JP5582261B2 - 圧電トランス、圧電トランスモジュールおよびワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、駆動周波数を高周波数化した場合に用いることができる圧電トランス、圧電トランスモジュールおよびワイヤレス電力伝送システムに関する。

近年、携帯電話機またはモバイルＰＣなどの電子機器を充電する際、電子機器に充電用のケーブルを接続するといった煩わしさを無くすために、充電装置に電子機器を設置するだけで充電できるワイヤレス電力伝送が提案されている。ワイヤレス電力伝送として、準静電界を利用して送電装置（充電装置）側から受電装置（電子機器）側へ電力を伝送する電界結合方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電力伝送システムは、パッシブ電極およびアクティブ電極をそれぞれ備えた送電装置および受電装置で構成されている。そして、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極とが間隙を介して近接することにより、この二つの電極間に強い電場が形成され、電極同士が電界結合する。この電界結合により装置間でのワイヤレスな電力伝送を可能としている。

ところで、一般に電力伝送系の伝送効率を高める手法では、低損失な共振回路を組み込むことが有効である。この共振回路は、送電装置および受電装置の結合部の静電容量とインダクタとで構成される。近年、小型化および薄型化が進んでいる装置にこの共振回路を組み込むためには、共振回路の小型化かつ低損失化の実現が課題となる。その課題を解決する一つの方法として、インダクタに圧電デバイスを用いることが有効とされている。

図２２は、特許文献２に記載の圧電デバイスおよび圧電デバイスの変位を示す図である。特許文献２には、図２２に示すような圧電デバイスの一つである対称構造のローゼン三次型圧電トランスが開示されている。特許文献２に記載の圧電トランスは矩形板状の圧電体板２００を備えている。圧電体板２００の両端部は、上下面に平面状の入力電極２０１Ａ，２０１Ｂおよび入力電極２０２Ａ，２０２Ｂが設けられて駆動部とされていて、厚み方向に分極されている。また、圧電体板２００の中央部は、上下面に出力電極２０３Ａ，２０３Ｂが設けられて発電部とされていて、長さ方向に分極されている。

この圧電トランスの振動は、図２２の下部のグラフに示すように、長手方向の中央および中央から両端方向へλ／２離れたところで振動変位がゼロとなるいわゆるノード点となり、両端と両端から内側へλ／２の点とで最大変位となっている。そして、入力電極２０１Ａ，２０１Ｂ間および入力電極２０２Ａ，２０２Ｂ間に電圧が印加されると、圧電効果と逆圧電効果との作用により、出力電極２０３Ａから昇圧された高電圧が取り出される。

特表２００９−５３１００９号公報 特許第３０８００５２号公報

電界結合方式を利用したワイヤレス電力伝送において、受電装置の小型化のために、アクティブ電極間の容量結合インピーダンスを低くすることが望まれるが、この場合、送電装置から送出する電圧の周波数を高くすることで実現できる。しかしながら、受電装置の小型化の要請に伴い圧電トランスの素子サイズが小さくなると、圧電トランスの振動状態が実装部の影響を受けやすくなる、耐圧が低下する、熱容量が小さいため温度上昇し易く、圧電トランスが発熱し、また、変換効率も低下するといった問題がある。

そこで、本発明の目的は、駆動周波数が高周波数化しても高効率なエネルギー変換が可能な圧電トランス、圧電トランスモジュールおよびワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。

本発明に係る圧電トランスは、５次の縦振動モードを利用してなる圧電トランスであって、５λ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板を備え、前記圧電体板は、長さ方向に沿って５等分されて構成された第１〜第５領域を有し、前記第１領域および前記第５領域は厚み方向または長さ方向を分極方向として分極され、前記第２領域および前記第４領域は前記長さ方向を分極方向として分極され、前記第３領域は非分極であり、前記第１領域および前記第５領域それぞれに設けられ、前記分極方向に沿って対向配置された第１電極と第２電極と、前記第３領域と前記第２領域および前記第４領域との境界を含む位置に設けられた第３電極とをさらに備えることを特徴とする。

この構成では、圧電体板を長さ方向に沿って５等分された領域の中央部となる第３領域を非分極とし、他を分極している。そして、分極された領域に対向する第１電極および第２電極を設けている。この電極に電圧を印可すると、電極が設けられた領域は縦効果および／または横効果を有する。例えば、圧電体板の長さ方向における両端部の領域に設けた電極に電圧を印加した場合、圧電体板の長さ方向の高次の縦振動モードを励振し、圧電効果と逆圧電効果の作用により、昇圧された電圧が中央の第３領域の第３電極から取り出すことができる。

この圧電トランスが有する圧電体は長さＬを有し、各領域は、長さＬ／５を有している。このため、駆動周波数を高次モード（５λ／２）で共振する周波数として用いた場合に、圧電体の両端部、中央部、並びに、両端部および中央部の間はそれぞれλ／２の定在波が立つ。この結果、圧電トランスが波長λの５／２λのサイズであり、３λ／２縦振動モードを用いた場合よりサイズが大きくなり振動による発熱の防止、すなわち、変換効率の低下を防ぐことができる。

また、圧電トランスは、圧電体の両端部および中央部に設けられた電極の長さ方向の中央で振動変位が小さくなり、斯かる部分で圧電トランスを支持および配線することで、圧電トランスの振動を阻害することなく、また、実装後に圧電体の変位により接続信頼性が低下することを防止できる。さらに、応力集中点となる中央部を非分極としたため、分極界面に応力が集中して圧電体が破損することを防止できる。また、圧電体の両端部および中央部の間の距離は、従来（引用文献２）との対比において長くすることができるため、斯かる部分の耐圧を改善することができる。

前記圧電体板は幅方向及び厚み方向の一方の長さがλ／４であり、他方の長さがλ／４以下である、構成でもよい。

この構成では、幅方向及び厚み方向の不要振動が長手方向の振動に結合し電力伝送効率が低下することを回避することができる。

前記第１電極および前記第２電極は、前記第１領域および前記第５領域の分極方向が前記厚み方向である場合、前記厚み方向に対向するように設けられ、前記第１領域および前記第５領域の分極方向が前記長さ方向である場合、前記長さ方向に対向するように設けられている構成でもよい。

この構成では、第１領域および第５領域の横効果または縦効果により、圧電体板が長さ方向の５次の縦振動モードで振動し、その結果、第２領域および第４領域の圧電縦効果により中央の第３領域から出力電圧を取り出すことができる。

前記圧電体板は、前記第３領域および前記第１領域および第５領域で支持される構成でもよい。

この構成では、変位が小さくなる振動のノード点部分で圧電トランスを支持することで、圧電トランスの振動を阻害することを防止できる。

本発明に係る圧電トランスは、５次の縦振動モードを利用してなる圧電トランスであって、５λ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板と、前記圧電体板は、長さ方向に沿って５等分されて構成された第１〜第５領域を有し、前記第１領域および前記第５領域は厚み方向または長さ方向を分極方向として分極され、前記第２領域および前記第４領域は厚み方向を分極方向として分極され、前記第３領域は非分極であり、前記第１領域および前記第５領域それぞれに設けられ、前記分極方向に沿って対向配置された第１電極および第２電極と、前記第２領域および前記第４領域それぞれに設けられ、前記分極方向に沿って対向配置された第３電極および第４電極とをさらに備えることを特徴とする。

この構成では、第１領域および第５領域の横効果、または縦効果により、圧電体板が長さ方向の５次の縦振動モードで振動し、その結果、第２領域および第４領域の圧電横効果により、第２領域および第４領域から出力電圧を取り出すことができる。

前記圧電体板は、前記第１領域、前記第２領域、前記第４領域および前記第５領域で支持される構成でもよい。

この構成では、変位が小さくなる振動のノード点部分で圧電トランスを支持することで、圧電トランスの振動を阻害することを防止できる。

本発明に係る圧電トランスは、（２ｎ＋１）次の縦振動モード（ｎは３以上の整数）を利用してなる圧電トランスであって、（２ｎ＋１）×λ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板を備え、前記圧電体板は、長さ方向に沿って（２ｎ＋１）等分されて構成された第１〜第（２ｎ＋１）領域を有し、第１領域〜第（ｎ−ｋ）領域（ｋはｎより小さい正の整数）及び第（ｎ＋ｋ＋２）領域〜第（２ｎ＋１）領域は、厚み方向を分極方向として分極され、第（ｎ−ｋ＋１）領域〜第ｎ領域及び第（ｎ＋２）領域〜第（ｎ＋ｋ＋１）領域は長さ方向を分極方向として分極され、第（ｎ＋１）領域は非分極であり、前記第１領域〜第（ｎ−ｋ）領域及び第（ｎ＋ｋ＋２）領域〜第（２ｎ＋１）領域それぞれに設けられ、分極方向に沿って対向配置された第１電極及び第２電極と、前記第（ｎ−ｋ＋１）領域〜第ｎ領域及び第（ｎ＋２）領域〜第（ｎ＋ｋ＋１）領域の境界を含む位置に設けられた第３電極と、を備えることを特徴とする。

この構成では、例えば、７次、９次、１１次などの高次モードであっても用いることができる。

本発明に係る圧電トランスは、ｎ＝２ｍ（ｍは正の整数）、かつｋ＝ｍである構成でもよい。

この構成では、例えば、７次、１１次、１５次などの高次モードの場合に、厚み方向に分極された領域と、長さ方向に分極された領域の数が等しくなり、昇圧比（または降圧比）を最も大きくとることができる。

本発明によれば、駆動周波数を高次モード（５λ／２）で共振する周波数として用いた場合に、圧電体の両端部、中央部、並びに、両端部および中央部の間はそれぞれλ／２の定在波が立つ。この結果、圧電トランスが波長λに対して小さくなりすぎず、振動による発熱の防止、すなわち、変換効率の低下を防ぐことができ高電力化が図れる。また、圧電体の両端部および中央部の電極の長さ方向中央の変位極小部で圧電トランスを支持および配線することで、圧電トランスの振動を阻害することなく、また、実装後に圧電体の変位により接続信頼性が低下することを防止できる。さらに、分極界面に応力が集中して圧電体が破損することを防止できる。また、圧電体の両端部および中央部の間の距離は、従来（引用文献２）との対比において長くすることができるため、斯かる部分の耐圧を改善することができる。

実施形態１に係る圧電トランスの斜視図。 図１のII−II線の断面図。 図２Ａの変形例を示す図。 図１のIII−III線の断面図。 図１のIIIＢ−IIIＢ線の断面図。 昇圧回路に用いた圧電トランスの配線および簡略化した圧電トランス１の構造を示す図。 降圧回路に用いた圧電トランスの配線および簡略化した圧電トランスの構造を示す図。 幅Ｗを変動させた場合の出力電力を示すグラフ。 実施形態１に係る複数の圧電トランスから一つの圧電トランスを構成した場合の外観斜視図。 実施形態１に係る複数の圧電トランスから一つの圧電トランスを構成した場合の外観斜視図。 実施形態２に係る圧電トランスの側面断面図。 ワイヤレス電力伝送システムの回路構成を示す図。 圧電トランスを二つ用いた場合のワイヤレス電力伝送システムの回路構成を示す図。 圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図。 圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図。 圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図。 圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図。 圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図。 圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図。 圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図。 （７λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図。 （７λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図。 （９λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図。 （９λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図。 （１１λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図。 {（２ｎ＋１）λ／２}共振モードで振動する圧電トランスの断面図。 ｛（２ｎ＋１）λ／２｝共振モードにおける、ｎと昇圧比Ｓ（または降圧比）の関係を示すグラフ。 特許文献２に記載の圧電デバイスおよび圧電デバイスの変位を示す図。

（実施形態１）
図１は実施形態１に係る圧電トランスの斜視図である。図２Ａは図１のII−II線の断面図であり、図２Ｂは図２Ａの変形例を示す図である。図３Ａは図１のIIIＡ−IIIＡ線の断面図であり、図３Ｂは図１のIIIＢ−IIIＢ線の断面図である。なお、図１は透視図としているが、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂで示す内部電極を省略している。

図１に示すように、本実施形態に係る圧電トランス１は、長さＬ、厚みＴ、幅Ｗを有する矩形板状の圧電体板２を備えている。圧電体板２は、ＰＺＴ系セラミックスなどから形成されていている。圧電体板２の両端部には互いに対向する外部電極（第１電極）３Ａおよび外部電極（第２電極）３Ｂと、外部電極（第１電極）４Ａおよび外部電極（第２電極）４Ｂとが形成されている。圧電体板２の中央部には互いに対向する外部電極（第３電極）５Ａ，５Ｂが形成されている。後述のように、圧電体板２は分極されており、外部電極３Ａ，３Ｂと外部電極４Ａ，４Ｂとの間、または短絡された外部電極５Ａ，５Ｂと外部電極４Ａ，４Ｂとの間のいずれかに交流電圧が印加されると、逆圧電効果により長さ方向の縦振動が励振され、圧電体板２の全体が振動する。短絡された外部電極５Ａ，５Ｂと外部電極４Ａ，４Ｂとの間、または外部電極３Ａ，３Ｂと外部電極４Ａ，４Ｂとの間から昇圧または降圧された電圧を取り出すことができる。なお、外部電極５Ａ，５Ｂは何れか一方のみであってもよい。

本実施形態に係る圧電トランス１は、（５λ／２）共振モードで振動するものとする。なお、λは長さ方向の振動の高次モード（（５λ／２）モード）の波長である。従って、長さＬは（５λ／２）としている。ここで、厚みＴおよび幅Ｗは（λ／２）未満とすることが好ましい。厚みＴおよび幅Ｗ方向の振動が長さ方向の振動に結合せず、圧電トランス１全体の振動が不安定とならないためである。本実施形態では、具体的な数値として、Ｌ＝１５ｍｍ、Ｗ＝２．０ｍｍ、Ｔ＝１．０ｍｍとする。また、圧電トランス１の圧電体板２を長手方向に五等分し、長手方向の長さをＬ／５（すなわち、λ／２）とした領域をＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５とする。

領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５は、外部電極が設けられる圧電トランス１の入出力部となる。圧電トランス１を昇圧トランスとして用いる場合には、領域Ｌ１，Ｌ５は入力部となり、領域Ｌ３は出力部となる。また、圧電トランス１を降圧トランスとして用いる場合には、領域Ｌ１，Ｌ５は出力部となり、領域Ｌ３は入力部となる。本実施形態では、圧電トランス１を昇圧トランスとして用いる場合について説明し、領域Ｌ１，Ｌ５を入力部、領域Ｌ３を出力部として説明する。

圧電体板２は、領域Ｌ１，Ｌ５において厚み方向に分極され、領域Ｌ２，Ｌ４において長手方向に分極され、領域Ｌ３は未分極となるよう分極処理されている。分極処理の方法としては、例えば、圧電体板２を１７０℃の絶縁油中で２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加する方法等が挙げられる。

後述するが、領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５の長手方向の中央は圧電体板２の変位が最小となる位置（ノード）であり、圧電トランス１は領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５で実装基板に支持される。すなわち、領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５は接続ノードとなる。変位が最小となる位置で圧電トランス１を支持することで、圧電トランス１の振動が阻害されないようにしている。また、領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５には、外部電極を形成し、実装基板と電気的に接続する信号線が配線される。変位が最小となる位置で配線することで、圧電トランス１の振動による信号線の断線のおそれを防止して実装性を高めることができる。

図２Ａに示すように、圧電体板２には、圧電体板２の厚み方向に積層された複数の内部電極３１、４１、５１が領域Ｌ１，Ｌ５，Ｌ３にそれぞれ設けられている。領域Ｌ１における圧電体板２の二側面には、対向する一対の外部電極３Ａ，３Ｂが設けられている。複数の内部電極３１は、図３Ａに示すように、外部電極３Ａ，３Ｂに導通している。具体的には、積層方向（圧電体板２の厚み方向）の最上層の内部電極３１が外部電極３Ａに導通し、次層の内部電極３１が外部電極３Ｂに導通し、というように、内部電極３１は交互に外部電極３Ａ，３Ｂに導通している。この構造により、外部電極３Ａ，３Ｂに電圧を印加すると、内部電極３１によって圧電体板２の厚み方向に電圧を印加できるようになる。

領域Ｌ３，Ｌ５についても同様に、領域Ｌ５の内部電極４１は、圧電体板２の二側面に形成された外部電極４Ａ，４Ｂに導通している。また、領域Ｌ３の内部電極５１は、図３Ｂに示すように、圧電体板２の二側面に形成された外部電極５Ａ，５Ｂに導通している。なお、領域Ｌ３では、複数の内部電極５１それぞれは外部電極５Ａ，５Ｂの両方に導通し、外部電極５Ａ，５Ｂが同電位となるように構成されている。この構造により、領域Ｌ１，Ｌ５の外部電極３Ａ，３Ｂ、４Ａ、４Ｂと領域Ｌ３の外部電極５Ａ，５Ｂ間に電圧を印加すると、内部電極３１によって圧電体板２の長さ方向に電圧を印加できるようになる。

なお、領域Ｌ３の内部電極５１は領域Ｌ２，Ｌ４が長手方向に分極するために設けられたものであるため、図２Ｂに示すように、領域Ｌ２，Ｌ３の境界部分、および領域Ｌ３，Ｌ４の境界部分にのみ設けられていてもよい。また、図３に示す積層構造となる内部電極間の距離（厚み方向の距離）は必要とする容量に応じて適宜変更可能である。また、内部電極層と圧電体層の積層数は必要とする容量に応じて適宜変更可能である。

また、領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５それぞれの二側面に形成された各外部電極は、例えば、焼成前の圧電体板２の部材にＡｇペーストをスクリーン印刷し、焼成することにより形成される。

図４は、昇圧回路に用いた圧電トランス１の配線および簡略化した圧電トランス１の構造を示す図である。図４では圧電トランス１の模式図であり、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５に記された矢印は分極方向を示している。

外部電極３Ａ，３Ｂおよび外部電極４Ａ，４Ｂには、インダクタＬを介して交流電源Ｖinからの入力側配線が接続されている。内部電極５１が導通して同電位とされた外部電極５Ａ，５Ｂには負荷Ｒに接続されている。外部電極３Ａ，３Ｂおよび外部電極４Ａ，４Ｂには、圧電体板２の厚み方向に交互に積層された内部電極３１，４１が導通している。外部電極３Ａと外部電極３Ｂとの間および外部電極４Ａと外部電極４Ｂとの間に交流電源Ｖinから交流電圧が印加されると、内部電極３１，４１を介して圧電体板２の厚み方向に電圧が印加されることになり、電位差が発生する。すなわち、領域Ｌ１，Ｌ５では分極方向に電界が加えられる。そして、逆圧電効果により分極方向に直交する方向、すなわち、圧電体板２の長手方向に縦振動が励振される。

縦振動が励振された領域Ｌ２，Ｌ４では分極方向に機械的歪みが生じ、圧電効果により分極方向（長手方向）に電位差が発生する。この生じた電位差により領域Ｌ３近傍は高電圧部となり、外部電極５Ａ，５Ｂから高電圧が取り出され負荷Ｒの第１端に印加される。負荷Ｒの第２端は外部電極３Ｂ，４Ｂおよび回路の基準電位に接続されている。

このように、本実施形態１に係る圧電トランス１を高次モード（（５λ／２）モード）で駆動させる場合、５００ｋＨｚ程度の高周波でも圧電トランス１の素子サイズが小さくなりすぎず、素子の温度上昇を抑え、熱損失を低減でき、エネルギーの高効率変換ができる。また、圧電トランス１において、領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５の各中央部は、圧電体板２の長手方向の変位は小さい。従って、圧電トランス１を領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５で実装基板またはパッケージに支持することで、圧電トランス１の振動を阻害しないため、変換効率が低下しないようにできる。また、変位が小さい領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５で配線することで、圧電トランス１の振動により接続不良が生じることを防止でき、圧電トランス１の実装部の信頼性・耐久性を高めることができる。

また、各領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の各中央部が、各領域における応力集中点となるため、応力集中点が分極界面（例えば領域Ｌ１，Ｌ２の境界面）に位置しない。このため、応力集中による圧電体板２の破損などを防止できる。

さらに、領域Ｌ２，Ｌ４の長手方向の長さを従来との対比において長くできるため、耐圧を大きくすることができる。その結果、領域Ｌ３近傍に高電圧が発生し、領域Ｌ２，Ｌ４に高電圧が印可されても圧電体板２の耐圧を超えることがなく、電圧変換比を高めることができる。なお、図４の領域Ｌ１，Ｌ５の分極方向を示す矢印は分極方向が厚み方向であることを示し、領域Ｌ１，Ｌ５の分極方向が外部電極面に直交することを示すものではない。

なお、本実施形態では、圧電トランス１を昇圧トランスとして用いた場合について説明したが、降圧トランスに用いてもよい。図５は、降圧回路に用いた圧電トランス１の配線および簡略化した圧電トランス１の構造を示す図である。

同電位となる外部電極５Ａ，５Ｂには交流電流源Ｖinからの入力側配線が接続されている。外部電極３Ａ，３Ｂおよび外部電極４Ａ，４ＢにはインダクタＬを介して負荷Ｒに接続されている。外部電極５Ａ，５Ｂと外部電極３Ｂ，４Ｂとの間に交流電流源からの交流電圧が印加されると、領域Ｌ２，Ｌ４では分極方向に電界が加えられる。そして、逆圧電縦効果により分極方向、すなわち、圧電体板２の長手方向に縦振動が励振される。縦振動が励振された領域Ｌ１，Ｌ５では長手方向と直交する方向（分極方向）に機械的歪みが生じ、圧電横効果により分極方向に電位差が発生する。この電位差により領域Ｌ１，Ｌ５が低電圧部となり、外部電極３Ａ，４Ａから低電圧が取り出され負荷Ｒの第１端に印加される。負荷Ｒの第２端は外部電極３Ｂ、４Ｂおよび回路の基準電位に接続されている。

なお、本実施形態では、圧電トランス１の幅Ｗを２．０ｍｍ（λ／３）としているが、幅方向の振動が長さ方向の振動に結合せず、圧電トランス１全体の振動が不安定とならないように、幅Ｗはλ／２以下であればよい。図６は、幅Ｗを変動させた場合の出力電力を示すグラフである。図６では、長さＬ＝１５ｍｍ、厚みＴ＝１．０ｍｍ、幅Ｗを、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０ｍｍとし、圧電トランス１を降圧トランスとして負荷抵抗に接続して電圧を印加し、圧電トランス１の温度上昇が３０℃の際の出力を測定した結果を示している。この結果から明らかなように幅が１．５ｍｍ（λ／４）付近において高い出力特性を確認することができる。このように、幅Ｗがλ／２以下であれば、高出力を得ることができ、λ／４とすることでさらに高出力を得ることができる。厚みＴは上記のようにλ／４以下であることが好ましい。同様に、厚みＴが１．５ｍｍ（λ／４）付近、かつ幅Ｗがλ／４以下において高出力を得ることができる。

また、圧電トランス１を複数組み合わせて一つの圧電トランスとしてもよい。図７および図８は実施形態１に係る複数の圧電トランス１から一つの圧電トランスを構成した場合の外観斜視図を示す。

図７では、実装基板上に、圧電トランス１を幅方向に沿って複数配列させて、隣接する外部電極同士を導通させる構成としている。具体的には、圧電トランス１の外部電極３Ｂ，４Ｂ，５Ｂと、幅方向に隣接する圧電トランス１の外部電極３Ａ，４Ａ，５Ａとを導通させる。

図８では、圧電トランス１を厚み方向に積層させ、積層方向に隣接する外部電極を導通させ、一つのユニット化した構成としている。具体的には、厚み方向に積層した圧電トランス１それぞれの外部電極３Ａ同士，外部電極４Ａ同士，外部電極５Ａ同士を板状の導体５で導通させる。また、図８では表れていないが、外部電極３Ｂ同士，外部電極４Ｂ同士，外部電極５Ｂ同士を板状の導体で導通させる。

一般に駆動周波数が高いと圧電トランスのサイズが小さくなる。このため、高効率な出力を得るためには、圧電トランスでの許容損失は小さくなる。このため、図７または図８のように、高出力が得られる本実施形態に係る圧電トランス１を複数配列して構成することで、伝送電力を高めることができ、さらに、放熱性を高めることができる。圧電トランス１が長さ方向の高次モード縦振動すると、長さ方向の変位ばかりでなく、幅方向の変位も発生する。複数配列された圧電トランス１の間に隙間を設けて互いの幅方向の振動を阻害しないようにするのが好ましい。

また、一つの圧電体板から、図７または図８に示す圧電トランスと同じサイズを構成した場合、幅方向がλ／２より長くなり、幅方向に不要な振動およびその高次モードが発生する。これが長手方向の振動と結合するおそれがある。このため、本実施形態に係る圧電トランス１を複数配列させて一つの圧電トランスを構成することで、不要な共振を回避することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る圧電トランスについて説明する。本実施形態では、領域Ｌ１，Ｌ５において、圧電体板２の長手方向に複数の電極が積層された構成としている。また、本実施形態では、領域Ｌ１，Ｌ５において圧電体板２の分極方向を長手方向としている。以下、実施形態１との相違点について説明する。

図９は、実施形態２に係る圧電トランスの側面断面図であり、図２に相当する。本実施形態に係る圧電トランス１Ａは、内部電極３１および内部電極４１が、圧電体板２の長手方向に交互に積層された構成となっている。また、圧電体板２は、領域Ｌ１，Ｌ５における分極方向が長手方向となるよう分極処理がなされている。また、領域Ｌ３には、領域Ｌ２，Ｌ３の境界および領域Ｌ３，Ｌ４それぞれに内部電極５１が設けられていて、内部電極５１は外部電極５Ａ，５Ｂと導通し、外部電極５Ａ，５Ｂと同電位としてある。

この圧電トランス１Ａにおいて、実施形態１と同様に、外部電極３Ａ，３Ｂおよび外部電極４Ａ，４Ｂに交流電圧を印加すると、領域Ｌ１、Ｌ５は逆圧電効果により分極方向である長手方向に変位する。領域Ｌ１，Ｌ５が長手方向に変位すると、その変位が領域Ｌ２，Ｌ４に伝わり、領域Ｌ２，Ｌ４は長手方向に変位する。この結果、圧電効果により分極方向、すなわち、長手方向に電位差が生じる。領域Ｌ３と領域Ｌ１，Ｌ５との間で生じた電位差により領域Ｌ２，Ｌ４は高電圧部となり、外部電極５Ａ，５Ｂから電圧が取り出される。

本実施形態に係る圧電トランス１Ａの構成であっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
実施形態３では、実施形態１，２の圧電トランスをワイヤレス電力伝送システムに用いた場合を説明する。ワイヤレス電力伝送システムは送電装置と受電装置とで構成されている。受電装置は二次電池を備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯音楽プレーヤ、ノート型ＰＣ（PersonalComputer）、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置は受電装置が載置され、この受電装置の二次電池を充電するための充電台である。送電装置および受電装置は、それぞれアクティブ電極およびパッシブ電極を備えている。アクティブ電極同士、パッシブ電極同士が容量結合することで、送電装置から受電装置に電力が伝送される。

図１０は、ワイヤレス電力伝送システムの回路構成を示す図である。本実施形態では、受電装置２００が備える降圧回路に圧電トランスを用いている。

送電装置１００の高周波高電圧発生回路１０１は例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。この高周波高電圧発生回路１０１の発生する電圧がインダクタＬａを介してアクティブ電極１０３とパッシブ電極１０４との間に印加される。キャパシタＣＧは主にアクティブ電極１０３とパッシブ電極１０４とによる容量であり、インダクタＬａと共振回路を構成する。

受電装置２００のアクティブ電極２０３とパッシブ電極２０４との間には、圧電トランス１及びインダクタＬｂによる降圧回路が接続されている。キャパシタンス素子ＣＬは主にアクティブ電極２０３とパッシブ電極２０４とによる容量である。

送電装置１００のアクティブ電極１０３とパッシブ電極１０４とによる結合電極と受電装置２００のアクティブ電極２０３とパッシブ電極２０４とによる結合電極との結合は相互容量Ｃｍを介して結合しているものと表すことができる。

圧電トランス１は、実施形態１，２で説明したように、外部電極５Ａ，５Ｂと外部電極３Ｂ，４Ｂ（または外部電極３Ａ，４Ａ）との間に印加される電圧を降圧して外部電極３Ａ，４Ａ（または外部電極３Ｂ，４Ｂ）へ出力する。この出力電圧が負荷回路ＲＬに供給される。この負荷回路ＲＬは、例えば整流回路を備え、受電装置２００の二次電池を充電する。

このように、降圧回路に、低損失の圧電トランス１を用いることで、低損失で小型の降圧回路を実現でき、その結果、受電装置２００の小型化が可能となる。

図１１は、圧電トランス１を二つ用いた場合のワイヤレス電力伝送システムの回路構成を示す図である。

図１１では、受電装置２００は、交流電圧の正電圧を出力する圧電トランス１１と、負電圧を出力する圧電トランス１２とを含む圧電トランスモジュール１０を備えていて、平衡−不平衡変換がなされている。二つの圧電トランス１１，１２の外部電極５Ａ，５Ｂは、アクティブ電極２０３に接続されている電圧入力端子Ｔ４に接続されている。また、圧電トランス１１の外部電極３Ａ，４Ａは、整流用のダイオードＤ１を介して第１出力端子Ｔ１に接続され、外部電極３Ｂ，４Ｂは、パッシブ電極２０４に接続された第３出力端子Ｔ３に接続されている。圧電トランス１２の外部電極３Ａ，４Ａは第３出力端子Ｔ３に接続され、外部電極３Ｂ，４Ｂは、ダイオードＤ２を介して第２出力端子Ｔ２に接続されている。

また、整合または共振用のインダクタＬｂ１の一端はダイオード（第１整流素子）Ｄ１を介して第１出力端子Ｔ１に接続され、他端は第３出力端子Ｔ３に接続されている。整合または共振用のインダクタＬｂ２の一端はダイオード（第２整流素子）Ｄ２を介して第２出力端子Ｔ２に接続され、他端は第３出力端子Ｔ３に接続されている。また、第１出力端子Ｔ１および第２出力端子Ｔ２は、インダクタＬｃおよびキャパシタＣ１からなる平滑回路を介して負荷Ｒに接続されている。

この回路構成では、平衡出力とすることで、平衡入力型の整流回路との整合性がよく、安定に動作させることができる。

なお、圧電トランスにおける分極方向は上述の実施形態に限定されることはない。図１２Ａ、図１２Ｂ，図１２Ｃ、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂは圧電トランスにおける分極方向のバリエーションを説明する図である。以下に説明する変形例では、上述の実施形態で圧電体板の対向側面に設けていた外部電極を、圧電体板の厚み方向に対向するよう設けた構成として説明する。

図１２Ａ、図１２Ｂ，図１２Ｃでは、領域Ｌ１，Ｌ５が振動方向と分極方向とが直交する横効果、領域Ｌ２，Ｌ４が振動方向と分極方向とが同一の縦効果となる場合を示す。図１２Ａに示すように、領域Ｌ２，Ｌ４における分極方向を実施形態１とは反対方向としてもよい。また、図１２Ｂに示すように、領域Ｌ５における分極方向を、領域Ｌ１における分極方向とは反対方向にしてもよい。さらに、図１２Ｃに示すように、領域Ｌ２，Ｌ４における分極方向を実施形態１とは反対方向とし、かつ、領域Ｌ５における分極方向を、領域Ｌ１における分極方向とは反対方向にしてもよい。

図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂでは、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５が振動方向と分極方向とが同一の縦効果となる場合を示す。また、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａおよび図１４Ｂのそれぞれでは、長手方向において同方向に極性を有するように領域Ｌ１，Ｌ５の外部電極の形状が領域Ｌ３を中心に左右対称となる構成を上図に示し、同方向に同じ極性を有するように領域Ｌ１，Ｌ５の外部電極の形状が領域Ｌ３を中心に左右非対称となる構成を下図に示している。

図１３Ａに示すように、領域Ｌ１，Ｌ２における分極方向を領域Ｌ５側の方向とし、領域Ｌ４，Ｌ５おける分極方向を領域Ｌ１側の方向とするようにしてもよい。また、図１３Ｂに示すように、領域Ｌ１，Ｌ２における分極方向が互いの方向を向き合う方向とし、領域Ｌ４，Ｌ５における分極方向が互いの方向を向き合う方向とするようにしてもよい。

さらに、図１４Ａに示すように、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５における分極方向を一致させ、領域Ｌ４における分極方向を反対方向とするようにしてもよい。また、図１４Ｂに示すように、領域Ｌ１，Ｌ４，Ｌ５における分極方向を一致させ、領域Ｌ２における分極方向を反対方向とするようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、昇圧動作の場合、長手方向の中央である領域Ｌ３を出力部としているが、領域Ｌ２，Ｌ４に電極を設けて、領域Ｌ２，Ｌ４を出力部としてもよい。図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃおよび図１６Ｄは、入出力部の領域を変更した場合の圧電トランスを示す図である。領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５の長手方向の中央は圧電体板２の変位が最小となる位置（ノード）であり、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃおよび図１６Ｄの圧電トランスは領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５で実装基板またはパッケージに支持される。

図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄでは、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５が振動方向と分極方向とが直交する横効果となる場合を示す。図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄでは、領域Ｌ４，Ｌ５に共通の外部電極７Ａを圧電体板２の下側に設け、その外部電極７Ａに対向する外部電極７Ｂ，７Ｃを領域Ｌ４，Ｌ５にそれぞれ設けている。領域Ｌ４，Ｌ５は分極方向を上方向としてある。また、領域Ｌ４，Ｌ５は分極方向を上方向としてある。

図１５Ａでは、圧電体板２の上側に領域Ｌ１，Ｌ２に共通の外部電極６Ａを設け、その外部電極６Ａに対向する外部電極６Ｂ，６Ｃを領域Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ設けている。領域Ｌ１，Ｌ２は分極方向を下方向としてある。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。領域Ｌ３は、非分極であり、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃおよび図１６Ｄでは、領域Ｌ３に対向電極は設けられていない。図１５Ａでは、圧電体板２の上側に領域Ｌ１，Ｌ２に共通の外部電極６Ａを設けているが、外部電極６Ａは領域Ｌ１，Ｌ２で独立してもよい。また、共通の外部電極７Ａは領域Ｌ４，Ｌ５で独立していてもよい。

図１５Ｂでは、図１５Ａと同様に外部電極６Ａ，６Ｂ，６Ｃを設ける。そして、領域Ｌ１は分極方向を上方向としてあり、領域Ｌ２は分極方向を下方向としてある。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。

図１５Ｃでは、圧電体板２の下側に領域Ｌ１，Ｌ２に共通の外部電極６Ａを設け、その外部電極６Ａに対向する外部電極６Ｂ，６Ｃを領域Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ設けている。そして、領域Ｌ１，Ｌ２は分極方向を上方向としてある。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。

図１５Ｄでは、図１５Ｃと同様に外部電極６Ａ，６Ｂ，６Ｃを設ける。そして、領域Ｌ１は分極方向を下方向としてあり、領域Ｌ２は分極方向を上方向としてある。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。

図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃおよび図１６Ｄでは、領域Ｌ１，Ｌ５が振動方向と分極方向とが同一の縦効果となり、領域Ｌ２，Ｌ４が振動方向と分極方向とが直交する横効果となる場合を示している。また、領域Ｌ４，Ｌ５に共通の外部電極７Ａを圧電体板２の下側に設け、その外部電極７Ａに対向する外部電極７Ｂ，７Ｃを領域Ｌ４，Ｌ５にそれぞれ設けている。この外部電極７Ａ，７Ｃは、長手方向に電圧を印可するよう内部電極を有している。領域Ｌ４は分極方向を上方向とし、領域Ｌ５は分極方向を領域Ｌ１側としている。

図１６Ａでは、圧電体板２の上側に領域Ｌ１，Ｌ２に共通の外部電極６Ａを設け、その外部電極６Ａに対向する外部電極６Ｂ，６Ｃを領域Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ設けている。外部電極６Ａ，６Ｂは、長手方向に電圧を印可するよう内部電極を有していて、図１６Ａでは、長手方向において領域Ｌ５と同方向に極性を有するように構成としている。領域Ｌ１は分極方向を圧電体板２の外側の方向とし、領域Ｌ２は上方向としてある。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。

図１６Ｂでは、外部電極は図１６Ａと同様の構成としてあり、領域Ｌ１は分極方向を領域Ｌ５側とし、領域Ｌ２は下方向としてある。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。

図１６Ｃでは、圧電体板２の下側に領域Ｌ１，Ｌ２に共通の外部電極６Ａを設け、その外部電極６Ａに対向する外部電極６Ｂ，６Ｃを領域Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ設けている。外部電極６Ａ，６Ｂは、長手方向に電圧を印可するよう内部電極を有していて、図１６Ｃでは、長手方向において領域Ｌ５とは逆方向に極性を有するように構成としている。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。

図１６Ｄでは、外部電極は図１６Ｃと同様の構成としてあり、領域Ｌ１は分極方向を圧電体板２の外側とし、領域Ｌ２は上方向としてある。この場合、外部電極６Ｃ，７Ｂから昇圧された電圧を取り出すことができる。なお、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃおよび図１６Ｄの構成は、内部電極間の距離や内部電極層と圧電体層との積層数を調整して領域Ｌ２，Ｌ４の容量が領域Ｌ１，Ｌ５の容量に比べて大きくなるように構成することにより、領域Ｌ２，Ｌ４の外部電極６Ｃ，７Ｂから降圧された電圧を取り出すように構成することができる。

上述の実施形態では、圧電トランス１は、（５λ／２）共振モードで振動するものとしたが、さらに高次モードで振動するものであってもよい。

図１７Ａおよび図１７Ｂは（７λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図である。図１７Ａおよび図１７Ｂに示す圧電トランスの長さをＬとした場合、圧電体板２を長手方向に七等分し、長手方向の長さをＬ／７（すなわち、λ／２）とした領域をＬ１〜Ｌ７とする。この領域Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６の長手方向の中央は圧電体板２の変位が最小となる位置（ノード）であり、図１７Ａの圧電トランスは領域Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６で実装基板に支持される。また、領域Ｌ１には対向する外部電極８Ａ，８Ｂが設けられている。領域Ｌ２には対向する外部電極９Ａ，９Ｂが設けられている。領域Ｌ４には対向する外部電極１０Ａ，１０Ｂが設けられている。領域Ｌ６には対向する外部電極１１Ａ，１１Ｂが設けられている。領域Ｌ７には対向する外部電極１２Ａ，１２Ｂが設けられている。

図１７Ａでは、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ７は分極方向を上方向とし、領域Ｌ３，Ｌ５は分極方向を互い向かい合う方向としている。領域Ｌ４は未分極である。この場合、図示しないが、外部電極８Ａ，９Ｂを接続し、外部電極８Ｂ，９Ａを接続する。また、外部電極１１Ａ，１２Ｂを接続し、外部電極１１Ｂ，１２Ａを接続する。そして、外部電極８Ａ，９Ｂと外部電極８Ｂ，９Ａとの間、および、外部電極１１Ａ，１２Ｂと外部電極１１Ｂ，１２Ａとの間に交流電圧が印可されると、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ７は横効果、領域Ｌ３，Ｌ５は縦効果となり、領域Ｌ４の外部電極１０Ａ，１０Ｂから昇圧された電圧を取り出せる。

図１７Ｂでは、領域Ｌ１，Ｌ７は分極方向を下方向とし、領域Ｌ２，Ｌ６は分極方向を上方向とし、領域Ｌ３，Ｌ５は分極方向を互い向かい合う方向としている。この場合、外部電極８Ａ，９Ａを接続し、外部電極８Ｂ，９Ｂを接続する。また、外部電極１１Ａ，１２Ａを接続し、外部電極１１Ｂ，１２Ｂを接続する。そして、外部電極８Ａ，９Ａと外部電極８Ｂ，９Ｂとの間、および、外部電極１１Ａ，１２Ａと外部電極１１Ｂ，１２Ｂとの間に交流電圧が印可されると、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ６，Ｌ７は横効果、領域Ｌ３，Ｌ５は縦効果となり、領域Ｌ４の外部電極１０Ａ，１０Ｂから昇圧された電圧を取り出せる。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、（９λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図である。図１８Ａおよび図１８Ｂに示す圧電トランスの長さをＬとした場合、圧電体板２を長手方向に九等分し、長手方向の長さをＬ／９（すなわち、λ／２）とした領域をＬ１〜Ｌ９とする。この領域Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７の長手方向の中央は圧電体板２の変位が最小となる位置（ノード）であり、図１８Ａおよび図１８Ｂの圧電トランスは領域Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７で実装基板に支持される。また、領域Ｌ１には対向する外部電極８Ａ，８Ｂが設けられている。領域Ｌ２には対向する外部電極９Ａ，９Ｂが設けられている。領域Ｌ３には対向する外部電極１０Ａ，１０Ｂが設けられている。領域Ｌ５には対向する外部電極１１Ａ，１１Ｂが設けられている。領域Ｌ７には対向する外部電極１２Ａ，１２Ｂが設けられている。領域Ｌ８には対向する外部電極１３Ａ，１３Ｂが設けられている。領域Ｌ９には対向する外部電極１４Ａ，１４Ｂが設けられている。

図１８Ａでは、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９は分極方向を上方向とし、領域Ｌ４，Ｌ６は分極方向を互い向かい合う方向としている。領域Ｌ５は未分極である。この場合、図示しないが、外部電極８Ａ，９Ｂ，１０Ａを接続し、外部電極８Ｂ，９Ａ，１０Ｂを接続する。また、外部電極１２Ａ，１３Ｂ，１４Ａを接続し、外部電極１２Ｂ，１３Ａ，１４Ｂを接続する。そして、外部電極８Ａ，９Ｂ，１０Ａと外部電極８Ｂ，９Ａ，１０Ｂとの間、および、外部電極１２Ａ，１３Ｂ，１４Ａと外部電極１２Ｂ，１３Ａ，１４Ｂとの間に交流電圧が印可されると、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９は横効果、領域Ｌ４，Ｌ６は縦効果となり、領域Ｌ５の外部電極１１Ａ，１１Ｂから昇圧された電圧を取り出せる。

図１８Ｂでは、領域Ｌ２，Ｌ８は分極方向を下方向とし、他は図１８Ａと同じである。この場合、外部電極８Ａ，９Ａ，１０Ａを接続し、外部電極８Ｂ，９Ｂ，１０Ｂを接続する。また、外部電極１２Ａ，１３Ａ，１４Ａを接続し、外部電極１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂを接続する。そして、外部電極８Ａ，９Ａ，１０Ａと外部電極８Ｂ，９Ｂ，１０Ｂとの間、および、外部電極１２Ａ，１３Ａ，１４Ａと外部電極１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂとの間に交流電圧が印可されると、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９は横効果、領域Ｌ４，Ｌ６は縦効果となり、領域Ｌ５の外部電極１１Ａ，１１Ｂから昇圧された電圧を取り出せる。

図１９は（１１λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの断面図である。図１９に示す圧電トランスの長さをＬとした場合、圧電体板２を長手方向に１１等分し、長手方向の長さをＬ／１１（すなわち、λ／２）とした領域をＬ１〜Ｌ１１とする。この領域Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８の長手方向の中央は圧電体板２の変位が最小となる位置（ノード）であり、図１９の圧電トランスは領域Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８で実装基板に支持される。実装部への応力を低減するために実装部はこのように中央にまとめた方が好ましい。また、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ６，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１の上側には外部電極８Ａ，９Ａ、１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ，１６Ａが設けられて，これらに対向する外部電極８Ｂ，９Ｂ、１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ，１６Ｂが設けられている。

図１９では、領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ９，Ｌ１１は分極方向を下方向とし、領域Ｌ２，Ｌ４，Ｌ８，Ｌ１０は分極方向を上方向とし、領域Ｌ５，Ｌ７は分極方向を互い向かい合う方向としている。領域Ｌ６は未分極である。この場合、外部電極８Ａ，９Ａ，１０Ａ，１１Ａを接続し、外部電極８Ｂ，９Ｂ，１０Ｂ，１１Ｂを接続する。また、外部電極１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ，１６Ａを接続し、外部電極１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ，１６Ｂを接続する。そして、外部電極８Ａ，９Ａ，１０Ａ，１１Ａと外部電極８Ｂ，９Ｂ，１０Ｂ，１１Ｂとの間、および、外部電極１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ，１６Ａと外部電極１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ，１６Ｂとの間に交流電圧が印可されると、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１は横効果、領域Ｌ５，Ｌ７は縦効果となり、領域Ｌ６の外部電極１２Ａ，１２Ｂから昇圧された電圧を取り出せる。

図１７Ｂ、図１８Ｂ、図１９は、（７λ／２）共振モード、（９λ／２）共振モード、（１１λ／２）共振モードで振動する圧電トランスの電極を接続する配線を示す断面図である。（７λ／２）共振モード以上の共振モードを用いた場合には、（５λ／２）共振モードを用いた場合に比べて圧電体板の端部領域のインピーダンスを調整することが可能になり、昇圧比や降圧比を調整することが可能になる。また、積層数を減らすことができ、構造を簡略化できる。

ここで、（２ｎ＋１）次の共振モードを用いた場合を考える（ｎは３以上の整数である）。図２０は、{（２ｎ＋１）λ／２}共振モードで振動する圧電トランスの断面図である。図１９に示す圧電トランスの長さをＬとした場合、圧電体板２を長手方向に（２ｎ＋１）等分し、長手方向の長さをＬ／（２ｎ＋１）（すなわち、λ／２）とした領域をＬ１〜Ｌ（２ｎ＋１）とする。

この場合、真ん中の領域Ｌ（ｎ＋１）が非分極の領域となり、その両隣ｋ（ｋはｎより小さい正の整数である）個分の領域を長さ方向に分極された領域、さらにその両端（ｎ−ｋ）個分の領域が厚み方向に分極された領域とすると、それぞれＬ１〜Ｌ（ｎ−ｋ）と、Ｌ（ｎ＋ｋ＋２）〜Ｌ（２ｎ＋１）とは厚み方向に分極された領域となる。また、Ｌ（ｎ−ｋ＋１）〜Ｌ（ｎ）と、Ｌ（ｎ＋２）〜Ｌ（ｎ＋ｋ＋１）とは長さ方向に分極された領域となる。さらに、Ｌ（ｎ＋１）は非分極の領域となる。

昇圧比（または降圧比）を定性的に捉えるための目安量Ｓとすると、Ｓ＝ｋ（ｎ−ｋ）で規定することができ、図２１に示すように、Ｓ＝−（ｋ−ｎ／２）^２＋ｎ^２／４となる。ｋ＝ｎ／２の時にＳが最大になるが、ｋもｎも正の整数であるという条件を考慮すると、ｎ＝２ｍ（ｍは正の整数）かつｋ＝ｍである場合が最もＳが大きくなる、すなわち昇圧比（または降圧比）を稼ぐことができることになる。

なお、圧電トランスの具体的構成などは、適宜設計変更可能であり、上述の実施形態に記載された作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。実施例では、積層構造を前提にして記述したが単板構造であってもよい。

１−圧電トランス
２−圧電体板（圧電体）
３Ａ，３Ｂ−外部電極（第１電極、第２電極）
４Ａ，４Ｂ−外部電極（第１電極、第２電極）
５Ａ，５Ｂ−外部電極（第３電極）
Ｌ１−領域（第１領域）
Ｌ２−領域（第２領域）
Ｌ３−領域（第３領域）
Ｌ４−領域（第４端部）
Ｌ５−領域（第５端部）

Claims (11)

1. ５次の縦振動モードを利用してなる圧電トランスであって、
   ５λ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板を備え、
   前記圧電体板は、
   長さ方向に沿って５等分されて構成された第１〜第５領域を有し、
   前記第１領域および前記第５領域は厚み方向または長さ方向を分極方向として分極され、
   前記第２領域および前記第４領域は前記長さ方向を分極方向として分極され、
   前記第３領域は非分極であり、
   前記第１領域および前記第５領域それぞれに設けられ、前記分極方向に沿って対向配置された第１電極と第２電極と、
   前記第３領域と前記第２領域および前記第４領域との境界を含む位置に設けられた第３電極と
   をさらに備え、
   前記第１電極と前記第２電極とは入力電極であり、前記第３電極は出力電極である、又は、前記第３電極は入力電極であり、前記第１電極と前記第２電極とは出力電極である
   圧電トランス。
2. 前記圧電体板は幅方向及び厚み方向の一方の長さがλ／４であり、他方の長さがλ／４以下である、
   請求項１に記載の圧電トランス。
3. 前記第１電極および前記第２電極は、
   前記第１領域および前記第５領域の分極方向が前記厚み方向である場合、前記厚み方向に対向するように設けられ、
   前記第１領域および前記第５領域の分極方向が前記長さ方向である場合、前記長さ方向に対向するように設けられている、
   請求項１または２の圧電トランス。
4. 前記圧電体板は、
   前記第３領域および前記第１領域および第５領域で支持される、
   請求項３に記載の圧電トランス。
5. （２ｎ＋１）次の縦振動モード（ｎは３以上の整数）を利用してなる圧電トランスであって、
   （２ｎ＋１）×λ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板を備え、
   前記圧電体板は、
   長さ方向に沿って（２ｎ＋１）等分されて構成された第１〜第（２ｎ＋１）領域を有し、
   第１領域〜第（ｎ−ｋ）領域（ｋはｎより小さい正の整数）及び第（ｎ＋ｋ＋２）領域〜第（２ｎ＋１）領域は、厚み方向を分極方向として分極され、
   第（ｎ−ｋ＋１）領域〜第ｎ領域及び第（ｎ＋２）領域〜第（ｎ＋ｋ＋１）領域は長さ方向を分極方向として分極され、
   第（ｎ＋１）領域は非分極であり、
   前記第１領域〜第（ｎ−ｋ）領域及び第（ｎ＋ｋ＋２）領域〜第（２ｎ＋１）領域それぞれに設けられ、分極方向に沿って対向配置された第１電極及び第２電極と、
   第（ｎ＋１）領域と、前記第（ｎ−ｋ＋１）領域〜第ｎ領域及び第（ｎ＋２）領域〜第（ｎ＋ｋ＋１）領域との境界を含む位置に設けられた第３電極と、
   を備え、
   前記第１電極と前記第２電極とは入力電極であり、前記第３電極は出力電極である、又は、前記第３電極は入力電極であり、前記第１電極と前記第２電極とは出力電極である
   圧電トランス。
6. ｎ＝２ｍ（ｍは正の整数）、かつｋ＝ｍである、請求項５に記載の圧電トランス。
7. 請求項１から４の何れかに記載の圧電トランスを二つ備えた圧電トランスモジュールであって、
   電圧入力端子と、
   グランド端子と、
   第１出力端子および第２出力端子と、
   を備え、
   第１の前記圧電トランスおよび第２の前記圧電トランスは、
   前記第３電極が前記電圧入力端子に接続され、
   第１の前記圧電トランスは、
   前記第１電極が前記第１出力端子に接続され、前記第２電極が前記グランド端子に接続され、
   第２の前記圧電トランスは、
   前記第１電極が前記グランド端子に接続され、前記第２電極が前記第２出力端子に接続されている、
   圧電トランスモジュール。
8. 前記第１電極と前記第１出力端子との間に接続された第１整流素子と、
   前記第２電極と前記第２出力端子との間に接続された第２整流素子と、
   を備える請求項７に記載の圧電トランスモジュール。
9. 請求項１から４の何れかに記載の圧電トランスを複数備えた圧電トランスモジュールであって、
   前記圧電トランスが厚み方向に沿って複数積層され、
   一の前記圧電トランスの前記第１電極と、前記一の圧電トランスに厚み方向に隣接する他の前記圧電トランスの前記第２電極とが導通し、
   前記一の圧電トランスおよび前記他の圧電トランスの前記第３電極同士が導通している、
   圧電トランスモジュール。
10. 請求項１から５の何れかに記載の圧電トランスを複数備えた圧電トランスモジュールであって、
    前記圧電トランスが幅方向に沿って複数積層され、
    隣接する前記圧電トランスは、
    前記第１電極同士が導通し、前記第２電極同士が導通し、前記第３電極同士が導通している、
    圧電トランスモジュール。
11. 送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、並びに、前記送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極間に電圧を印加する電圧発生回路を有する送電装置と、
    該送電装置に載置した場合に、前記送電側アクティブ電極に対して対向する受電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極に対して対向又は接触する受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に生じる電圧を降圧する降圧回路、並びに、前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、
    を備え、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが間隙を介して対向し、容量結合することにより前記送電装置側から前記受電装置側へ電力伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
    前記降圧回路は、５次の縦振動モードを利用してなる圧電トランスを備え、
    前記圧電トランスは、
    ５λ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板を備え、
    前記圧電体板は、
    長さ方向に沿って５等分されて構成された第１〜第５領域を有し、
    前記第１領域および前記第５領域は厚み方向または長さ方向を分極方向として分極され、
    前記第２領域および前記第４領域は前記長さ方向を分極方向として分極され、
    前記第３領域は非分極であり、
    前記第１領域および前記第５領域それぞれに設けられ、前記分極方向に沿って対向配置された第１電極と第２電極と、
    前記第３領域と前記第２領域および前記第４領域との境界を含む位置に設けられた第３電極と、
    を備え、
    前記第３電極は入力電極であり、前記第１電極と前記第２電極とは出力電極である、
    ワイヤレス電力伝送システム。

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