WO2015125632A1 - 圧電トランス - Google Patents

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WO2015125632A1
WO2015125632A1 PCT/JP2015/053375 JP2015053375W WO2015125632A1 WO 2015125632 A1 WO2015125632 A1 WO 2015125632A1 JP 2015053375 W JP2015053375 W JP 2015053375W WO 2015125632 A1 WO2015125632 A1 WO 2015125632A1
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WO
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piezoelectric
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piezoelectric body
length direction
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PCT/JP2015/053375
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Inventor
宏志 浅野
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/05Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using capacitive coupling
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/40Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric transformer.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric transformer.
  • the portions on both ends of the piezoelectric plate are polarized in a direction parallel to the length direction of the piezoelectric plate, and an intermediate portion between them is parallel to the thickness direction of the piezoelectric plate. Polarized in the direction.
  • Input electrodes are provided on the opposite side surfaces of the intermediate portion, and output electrodes are provided on both end surfaces of the piezoelectric plate in the length direction.
  • the piezoelectric transformer is configured as a boosting piezoelectric transformer.
  • piezoelectric transformers with low input impedance may be required.
  • the present invention provides a piezoelectric transformer that can reduce input impedance.
  • the piezoelectric transformer according to the first aspect of the present invention is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order n (n is an integer of 7 or more).
  • the piezoelectric transformer includes a piezoelectric element body having a length of n ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body has a plurality of low voltage portions and a plurality of high voltage portions, and the low voltage portions and the high voltage portions are alternately arranged along the length direction of the piezoelectric body and the low voltage portions. Are arranged so as to be located at both ends in the length direction of the piezoelectric body.
  • Each low voltage part has an integral number of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body.
  • Each high voltage section has a plurality of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body.
  • Low voltage electrodes are respectively provided at a pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body in each low voltage portion.
  • a high voltage electrode is provided between any two polarization regions adjacent to each other among the polarization regions constituting each high voltage portion.
  • each polarization region constituting each low voltage part is parallel to the thickness direction of the piezoelectric body, and the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body. It is set to be the reverse direction.
  • the polarization direction of the polarization region constituting each high voltage portion is parallel to the length direction of the piezoelectric element body, and in the group of the piezoelectric element body divided by the high voltage electrode in the length direction,
  • the even-numbered and odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric element body are opposite in direction, and the odd-numbered groups and even-numbered groups from one end side in the length direction of the piezoelectric element body In the group, the polarization direction relationship between the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region is set to be reversed from one end side in the length direction of the piezoelectric body.
  • the piezoelectric transformer according to the second aspect of the present invention is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order n (n is an integer of 6 or more).
  • the piezoelectric transformer has a length of n ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where n represents a wavelength of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body is provided with a plurality of polarization regions arranged in the length direction.
  • the piezoelectric body has a plurality of low voltage portions and a plurality of high voltage portions, and the low voltage portions and the high voltage portions are alternately arranged along the length direction of the piezoelectric body and the high voltage portions.
  • Each low voltage part has an integral number of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body.
  • Each high-voltage portion has a plurality of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body, except for both ends of the piezoelectric body. Both end portions have an integral number of polarization regions having a length of ⁇ / 2.
  • Low voltage electrodes are respectively provided at a pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body of each low voltage portion.
  • a high voltage electrode is provided at each of the pair of end portions in the length direction of the piezoelectric element body, and any two of the polarization regions constituting each high voltage portion excluding the high voltage portions at both ends are adjacent to each other.
  • a high voltage electrode is provided between the two polarization regions.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is parallel to the thickness direction of the piezoelectric body, and the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body. It is set to be the reverse direction.
  • the polarization direction of the polarization region constituting each high voltage portion is parallel to the length direction of the piezoelectric element body, and in the group of the piezoelectric element body divided by the high voltage electrode in the length direction,
  • the even-numbered and odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric element body are opposite in direction, and the odd-numbered groups and even-numbered groups from one end side in the length direction of the piezoelectric element body In the group, the polarization direction relationship between the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region is set to be reversed from one end side in the length direction of the piezoelectric body.
  • the piezoelectric transformer according to the third aspect of the present invention is a piezoelectric transformer formed using a longitudinal vibration mode of order n (n is an integer of 7 or more).
  • the piezoelectric transformer includes a piezoelectric body having a length of n ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ is a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body has a plurality of low voltage portions and a plurality of high voltage portions, and the low voltage portions and the high voltage portions are alternately arranged along the length direction of the piezoelectric body and the low voltage portions. Are arranged so as to be located at both ends in the length direction of the piezoelectric body.
  • Each low voltage part has an integral number of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body.
  • Each high voltage section has a plurality of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body.
  • a low voltage electrode is provided at each of the pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body in each low voltage portion.
  • a high voltage electrode is provided between any two adjacent polarization regions of the polarization regions constituting each high voltage portion.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is parallel to the thickness direction of the piezoelectric element body, the even-numbered polarization areas from one end side in the length direction of the piezoelectric element body, and the odd number
  • the polarization regions are set to have the same direction, and the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region are set in opposite directions from one end side in the length direction of the piezoelectric body.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high voltage portion is parallel to the length direction of the piezoelectric body, and each of the piezoelectric body bodies is divided with the high voltage electrode as a boundary in the length direction.
  • the length of the piezoelectric body When an AC voltage is applied to a group so that electric fields in opposite directions are generated in the even-numbered group and odd-numbered group from one end side in the length direction of the piezoelectric body, the length of the piezoelectric body The direction of the stress generated in the even-numbered polarization region and the direction of the stress generated in the odd-numbered polarization region from one end side of the direction are set to be opposite to each other.
  • the piezoelectric transformer according to the fourth aspect of the present invention is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order n (n is an integer of 6 or more).
  • the piezoelectric transformer includes a piezoelectric body having a length of n ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ is a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body has a plurality of low voltage portions and a plurality of high voltage portions, and the low voltage portions and the high voltage portions are alternately arranged along the length direction of the piezoelectric body and the high voltage portions. Are arranged so as to be located at both ends in the length direction of the piezoelectric body.
  • Each low voltage part has an integral number of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body.
  • Each high-voltage portion has a plurality of polarization regions having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body, except for both ends of the piezoelectric body. At both ends, there are an integer number of polarization regions having a length of ⁇ / 2.
  • Low voltage electrodes are respectively provided at a pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body of each low voltage portion.
  • High-voltage electrodes are respectively provided at a pair of end portions in the length direction of the piezoelectric body, and any two adjacent polarization regions constituting each high-voltage portion excluding the high-voltage portions at both ends are provided.
  • a high voltage electrode is provided between the polarization regions.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is parallel to the thickness direction of the piezoelectric element body, the even-numbered polarization areas from one end side in the length direction of the piezoelectric element body, and the odd number
  • the polarization regions are set to have the same direction, and the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region are set in opposite directions from one end side in the length direction of the piezoelectric body.
  • each polarization direction of each polarization region constituting each high voltage portion is parallel to the length direction of the piezoelectric body, and each of the piezoelectric body bodies is divided with the high voltage electrode as a boundary in the length direction.
  • a piezoelectric transformer module in the present invention, includes the piezoelectric transformer of the present invention and a substrate for connecting the low voltage electrodes on one end side to each other and connecting the low voltage electrodes on the other end side.
  • an electric field coupling type power receiving device includes the insulating piezoelectric transformer of the present invention, the power receiving electrode is connected to the high voltage electrode of the insulating piezoelectric transformer, and the power receiving circuit is connected to the low voltage electrode of the insulating piezoelectric transformer. .
  • an electric field coupling type power transmission device includes the insulation type piezoelectric transformer of the present invention, the power transmission circuit is connected to the low voltage electrode of the insulation type piezoelectric transformer, and the power transmission electrode is connected to the high voltage electrode of the insulation type piezoelectric transformer. .
  • the piezoelectric transformer of the present invention it is possible to configure a plurality of transformers composed of a plurality of high voltage parts and low voltage parts. By connecting these transformers in parallel, the input impedance of the piezoelectric transformer can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a first embodiment.
  • 3 is a perspective view illustrating an electrode structure of the piezoelectric transformer according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a piezoelectric transformer module including the piezoelectric transformer according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the piezoelectric transformer according to the first embodiment. It is a figure which shows the structure of the piezoelectric transformer as a reference example. It is a figure which shows the equivalent circuit of the piezoelectric transformer as a reference example. 6 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a second embodiment. FIG. 6 is a perspective view illustrating an electrode structure of a piezoelectric transformer according to Embodiment 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the piezoelectric transformer according to the first embodiment. It is a figure which shows the structure of the piezoelectric transformer as a reference example. It is a figure which shows the equivalent circuit of the piezoelectric transformer as a reference example. 6 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a second embodiment. FIG. 6 is a perspective view illustrating an electrode structure of a piezoelectric transformer according to Embodiment 2. FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a third embodiment.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a fifth embodiment.
  • 10 is a perspective view illustrating an electrode structure of a piezoelectric transformer according to Embodiment 5.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a seventh embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to an eighth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a ninth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a tenth embodiment. It is a figure which shows the structure of the piezoelectric transformer of Embodiment 11.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a twelfth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a thirteenth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a piezoelectric transformer according to a fourteenth embodiment. It is a figure which shows the structure of the electric field coupling type electric power transmission system with which the piezoelectric transformer of this invention was utilized as a step-up transformer.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric field coupled power transmission system to which the piezoelectric transformer of the present invention is applied.
  • the position and number of electrodes of the step-down transformer (piezoelectric transformer) Tr are different from the actual in order to simplify the illustration.
  • the electric field coupling type power transmission system includes a power transmission device 100 and a power reception device 200.
  • the power transmission device 100 includes a power transmission circuit 110 and a pair of power transmission electrodes Eta and Etp (hereinafter, referred to as “power transmission side active electrode Eta” and “power transmission side passive electrode Etp” as appropriate).
  • the power transmission circuit 110 generates an alternating voltage having a predetermined frequency and applies it between the pair of power transmission electrodes Eta and Etp.
  • the pair of power transmission electrodes Eta and Etp constitute a capacitor C1.
  • the power receiving apparatus 200 receives a pair of power receiving electrodes Era and Erp (hereinafter referred to as “power receiving side active electrode Era” and “power receiving side passive electrode Erp” as appropriate) and an AC voltage induced between the pair of power receiving electrodes Era and Erp. It has a step-down transformer Tr that steps down, and a load circuit 210 (power receiving circuit) to which the stepped-down AC voltage is input.
  • the load circuit 210 receives a reduced AC voltage and executes a predetermined function.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the power receiving device 200 illustrated in FIG.
  • the power receiving device 200 of this example includes the pair of power receiving electrodes Era and Erp, the step-down transformer Tr, and the load circuit 210 described above.
  • the pair of power receiving electrodes Era and Erp constitute a capacitor C2 which is a capacitance generated between the power receiving electrodes.
  • the step-down transformer Tr is composed of a piezoelectric transformer. Details will be described later. In the following description, the step-down transformer Tr is referred to as a piezoelectric transformer Tr.
  • the load circuit 210 includes a rectifier circuit REC, a regulator REG, and a load LD.
  • the rectifier circuit REC includes a plurality of diodes D1, D2, D3, D4, an inductor L3, and a capacitor C3.
  • the rectifier circuit REC converts an AC voltage applied between a pair of input terminals into a DC voltage, and between the input terminals of the regulator REG. Apply.
  • the regulator REG converts the DC voltage output from the rectifier circuit REC into a predetermined DC voltage and outputs it.
  • the load LD performs a predetermined function such as charging of the rechargeable battery using the DC voltage output from the regulator REG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the piezoelectric transformer Tr according to the first embodiment.
  • a part of the low voltage electrode is illustrated as being provided on the upper and lower surfaces (ends in the thickness direction) of the piezoelectric transformer Tr.
  • the piezoelectric body PB may be formed in a stacked manner and provided so as to be drawn out and exposed to the side surface (end portion in the width direction) of the piezoelectric transformer Tr.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order 7.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 7 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2 when the wavelength at the resonance frequency is represented by ⁇ .
  • the piezoelectric body PB has seven polarization regions arranged along the length direction and having a length of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first low voltage part Lv1, a first high voltage part Hv1, a second low voltage part Lv2, a second high voltage part Hv2, and a third low voltage part Lv3 in order along the length direction.
  • the piezoelectric body PB has a plurality of low voltage portions and a plurality of high voltage portions, the low voltage portions and the high voltage portions are alternately arranged along the length direction, and the low voltage portions are piezoelectric bodies. It arrange
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11
  • the second low voltage part Lv2 has one polarization region Lv21
  • the third low voltage part Lv3 has one polarization region Lv31.
  • the first high voltage part Hv1 has two polarization regions Hv11 and Hv12
  • the second high voltage part Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22.
  • the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 are respectively provided on a portion including a pair of surfaces (side surfaces) facing each other in the thickness direction of the body PB (the same applies to each of the following embodiments). It has been. The structures of the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 will be described later.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed between two adjacent polarization regions Hv11 and Hv12.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • the piezoelectric transformer Tr has the first high voltage electrode EH1 and the second high voltage electrode EH2 as input electrodes, and the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 as output electrodes. Used as a step-down transformer.
  • the piezoelectric transformer Tr can also be used as a step-up transformer as will be described later.
  • the first low voltage electrode EL1 in the region Lv11 and the first low voltage electrode EL1 in the region Lv12 are electrically connected to each other, and the second low voltage electrode EL2 in the region Lv11 and the first low voltage electrode EL2 in the region Lv12 are connected.
  • the low voltage electrode EL2 is used in a state of being electrically connected to each other.
  • the first low-voltage electrode EL1 in the region Lv11 and the first low-voltage electrode EL1 in the region Lv12, and the second low-voltage electrode EL2 in the region Lv11 and the second low-voltage electrode EL2 in the region Lv12 are, for example, a substrate It arrange
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the insulation type piezoelectric transformer Tr of the present invention is a piezoelectric transformer configured using a longitudinal vibration mode of order n, and has a length of n ⁇ / 2, where ⁇ is a wavelength at a resonance frequency.
  • a piezoelectric body PB is provided.
  • the piezoelectric body PB has n polarization regions along the length direction. Each of the n polarization regions has a length of ⁇ / 2.
  • each polarization region expands and contracts in the length direction of the piezoelectric body PB according to changes in the magnitude and direction of the electric field applied to the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction is set so that the expansion / contraction state of the n polarization regions is reversed between the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the first polarization region is “extended state”
  • the second polarization region is “contracted”
  • the third polarization region is “extended state”.
  • the polarization direction is set so that the “extended state” and the “contracted state” appear alternately in the fourth polarization region, such as “contracted state”.
  • each polarization region when an electric field is applied to the piezoelectric body PB (see FIG. 3.
  • the stress is shown as a sine wave, but when the sine wave in FIG. 3 is positive
  • the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB when negative, for example, leftward stress is generated), the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region is set so as to be opposite to the region (opposite direction).
  • the piezoelectric body PB has a plurality of polarizations having a length of ⁇ / 2 by a plurality of high voltage electrodes in the longitudinal direction of the piezoelectric body PB. Divided into multiple groups of regions. An AC voltage is applied to the plurality of high-voltage electrodes so that electric fields in opposite directions are generated in the even-numbered group and the odd-numbered group from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • one of the even-numbered high-voltage electrode and the odd-numbered high-voltage electrode is connected to an alternating current from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the positive electrode Ha connected to one line of the power supply is used, and the other electrode is used as the negative electrode Hb connected to the other line of the AC power supply.
  • the first high voltage electrode EH1 is a positive electrode Ha
  • the second high voltage electrode EH2 is a negative electrode Hb.
  • the direction of stress in each polarization region when an AC voltage, that is, an alternating electric field is applied to the piezoelectric body PB is one end in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region is set so that the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region are opposite to each other from the side.
  • the expansion / contraction state of each polarization region is reversed between the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the longitudinal vibration ( Resonance).
  • the polarization direction of the polarization region constituting the high voltage portion is parallel to the length direction of the piezoelectric body PB, and the piezoelectric body PB Within the group divided by the high-voltage electrodes in the length direction, the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region are opposite to each other from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the piezoelectric body Polarization of the odd-numbered group and the even-numbered group from one end side in the length direction of the element body PB, and the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric element body PB It is set so that the relationship of the direction of
  • the polarization direction of the polarization region constituting the high voltage part is: (1) Among the above groups divided by the high-voltage electrodes, odd numbers from one end side in the length direction of the piezoelectric element body PB in odd-numbered groups from one end side in the length direction of the piezoelectric element body PB The first polarization region and the even-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB in the even-numbered group from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB are in the same direction.
  • the polarization direction of the polarization region constituting the low voltage part is parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB, and the even-numbered polarization region and the odd number from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB. It is set so as to be opposite to the first polarization region. This is due to the following reason. That is, the expansion / contraction state in the length direction of the piezoelectric body PB is reversed between adjacent polarization regions of the piezoelectric body PB, and the expansion / contraction state in the thickness direction of the piezoelectric body PB is also reversed. is there.
  • the polarization directions of the polarization regions adjacent to each other are reversed in the thickness direction of the piezoelectric body PB so that the voltages generated by the piezoelectric effect in the thickness direction have the same phase. It is set.
  • the polarization direction of the polarization region constituting the low voltage part is: (1) In the odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, they are in the same direction. (2) In the even-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, they are in the same direction, and (3) The odd-numbered polarization regions according to (1) and the even-numbered polarization regions according to (2) are set to be opposite to each other.
  • the expansion and contraction is caused by the inverse piezoelectric effect in each polarization region constituting each high voltage portion. (Stress) is generated, and this expansion / contraction (stress) causes expansion / contraction (stress) in each polarization region constituting each low-voltage portion, and the piezoelectric effect due to the expansion / contraction (stress) causes a voltage drop between the electrodes for low voltage. AC voltage is output.
  • the polarization direction of each polarization region is set as follows.
  • the piezoelectric body PB has the first group R1, in the length direction of the piezoelectric body PB, with the high voltage electrodes EH1 and EH2 as boundaries.
  • the AC voltage V1 is applied between the high voltage electrode EH1 and the high voltage electrode EH2 and is divided into a second group R2 and a third group R3.
  • the plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and the plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other.
  • the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the second low voltage portion Lv2 are added to the second group R2.
  • the electric field E1 is generated, and the first low voltage part Lv1 is generated in the first group R1 and the third group R3.
  • the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the third low voltage part Lv3 are generated.
  • the direction of the electric field E2 generated in the first group R1 and the third group R3 is opposite to the direction of the electric field E1 generated in the second group R2.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage unit Hv1 and the second high voltage unit Hv2 are set to the length of the piezoelectric body PB.
  • the direction is parallel to the vertical direction.
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 are referred to as one end side in the length direction of the piezoelectric body PB (in this embodiment, “one end side in the length direction of the piezoelectric body PB”)
  • the second and sixth, ie, even-numbered polarization regions from the left end side), and the polarization regions Hv12, Hv21 are the third and fifth from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, That is, it is an odd-numbered polarization region.
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 belong to the first and third groups (third group R3), that is, the odd-numbered groups from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv12 and Hv21 are included.
  • the piezoelectric element body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the even-numbered polarization regions Hv11 and Hv22 belonging to the odd-numbered group and the odd-numbered polarization regions Hv12 and Hv21 belonging to the even-numbered group are set in the same direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Lv11, Lv21, Lv31 constituting the first low voltage part Lv1, the second low voltage part Lv2, and the third low voltage part Lv3 are parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the direction is
  • the polarization regions Lv11 and Lv31 are the first and seventh, that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization region Lv21 is the length of the piezoelectric body PB. This is the fourth or even-numbered polarization region from one end in the vertical direction.
  • the polarization direction of each polarization region constituting the first low voltage part Lv1, the second low voltage part Lv2, and the third low voltage part Lv3 is: (1)
  • the odd-numbered polarization regions Lv11 and Lv31 are in the same direction, and (2)
  • the polarization regions Lv11 and Lv31 according to (1) and the even-numbered polarization region Lv21 are set to be opposite to each other.
  • each polarization of the high voltage portions Hv1 and Hv2 is applied.
  • the regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 expand and contract (stress) due to the inverse piezoelectric effect, and the expansion and contraction (stress) causes expansion and contraction (stress) in each polarization region of each low voltage portion Lv1, Lv2, and Lv3, Lv11, Lv21, and Lv31. ) Is generated, and the stepped-down AC voltage V2 is output between the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 by the piezoelectric effect due to the expansion and contraction (stress).
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating the electrode structure of the piezoelectric transformer according to the first embodiment.
  • the first low voltage electrode EL1, the second low voltage electrode EL2, the first high voltage electrode EH1, and the second high voltage electrode EH2 are exposed on the side surface of the piezoelectric body PB. Is provided.
  • FIG. 4 (a) shows a state where the surface electrodes constituting each electrode are not formed
  • FIG. 4 (b) shows a state after the surface electrodes constituting each electrode are formed
  • 4C is a cross-sectional view along the thickness direction of the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2
  • FIG. 4D is the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EH2. It is sectional drawing along the thickness direction of voltage electrode EL2.
  • the first high voltage electrode EH1 and the second high voltage electrode EH2 are embedded in the piezoelectric body PB at predetermined intervals, respectively.
  • a plurality of sheet-like electrodes EHb are formed.
  • Both end portions of these sheet-like electrodes EHb reach a pair of opposing side surfaces of the piezoelectric body PB. On these side surfaces, as shown in FIGS. 4B and 4C, a surface electrode EHa is formed to connect between both end portions of the sheet-like electrode EHb.
  • each first low voltage electrode EL1 of the first low voltage portion Lv1, the second low voltage portion Lv2, and the third low voltage portion Lv3 is as shown in FIGS.
  • Each of the second low voltage electrodes EL2 of the first low voltage portion Lv1, the second low voltage portion Lv2, and the third low voltage portion Lv3 includes a surface electrode ELa2 formed on a side surface facing the surface electrode ELa1, It has a plurality of sheet-like electrodes ELb2 embedded in the low voltage portions Lv1, Lv2, Lv3 and having one end connected to the surface electrode ELa2. With such a configuration, it is possible to increase the capacity between the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 and increase the power that can be extracted.
  • the surface electrode EHa constituting the first high voltage electrode EH1 and the second high voltage electrode EH2 is formed on the same side surface as the side surface on which the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 are provided. Yes.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a piezoelectric transformer module including the piezoelectric transformer according to the first embodiment.
  • FIG. 6 illustrates a piezoelectric transformer module in which a first high voltage electrode, a surface electrode of a second high voltage electrode, a first low voltage electrode, a second low voltage electrode, and a third high voltage electrode of the piezoelectric transformer. It is a figure which shows the example couple
  • the piezoelectric transformer Tr is attached to the flexible substrate F1 arranged on the fixed frame B1.
  • the fixing frame B1 is provided with a mounting hole Bh into which the piezoelectric transformer Tr can be fitted.
  • the flexible substrate F1 is disposed along each of both edges in the longitudinal direction of the mounting hole Bh.
  • the piezoelectric transformer is disposed in the mounting hole Bh of the fixed frame B1, and in that state, the surface electrode EHa of the first high voltage electrode EH1, the second high voltage electrode EH2, the first low voltage electrode EL1, and the second low voltage.
  • the surface electrodes ELa1 and ELa2 of the voltage electrode EL2 are respectively joined to the conductive pattern (not shown) formed on the flexible substrate F1 by the solder X1.
  • a conductive adhesive may be used.
  • FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric transformer of the present embodiment.
  • the electrical configuration of the piezoelectric transformer Tr includes a transformer tr1, four capacitances Ci, an inductance L11, a capacitance C11 and a resistor R11 disposed between a pair of input terminals of the transformer tr1, and a capacitance on the output side of the transformer tr1.
  • two capacitances Ci connected in series between the two polarization regions Hv11 and Hv12 of the first high voltage unit Hv1, and 2 connected in series between the two polarization regions Hv21 and Hv22 of the second high voltage unit Hv2.
  • Two capacitances Ci are in parallel.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment includes a first high voltage portion Hv1 region Hv12, a second low voltage portion Lv2 region Lv21, and a second high voltage portion Hv2 region Hv21. 1, a region Hv22 of the second high voltage unit Hv2, a region Lv31 of the third low voltage unit Lv3, a region Lv11 of the first low voltage unit Lv1, and a region Hv11 of the first high voltage unit Hv1. It can be said that the configured second transformer is connected in parallel. Therefore, the input impedance of the piezoelectric transformer Tr can be reduced.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a piezoelectric transformer as a reference example.
  • This piezoelectric transformer is composed of only the 3 ⁇ / 2 portion at the center of the piezoelectric transformer of the first embodiment.
  • three polarization regions are provided in the longitudinal direction
  • electrodes E21 and E22 are provided on a pair of opposite side surfaces of the polarization region in the central portion in the longitudinal direction
  • electrodes E11 and E11 are provided on both end surfaces in the longitudinal direction.
  • E12 is provided.
  • FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of a piezoelectric transformer as a reference example shown in FIG.
  • the capacitance Ci of the polarization region is connected in series. Therefore, when the capacitance Ci of the polarization region is small, the input impedance of the piezoelectric transformer becomes high.
  • the present embodiment (Embodiment 1), as described with reference to FIG. 7, the two polarization regions Hv11 and Hv12 of the first high-voltage unit Hv1 are connected in series, and the second high The two polarization regions Hv21 and Hv22 of the voltage unit Hv2 are connected in parallel with the two capacitances C1 connected in series. Therefore, the input impedance of the piezoelectric transformer Tr can be reduced.
  • applying an AC voltage between the first high voltage electrode EH1 and the second high voltage electrode EH2 that are not grounded applies a voltage of + V to the first high voltage electrode EH1.
  • a voltage of ⁇ V is applied to the second high voltage electrode EH2.
  • the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 are floating electrodes insulated from the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2, the first high-voltage electrode EL2
  • the first low voltage electrode EL1 connected to each other and the second low voltage electrode EL2 connected to each other are connected to each other.
  • the electric fields E1 and E2 are generated in the polarization regions of the first high voltage part Hv1 and the second high voltage part Hv2 ("short penetration" shown in FIG. 3 described above).
  • the direction of the electric field E1 changes according to the periodic change of the AC voltage applied between the first high voltage electrode EH1 and the second high voltage electrode EH2
  • the first high voltage portion Hv1 polarization region Hv11
  • Hv12 and the second high voltage portion Hv2 expand and contract in the length direction according to the periodic change of the AC voltage
  • the first low voltage portion Lv1 (polarization region Lv11) with this expansion and contraction Is also stretched in the length direction.
  • the first low voltage portion Lv1 (polarization region Lv11), the second low voltage portion Lv2 (polarization region Lv21), and the third low voltage portion Lv3 (polarization region Lv31) are expanded and contracted in the thickness direction. Due to the piezoelectric effect due to the expansion and contraction in the thickness direction, the first low voltage portion Lv1 (polarization region Lv11), the second low voltage portion Lv2 (polarization region Lv21), and the third low voltage portion Lv3 (polarization region Lv31) in the thickness direction. An in-phase AC voltage is generated, and the generated AC voltage is output from between the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2.
  • the first high voltage portion Hv1 and the second high voltage portion Hv2 are formed symmetrically in the length direction when viewed from the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2. Therefore, when an AC voltage is applied between the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2, the first low-voltage electrode EL1 and the first low-voltage electrode EL1 of each of the low-voltage portions Lv1, Lv2, and Lv3 2
  • the potential induced by the electric fields E1 and E2 of the input AC voltage V1 in the low-voltage electrode EL2 is 0 (zero). Therefore, insulation between the input and output of the piezoelectric transformer is improved without providing an unpolarized region.
  • the piezoelectric transformer of the present embodiment does not have an unpolarized region that does not contribute to power conversion. Therefore, the coupling coefficient and the power conversion efficiency are not easily lowered, and the size can be further reduced.
  • the high voltage portion and the low voltage portion are arranged alternately, that is, dispersedly in the length direction of the piezoelectric body PB. Further, about half of the plurality of polarization regions constituting the piezoelectric body PB is a polarization region constituting the high voltage portion.
  • the piezoelectric body PB has a plurality of groups (voltage application blocks) divided (divided) by high-voltage electrodes.
  • a plurality of piezoelectric transformers are formed in a state of being physically coupled along the length direction in one piezoelectric element body PB. Therefore, the longitudinal vibration in each group is connected.
  • the vibration order is reduced to a predetermined order, in other words, the frequency of longitudinal vibration is reduced to a predetermined frequency corresponding to the predetermined order, and the driving efficiency is improved. improves. Therefore, power conversion efficiency is improved.
  • the piezoelectric transformer of this embodiment is an insulating piezoelectric transformer in which the high-voltage electrode and the low-voltage electrode are physically separated as described above. Therefore, it is possible to suppress transmission of noise such as fluctuations in the reference potential between the primary side and the secondary side.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order 7.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 7 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has three low voltage parts Lv1, Lv2, Lv3 and two high voltage parts Hv1, Hv2, and the low voltage parts Lv1, Lv2, Lv3 and the high voltage along the length direction.
  • the parts Hv1 and Hv2 are alternately arranged, and the low voltage parts Lv1 and Lv3 are disposed at both ends of the piezoelectric body PB.
  • Each low voltage part Lv1, Lv2, Lv3 includes polarization regions Lv11, Lv21, Lv31 having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body PB.
  • Each of the high voltage portions Hv1 and Hv2 includes polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body PB.
  • a pair of first low-voltage electrode EL1 and second low-voltage electrode EL2 are formed at end portions in the thickness direction of the first low-voltage part Lv1, the second low-voltage part Lv2, and the third low-voltage part Lv3. ing.
  • High voltage electrodes EH1 and EH2 are formed between two polarization regions Hv11 and Hv12 adjacent to each other, and between the polarization regions Hv21 and Hv22, among the polarization regions constituting the high voltage portions Hv1 and Hv2.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage portion is parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB, and even-numbered polarization regions and odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB. It is set to be opposite to the polarization region.
  • the polarization direction of the polarization region constituting each high voltage portion is parallel to the length direction of the piezoelectric body PB and is divided by the high voltage electrodes EH1 and EH2 in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region are opposite to each other from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and odd-numbered from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the relationship between the polarization directions of the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region is reversed between the first group and the even-numbered group from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB. Yes.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment it is possible to configure two transforming parts including two high voltage parts Hv1, Hv2 and three low voltage parts Lv1, Lv2, Lv3. By connecting these transformers in parallel, the input impedance as the piezoelectric transformer Tr can be reduced.
  • the low voltage electrodes EL1 and EL2 and the high voltage electrodes EH1 and EH2 are physically separated.
  • the input and output of the piezoelectric transformer Tr are electrically insulated.
  • the piezoelectric transformer module of the present embodiment includes a piezoelectric transformer and a flexible substrate that connects the low-voltage electrodes on one end side and connects the low-voltage electrodes on the other end side.
  • the piezoelectric transformer is applied to an electric field coupling type power receiving device.
  • the electric field coupling type power receiving device can be reduced in size and height compared to the case where a winding transformer is used.
  • the low voltage part is disposed so as to be located at both ends in the longitudinal direction of the piezoelectric body PB, and the longitudinal vibration mode of the order 8 to 10 is used.
  • a piezoelectric transformer configured as described above will be described.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 8.
  • the description of the same components as those in the first embodiment is omitted as appropriate.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the piezoelectric transformer according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating the electrode structure of the piezoelectric transformer according to the second embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 8.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 8 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has eight polarization regions arranged along the length direction and having a length of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first low voltage part Lv1, a first high voltage part Hv1, a second low voltage part Lv2, a second high voltage part Hv2, and a third low voltage part Lv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage portion Lv1 has one polarization region Lv11
  • the second low voltage portion Lv2 has two polarization regions Lv21 and Lv22
  • the third low voltage portion Lv3 has one polarization region Lv31.
  • the first high voltage part Hv1 has two polarization regions Hv11 and Hv12
  • the second high voltage part Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22.
  • a first low voltage electrode EL1 and a second low voltage electrode EL2 are formed, respectively.
  • the reason why the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 are individually provided in each of the regions Lv21 and Lv22 of the second low voltage part Lv2 is that the polarization process is individually performed in each of the regions Lv21 and Lv22. This is because it is possible to carry out.
  • the electrode structures of the polarization regions Lv11, Lv21, Lv22, and Lv31 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof is omitted. These points are the same in the following embodiments, and will not be described below.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed between two adjacent polarization regions Hv11 and Hv12.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • the electrode structure of each polarization region is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted. The same applies to the following embodiments.
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction described in the first embodiment.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage part Hv1 and the second high voltage part Hv2 are parallel to the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 are the second and sixth, that is, even-numbered polarization regions from one end in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Hv12 and Hv22 are the piezoelectric body PB.
  • the third and seventh that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction.
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 belong to the first and third groups (third group R3), that is, the odd-numbered groups from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv12 and Hv21 are included.
  • the piezoelectric element body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the even-numbered polarization region Hv11 belonging to the odd-numbered group and the odd-numbered polarization region Hv12 belonging to the even-numbered group are in the same direction.
  • the polarization regions Lv11, Lv21, Lv22, and Lv31 constituting the first low voltage part Lv1, the second low voltage part Lv2, and the third low voltage part Lv3 are parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB. Polarized in the direction.
  • the polarization regions Lv11 and Lv22 are the first and fifth, that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Lv21 and Lv31 are the piezoelectric body PB. 4th and 8th, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) The odd-numbered polarization regions Lv11 and Lv22 are in the same direction. (2) In the even-numbered polarization regions Lv21 and Lv31, they are in the same direction, and (3) The polarization regions Lv11 and Lv22 according to (1) and the polarization regions Lv21 and Lv31 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when a high voltage is applied between the high voltage electrodes EH1 and EH2, the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the second low voltage portion Lv2 are added to the second group R2. Via (bypassing the second low voltage part Lv2 (indicated as “short through” in FIG. 10)), the electric field E1 is generated, and the first low voltage part Lv1 is generated in the first group R1 and the third group R3.
  • first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the third low voltage part Lv3 bypassing the first low voltage part Lv1 and the third low voltage part Lv3 (in FIG.
  • the electric field E2 is generated.
  • the direction of the electric field E2 generated in the first group R1 and the third group R3 is opposite to the direction of the electric field E1 generated in the second group R2.
  • the piezoelectric transformer Tr having the above-described configuration, when the AC voltage V1 is input (applied) between the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2, the polarization regions of the high-voltage portions Hv1 and Hv2 Expansion and contraction (stress) is generated in the Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 due to the inverse piezoelectric effect, and expansion and contraction (stress) is generated in each polarization region of each of the low voltage portions Lv1, Lv2, and Lv3, Lv11, Lv21, and Lv31. Due to the piezoelectric effect caused by the expansion and contraction (stress), the stepped-down AC voltage V2 is output from between the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2.
  • the output power can be increased.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 9.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of the piezoelectric transformer according to the third embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 9.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 9 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has nine polarization regions having a length of ⁇ / 2 arranged along the length direction.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first low voltage part Lv1, a first high voltage part Hv1, a second low voltage part Lv2, a second high voltage part Hv2, and a third low voltage part Lv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11
  • the second low voltage part Lv2 has three polarization regions Lv21, Lv22, Lv23
  • the third low voltage part Lv3 has one polarization region. Lv31.
  • the first high voltage part Hv1 has two polarization regions Hv11 and Hv12
  • the second high voltage part Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22.
  • a first low-voltage electrode EL1 and a second low-voltage electrode EL2 are formed in each part.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed between two adjacent polarization regions Hv11 and Hv12.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction described in the first embodiment.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage part Hv1 and the second high voltage part Hv2 are parallel to the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 are the second and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Hv12 and Hv21 are the piezoelectric body PB.
  • the third and seventh that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction.
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 belong to the first and third groups (third group R3), that is, the odd-numbered groups from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv12 and Hv21 are included.
  • the piezoelectric element body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the even-numbered polarization regions Hv11 and Hv22 belonging to the odd-numbered group and the odd-numbered polarization regions Hv12 and Hv21 belonging to the even-numbered group are set in the same direction.
  • the polarization regions Lv11, Lv21, Lv22, Lv23, and Lv31 constituting the first low voltage portion Lv1, the second low voltage portion Lv2, and the third low voltage portion Lv3 are in the thickness direction of the piezoelectric body PB. Polarized in parallel directions.
  • the polarization regions Lv11, Lv22, and Lv31 are the first, fifth, and ninth, that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Lv21, Lv23 are The fourth and sixth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) The odd-numbered polarization regions Lv11, Lv22, and Lv31 are in the same direction, (2) The even-numbered polarization regions Lv21, Lv23 are in the same direction, and (3) the polarization regions Lv11, Lv22, Lv31 according to (1) are opposite to each other in the polarization regions Lv21, Lv23 according to (2).
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when a high voltage is applied between the high voltage electrodes EH1 and EH2, the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the second low voltage portion Lv2 are added to the second group R2. Via (bypassing the second low voltage part Lv2 (indicated as “short through” in FIG. 12)), the electric field E1 is generated, and the first low voltage part Lv1 is generated in the first group R1 and the third group R3.
  • the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the third low voltage part Lv3 bypassing the first low voltage part Lv1 and the third low voltage part Lv3 (“short” in FIG. 12
  • the electric field E2 is generated.
  • the direction of the electric field E2 generated in the first group R1 and the third group R3 is opposite to the direction of the electric field E1 generated in the second group R2.
  • the piezoelectric transformer Tr having the above-described configuration, when the AC voltage V1 is input (applied) between the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2, the polarization regions of the high-voltage portions Hv1 and Hv2
  • the Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 expand and contract (stress) due to the inverse piezoelectric effect, and the expansion and contraction (stress) expands and contracts in the polarization regions Lv11, Lv21, Lv22, Lv23, and Lv31 of the low voltage portions Lv1, Lv2, and Lv3 ( Stress) is generated, and the reduced AC voltage V2 is output from between the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 by the piezoelectric effect caused by the expansion and contraction (stress).
  • the output power can be further increased.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 10.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the piezoelectric transformer of the fourth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order 10.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 10 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has ten polarization regions having a length of ⁇ / 2 arranged along the length direction.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first low voltage part Lv1, a first high voltage part Hv1, a second low voltage part Lv2, a second high voltage part Hv2, and a third low voltage part Lv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11
  • the second low voltage part Lv2 has three polarization regions Lv21, Lv22, Lv23
  • the third low voltage part Lv3 has two polarization regions. Lv31 and Lv32.
  • the first high voltage part Hv1 has two polarization regions Hv11 and Hv12
  • the second high voltage part Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22.
  • the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 are formed at the ends of the first and second low-voltage electrodes EL1, respectively.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed between two adjacent polarization regions Hv11 and Hv12.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction described in the first embodiment.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage part Hv1 and the second high voltage part Hv2 are parallel to the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 are the second and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Hv12 and Hv21 are the piezoelectric body PB.
  • the third and seventh that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction.
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 belong to the first and third groups (third group R3), that is, the odd-numbered groups from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv12 and Hv21 are included.
  • the piezoelectric element body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the even-numbered polarization regions Hv11 and Hv22 belonging to the odd-numbered group and the odd-numbered polarization regions Hv12 and Hv21 belonging to the even-numbered group are set in the same direction.
  • the polarization regions Lv11, Lv21, Lv22, Lv23, Lv31, and Lv32 constituting the first low voltage portion Lv1, the second low voltage portion Lv2, and the third low voltage portion Lv3 are the thicknesses of the piezoelectric body PB. Polarized in a direction parallel to the direction.
  • the polarization regions Lv11, Lv22, and Lv31 are the first, fifth, and ninth, ie, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Lv21, Lv23, Lv32 is the fourth, sixth and tenth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) The odd-numbered polarization regions Lv11, Lv22, and Lv31 are in the same direction, (2) Even-numbered polarization regions Lv21, Lv23, Lv32 are in the same direction, and (3) The polarization regions Lv11, Lv22, Lv31 according to (1) and the polarization regions Lv21, Lv23, Lv32 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when a high voltage is applied between the high voltage electrodes EH1 and EH2, the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the second low voltage portion Lv2 are added to the second group R2. Via (bypassing the second low voltage part Lv2 (indicated as “short through” in FIG. 13)), the electric field E1 is generated, and the first low voltage part Lv1 is generated in the first group R1 and the third group R3.
  • first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the third low voltage part Lv3 bypassing the first low voltage part Lv1 and the third low voltage part Lv3 (in FIG.
  • the electric field E2 is generated.
  • the direction of the electric field E2 generated in the first group R1 and the third group R3 is opposite to the direction of the electric field E1 generated in the second group R2.
  • the piezoelectric transformer Tr having the above-described configuration, when the AC voltage V1 is input (applied) between the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2, the polarization regions of the high-voltage portions Hv1 and Hv2 Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 expand and contract (stress) due to the inverse piezoelectric effect, and the expansion and contraction (stress) causes the polarization regions Lv11, Lv21, Lv22, Lv23, Lv31, and Lv32 of each low voltage portion Lv1, Lv2, and Lv3. Expansion and contraction (stress) is generated, and a reduced AC voltage V2 is output between the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 due to the piezoelectric effect caused by the expansion and contraction (stress).
  • the output power can be further increased. .
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 6.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of the piezoelectric transformer of the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating the electrode structure of the piezoelectric transformer according to the fifth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of this embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 6.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 6 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where the wavelength at the resonance frequency is represented by ⁇ .
  • the piezoelectric body PB has six polarization regions arranged along the length direction and having a length of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11, and the second low voltage part Lv2 has one polarization region Lv21.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22
  • the third high voltage unit Hv3 has one polarization region Hv31.
  • the first low-voltage electrode EL1 and the first low-voltage electrode EL1 and the first low-voltage part Lv1 and the second low-voltage part Lv2 are respectively provided at a pair of ends in the thickness direction of the piezoelectric body PB in the polarization regions Lv11 and Lv21. Two low-voltage electrodes EL2 are formed.
  • the end of the piezoelectric element body PB on the first high voltage part Hv1 side (one end part in the length direction of the piezoelectric element body PB (the part on one end side in the length direction of the piezoelectric element body PB)).
  • the first high-voltage electrode EH1 is formed.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side (the other end in the length direction of the piezoelectric body PB (the other end side portion in the length direction of the piezoelectric body PB)).
  • the high voltage electrode provided at the end of the high voltage portion of the piezoelectric body PB is the same as the high voltage electrode provided between two adjacent polarization regions described in FIG. Have the same structure. That is, for the high voltage electrode provided at the end portion in the length direction of the piezoelectric body PB, the planar electrode is provided on the side surface of the end portion in the length direction among the side surfaces of the piezoelectric body PB. Have. The same applies to the following embodiments.
  • the arrows shown in the blocks indicating the polarization regions indicate the polarization directions of the polarization regions.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the following concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are the lengths of the piezoelectric body PB.
  • the direction is parallel to the vertical direction.
  • the polarization regions Hv22 and Hv31 are fourth and sixth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 are the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv22 and Hv31 belong to the piezoelectric body.
  • the body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the odd-numbered polarization regions Hv11 and Hv21 belonging to the odd-numbered group and the even-numbered polarization regions Hv22 and Hv31 belonging to the even-numbered group are set in the same direction.
  • the polarization regions Lv11 and Lv21 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization region Lv21 is the fifth, that is, odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization region Lv11 is one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the second that is, even-numbered polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1)
  • the odd-numbered polarization region Lv21 and the even-numbered polarization region Lv11 are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG. 14)), and the second electric field E2 is generated.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion / contraction (stress) is generated in each polarization region Hv11, Hv21, Hv22, Hv31 of each high voltage portion Hv1, Hv2, Hv3 by the reverse piezoelectric effect, and each expansion / contraction (stress) causes each low voltage.
  • Expansion and contraction occurs in the polarization regions Lv11 and Lv21 of the portions Lv1 and Lv2, and the voltage is lowered from between the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 by the piezoelectric effect due to the expansion and contraction (stress).
  • the AC voltage V2 is output.
  • the equivalent circuit is the same as that of FIG.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment includes a first high voltage portion Hv1 region Hv11, a first low voltage portion Lv1 region Lv11, and a second high voltage portion Hv2 region Hv21. Parallel connection of the transformer part, the region Hv22 of the second high voltage part Hv2, the region Lv21 of the second low voltage part Lv2, and the region Hv31 of the third high voltage part Hv3 It can be said that it was a configuration. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the piezoelectric transformer Tr since the low voltage part is sandwiched between the high voltage part, the high voltage electrode and the low voltage electrode are not connected to each other. Therefore, the input / output of the piezoelectric transformer can be insulated without providing an unpolarized region in the piezoelectric body PB. Therefore, only the voltages generated in the low voltage portions Lv1, Lv2, and Lv3 due to the piezoelectric vibration of the piezoelectric element body PB are output from between the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2. It becomes. Thus, according to this embodiment, it is possible to provide the piezoelectric transformer Tr with improved insulation.
  • the piezoelectric transformer of the present embodiment is a piezoelectric transformer Tr that uses a longitudinal vibration mode of order 6.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 6 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where the wavelength at the resonance frequency is represented by ⁇ .
  • the piezoelectric body PB has two low voltage parts Lv1, Lv2 and three high voltage parts Hv1, Hv2, Hv3, and the low voltage parts Lv1, Lv2 and high voltage part Hv1 along the length direction.
  • Hv2 and Hv3 are alternately arranged, and the high voltage parts Hv1 and Hv3 are disposed at both ends of the piezoelectric element body PB.
  • Each low voltage part Lv1, Lv2 has one polarization region Lv11, Lv21 having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body PB.
  • Each of the high voltage portions Hv1, Hv2, and Hv3 includes polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, and Hv31 having a length of ⁇ / 2 along the length direction of the piezoelectric body PB.
  • a first low voltage electrode EL1 and a second low voltage electrode EL2 are provided at a pair of ends in the thickness direction of the first low voltage portion Lv1 and the second low voltage portion Lv2.
  • High voltage electrodes EH1 and EH3 are provided at a pair of end portions in the length direction of the piezoelectric body PB, and polarization regions constituting the high voltage portions Hv2 excluding the high voltage portions Hv1 and Hv3 at both ends.
  • High voltage electrodes EH1 and EH2 are formed between two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage portion is parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB, and even-numbered polarization regions and odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB. It is set to be opposite to the polarization region.
  • the polarization direction of the polarization region constituting each high voltage portion is parallel to the length direction of the piezoelectric body PB and is divided by the high voltage electrodes EH1 and EH2 in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region are opposite to each other from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and odd-numbered from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the relationship between the polarization directions of the even-numbered polarization region and the odd-numbered polarization region is reversed between the first group and the even-numbered group from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB. Yes.
  • the polarization directions of the odd-numbered polarization regions Hv11 and Hv21 belonging to the odd-numbered group and the even-numbered polarization regions Hv22 and Hv31 belonging to the even-numbered group are determined. Are set in the same direction.
  • two transformer parts including two high voltage parts Hv1, Hv2 and three low voltage parts Lv1, Lv2, Lv3 are configured. Is possible. By connecting these transformers in parallel, the input impedance as the piezoelectric transformer Tr can be reduced.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 7.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the configuration of the piezoelectric transformer of the sixth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order 7.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 7 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has seven polarization regions arranged along the length direction and having a length of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has two polarization regions Lv11 and Lv12, and the second low voltage part Lv2 has one polarization region Lv21.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22
  • the third high voltage unit Hv3 has one polarization region Hv31.
  • a first low-voltage electrode EL1 is provided at each of a pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body PB in each of the polarization regions Lv11, Lv12, and Lv21 constituting the first low-voltage portion Lv1 and the second low-voltage portion Lv2.
  • a second low-voltage electrode EL2 is formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side.
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are the lengths of the piezoelectric body PB.
  • the direction is parallel to the vertical direction.
  • the polarization region Hv21 is the fourth, that is, even-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv11, Hv22, and Hv31 are one ends in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the first, fifth, and seventh that is, odd-numbered polarization regions from the side.
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv22 and Hv31 belong to the piezoelectric body.
  • the body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1) The even-numbered polarization region Hv21 belonging to the odd-numbered group and the odd-numbered polarization regions Hv22, Hv31 belonging to the even-numbered group are in the same direction, and (2) the polarization region Hv21 according to (1) , Hv22, Hv31 and the polarization directions of the odd-numbered polarization regions Hv11 belonging to the odd-numbered groups are set to be opposite to each other.
  • the polarization regions Lv11, Lv12, Lv21 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization region Lv12 is the third, that is, odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Lv11 and Lv21 are in the length direction of the piezoelectric body PB. They are the second and sixth, that is, even-numbered polarization regions from one end side.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) Even-numbered polarization regions Lv11 and Lv21 are in the same direction, and (2) The polarization regions Lv11 and Lv21 according to (1) and the odd-numbered polarization region Lv12 are set in opposite directions.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 (bypassing the first low voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion / contraction (stress) is generated in each polarization region Hv11, Hv21, Hv22, Hv31 of each high voltage portion Hv1, Hv2, Hv3 by the reverse piezoelectric effect, and each expansion / contraction (stress) causes each low voltage.
  • Expansion and contraction occurs in the polarization regions Lv11, Lv12, and Lv21 of the portions Lv1 and Lv2, and due to the piezoelectric effect due to the expansion and contraction (stress), between the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2
  • the stepped-down AC voltage V2 is output.
  • the output power can be further increased. .
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 8.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the configuration of the piezoelectric transformer of the seventh embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 8.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 8 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has eight polarization regions arranged along the length direction and having a length of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has two polarization regions Lv11 and Lv12
  • the second low voltage part Lv2 has two polarization regions Lv21 and Lv22.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22
  • the third high voltage unit Hv3 has one polarization region Hv31.
  • the first low voltage portion Lv1, Lv12, Lv21, and Lv22 constituting the first low voltage portion Lv1 and the second low voltage portion Lv2 are respectively connected to the pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • An electrode EL1 and a second low voltage electrode EL2 are formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side.
  • the arrows shown in the blocks indicating the respective polarization regions indicate the polarization directions of the respective polarization regions.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are the lengths of the piezoelectric body PB.
  • the direction is parallel to the vertical direction.
  • the polarization regions Hv21 and Hv31 are the fourth and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Hv11 and Hv22 are the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv22 and Hv31 belong to the piezoelectric body.
  • the body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the even-numbered polarization regions Hv21 belonging to the odd-numbered groups and the odd-numbered polarization regions Hv22 belonging to the even-numbered groups are in the same direction.
  • the polarization regions Lv11, Lv12, Lv21, and Lv22 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Lv12 and Lv22 are the third and seventh, that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Lv11 and Lv21 are the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) The odd-numbered polarization regions Lv12 and Lv22 have the same orientation, (2) The even-numbered polarization regions Lv11 and Lv21 are in the same direction, and (3) The polarization regions Lv12 and Lv22 according to (1) and the polarization regions Lv11 and Lv21 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 (bypassing the first low voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion / contraction (stress) is generated in each polarization region Hv11, Hv21, Hv22, Hv31 of each high voltage portion Hv1, Hv2, Hv3 by the reverse piezoelectric effect, and each expansion / contraction (stress) causes each low voltage.
  • Expansion and contraction occurs in the polarization regions Lv11, Lv12, Lv21, and Lv22 of the portions Lv1 and Lv2, and the piezoelectric effect caused by the expansion and contraction (stress) causes the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 to The stepped-down AC voltage V2 is output.
  • the output power can be further increased.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 9.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of the piezoelectric transformer of the eighth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 9.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 9 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has nine polarization regions having a length of ⁇ / 2 arranged along the length direction.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has two polarization regions Lv11 and Lv12, and the second low voltage part Lv2 has three polarization regions Lv21, Lv22 and Lv23.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22
  • the third high voltage unit Hv3 has one polarization region Hv31.
  • a first low voltage is applied to a pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body PB in each of the polarization regions Lv11, Lv12, Lv21, Lv22, and Lv23 constituting the first low voltage portion Lv1 and the second low voltage portion Lv2.
  • An electrode EL1 and a second low voltage electrode EL2 are formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side.
  • each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are the lengths of the piezoelectric body PB.
  • the direction is parallel to the vertical direction.
  • the polarization region Hv21 is the fourth, that is, even-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Hv11, Hv22, and Hv31 are the lengths of the piezoelectric body PB.
  • the first, fifth, and ninth that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the direction.
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv22 and Hv31 belong to the piezoelectric body.
  • the body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1) The even-numbered polarization regions Hv21 belonging to the odd-numbered groups and the odd-numbered polarization regions Hv22 and Hv31 belonging to the even-numbered groups are in the same direction, and (2) The polarization regions Hv21, Hv22, Hv31 according to (1) and the odd-numbered polarization region Hv11 belonging to the odd-numbered group are set to be opposite to each other.
  • the polarization regions Lv11, Lv12, Lv21, Lv22, and Lv23 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Lv12 and Lv22 are the third and seventh, that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Lv11, Lv21, and Lv23 are the piezoelectric body elements.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) The odd-numbered polarization regions Lv12 and Lv22 have the same orientation, (2) The even-numbered polarization regions Lv11, Lv21, Lv23 are in the same direction, and (3) The polarization regions Lv12, Lv22 according to (1) and the polarization regions Lv11, Lv21, Lv23 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion / contraction (stress) is generated in each polarization region Hv11, Hv21, Hv22, Hv31 of each high voltage portion Hv1, Hv2, Hv3 by the reverse piezoelectric effect, and each expansion / contraction (stress) causes each low voltage.
  • Expansion and contraction occurs in the polarization regions Lv11, Lv12, Lv21, Lv22, and Lv23 of the portions Lv1 and Lv2, and the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 are generated by the piezoelectric effect due to the expansion and contraction (stress).
  • the AC voltage V2 that has been stepped down is output from between.
  • the output power can be further increased.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 10.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating the configuration of the piezoelectric transformer of the ninth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order 10.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 10 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has ten polarization regions having a length of ⁇ / 2 arranged along the length direction.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has three polarization regions Lv11, Lv12 and Lv13
  • the second low voltage part Lv2 has three polarization regions Lv21, Lv22 and Lv23.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22
  • the third high voltage unit Hv3 has one polarization region Hv31.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side.
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv12, Hv21, and Hv22 constituting the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are the lengths of the piezoelectric body PB.
  • the direction is parallel to the vertical direction.
  • the polarization regions Hv22 and Hv31 are the sixth and tenth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 are the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv22 and Hv31 belong to the piezoelectric body.
  • the body PB belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the odd-numbered polarization regions Hv11 and Hv21 belonging to the odd-numbered group and the even-numbered polarization regions Hv22 and Hv31 belonging to the even-numbered group are set in the same direction.
  • the polarization regions Lv11, Lv12, Lv13, Lv21, Lv22, and Lv23 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Lv12, Lv21, and Lv23 are the third, seventh, and ninth, that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization regions Lv11, Lv13, Lv22 is the second, fourth, and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) In the odd-numbered polarization regions Lv12, Lv21, Lv23, they are in the same direction, (2) Even-numbered polarization regions Lv11, Lv13, and Lv22 are in the same direction, and (3) The polarization regions Lv12, Lv21, and Lv23 according to (1) and the polarization regions Lv11, Lv13, and Lv22 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion / contraction (stress) is generated in each polarization region Hv11, Hv21, Hv22, Hv31 of each high voltage portion Hv1, Hv2, Hv3 by the reverse piezoelectric effect, and each expansion / contraction (stress) causes each low voltage.
  • Expansion and contraction occurs in the polarization regions Lv11, Lv12, Lv13, Lv21, Lv22, and Lv23 of the portions Lv1 and Lv2, and the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage application are caused by the piezoelectric effect due to the expansion and contraction (stress).
  • a stepped-down AC voltage V2 is output from between the electrode EL2.
  • the output power can be further increased.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 8.
  • FIG. 20 is a diagram showing the configuration of the piezoelectric transformer of the tenth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 8.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 8 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has eight polarization regions arranged along the length direction and having a length of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11, and the second low voltage part Lv2 has one polarization region Lv21.
  • the first high voltage part Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage part Hv2 has four polarization regions Hv21, Hv22, Hv23, Hv24
  • the third high voltage part Hv3 has one It has a polarization region Hv31.
  • the first low-voltage electrode EL1 and the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage portion Lv1 and the second low-voltage portion Lv2 are respectively formed at a pair of ends in the thickness direction of the piezoelectric body PB in the polarization regions Lv11 and Lv21. Two low-voltage electrodes EL2 are formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv22 and Hv23 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side.
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv23, Hv24, and Hv31 that constitute the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are piezoelectric elements.
  • the direction is parallel to the length direction of the body PB.
  • the polarization regions Hv22, Hv24, and Hv31 are fourth, sixth, and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv11, Hv21, Hv23 is the first, third, and fifth, that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB. Further, the polarization regions Hv11, Hv21, and Hv22 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv23, Hv24, and Hv31.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1) The even-numbered polarization region Hv22 belonging to the odd-numbered group and the odd-numbered polarization region Hv23 belonging to the even-numbered group are in the same direction.
  • the polarization regions Lv11 and Lv21 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization region Lv21 is the seventh, that is, odd-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB
  • the polarization region Lv11 is one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the second that is, even-numbered polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1)
  • the odd-numbered polarization region Lv12 and the even-numbered polarization region Lv11 are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion and contraction (stress) is generated in the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv23, Hv24, and Hv31 of each high voltage portion Hv1, Hv2, and Hv3 due to the inverse piezoelectric effect.
  • the first low voltage portion Lv1 is the center in the length direction of the piezoelectric body PB in the group divided by the first high voltage electrode EH1 and the second high voltage electrode EH2. Not placed in. Therefore, the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 are subject to fluctuations due to the AC high-voltage component input between the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2. appear. However, the high voltage component appearing on the first low voltage electrode EL1 and the high voltage component appearing on the second low voltage electrode EL2 have the same magnitude.
  • the piezoelectric transformer Tr Insulation between the input and output (between the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2 and the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2) is obtained satisfactorily.
  • the second low voltage portion Lv2 is not arranged in the center in the length direction of the piezoelectric body PB in the group divided by the second high voltage electrode EH2 and the third high voltage electrode EH3.
  • the same effect is obtained in the case of the first low voltage part Lv1.
  • the low voltage portion is not arranged in the center in the length direction of the piezoelectric body PB in the group divided by the high voltage electrode, but the same effect as described above can be obtained. It is done.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 8.
  • FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the piezoelectric transformer of the eleventh embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 8.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 8 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has eight polarization regions arranged along the length direction and having a length of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11, and the second low voltage part Lv2 has one polarization region Lv21.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has three polarization regions Hv21, Hv22, and Hv23
  • the third high voltage unit Hv3 has two polarization regions. Hv31 and Hv32.
  • the first low-voltage electrode EL1 and the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage portion Lv1 and the second low-voltage portion Lv2 are respectively formed at a pair of ends in the thickness direction of the piezoelectric body PB in the polarization regions Lv11 and Lv21. Two low-voltage electrodes EL2 are formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv22 and Hv23 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side.
  • the arrows shown in the blocks indicating the respective polarization regions indicate the polarization directions of the respective polarization regions.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv23, Hv31, and Hv32 that constitute the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are piezoelectric elements.
  • the direction is parallel to the length direction of the body PB.
  • the polarization regions Hv22 and Hv32 are fourth and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv11, Hv21, Hv23, and H31 are piezoelectric bodies.
  • the polarization regions Hv11, Hv21, and Hv22 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv23, Hv24, and Hv31. Belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high voltage portion Hv1 is: (1) The even-numbered polarization regions Hv22 belonging to the odd-numbered groups and the odd-numbered polarization regions Hv23 and Hv31 belonging to the even-numbered groups are in the same direction. (2) The odd-numbered polarization regions Hv11 and Hv21 belonging to the odd-numbered group and the even-numbered polarization region Hv32 belonging to the even-numbered group are in the same direction, and (3) The polarization regions Hv22, Hv23, Hv31 according to (1) and the polarization regions Hv11, Hv21, Hv32 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • the polarization regions Lv11 and Lv21 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Lv11 and Lv21 are the second and sixth polarization regions from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, even-numbered polarization regions.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1)
  • the even-numbered polarization regions Lv11 and Lv21 are set so as to be in the same direction.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion and contraction (stress) is generated in the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv23, Hv31, and Hv32 of each high voltage portion Hv1, Hv2, and Hv3 due to the inverse piezoelectric effect.
  • Embodiment 12 In the twelfth embodiment, the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 9.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating the configuration of the piezoelectric transformer of the twelfth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 9.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 9 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has nine polarization regions having a length of ⁇ / 2 arranged along the length direction.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11, and the second low voltage part Lv2 has two polarization regions Lv21 and Lv22.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has three polarization regions Hv21, Hv22, and Hv23
  • the third high voltage unit Hv3 has two polarization regions. Hv31 and Hv32.
  • a first low-voltage electrode EL1 is provided at each of a pair of end portions in the thickness direction of the piezoelectric body PB in each of the polarization regions Lv11, Lv21, and Lv22 constituting the first low-voltage portion Lv1 and the second low-voltage portion Lv2.
  • a second low-voltage electrode EL2 is formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv22 and Hv23 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the third high voltage portion Hv3 side.
  • the arrow shown in the block indicating each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization directions of the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv23, Hv31, and Hv32 that constitute the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, and the third high voltage unit Hv3 are piezoelectric elements.
  • the direction is parallel to the length direction of the body PB.
  • the polarization regions Hv22 and Hv31 are fourth and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv11, Hv21, Hv23, and H32 are piezoelectric bodies.
  • the polarization regions Hv11, Hv21, and Hv22 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group
  • the polarization regions Hv23, Hv31, and Hv32 Belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1) The even-numbered polarization regions Hv22 belonging to the odd-numbered groups and the odd-numbered polarization regions Hv23 and Hv32 belonging to the even-numbered groups are in the same direction. (2) The odd-numbered polarization regions Hv11 and Hv21 belonging to the odd-numbered group and the even-numbered polarization region Hv31 belonging to the even-numbered group are in the same direction, and (3) The polarization regions Hv22, Hv23, Hv32 according to (1) and the polarization regions Hv11, Hv21, Hv31 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • the polarization regions Lv11, Lv21, Lv22 constituting the first low voltage part Lv1 and the second low voltage part Lv2 are polarized in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Lv11 and Lv21 are the second and sixth, that is, even-numbered polarization regions from one end in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization region Lv22 is the length direction of the piezoelectric body PB. This is the seventh polarization region from one end side, that is, the odd-numbered polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) The even-numbered polarization regions Lv11 and Lv21 are in the same direction, and (2) The polarization regions Lv11 and Lv21 according to (1) and the odd-numbered polarization region Lv22 are set to be opposite to each other.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied)
  • expansion and contraction (stress) is generated in the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv23, Hv31, and Hv32 of each high voltage portion Hv1, Hv2, and Hv3 due to the inverse piezoelectric effect.
  • the output power can be further increased.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 9.
  • FIG. 23 is a diagram showing the configuration of the piezoelectric transformer of the thirteenth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 9.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 9 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has nine polarization regions having a length of ⁇ / 2 arranged along the length direction.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction. , A third low voltage part Lv3, and a fourth high voltage part Hv4.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11
  • the second low voltage part Lv2 has one polarization region Lv21
  • the third low voltage part Lv3 has one polarization region Lv31.
  • the first high voltage part Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage part Hv2 has three polarization regions Hv21, Hv22, Hv23
  • the third high voltage part Hv3 has one polarization region.
  • the fourth high voltage part Hv4 has one polarization region Hv41.
  • the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 are formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv22 and Hv23 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the fourth high voltage portion Hv4 side.
  • an arrow shown in a block indicating each polarization region indicates a polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization direction is a direction parallel to the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization region Hv22 is the fourth, that is, even-numbered polarization region from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv11, Hv21, Hv23, Hv31, and Hv41 are the lengths of the piezoelectric body PB.
  • the first, third, fifth, seventh, and ninth that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the vertical direction.
  • the polarization regions Hv11, Hv21, and Hv22 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv23, Hv31, and Hv41. Belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the even-numbered group.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1) The even-numbered polarization regions Hv22 belonging to the odd-numbered groups and the odd-numbered polarization regions Hv23, Hv31, Hv41 belonging to the even-numbered groups are in the same direction. (2) The odd-numbered polarization regions Hv11 and Hv21 belonging to the odd-numbered group are in the same direction, and (3) The polarization regions Hv22, Hv23, Hv31, Hv41 according to (1) and the polarization regions Hv11, Hv21 according to (2) are set to be opposite to each other.
  • the polarization regions Lv11, Lv21, Lv31 constituting the first low voltage part Lv1, the second low voltage part Lv2, and the third low voltage part Lv3 are in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB. Polarized.
  • the polarization regions Lv11, Lv21, and Lv31 are the second, sixth, and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1)
  • the polarization directions of the even-numbered polarization regions Lv11, Lv21, and Lv31 are set to be the same direction.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, and EH3 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion Lv1 is applied to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the first high-voltage electrode EH1, the second high-voltage electrode EH2, and the third high-voltage electrode EH3 are alternating current so that the adjacent high-voltage electrodes have opposite polarities.
  • the voltage V1 is input (applied), expansion and contraction (stress) is generated in the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv23, Hv31, and Hv41 of the high voltage portions Hv1, Hv2, Hv3, and Hv4 due to the inverse piezoelectric effect.
  • Stress causes expansion and contraction (stress) in the polarization regions Lv11, Lv21 and Lv31 of the low voltage portions Lv1, Lv2 and Lv3, and the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage are generated by the piezoelectric effect due to the expansion and contraction (stress).
  • a stepped-down AC voltage V2 is output from between the voltage electrode EL2.
  • the piezoelectric transformer Tr is configured using a longitudinal vibration mode of order 9.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating the configuration of the piezoelectric transformer of the fourteenth embodiment.
  • the piezoelectric transformer Tr of the present embodiment is a piezoelectric transformer that uses a longitudinal vibration mode of order 9.
  • the piezoelectric transformer Tr includes a piezoelectric body PB having a length of 9 ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where ⁇ represents a wavelength at a resonance frequency.
  • the piezoelectric body PB has nine polarization regions having a length of ⁇ / 2 arranged along the length direction.
  • the piezoelectric element body PB is formed using piezoelectric ceramics.
  • the piezoelectric body PB includes a first high voltage unit Hv1, a first low voltage unit Lv1, a second high voltage unit Hv2, a second low voltage unit Lv2, and a third high voltage unit Hv3 in order along the length direction. , A third low voltage part Lv3, and a fourth high voltage part Hv4.
  • the first low voltage part Lv1 has one polarization region Lv11
  • the second low voltage part Lv2 has one polarization region Lv21
  • the third low voltage part Lv3 has one polarization region Lv31.
  • the first high voltage unit Hv1 has one polarization region Hv11
  • the second high voltage unit Hv2 has two polarization regions Hv21 and Hv22
  • the third high voltage unit Hv3 has two polarization regions Hv31
  • the fourth high voltage unit Hv4 has one polarization region Hv41.
  • the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 are formed.
  • a first high voltage electrode EH1 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the first high voltage portion Hv1 side.
  • the second high voltage electrode EH2 is formed between the two polarization regions Hv21 and Hv22 adjacent to each other.
  • a third high voltage electrode EH3 is formed between two polarization regions Hv31 and Hv32 adjacent to each other.
  • a fourth high voltage electrode EH4 is formed at the end of the piezoelectric body PB on the fourth high voltage portion Hv4 side.
  • each polarization region indicates the polarization direction of each polarization region.
  • the polarization direction of each polarization region is set based on the concept of setting the polarization direction.
  • the polarization regions Hv11, Hv21, Hv22, Hv31, Hv32, and Hv41 constituting the first high voltage unit Hv1, the second high voltage unit Hv2, the third high voltage unit Hv3, and the fourth high voltage unit Hv4.
  • the polarization direction is a direction parallel to the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization regions Hv22 and Hv31 are fourth and sixth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization regions Hv11, Hv21, Hv32, and Hv41 are piezoelectric.
  • the first, third, seventh, and ninth that is, odd-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the body element body PB.
  • the polarization regions Hv11 and Hv21 belong to the first group (first group R1) from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, that is, the odd-numbered group, and the polarization regions Hv22 and Hv31 belong to the piezoelectric body. It belongs to the second group (second group R2) from the one end side in the length direction of the body PB, that is, the even-numbered group, and the polarization regions Hv32 and Hv41 are the third from the one end side in the length direction of the piezoelectric body PB.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each high-voltage part is: (1)
  • the odd-numbered polarization regions Hv11, Hv21, Hv32, Hv41 belonging to the odd-numbered group and the even-numbered polarization regions Hv22, Hv31 belonging to the even-numbered group are set to be in the same direction.
  • the polarization regions Lv11, Lv21, Lv31 constituting the first low voltage part Lv1, the second low voltage part Lv2, and the third low voltage part Lv3 are in a direction parallel to the thickness direction of the piezoelectric body PB. Polarized.
  • the polarization regions Lv11 and Lv31 are the second and eighth, that is, even-numbered polarization regions from one end side in the length direction of the piezoelectric body PB, and the polarization region Lv21 is the piezoelectric body PB. This is the fifth or odd-numbered polarization region from one end side in the length direction.
  • the polarization direction of each polarization region constituting each low voltage part is: (1) Even-numbered polarization regions Lv11 and Lv31 are in the same direction, and (2) The polarization regions Lv11 and Lv31 according to (1) and the odd-numbered polarization region Lv21 are set in opposite directions.
  • a plurality of first low voltage electrodes EL1 are connected to each other, and a plurality of second low voltage electrodes EL2 are connected to each other. Therefore, when the AC voltage V1 is applied to the high voltage electrodes EH1, EH2, EH3, and EH4 so as to have opposite polarities in the adjacent high voltage electrodes, the first low voltage portion is added to the first group R1.
  • An electric field E2 is generated via the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2 of Lv1 (bypassing the first low-voltage portion Lv1 (shown as “short through” in FIG.
  • the electric field E1 is generated in the second group R2 via the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the second low voltage part Lv2 (bypassing the second low voltage part Lv2), 3 to the group R3 via the first low voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2 of the third low voltage portion Lv3 (bypassing the third low voltage portion Lv3 (“short penetration” in FIG. 24) ))
  • Electric field E3 is generatedIn this case, the direction of the electric field E2 generated in the first group R1 and the direction of the electric field E3 generated in the third group R3 are the same, but the direction of these electric fields E2, E3 and the second group The direction of the electric field E1 generated in R2 is opposite.
  • the first high voltage electrode EH1, the second high voltage electrode EH2, the third high voltage electrode EH3, and the fourth high voltage electrode EH4 are adjacent to each other in the high voltage electrode.
  • AC voltage V1 When AC voltage V1 is input (applied) so as to have opposite polarities to each other, it expands and contracts by a reverse piezoelectric effect in each polarization region Hv11, Hv21, Hv22, Hv31, Hv32, Hv41 of each high voltage part Hv1, Hv2, Hv3, Hv4 ( (Stress) is generated, and this expansion / contraction (stress) causes expansion / contraction (stress) in each polarization region Lv11, Lv21, Lv31 of each low voltage portion Lv1, Lv2, Lv3, and the piezoelectric effect by this expansion / contraction (stress) causes the first low
  • the stepped-down AC voltage V2 is output from between the voltage electrode EL1 and the second low voltage electrode EL2.
  • the input to the high voltage electrode is three in parallel, and the number of parallel increases as compared with the above embodiments. Therefore, the input impedance of the piezoelectric transformer can be further reduced.
  • a piezoelectric transformer having three low voltage parts and two high voltage parts will be described.
  • two low voltage parts, three high voltage parts, and the piezoelectric transformer having three low voltage parts and four high voltage parts has been described.
  • the piezoelectric transformer may have the following configurations (1) and (2).
  • the piezoelectric transformer is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order n (n is an integer of 7 or more).
  • the piezoelectric transformer has a length of n ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where n represents a wavelength of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body is provided with a plurality of polarization regions arranged in the length direction.
  • the piezoelectric body has a plurality of low voltage portions and a plurality of high voltage portions, the low voltage portions and the high voltage portions are alternately arranged along the length direction, and the low voltage portions are the piezoelectric body bodies. It arrange
  • the piezoelectric transformer is a piezoelectric transformer using a longitudinal vibration mode of order n (n is an integer of 6 or more).
  • the piezoelectric transformer has a length of n ⁇ / 2, a width of less than ⁇ / 2, and a thickness of less than ⁇ / 2, where n represents a wavelength of ⁇ / 2.
  • the piezoelectric element body is provided with a plurality of polarization regions arranged in the length direction.
  • the piezoelectric element body has a plurality of low voltage parts and a plurality of high voltage parts, the low voltage parts and the high voltage parts alternate along the length direction, and the high voltage parts are the piezoelectric element elements. It arrange
  • the piezoelectric transformer Tr of each embodiment according to the present invention can also be used as a step-up transformer.
  • an AC voltage is input between the first low-voltage electrode EL1 and the second low-voltage electrode EL2, and between the first high-voltage electrode EH1 and the second high-voltage electrode EH2.
  • FIG. 25 is a diagram showing a configuration of an electric field coupling type power transmission system using the piezoelectric transformer of the present invention as a step-up transformer.
  • the AC voltage generated by the power transmission circuit 110 is boosted by the step-up transformer Tr1 and applied between the pair of power transmission electrodes Eta and Etp.
  • the output of the power transmission circuit 110 is connected to the low voltage electrode of the piezoelectric transformer of the present invention, and the pair of power transmission electrodes Eta and Etp are connected to the high voltage electrode.
  • the power transmission device 100 by using the piezoelectric transformer as the step-up transformer, the power transmission device 100 can be reduced in size as compared with the case where the winding transformer is used.
  • the piezoelectric transformer according to the present invention can be widely used in various electronic devices and electrical devices.

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Abstract

次数7の縦振動モードを利用してなる圧電トランスは、共振周波数での波長をλで表すと、7λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備える。圧電体素体は、3個の低電圧部と2個の高電圧部とを有し、長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ低電圧が圧電体素体の両方の端部に位置するように配置されている。各低電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する3個の分極領域を有する。各高電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有する。第1低電圧部、第2低電圧部、及び第3低電圧部の厚み方向の端部に一対の第1の低電圧用電極および第2の低電圧用電極が形成されている。各高電圧部を構成する分極領域のうち互いに隣接する2つの分極領域の間にそれぞれ高電圧用電極が形成されている。

Description

圧電トランス
 本発明は、圧電トランスに関する。
 特許文献1には、圧電トランスが開示されている。特許文献1の圧電トランスにおいては、圧電体板の両端部側の部分は圧電体板の長さ方向に平行な方向に分極され、それらの間の中間部分は圧電体板の厚み方向に平行な方向に分極されている。中間部分の互いに対向する側面にはそれぞれ入力用電極が設けられ、圧電体板の長さ方向の両端面にはそれぞれ出力用電極が設けられている。これにより、この圧電トランスは、昇圧用圧電トランスとして構成されている。
特開2003-230272号公報
 電子機器等においては、入力インピーダンスが低い圧電トランスが要求される場合がある。
 本発明は、入力インピーダンスを低くできる圧電トランスを提供する。
 本発明の第1の態様の圧電トランスは、次数n(nは7以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスは、共振周波数での波長をλで表すと、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備える。圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ低電圧部が圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置されている。各低電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有する。各高電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有する。各低電圧部における、前記圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられている。各高電圧部を構成する分極領域のうち互いに隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられている。各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体の厚み方向に平行で、かつ圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定されている。各高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、圧電体素体の長さ方向に平行で、かつ圧電体素体の、その長さ方向において高電圧用電極により区分されたグループ内において、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなり、かつ圧電体素体の長さ方向の一端側から奇数番目のグループと偶数番目のグループとにおいて、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域との分極の向きの関係が反転するように設定されている。
 本発明の第2の態様の圧電トランスは、次数n(nは6以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスは、共振周波数での波長をλで表すと、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有し、それぞれλ/2の長さを有するn個の分極領域が長さ方向に配置された圧電体素体を備える。圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ高電圧部が圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置されている。各低電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有している。各高電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、圧電体素体の両端部以外では、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有し、圧電体素体の両端部では、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有している。各低電圧部の圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられている。圧電体素体の長さ方向の一対の端部にそれぞれ高電圧用電極が設けられているとともに、両端の高電圧部を除く各高電圧部を構成する分極領域のうち互いに隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられている。各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体の厚み方向に平行で、かつ圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定されている。各高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、圧電体素体の長さ方向に平行で、かつ圧電体素体の、その長さ方向において高電圧用電極により区分されたグループ内において、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなり、かつ圧電体素体の長さ方向の一端側から奇数番目のグループと偶数番目のグループとにおいて、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域との分極の向きの関係が反転するように設定されている。
 本発明の第3の態様の圧電トランスは、次数n(nは7以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスは、共振周波数での波長をλとして、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備える。圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ低電圧部が圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置されている。各低電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有する。各高電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有する。各低電圧部における、圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられている。各高電圧部を構成する分極領域のうち隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられている。 各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体の厚み方向に平行で、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定されている。各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体の長さ方向に平行で、かつ圧電体素体の、その長さ方向において高電圧用電極を境界として区分された各グループに、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目のグループと奇数番目のグループとで互いに逆向きの電界が生じるように交流電圧を印加したときに、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域において生じる応力の向きと奇数番目の分極領域において生じる応力の向きとが互いに逆向きとなるように設定されている。
 本発明の第4の態様の圧電トランスは、次数n(nは6以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスは、共振周波数での波長をλとして、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備える。圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ高電圧部が圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置されている。各低電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有する。各高電圧部は、圧電体素体の長さ方向に沿って、圧電体素体の両端部以外では、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有し、圧電体素体の両端部では、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有する。各低電圧部の圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられている。圧電体素体の長さ方向の一対の端部にそれぞれ高電圧用電極が設けられているとともに、両端の高電圧部を除く各高電圧部を構成する分極領域のうち隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられている。各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体の厚み方向に平行で、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定されている。各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体の長さ方向に平行で、かつ圧電体素体の、その長さ方向において高電圧用電極を境界として区分された各グループに、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目のグループと奇数番目のグループとで互いに逆向きの電界が生じるように交流電圧を印加したときに、圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域において生じる応力の向きと奇数番目の分極領域において生じる応力の向きとが互いに逆向きとなるように設定されている。
 本発明において、圧電トランスモジュールが提供される。圧電トランスモジュールは、本発明の圧電トランスと、一方の端部側の低電圧用電極同士を接続し、他方の端部側の低電圧用電極同士を接続する基板とを含む。
 本発明において、電界結合型受電装置が提供される。電界結合型受電装置は、本発明の絶縁型圧電トランスを備え、絶縁型圧電トランスの高電圧用電極に受電電極が接続され、絶縁型圧電トランスの低電圧用電極に受電回路が接続されている。
 本発明において、電界結合型送電装置が提供される。電界結合型送電装置は、本発明の絶縁型圧電トランスを備え、絶縁型圧電トランスの低電圧用電極に送電回路が接続され、絶縁型圧電トランスの高電圧用電極に送電電極が接続されている。
 本発明の圧電トランスでは、複数の高電圧部と低電圧部とでなる変圧部を複数個構成可能である。これらの変圧部を並列接続することにより、圧電トランスの入力インピーダンスを低下させることができる。
本発明の実施形態1に係る圧電トランスが適用された電界結合型電力伝送システムの構成を示す図である。 電界結合型電力伝送システムを構成する受電装置の具体的構成の一例を示す図である。 実施形態1の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態1の圧電トランスの電極構造を説明した斜視図である。 実施形態1の圧電トランスを備えた圧電トランスモジュールの構成の一例を示す図である。 圧電トランスモジュールにおいて、圧電トランスの第1高電圧用電極及び第2高電圧用電極の面電極及び第1低電圧用電極及び第2低電圧用電極を、フレキシブル基板に半田により結合した例を示す図である。 実施形態1の圧電トランスの等価回路を示す図である。 参考例としての圧電トランスの構成を示す図である。 参考例としての圧電トランスの等価回路を示す図である。 実施形態2の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態2の圧電トランスの電極構造を説明した斜視図である。 実施形態3の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態4の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態5の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態5の圧電トランスの電極構造を説明した斜視図である。 実施形態6の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態7の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態8の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態9の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態10の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態11の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態12の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態13の圧電トランスの構成を示す図である。 実施形態14の圧電トランスの構成を示す図である。 本発明の圧電トランスが昇圧トランスとして利用された電界結合型電力伝送システムの構成を示す図である。
(実施形態1)
1.構成
1-1.電界結合型電力伝送システムの構成
 図1は、本発明の圧電トランスが適用された電界結合型電力伝送システムの構成を示す図である。なお、図1においては、図示を簡略化する観点から降圧トランス(圧電トランス)Trの電極(各高電圧用電極、各低電圧用電極)の位置および数は実際とは異なる。
 電界結合型電力伝送システムは、送電装置100と、受電装置200とを有する。
 送電装置100は、送電回路110と、一対の送電電極Eta、Etp(以下、適宜「送電側アクティブ電極Eta」、「送電側パッシブ電極Etp」という)とを有する。送電回路110は、所定周波数の交流電圧を発生し、一対の送電電極Eta、Etp間に印加する。一対の送電電極Eta、EtpはキャパシタC1を構成する。
 受電装置200は、一対の受電電極Era、Erp(以下、適宜「受電側アクティブ電極Era」、「受電側パッシブ電極Erp」という)と、一対の受電電極Era、Erp間に誘起された交流電圧を降圧する降圧トランスTrと、降圧された交流電圧が入力される負荷回路210(受電回路)とを有する。負荷回路210は、降圧された交流電圧を入力して所定の機能を実行する。
 図2は、図1で示した受電装置200の具体的構成の一例を示す図である。本例の受電装置200は、前述した、一対の受電電極Era、Erp、降圧トランスTr、及び負荷回路210を有する。
 送電側アクティブ電極Etaと受電側アクティブ電極Eraとが対向状態にあるとき、送電側アクティブ電極Etaと受電側アクティブ電極Eraとの間には、結合容量Caaが生じ、送電側パッシブ電極Etpと受電側パッシブ電極Erpとの間には、結合容量Cppが生じる。送電側アクティブ電極Etaと受電側アクティブ電極Eraとが対向状態にあるとき、送電装置100の一対の送電電極Eta、Etp間に交流電圧が印加されることにより、受電装置200の一対の受電電極Era、Erp間に交流電圧が誘起される。これにより、送電装置100から受電装置200に電力を伝送することができる。
 一対の受電電極Era、Erpはそれら受電電極間に発生する静電容量であるキャパシタC2を構成する。
 降圧トランスTrは、圧電トランスにより構成されている。詳細については後述する。なお、以後の説明においては、降圧トランスTrを圧電トランスTrと称する。
 負荷回路210は、整流回路REC、レギュレータREG、及び負荷LDを有する。
 整流回路RECは、複数のダイオードD1、D2、D3、D4、インダクタL3、及びキャパシタC3を含み、一対の入力端子間に印加された交流電圧を直流電圧に変換し、レギュレータREGの入力端子間に印加する。
 レギュレータREGは、整流回路RECから出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する。
 負荷LDは、レギュレータREGから出力される直流電圧を用いて充電池への充電等の所定の機能を実行する。
1-2.圧電トランスの構成
 図3は、実施形態1の圧電トランスTrの構成を示す図である。なお、図3においては、図示や説明の簡略化のために低電圧用電極の一部は圧電トランスTrの上下面(厚み方向の端部)に設けられるように図示しているが、後に説明する図4に示すように、圧電体素体PBの内部に積層状に構成され、かつ圧電トランスTrの側面(幅方向の端部)に引き出されて露出するように設けてもよい。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数7の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、7λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備えている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する7個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1低電圧部Lv1、第1高電圧部Hv1、第2低電圧部Lv2、第2高電圧部Hv2、及び第3低電圧部Lv3を有する。つまり、圧電体素体PBは、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ低電圧部が圧電体素体PBの長さ方向の両端部に位置するように配置されている。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は1個の分極領域Lv21を有し、第3低電圧部Lv3は1個の分極領域Lv31を有する。
 第1高電圧部Hv1は2個の分極領域Hv11、Hv12を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有する。
 第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する分極領域Lv11、Lv21、Lv31における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部(圧電体素体PBの厚み方向において互いに対向する一対の面(側面)を含む部分。以後の各実施形態において同じ。)にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が設けられている。なお、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2の構造については後述する。
 第1高電圧部Hv1において、互いに隣接する2つの分極領域Hv11、Hv12の間に第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている
 本実施形態において、圧電トランスTrは、第1高電圧用電極EH1及び第2高電圧用電極EH2を入力電極とし、第1低電圧用電極おEL1および第2低電圧用電極EL2を出力電極とする降圧トランスとして用いられる。なお、圧電トランスTrは、後述するように昇圧トランスとして用いることもできる。
 本実施形態では、領域Lv11の第1低電圧用電極EL1と領域Lv12の第1低電圧用電極EL1とは互いに電気的に接続され、領域Lv11の第2低電圧用電極EL2と領域Lv12の第2低電圧用電極EL2とは互いに電気的に接続された状態で使用される。領域Lv11の第1低電圧用電極EL1と領域Lv12の第1低電圧用電極EL1、および、領域Lv11の第2低電圧用電極EL2と領域Lv12の第2低電圧用電極EL2とは、例えば基板等への実装状態で電気的接続がなされるように配置される。
 図3において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。
 ここで、本発明の各実施形態に係る絶縁型圧電トランスを構成する各分極領域の分極方向の設定に関する考え方について説明する。
 本発明の絶縁型圧電トランスTrは、前述のように、次数nの縦振動モードを利用して構成された圧電トランスであり、共振周波数での波長をλとして、nλ/2の長さを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って、n個の分極領域を有する。n個の分極領域は、それぞれλ/2の長さを有する。縦振動モードでは、各分極領域は、圧電体素体PBに加えられている電界の大きさ及び方向の変化に応じて、圧電体素体PBの長さ方向に伸縮する。本発明では、n個の分極領域の伸縮状態が圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆の状態となるように、分極方向が設定されている。例えば、n個の分極領域を有する圧電体素体PBの長さ方向において1番目の分極領域は「伸び状態」、2番目の分極領域は「縮み状態」、3番目の分極領域は「伸び状態」、4番目の分極領域は「縮み状態」…というように、「伸び状態」と「縮み状態」とが交互に出現するように分極方向が設定される。換言すれば、圧電体素体PBに電界を印加したときの各分極領域における応力の向き(図3参照。図3では応力を正弦波状に示しているが、図3の正弦波において正のときに図上で例えば右向きの応力が生じ、負のときに例えば左向きの応力が生じることを示す)が、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向き(反対方向)となるように、各分極領域の分極方向が設定される。
 ここで、本発明の絶縁型圧電トランスTrでは、圧電体素体PBは、圧電体素体PBの長さ方向において、複数の高電圧用電極により、λ/2の長さを有する複数の分極領域からなる複数のグループに区分されている。複数の高電圧用電極には、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目のグループと奇数番目のグループとにおいて互いに逆向きの電界が生じるように交流電圧が印加される。そのため、本発明の絶縁型圧電トランスTrでは、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の高電圧用電極と奇数番目の高電圧用電極とのうちの一方の電極を、交流電源の一方のラインに接続される正電極Haとして利用し、他方の電極を交流電源の他方のラインに接続される負電極Hbとして利用する。実施形態1では、図3に示すように、第1高電圧用電極EH1を正電極Haとし、第2高電圧用電極EH2を負電極Hbとしている。本実施形態では、これらの点を考慮した上で、圧電体素体PBに交流電圧つまり交番電界を印加したときの各分極領域における応力の向きが、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように、各分極領域の分極方向が設定される。これにより、各分極領域の伸縮状態が、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆の状態となり、縦振動モードでの縦振動(共振)が得られる。
 具体的に、本実施形態の絶縁型圧電トランスTrでは、高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向に平行で、かつ、圧電体素体PBの、その長さ方向において高電圧用電極により区分されたグループ内において、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなり、かつ圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目のグループと偶数番目のグループとで、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域との分極の向きの関係が反転するように設定される。
 上記分極方向設定の考え方に基づくと、高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、
(1)高電圧用電極により区分された上記のグループのうち、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目のグループにおける、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目の分極領域と、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目のグループにおける、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域とが互いに同じ向きとなり、
(2)高電圧用電極により区分された上記のグループのうち、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目のグループにおける、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目のグループ内における、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目の分極領域とが互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る奇数番目のグループにおける、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目の分極領域、及び偶数番目のグループにおける、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と、(2)に係る奇数番目のグループにおける、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域、及び偶数番目のグループにおける、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目の分極領域とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、低電圧部を構成する分極領域の分極方向は、圧電体素体PBの厚み方向に平行で、かつ圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定される。これは以下の理由による。すなわち、圧電体素体PBの隣接する分極領域間において圧電体素体PBの長さ方向の伸縮状態が逆となることは、圧電体素体PBの厚み方向の伸縮状態も逆となることである。これを考慮して、低電圧部においては、厚み方向の圧電効果により生じる電圧が同位相となるように、互いに隣接する分極領域の分極方向を、圧電体素体PBの厚み方向において逆方向に設定している。
 より具体的には、低電圧部を構成する分極領域の分極方向は、
(1)圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目の分極領域において互いに同じ向きとなり、
(2)圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る奇数番目の分極領域と、(2)に係る偶数番目の分極領域とにおいて互いに逆向きとなるにように設定される。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、高電圧用電極EH1と高電圧用電極EH2との間に交流電圧を入力(印加)すると、各高電圧部を構成する各分極領域に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により、各低電圧部を構成する各分極領域に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、低電圧用電極間に、降圧された交流電圧が出力される。
 上記分極方向設定の考え方に基づき、実施形態1の絶縁型圧電トランスTrでは、各分極領域の分極方向は、以下のように設定される。
 ここで、本実施形態の絶縁型圧電トランスTrでは、圧電体素体PBは、高電圧用電極EH1、EH2を境界にして、圧電体素体PBの長さ方向において、第1のグループR1、第2のグループR2、第3のグループR3に区分されており、高電圧用電極EH1と、高電圧用電極EH2との間に交流電圧V1が印加される。本実施形態では上述のように複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2間に、高電圧が印加されると、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図3において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成され、第1のグループR1及び第3のグループR3に、第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3を迂回して(図3において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成される。この場合、第1のグループR1及び第3のグループR3に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記条件のもとに、本実施形態では、第1高電圧部Hv1及び第2高電圧部Hv2を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向を、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv11、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側(本実施形態において、「圧電体素体PBの長さ方向の一端側」という場合、原則的に図における左端側を指すものとする)から2番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv12、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目及び5番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11及びHv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び3番目のグループ(第3のグループR3)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv12、Hv21は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の各分極領域Hv11、Hv22、及び偶数番目のグループに属する奇数番目の各分極領域Hv12、Hv21において互いに同じ向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv31の分極方向は、圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向としている。ここで、分極領域Lv11、Lv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び7番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の各分極領域Lv11、Lv31において互いに同じ向きとなり、かつ、
(2)(1)に係る分極領域Lv11、Lv31と、偶数番目の分極領域Lv21とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 本実施形態の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2の各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により、各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の各分極領域、Lv11、Lv21、Lv31に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間に、降圧された交流電圧V2が出力される。
 図4は、実施形態1の圧電トランスの電極構造を説明した斜視図である。本実施形態では、第1低電圧用電極EL1、第2低電圧用電極EL2、第1高電圧用電極EH1、及び第2高電圧用電極EH2は、圧電体素体PBの側面に露出させて設けられている。
 図4(a)は各電極を構成する面電極を未形成の状態を示し、図4(b)は各電極を構成する面電極を形成後の状態を示す。図4(c)は、第1高電圧用電極EH1及び第2高電圧用電極EH2の厚み方向に沿った断面図、図4(d)は、第1低電圧用電極EL1、及び第2低電圧用電極EL2の厚み方向に沿った断面図である。図4(a)、(b)、(c)に示すように、第1高電圧用電極EH1及び第2高電圧用電極EH2は、それぞれ、圧電体素体PBの内部に所定の間隔で埋め込み形成された複数のシート状電極EHbを有する。これらのシート状電極EHbの両端部は、圧電体素体PBの対向する一対の側面にまで達している。これらの側面には、図4(b)、(c)に示すように、シート状電極EHbの両端部間を接続する面電極EHaが形成されている。
 第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3の各第1低電圧用電極EL1は、図4(a)、(b)、(d)に示すように、側面に形成された面電極ELaと、各低電圧部の内部に埋め込み形成され、一端が面電極ELa1に接続された複数のシート状電極ELb1とを有する。また、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3の各第2低電圧用電極EL2は、面電極ELa1に対向する側面に形成された面電極ELa2と、低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の内部に埋め込み形成され、一端が面電極ELa2に接続された複数のシート状電極ELb2を有する。このような構成とすることにより、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間の容量を大きくして、取り出せる電力を大きくすることができる。
 第1高電圧用電極EH1及び第2高電圧用電極EH2を構成する面電極EHaは、第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2が設けられた側面と同じ側面に形成されている。
 図5は、実施形態1の圧電トランスを備えた圧電トランスモジュールの構成の一例を示す図である。図6は、圧電トランスモジュールにおいて、圧電トランスの第1高電圧用電極、第2高電圧用電極の面電極及び第1低電圧用電極及び第2低電圧用電極、及び第3高電圧用電極を、半田を用いてフレキシブル基板に結合した例を示す図である。本例の圧電トランスモジュールでは、圧電トランスTrは、固定枠B1に配置されたフレキシブル基板F1に取り付けられる。具体的に、固定枠B1には、圧電トランスTrを嵌め込み可能な取付孔Bhが設けられている。フレキシブル基板F1は、取付孔Bhの長手方向の両縁部のそれぞれに沿って配置されている。圧電トランスは、固定枠B1の取付孔Bhに配置され、その状態において、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2の面電極EHa及び第1低電圧用電極EL1、第2低電圧用電極EL2の面電極ELa1、ELa2は、図6にも示すように、フレキシブル基板F1に形成された導電パターン(図示せず)に半田X1によりそれぞれ接合される。なお、半田X1に代えて、導電性接着剤を利用してもよい。
 図7は、本実施形態の圧電トランスの等価回路を示す図である。圧電トランスTrの電気的構成は、変圧部tr1と、変圧部tr1の一対の入力端子間に配置された4つのキャパシタンスCi、インダクタンスL11、キャパシタンスC11及び抵抗R11と、変圧部tr1の出力側のキャパシタンスC12とを有する回路として表すことができる。本実施形態では、第1高電圧部Hv1の2つの分極領域Hv11、Hv12の直列接続された2つのキャパシタンスCiと、第2高電圧部Hv2の2つの分極領域Hv21、Hv22の直列接続された2つのキャパシタンスCiとが並列になる。換言すれば、本実施形態の圧電トランスTrは、第1高電圧部Hv1の領域Hv12と、第2低電圧部Lv2の領域Lv21と、第2高電圧部Hv2の領域Hv21とで構成される第1の変圧部と、第2高電圧部Hv2の領域Hv22と、第3低電圧部Lv3の領域Lv31と、第1低電圧部Lv1の領域Lv11と、第1高電圧部Hv1の領域Hv11とで構成される第2の変圧部とを、並列接続した構成ということができる。そのため、圧電トランスTrの入力インピーダンスを低下させることができる。
 図8は、参考例としての圧電トランスの構成を示す図である。この圧電トランスは、実施形態1の圧電トランスの中央部の3λ/2の部分のみからなる。本圧電トランスにおいては、長手方向に3つの分極領域を備えており、長手方向中央部の分極領域の対向する一対の側面に電極E21、E22が設けられ、長手方向両端部の端面に電極E11、E12が設けられている。
 図9は、図8に示した参考例としての圧電トランスの等価回路を示す図である。この場合においては、分極領域は入力間に直列に設けられているので、分極領域のキャパシタンスCiは直列接続となる。そのため、分極領域のキャパシタンスCiが小さい場合、圧電トランスの入力インピーダンスが高くなる。一方、本実施形態(実施形態1)では、図7を用いて説明したように、第1高電圧部Hv1の2つの分極領域Hv11、Hv12の直列接続された2つのキャパシタンスC1と、第2高電圧部Hv2の2つの分極領域Hv21、Hv22の直列接続された2つのキャパシタンスC1とが並列接続されたことになる。そのため、圧電トランスTrの入力インピーダンスを低下させることができる。
 実施形態1において、接地されていない第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に交流電圧を印加することは、第1高電圧用電極EH1に+Vの電圧を印加し、第2高電圧用電極EH2に-Vの電圧を印加することである。第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2は、第1高電圧用電極EH1及び第2高電圧用電極EH2に対して絶縁された浮き電極であるので、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に交流電圧が印加されると、互いに接続された第1低電圧用電極EL1及び互いに接続された第2低電圧用電極EL2を介して、前述のように、第1高電圧部Hv1及び第2高電圧部Hv2の分極領域に電界E1、E2が生成される(前述した図3に示す「ショート貫通」)。電界E1の方向が、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に印加される交流電圧の周期的変化に応じて変化すると、第1高電圧部Hv1(分極領域Hv11、Hv12)及び第2高電圧部Hv2(分極領域Hv21、Hv22)は交流電圧の周期的変化に応じて長さ方向に伸縮し、この伸縮に伴って第1低電圧部Lv1(分極領域Lv11)も長さ方向に伸縮される。この長さ方向への伸縮により、第1低電圧部Lv1(分極領域Lv11)、第2低電圧部Lv2(分極領域Lv21)、第3低電圧部Lv3(分極領域Lv31)は厚み方向に伸縮され、この厚み方向の伸縮による圧電効果により第1低電圧部Lv1(分極領域Lv11)、第2低電圧部Lv2(分極領域Lv21)、第3低電圧部Lv3(分極領域Lv31)の厚み方向に互いに同相の交流電圧が発生し、発生した交流電圧が第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から出力される。
 その場合に、本実施形態では、第1高電圧部Hv1と第2高電圧部Hv2は、第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2から見て長さ方向において対称に形成されているので、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に交流電圧を印加したときに、各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2において当該入力交流電圧V1の前記電界E1、E2により誘起される電位は0(ゼロ)となる。したがって、未分極領域を設けることなく、圧電トランスの入出力間の絶縁性が向上する。そのため、圧電体素体PBの圧電振動によって各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3に生じた電圧だけが、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から出力されることとなる。このように、本実施形態によれば、絶縁性を向上させた圧電トランスTrを提供することができる。
 本実施形態の圧電トランスでは、以下の(1)~(4)に示す効果も得られる。
(1)本実施形態の圧電トランスは、電力変換に寄与しない未分極領域を有していない。そのため、結合係数の低下や電力変換効率の低下が生じにくく、また、より小型にできる。
(2)本実施形態の圧電トランスでは、高電圧部と低電圧部とが圧電体素体PBの長さ方向において交互に、つまり分散して配置されている。また、圧電体素体PBを構成する複数の分極領域のうちの約半分が高電圧部を構成する分極領域となっている。これにより、高電圧部間に所定次数(本実施形態では7次)の縦振動を起こさせるための所定周波数の交流電圧を印加したときに、圧電体素体PBの長さ方向における振動が所定次数の縦振動で拘束されやすくなる。したがって、所定次数に近いその他の次数の縦振動が発生しにくい。そのため、効率的に電力変換を行うことができる。
(3)本実施形態の圧電トランスでは、圧電体素体PBは、高電圧用電極により区分(分割)された複数のグループ(電圧印加ブロック)を有する。換言すれば、複数の圧電トランスが、1つの圧電体素体PBにおいて長さ方向に沿って物理的に結合した状態で形成されている。そのため、各グループでの縦振動が連結される。これにより、各グループに寸法誤差等の加工誤差がある場合でも、振動の次数が所定次数に縮退され、換言すれば縦振動の周波数が所定次数に対応する所定の周波数に縮退され、駆動効率が向上する。したがって、電力変換効率が向上する。
(4)本実施形態の圧電トランスは、前述したように、高圧用電極と低圧用電極とが物理的に分離された絶縁型の圧電トランスである。そのため、基準電位の変動等の雑音が、一次側と二次側の間で伝達されるのを抑制できる。
 なお、(1)~(4)の効果は、後述する各実施形態においても奏される。
2.まとめ
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数7の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、7λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、3個の低電圧部Lv1、Lv2、Lv3と2個の高電圧部Hv1、Hv2とを有し、長さ方向に沿って低電圧部Lv1、Lv2、Lv3と高電圧部Hv1、Hv2とが交互に、かつ低電圧部Lv1、Lv3が圧電体素体PBの両方の端部に位置するように配置されている。各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3は、圧電体素体PBの長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する分極領域Lv11、Lv21、Lv31を有する。各高電圧部Hv1、Hv2は、圧電体素体PBの長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22を有する。第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3の厚み方向の端部に一対の第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。各高電圧部Hv1、Hv2を構成する分極領域のうち互いに隣接する2つの分極領域Hv11、Hv12の間、及び分極領域Hv21、Hv22の間にそれぞれ高電圧用電極EH1、EH2が形成されている。各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体PBの厚み方向に平行で、かつ圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定されている。各高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向に平行で、かつ圧電体素体PBの、その長さ方向において高電圧用電極EH1、EH2により区分されたグループ内において、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなり、かつ圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目のグループと偶数番目のグループとで、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域との分極の向きの関係が反転するように設定されている。
 これにより、本実施形態の圧電トランスTrでは、2個の高電圧部Hv1、Hv2と3個の低電圧部Lv1、Lv2、Lv3とでなる2個の変圧部を構成可能である。これらの変圧部を並列接続することにより、圧電トランスTrとしての入力インピーダンスを低下させることができる。
 本実施形態の圧電トランスTrでは、低電圧用電極EL1、EL2と高電圧用電極EH1、EH2とは物理的に分離されている。
 これにより、圧電トランスTrの入出力間が電気的に絶縁される。
 本実施形態の圧電トランスモジュールでは、圧電トランスと、一方の端部側の低電圧用電極同士を接続し、他方の端部側の低電圧用電極同士を接続するフレキシブル基板とを含む。
 これにより、圧電トランスTrの複数個の変圧部を容易に並列接続することができる。
 本実施形態では、圧電トランスを、電界結合型の受電装置に適用した。これにより、巻線トランスを用いる場合よりも、電界結合型の受電装置を小型化及び低背化することができる。
(実施形態2)
 実施形態2~4では、実施形態1同様に、低電圧部が圧電体素体PBの長さ方向の両方の端部に位置するように配置され、次数8~10の縦振動モードを利用して構成された圧電トランスについて説明する。実施形態2では、圧電トランスTrが、次数8の縦振動モードを利用して構成されている。なお、本実施形態及び以下の各実施形態において、実施形態1と同様の構成要素の説明は適宜省略する。
 図10は、実施形態2の圧電トランスの構成を示す図である。図11は、実施形態2の圧電トランスの電極構造を説明した斜視図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数8の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、8λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する8個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1低電圧部Lv1、第1高電圧部Hv1、第2低電圧部Lv2、第2高電圧部Hv2、及び第3低電圧部Lv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は2個の分極領域Lv21、Lv22を有し、第3低電圧部Lv3は1個の分極領域Lv31を有する。
 第1高電圧部Hv1は2個の分極領域Hv11、Hv12を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有する。
 第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv31における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。なお、第2低電圧部Lv2の各領域Lv21、Lv22に、個別に第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を設けているのは、各領域Lv21、Lv22において個別に分極処理を行うことを可能とするためである。各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv31の電極構造は、実施形態1と同一であり、説明を省略する。これらの点は、以下の実施形態において同様であり、以下において説明を省略する。
 第1高電圧部Hv1において、互いに隣接する2つの分極領域Hv11、Hv12の間に第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。各分極領域の電極構造は、実施形態1と同一であり、説明を省略する。以下の実施形態において同様である。
 図10において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、実施形態1で説明した分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1及び第2高電圧部Hv2を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv12、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目及び7番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11及びHv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び3番目のグループ(第3のグループR3)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv12、Hv21は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv11及び偶数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv12において互いに同じ向きとなり、
(2)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv22及び偶数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv21において同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Hv11、Hv12と、(2)に係る分極領域Hv21、Hv22とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv31は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv11、Lv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び5番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv21、Lv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目及び8番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の各分極領域Lv11、Lv22において互いに同じ向きとなり、
(2)偶数番目の各分極領域Lv21、Lv31において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Lv11、Lv22と、(2)に係る分極領域Lv21、Lv31とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2間に、高電圧が印加されると、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図10において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成され、第1のグループR1及び第3のグループR3に、第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3を迂回して(図10において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成される。この場合、第1のグループR1及び第3のグループR3に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2の各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の各分極領域、Lv11、Lv21、Lv31に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態1に比べて発電部としての第2低電圧部Lv2を構成する分極領域の数が2個に増加しているので、出力電力を増加させることができる。
(実施形態3)
 実施形態3では、圧電トランスTrが、次数9の縦振動モードを利用して構成されている。
 図12は、実施形態3の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数9の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、9λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する9個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1低電圧部Lv1、第1高電圧部Hv1、第2低電圧部Lv2、第2高電圧部Hv2、及び第3低電圧部Lv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は3個の分極領域Lv21、Lv22、Lv23を有し、第3低電圧部Lv3は1個の分極領域Lv31を有する。
 第1高電圧部Hv1は2個の分極領域Hv11、Hv12を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有する。
 第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv23、Lv31における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 第1高電圧部Hv1において、互いに隣接する2つの分極領域Hv11、Hv12の間に第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。
 図12において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、実施形態1で説明した分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1及び第2高電圧部Hv2を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv11、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目及び8番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv12、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目及び7番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11及びHv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び3番目のグループ(第3のグループR3)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv12、Hv21は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の各分極領域Hv11、Hv22、及び偶数番目のグループに属する奇数番目の各分極領域Hv12、Hv21において互いに同じ向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv23、Lv31は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv11、Lv22、Lv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、5番目、及び9番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv21、Lv23は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の各分極領域Lv11、Lv22、Lv31において互いに同じ向きとなり、
(2)偶数番目の各分極領域Lv21、Lv23において互いに同じ向きとなり、かつ
(3)(1)に係る分極領域Lv11、Lv22、Lv31と、(2)に係る分極領域Lv21、Lv23とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2間に、高電圧が印加されると、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図12において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成され、第1のグループR1及び第3のグループR3に、第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3を迂回して(図12において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成される。この場合、第1のグループR1及び第3のグループR3に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2の各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv23、Lv31に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態2と比べて発電部としての第2低電圧部Lv2を構成する分極領域の数が3個に増加しているので、出力電力をさらに増加させることができる。
(実施形態4)
 実施形態4では、圧電トランスTrが、次数10の縦振動モードを利用して構成されている。
 図13は、実施形態4の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数10の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、10λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する10個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1低電圧部Lv1、第1高電圧部Hv1、第2低電圧部Lv2、第2高電圧部Hv2、及び第3低電圧部Lv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は3個の分極領域Lv21、Lv22、Lv23を有し、第3低電圧部Lv3は2個の分極領域Lv31、Lv32を有する。
 第1高電圧部Hv1は2個の分極領域Hv11、Hv12を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有する。
 第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv23、Lv31、Lv32における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 第1高電圧部Hv1において、互いに隣接する2つの分極領域Hv11、Hv12の間に第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。
 図13において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、実施形態1で説明した分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1及び第2高電圧部Hv2を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv11、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目及び8番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv12、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目及び7番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11及びHv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び3番目のグループ(第3のグループR3)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv12、Hv21は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の各分極領域Hv11、Hv22及び偶数番目のグループに属する奇数番目の各分極領域Hv12、Hv21において互いに同じ向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv23、Lv31、Lv32は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv11、Lv22、Lv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、5番目、及び9番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv21、Lv23、Lv32は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、6番目及び10番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の各分極領域Lv11、Lv22、Lv31において互いに同じ向きとなり、
(2)偶数番目の各分極領域Lv21、Lv23、Lv32において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Lv11、Lv22、Lv31と、(2)に係る分極領域Lv21、Lv23、Lv32とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2間に、高電圧が印加されると、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図13において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成され、第1のグループR1及び第3のグループR3に、第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1及び第3低電圧部Lv3を迂回して(図13において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成される。この場合、第1のグループR1及び第3のグループR3に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2の各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の各分極領域Lv11、Lv21、Lv22、Lv23、Lv31、Lv32に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態3と比較して発電部としての第3低電圧部Lv3を構成する分極領域の数が2個に増加しているので、出力電力をさらに増加させることができる。
(実施形態5)
 実施形態5~9では、高電圧部が圧電体素体PBの両方の端部に位置するように配置されている場合について説明する。
1.構成
 実施形態5では、圧電トランスTrが、次数6の縦振動モードを利用して構成されている。
 図14は、実施形態5の圧電トランスの構成を示す図である。図15は、実施形態5の圧電トランスの電極構造を説明した斜視図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数6の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、6λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する6個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は1個の分極領域Lv21を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有し、第3高電圧部Hv3は1個の分極領域Hv31を有する。
 第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部(圧電体素体PBの長さ方向の一方の端部(圧電体素体PBの長さ方向の一端側の部分)。以後の各実施形態において同じ。)に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部(圧電体素体PBの長さ方向の他方の端部(圧電体素体PBの長さ方向の他端側の部分)。以後の各実施形態において同じ。)に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。なお、圧電体素体PBの高電圧部の端部に設けられた高電圧用電極は、図4(c)で説明した互いに隣接する2つの分極領域の間に設けられた高電圧用電極と同じ構造を有している。つまり、圧電体素体PBの長さ方向の端部に設けられた高電圧用電極についても、圧電体素体PBの側面のうちの長さ方向の端部部分の側面に面状の電極を有している。以下の実施形態において同じ。
 図14において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、以下の分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv22、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び3番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv22、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する奇数番目の各分極領域Hv11、Hv21、及び偶数番目のグループに属する偶数番目の各分極領域Hv22、Hv31において互いに同じ向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から5番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv11は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の分極領域Lv21と、偶数番目の分極領域Lv11とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図14において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図14において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv21に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態の圧電トランスTrにおいても、その等価回路は、前述の図7と同じとなる。また、本実施形態の圧電トランスTrは、第1高電圧部Hv1の領域Hv11と、第1低電圧部Lv1の領域Lv11と、第2高電圧部Hv2の領域Hv21とで構成される第1の変圧部と、第2高電圧部Hv2の領域Hv22と、第2低電圧部Lv2の領域Lv21と、第3高電圧部Hv3の領域Hv31とで構成される第2の変圧部とを、並列接続した構成ということができる。そのため、実施形態1と同様の効果が得られる。
 また、本実施形態では、高電圧部に低電圧部が挟まれる構成としたため、高電圧用電極と低電圧用電極が互いに接続されていない。したがって、圧電体素体PBに未分極領域を設けることなく圧電トランスの入出力を絶縁することができる。そのため、圧電体素体PBの圧電振動によって各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3に生じた電圧だけが、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から出力されることとなる。このように、本実施形態によれば、絶縁性を向上させた圧電トランスTrを提供することができる。
2.まとめ
 本実施形態の圧電トランスは、次数6の縦振動モードを利用してなる圧電トランスTrである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、6λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、2個の低電圧部Lv1、Lv2と3個の高電圧部Hv1、Hv2、Hv3とを有し、長さ方向に沿って低電圧部Lv1、Lv2と高電圧部Hv1、Hv2、Hv3とが交互に、かつ高電圧部Hv1、Hv3が圧電体素体PBの両端部に位置するように配置されている。各低電圧部Lv1、Lv2は、圧電体素体PBの長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する1個の分極領域Lv11、Lv21を有する。各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3は、圧電体素体PBの長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31有する。第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2の厚み方向の一対の端部に第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が設けられている。圧電体素体PBの長さ方向の一対の端部にそれぞれ高電圧用電極EH1、EH3が設けられているとともに、両端の高電圧部Hv1、Hv3を除く各高電圧部Hv2を構成する分極領域のうち互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に高電圧用電極EH1、EH2が形成されている。各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、圧電体素体PBの厚み方向に平行で、かつ圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定されている。各高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向に平行で、かつ圧電体素体PBの、その長さ方向において高電圧用電極EH1、EH2により区分されたグループ内において、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなり、かつ圧電体素体PBの長さ方向の一端側から奇数番目のグループと偶数番目のグループとで、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域との分極の向きの関係が反転するように設定されている。この分極方向設定の考え方に基づき、本実施形態では、奇数番目のグループに属する奇数番目の各分極領域Hv11、Hv21、及び偶数番目のグループに属する偶数番目の各分極領域Hv22、Hv31の分極方向が、互いに同じ方向に設定されている。
 本実施形態の圧電トランスTrでは、図7を用いて説明したように、2個の高電圧部Hv1、Hv2と3個の低電圧部Lv1、Lv2、Lv3とでなる2個の変圧部を構成可能である。これらの変圧部を並列接続することにより、圧電トランスTrとしての入力インピーダンスを低下させることができる。
(実施形態6)
 実施形態6では、圧電トランスTrが、次数7の縦振動モードを利用して構成されている。
 図16は、実施形態6の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数7の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、7λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する7個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は2個の分極領域Lv11、Lv12を有し、第2低電圧部Lv2は1個の分極領域Lv21を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有し、第3高電圧部Hv3は1個の分極領域Hv31を有する。
 第1低電圧部Lv1及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv21における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図16において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。分極領域Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv22、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、5番目、及び7番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv22、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv21、及び偶数番目のグループに属する奇数番目の各分極領域Hv22、Hv31において互いに同じ向きとなり、かつ
(2)(1)に係る分極領域Hv21、Hv22、Hv31と、奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11の分極方向とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv21は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv12は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv11、Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)偶数番目の分極領域Lv11、Lv21において互いに同じ向きとなり、かつ、
(2)(1)に係る分極領域Lv11、Lv21と、奇数番目の分極領域Lv12とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図16において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図16において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv12、Lv21に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態5と比較して発電部としての第1低電圧部Lv1を構成する分極領域の数が2個に増加しているので、出力電力をさらに増加させることができる。
(実施形態7)
 実施形態7では、圧電トランスTrが、次数8の縦振動モードを利用して構成されている。
 図17は、実施形態7の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数8の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、8λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する8個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は2個の分極領域Lv11、Lv12を有し、第2低電圧部Lv2は2個の分極領域Lv21、Lv22を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有し、第3高電圧部Hv3は1個の分極領域Hv31を有する。
 第1低電圧部Lv1及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv21、Lv22における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図17において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv21、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目及び8番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目及び5番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv22、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv21、及び偶数番目のグループに属する奇数番目の各分極領域Hv22において互いに同じ向きとなり、
(2)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11、及び偶数番目のグループに属する偶数番目の各分極領域Hv31において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Hv21、Hv22と、(2)に係る分極領域Hv11、Hv31とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv21、Lv22は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv12、Lv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目及び7番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv11、Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の分極領域Lv12、Lv22において互いに同じ向きとなり、
(2)偶数番目の分極領域Lv11、Lv21において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Lv12、Lv22と、(2)に係る分極領域Lv11、Lv21とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図17において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図17において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv12、Lv21、Lv22に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態6に比べて発電部としての第2低電圧部Lv2を構成する分極領域の数が2個に増加しているので、出力電力をさらに増加させることができる。
(実施形態8)
 実施形態8では、圧電トランスTrが、次数9の縦振動モードを利用して構成されている。
 図18は、実施形態8の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数9の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、9λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する9個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は2個の分極領域Lv11、Lv12を有し、第2低電圧部Lv2は3個の分極領域Lv21、Lv22、Lv23を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有し、第3高電圧部Hv3は1個の分極領域Hv31を有する。
 第1低電圧部Lv1及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv21、Lv22、Lv23における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部に、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図18において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv22、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、5番目、及び9番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv22、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv21、及び偶数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv22、Hv31において互いに同じ向きとなり、かつ、
(2)(1)に係る分極領域Hv21、Hv22、Hv31と、奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv21、Lv22、Lv23は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv12、Lv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目及び7番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv11、Lv21、Lv23は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目、6番目、及び8番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の分極領域Lv12、Lv22において互いに同じ向きとなり、
(2)偶数番目の分極領域Lv11、Lv21、Lv23において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Lv12、Lv22と、(2)に係る分極領域Lv11、Lv21、Lv23とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図18において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図18において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv12、Lv21、Lv22、Lv23に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態7に比べて発電部としての第2低電圧部Lv2を構成する分極領域の数が3個に増加しているので、出力電力をさらに増加させることができる。
(実施形態9)
 実施形態9では、圧電トランスTrが、次数10の縦振動モードを利用して構成されている。
 図19は、実施形態9の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数10の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、10λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する10個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は3個の分極領域Lv11、Lv12、Lv13を有し、第2低電圧部Lv2は3個の分極領域Lv21、Lv22、Lv23を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有し、第3高電圧部Hv3は1個の分極領域Hv31を有する。
 第1低電圧部Lv1及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv13、Lv21、Lv22、Lv23における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図19において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv12、Hv21、Hv22の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv22、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から6番目及び10番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、及び5番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv22、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11、Hv21及び偶数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv22、Hv31において互いに同じ向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv12、Lv13、Lv21、Lv22、Lv23は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv12、Lv21、Lv23は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目、7番目、及び9番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv11、Lv13、Lv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目、4番目、及び8番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の分極領域Lv12、Lv21、Lv23において互いに同じ向きとなり、
(2)偶数番目の分極領域Lv11、Lv13、Lv22において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Lv12、Lv21、Lv23と、(2)に係る分極領域Lv11、Lv13、Lv22とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図19において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図19において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv12、Lv13、Lv21、Lv22、Lv23に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態8に比べて発電部としての第1低電圧部Lv1を構成する分極領域の数が3個に増加しているので、出力電力をさらに増加させることができる。
(実施形態10)
 実施形態1~9では、低電圧部が、圧電体素体PBにおける、高電圧用電極で仕切られたグループ内において長さ方向の中央に位置している場合について説明したが、実施形態10~13では、低電圧部が長さ方向の中央に位置していない場合について説明する。
 実施形態10では、圧電トランスTrが、次数8の縦振動モードを利用して構成されている。
 図20は、実施形態10の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数8の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、8λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する8個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は1個の分極領域Lv21を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は4個の分極領域Hv21、Hv22、Hv23、Hv24を有し、第3高電圧部Hv3は1個の分極領域Hv31を有する。
 第1低電圧部Lv1及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv22、Hv23の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図20において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv24、Hv31の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv22、Hv24、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、6番目、及び8番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv21、Hv23は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、3番目、及び5番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv23、Hv24、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv22及び偶数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv23において互いに同じ向きとなり、
(2)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11、Hv21及び偶数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv24、Hv31において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Hv22、Hv23と、(2)に係る分極領域Hv11、Hv21、Hv34、Hv31とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から7番目、つまり奇数番目の分極領域であり、分極領域Lv11は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目の分極領域Lv12と、偶数番目の分極領域Lv11とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図20において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループに、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図20において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv24、Hv31に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv21に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 なお、本実施形態では、第1低電圧部Lv1は、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2とにより区分されたグループ内において、圧電体素体PBの長さ方向の中央に配置されていない。そのため、第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2には、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間に入力された交流の高電圧成分による変動が現れる。しかし、第1低電圧用電極EL1に現れる高電圧成分と第2低電圧用電極EL2とに現れる高電圧成分とは、同じ大きさである。したがって、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間には高電圧成分による電位差は発生せず、低電圧部Lv1の第1の領域Lv11において圧電効果により生じた電圧のみが第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から出力されることとなる。また、第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2と、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2とは、物理的に分離されているので、圧電トランスTrの入出力間(第1高電圧用電極EH1及び第2高電圧用電極EH2と、第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2との間)の絶縁が良好に得られる。なお、第2低電圧部Lv2に関しても、第2高電圧用電極EH2と第3高電圧用電極EH3とにより区分されたグループ内において圧電体素体PBの長さ方向の中央に配置されていないが、第1低電圧部Lv1の場合同様の作用が得られる。以下の実施形態11~14においても、低電圧部が、高電圧用電極により区分されたグループ内において圧電体素体PBの長さ方向の中央に配置されていないが、上記同様の作用が得られる。
(実施形態11)
 実施形態11では、圧電トランスTrが、次数8の縦振動モードを利用して構成されている。
 図21は、実施形態11の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数8の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、8λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する8個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は1個の分極領域Lv21を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は3個の分極領域Hv21、Hv22、Hv23を有し、第3高電圧部Hv3は2個の分極領域Hv31、Hv32を有する。
 第1低電圧部Lv1及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv22、Hv23の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図21において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv31、Hv32の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。分極領域Hv22、Hv32は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、及び8番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv21、Hv23、H31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、3番目、5番目、及び7番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv23、Hv24、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部Hv1を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv22及び偶数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv23、Hv31において互いに同じ向きとなり、
(2)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11、Hv21及び偶数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv32において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Hv22、Hv23、Hv31と、(2)に係る分極領域Hv11、Hv21、Hv32とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。分極領域Lv11、Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)偶数番目の分極領域Lv11、21において互いに同じ向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図21において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図21において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv31、Hv32に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv21に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
(実施形態12)
 実施形態12では、圧電トランスTrが、次数9の縦振動モードを利用して構成されている。
 図22は、実施形態12の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数9の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、9λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する9個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は2個の分極領域Lv21、Lv22を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は3個の分極領域Hv21、Hv22、Hv23を有し、第3高電圧部Hv3は2個の分極領域Hv31、Hv32を有する。
 第1低電圧部Lv1及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv22、Hv23の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第3高電圧部Hv3側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図22において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、及び第3高電圧部Hv3を構成する各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv31、Hv32の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。分極領域Hv22、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、及び8番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv21、Hv23、H32は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、3番目、5番目、及び9番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv23、Hv31、Hv32は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv22及び偶数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv23、Hv32において互いに同じ向きとなり、
(2)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11、Hv21及び偶数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv31において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Hv22、Hv23、Hv32と、(2)に係る分極領域Hv11、Hv21、Hv31とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv22は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。分極領域Lv11、Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Lv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から7番目、つまり奇数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)偶数番目の分極領域Lv11、21において互いに同じ向きとなり、かつ、
(2)(1)に係る分極領域Lv11、Lv21と、奇数番目の分極領域Lv22ととにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図22において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して(図22において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv31、Hv32に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2の各分極領域Lv11、Lv21、Lv22に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、実施形態11に比べて発電部としての第2低電圧部Lv2を構成する分極領域の数が2個に増加しているので、より出力電力を増加させることができる。
(実施形態13)
 実施形態13では、圧電トランスTrが、次数9の縦振動モードを利用して構成されている。
 図23は、実施形態13の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数9の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、9λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する9個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3、第3低電圧部Lv3、及び第4高電圧部Hv4を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は1個の分極領域Lv21を有し、第3低電圧部Lv3は1個の分極領域Lv31を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は3個の分極領域Hv21、Hv22、Hv23を有し、第3高電圧部Hv3は1個の分極領域Hv31を有し、第4高電圧部Hv4は1個の分極領域Hv41を有する。
 第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv31における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv22、Hv23の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。圧電体素体PBの第4高電圧部Hv4側の端部に、第3高電圧用電極EH3が形成されている。
 図23において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、第3高電圧部Hv3、及び第4高電圧部Hv4を構成する各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv31、Hv41の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。分極領域Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv21、Hv23、Hv31、Hv41は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、3番目、5番目、7番目、及び9番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21、Hv22は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv23、Hv31、Hv41は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv22、及び偶数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv23、Hv31、Hv41において互いに同じ向きとなり、
(2)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11、Hv21において互いに同じ向きとなり、かつ、
(3)(1)に係る分極領域Hv22、Hv23、Hv31、Hv41と、(2)に係る分極領域Hv11、Hv21とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv31は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。分極領域Lv11、Lv21、Lv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目、6番目、及び8番目、つまり偶数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)偶数番目の分極領域Lv11、Lv21、Lv31の分極方向が互いに同じ方向となるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図23において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を迂回して(図23において「ショート貫通」と示す))電界E1が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3、Hv4の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv23、Hv31、Hv41に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の各分極領域Lv11、Lv21、Lv31に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
(実施形態14)
 前記各実施形態では、低電圧部と高電圧部を有する変圧部を2並列した圧電トランスについて説明したが、本実施形態では、低電圧部と高電圧部を有する変圧部を3並列した圧電トランスの例について説明する。
 実施形態14では、圧電トランスTrが、次数9の縦振動モードを利用して構成されている。
 図24は、実施形態14の圧電トランスの構成を示す図である。
 本実施形態の圧電トランスTrは、次数9の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスTrは、共振周波数での波長をλで表すと、9λ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体PBを備える。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って配置された、λ/2の長さを有する9個の分極領域を有する。
 圧電体素体PBは、圧電セラミックスを用いて形成されている。圧電体素体PBは、長さ方向に沿って順に、第1高電圧部Hv1、第1低電圧部Lv1、第2高電圧部Hv2、第2低電圧部Lv2、及び第3高電圧部Hv3、第3低電圧部Lv3、及び第4高電圧部Hv4を有する。
 第1低電圧部Lv1は1個の分極領域Lv11を有し、第2低電圧部Lv2は1個の分極領域Lv21を有し、第3低電圧部Lv3は1個の分極領域Lv31を有する。
 第1高電圧部Hv1は1個の分極領域Hv11を有し、第2高電圧部Hv2は2個の分極領域Hv21、Hv22を有し、第3高電圧部Hv3は2個の分極領域Hv31、Hv32を有し、第4高電圧部Hv4は1個の分極領域Hv41を有する。
 第1低電圧部Lv1、及び第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv31における、圧電体素体PBの厚み方向の一対の端部にそれぞれ、第1の低電圧用電極EL1および第2の低電圧用電極EL2が形成されている。
 圧電体素体PBの第1高電圧部Hv1側の端部に、第1高電圧用電極EH1が形成されている。第2高電圧部Hv2において、互いに隣接する2つの分極領域Hv21、Hv22の間に第2高電圧用電極EH2が形成されている。第3高電圧部Hv3において、互いに隣接する2つの分極領域Hv31、Hv32の間に第3高電圧用電極EH3が形成されている。圧電体素体PBの第4高電圧部Hv4側の端部に、第4高電圧用電極EH4が形成されている。
 図24において各分極領域を示すブロック内に示した矢印は各分極領域の分極方向を示す。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各分極領域の分極方向を設定している。
 具体的に、第1高電圧部Hv1、第2高電圧部Hv2、第3高電圧部Hv3、及び第4高電圧部Hv4を構成する各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31、Hv32、Hv41の分極方向は、圧電体素体PBの長さ方向と平行な方向としている。ここで、分極領域Hv22、Hv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から4番目及び6番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Hv11、Hv21、Hv32、Hv41は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目、3番目、7番目、及び9番目、つまり奇数番目の分極領域である。また、分極領域Hv11、Hv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から1番目のグループ(第1のグループR1)つまり奇数番目のグループに属し、分極領域Hv22、Hv31は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目のグループ(第2のグループR2)つまり偶数番目のグループに属し、分極領域Hv32、Hv41は圧電体素体PBの長さ方向の一端側から3番目のグループ(第3のグループR3)つまり奇数番目のグループに属する。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)奇数番目のグループに属する奇数番目の分極領域Hv11、Hv21、Hv32、Hv41及び偶数番目のグループに属する偶数番目の分極領域Hv22、Hv31において互いに同じ向きとなるように設定される。
 これに対し、第1低電圧部Lv1、第2低電圧部Lv2、及び第3低電圧部Lv3を構成する各分極領域Lv11、Lv21、Lv31は圧電体素体PBの厚み方向に平行な方向に分極されている。ここで、分極領域Lv11、Lv31は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から2番目、及び8番目、つまり偶数番目の分極領域であり、分極領域Lv21は、圧電体素体PBの長さ方向の一端側から5番目、つまり奇数番目の分極領域である。本実施形態では、上記分極方向設定の考え方に基づき、各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
(1)偶数番目の分極領域Lv11、Lv31において互いに同じ向きとなり、かつ、
(2)(1)に係る分極領域Lv11、Lv31と、奇数番目の分極領域Lv21とにおいて互いに逆向きとなるように設定される。
 ここで、本実施形態では複数の第1低電圧用電極EL1が互いに接続され、複数の第2低電圧用電極EL2が互いに接続される。そのため、高電圧用電極EH1、EH2、EH3、EH4に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1が印加されると、第1のグループR1に、第1低電圧部Lv1の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第1低電圧部Lv1を迂回して(図24において「ショート貫通」と示す))電界E2が生成され、第2のグループR2に、第2低電圧部Lv2の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第2低電圧部Lv2を迂回して)電界E1が生成され、第3のグループR3に、第3低電圧部Lv3の第1低電圧用電極EL1及び第2低電圧用電極EL2を介して(第3低電圧部Lv3を迂回して(図24において「ショート貫通」と示す))電界E3が生成される。この場合、第1のグループR1に生じる電界E2の向きと、第3のグループR3に生じる電界E3の向きとは、同じ向きとなるが、これらの電界E2、E3の向きと、第2のグループR2に生じる電界E1の向きとは、逆向きとなる。
 上記構成の圧電トランスTrによれば、第1高電圧用電極EH1、第2高電圧用電極EH2、第3高電圧用電極EH3、第4高電圧用電極EH4に、隣り合う高電圧用電極において互いに逆極性となるように交流電圧V1を入力(印加)すると、各高電圧部Hv1、Hv2、Hv3、Hv4の各分極領域Hv11、Hv21、Hv22、Hv31、Hv32、Hv41に逆圧電効果により伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)により各低電圧部Lv1、Lv2、Lv3の各分極領域Lv11、Lv21、Lv31に伸縮(応力)が生じ、この伸縮(応力)による圧電効果により、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間から、降圧された交流電圧V2が出力される。
 本実施形態によれば、高電圧用電極への入力が3並列となり、前記各実施形態に比べて並列数が増加する。そのため、圧電トランスの入力インピーダンスをより低下させることができる。
(その他の実施の形態)
 前記各実施形態では、圧電トランスTrを、次数6~10の縦振動モードを利用して構成した場合について説明した。しかし、本発明の技術思想は、次数が11以上の場合にも適用可能である。
 実施形態1~4では、3個の低電圧部と2個の高電圧部とを有する圧電トランスについて説明し、実施形態5~12では、2個の低電圧部と3個の高電圧部とを有する圧電トランスについて説明し、実施形態13、14では、3個の低電圧部と4個の高電圧部とを有する圧電トランスについて説明した。しかし、これらは一例であり、圧電トランスは、下記の(1)や(2)の構成であればよい。
 (1)圧電トランスは、次数n(nは7以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスは、共振周波数での波長をλで表すと、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有し、それぞれλ/2の長さを有するn個の分極領域が長さ方向に配置された圧電体素体を備える。圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ低電圧部が圧電体素体の両端部に位置するように配置されている。
 (2)圧電トランスは、次数n(nは6以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスである。圧電トランスは、共振周波数での波長をλで表すと、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有し、それぞれλ/2の長さを有するn個の分極領域が長さ方向に配置された圧電体素体を備える。圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、長さ方向に沿って低電圧部と高電圧部とが交互に、かつ高電圧部が圧電体素体の両端部に位置するように配置されている。
 前記各実施形態では、圧電トランスTrを、降圧トランスとして利用した場合について説明した。しかし、本発明に係る各実施形態の圧電トランスTrは、昇圧トランスとしても利用することができる。昇圧トランスとして利用する場合、第1低電圧用電極EL1と第2低電圧用電極EL2との間に交流電圧を入力し、第1高電圧用電極EH1と第2高電圧用電極EH2との間、及び/または第2高電圧用電極EH2と第3高電圧用電極EH3との間から、及び/または第3高電圧用電極EH3と第4高電圧用電極EH4との間昇圧された交流電圧を出力する。図25は、本発明の圧電トランスを昇圧トランスとして利用した電界結合型電力伝送システムの構成を示す図である。図25の送電装置100では、送電回路110が発生した交流電圧を昇圧トランスTr1により昇圧し、一対の送電電極Eta、Etp間に印加する。この場合、本発明の圧電トランスの低電圧用電極に送電回路110の出力を接続し、高電圧用電極に一対の送電電極Eta、Etpを接続する。送電装置100において、圧電トランスを昇圧トランスとして用いることにより、巻線トランスを用いる場合よりも、送電装置100を小型化することができる。
 本発明に係る圧電トランスは、種々の電子機器、電気機器において広く利用可能である。
100 送電装置
110 送電回路
200 受電装置
210 負荷回路
B1 固定枠
Bh 取付孔
Era 受電電極(受電側アクティブ電極)
Erp 受電電極(受電側パッシブ電極)
Eta 送電電極(送電側アクティブ電極)
Etp 送電電極(送電側パッシブ電極)
EL1 第1低電圧用電極
EL2 第2低電圧用電極
EH1 第1高電圧用電極
EH2 第2高電圧用電極
EH3 第3高電圧用電極
EH4 第4高電圧用電極
F1 フレキシブル基板
Hv1 第1高電圧部
Hv11 領域
Hv12 領域
Hv2 第2高電圧部
Hv21 領域
Hv22 領域
Hv23 領域
Hv24 領域
Hv3 第3高電圧部
Hv31 領域
Hv32 領域
Hv4 第4高電圧部
Hv41 領域
Lv1 第1低電圧部
Lv11 領域
Lv12 領域
Lv13 領域
Lv2 第2低電圧部
Lv21 領域
Lv22 領域
Lv23 領域
Lv3 第3低電圧部
Lv31 領域
Lv32 領域
PB 圧電体素体
Tr 降圧トランス(圧電トランス)
Tr1 昇圧トランス(圧電トランス)
X1 半田

Claims (11)

  1.  次数n(nは7以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスであって、
     共振周波数での波長をλとして、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備え、
     前記圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って前記低電圧部と前記高電圧部とが交互に、かつ前記低電圧部が前記圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置され、
     各低電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有し、
     各高電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有し、
     各低電圧部における、前記圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられ、
     各高電圧部を構成する分極領域のうち互いに隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられ、
     各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の厚み方向に平行で、
      前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定され、
     各高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の長さ方向に平行で、
      前記圧電体素体の、その長さ方向において前記高電圧用電極を境界として区分されたグループ内において、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定され、
      加えて前記圧電体素体の長さ方向の一端側から奇数番目の前記グループと偶数番目の前記グループとにおいて、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域との分極の向きの関係が反転するように設定されている、
    ことを特徴とする圧電トランス。
  2.  次数n(nは6以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスであって、
     共振周波数での波長をλとして、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備え、
     前記圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って前記低電圧部と前記高電圧部とが交互に、かつ前記高電圧部が前記圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置され、
     各低電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有し、
     各高電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、前記圧電体素体の両端部以外では、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有し、前記圧電体素体の両端部では、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有し、
     各低電圧部の前記圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられ、
     前記圧電体素体の長さ方向の一対の端部にそれぞれ高電圧用電極が設けられているとともに、
     両端の高電圧部を除く各高電圧部を構成する分極領域のうち互いに隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられ、
     各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の厚み方向に平行で、
      前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定され、
     各高電圧部を構成する分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の長さ方向に平行で、
      前記圧電体素体の、その長さ方向において前記高電圧用電極により区分されたグループ内において、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定され、
      加えて前記圧電体素体の長さ方向の一端側から奇数番目のグループと偶数番目のグループとにおいて、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域との分極の向きの関係が反転するように設定されている、
    ことを特徴とする圧電トランス。
  3.  前記低電圧用電極と前記高電圧用電極とは物理的に分離されている、
    請求項1または請求項2に記載の圧電トランス。
  4.  前記高電圧用電極に交流電圧が入力され、前記低電圧用電極から降圧された交流電圧が出力される、
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧電トランス。
  5.  前記低電圧用電極に交流電圧が入力され、前記高電圧用電極から昇圧された交流電圧が出力される、
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧電トランス。
  6.  前記圧電体素体の厚み方向の一方の端部側の低電圧用電極同士が接続され、
     かつ前記圧電体素体の厚み方向の他方の端部側の低電圧用電極同士が接続された状態で使用される、
     請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の圧電トランス。
  7.  請求項6に記載の圧電トランスと、
     前記圧電体素体の厚み方向の一方の端部側の低電圧用電極同士を接続し、前記圧電体素体の厚み方向の他方の端部側の低電圧用電極同士を接続する基板と、を含む、
     圧電トランスモジュール。
  8.  請求項4に記載の圧電トランスを備え、
     前記圧電トランスの前記高電圧用電極に受電電極が接続され、
     前記圧電トランスの前記低電圧用電極に受電回路の入力が接続されている、
    電界結合型受電装置。
  9.  請求項5に記載の圧電トランスを備え、
     前記圧電トランスの前記低電圧用電極に送電回路の出力が接続され、
     前記圧電トランスの前記高電圧用電極に送電電極が接続されている、
    電界結合型送電装置。
  10.  次数n(nは7以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスであって、
     共振周波数での波長をλとして、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備え、
     前記圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って前記低電圧部と前記高電圧部とが交互に、かつ前記低電圧部が前記圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置され、
     各低電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有し、
     各高電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有し、
     各低電圧部における、前記圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられ、
     各高電圧部を構成する分極領域のうち隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられ、
     各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の厚み方向に平行で、
      前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定され、
     各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の長さ方向に平行で、
      かつ前記圧電体素体の、その長さ方向において前記高電圧用電極を境界として区分された各グループに、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目のグループと奇数番目のグループとで互いに逆向きの電界が生じるように交流電圧を印加したときに、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域において生じる応力の向きと奇数番目の分極領域において生じる応力の向きとが互いに逆向きとなるように設定されている、
    ことを特徴とする圧電トランス。
  11.  次数n(nは6以上の整数)の縦振動モードを利用してなる圧電トランスであって、
     共振周波数での波長をλとして、nλ/2の長さ、λ/2未満の幅、及びλ/2未満の厚みを有する圧電体素体を備え、
     前記圧電体素体は、複数の低電圧部と複数の高電圧部とを有し、当該圧電体素体の長さ方向に沿って前記低電圧部と前記高電圧部とが交互に、かつ前記高電圧部が前記圧電体素体の長さ方向の両端部に位置するように配置され、
     各低電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有し、
     各高電圧部は、前記圧電体素体の長さ方向に沿って、前記圧電体素体の両端部以外では、λ/2の長さを有する複数個の分極領域を有し、前記圧電体素体の両端部では、λ/2の長さを有する整数個の分極領域を有し、
     各低電圧部の前記圧電体素体の厚み方向の一対の端部にそれぞれ低電圧用電極が設けられ、
     前記圧電体素体の長さ方向の一対の端部にそれぞれ高電圧用電極が設けられているとともに、
     両端の高電圧部を除く各高電圧部を構成する分極領域のうち隣接するいずれか2つの分極領域の間に高電圧用電極が設けられ、
     各低電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の厚み方向に平行で、
      前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域どうし、および、奇数番目の分極領域どうしでは同じ向きとなるように設定され、かつ前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域と奇数番目の分極領域とで逆向きとなるように設定され、
     各高電圧部を構成する各分極領域の分極方向は、
      前記圧電体素体の長さ方向に平行で、
      かつ前記圧電体素体の、その長さ方向において前記高電圧用電極を境界として区分された各グループに、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目のグループと奇数番目のグループとで互いに逆向きの電界が生じるように交流電圧を印加したときに、前記圧電体素体の長さ方向の一端側から偶数番目の分極領域において生じる応力の向きと奇数番目の分極領域において生じる応力の向きとが互いに逆向きとなるように設定されている、
    ことを特徴とする圧電トランス。
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JP2001024246A (ja) * 1999-07-05 2001-01-26 Taiheiyo Cement Corp 圧電トランス素子

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