JPH0257350B2 - - Google Patents
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- JPH0257350B2 JPH0257350B2 JP60196350A JP19635085A JPH0257350B2 JP H0257350 B2 JPH0257350 B2 JP H0257350B2 JP 60196350 A JP60196350 A JP 60196350A JP 19635085 A JP19635085 A JP 19635085A JP H0257350 B2 JPH0257350 B2 JP H0257350B2
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は電流から電圧、あるいは電圧から電流
への変換を圧電材料を利用して行うトランスデユ
ーサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a transducer that converts current to voltage or voltage to current using a piezoelectric material.
(発明の概要)
本発明は磁性材料と圧電材料とを2層構造もし
くは多層構造にしてビームを形成し、永久磁石に
より、あるいはコイルに電流を流して外部から磁
界を与えることにより磁性材料を駆動して圧電材
料に振動を与え、圧電材料から電圧を発生せし
め、また逆に、圧電材料に電圧を印加して圧電材
料を駆動し、その振動により磁性材料を介して外
部の磁気回路に電流を発生するようにした、電流
←→電圧間のトランスデユーサである。(Summary of the invention) The present invention forms a beam using a magnetic material and a piezoelectric material in a two-layer structure or a multi-layer structure, and drives the magnetic material by applying a magnetic field from the outside by a permanent magnet or by passing a current through a coil. This applies vibration to the piezoelectric material, causing the piezoelectric material to generate a voltage, and conversely, applying a voltage to the piezoelectric material drives the piezoelectric material, and the vibration causes a current to flow through the magnetic material to an external magnetic circuit. This is a transducer between current←→voltage, which generates a voltage.
(背景技術)
第7図イは圧電材料を用いた従来のトランスデ
ユーサの一例を示す構成図であり、21,22は
圧電材料、23,24,25は蒸着もしくは導電
塗料等により形成された電極、26,27は端子
である。また、圧電材料の電圧の発生する向きの
組み合わせによりいくつかの態様があり、第7図
はそのうちパラレル仕様となる場合を示してい
る。シリーズ仕様とする場合には同一方向のスト
レスが加わつた際に発生する電圧の向きを互いに
逆方向となるように接続すればよい。なお、その
場合、両圧電材料間の電極24は不要となる。(Background Art) FIG. 7A is a configuration diagram showing an example of a conventional transducer using a piezoelectric material, 21 and 22 are piezoelectric materials, and 23, 24, and 25 are formed by vapor deposition or conductive paint, etc. Electrodes 26 and 27 are terminals. Furthermore, there are several modes depending on the combination of directions in which voltages are generated in the piezoelectric material, and FIG. 7 shows a case of parallel specification among them. In the case of series specifications, the connections may be made so that the voltages generated when stress is applied in the same direction are in opposite directions. Note that in that case, the electrode 24 between both piezoelectric materials becomes unnecessary.
しかして、第7図イの矢印の如く発生する電圧
の向き(横方向から圧縮を受けた場合に発生する
電圧の向き)を選ぶものとすると、ロの如く外部
から機械的な変形を加えて圧電材料21,22か
ら形成されるビームを上に凸となるようにたわま
せると、中立軸を境に上側が引張、下側が圧縮と
なり、圧電材料21,22の分極作用により、図
示の極性で電圧が発生し、端子26,27間に電
圧信号が取り出される。一方、ハの如く逆方向に
たわませると端子26,27に発生する電圧の極
性が反転する。 Therefore, if we choose the direction of the voltage generated as shown by the arrow in Figure 7 (a) (the direction of the voltage generated when compression is applied from the lateral direction), then if mechanical deformation is applied from the outside as shown in b, When the beam formed from the piezoelectric materials 21 and 22 is deflected so as to be convex upward, the upper side becomes tensile and the lower side becomes compressed with the neutral axis as the boundary, and due to the polarization action of the piezoelectric materials 21 and 22, the polarity shown in the figure is achieved. A voltage is generated at , and a voltage signal is taken out between terminals 26 and 27. On the other hand, when it is bent in the opposite direction as shown in (c), the polarity of the voltage generated at the terminals 26 and 27 is reversed.
また、上記の動作は機械的な変形を電圧に変換
する場合であるが、逆に端子26,27に信号電
圧を加えることにより、ビームを機械的に変形さ
せることも可能である。 Further, although the above operation is a case where mechanical deformation is converted into voltage, it is also possible to mechanically deform the beam by applying a signal voltage to the terminals 26 and 27.
なお、第7図のように圧電材料を2層構造にし
てビームを形成するのは、1層では内部で発生す
る電圧が打ち消し合い、電圧が取り出せないから
である。すなわち、第8図イは1層でビームを構
成した場合を示しているが、ロ,ハの如くたわま
せた場合、中立軸lを境に互いに逆極性の電圧が
内部で発生することになるため、電極29,30
の両端から見た場合、電圧は互いに打ち消し合
い、端子31,32から取り出すことはできな
い。 The reason why the beam is formed by using a two-layer structure of piezoelectric material as shown in FIG. 7 is that the voltages generated inside the piezoelectric material cancel each other out in one layer, so that no voltage can be extracted. In other words, Figure 8A shows the case where the beam is composed of one layer, but if it is bent as shown in B and C, voltages of opposite polarity will be generated internally with the neutral axis l as the boundary. Therefore, the electrodes 29, 30
When viewed from both ends of the terminal, the voltages cancel each other out and cannot be taken out from the terminals 31 and 32.
ところで、従来のトランスデユーサは上記の如
く動作するものであつたが、その変換機能は機械
的変位←→電圧の相互間のみであり、デバイスとし
ての応用性に欠けるものであつた。 By the way, although the conventional transducer operates as described above, its conversion function is only between mechanical displacement←→voltage, and it lacks applicability as a device.
(発明の目的)
本発明は上記の点に鑑み提案されたものであ
り、その目的とするところは、圧電材料を用いて
電流←→電圧の相互間の変換を可能にしたトランス
デユーサを提供することにある。(Object of the Invention) The present invention has been proposed in view of the above points, and its purpose is to provide a transducer that enables mutual conversion of current←→voltage using a piezoelectric material. It's about doing.
(発明の構成)
以下、実施例を示す図面に沿つて本発明を詳述
する。(Structure of the Invention) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings showing examples.
第1図は本発明のトランスデユーサの一実施例
を示す構成図であり、イは外観斜視図、ロは長手
方向で切つて見た断面図である。図において構成
を説明すると、1は第1のビームを形成する磁性
材料であり、セラミツク・マグネツトもしくは通
常のマグネツト等が使用可能である。また、2は
第2のビームを形成する圧電材料であり、その両
面には蒸着もしくは導電塗料等により電極3,4
が形成され、電極3を介して磁性材料1よりなる
第1のビームと接合され、全体として2層構造の
ビームを達成している。なお、電極3,4は圧電
材料2の両端に発生した電圧を端子5,6に取り
出す、あるいは圧電材料2の両端に電圧を印加す
るためのものであるので、磁性材料1に導電性の
あるものを使用した場合には第2図に示す如く電
極3を省略し、磁性材料1に直接端子5を接続す
るようにしてもよい。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the transducer of the present invention, in which A is an external perspective view and B is a sectional view taken in the longitudinal direction. To explain the configuration in the figure, reference numeral 1 denotes a magnetic material forming the first beam, and a ceramic magnet or a normal magnet can be used. Further, 2 is a piezoelectric material that forms the second beam, and electrodes 3 and 4 are coated on both sides with vapor deposition or conductive paint.
is formed and joined to the first beam made of magnetic material 1 via electrode 3, achieving a beam with a two-layer structure as a whole. Note that the electrodes 3 and 4 are for extracting the voltage generated across the piezoelectric material 2 to the terminals 5 and 6, or for applying a voltage to both ends of the piezoelectric material 2, so if the magnetic material 1 is conductive. If a magnetic material is used, the electrode 3 may be omitted and the terminal 5 may be directly connected to the magnetic material 1, as shown in FIG.
第1図に戻り構成を説明すると、磁性材料1、
圧電材料2、電極3,4で構成されるビームは固
定壁10に一端部が固定されるようになつてお
り、いわゆる片持構造となつている。なお、片持
構造に限られるものでなく、第3図に示すように
固定壁10,11により両側で固定する構造をと
つてもよい。 Returning to FIG. 1 and explaining the configuration, magnetic material 1,
The beam composed of the piezoelectric material 2 and the electrodes 3 and 4 has one end fixed to the fixed wall 10, and has a so-called cantilevered structure. Note that the structure is not limited to a cantilevered structure, and a structure in which the structure is fixed on both sides by fixed walls 10 and 11 as shown in FIG. 3 may be used.
一方、第1図において、7はコイルであり、電
流から電圧へ変換を行う場合には端子8,9から
励磁電流が供給され、逆に電圧から電流へ変換を
行う場合は磁性材料1の振動による起電力が端子
8,9間に発生する。 On the other hand, in FIG. 1, 7 is a coil, and when converting current to voltage, an exciting current is supplied from terminals 8 and 9, and conversely, when converting voltage to current, the vibration of magnetic material 1 An electromotive force is generated between terminals 8 and 9.
しかして、第4図は第1図のトランスデユーサ
を電流から電圧への変換に使用した場合の動作を
示しており、コイル7の端子8,9には信号源S
が接続されている。動作にあつては、信号源Sか
ら供給される電流iによつて生じる磁束φがビー
ムの磁性材料1と反発する場合にはイの如くビー
ムは下方へたわみ、その変形の方向に応じた極性
の電圧が端子5,6に発生する。また、信号源S
から供給される電流iによつて生じる磁束φがビ
ームの磁性材料1と吸引し合う場合にはロの如く
ビームは上方へたわみ、端子5,6には上記とは
逆極性の電圧が発生する。そして、これらの繰り
返しによつて信号源Sの電流に比例した電圧が端
子5,6から得られる。 4 shows the operation when the transducer of FIG. 1 is used for converting current to voltage, and the terminals 8 and 9 of the coil 7 are connected to the signal source
is connected. In operation, when the magnetic flux φ generated by the current i supplied from the signal source S is repelled by the magnetic material 1 of the beam, the beam is deflected downward as shown in A, and the polarity changes depending on the direction of the deformation. voltage is generated at terminals 5 and 6. Also, the signal source S
When the magnetic flux φ generated by the current i supplied from . By repeating these steps, a voltage proportional to the current of the signal source S is obtained from the terminals 5 and 6.
なお、本発明では圧電材料2は1層となつてい
るが、磁性材料1の存在により中立軸が圧電材料
2の中心部からズレるので、圧電材料2の内部で
電圧が打ち消し合うことはなく、変形に応じた電
圧が取り出せるものである。 In the present invention, the piezoelectric material 2 is one layer, but the presence of the magnetic material 1 shifts the neutral axis from the center of the piezoelectric material 2, so the voltages do not cancel each other out inside the piezoelectric material 2. A voltage corresponding to the deformation can be extracted.
また、電圧から電流へ変換を行う場合には、端
子5,6に信号電圧を印加することにより、圧電
材料2、ひいては磁性材料1が振動し、この振動
により外部に設けたコイル7に電流を誘起させ
る。 In addition, when converting voltage to current, applying a signal voltage to the terminals 5 and 6 causes the piezoelectric material 2 and eventually the magnetic material 1 to vibrate, and this vibration causes a current to be applied to the external coil 7. induce.
このように、本発明のトランスデユーサでは、
特に電流から電圧へ変換を行う場合、ビームと非
接触の状態で外部から磁界を与えることにより、
電圧を発生させることができるので、従来にない
様々な応用が考えられる。例えば、生態組織内に
本発明のトランスデユーサを埋め込み、発生する
電圧を神経系に与えるようにすれば、外部から非
接触の状態にして神経系への刺激を制御すること
も可能となり、医学の分野への応用が図れる。ま
た、電子部品の分野においては、マイクロリレー
等の可動接点に適用することにより、接点の変位
を電流もしくは電圧のバイアスを加えて制御する
等の応用が可能である。 Thus, in the transducer of the present invention,
Especially when converting current to voltage, by applying a magnetic field from outside without contacting the beam,
Since it can generate voltage, it can be used in a variety of applications that were not previously available. For example, if the transducer of the present invention is implanted in biological tissue and the generated voltage is applied to the nervous system, it will be possible to control stimulation of the nervous system without contacting it from the outside, It can be applied to the following fields. Furthermore, in the field of electronic components, by applying it to movable contacts such as micro relays, it is possible to control the displacement of the contacts by applying current or voltage bias.
次に、第5図は本発明の他の実施例を示したも
のであり、磁性材料1、圧電材料2、電極3,4
等から構成されるビームの一端を固定することな
く、一端に錘12を設けることにより、外部から
磁界が作用した際にビームの変形が起こるように
したものである。すなわち、生態組織内等におい
ては安定な固定方法がないが、このように重量的
なアンバランスを与えておくことにより、磁界が
作用した場合に錘12側は動きにくくなり、よつ
て片持構造と略同様の動作となる。 Next, FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, in which a magnetic material 1, a piezoelectric material 2, electrodes 3, 4
By providing a weight 12 at one end of the beam, instead of fixing one end of the beam, the beam is deformed when a magnetic field is applied from the outside. In other words, although there is no stable fixing method within the biological tissue, by creating a weight imbalance in this way, the weight 12 side becomes difficult to move when a magnetic field is applied, thus creating a cantilevered structure. The operation is almost the same.
次に第6図も同様な視点から考えられたもので
あり、第1のビームの半分を非磁性材料13で形
成し、ビームの半分は磁界が働いても力が作用し
ないようにして、ビーム全体が変形するようにし
たものである。なお、同様な考えを適用して更に
別の構成を得ることも可能である。 Next, Fig. 6 was considered from a similar point of view, and half of the first beam is made of non-magnetic material 13, and half of the beam is made so that no force acts even when a magnetic field is applied. The whole thing is deformed. Note that it is also possible to obtain still another configuration by applying the same idea.
(発明の効果)
以上のように、本発明にあつては、磁性材料と
圧電材料とを2層構造もしくは多層構造にしてビ
ームを形成し、永久磁石により、あるいはコイル
に電流を流して外部から磁界を与えることにより
磁性材料を駆動して圧電材料に振動を与え、圧電
材料から電圧を発生せしめ、また逆に、圧電材料
に電圧を印加して圧電材料を駆動し、その振動に
より磁性材料を介して外部の磁気回路に電流を発
生させるようにしたので、電流←→電圧間の変換が
容易に行え、様々な応用が期待できるものであ
る。(Effects of the Invention) As described above, in the present invention, a beam is formed by using a magnetic material and a piezoelectric material in a two-layer structure or a multi-layer structure, and a permanent magnet or a current is passed through a coil to form a beam. By applying a magnetic field, a magnetic material is driven to vibrate the piezoelectric material, causing the piezoelectric material to generate voltage. Conversely, by applying a voltage to the piezoelectric material to drive the piezoelectric material, the vibration causes the magnetic material to vibrate. Since the current is generated in the external magnetic circuit through the magnetic circuit, conversion between current and voltage can be easily performed, and various applications can be expected.
第1図は本発明のトランスデユーサの一実施例
を示す構成図であり、イは外観斜視図、ロは長手
方向の断面図、第2図および第3図は他の実施例
を示す構成図、第4図は第1図の実施例に係る動
作説明図、第5図および第6図は他の実施例を示
す構成図、第7図および第8図は従来における圧
電材料を用いたトランスデユーサの説明図であ
る。
1……磁性材料、2……圧電材料、3,4……
電極、5,6,8,9……端子、7……コイル、
10,11……固定壁、12……錘、13……非
磁性材料、S……信号源。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the transducer of the present invention, A is an external perspective view, B is a longitudinal sectional view, and FIGS. 2 and 3 are configurations showing other embodiments. 4 is an explanatory diagram of the operation according to the embodiment shown in FIG. 1, FIGS. 5 and 6 are configuration diagrams showing other embodiments, and FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the operation of the embodiment shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a transducer. 1... Magnetic material, 2... Piezoelectric material, 3, 4...
Electrode, 5, 6, 8, 9...terminal, 7...coil,
10, 11... fixed wall, 12... weight, 13... non-magnetic material, S... signal source.
Claims (1)
圧電材料により形成された第2のビームとを接合
して2層構造もしくは多層構造とし、コイルに電
流を流して得た磁界もしくは永久磁石により得た
磁界を外部から与えることにより前記第1のビー
ムを駆動して両ビームを変形せしめ、前記第2の
ビームの一対の面より変形に応じた電圧を得ると
共に、前記第2のビームの一対の面に加えた電圧
により前記第2のビームを駆動して両ビームを変
形せしめ、外部の磁気回路より変形に応じた電流
を得ることを特徴としたトランスデユーサ。1 a first beam formed of a magnetic material;
A second beam formed of a piezoelectric material is joined to form a two-layer structure or a multilayer structure, and a magnetic field obtained by passing a current through a coil or a magnetic field obtained by a permanent magnet is applied externally to the first beam. is driven to deform both beams, a voltage corresponding to the deformation is obtained from the pair of surfaces of the second beam, and the second beam is driven by the voltage applied to the pair of surfaces of the second beam. A transducer is characterized in that both beams are deformed by deformation, and a current corresponding to the deformation is obtained from an external magnetic circuit.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP60196350A JPS6254983A (en) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | Transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60196350A JPS6254983A (en) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | Transducer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6254983A JPS6254983A (en) | 1987-03-10 |
JPH0257350B2 true JPH0257350B2 (en) | 1990-12-04 |
Family
ID=16356377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60196350A Granted JPS6254983A (en) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | Transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6254983A (en) |
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CN103682079B (en) * | 2012-09-26 | 2016-12-21 | 西门子公司 | Piezoelectric element, electric supply installation and electronic system |
DE102018126909B4 (en) * | 2018-10-29 | 2023-07-27 | Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. | Energy collector for obtaining electrical energy from magnetic fields that change over time |
-
1985
- 1985-09-03 JP JP60196350A patent/JPS6254983A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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