製造は問題とならないので、さらに詳しくは記載しない。
【００２９】
後で明らかになるように、端子ＢＰ１、ＢＰ２はトランス１に加えられる交流電圧すなわち一次電圧を受け取ることを目的とする。同様に端子ＢＳ１、ＢＳ２は、トランス１によって発生した電圧すなわち二次電圧をそれらの間に受け取る端子である。これらの一次電圧および二次電圧を、以後それぞれ電圧Ｕｐ、電圧Ｕｓと呼ぶことにする。
【００３０】
端子ＢＰ１、ＢＰ２が実際には存在せず、電圧Ｕｐは例えば接続ロッド２９、３３の両端間に直接加えられることは、当業者には容易に理解されよう。同様に、端子ＢＳ１、ＢＳ２は存在せず、したがって電圧Ｕｓは例えば接続ロッド３０、３４の両端間に直接受け取られる。
トランス１の電極５〜１２、１７〜２４も、導電経路１３〜１６、２５〜２８と同様に極めて概略的に図４に示されている。
【００３１】
この場合、電極５、７、１０、１２は互いに接続され、そして端子ＢＰ１に接続され、同様に電極１７、１９、２２、２４は端子ＢＰ２に接続されている。さらにまた、電極６、８、９、１１は互いに接続され、そして端子ＢＳ１に接続され、同様に電極１８、２０、２１、２３は端子ＢＳ２に接続されている。
【００３２】
換言すれば、本体２の各々の面３、４の上で、直径方向に向かい合っている２つのゾーンに位置する外側電極が互いに接続され、またそれらは２つの別のゾーンに位置する内側電極に接続されている。こうして、例えば面３の上のゾーンＺ１とゾーンＺ３とにそれぞれ位置する外側電極５、７は、同じ面３の上に位置するがゾーンＺ２とゾーンＺ４とにそれぞれ位置する内側電極１０、１２に接続されている。
【００３３】
トランス１に一次交流電圧Ｕｐを供給する電源と、トランス１によって供給される二次交流電圧Ｕｓが供給される装置を図４においてそれぞれ参照記号４１と４２で示す。
電源４１はどのような様式にすることもできるので、これについては記載しない。さらに、一次電圧Ｕｐはどのような波形にすることもできることは、当業者には容易に理解されよう。特に、この電圧Ｕｐは正弦波にすることができ、または一般に方形波として分類される波形とすることができる。いずれも、第１定常値と、この第１定常値の絶対値に等しいがこれとは反対の符号を付けた第２定常値とを交互に有する。
【００３４】
装置４２は、電圧Ｕｓなどの交流電圧が供給されるべきさまざまな装置のどの１つであってもよいので、その精密な性質は記載しない。
交流電圧Ｕｐによって、電極対５と１７、７と１９、１０と２２、１２と２４のそれぞれの間に位置する本体２の４つの部分に対して電界Ｆが加えられる。その電界は交流である。以下の説明では、これらの電極５、７、１０、１２、１７、１９、２２、２４を一次電極と呼び、本体２のこれらの電極の部分を本体２の一次部分と呼ぶことにする。
【００３５】
電界Ｆは、軸Ａの方向に平行な、したがって本体２の材料の分極方向Ｐに平行な方向を有し、また交互に分極方向Ｐと同じ方向および逆方向である方向を有する。
周知の方法で、一般に電気機械結合と呼ばれる電界Ｆと本体２の材料との横方向電気機械結合によって、先に定義した本体２の４つの一次部分に対して機械的応力が加えられることになる。電界Ｆは交互に２つの方向を有するので、これらの機械的応力は、やはり周知の方法で、軸Ａに垂直なあらゆる方向でのこれら４つの一次部分の収縮と膨張とを起こさせる。
【００３６】
先に定義した４つの一次部分の第１および第２部分、すなわち電極５、１７および電極７、１９のそれぞれの間に位置する部分は、やはり先に定義した４つの一次部分の第１および第２部分にそれぞれ位置する本体２の外側部分、すなわちゾーンＺ１、Ｚ３であることがわかる。これらの第１および第２一次部分は平面Ｓ２に対して互いに対称であり、またこれらの各々は平面Ｓ１に対して対称である。
【００３７】
第３および第４一次部分すなわち電極１０、２２および電極１２、２４のそれぞれの間に位置する部分は、本体２の第２および第４ゾーンすなわちゾーンＺ２およびゾーンＺ４にそれぞれ位置する本体２の内側部分であることもわかる。これらの第３および第４一次部分は平面Ｓ１に対して互いに対称であり、これらの各々は平面Ｓ２に対して対称である。
これら４つの一次部分は同じ応力を受け、それは電界Ｆに応じて膨張か収縮のいずれかであることは明らかである。
【００３８】
これらの一次部分の２つが、平面Ｓ２に対して互いに対称であって各々が平面Ｓ１に対して対称である本体２の外側部分であること、および他の２つの一次部分が、平面Ｓ１に対して互いに対称であって各々が平面Ｓ２に対して対称である本体２の内側部分であることのために、一次電圧Ｕｐの周波数が後で指定する所定の周波数ｆｒに少なくとも実質上等しいときには、上記の交替応力は、後で明らかになる理由によって、双だ円モードと言われる特定のモードの本体２の振動を引き起こす。あとでわかるように、基本共振周波数である周波数ｆｒを有するこの双だ円モードは、本体の全体形状が変化しないままである前述の周知のトランス本体の振動モードとは完全に異なる。
【００３９】
双だ円振動モードについては、後で図５を参照して詳細に説明する。
図５では本体２の面３だけが見えることに留意すべきである。さらにまた、この面３の上に配置された電極５〜１２、導電経路１３〜１６、および接続ロッド２９〜３２は、図面を不必要に複雑化しないように図５には示さなかった。
図５には、面３の内側輪郭Ｅ１と外側輪郭Ｉ１が実線で示されている。これらの輪郭は、本体２が振動していないときには円形である。同様に、中間円Ｃ１を鎖線で示す。
【００４０】
下記の説明を単純化するために、だ円形シリンダが軸Ａに垂直の平面のいずれかと交差することによって形成されるだ円の長径であるもの、または短径であるものをそれぞれ、これから述べるさまざまなだ円形シリンダの長径または短径と呼ぶことに留意されたい。
【００４１】
先に述べた本体２の特定の振動モードは、この本体２がそのモードで振動するときには、第１だ円リングと第２だ円リングの形状を交互にとるので、双だ円モードと呼ばれる。これらのだ円リングは後で示すように可変でもある。
換言すれば、本体２がこの双だ円モードで振動すると、その外壁Ｅは、以後外側だ円形シリンダと呼ぶことにする第１だ円形シリンダと第２だ円形シリンダの形状を交互にとり、この本体２の内壁Ｉは、以後内側だ円形シリンダと呼ぶことにする別の第１だ円形シリンダと別の第２だ円形シリンダの形状を交互にとる。
【００４２】
さらに正確には、第１外側だ円形シリンダと第２外側だ円形シリンダの長径はそれぞれ平面Ｓ１、Ｓ２に位置し、第１内側だ円形シリンダと第２内側だ円形シリンダの長径も同様である。さらに、第１外側だ円形シリンダと第２外側だ円形シリンダの短径はそれぞれ平面Ｓ２、Ｓ１に位置し、第１内側だ円形シリンダと第２内側だ円形シリンダの短径も同様である。これらすべての長径と短径は明らかに軸Ａに垂直である。
【００４３】
さらに、本体２の外壁Ｅと内壁Ｉが前記外側だ円形シリンダと内側だ円形シリンダとをそれぞれ交互にとると、これらのだ円形シリンダの各々の長径の長さは規則的に変化し、最小値から最大値に増加し、それからその最小値に減少する。それから外壁Ｅと内壁Ｉは、本体２の振動がないときに有する円形シリンダをとった後に、他の外側だ円形シリンダと内側だ円形シリンダの形状になる。
同時に、これらのだ円形シリンダの各々の短径の長さも、規則的であるが逆方向に変化し、この長さは最大値から最小値に減少し、それからその最大値に増加するので、本体２の容積は常に一定に保たれる。
【００４４】
本体２が上記の様式で振動すると、中間シリンダＣも、以後中間だ円形シリンダと呼ぶことにする第１だ円形シリンダと第２だ円形シリンダとを交互にとり、その長径もまた平面Ｓ１、Ｓ２にそれぞれ位置し、その短径もまた平面Ｓ２、Ｓ１にそれぞれ位置することは明らかである。さらにまた、これらの中間だ円形シリンダの長径と短径の長さは、先に述べたものと同様な様式で変化する。
【００４５】
前記の外側、内側、および中間だ円形シリンダの各々の長径の最小長さと、これらの短径の最大長さは明らかに、それぞれ振動がない場合の外壁Ｅ、内壁Ｉ、および中間シリンダＣの直径に等しいことにも留意すべきである。これらの長径の最大長さと、これらの短径の最小長さとは、例えば本体２の材料の機械的および電気機械的特徴、一次電圧Ｕｐの周波数と振幅などの、さまざまなファクタによって左右される。他のすべてが同じ場合には、これらの長径の最大長さと、これらの短径の最小長さは、電圧Ｕｐの周波数が本体２の双だ円共振モードの基本共振周波数ｆｒに等しいときに、それぞれそれらの最高値と最低値とを有することは、当業者には容易に理解されよう。
【００４６】
図５は、前述のだ円形シリンダと本体２の面３の平面との交差によって形成されるさまざまなだ円の２つの例を示す。これらのだ円は、これらを形成するだ円形シリンダと同じ方法で呼ぶことにする。
したがって図５では、第１外側だ円の一例と第２外側だ円の一例とを点線で示し、それぞれ参照符号Ｅ１１、Ｅ１２で示す。
同様に、対応する第１内側だ円と第２内側だ円の例をやはり点線で示し、参照符号Ｉ１１、Ｉ１２で示す。
最後に、対応する第１中間だ円と第２中間だ円の例を鎖線で示し、それぞれ参照符号Ｃ１１、Ｃ１２で示す。
図５に示すさまざまなだ円は非常に誇張されており、実際には、これらの長径と短径の最大長さと最小長さとの差は、これらの長さの１０００分の１以下であることに留意されたい。
【００４７】
先に述べた双だ円モードでの本体２の振動は明らかに、電極対６と１８、８と２０、９と２１、１１と２３との間にそれぞれ位置する本体２の４つの部分への、軸Ａに垂直の方向の、交番する機械的な収縮応力と膨張応力の付加を引き起こす。これらの４つの部分を、以下の記載では二次部分と呼ぶことにする。
【００４８】
周知の方法で、交番応力と本体２の材料の分極Ｐとの間の電気機械結合は、これらの二次部分において電界Ｆ’を発生させる。この電界Ｆ’もまた交番し、これは分極Ｐの方向と平行な方向を有し、また分極Ｐの方向と同じ方向とその反対方向とが交番する方向を有する。さらに周知の方法で、この電界Ｆ’は、先に列挙した本体２の二次部分となる電極対の両端に、したがってトランス１の端子ＢＳ１とＢＳ２との両端に二次交流電圧Ｕｓを発生させる。
【００４９】
上記の例では、４つの二次部分の第１と第２、すなわち電極９、２１の間と電極１１と２３の間にそれぞれ位置する二次部分は、本体２の内側部分であり、先に定義したゾーンの第１と第２、すなわちゾーンＺ１とＺ３にそれぞれ位置し、そこには、やはり先に定義した第１および第２一次部分がそれぞれ位置する。これらの第１および第２二次部分も平面Ｓ２に関して互いに対称であり、これらの各々は平面Ｓ１に対して対称である。
【００５０】
同様に、第３と第４二次部分、すなわち電極６、１８の間と電極８と２０の間にそれぞれ位置する二次部分は、本体２の外側部分であり、先に定義したゾーンの第３と第４、すなわちゾーンＺ２とＺ４にそれぞれ位置し、そこには、やはり先に定義した第３および第４の一次部分がそれぞれ位置する。これらの第３および第４の二次部分も平面Ｓ１に関して互いに対称であり、これらの各々は平面Ｓ２に対して対称である。
【００５１】
ところで、本体２の材料は軸Ａに垂直のすべての方向に等方性である。この結果、この例で一次部分として選ばれた本体２の部分は、同様に二次部分としても選択されることができ、この逆も可能である。
同様に、一次電極として選ばれた電極は、同様に二次電極として選ぶことができ、この逆も可能である。
【００５２】
こうして一般に、トランス１の本体２の面３、４の各々は第１および第２一次電極を含み、これらの電極は、平面Ｓ１、Ｓ２の第１面に対して互いに対称であり、各々が平面Ｓ１、Ｓ２の第２面に対して対称である外側電極であると言える。
面３、４の各々は第３および第４一次電極も含み、これらの電極は、先に定義した平面の第２面に対して互いに対称であり、各々が前記の平面の第１面に対して対称である内側電極である。
さらに、面３、４の各々は第１および第２二次電極を含み、これらの電極は、先に定義した平面の第１面に対して互いに対称であり、各々が前記の平面の第２面に対して対称である内側電極である。
最後に、面３、４の各々は第３および第４二次電極を含み、これらの電極は、先に定義した平面の第２面に対して互いに対称であり、各々が前記の平面の第１面に対して対称である外側電極である。
【００５３】
本体２が前述の双だ円モードで振動すると、やはり先に定義した第１中間双だ円形シリンダは、軸Ａに平行な４本の直線に沿って平面Ｎ１、Ｎ２と交差するということ、その４本の直線は中間円形シリンダが平面Ｎ１、Ｎ２と交差する直線でもあり、その位置は本体２の振動の振幅がどうであっても固定されることに留意すべきである。さらに、第２中間だ円形シリンダが同じ４本の直線に沿って平面Ｎ１、Ｎ２と交差する。
【００５４】
こうして、これらの４本の直線は本体２の双だ円振動節直線であり、４本の直線が本体２の面３、４の平面と交差する点は前記振動の節点である。これは、接続ロッド２９〜３２が前述のようにこれらの点で固定されることが好ましいことの理由である。
【００５５】
理論的考察をここでは繰り返さないが、この考察は、本体２などのリングの双だ円振動モードの基本共振周波数ｆｒは下記の式によって得られることを示す。
【数１】
【００５６】
ただし、Ｒｅは、本体２の振動がない場合の本体２の外側半径であり、
αは、やはり本体２の振動がない場合の、本体２の内側半径Ｒｉと外側半径Ｒｅとの比Ｒｉ／Ｒｅに依存する解析的に決定される係数であり、
Ｅは、本体２の材料のヤング率であり、
ρは、本体２の材料の比重であり、
υは、本体２の材料のポアソン比である。
【００５７】
図６は、本体２の内側半径Ｒｉと外側半径Ｒｅとの比Ｒｉ／Ｒｅの関数として、前記の係数αの変化を示す。この場合には、この係数αは、固形円盤について比Ｒｉ／Ｒｅがゼロにおける約１．３７から比Ｒｉ／Ｒｅが０．９における約０．１７にまで変化していることがわかる。
【００５８】
周知であり頻繁に使用される通常ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）と呼ばれるセラミック材料が、本体２のための材料として使用される場合には、
Ｅ＝６７・１０9パスカル
ρ＝７．５・１０3ｋｇｍ-3
υ＝０．３
である。
さらに、例えばそれぞれ８ｍｍと５ｍｍである値が本体２の外側半径Ｒｅと内側半径Ｒｉのために任意に選択され、したがって比Ｒｉ／Ｒｅが０．６２５である場合には、図６は係数αが約０．３８の値を有することを示す。
この状況で、上記の式（１）によれば、
ｆｒ＝２３．６８ｋＨｚ
となる。
【００５９】
共振周波数が所定の値、例えば２５ｋＨｚを有し、また半径Ｒｅが例えば６ｍｍであることを望む場合には、上の式（１）は、先の例と同じ材料では、係数αは、０．３０になるはずである。比Ｒｉ／Ｒｅは図６にしたがって０．７になるはずである。これは本体２の内側半径Ｒｉとして４．２ｍｍの値を与える。
【００６０】
上述の理論的考察はまた、トランス１の二次部分が負荷に全く接続されておらず、電圧Ｕｐの周波数が上式（１）によって与えられる基本共振周波数に等しいときには、二次電圧Ｕｓと一次電圧Ｕｐとの間の比、すなわちトランス１のオフロード変圧比Ｔは下記の式で得られる。
【数２】
ただし、Ｑは、本体２の過剰電圧係数すなわちキュー（Ｑ）であり、本体２の材料の機械的特徴に依存する。
ｋは、この例で使用されすでに述べた結合モードにおける、本体２の材料の有効電気機械結合係数である。
この変圧比Ｔは本体２の材料の特徴のみに依存し、本体２の寸法には依存しないことがわかる。
本体２の材料が上記の例で述べた材料であるときには、
Ｑ＝８００
ｋ＝０．２
となる。
この場合には、上式（２）にしたがって
Ｔ＝３３．３
となる。
【００６１】
本体２の厚さ、すなわち軸Ａに平行な方向における本体２の寸法は上の式（１）、（２）に現れないので、共振周波数ｆｒと変圧比Ｔはこのような厚さとは無関係であることに留意すべきである。しかしながら本体２の厚さに明らかに依存する本体２の機械的耐性は、本体２にとって、全く損傷することなく振動中に受ける機械的応力に耐えるように十分でなければならないことは、当業者には理解されよう。
さらに、本体２の厚さがトランス１の一次および二次インピーダンスに影響することも、当業者には理解されよう。
【００６２】
本体２がその振動中に受ける機械的応力の値を計算できるようにする、先に挙げた理論的考察は、本体２は一般に１ｍｍ程度、または本体２が製造される材料によっては１ｍｍ以下の厚さを有することができ、しかもその機械的耐性が不足しないことを示す。この厚さの正確な値は明らかに、一次および二次インピーダンスが所望の値を有するように決定される。
【００６３】
図７は本発明によるトランスの別の実施形態を示すもので、この場合、全体的に参照記号５１で示されている。
トランス５１は、円形リング５３、５４の形状をなす２つの同じ部分を含む本体５２を含み、円形リング５３、５４は、やはり参照記号Ａで示す円対称軸を有する。
リング５３、５４は、当業者には周知の圧電材料のいずれであってもよい圧電材料で作られ、互いに対面するリング５３、５４の表面全体を覆う導電材料の薄い金属層を介して互いに固定される。後でわかるように、この金属層は、参照記号５５で示す共通電極を形成する。
【００６４】
リング５３、５４の圧電材料は、軸Ａに平行な方向に均一に分極されるが、リング５３の材料の分極方向は、リング５４の材料の分極方向と逆である。図７に示す例では、それぞれ参照記号Ｐ１、Ｐ２で示す矢印で表されたこれらの分極は、リング５３、５４の外面５６、５７から電極５５に向かっている。これらの分極Ｐ１、Ｐ２を同じように反対方向に向けることができるのは、当業者には容易に理解されよう。
【００６５】
トランス５１はまた、リング５３、５４の外面５６、５７の上に配置された電極、これらの電極を接続して対にする導電経路、およびこれらの電極を一次交流電圧と二次交流電圧の供給が目的となる装置とに接続できるようにする接続ロッドを含む。トランス５１のこれらの構成部品は、図１と図３に示したトランス１の対応する構成部品と完全に同じであり、またこれらと同じ参照記号で示されているので、ここでは再び説明しないことにする。
【００６６】
図８は、上に説明したトランス５１を動作させる方法を示す図である。
この場合には、図４に示したトランス１の場合におけるように、接続ロッド２９、３１が互いに接続され、かつ第１一次端子ＢＰ１に接続されている。さらに、接続ロッド３３、３５も図４の場合におけるように互いに接続されているが、しかしこれらは第１一次端子ＢＰ１に接続されている。
同様に、図４の場合のように、接続ロッド３０、３２は互いに接続され、かつ第１二次端子ＢＳ１に接続されている。さらに、接続ロッド３４、３６も図４の場合におけるように互いに接続されているが、しかしこれらは第１二次端子ＢＳ１に接続されている。
最後に、共通電極５５が第２一次端子ＢＰ２と第２二次端子ＢＳ２とに接続されている。
【００６７】
やはりＵｐで示す一次電圧を供給することを目的とする電源、およびトランス５１がやはりＵｓで示す二次電圧を供給すべき装置も、図８では図４の場合と同様に、それぞれ同じ参照記号４１と４２で示されている。
【００６８】
先に述べたトランス１に類似して、共通電極５５と電極５、７、１０、１２との間に位置するリング５３の部分をリング５３の一次部分と呼ぶ。同様に、共通電極５５と電極１７、１９、２２、２４との間に位置するリング５４の部分をリング５４の一次部分と呼ぶ。さらに、リング５３の一次部分の１つとこれに面して位置するリング５４の一次部分とによって形成される本体５２の部分を本体の一次部分と呼ぶ。したがって本体５２の一次部分は、電極対５と１７、７と１９、１０と２２、および１２と２４の間にそれぞれ位置する。これらの電極５、７、１０、１２、１７、１９、２２、２４を一次電極と呼ぶ。
【００６９】
また先に述べたトランス１に類似して、共通電極５５と電極６、８、９、１１との間に位置するリング５３の部分をリング５３の二次部分と呼ぶ。同様に、共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に位置するリング５４の部分をリング５４の二次部分と呼ぶ。さらに、リング５３の二次部分の１つとこれに面して位置するリング５４の二次部分とによって形成される本体５２の部分を本体の二次部分と呼ぶ。したがって本体５２のこれらの二次部分は、電極対６と１８、８と２０、９と２１、および１１と２３の間にそれぞれ位置する。これらの電極６、８、９、１１、１８、２０、２１、２３を二次電極と呼ぶ。
【００７０】
本体５２の一次部分と二次部分は、正確にトランス１の本体２と同じ相互関係で配置されている。同様に、本体５２の面５６、５７の各々の上には、一次電極と二次電極とが、正確にトランス１の本体２の面３、４の上に位置するものと同じ相互関係で配置されている。
【００７１】
一次電圧Ｕｐに応じてリング５３とリング５４の一次部分にそれぞれ発生する電界Ｆ１、Ｆ２は常に、同時に、それぞれの分極Ｐ１、Ｐ２と同じ方向またはこの分極の方向と反対の方向のいずれかを有することもわかる。
【００７２】
こうして、電界Ｆ１とリング５３の材料との、および電界Ｆ２とリング５４の材料との横方向電気機械結合は、前記リング５３、５４の一次部分すべての上に同じ機械的応力を付加させ、そしてこれらの応力は、軸Ａに垂直なあらゆる方向への前記一次部分の収縮と膨張とを交互に引き起こす。
【００７３】
リング５３とリング５４の一次部分は、先に定義したように対として本体５２の一次部分を形成し、この結果、一次電圧Ｕｐの周波数が少なくとも実質的に式（１）によって先に決定された周波数ｆｒと同じときには、トランス５１の本体５２も、トランス１の場合でも先に記載した双だ円モードで振動する。したがって、この双だ円モード振動をここで再度説明はしない。
【００７４】
同様に、トランス５１の本体５２がこの双だ円モードで振動すると、リング５３、５４の二次部分は同様に同じ機械的応力を受けるので、これらの二次部分の中に発生する電界Ｆ１’、Ｆ２’は常に、それぞれの分極Ｐ１、Ｐ２と同じ方向またはこの分極Ｐ１、Ｐ２の方向と反対の方向のいずれかを有する。
したがって、これらの電界Ｆ１’、Ｆ２’に応じて一方では共通電極５５と電極６、８、９、１１との間に、また他方では共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に発生する電圧は、常に同じ極性を有し、一緒に二次電圧Ｕｓを形成する。
電圧ＵｓとＵｐとの比すなわちトランス５１の変圧比Ｔは、前述の式（２）によっても得られ、したがってこれは前述のトランス１の変圧比と同じである。
【００７５】
図９は、図７を参照して説明したトランス５１の別の動作方法を示す。
この場合には、接続ロッド２９、３１が互いに接続され、第１一次端子ＢＰ１ａに接続され、接続ロッド３０、３２が互いに接続され、第２一次端子ＢＰ１ｂに接続されている。
共通電極５５は第３一次端子ＢＰ２に接続されている。
【００７６】
やはりこの場合でも、接続ロッド３３、３５が互いに接続され、第１二次端子ＢＳ１に接続され、接続ロッド３４、３６が互いに接続され、第２二次端子ＢＳ２に接続されている。
【００７７】
この場合には、トランス５１は６１で示す電源によって電力が供給される。この電源６１は一次電圧Ｕｐを形成する２つの交流電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２と一緒に供給し、これらの電圧は同じ周波数と同じ振幅とを有するが、互いに１８０°の位相差がある。言い換えれば、これらの電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２は常に互いに相反する極性を有する。この電源６１は、この実現を当業者が理解できるので詳しくは記載しない。
【００７８】
電源６１は端子ＢＰ１ａ、ＢＰ１ｂ、およびＢＰ２に、電圧Ｕｐ１が端子ＢＰ１ａと端子ＢＰ２の間に印加され、電圧Ｕｐ２が端子ＢＰ１ｂと端子ＢＰ２の間に印加されるように接続されている。
【００７９】
この場合、本体５２の一次部分は２つの群を形成し、このうちの第１群は、共通電極５５と電極５、７、１０、１２との間に位置する一次部分によって形成され、第２群は、共通電極５５と電極６、８、９、１１との間に位置する一次部分によって形成される。
【００８０】
同様に、本体５２の二次部分も２つの群を形成し、このうちの第１群は、共通電極５５と電極１７、１９、２２、２４との間に位置する二次部分によって形成され、第２群は、共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に位置する二次部分によって形成される。
【００８１】
この実施形態の場合にはこうして、一次部分のすべてと二次部分のすべては、それぞれリング５３とリング５４とに属する。
第１群の一次部分と第２群の一次部分においては、電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２に応じて発生したそれぞれの電界Ｆ１、Ｆ２が常に互いに相反する方向を有し、これらの電界Ｆ１、Ｆ２の各々もまた、リング５３の材料の分極Ｐ１と同じ方向または前記分極Ｐ１の方向と反対の方向のいずれかを有する。
【００８２】
この結果、第１群の一次部分が例えば機械的膨張応力を受けると、第２群の一次部分が機械的収縮応力を受け、またその逆となる。
ゾーンＺ１、Ｚ３の各々において、外側部分すなわち電極５、７に対面してそれぞれ位置する部分が、これらの一次部分の第１群に属し、内側部分すなわち電極９、１１に対面してそれぞれ位置する部分が、一次部分の第２群に属することもわかる。
同様に、別のゾーンＺ２、Ｚ４の各々において、外側部分すなわち電極６、８に対面してそれぞれ位置する部分は、これらの一次部分の第２群に属し、内側部分すなわち電極１０、１２に対面してそれぞれ位置する部分が、一次部分の第１群に属する。
【００８３】
この結果、一般に、２つの直径方向に対向するゾーンＺ１〜Ｚ４に位置する外側部分が、例えば収縮応力を受けると、同じゾーンに位置する内側部分は膨張応力を受ける。さらに、２つの別のゾーンに位置する外側部分は膨張応力を同時に受け、これらのゾーンに位置する内側部分は圧縮応力を受ける。
【００８４】
本体５２のさまざまな一次部分におけるこの応力分布の効果は、電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２の周波数が先に式（１）によって決定された周波数ｆｒに少なくとも実質的に等しいときに、本体５２が前述の双だ円モードで振動することである。
同様に、トランス５１の本体５２がこの双だ円モードで振動して、第１群の二次部分がこの振動に応じて例えば機械的膨張応力を受けると、第２群の二次部分は機械的収縮応力を受け、またこの逆もある。
【００８５】
この結果、第１群のこれらの二次部分と第２群のこれらの二次部分にそれぞれ発生した電界Ｆ１’、Ｆ２’は、常に互いに相反する方向を有する。さらに、これらの電界Ｆ１’、Ｆ２’に応じて一方では共通電極５５と電極１７、１９、２２、２４との間に、他方では共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に発生した電圧は、明らかに同じ周波数と同じ振幅とを有し、常に互いに相反する方向を有する。
【００８６】
接続ロッド３３〜３６が、先に説明し図９に示す様式で接続されると、これら２つの電圧は一緒になって、トランス５１によって発生される二次電圧Ｕｓを形成する。
この場合、トランスの変圧比Ｔも前述の式（２）によって得られる。
同等の空間要件では、本実施形態によるトランス本体の双だ円モードの基本共振周波数は、先に述べた周知のトランスの本体の振動モードの基本共振周波数よりも著しく低いことがわかる。
【００８７】
こうして、本発明によるトランスは、周知のトランスが供給する周波数よりも著しく低い周波数を有する二次電圧を供給することができる。
しかも、本発明によるトランスの変圧比は周知のトランスのそれと同じ程度か、またはそれよりも高い。
【００８８】
本発明によるトランスは、使用可能空間が限られた腕時計などの装置や、比較的低い周波数を有する比較的高い交流電圧を得ることが必要なすべての場合などにおける使用に特によく適合する。
【００８９】
さらに、本発明によるトランス本体またはこの本体を形成する各部品を作るための圧電材料が、その面に垂直な方向に均一に分極されるという事実は、前記本体の製造を簡単にし、トランスのコスト価格を節減する。
【００９０】
本発明によるトランスの実施形態を記載したが、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明によるトランスの多くの変更が可能であることは明らかである。
【００９１】
こうして、例えば、本発明によるトランスの本体に中央開口を設けることなく固形ディスクの形状を与えることは可能であり、このディスクを図１〜図３のトランス１の本体２のような単一部分として作ることができ、または図７のトランス１の本体５２のような２つの同じ部分として形成することができる。
【００９２】
同様に、本発明によるトランスの本体の上に配置されたさまざまな電極は、記載した例のものとは異なる形状を有することもでき、これらの接続部も異なった様式で達成することができる。
【００９３】
先に記載した例におけるように多くの二次電極を設けることは、強制的でないことも当業者には理解されよう。実際に、単に一対の二次電極、例えば図４と図８の電極６と１８、または１１と２３、または図９の電極１７と１８、または２１と２２を準備しても十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明実施形態による圧電トランスの第１面の概略図である。
【図２】 図１のトランスの図１の軸のII−IIに沿った概略断面図である。
【図３】 図１のトランスの第２面の概略図である。
【図４】 図１〜図３のトランスの動作方法を示す概略図である。
【図５】 図１〜図３のトランス本体の変形を示す概略図である。
【図６】 図１〜図３のトランス本体の特性を示す概略図である。
【図７】 本発明によるトランスの別の実施形態を示す概略図である。
【図８】 図７のトランスの動作方法を示す概略図である。
【図９】 図７のトランスの別の動作方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１ トランス
２ 本体
３ 本体の第１面
４ 本体の第２面
５〜１２ 電極
１３〜１６ 電極
１７〜２４ 電極
２５〜２８ 導電経路
２９〜３６ 接続ロッド
４１ 電源
４２ 装置
５３ 円形リング
５４ 円形リング
５５ 共通電極
５６ 円形リングの外面
５７ 円形リングの外面
６１ 電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、
第１面、第２面、および外側横表面を有する圧電材料で作成した本体と、
その本体上に配置され、一次交流電圧に応答して前記本体を振動させる複数の一次電極と、
本体上に配置され、振動に応答して二次電圧を発生させる複数の二次電極とを含み、
外側横表面は、振動がないときには、対称軸を備えた第１円形シリンダの形状であり、前記第１面、第２面は、外側横表面の側に位置する外側部分と、この外側部分に囲まれた内側部分とを有する、
圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これらの特徴を有する圧電トランスは米国特許第２９７４２９６号に開示され、その図１に示されている。このトランスの本体は、軸方向に分極した細長い中空円形シリンダの形状を有する。一次電圧は、本体を囲む２つの電極の間で、その中央の両側に長手方向に印加され、それによって記本体は長手方向モードで振動する。二次電圧は、本体の端部の１つにあり、本体を囲む２つの電極の間で受け取られる。
すべての周知のトランスに共通する後述の欠陥に加えて、このトランスは、細長い中空シリンダの形状を有するために大量の製造が比較的困難であるという欠点を有する。したがってそのコストは比較的高い。
【０００３】
上記の特徴を有するもう１つのトランスが、同じ米国特許第２９７４２９６号に開示され、その図８に示されている。このトランスの本体は円形ディスクの形状を有し、その中央部分は軸方向に分極され、外側環状部分は半径方向に分極されている。一次電圧は、本体の中央部分の両側に配置された２つの電極の間に印加され、それによって本体は半径方向モードで振動する。二次電圧は、これらの電極の一方と本体の横表面上に配置された第３電極の間で受け取られる。
【０００４】
上記の特徴を有するさらに別のトランスが、同じ米国特許第２９７４２９６号に開示され、その図９に示されている。このトランスの本体は円形リングの形状を有し、その第１半分は、平面図では軸方向に分極されている。このリングの第２半分は２つの接線方向に分極された部分で形成され、この２つの部分の分極方向は互いに反対向きである。一次電圧は、リングの第１半分の両側に配置された２つの電極の間に印加され、それによって本体はいわゆる接線モードで振動する。二次電圧は、これら２つの電極の一方と第３電極との間で受け取られ、第３電極は、互いに反対の方向に分極された２つの部分が接合する場所でリングの第２半分を取り囲んでいる。
【０００５】
上記の２つのトランスは、その本体が異なる形で分極しなければならない複数の部分を有することから、製造が比較的困難であるという欠点を有する。したがって、これらのコストは比較的高い。
【０００６】
上述の周知のトランスを動作させるために必要な一次電圧を供給する手段は、明らかに、トランスの本体がその振動モード共振周波数の１つで振動するように構成されている。この振動に応答して発生する二次電圧の周波数は、明らかにこの振動の周波数と同じである。したがって、二次電圧の最低周波数は、トランス本体が振動するモードの基本共振周波数と同じである。
【０００７】
一般的には、物体の振動モードの１つで振動する物体の、したがって特に圧電トランス本体の基本共振周波数は、特に物体の寸法に依存し、他のすべてが同じであれば、その物体の寸法が小さいほど基本共振周波数が大きくなることが判っている。
【０００８】
上記のことおよび上述の周知のトランスの特徴から、結果として、使用可能な空間が極めて限られている装置中でこれらの周知のトランスの１つを使用しようとする場合には、トランス本体の基本共振周波数は高くなければならず、もちろんトランスが供給する二次電圧の周波数も高くなければならない。
【０００９】
使用可能な空間が極めて限られたこのような装置の一例として腕時計が挙げられるが、この場合、その内径が一般に３〜４ｃｍ以下であるケースに多くの構成部品を収容しなければならない。
【００１０】
上記のような従来の圧電トランスを腕時計中に配置しようとする場合、トランスの本体の寸法は、本体の基本共振周波数が、したがってトランスが発生する二次電圧の最低共振周波数が１００キロヘルツを超え、場合によっては数メガヘルツに達するほど小さくしなければならないことが、当業者には容易に理解されよう。
このような高い周波数の交流電圧を使用すると、問題を引き起こす可能性もある。
すなわち、たとえば、この電圧を受ける種々の導体によって必然的に形成される漂遊容量による損失が過大になる可能性があり、これらの漂遊容量は装置の正常な動作を妨げる可能性がある。
同様に、明らかに二次電圧と同じ周波数を持たなければならない一次電圧をトランスに供給する回路の電力消費量は、一般に周波数が高いほど電力消費量が多くなるので、過大になる可能性がある。
【００１１】
さらにまた、このような高い周波数を有する電圧をあらゆる目的に使用することはできない。
すなわち、例えば、腕時計中で使用するとしばしば有利である照明装置またはエレクトロルミネセンス表示装置には、数１０ボルトの振幅を有する交流電圧を供給しなければならないことが周知である。腕時計は一般に、１．５〜３ボルト程度の直流（ＤＣ）電圧を供給する電池または蓄電池によって給電される。このような直流電圧は、簡単な電子回路を使用して容易に交流電圧に変換することができるが、この交流電圧の振幅も明らかに１．５〜３ボルト程度である。
【００１２】
腕時計中のエレクトロルミネセンス装置にエネルギーを供給するするためにトランスを準備する必要があり、圧電トランスは一見して、このような用途に特によく適していると思われる。
しかしながら、エレクトロルミネセンス装置の寿命は、その供給電圧の周波数が数１０キロヘルツ、例えば３０〜４０キロヘルツを超える場合には、急激に短くなることも知られている。したがってこのような装置には、周知の圧電トランスから供給される電圧の周波数は高すぎるので、そのような圧電トランスによって電圧を供給することはできない。
【００１３】
他の圧電トランスも前述の米国特許第２９７４２９６号、米国特許第５２４１２３６号、同第５３６５１４１号、同第５３７１４３０号、同第５４４０１９５号に開示されていることに触れておきたい。しかしながら、これらのトランスでは、その所要空間が小さいときには、その本体の振動モードの基本共振周波数も非常に高くなるので、これらのトランスを前述の問題を解決するために使用することはできない。さらに、これらすべてのトランスの本体は平行六面体の形状を有し、したがって先に述べた一般的定義を満たさないことに留意されたい。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、この一般的定義を満たし、使用可能な空間が限られている装置中で容易に使用することができる十分に小さな寸法を有し、その発生する二次電圧が、同じ空間要件を有する既知のトランスによって発生される二次電圧の周波数が高過ぎる場合にも使用できる、十分に低い基本周波数を有するモードでその本体が振動するように構成された圧電トランスを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、第１面、第２面、および外側横表面を有する圧電材料で作成した本体と、本体上に配置され、一次交流電圧に応答して前記本体を振動させる複数の一次電極と、本体上に配置され、振動に応答して二次電圧を発生させる複数の二次電極とを含み、外側横表面は、振動がないときには、対称軸を有する第１シリンダの形状を有し、第１面、第２面はそれぞれ、外側横表面の側面側に位置する外側部分と、この外側部分に囲まれた内側部分とを有し、一次電極は、一次電圧が少なくとも実質上所定の周波数に等しい周波数を有するときに、外側横表面が第１だ円形シリンダの形状と第２だ円形シリンダの形状とを交互にとるように配置され、第１だ円形シリンダは、対称軸に垂直な長径と短径とを有し、その長径は対称軸を含む第１対称面内にあり、短径は第１対称面に垂直でやはり対称軸を含む第２対称面内にあり、第２だ円形シリンダは、対称軸に垂直な長径と短径とを有し、その長径は前記第２対称面内にあり、また短径は前記第１対称面内にあり、外側横表面が前記第１および第２だ円形シリンダの一方の形状を有するとき、それぞれの長径は、円形シリンダの直径に等しい最小値から最大値まで増加し、次いでその最大値から最小値に減少して規則的に変化する長さを有し、その後、外側横表面は、前記の第１および第２だ円形シリンダとは別の形状をとることを特徴とする圧電トランスによって達成される。
【００１６】
本発明のその他の目的および利点は、非限定的な例によって添付の図面を参照して以下で行う、本発明の選択された実施形態のいくつかの説明によって明らかになろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、全体を参照記号１で示す本発明によるトランスの一実施形態を概略的に示す図である。
トランス１は、圧電材料で作成した単一部品で形成された本体２を含む。この圧電材料は当業者に周知の種々の圧電材料のどれでもよいので、その性質についてここでは述べない。
トランス１が動作していないとき、本体２は、互いに平行な、それぞれ図１と図３に示す２つの平行な面３、４を有する円形リングの形状を有する。
【００１８】
本体２の外側横表面と内側横表面とは各々、参照記号Ａで示される円対称軸を有する直円形シリンダの形状を有する。これらの外側横表面と内側横表面、およびこれらを形成するシリンダを、それぞれ参照記号ＥおよびＩで示す。さらに、これらの表面Ｅ、Ｉと、面３、４の内側輪郭および外側輪郭を形成し、明らかに対称軸である軸Ａに中心を置く円である面３、４の平面との交差部をそれぞれ参照記号Ｅ１、Ｅ２、Ｉ１、Ｉ２で示す。
【００１９】
後で明らかになる理由によって、軸Ａと同じ軸、および横表面Ｅ、Ｉを形成するシリンダの直径の算術平均に等しい直径を有する円形シリンダを図２に参照記号Ｃにより鎖線で示す。さらに、面３、４におけるこのシリンダＣの軌跡を図１と図３にそれぞれ参照記号Ｃ１およびＣ２により鎖線で示す。
【００２０】
本体２の圧電材料は、軸Ａに平行な方向で面３から面４に向かう方向に均一に分極されている。この分極を図２に矢印Ｐで示す。
トランス２はまた、本体２の面上に配置され、参照記号５〜１２で示された８個の電極を含む。
これらの電極のうち、電極５〜８は面３の周辺すなわち円のＣ１の外側に配置されている。すなわち、これらの電極５〜８は面３の幅の半分より少し小さい幅を占め、各電極は９０°よりわずかに小さな中心角内に配置されている。さらに、これらの電極５〜８は互いに電気的に絶縁されている。
【００２１】
後で明らかになる理由によって、図１と図３には参照記号Ｎ１とＮ２で２つの平面が示されている。これら２つの平面は、軸Ａで交差して４つの９０°の角を形成し、一方の面は電極５、６と電極７、８の間を通過し、他方の面は電極５、８と電極６、７の間を通過する。これらの平面Ｎ１、Ｎ２の軌跡は図１と図３に同じ参照記号により鎖線で示されている。さらに、これらの平面Ｎ１、Ｎ２によって決められ、それぞれ電極５〜８のうちの１つを含む、４つの空間ゾーンがそれぞれ参照記号Ｚ１〜Ｚ４で示されている。
【００２２】
本体２の面３の内側部分の円Ｃ１内に電極９〜１２が配置され、これらの電極はまた前記面３の幅の半分より少し小さい幅を占め、それらと電極５〜８の間に絶縁スペースを残している。これらの電極９〜１２は、また９０°よりわずかに小さな中心角内に配置され、それぞれ先に定めたゾーンＺ１〜Ｚ４に位置する。
また電極９〜１２は互いに電気絶縁されているが、各電極は、参照記号１３〜１６で示される導電経路によって電極５〜８のうちの１つに接続されている。
さらに正確には、経路１３〜１６はそれぞれ、電極５と１０、電極６と１１、電極７と１２、および電極８と９を接続する。さらに経路１３〜１６は、平面Ｎ１、Ｎ２の軌跡が中間円Ｃ１と交差する点の１つをそれぞれが含むように配置されている。
【００２３】
トランス１はさらに、本体２の面４上に配置され、参照記号１７〜２４で示される別の８個の電極を含む。これらの電極１７〜２４はそれぞれ電極５〜１２に面して配置され、したがってこれらの電極に類似のものである。したがって、電極１７〜２４についてはこれ以上詳しくは説明しない。導電経路２５〜２８はそれぞれ電極１７と２２、電極１８と２３、電極１９と２４、および電極２０と２１を接続していることだけを述べておく。さらに、これらの経路２５〜２８は、平面Ｎ１、Ｎ２の軌跡が円Ｃ２と交差する点の１つをそれぞれが含むように配置されている。
【００２４】
図２の断面図に見られる電極６、８、１０、１２、１８、２０、２２、２４の厚さは、図２を見やすくするために、著しく誇張してあることに留意されたい。これらの電極ならびに見えない電極および導電経路１３〜１６と２５〜２８は、本体２の面３、４上に非常に薄い金属層を単に付着させることによって従来の方法で行われることが、当業者には理解されよう。
【００２５】
トランス１はまた、トランス本体２の振動を励起する電圧をトランスに供給し、この振動によって生ずる電圧を使用する回路に電極５〜１２および１７〜２４を接続する手段も含む。振動およびこの振動がこの電圧を発生させる方法については後で述べる。
この例では、これらの接続手段は、導電性材料で作成されて、それぞれ例えばボンディングによって導電経路１３〜１６および２５〜２８の１つに１端部が固定されたロッド２９〜３６によって形成される。
さらにまた、後で明らかになる理由によって、これらのロッド２９〜３６は、図１および図３に示すように、平面Ｎ１、Ｎ２が円Ｃ１、Ｃ２と交差する点において経路１３〜１６、２５〜２８に固定することが好ましい。
【００２６】
以下のトランス１の動作に関する記載を読めば、これらのロッド２９〜３６または少なくともそのうちのいくつかを使用して、トランス１を適当な支持体上に機械的に固定することもできることが、当業者には容易に理解されよう。
トランス１の動作の説明を始める前に、トランス１が互いに垂直をなす２つの対称面Ｓ１、Ｓ２を含み、これらの平面Ｓ１、Ｓ２は同時に平面Ｎ１、Ｎ２によって形成される角を二分する平面であることを強調する。これらの平面Ｓ１、Ｓ２の軌跡を、図１と図３に同じ参照番号により鎖線で示す。
【００２７】
電極５、７、９、１１、１７、１９、２１、２３の各々は平面Ｓ１に対して対称であること、および電極６、８、１０、１２、１８、２０、２２、２４の各々は平面Ｓ２に対して対称であることがわかる。さらに、電極５、９、１７、２１は平面Ｓ２に対して電極７、１１、１９、２３に対称であり、かつ電極６、１０、１８、２２は平面Ｓ１に関して電極８、１２、２０、２４に対称である。
【００２８】
次に上述のトランス１の動作を図４に示した特定の例を用いて記載する。この例に限定することを意味しないのはいうまでもない。
この例では、接続ロッド２９、３１が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＰ１に接続されている。同様に、接続ロッド３３、３５が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＰ２に接続されている。さらにまた、接続ロッド３０、３２が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＳ１に接続され、接続ロッド３４、３６が互いに電気的に接続され、かつ端子ＢＳ２に接続されている。
この接続ロッド２９〜３６と端子ＢＰ１、ＢＰ２、ＢＳ１、ＢＳ２との間の接続は、当業者にはその製造は問題とならないので、さらに詳しくは記載しない。
【００２９】
後で明らかになるように、端子ＢＰ１、ＢＰ２はトランス１に加えられる交流電圧すなわち一次電圧を受け取ることを目的とする。同様に端子ＢＳ１、ＢＳ２は、トランス１によって発生した電圧すなわち二次電圧をそれらの間に受け取る端子である。これらの一次電圧および二次電圧を、以後それぞれ電圧Ｕｐ、電圧Ｕｓと呼ぶことにする。
【００３０】
端子ＢＰ１、ＢＰ２が実際には存在せず、電圧Ｕｐは例えば接続ロッド２９、３３の両端間に直接加えられることは、当業者には容易に理解されよう。同様に、端子ＢＳ１、ＢＳ２は存在せず、したがって電圧Ｕｓは例えば接続ロッド３０、３４の両端間に直接受け取られる。
トランス１の電極５〜１２、１７〜２４も、導電経路１３〜１６、２５〜２８と同様に極めて概略的に図４に示されている。
【００３１】
この場合、電極５、７、１０、１２は互いに接続され、そして端子ＢＰ１に接続され、同様に電極１７、１９、２２、２４は端子ＢＰ２に接続されている。さらにまた、電極６、８、９、１１は互いに接続され、そして端子ＢＳ１に接続され、同様に電極１８、２０、２１、２３は端子ＢＳ２に接続されている。
【００３２】
換言すれば、本体２の各々の面３、４の上で、直径方向に向かい合っている２つのゾーンに位置する外側電極が互いに接続され、またそれらは２つの別のゾーンに位置する内側電極に接続されている。こうして、例えば面３の上のゾーンＺ１とゾーンＺ３とにそれぞれ位置する外側電極５、７は、同じ面３の上に位置するがゾーンＺ２とゾーンＺ４とにそれぞれ位置する内側電極１０、１２に接続されている。
【００３３】
トランス１に一次交流電圧Ｕｐを供給する電源と、トランス１によって供給される二次交流電圧Ｕｓが供給される装置を図４においてそれぞれ参照記号４１と４２で示す。
電源４１はどのような様式にすることもできるので、これについては記載しない。さらに、一次電圧Ｕｐはどのような波形にすることもできることは、当業者には容易に理解されよう。特に、この電圧Ｕｐは正弦波にすることができ、または一般に方形波として分類される波形とすることができる。いずれも、第１定常値と、この第１定常値の絶対値に等しいがこれとは反対の符号を付けた第２定常値とを交互に有する。
【００３４】
装置４２は、電圧Ｕｓなどの交流電圧が供給されるべきさまざまな装置のどの１つであってもよいので、その精密な性質は記載しない。
交流電圧Ｕｐによって、電極対５と１７、７と１９、１０と２２、１２と２４のそれぞれの間に位置する本体２の４つの部分に対して電界Ｆが加えられる。その電界は交流である。以下の説明では、これらの電極５、７、１０、１２、１７、１９、２２、２４を一次電極と呼び、本体２のこれらの電極の部分を本体２の一次部分と呼ぶことにする。
【００３５】
電界Ｆは、軸Ａの方向に平行な、したがって本体２の材料の分極方向Ｐに平行な方向を有し、また交互に分極方向Ｐと同じ方向および逆方向である方向を有する。
周知の方法で、一般に電気機械結合と呼ばれる電界Ｆと本体２の材料との横方向電気機械結合によって、先に定義した本体２の４つの一次部分に対して機械的応力が加えられることになる。電界Ｆは交互に２つの方向を有するので、これらの機械的応力は、やはり周知の方法で、軸Ａに垂直なあらゆる方向でのこれら４つの一次部分の収縮と膨張とを起こさせる。
【００３６】
先に定義した４つの一次部分の第１および第２部分、すなわち電極５、１７および電極７、１９のそれぞれの間に位置する部分は、やはり先に定義した４つの一次部分の第１および第２部分にそれぞれ位置する本体２の外側部分、すなわちゾーンＺ１、Ｚ３であることがわかる。これらの第１および第２一次部分は平面Ｓ２に対して互いに対称であり、またこれらの各々は平面Ｓ１に対して対称である。
【００３７】
第３および第４一次部分すなわち電極１０、２２および電極１２、２４のそれぞれの間に位置する部分は、本体２の第２および第４ゾーンすなわちゾーンＺ２およびゾーンＺ４にそれぞれ位置する本体２の内側部分であることもわかる。これらの第３および第４一次部分は平面Ｓ１に対して互いに対称であり、これらの各々は平面Ｓ２に対して対称である。
これら４つの一次部分は同じ応力を受け、それは電界Ｆに応じて膨張か収縮のいずれかであることは明らかである。
【００３８】
これらの一次部分の２つが、平面Ｓ２に対して互いに対称であって各々が平面Ｓ１に対して対称である本体２の外側部分であること、および他の２つの一次部分が、平面Ｓ１に対して互いに対称であって各々が平面Ｓ２に対して対称である本体２の内側部分であることのために、一次電圧Ｕｐの周波数が後で指定する所定の周波数ｆｒに少なくとも実質上等しいときには、上記の交替応力は、後で明らかになる理由によって、双だ円モードと言われる特定のモードの本体２の振動を引き起こす。あとでわかるように、基本共振周波数である周波数ｆｒを有するこの双だ円モードは、本体の全体形状が変化しないままである前述の周知のトランス本体の振動モードとは完全に異なる。
【００３９】
双だ円振動モードについては、後で図５を参照して詳細に説明する。
図５では本体２の面３だけが見えることに留意すべきである。さらにまた、この面３の上に配置された電極５〜１２、導電経路１３〜１６、および接続ロッド２９〜３２は、図面を不必要に複雑化しないように図５には示さなかった。
図５には、面３の内側輪郭Ｅ１と外側輪郭Ｉ１が実線で示されている。これらの輪郭は、本体２が振動していないときには円形である。同様に、中間円Ｃ１を鎖線で示す。
【００４０】
下記の説明を単純化するために、だ円形シリンダが軸Ａに垂直の平面のいずれかと交差することによって形成されるだ円の長径であるもの、または短径であるものをそれぞれ、これから述べるさまざまなだ円形シリンダの長径または短径と呼ぶことに留意されたい。
【００４１】
先に述べた本体２の特定の振動モードは、この本体２がそのモードで振動するときには、第１だ円リングと第２だ円リングの形状を交互にとるので、双だ円モードと呼ばれる。これらのだ円リングは後で示すように可変でもある。
換言すれば、本体２がこの双だ円モードで振動すると、その外壁Ｅは、以後外側だ円形シリンダと呼ぶことにする第１だ円形シリンダと第２だ円形シリンダの形状を交互にとり、この本体２の内壁Ｉは、以後内側だ円形シリンダと呼ぶことにする別の第１だ円形シリンダと別の第２だ円形シリンダの形状を交互にとる。
【００４２】
さらに正確には、第１外側だ円形シリンダと第２外側だ円形シリンダの長径はそれぞれ平面Ｓ１、Ｓ２に位置し、第１内側だ円形シリンダと第２内側だ円形シリンダの長径も同様である。さらに、第１外側だ円形シリンダと第２外側だ円形シリンダの短径はそれぞれ平面Ｓ２、Ｓ１に位置し、第１内側だ円形シリンダと第２内側だ円形シリンダの短径も同様である。これらすべての長径と短径は明らかに軸Ａに垂直である。
【００４３】
さらに、本体２の外壁Ｅと内壁Ｉが前記外側だ円形シリンダと内側だ円形シリンダとをそれぞれ交互にとると、これらのだ円形シリンダの各々の長径の長さは規則的に変化し、最小値から最大値に増加し、それからその最小値に減少する。それから外壁Ｅと内壁Ｉは、本体２の振動がないときに有する円形シリンダをとった後に、他の外側だ円形シリンダと内側だ円形シリンダの形状になる。
同時に、これらのだ円形シリンダの各々の短径の長さも、規則的であるが逆方向に変化し、この長さは最大値から最小値に減少し、それからその最大値に増加するので、本体２の容積は常に一定に保たれる。
【００４４】
本体２が上記の様式で振動すると、中間シリンダＣも、以後中間だ円形シリンダと呼ぶことにする第１だ円形シリンダと第２だ円形シリンダとを交互にとり、その長径もまた平面Ｓ１、Ｓ２にそれぞれ位置し、その短径もまた平面Ｓ２、Ｓ１にそれぞれ位置することは明らかである。さらにまた、これらの中間だ円形シリンダの長径と短径の長さは、先に述べたものと同様な様式で変化する。
【００４５】
前記の外側、内側、および中間だ円形シリンダの各々の長径の最小長さと、これらの短径の最大長さは明らかに、それぞれ振動がない場合の外壁Ｅ、内壁Ｉ、および中間シリンダＣの直径に等しいことにも留意すべきである。これらの長径の最大長さと、これらの短径の最小長さとは、例えば本体２の材料の機械的および電気機械的特徴、一次電圧Ｕｐの周波数と振幅などの、さまざまなファクタによって左右される。他のすべてが同じ場合には、これらの長径の最大長さと、これらの短径の最小長さは、電圧Ｕｐの周波数が本体２の双だ円共振モードの基本共振周波数ｆｒに等しいときに、それぞれそれらの最高値と最低値とを有することは、当業者には容易に理解されよう。
【００４６】
図５は、前述のだ円形シリンダと本体２の面３の平面との交差によって形成されるさまざまなだ円の２つの例を示す。これらのだ円は、これらを形成するだ円形シリンダと同じ方法で呼ぶことにする。
したがって図５では、第１外側だ円の一例と第２外側だ円の一例とを点線で示し、それぞれ参照符号Ｅ１１、Ｅ１２で示す。
同様に、対応する第１内側だ円と第２内側だ円の例をやはり点線で示し、参照符号Ｉ１１、Ｉ１２で示す。
最後に、対応する第１中間だ円と第２中間だ円の例を鎖線で示し、それぞれ参照符号Ｃ１１、Ｃ１２で示す。
図５に示すさまざまなだ円は非常に誇張されており、実際には、これらの長径と短径の最大長さと最小長さとの差は、これらの長さの１０００分の１以下であることに留意されたい。
【００４７】
先に述べた双だ円モードでの本体２の振動は明らかに、電極対６と１８、８と２０、９と２１、１１と２３との間にそれぞれ位置する本体２の４つの部分への、軸Ａに垂直の方向の、交番する機械的な収縮応力と膨張応力の付加を引き起こす。これらの４つの部分を、以下の記載では二次部分と呼ぶことにする。
【００４８】
周知の方法で、交番応力と本体２の材料の分極Ｐとの間の電気機械結合は、これらの二次部分において電界Ｆ’を発生させる。この電界Ｆ’もまた交番し、これは分極Ｐの方向と平行な方向を有し、また分極Ｐの方向と同じ方向とその反対方向とが交番する方向を有する。さらに周知の方法で、この電界Ｆ’は、先に列挙した本体２の二次部分となる電極対の両端に、したがってトランス１の端子ＢＳ１とＢＳ２との両端に二次交流電圧Ｕｓを発生させる。
【００４９】
上記の例では、４つの二次部分の第１と第２、すなわち電極９、２１の間と電極１１と２３の間にそれぞれ位置する二次部分は、本体２の内側部分であり、先に定義したゾーンの第１と第２、すなわちゾーンＺ１とＺ３にそれぞれ位置し、そこには、やはり先に定義した第１および第２一次部分がそれぞれ位置する。これらの第１および第２二次部分も平面Ｓ２に関して互いに対称であり、これらの各々は平面Ｓ１に対して対称である。
【００５０】
同様に、第３と第４二次部分、すなわち電極６、１８の間と電極８と２０の間にそれぞれ位置する二次部分は、本体２の外側部分であり、先に定義したゾーンの第３と第４、すなわちゾーンＺ２とＺ４にそれぞれ位置し、そこには、やはり先に定義した第３および第４の一次部分がそれぞれ位置する。これらの第３および第４の二次部分も平面Ｓ１に関して互いに対称であり、これらの各々は平面Ｓ２に対して対称である。
【００５１】
ところで、本体２の材料は軸Ａに垂直のすべての方向に等方性である。この結果、この例で一次部分として選ばれた本体２の部分は、同様に二次部分としても選択されることができ、この逆も可能である。
同様に、一次電極として選ばれた電極は、同様に二次電極として選ぶことができ、この逆も可能である。
【００５２】
こうして一般に、トランス１の本体２の面３、４の各々は第１および第２一次電極を含み、これらの電極は、平面Ｓ１、Ｓ２の第１面に対して互いに対称であり、各々が平面Ｓ１、Ｓ２の第２面に対して対称である外側電極であると言える。
面３、４の各々は第３および第４一次電極も含み、これらの電極は、先に定義した平面の第２面に対して互いに対称であり、各々が前記の平面の第１面に対して対称である内側電極である。
さらに、面３、４の各々は第１および第２二次電極を含み、これらの電極は、先に定義した平面の第１面に対して互いに対称であり、各々が前記の平面の第２面に対して対称である内側電極である。
最後に、面３、４の各々は第３および第４二次電極を含み、これらの電極は、先に定義した平面の第２面に対して互いに対称であり、各々が前記の平面の第１面に対して対称である外側電極である。
【００５３】
本体２が前述の双だ円モードで振動すると、やはり先に定義した第１中間双だ円形シリンダは、軸Ａに平行な４本の直線に沿って平面Ｎ１、Ｎ２と交差するということ、その４本の直線は中間円形シリンダが平面Ｎ１、Ｎ２と交差する直線でもあり、その位置は本体２の振動の振幅がどうであっても固定されることに留意すべきである。さらに、第２中間だ円形シリンダが同じ４本の直線に沿って平面Ｎ１、Ｎ２と交差する。
【００５４】
こうして、これらの４本の直線は本体２の双だ円振動節直線であり、４本の直線が本体２の面３、４の平面と交差する点は前記振動の節点である。これは、接続ロッド２９〜３２が前述のようにこれらの点で固定されることが好ましいことの理由である。
【００５５】
理論的考察をここでは繰り返さないが、この考察は、本体２などのリングの双だ円振動モードの基本共振周波数ｆｒは下記の式によって得られることを示す。
【数１】
ただし、Ｒｅは、本体２の振動がない場合の本体２の外側半径であり、
αは、やはり本体２の振動がない場合の、本体２の内側半径Ｒｉと外側半径Ｒｅとの比Ｒｉ／Ｒｅに依存する解析的に決定される係数であり、
Ｅは、本体２の材料のヤング率であり、
ρは、本体２の材料の比重であり、
υは、本体２の材料のポアソン比である。
【００５７】
図６は、本体２の内側半径Ｒｉと外側半径Ｒｅとの比Ｒｉ／Ｒｅの関数として、前記の係数αの変化を示す。この場合には、この係数αは、固形円盤について比Ｒｉ／Ｒｅがゼロにおける約１．３７から比Ｒｉ／Ｒｅが０．９における約０．１７にまで変化していることがわかる。
【００５８】
周知であり頻繁に使用される通常ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）と呼ばれるセラミック材料が、本体２のための材料として使用される場合には、
Ｅ＝６７・１０9パスカル
ρ＝７．５・１０3ｋｇｍ-3
υ＝０．３
である。
さらに、例えばそれぞれ８ｍｍと５ｍｍである値が本体２の外側半径Ｒｅと内側半径Ｒｉのために任意に選択され、したがって比Ｒｉ／Ｒｅが０．６２５である場合には、図６は係数αが約０．３８の値を有することを示す。
この状況で、上記の式（１）によれば、
ｆｒ＝２３．６８ｋＨｚ
となる。
【００５９】
共振周波数が所定の値、例えば２５ｋＨｚを有し、また半径Ｒｅが例えば６ｍｍであることを望む場合には、上の式（１）は、先の例と同じ材料では、係数αは、０．３０になるはずである。比Ｒｉ／Ｒｅは図６にしたがって０．７になるはずである。これは本体２の内側半径Ｒｉとして４．２ｍｍの値を与える。
【００６０】
上述の理論的考察はまた、トランス１の二次部分が負荷に全く接続されておらず、電圧Ｕｐの周波数が上式（１）によって与えられる基本共振周波数に等しいときには、二次電圧Ｕｓと一次電圧Ｕｐとの間の比、すなわちトランス１のオフロード変圧比Ｔは下記の式で得られる。
【数２】
ｋは、この例で使用されすでに述べた結合モードにおける、本体２の材料の有効電気機械結合係数である。
この変圧比Ｔは本体２の材料の特徴のみに依存し、本体２の寸法には依存しないことがわかる。
本体２の材料が上記の例で述べた材料であるときには、
Ｑ＝８００
ｋ＝０．２
となる。
この場合には、上式（２）にしたがって
Ｔ＝３３．３
となる。
【００６１】
本体２の厚さ、すなわち軸Ａに平行な方向における本体２の寸法は上の式（１）、（２）に現れないので、共振周波数ｆｒと変圧比Ｔはこのような厚さとは無関係であることに留意すべきである。しかしながら本体２の厚さに明らかに依存する本体２の機械的耐性は、本体２にとって、全く損傷することなく振動中に受ける機械的応力に耐えるように十分でなければならないことは、当業者には理解されよう。
さらに、本体２の厚さがトランス１の一次および二次インピーダンスに影響することも、当業者には理解されよう。
【００６２】
本体２がその振動中に受ける機械的応力の値を計算できるようにする、先に挙げた理論的考察は、本体２は一般に１ｍｍ程度、または本体２が製造される材料によっては１ｍｍ以下の厚さを有することができ、しかもその機械的耐性が不足しないことを示す。この厚さの正確な値は明らかに、一次および二次インピーダンスが所望の値を有するように決定される。
【００６３】
図７は本発明によるトランスの別の実施形態を示すもので、この場合、全体的に参照記号５１で示されている。
トランス５１は、円形リング５３、５４の形状をなす２つの同じ部分を含む本体５２を含み、円形リング５３、５４は、やはり参照記号Ａで示す円対称軸を有する。
リング５３、５４は、当業者には周知の圧電材料のいずれであってもよい圧電材料で作られ、互いに対面するリング５３、５４の表面全体を覆う導電材料の薄い金属層を介して互いに固定される。後でわかるように、この金属層は、参照記号５５で示す共通電極を形成する。
【００６４】
リング５３、５４の圧電材料は、軸Ａに平行な方向に均一に分極されるが、リング５３の材料の分極方向は、リング５４の材料の分極方向と逆である。図７に示す例では、それぞれ参照記号Ｐ１、Ｐ２で示す矢印で表されたこれらの分極は、リング５３、５４の外面５６、５７から電極５５に向かっている。これらの分極Ｐ１、Ｐ２を同じように反対方向に向けることができるのは、当業者には容易に理解されよう。
【００６５】
トランス５１はまた、リング５３、５４の外面５６、５７の上に配置された電極、これらの電極を接続して対にする導電経路、およびこれらの電極を一次交流電圧と二次交流電圧の供給が目的となる装置とに接続できるようにする接続ロッドを含む。トランス５１のこれらの構成部品は、図１と図３に示したトランス１の対応する構成部品と完全に同じであり、またこれらと同じ参照記号で示されているので、ここでは再び説明しないことにする。
【００６６】
図８は、上に説明したトランス５１を動作させる方法を示す図である。
この場合には、図４に示したトランス１の場合におけるように、接続ロッド２９、３１が互いに接続され、かつ第１一次端子ＢＰ１に接続されている。さらに、接続ロッド３３、３５も図４の場合におけるように互いに接続されているが、しかしこれらは第１一次端子ＢＰ１に接続されている。
同様に、図４の場合のように、接続ロッド３０、３２は互いに接続され、かつ第１二次端子ＢＳ１に接続されている。さらに、接続ロッド３４、３６も図４の場合におけるように互いに接続されているが、しかしこれらは第１二次端子ＢＳ１に接続されている。
最後に、共通電極５５が第２一次端子ＢＰ２と第２二次端子ＢＳ２とに接続されている。
【００６７】
やはりＵｐで示す一次電圧を供給することを目的とする電源、およびトランス５１がやはりＵｓで示す二次電圧を供給すべき装置も、図８では図４の場合と同様に、それぞれ同じ参照記号４１と４２で示されている。
【００６８】
先に述べたトランス１に類似して、共通電極５５と電極５、７、１０、１２との間に位置するリング５３の部分をリング５３の一次部分と呼ぶ。同様に、共通電極５５と電極１７、１９、２２、２４との間に位置するリング５４の部分をリング５４の一次部分と呼ぶ。さらに、リング５３の一次部分の１つとこれに面して位置するリング５４の一次部分とによって形成される本体５２の部分を本体の一次部分と呼ぶ。したがって本体５２の一次部分は、電極対５と１７、７と１９、１０と２２、および１２と２４の間にそれぞれ位置する。これらの電極５、７、１０、１２、１７、１９、２２、２４を一次電極と呼ぶ。
【００６９】
また先に述べたトランス１に類似して、共通電極５５と電極６、８、９、１１との間に位置するリング５３の部分をリング５３の二次部分と呼ぶ。同様に、共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に位置するリング５４の部分をリング５４の二次部分と呼ぶ。さらに、リング５３の二次部分の１つとこれに面して位置するリング５４の二次部分とによって形成される本体５２の部分を本体の二次部分と呼ぶ。したがって本体５２のこれらの二次部分は、電極対６と１８、８と２０、９と２１、および１１と２３の間にそれぞれ位置する。これらの電極６、８、９、１１、１８、２０、２１、２３を二次電極と呼ぶ。
【００７０】
本体５２の一次部分と二次部分は、正確にトランス１の本体２と同じ相互関係で配置されている。同様に、本体５２の面５６、５７の各々の上には、一次電極と二次電極とが、正確にトランス１の本体２の面３、４の上に位置するものと同じ相互関係で配置されている。
【００７１】
一次電圧Ｕｐに応じてリング５３とリング５４の一次部分にそれぞれ発生する電界Ｆ１、Ｆ２は常に、同時に、それぞれの分極Ｐ１、Ｐ２と同じ方向またはこの分極の方向と反対の方向のいずれかを有することもわかる。
【００７２】
こうして、電界Ｆ１とリング５３の材料との、および電界Ｆ２とリング５４の材料との横方向電気機械結合は、前記リング５３、５４の一次部分すべての上に同じ機械的応力を付加させ、そしてこれらの応力は、軸Ａに垂直なあらゆる方向への前記一次部分の収縮と膨張とを交互に引き起こす。
【００７３】
リング５３とリング５４の一次部分は、先に定義したように対として本体５２の一次部分を形成し、この結果、一次電圧Ｕｐの周波数が少なくとも実質的に式（１）によって先に決定された周波数ｆｒと同じときには、トランス５１の本体５２も、トランス１の場合でも先に記載した双だ円モードで振動する。したがって、この双だ円モード振動をここで再度説明はしない。
【００７４】
同様に、トランス５１の本体５２がこの双だ円モードで振動すると、リング５３、５４の二次部分は同様に同じ機械的応力を受けるので、これらの二次部分の中に発生する電界Ｆ１’、Ｆ２’は常に、それぞれの分極Ｐ１、Ｐ２と同じ方向またはこの分極Ｐ１、Ｐ２の方向と反対の方向のいずれかを有する。
したがって、これらの電界Ｆ１’、Ｆ２’に応じて一方では共通電極５５と電極６、８、９、１１との間に、また他方では共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に発生する電圧は、常に同じ極性を有し、一緒に二次電圧Ｕｓを形成する。
電圧ＵｓとＵｐとの比すなわちトランス５１の変圧比Ｔは、前述の式（２）によっても得られ、したがってこれは前述のトランス１の変圧比と同じである。
【００７５】
図９は、図７を参照して説明したトランス５１の別の動作方法を示す。
この場合には、接続ロッド２９、３１が互いに接続され、第１一次端子ＢＰ１ａに接続され、接続ロッド３０、３２が互いに接続され、第２一次端子ＢＰ１ｂに接続されている。
共通電極５５は第３一次端子ＢＰ２に接続されている。
【００７６】
やはりこの場合でも、接続ロッド３３、３５が互いに接続され、第１二次端子ＢＳ１に接続され、接続ロッド３４、３６が互いに接続され、第２二次端子ＢＳ２に接続されている。
【００７７】
この場合には、トランス５１は６１で示す電源によって電力が供給される。この電源６１は一次電圧Ｕｐを形成する２つの交流電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２と一緒に供給し、これらの電圧は同じ周波数と同じ振幅とを有するが、互いに１８０°の位相差がある。言い換えれば、これらの電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２は常に互いに相反する極性を有する。この電源６１は、この実現を当業者が理解できるので詳しくは記載しない。
【００７８】
電源６１は端子ＢＰ１ａ、ＢＰ１ｂ、およびＢＰ２に、電圧Ｕｐ１が端子ＢＰ１ａと端子ＢＰ２の間に印加され、電圧Ｕｐ２が端子ＢＰ１ｂと端子ＢＰ２の間に印加されるように接続されている。
【００７９】
この場合、本体５２の一次部分は２つの群を形成し、このうちの第１群は、共通電極５５と電極５、７、１０、１２との間に位置する一次部分によって形成され、第２群は、共通電極５５と電極６、８、９、１１との間に位置する一次部分によって形成される。
【００８０】
同様に、本体５２の二次部分も２つの群を形成し、このうちの第１群は、共通電極５５と電極１７、１９、２２、２４との間に位置する二次部分によって形成され、第２群は、共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に位置する二次部分によって形成される。
【００８１】
この実施形態の場合にはこうして、一次部分のすべてと二次部分のすべては、それぞれリング５３とリング５４とに属する。
第１群の一次部分と第２群の一次部分においては、電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２に応じて発生したそれぞれの電界Ｆ１、Ｆ２が常に互いに相反する方向を有し、これらの電界Ｆ１、Ｆ２の各々もまた、リング５３の材料の分極Ｐ１と同じ方向または前記分極Ｐ１の方向と反対の方向のいずれかを有する。
【００８２】
この結果、第１群の一次部分が例えば機械的膨張応力を受けると、第２群の一次部分が機械的収縮応力を受け、またその逆となる。
ゾーンＺ１、Ｚ３の各々において、外側部分すなわち電極５、７に対面してそれぞれ位置する部分が、これらの一次部分の第１群に属し、内側部分すなわち電極９、１１に対面してそれぞれ位置する部分が、一次部分の第２群に属することもわかる。
同様に、別のゾーンＺ２、Ｚ４の各々において、外側部分すなわち電極６、８に対面してそれぞれ位置する部分は、これらの一次部分の第２群に属し、内側部分すなわち電極１０、１２に対面してそれぞれ位置する部分が、一次部分の第１群に属する。
【００８３】
この結果、一般に、２つの直径方向に対向するゾーンＺ１〜Ｚ４に位置する外側部分が、例えば収縮応力を受けると、同じゾーンに位置する内側部分は膨張応力を受ける。さらに、２つの別のゾーンに位置する外側部分は膨張応力を同時に受け、これらのゾーンに位置する内側部分は圧縮応力を受ける。
【００８４】
本体５２のさまざまな一次部分におけるこの応力分布の効果は、電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２の周波数が先に式（１）によって決定された周波数ｆｒに少なくとも実質的に等しいときに、本体５２が前述の双だ円モードで振動することである。
同様に、トランス５１の本体５２がこの双だ円モードで振動して、第１群の二次部分がこの振動に応じて例えば機械的膨張応力を受けると、第２群の二次部分は機械的収縮応力を受け、またこの逆もある。
【００８５】
この結果、第１群のこれらの二次部分と第２群のこれらの二次部分にそれぞれ発生した電界Ｆ１’、Ｆ２’は、常に互いに相反する方向を有する。さらに、これらの電界Ｆ１’、Ｆ２’に応じて一方では共通電極５５と電極１７、１９、２２、２４との間に、他方では共通電極５５と電極１８、２０、２１、２３との間に発生した電圧は、明らかに同じ周波数と同じ振幅とを有し、常に互いに相反する方向を有する。
【００８６】
接続ロッド３３〜３６が、先に説明し図９に示す様式で接続されると、これら２つの電圧は一緒になって、トランス５１によって発生される二次電圧Ｕｓを形成する。
この場合、トランスの変圧比Ｔも前述の式（２）によって得られる。
同等の空間要件では、本実施形態によるトランス本体の双だ円モードの基本共振周波数は、先に述べた周知のトランスの本体の振動モードの基本共振周波数よりも著しく低いことがわかる。
【００８７】
こうして、本発明によるトランスは、周知のトランスが供給する周波数よりも著しく低い周波数を有する二次電圧を供給することができる。
しかも、本発明によるトランスの変圧比は周知のトランスのそれと同じ程度か、またはそれよりも高い。
【００８８】
本発明によるトランスは、使用可能空間が限られた腕時計などの装置や、比較的低い周波数を有する比較的高い交流電圧を得ることが必要なすべての場合などにおける使用に特によく適合する。
【００８９】
さらに、本発明によるトランス本体またはこの本体を形成する各部品を作るための圧電材料が、その面に垂直な方向に均一に分極されるという事実は、前記本体の製造を簡単にし、トランスのコスト価格を節減する。
【００９０】
本発明によるトランスの実施形態を記載したが、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明によるトランスの多くの変更が可能であることは明らかである。
【００９１】
こうして、例えば、本発明によるトランスの本体に中央開口を設けることなく固形ディスクの形状を与えることは可能であり、このディスクを図１〜図３のトランス１の本体２のような単一部分として作ることができ、または図７のトランス１の本体５２のような２つの同じ部分として形成することができる。
【００９２】
同様に、本発明によるトランスの本体の上に配置されたさまざまな電極は、記載した例のものとは異なる形状を有することもでき、これらの接続部も異なった様式で達成することができる。
【００９３】
先に記載した例におけるように多くの二次電極を設けることは、強制的でないことも当業者には理解されよう。実際に、単に一対の二次電極、例えば図４と図８の電極６と１８、または１１と２３、または図９の電極１７と１８、または２１と２２を準備しても十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明実施形態による圧電トランスの第１面の概略図である。
【図２】 図１のトランスの図１の軸のII−IIに沿った概略断面図である。
【図３】 図１のトランスの第２面の概略図である。
【図４】 図１〜図３のトランスの動作方法を示す概略図である。
【図５】 図１〜図３のトランス本体の変形を示す概略図である。
【図６】 図１〜図３のトランス本体の特性を示す概略図である。
【図７】 本発明によるトランスの別の実施形態を示す概略図である。
【図８】 図７のトランスの動作方法を示す概略図である。
【図９】 図７のトランスの別の動作方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１ トランス
２ 本体
３ 本体の第１面
４ 本体の第２面
５〜１２ 電極
１３〜１６ 電極
１７〜２４ 電極
２５〜２８ 導電経路
２９〜３６ 接続ロッド
４１ 電源
４２ 装置
５３ 円形リング
５４ 円形リング
５５ 共通電極
５６ 円形リングの外面
５７ 円形リングの外面
６１ 電源
Claims (14)
- 第１面、第２面、および外側横表面を有する圧電材料で作成した本体と、
前記本体上に配置され、一次交流電圧に応答して前記本体を振動させる複数の一次電極と、
前記本体上に配置され、前記振動に応答して二次電圧を発生させる複数の二次電極とを含み、
前記外側横表面は、前記振動がないときには、円対称軸を有する円形シリンダの形状を有し、前記第１面及び第２面はそれぞれ、前記外側横表面の側面に位置する外側部分と、この外側部分に囲まれた内側部分とを有し、
前記一次電極は、前記円対称軸を含む第１対称面と前記第１対称面に直交するとともに前記円対称軸を同様に含む第２対称面とを有する対称な外形をなすように配置され、そして前記一次電圧の周波数が少なくとも所定の周波数に等しいときに、前記外側横表面が第１だ円形シリンダの形状と第２だ円形シリンダの形状とを交互にとり、前記第１だ円形シリンダは、前記円対称軸に垂直な長径と短径とを有し、その長径は第１対称面内にあり、また短径は第２対称面内にあり、前記第２だ円形シリンダは、前記円対称軸に垂直な長径と短径とを有し、その長径は前記第２対称面内にあり、またその短径は前記第１対称面内にあり、前記外側横表面が前記第１および第２だ円形シリンダの一方の形状を有するとき、それぞれの長径は、前記円形シリンダの直径に等しい最小値から最大値まで増加し、次いで前記最大値から前記最小値に減少して規則的に変化する長さを有し、その後、前記外側横表面は前記第１および第２だ円形シリンダの他方の形状となる、
圧電トランス。 - 前記本体が単一部分から形成され、前記圧電材料が、前記対称軸に平行な方向で、前記本体の第１面および第２面の一方から他方へ向かう方向に均一に分極されている請求項１に記載の圧電トランス。
- 前記本体が第１部分と第２部分とを含み、前記第１部分の圧電材料が、前記対称軸に平行な方向で、前記本体の第１面および第２面の一方から他方へ向かう第１方向に均一に分極され、前記第２部分の圧電材料が、前記対称軸に平行な前記方向で、前記第１方向とは反対の第２方向に均一に分極されており、前記本体の前記第１部分と第２部分との間に配置された共通電極を含む請求項１に記載の圧電トランス。
- 前記複数の一次電極が、
それぞれ前記第１対称面に対して対称であり、前記第２対称面に対して互いに対称であり、共に前記本体の前記第１面の前記外側部分に配置されている第１および第２の一次電極と、
それぞれ前記第２対称面に対して対称であり、前記第１対称面に対して互いに対称であり、共に前記本体の前記第１面の前記内側部分に配置されている第３および第４の一次電極と、
すべて前記本体の前記第２面上に配置され、それぞれ前記第１、第２、第３、第４の一次電極に面している、第５、第６、第７、および第８の一次電極と
を含む請求項２または３に記載の圧電トランス。 - 前記第１の一次電極と前記第３の一次電極、前記第２の一次電極と前記第４の一次電極、前記第５の一次電極と前記第７の一次電極、そして前記第６の一次電極と前記第８の一次電極をそれぞれ電気的に接続する手段を含む請求項４に記載の圧電トランス。
- 前記複数の二次電極が少なくとも、前記本体の前記第１面上で前記第１の一次電極と前記第２の一次電極との間に配置され、前記第２対称面に対して対称である第１の二次電極と、前記本体の前記第２面の上に配置され第１の二次電極に面する第２の二次電極とを含む請求項４に記載の圧電トランス。
- 前記複数の二次電極が、
それぞれ前記本体の前記第１面および前記第２面上で互いに対面して配置され、前記第１対称面に対してそれぞれ前記第１の二次電極および前記第２の二次電極に対称である第３および第４の二次電極と、
それぞれ前記本体の前記第１面および前記第２面上で互いに対面して配置され、それぞれ前記第３の一次電極と前記第４の一次電極との間および前記第７の一次電極と前記第８の一次電極との間の位置する、第５および第６の二次電極と、
それぞれ前記本体の前記第１面と前記第２面上で互いに対面して配置され、前記第２対称面に対して第５および第６の二次電極に対称である第７および第８の二次電極と
をさらに含む請求項６に記載の圧電トランス。 - 前記複数の二次電極が少なくとも、前記本体の前記第１面上で前記第３の一次電極と前記第４の一次電極の間に配置され、前記第１対称面に対して対称である第１の二次電極と、前記本体の前記第２面上に配置され第１の二次電極に面する第２の二次電極とを含む請求項４に記載の圧電トランス。
- 前記複数の一次電極が、
それぞれ前記第１対称面に対して対称であり、前記第２対称面に対して互いに対称であり、共に前記本体の前記第１面の前記外側部分に配置されている第１および第２の一次電極と、
それぞれ前記第２対称面に対して対称であり、前記第１対称面に対して互いに対称であり、共に前記本体の前記第１面の前記内側部分に配置されている第３および第４の一次電極と、
前記第２対称面に対して対称であり、前記第１の一次電極と前記第２の一次電極の間に配置された第５の一次電極と、
前記第１対称面に対して第５の一次電極に対称である第６の一次電極と、
前記第１対称面に対して対称であり、前記第３の一次電極と前記第４の一次電極の間に配置された第７の一次電極と、
前記第２対称面に対して第７の一次電極に対称である第８一次電極と
を含む請求項３に記載の圧電トランス。 - 前記第１の一次電極と前記第３の一次電極、前記第２の一次電極と前記第４の一次電極、前記第５の一次電極と前記第８の一次電極、そして前記第６の一次電極と前記第７の一次電極を電気的に接続する手段を含む請求項９に記載の圧電トランス。
- 前記複数の二次電極が少なくとも、前記本体の前記第２面上に配置され、それぞれ前記第１、第２、第３、第４の一次電極の１つおよび前記第５、第６、第７、第８の一次電極の１つに面する第１および第２の二次電極を含む請求項９に記載の圧電トランス。
- 前記複数の二次電極が、前記本体の前記第２面上に配置され、それぞれ前記一次電極の１つに対面している８個の二次電極を含む請求項９に記載の圧電トランス。
- 前記本体が中央開口のない固形ディスクの全体形状を有する請求項２または３に記載の圧電トランス。
- 前記本体が、振動していないときには前記第１円形シリンダと同軸の第２円形シリンダの形状を有する内側横表面を含むリングの全体形状を有し、前記外側横表面がそれぞれ前記第１だ円形シリンダの形状および前記第２だ円形シリンダの形状をとるとき、前記内側横表面は第３だ円形シリンダの形状および第４だ円形シリンダの形状を交互にとり、前記第３だ円形シリンダは、前記対称軸に垂直で前記第１対称面および前記第２対称面にそれぞれ位置する長径と短径を有し、前記第４だ円形シリンダは、前記円対称軸に垂直で前記第２対称面および前記第１対称面にそれぞれ位置する長径と短径を有する請求項２または３に記載の圧電トランス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH1924/97 | 1997-08-15 | ||
| CH01924/97A CH691519A5 (fr) | 1997-08-15 | 1997-08-15 | Transformateur piézo-électrique. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135853A JPH11135853A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3874546B2 true JP3874546B2 (ja) | 2007-01-31 |
Family
ID=4221782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22691698A Expired - Fee Related JP3874546B2 (ja) | 1997-08-15 | 1998-08-11 | 圧電トランス |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6040654A (ja) |
| JP (1) | JP3874546B2 (ja) |
| CA (1) | CA2244765C (ja) |
| CH (1) | CH691519A5 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6362559B1 (en) * | 1999-02-12 | 2002-03-26 | Face International Corp. | Piezoelectric transformer with segmented electrodes |
| GB2352931A (en) * | 1999-07-29 | 2001-02-07 | Marconi Electronic Syst Ltd | Piezoelectric tag |
| KR100388264B1 (ko) * | 2000-05-03 | 2003-06-19 | 김희진 | 다중분활 및 동일 분극방향의 고효율 압전 변압기 |
| DE10025561A1 (de) * | 2000-05-24 | 2001-12-06 | Siemens Ag | Energieautarker Hochfrequenzsender |
| US6346764B1 (en) * | 2000-12-15 | 2002-02-12 | Face International Corp. | Multilayer piezoelectric transformer |
| US6597084B2 (en) * | 2001-01-05 | 2003-07-22 | The Hong Kong Polytechnic University | Ring-shaped piezoelectric transformer having an inner and outer electrode |
| US20040145279A1 (en) * | 2001-03-14 | 2004-07-29 | Kim Hee Jin | High-efficiency piezoelectric transformer and ballast |
| DE10150128C2 (de) * | 2001-10-11 | 2003-10-02 | Enocean Gmbh | Drahtloses Sensorsystem |
| KR100751238B1 (ko) | 2006-03-02 | 2007-08-23 | 윤태식 | 바람개비형 전극을 구비하는 압전 변압기 |
| US7538477B2 (en) * | 2006-11-27 | 2009-05-26 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Multi-layer transducers with annular contacts |
| US7579753B2 (en) * | 2006-11-27 | 2009-08-25 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Transducers with annular contacts |
| CN101743072B (zh) * | 2007-04-11 | 2012-11-14 | 伊诺瓦有限公司 | 具有风车式电极的压电变压器 |
| US10129656B2 (en) * | 2009-01-30 | 2018-11-13 | Avago Technologies International Sales Pte. Limited | Active temperature control of piezoelectric membrane-based micro-electromechanical devices |
| US9327316B2 (en) * | 2009-06-30 | 2016-05-03 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Multi-frequency acoustic array |
| US8258678B2 (en) * | 2010-02-23 | 2012-09-04 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Short range ultrasonic device with broadbeam ultrasonic transducers |
| CN105496423A (zh) | 2010-03-17 | 2016-04-20 | 伊利诺伊大学评议会 | 基于生物可吸收基质的可植入生物医学装置 |
| CN103943772B (zh) * | 2013-01-21 | 2016-06-22 | 北京大学 | 单片压电换能器及其制作方法 |
| JP6583526B2 (ja) * | 2016-02-22 | 2019-10-02 | 株式会社村田製作所 | 圧電デバイス |
| EP3715826B1 (en) * | 2019-03-26 | 2024-03-06 | Infineon Technologies AG | Sensor device, particle sensor device and method for detecting a particulate matter density |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2976501A (en) * | 1959-07-30 | 1961-03-21 | Oskar E Mattiat | Impedance transformer |
| US5814922A (en) * | 1997-11-18 | 1998-09-29 | The Penn State Research Foundation | Annular piezoelectric transformer |
-
1997
- 1997-08-15 CH CH01924/97A patent/CH691519A5/fr not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-08-10 US US09/131,888 patent/US6040654A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-11 JP JP22691698A patent/JP3874546B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-08-12 CA CA002244765A patent/CA2244765C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH691519A5 (fr) | 2001-07-31 |
| CA2244765A1 (en) | 1999-02-15 |
| US6040654A (en) | 2000-03-21 |
| CA2244765C (en) | 2008-10-21 |
| JPH11135853A (ja) | 1999-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3874546B2 (ja) | 圧電トランス | |
| US5814922A (en) | Annular piezoelectric transformer | |
| JP6421239B2 (ja) | 発振器およびリアルタイムクロック用途のための複合バネｍｅｍｓ共振器 | |
| JP4069160B2 (ja) | 超音波アクチュエータ | |
| KR20030007429A (ko) | 복합 압전변압기 | |
| JP6481028B2 (ja) | 発振器およびリアルタイムクロック用途のための複数コイルバネｍｅｍｓ共振器 | |
| CN115622528A (zh) | 一种mems谐振器系统 | |
| US20040201328A1 (en) | Laminated piezoelectric transformer | |
| US20150287903A1 (en) | Piezoelectric transformer | |
| JP5275734B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2020174402A (ja) | 抑制されたスプリアスモードを伴うｍｅｍｓ共振子 | |
| JP2007312600A (ja) | 圧電素子及び超音波アクチュエータ | |
| EP2237416A1 (en) | Device comprising an electroacoustic balun | |
| TW381352B (en) | Peizoelectric transformer | |
| JP2004248399A (ja) | 振動子および超音波モータ | |
| JPS61189678A (ja) | 圧電トランス | |
| JP2961545B2 (ja) | 圧電楕円運動振動子 | |
| JP2009240148A (ja) | 超音波モータ | |
| JP3616930B2 (ja) | 圧電トランス及びその制動容量値の調整方法 | |
| JPH029561Y2 (ja) | ||
| JP2007281359A (ja) | 圧電セラミックトランス | |
| JP2003017772A (ja) | 圧電セラミックトランス回路 | |
| JPH10215011A (ja) | 圧電磁器トランスとその駆動方法 | |
| JPH08213666A (ja) | 圧電振動子 | |
| JPH08191160A (ja) | 圧電トランス及びその制動容量値の調整方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050511 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060526 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060613 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060816 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060912 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060921 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061017 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061024 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |