TW201414169A - 靜電感應型轉換裝置及ｄｃ－ｄｃ轉換器 - Google Patents

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TW201414169A
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electrode
movable
electrostatic
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TW102131237A
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Masato Suzuki
Hiroki Hayashi
Gen Hashiguchi
Tatsuhiko Sugiyama
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Aoi Electronics Co Ltd
Univ Shizuoka Nat Univ Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

靜電感應型轉換裝置具備：輸入側靜電致動器，具有第1固定電極、與第1固定電極相對向之第1可動電極；輸出側靜電致動器，具有第2可動電極、與第2可動電極相對向之第2固定電極，上述第2可動電極透過將在第1可動電極產生之位移量放大或縮小之聯結機構構件連結於第1可動電極；在輸入側靜電致動器及輸出側靜電致動器的可動電極側或固定電極側的電極面上設置永久帶電膜。

Description

靜電感應型轉換裝置及DC-DC轉換器
本發明關於靜電感應型轉換裝置及DC-DC轉換器。
已知藉由使用由MEMS技術製成之3端子型梳齒致動器，構成升壓電路(專利文獻1)。專利文獻1所記載之3端子型梳齒致動器具備：第1梳齒致動器，具有第1梳齒電極、與上述第1梳齒電極有既定之間隔並嵌合之第2梳齒電極；第2梳齒致動器，具有第3梳齒電極、與上述第3梳齒電極有既定之間隔並嵌合之第4梳齒電極；由如下3端子型梳齒致動器之任一個梳齒電極獲得輸出，該3端子型梳齒致動器以使上述第2梳齒電極及上述第3梳齒電極進行相同位移而一體地形成。
作為更具體之技術，在專利文獻1，具備以MEMS技術製成之輸入側梳齒靜電致動器、輸出側梳齒靜電致動器之兩組的靜電致動器，使此等兩靜電致動器的可動梳齒電極機械地連結並聯動，且，對輸出側梳齒靜電致動器施加別的直流電壓，或藉由駐極體使其產生電場(參照專利文獻1的[圖1]、[圖2])。而，若將兩組靜電致動器放置於高真空中(可動梳齒電極之真空密封)，在輸入側靜電致動器側施加交流輸入(或者形成反饋電路並產生自激振動)，則隨著輸入側靜電致動器之振動，輸出側靜電致動器亦振動，因此，由靜電感應誘發電荷，其結果，可獲得升壓至輸入電壓以上之電壓。由於在此獲得之輸出電壓為交流電壓，因此，以設置於後 段之電路進行整流，藉此，可獲得升壓之直流電壓。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2011-62024號公報
上述內容表明：在使輸入側梳齒靜電致動器的可動梳齒電極、與輸出側梳齒靜電致動器的可動梳齒電極機械地連結並聯動之情形，會使得輸入側之可動梳齒電極之振幅、與輸出側之可動梳齒電極之振幅成為相同大小。因此，在為了更提高輸出電壓，於輸入側施加微弱之交流電壓的情形，亦需使可動梳齒電極足夠大地振動。另一方面，為了使可動梳齒電極足夠大地振動，使彈簧常數(參照專利文獻1的圖3、段落[0032])變弱並設計使電路之Q值升高，且需進行真空密封以抑制空氣阻力。
然而，為了使彈簧常數變弱並獲得高Q值，必須相應地輕量化，因此，有設計自由度變小之問題。而且，若增大可動梳齒電極之振幅，則樑之非線性的影響亦會增大，因此，難以獲得高Q值。
根據本發明之第1形態，靜電感應型轉換裝置具備：輸入側靜電致動器，具有第1固定電極、與第1固定電極相對向之第1可動電極；以及輸出側靜電致動器，具有第2可動電極、與第2可動電極相對向之第2固定電極，上述第2可動電極透過使在第1可動電極所產生之位移量放大或縮小之聯結機構構件連結於第1可動電極；在輸入側靜電致動器及輸出 側靜電致動器的可動電極側或固定電極側的電極面上設置永久帶電膜。
根據本發明之第2形態，在第1形態之靜電感應型轉換裝置，第1可動電極、聯結機構構件、第2可動電極使用相同材料並形成者較佳。
根據本發明之第3形態，在第2形態之靜電感應型轉換裝置，由第1可動電極與聯結機構構件與第2可動電極所構成之可動部，以設置於聯結機構構件的端部或既定之中間位置的鉸鏈機構為中心而一體地旋動者較佳。
根據本發明之第4形態，在第3形態之靜電感應型轉換裝置，在鉸鏈機構設置於聯結機構構件的端部之情形，第1可動電極及第2可動電極以端部為中心往相同方向旋動；在鉸鏈機構設置於聯結機構構件的既定之中間位置之情形，第1可動電極及第2可動電極以既定之中間位置為中心而互相往相反方向旋動。
根據本發明之第5形態，在第1至4形態的任一形態之靜電感應型轉換裝置，藉由在輸入側靜電致動器施加交流輸入訊號使第1可動電極振動，對應於第1可動電極之振動使第2可動電極振動，藉此，由輸出側靜電致動器獲得對交流輸入訊號之電壓進行升壓或降壓之交流輸出訊號者較佳。
根據本發明之第6形態，在第5形態之靜電感應型轉換裝置，以第1可動電極之長度、聯結機構構件之長度、第2可動電極之長度為基礎，決定交流輸入訊號之電壓與交流輸出訊號之電壓的比為較佳。
根據本發明之第7形態，在第6形態之靜電感應型轉換裝置，當將第2可動電極旋動之支點與第2可動電極之中間位置之間的距離設為ak，將第2可動電極之中間位置與第1可動電極之中間位置之間的距離設為al時，在第 1可動電極及第2可動電極以支點為中心而往相同方向旋動之情形，交流輸入訊號之電壓ein與交流輸出訊號之電壓eout的比| eout/ein |藉由| eout/ein |=| 1+3al/2ak |求得為較佳。
根據本發明之第8形態，DC-DC轉換器具備第1至7形態的任一形態之靜電感應型轉換裝置、具有以輸入直流電壓為基礎決定之增益的放大器、整流電路；將靜電感應型轉換裝置的輸入側靜電致動器連接於放大器的輸入端子與輸出端子之間並形成自激振盪電路；將自激振盪電路之交流訊號輸入至輸入側靜電致動器，藉此輸出來自輸出側靜電致動器且對應於靜電感應型轉換裝置之輸入側靜電致動器之交流訊號；整流電路將由輸出側靜電致動器所輸出之交流訊號進行整流並輸出直流電壓。
根據本發明，藉由於靜電致動器的可動電極或固定電極形成永久帶電膜，可實現所謂靜電變壓器，因此，可藉由習知技術所未能實現之小型元件達成所期望之輸入輸出轉換功能及DC-DC轉換功能。當然，除了上述DC-DC轉換功能之外，亦可與一直以來已知之通常的變壓器同樣地達成AC-AC轉換功能。
2‧‧‧固定電極
4‧‧‧可動電極
6‧‧‧可動構件
8‧‧‧可動電極
10‧‧‧固定電極
20‧‧‧輸入側靜電致動器
30‧‧‧輸出側靜電致動器
圖1為表示作為對本發明進行說明之前的前提性基礎技術，具備鉸鏈機構之靜電型轉換裝置之平面圖。
圖2為表示在圖1之鉸鏈之構造之說明圖。
圖3為表示在圖1之鉸鏈之旋動狀態之說明圖。
圖4為表示作為對本發明進行說明之前的前提性基礎技術，具備與圖1不同之鉸鏈機構之靜電型轉換裝置之平面圖。
圖5為表示在圖4之鉸鏈之構造之說明圖。
圖6為表示在圖4之鉸鏈之旋動狀態之說明圖。
圖7為表示構成為本發明之實施形態1之靜電感應型轉換裝置之平面圖。
圖8為表示如圖7所示之藉由靜電感應型轉換裝置之驅動點矩陣所導出之電氣等效電路之圖。
圖9為表示如圖7所示之靜電感應型轉換裝置之SPICE等效電路之圖。
圖10為表示使用了SPICE等效電路之模擬結果之圖。
圖11為表示由實施形態1所構成之Z方向振動型梳齒靜電變壓器之圖。
圖12為表示由實施形態1所構成之Y方向振動型梳齒靜電變壓器之圖。
圖13為表示構成為本發明之實施形態2之DC-DC轉換器之電路圖。
圖14為將圖13的電路圖更詳細地表示之電路圖。
圖15為表示DC-DC轉換器所包含之自激振盪電路之動作原理之電路圖。
圖16為表示在可動構件的中間部設置有鉸鏈之變形例1之圖。
圖17為表示在可動構件的中間部設置有鉸鏈之變形例2之圖。
在詳細地說明本發明之實施形態之前，先說明作為本發明之前提的基礎技術。
<作為前提的基礎技術之說明>
§前提性基礎技術(其一)
圖1為表示作為說明本發明之前的前提性基礎技術，具備鉸鏈機構之靜電型轉換裝置之平面圖。圖2為表示在圖1之鉸鏈之構造之說明圖。圖3為表示在圖1之鉸鏈之旋動狀態之說明圖。
作為前提性基礎技術在此說明之靜電型轉換裝置可實現在輸入輸出之間的升壓功能。在圖1，固定電極2a及可動電極4a為有既定之間隔並嵌合之固定梳齒電極及可動梳齒電極。此外，固定梳齒電極2a及可動梳齒電極4a在圖1之Z軸方向延伸(extend)。可動電極4a固定於可動構件6a。
可動構件6a以鉸鏈12a為中心旋動於X-Y平面上，因此，藉由固定梳齒電極2a及可動梳齒電極4a構成輸入側靜電致動器20a。可動構件6a之初始位置由彈簧等支持構件14所規定。針對鉸鏈12a之具體構成，稍後參照圖2及圖3說明之。
可動構件6a的另一端(遠離鉸鏈12a之端部)連接於輸出側之可動電極8a。與輸入側靜電致動器20a同樣地，可動電極8a為可動梳齒電極，固定電極10a為與此可動梳齒電極有既定之間隔並嵌合之固定梳齒電極。藉由固定電極10a及可動電極8a構成輸出側靜電致動器30a。
輸入側靜電致動器20a的可動電極(可動梳齒電極)4a、與輸出側靜電致動器30a的可動電極(可動梳齒電極)8a分別固定於可動構件6a的兩端部。因此，輸出側靜電致動器30a的可動電極8a往與輸入側靜電致動器20a的可動電極4a之位移方向相同之方向位移。而且，可動構件6a以鉸鏈12a為中心旋動於X-Y平面上，因此，提供將輸入側可動電極4a 之位移量放大的位移量給輸出側可動電極8a。換言之，在輸入側之可動電極4a之位移量為L時，輸出側之可動電極8a位移M=k．L(k>1)。
此外，為了使輸入側之可動電極4a與輸出側之可動電極8a電氣分離，需要預先將絕緣構件插入至可動構件6a之途中。在圖1，藉由塗黑之長方形模式性地表示絕緣物。
且，以鉸鏈12a為中心可動構件6a圓弧狀地旋動，因此，構成可動電極4a、固定電極2a及可動電極8a、固定電極10a之各梳齒電極亦預先彎曲成圓弧狀。此圓弧狀彎曲為在X-Y平面之彎曲，在X-Z平面上之彎曲則不需要。
接下來，一邊參照圖2及圖3，一邊針對鉸鏈12a之構成具體地說明。一般而言已知之鉸鏈(hinge)，存在旋動於中心銷周圍之物理滑動面，但在MEMS構造，難以進行用於潤滑之注油(oiling)等，因此，無法避免由滑動面之磨損所引起之耐久性問題。而且，以MEMS技術構成一般已知之鉸鏈時，需要多層之犧牲層蝕刻等，因此，製造成本高而不現實。因此，在使用MEMS技術之圖1的靜電型轉換裝置，藉由物理地形成較其他部分更易彎曲之較薄之部分，實現作為鉸鏈12a之功能。
如圖2所示，在平面圖(X-Y平面)，彎折(旋動)之部分變薄，該部分作為鉸鏈12a發揮功能。即，由於較其他部分更易彎曲，因此，若施加外力，則該較薄之部分會擬似地與中心銷同樣地發揮功能，可動構件6a以該部分為中心圓弧狀地旋動。此外，如圖2之X-Z平面圖所示，由於在垂直方向(Z軸方向)並未變薄，因此，不會以鉸鏈12a為中心在垂直方向旋動。
再回到圖1，針對附於輸出側靜電致動器30a之永久帶電膜進行說明。在圖1之靜電型轉換裝置，取代將直流電源連接於輸出側靜電致動器30a，使用駐極體實現永久帶電膜。更具體而言，在輸出側靜電致動器構造30a的可動電極8a或固定電極10a之任一個側面形成駐極體。或，梳齒電極本身由駐極體形成。
此駐極體由含有鹼金屬乃至鹼土類金屬之陽離子的氧化矽所構成。作為離子，使用鉀、鈣、鈉、鋰之離子。在鹼環境內，使矽氧化製成駐極體。當然，藉由來自外部之電暈放電、離子注入，將電荷、固體離子注入於氧化矽亦可。但，在該情形，難以在梳齒電極之側面形成駐極體。
將交流電壓源連接於輸入側靜電致動器20a的輸入端子A、B之間。且，將I/V轉換電路16a連接於輸出側靜電致動器30a的輸出端子C、D之間，該I/V轉換電路16a取出固定在電極10a所誘發之電荷，並將其轉換成電壓。如此一來，圖1所示之靜電型轉換裝置作為升壓電路發揮功能。
且，藉由適當選擇可動構件6a之長度，能夠可變地設定升壓率。而且，藉由調換輸入側靜電致動器20a與輸出側靜電致動器30a，亦可作為降壓電路發揮功能。
在圖1所示之靜電型轉換裝置，將交流電壓施加於輸入端子A、B之間，使B端子及G端子接地。如此一來，可動構件6a於X-Y平面上圓弧狀地旋動(振動)。由鉸鏈12a觀之，輸出側靜電致動器30a位於較輸入側靜電致動器20a更外側之位置(較遠之位置)，因此，上述振動之振 幅較在輸入端致動器20a之振幅更加放大。而，輸出側之可動電極8a(即，可動梳齒電極)在由駐極體產生之電場中移動，藉此，由靜電感應誘發電荷，獲得輸出電流。
此輸出電流與專利文獻1所揭示之3端子型梳齒致動器不同，因為輸出側之可動電極8a以大於輸入側之可動電極4a之振幅振動，所以，達到更大之電流值。
此外為了增大輸出電流，駐極體具有充分之電荷，且輸出側靜電致動器30a之靜電電容足夠大，而且盡可能減少寄生電容則較為理想。且，為了使駐極體帶電，有需要進行BT(Bias Temperature)處理的情況，但在該情況，預先製成連接於駐極體之導通路徑，於BT處理後除去。或者，將彈簧連接於輸出側之可動部，將該側作為導通路徑亦可。而，對於藉由靜電感應所誘發之電流，將I/V轉換電路16a納入於後段側，藉此，可取出電壓高於輸入交流電壓之交流電壓。
由以上內容，圖1所示之靜電型轉換裝置不僅為升壓電路/降壓電路，亦可實現與通常之變壓器(transformer)同樣之功能，上述升壓電路/降壓電路具備藉由懸樑構造之可動構件6a而旋動之可動電極4a及可動電極8a。
§前提性基礎技術(其二)
圖4為表示作為說明本發明之前的前提性基礎技術，具備與圖1不同之鉸鏈機構之靜電型轉換裝置之平面圖。圖5為表示在圖4之鉸鏈之構造之說明圖。圖6為表示在圖4之鉸鏈之旋動狀態之說明圖。在輸入輸出之間實現升壓功能與圖1所示之靜電型轉換裝置相同，但在此所說明之靜電 型轉換裝置之不同點為：可動構件6b在垂直方向(Z軸方向)旋動。即，可動構件6b以鉸鏈12b為中心在垂直方向(Z軸方向)振動，藉此，由輸出側靜電致動器30b的固定電極10b取出交流電流。
由圖5所示之鉸鏈12b之構造表明：與圖1之靜電型轉換裝置不同，Z方向之厚度變薄，因此，以鉸鏈12b為中心在垂直方向旋動。且，與實施形態1相同，懸樑構造之可動構件6b的左右部分電氣絕緣。且，與圖1之靜電型轉換裝置相同，在輸出側靜電致動器30b的可動電極表面形成駐極體。
如上所述，連結於鉸鏈12b之可動構件6b具有在垂直方向振動之自由度。且，如圖6所示，固定電極2b與可動電極4b在初始階段，相對於垂直方向(Z軸方向)具有較因輸入之交流電壓而振動之輸入側可動電極之振幅的半值更大之初始偏移。在輸入側靜電致動器20b，可動電極4b與固定電極2b在垂直方向(Z軸方向)不具有初始偏移之情況，無法使可動構件6b在垂直方向振動。
若將交流電壓施加於輸入端子A、B之間，使輸入端子B及接地端子G接地，則連結於可動電極4b之可動構件6b會在垂直方向(Z軸方向)圓弧狀地振動。由鉸鏈12b觀之，輸出側靜電致動器30b位於較輸入側靜電致動器20b更外側之位置，因此，其振幅大於在輸入側致動器20b之振幅。在此，在輸出側靜電致動器30b之固定電極10b及可動電極8b之垂直方向之厚度大於在輸入側靜電致動器20b之固定電極2b及可動電極4b之厚度則較為理想。
由以上內容，圖4所示之靜電型轉換裝置不僅可謂是具備藉 由懸樑構造之可動構件6b而旋動之可動電極4b及可動電極8b之升壓電路/降壓電路，亦可謂是實現與通常之變壓器(transformer)同樣功能之靜電型變壓器。
接下來，以至此為止所說明之基礎技術為前提，詳細地說明適用本發明之靜電感應型轉換裝置之實施形態。
<實施形態1>
圖7為表示本發明之實施形態1之平面圖。本圖所示之靜電感應型轉換裝置與之前說明之圖4同樣地，可動構件6c(1)、6c(2)構成為在Z軸方向旋動。在此，一個可動構件6c(1)的端部(圖7的左端部)成為如圖5所示之鉸鏈12c。換言之，藉由如下聯結機構構件使可動電極4c之位移量與可動電極8c之位移量產生差異，該聯結機構構件由連接於鉸鏈12c之可動構件6c(1)、與連接於可動構件6c(1)之延長側(圖7的右側)之可動構件6c(2)所構成。但是基本上，大幅度地振動之梳齒側成為升壓時之輸入側，因此，圖7的右側為輸入側梳齒，圖7的左側為輸出側梳齒(其理由，於以下說明之)。
此外，在輸入輸出之間實現DC-DC變壓功能及AC-AC轉換功能與由圖1~圖6所說明之前提性基礎技術相同，但作為由構造上觀之較大的不同點，可列舉如下兩點。
不同點1：與圖1及圖4所示之可動構件6a、6b不同，無需電氣絕緣處理。換言之，使用同一導電材料形成可動電極4c、8c及可動構件6c(1)、6c(2)，藉此，可實現作為靜電型變壓器之功能。其理由，稍後詳述。
不同點2：圖1及圖4所示之輸入側靜電致動器20a、20b僅為激振機構，因此無需駐極體層，但在圖7所示之靜電感應型轉換裝置，在可動電極4c或固定電極2c的相對向電極面上亦形成駐極體層。其理由，稍後詳述。
首先，說明為了求出圖7所示之靜電感應型轉換裝置的電氣等效電路，由拉格朗其運動方程式求出驅動點矩陣之運算過程。
拉格朗其函數L可以下式表示。
上式的第2項中所含之
為將所謂紡錘部(圖7中的al所含之部分)之質量換算於線p上之等效質量。
又，散逸函數F可以下式表示。
在此，me為所謂之彈簧部(圖7中的ak所含之部分)之有效質量：，v0為基礎部之速度，ρ為線密度，ak為所謂彈簧部之長度(至梳中央為止)，al為所謂之紡錘部之長度(至梳中央為止)，k為彈簧常數，Y為 藉由BT處理之返回量，y0為Z軸方向位移，Q0為基礎部梳齒之初始電荷，Q2為前端部梳齒之初始電荷，C0為基礎部梳齒之初始電容，C2為前端部梳齒之初始電容，r為機械阻力。
且，在圖7，X0為基礎部梳齒之重疊，X2為前端部梳齒之重疊，Y0為帶電處理前之基礎部梳齒之Z軸方向位移，Y2為帶電處理前之前端部梳齒之Z軸方向位移，b為梳齒厚度。
若由上述拉格朗其函數，藉由線性近似推導機械系統．電氣系統之運動方程式，求出驅動點矩陣，則如下式所述。
在此驅動點矩陣，
[數7]【數7】
且，n0：輸出側梳齒組數
n2：輸入側梳齒組數
ε0：真空介電常數
d0：輸出側梳齒間隙
d2：輸入側梳齒間隙
e0：輸出電壓
e2：輸入電壓
R：阻抗匹配電阻
ω：角頻率
由以上內容，[數10]【數10】
由[數11]【數11】0=Z m v 0 -Ae 0 -Be 2 ,
因此，電壓放大率為
如此，藉由設定各參數，可如上式般，相對於輸入電壓e2可變更輸出電壓e0之值。即，可以上式為基礎實現無需以往之線圈的靜電型變壓器。進而換言之，當滿足既定條件(X0=X2，n0=n2，d0=d2)時，可按照可動部之尺寸值(ak，al)，將輸入電壓與輸出電壓之比(=電壓放大率)設定為所期望之值。換句話說，當將第1可動電極之旋動支點與第1可動電極之中間位置之間的距離設為ak，將第1可動電極之中間位置與第2可動電極之中間位置之間的距離設為al時，在第1可動電極及第2可動電極以上述支點為中心往相同方向旋動之情況，上述交流輸入訊號之電壓ein與上述交流輸出訊號之電壓eout之比| eout/ein |可由| eout/ein |=| 1+3al/2ak |求得。
圖8為表示藉由圖7所示之靜電感應型轉換裝置之驅動點矩陣所推導出之電氣等效電路之圖。圖9為以該電氣等效電路為基礎製成之SPICE等效電路圖。圖10為表示使用了圖9之SPICE等效電路之模擬結果之圖。由圖10表明：獲得了約3.9倍之電壓放大率。此為一例，可藉由設計任意地變更電壓放大率。
圖11為表示使用了圖7所示之靜電感應型轉換裝置之Z方向振動型梳齒靜電變壓器之圖。此靜電變壓器於梳齒相對向面形成氧化膜駐極體，將電氣交流訊號輸入於輸入側固定梳齒電極與輸入側可動電極之間，藉此，可構成使用了MEMS技術之小型變壓器。
當然，由於不會產生磁通，因此，亦不會對周圍之元件產生磁影響。且，不僅可藉由使輸出側之電容值或輸出阻抗小於輸入側之靜電梳齒之電容值或輸入阻抗而進行升壓，相反地，亦可藉由增大輸出側之電容值進行降壓。
圖12為表示梳齒在Y軸方向旋動之Y方向振動型梳齒靜電變壓器之圖。基本動作原理與圖11之Z方向振動型梳齒靜電變壓器相同，故省略說明。
若總結圖11及圖12所示之梳齒靜電變壓器之構造及動作原理，則如以下之(i)~(v)所示。
(i)具有3端子之靜電變壓器構造。
(ii)由槓桿原理等，在輸入側-輸出側產生振幅差。
(iii)適當選擇靜電電容及電氣機械耦合係數，藉由實現輸入側之振幅大於輸出側之振幅之狀況，可任意地設定升壓比。
(iv)在升壓之情況，可使輸出側之靜電電容小於圖1、圖4所示之靜電電容，因此，取得阻抗匹配時之電壓升高，可比較容易地獲得高電壓。
(v)在作為前提性基礎技術而敘述之圖1、圖4之情況，由槓桿原理，使遠離鉸鏈之輸出側之位移量大於輸入側之位移量，作為電流，將由靜電感應所獲得之電荷取出，於該輸出電流適當地施加負載並取出升壓電壓，因此，為了形成降壓變壓器，需要設計變更。
另一方面，在如圖11及圖12所示之梳齒靜電變壓器，在輸入側及輸出側均形成駐極體，形成與圖1、圖4之情況相反之輸入輸出連接，藉此，可由阻抗(輸出阻抗)高之輸出側取出升壓之電壓。因此，僅藉由相反地連接輸入側與輸出側，可切換升壓變壓器與降壓變壓器。
此外，在輸入側梳齒與輸出側梳齒之振幅不同則較為理想，但即使在振幅相同之情況，如[數6]、[數7]、[數13]般，根據梳齒之電容、 駐極體之帶電量等，使電氣機械耦合係數(在[數式13]之A及B)產生差異，藉此，亦可實現升壓或降壓。
而在振幅不同之情況，即，該振幅之差異藉由在[數7]之尺寸al及ak表示。因此，在[數式13]之B相應地變化，故可增大升壓或降壓時之放大率或減少率。
<實施形態2>
圖13為表示使用了靜電型變壓器(梳齒靜電變壓器)之DC-DC轉換器之電路圖。本圖所示之靜電型變壓器50與至此為止所說明之圖7、圖11、圖12同樣地具備複數個梳齒，但在圖13，僅描繪一個可動梳齒。此靜電型變壓器50插入於附AGC(Auto Gain Control)功能之增益可變型放大器60的輸入端子與輸出端子之間。在此，使用如下直流電壓源，該直流電壓源產生直流電壓Vin作為用以實現上述AGC功能之基準電壓。振盪訊號之振幅與直流電壓Vin之大小成比例。而，夠過整流電路70輸出直流電壓Vout。
圖14為將圖13的電路圖更詳細地表示之電路圖。圖15為表示被包含於DC-DC轉換器的自激振盪電路之動作原理之電路圖。
如此一來，在實施形態2，形成於反饋電路納入輸入側梳齒之自激振盪電路，藉此構成DC-DC轉換器。即，若於輸入側梳齒施加直流電壓，則會藉由自激振盪產生交流訊號，藉此，梳齒可動電極振動。梳齒之共振頻率與自激振盪訊號之頻率相同。對藉由輸出側之梳齒可動電極振動而產生之輸出側訊號進行整流，產生輸出電壓(DC)。此外，如日本專利第4708455號(日本特開2009-8671號)等所述，將梳齒致動器插入於自激振盪電路中，及使用AGC電路並控制放大器之增益已眾所周知，故省略詳 細說明。
<其他變形例>
圖16為表示在可動構件的中間部設置有鉸鏈之變形例1之圖。本圖所示之靜電型轉換裝置如在實施形態1的說明所述，可在輸入輸出之間實現升壓/降壓功能。但是，不同點為：可動構件6e以鉸鏈12e為中心於X-Y平面上旋動。即，藉由夾持可動構件6e的中間部之支持構件實現鉸鏈12e，在此鉸鏈12e左側之可動電極4e、與在此鉸鏈12e右側之可動電極8e分別往相反方向旋動。
由圖16表明：輸入側靜電致動器20e的可動構件透過鉸鏈12e與輸出側靜電致動器30e的可動電極物理地連接，整體成為可動構件6e。
可動電極8e與鉸鏈12e之間的距離設定為大於可動電極4e與鉸鏈12e之間的距離。藉由鉸鏈12e而具有在平面方向(X-Y平面)振動之自由度，固定電極2e、10e與可動電極4e、8e分別具有與自鉸鏈12e算起之距離相對應之圓弧狀的相對梳齒構造。
如圖16所示，連結於可動電極4e之可動構件6e以鉸鏈12e為中心而振動。與輸入側可動電極4e比較，可動電極8e旋動於遠離鉸鏈12c之圓弧上，因此，根據槓桿原理，該可動電極8e之振幅大於在可動電極4e之振幅。由以上內容，圖16所示之靜電感應型轉換裝置可謂是如下升壓變壓器/降壓變壓器，該升壓變壓器/降壓變壓器具備藉由被鉸鏈12e所夾持之可動構件6e而旋動之可動電極4e及可動電極8e。
圖17為表示在可動構件的中間部設置有鉸鏈之變形例2之圖。本圖所示之靜電型轉換裝置如在實施形態1的說明所述，可在輸入輸 出之間實現升壓/降壓功能。但是，不同點為：可動構件6f以鉸鏈12f為中心在垂直方向(Z軸方向)旋動。即，藉由夾持可動構件6f的中間部之支持構件實現鉸鏈12f，在此鉸鏈12f左側之可動電極4f、與在此鉸鏈12f右側之可動電極8f分別往相反方向旋動。
由圖17表明：輸入側靜電致動器20f的可動構件透過鉸鏈12f與輸出側靜電致動器30f的可動電極物理地連接，整體成為可動構件6f。
可動電極8f與鉸鏈12f之間的距離設定為大於可動電極4f與鉸鏈12f之間的距離。藉由鉸鏈12f而具有在垂直方向(Z軸方向)振動之自由度，固定電極2f、10f與可動電極4f、8f分別具有與自鉸鏈12f算起之距離相對應之圓弧狀的相對梳齒構造。
連結於可動電極4f之可動構件6f以鉸鏈12f為中心上下地振動。與可動電極4f比較，可動電極8f旋動於遠離鉸鏈12f之圓弧上。
-實施形態之作用．效果-
以下，列舉藉由實施本發明而產生之作用(或效果)。
由於靜電型變壓器利用電場，因此，可藉由靜電屏蔽消除對其他元件之影響，與使用了線圈之變壓器比較，可實現小型化。
由於不易受磁場影響，且不易對磁場產生影響，因此，可適用於稱為磁記錄元件之寫入電壓用之變壓器、對磁場敏感之光電放大裝置用之變壓器之應用領域。
可藉由使用於自激振盪電路中而構成DC-DC轉換器。
由於無需使可動部的端子間絕緣，將可動部全體作為駐極體即可，因此，不僅構造本身簡單，亦可簡化製造步驟。
只要切換輸入側與輸出側，不進行設計變更便可對升壓/降壓進行切換。
以上之說明僅為一例，只要不損本發明之特徵，則本發明不限定於上述實施形態及變形例。亦可將實施形態與一個變形例組合，或將實施形態與複數個變形例組合。亦可以任何方式將變形例彼此組合。而且，在本發明之技術思想之範圍內所考慮之其他形態亦包含於本發明之範圍內。
以下之優先權基礎申請案之揭示內容作為引用文併入至本申請案。
日本專利申請案2012年第192113號(2012年8月31日提出申請)
2c、10c‧‧‧固定電極
20c‧‧‧輸入側靜電致動器
30c‧‧‧輸出側靜電致動器
4c、8c‧‧‧可動電極
6c(1)、6c(2)‧‧‧可動構件
12c‧‧‧鉸鏈
ak‧‧‧第1可動電極旋動之支點與第1可動電極之中間位置之間的距離
al‧‧‧第1可動電極之中間位置與第2可動電極之中間位置之間的距離
b‧‧‧梳齒厚度
p‧‧‧線
X、Y、Z‧‧‧軸方向
X0‧‧‧基礎部梳齒之重疊
X2‧‧‧前端部梳齒之重疊
Y0‧‧‧帶電處理前之基礎部梳齒之Z軸方向位移
Y2‧‧‧帶電處理前之前端部梳齒之Z軸方向位移

Claims (8)

  1. 一種靜電感應型轉換裝置，其具備：輸入側靜電致動器，其具有第1固定電極、與上述第1固定電極相對向之第1可動電極；以及輸出側靜電致動器，其具有第2可動電極、與上述第2可動電極相對向之第2固定電極，上述第2可動電極透過將在上述第1可動電極產生之位移量放大或縮小之聯結機構構件連結於上述第1可動電極；在上述輸入側靜電致動器及上述輸出側靜電致動器的可動電極側或固定電極側的電極面上，設置有永久帶電膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之靜電感應型轉換裝置，其中，上述第1可動電極、上述聯結機構構件、上述第2可動電極使用相同材料形成。
  3. 如申請專利範圍第2項之靜電感應型轉換裝置，其中，由上述第1可動電極、上述聯結機構構件、上述第2可動電極所構成之可動部，以設置於上述聯結機構構件的端部或既定之中間位置之鉸鏈機構為中心而一體地旋動。
  4. 如申請專利範圍第3項之靜電感應型轉換裝置，其中，在上述鉸鏈機構設置於上述聯結機構構件的端部之情況，上述第1可動電極及上述第2可動電極以上述端部為中心往相同方向旋動；在上述鉸鏈機構設置於上述聯結機構構件的上述既定之中間位置之情況，上述第1可動電極及上述第2可動電極以上述既定之中間位置為中心互相往相反方向旋動。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之靜電感應型轉換裝置，其中，藉由在上述輸入側靜電致動器施加交流輸入訊號使上述第1可動電極振動，對應於第1可動電極之振動使上述第2可動電極振動，藉此，由上述輸出側靜電致動器獲得對上述交流輸入訊號之電壓進行升壓或降壓之交流輸出訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項之靜電感應型轉換裝置，其中，以上述第1可動電極之長度、上述聯結機構構件之長度、上述第2可動電極之長度為基礎，決定上述交流輸入訊號之電壓與上述交流輸出訊號之電壓的比。
  7. 如申請專利範圍第6項之靜電感應型轉換裝置，其中，當將上述第2可動電極之旋動支點與上述第2可動電極之中間位置之間的距離設為ak，將上述第2可動電極之上述中間位置與上述第1可動電極之中間位置之間的距離設為al時，在上述第1可動電極及上述第2可動電極以上述支點為中心往相同方向旋動之情況，上述交流輸入訊號之電壓ein與上述交流輸出訊號之電壓eout的比| eout/ein |藉由| eout/ein |=| 1+3al/2ak |求得。
  8. 一種DC-DC轉換器，為具備申請專利範圍第1至7項中任一項之靜電感應型轉換裝置、具有以輸入直流電壓為基礎決定之增益的放大器、以及整流電路； 其特徵在於：將上述靜電感應型轉換裝置的輸入側靜電致動器連接於上述放大器的輸入端子與輸出端子之間形成自激振盪電路；將上述自激振盪電路之交流訊號輸入至上述輸入側靜電致動器，藉此，由上述靜電感應型轉換裝置的對應於上述輸入側靜電致動器之輸出側靜電致動器輸出交流訊號；上述整流電路將由上述輸出側靜電致動器所輸出之交流訊號進行整流並輸出直流電壓。
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