(57)【要約】【課題】駆動周波数が高周波数化しても高効率なエネルギー変換が可能な小型の圧電トランス、その実装構造、およびその圧電トランスを備えたワイヤレス電力伝送システムを提供する。【解決手段】圧電トランス１００は圧電体板１１０を備える。圧電体板１１０は領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を含む。領域Ｌ１は、長さ方向における一端部に設けられ、長さがλ／２である非分極部である。領域Ｌ２は、長さ方向に沿って領域Ｌ１に隣接し、長さ方向に分極され、長さがｍλ／２（ｍは１以上（ｎ−２）以下の整数）である。領域Ｌ３は、長さ方向に沿って領域Ｌ２に隣接し、長さ方向または厚み方向に分極され、長さが（ｎ−ｍ−１）λ／２である。外部電極１２０，１３０は、領域Ｌ１に設けられ、それぞれ対向配置されている。外部電極１４０，１５０は、領域Ｌ３に設けられ、領域Ｌ３の分極方向に沿ってそれぞれ対向配置されている。【選択図】図１
2014175484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ次（ｎは３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１波長をλで表すと、ｎλ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板を備え、
前記圧電体板は、長さ方向における一端部に設けられ、長さがλ／２である非分極の高電圧部と、前記長さ方向に沿って前記高電圧部に隣接し、前記長さ方向に分極され、長さがｍλ／２（ｍは１以上（ｎ−２）以下の整数）である中間部と、前記長さ方向に沿って前記中間部に隣接し、前記長さ方向または厚み方向に分極され、長さが（ｎ−ｍ−１）λ／２である低電圧部と、を含み、
前記高電圧部に設けられ、対向配置された第１電極および第２電極と、前記低電圧部に設けられ、前記低電圧部の分極方向に沿って対向配置された第３電極および第４電極と、を備える、圧電トランス。
【請求項２】
前記低電圧部は、長さ方向に沿って（ｎ−ｍ−１）等分されて構成された複数の領域を有し、
前記複数の領域のそれぞれは、隣接する領域の分極方向とは逆方向に分極され、
前記第３電極および前記第４電極は、前記複数の領域それぞれに設けられている、
請求項１に記載の圧電トランス。
【請求項３】
隣接する領域に設けられた前記第３電極同士を接続する第１接続電極と、
隣接する領域に設けられた前記第４電極同士を接続する第２接続電極と、
を備えている、請求項２に記載の圧電トランス。
【請求項４】
前記低電圧部は前記厚み方向に分極されていて、
前記第３電極および前記第４電極は、幅方向に沿って対向する前記圧電体板の両側面に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、前記厚み方向に沿って前記低電圧部の内部に積層され、交互に前記第１外部電極および前記第２外部電極に接続している複数の内部電極と、を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項５】
前記低電圧部は前記長さ方向に分極されていて、
前記第３電極および前記第４電極は、幅方向に沿って対向する前記圧電体板の両側面に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、前記長さ方向に沿って前記低電圧部の内部に積層され、交互に前記第１外部電極および前記第２外部電極に接続している複数の内部電極と、を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項６】
前記圧電体板はセラミックシートが積層されて構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の圧電トランスのプリント基板への実装構造であって、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極および前記第４電極は、前記圧電トランスの実装面を底面とした場合の側面にそれぞれ形成されていて、
前記高電圧部の長さ方向における中点、および前記低電圧部の長さ方向におけるλ／２毎の中点が支持されてプリント基板に実装されている、圧電トランスの実装構造。
【請求項８】
請求項３に記載の圧電トランスのプリント基板への実装構造であって、
前記低電圧部の各領域のうち、前記中間部と接している領域の長さ方向における中点、および前記高電圧部の長さ方向における中点が支持されてプリント基板に実装されている、圧電トランスの実装構造。
【請求項９】
送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、並びに、前記送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極間に電圧を印加する電圧発生回路を有する送電装置と、
該送電装置に載置した場合に、前記送電側アクティブ電極に対して対向する受電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極に対して対向又は接触する受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に生じる電圧を降圧する降圧回路、並びに、前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、を備え、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが間隙を介して対向し、容量結合することにより前記送電装置側から前記受電装置側へ電力伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記電圧発生回路または前記降圧回路に、ｎ次（ｎは３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を備え、
前記圧電トランスは、
共振周波数での１波長をλで表すと、ｎλ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する圧電体板を備え、
前記圧電体板は、長さ方向における一端部に設けられ、長さがλ／２である非分極の高電圧部と、前記長さ方向に沿って前記高電圧部に隣接し、前記長さ方向に分極され、長さがｍλ／２（ｍは１以上（ｎ−２）以下の整数）である中間部と、前記長さ方向に沿って前記中間部に隣接し、前記長さ方向または厚み方向に分極され、長さが（ｎ−ｍ−１）λ／２である低電圧部と、を含み、
前記高電圧部に設けられ、対向配置された第１電極および第２電極と、前記低電圧部に設けられ、前記低電圧部の分極方向に沿って対向配置された第３電極および第４電極と、を備える、ワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体板に各種電極が形成されて、電気機械的振動により電圧変換を行う圧電トランス、その実装構造およびワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機またはモバイルＰＣなどの電子機器を充電する際、電子機器に充電用のケーブルを接続するといった煩わしさを無くすために、充電装置に電子機器を設置するだけで充電できるワイヤレス充電システムが提案されている。このようなワイヤレス電力伝送の方式として、準静電界を利用して送電装置（充電装置）側から受電装置（電子機器）側へ電力を伝送する電界結合方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の電力伝送システムは、パッシブ電極およびアクティブ電極をそれぞれ備えた送電装置および受電装置で構成されている。そして、送電装置のアクティブ電極と受電装置のアクティブ電極とが間隙を介して近接することにより、この二つの電極間に強い電界が形成され、電極同士が電界結合する。
【０００４】
ところで、一般に電力伝送系の伝送効率を高める手法では、低損失な共振回路を組み込むことが有効である。この共振回路は、送電装置および受電装置の結合部の静電容量とインダクタとで構成される。近年、小型化および薄型化が進んでいる装置にこの共振回路を組み込むためには、共振回路の小型化かつ低損失化の実現が課題となる。その課題を解決する一つの方法として、インダクタに圧電デバイスを用いることが有効とされている。
【０００５】
図１６は、特許文献２に記載の圧電デバイスおよび圧電デバイスの変位を示す図である。特許文献２には、図１６に示すような、圧電デバイスの一つである対称構造のローゼン三次型圧電トランスが開示されている。特許文献２に記載の圧電トランスは矩形板状の圧電体板２００を備えている。圧電体板２００の両端部は、上下面に平面状の入力電極２０１Ａ，２０１Ｂおよび入力電極２０２Ａ，２０２Ｂが設けられている。圧電体板２００は、これら各電極が駆動部とされていて、厚み方向に分極されている。また、圧電体板２００の中央部は、上下面に出力電極２０３Ａ，２０３Ｂが設けられて発電部とされていて、長さ方向に分極されている。
【０００６】
この圧電トランスの振動は、図１６の下部の波形図に示すように、長手方向の中央および中央から両端方向へλ／２離れたところで振動変位がゼロとなるいわゆるノード点となり、両端と両端から内側へλ／２の点とで振動変位が最大となる。そして、入力電極２０１Ａ，２０１Ｂ間および入力電極２０２Ａ，２０２Ｂ間に電圧が印加されると、圧電効果と逆圧電効果との作用により、出力電極２０３Ａから昇圧された高電圧が取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００９−５３１００９号公報
【特許文献２】特許第３０８００５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電界結合方式を利用したワイヤレス電力伝送において、受電装置の小型化のために、アクティブ電極間の容量結合インピーダンスを低くすることが望まれるが、この場合、送電装置から送出する電圧の周波数を高くすることで実現できる。しかしながら、受電装置の小型化の要請に伴い圧電トランスの素子サイズが小さくなると、圧電トランスの振動状態が実装部の影響を受けやすくなる、耐圧が低下する、熱容量が小さいため温度上昇し易く、変換効率も低下するといった問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、駆動周波数が高周波数化しても高効率なエネルギー変換が可能な小型の圧電トランス、その実装構造、およびその圧電トランスを備えたワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る圧電トランスは、ｎ次（ｎは３以上の整数）の縦振動モードを利用してなる。当該圧電トランスは、圧電体板を備える。圧電体板は、共振周波数での１波長をλで表すと、ｎλ／２の長さ、λ／２未満の幅、およびλ／２未満の厚みを有する。
【００１１】
圧電体板は、高電圧部、中間部および低電圧部を含む。高電圧部は、長さ方向における一端部に設けられ、長さがλ／２である非分極部である。中間部は、長さ方向に沿って高電圧部に隣接し、長さ方向に分極され、長さがｍλ／２（ｍは１以上（ｎ−２）以下の整数）である。低電圧部は、長さ方向に沿って中間部に隣接し、長さ方向または厚み方向に分極され、長さが（ｎ−ｍ−１）λ／２である。
【００１２】
また、本発明に係る圧電トランスは、第１電極、第２電極、第３電極および第４電極を備える。第１電極および第２電極は、高電圧部に設けられ、それぞれ対向配置されている。第３電極および第４電極は、低電圧部に設けられ、低電圧部の分極方向に沿ってそれぞれ対向配置されている。
【００１３】
この構成では、高電圧部が圧電体板の端に配されているため、低電圧部との間隙が一箇所存在するだけであるので、高電圧部の容量を低減することができる。したがって、圧電トランス全体を小型でかつ変圧比を大きくすることができるとともに並列で使用することが容易になる。また、圧電トランスの振動最大部で配線しなくてもよいため、圧電トランスの実装時における信頼性を向上させることができる。
【００１４】
また、この構成では、高周波、高電圧で駆動させることができるため、圧電トランスの使用自由度を向上させることができる。また、低電圧部における配線の引き回しを簡単にすることができるため、圧電トランス全体を小型化することができる。さらに、圧電トランスを実装した際に振動阻害を低減することができるため、高効率伝送が可能となる。また、高電圧部の電極幅を相対的に大きくできるので、実装性が向上する。
【００１５】
（２）前記低電圧部は、長さ方向に沿って（ｎ−ｍ−１）等分されて構成された複数の領域を有し、これらの領域のそれぞれは、隣接する領域の分極方向とは逆方向に分極され、前記第３電極および前記第４電極は、前記複数の領域それぞれに設けられていることが好ましい。この構成により、駆動周波数を高周波数化しても、素子サイズが小さくなりすぎないので、実装部の影響を受けにくい。
【００１６】
（３）上記（２）において、隣接する領域に設けられた前記第３電極同士を接続する第１接続電極と、隣接する領域に設けられた前記第４電極同士を接続する第２接続電極とを備えていることが好ましい。これにより、実装先のプリント基板との接続箇所数が増大することがない。
【００１７】
（４）前記低電圧部は前記厚み方向に分極されていて、
前記第３電極および前記第４電極は、幅方向に沿って対向する前記圧電体板の両側面に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、前記厚み方向に沿って前記低電圧部の内部に積層され、交互に前記第１外部電極および前記第２外部電極に接続している複数の内部電極と、を有することが好ましい。この構造により、電圧変換比を大きくでき、低電圧部の電極間インピーダンスをより低くできる。
【００１８】
（５）前記低電圧部は前記長さ方向に分極されていて、
前記第３電極および前記第４電極は、幅方向に沿って対向する前記圧電体板の両側面に設けられた第１外部電極および第２外部電極と、前記長さ方向に沿って前記低電圧部の内部に積層され、交互に前記第１外部電極および前記第２外部電極に接続している複数の内部電極と、を有することが好ましい。この構造により、電圧変換比を大きくでき、低電圧部の電極間インピーダンスをより低くできる。
【００１９】
（６）前記圧電体板はセラミックシートが積層されて構成されたものであることが好ましい。この構造により、内部に電極を形成できるとともに、電極間隔を狭くでき、電圧当たりの変位量を大きくでき、高効率化できる。
【００２０】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の圧電トランスをプリント基板へ実装する構造としては、第１電極、第２電極、第３電極および第４電極は、圧電トランスの実装面を底面とした場合の側面にそれぞれ形成されていて、高電圧部の長さ方向における中点、および低電圧部の長さ方向におけるλ／２毎の中点が支持されてプリント基板に実装されていることが好ましい。この実装構造により、圧電トランスとプリント基板との機械的干渉が抑制され、圧電トランスの効率低下を抑制できる。
【００２１】
（８）上記（３）に記載の圧電トランスをプリント基板への実装構造としては、低電圧部の各領域のうち、中間部と接している領域の長さ方向における中点、および高電圧部の長さ方向における中点が支持されてプリント基板に実装されていることが好ましい。この実装構造により、圧電トランスとプリント基板との機械的干渉が抑制され、圧電トランスの効率低下を抑制できる。
【００２２】
（９）本発明のワイヤレス電力伝送システムは、
送電側アクティブ電極、送電側パッシブ電極、並びに、前記送電側アクティブ電極及び送電側パッシブ電極間に電圧を印加する電圧発生回路を有する送電装置と、
該送電装置に載置した場合に、前記送電側アクティブ電極に対して対向する受電側アクティブ電極、前記送電側パッシブ電極に対して対向又は接触する受電側パッシブ電極、前記受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極の間に生じる電圧を降圧する降圧回路、並びに、前記降圧回路の出力電圧を電源電圧として入力する負荷回路を有する受電装置と、を備え、前記送電側アクティブ電極と前記受電側アクティブ電極とが間隙を介して対向し、容量結合することにより前記送電装置側から前記受電装置側へ電力伝送するワイヤレス電力伝送システムにおいて、
前記電圧発生回路に上記（１）に記載の圧電トランスを用いて昇圧する。または前記降圧回路に上記（１）に記載の圧電トランスを用いて降圧する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高電圧部の容量を低減することができ、圧電トランス全体を小型でかつ変圧比を大きくすることができる。また、並列で使用することが容易になる。また、圧電トランスの振動最大部で配線しなくてもよいため、圧電トランスの実装時における信頼性が向上する。また、高周波、高電圧で駆動させることができるため、圧電トランスの使用自由度を向上させることができる。また、低電圧部における配線の引き回しを簡単にすることができるため、圧電トランス全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電トランスの斜視図である。
【図２】図１のII−II線の断面図である。
【図３】図１のIII−III線の断面図である。
【図４】図１のIV−IV線の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る圧電トランスにおける応力および変位を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る基板上に圧電トランスを実装する際の実装形式を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る圧電トランスの平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る圧電トランスの斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る圧電トランスにおける応力および変位を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る圧電トランスの斜視図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る送電装置および受電装置の構成を示す側面断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る圧電トランスの斜視図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る圧電トランスにおける応力および変位を示す図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る圧電トランスを回路に組み込んだ状態を示す図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る圧電トランスを回路に組み込んだ状態を示す図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係る圧電トランスを回路に組み込んだ状態を示す図である。
【図１７】本発明の第５実施形態に係る圧電トランスを回路に組み込んだ状態を示す図である。
【図１８】特許文献２に記載の圧電デバイスおよび圧電デバイスの変位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る圧電トランスを、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２６】
《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態の圧電トランスの斜視図である。図２は図１のII−II線の断面図である。図３は図１のIII−III線の断面図である。図４は図１のIV−IV線の断面図である。なお、図１は透視図としているが、内部電極の図示は省略している。
【００２７】
圧電トランス１００は、３次の縦振動モードを利用してなる。圧電トランス１００は、長さＬ、厚みＴ、幅Ｗを有する矩形板状の圧電体板１１０を備えている。圧電体板１１０はＰＺＴ系セラミックスなどから形成されている。圧電トランス１００は、３λ／２共振モードで振動するものとする。ここで、λは圧電体板１１０における振動の１波長である。従って、長さＬは３λ／２である。ここで、厚みＴおよび幅Ｗはλ／２未満とすることが好ましい。厚みＴおよび幅Ｗ方向の振動が長さ方向の振動に結合せず、スプリアスが抑制されるからである。
【００２８】
圧電体板１１０は、長手方向に３等分して、それぞれの長さをＬ／３（すなわち、λ／２）とした領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を有している。領域Ｌ１，Ｌ３は、圧電体板１１０の長手方向の両端部に位置し、領域Ｌ２は領域Ｌ１，Ｌ３の間に介在している。領域Ｌ１は、非分極の高電圧部である。領域Ｌ２は、長さ方向に分極されている中間部である。領域Ｌ３は、厚み方向に分極されている低電圧部である。
【００２９】
圧電体板１１０の領域Ｌ１の側面には、互いに対向する外部電極１２０，１３０が形成されている。圧電体板１１０の領域Ｌ３の側面には、互いに対向する外部電極１４０，１５０が形成されている。領域Ｌ２は前述のように分極されているので、外部電極（１２０，１３０）と外部電極（１４０または１５０）との間に交流電圧が印加されると、逆圧電効果により、長さ方向の縦振動が励振され、圧電体板１１０の全体が長さ方向に振動（縦振動モードで振動）する。これにより、低電圧部Ｌ３では圧電効果により、外部電極１４０，１５０間に電圧が発生する。
【００３０】
なお、外部電極１２０は本発明の第１電極に相当し、外部電極１３０は本発明の第２電極に相当し、外部電極１４０は本発明の第３電極に相当し、外部電極１５０は本発明の第４電極に相当する。
【００３１】
図２は図１のII−II線の断面図である。図３は図１のIII−III線の断面図である。図４は図１のIV−IV線の断面図である。
【００３２】
領域Ｌ１には、外部電極１２０，１３０に導通し、幅Ｗ方向に延びる内部電極１３１が複数個形成されている。
【００３３】
また、領域Ｌ３には、外部電極１４０と外部電極１５０との間において幅Ｗ方向に延びる内部電極１４１，１５１が複数個形成されている。内部電極１４１，１５１は、それぞれが層方向に対向するように配置されている。
【００３４】
これらの構造、すなわち積層構造とすることで、変圧比を大きくすることができる。
【００３５】
図５は、圧電トランスにおける応力および変位を示す図である。圧電体板１１０に重ねて表した正弦波状の曲線は圧電体板１１０に掛かる応力、図５下部の波形は圧電体板１１０の振動変位をそれぞれ表している。
【００３６】
圧電トランス１００の振動は、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれの長手方向の中央において振動変位がゼロとなるいわゆるノード点となり、領域Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれの長手方向の両端において最大変位となっている。また、圧電トランス１００は、領域Ｌ１および領域Ｌ３のノード点において支持および配線される。
【００３７】
図６は、圧電トランスのプリント基板に対する実装構造を示す図である。
【００３８】
圧電トランス１００は、はんだを介して可撓性基板１０１と接続している。また、可撓性基板１０１は、はんだを介してプリント基板２００と接続している。すなわち、圧電トランス１００は、プリント基板２００から離間した状態で可撓性基板１０１を介してプリント基板２００に実装される。
【００３９】
この構成により、圧電トランス１００の振動が実装基板２００に漏れることがなく、圧電トランス１００の振動を閉じ込めることができるため、効率の高い電力伝送を実現できる。また、はんだ部の接続信頼性を確保することができる。
【００４０】
図７は、圧電トランスの平面図である。これまで、圧電トランス１００の領域Ｌ３が厚み方向に分極している例を説明したが、これに限られない。図７は圧電トランス１００の領域Ｌ３が長さ方向に分極している例である。図７において、領域Ｌ３には、外部電極１４０と外部電極１５０との間において、厚み方向に延び且つ幅方向に延びる内部電極１４１，１５１が複数個形成されている。内部電極１４１，１５１は、それぞれが長さ方向に対向するように配置されている。
【００４１】
外部電極（１２０，１３０）と外部電極（１４０または１５０）との間に交流電圧が印加されると、逆圧電効果により、長さ方向の縦振動が励振され、圧電体板１１０の全体が長さ方向に振動（縦振動モードで振動）する。これにより、低電圧部Ｌ３では圧電効果により、外部電極１４０，１５０間に電圧が発生する。
【００４２】
本実施形態の構成では、高電圧部が圧電体板の端に配されているため、低電圧部との間隙が一箇所存在するだけであり、高電圧部の容量を低減することができる。したがって、圧電トランス全体を小型でかつ変圧比を大きくすることができるとともに並列で使用することが容易になる。また、圧電トランスの振動最大部で配線しなくてもよいため、圧電トランスの実装時における信頼性を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態の構成では、高周波、高電圧で駆動させることができるため、圧電トランスの使用自由度を向上させることができる。また、低電圧部における配線の引き回しを簡単にすることができるため、圧電トランス全体を小型化することができる。さらに、圧電トランスを実装した際に振動阻害を低減することができるため、高効率伝送が可能となる。
【００４４】
《第２の実施形態》
第１の実施形態以降の各実施形態においては、第１実施形態と同様の事項については説明を適宜省略する。
【００４５】
図８は、第２の実施形態の圧電トランスの斜視図である。
【００４６】
圧電トランス１００Ａは、５次の縦振動モードを利用してなる。圧電トランス１００Ａは、５λ／２共振モードで振動するものとする。ここで、λは圧電体板１１０における振動の１波長である。
【００４７】
圧電トランス１００Ａは、第１実施形態で示した領域Ｌ１〜Ｌ３に加えて、領域Ｌ４および領域Ｌ５を有している。領域Ｌ４および領域Ｌ５は、厚み方向に分極されている低電圧部である。圧電体板１１０Ａの領域Ｌ４およびＬ５の側面には、互いに対向する外部電極１４０，１５０が形成されている。
【００４８】
図９は、圧電トランスにおける応力および変位を示す図である。圧電体板１１０Ａに重ねて表した正弦波状の曲線は圧電体板１１０Ａに掛かる応力、図９下部の波形は圧電体板１１０Ａの振動変位をそれぞれ表している。
【００４９】
圧電トランス１００Ａの振動は、領域Ｌ１〜Ｌ５それぞれの長手方向の中央において振動変位がゼロとなるいわゆるノード点となり、領域Ｌ１〜Ｌ５それぞれの長手方向の両端において最大変位となっている。また、圧電トランス１００Ａは、領域Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の各ノード点において支持および配線される。領域Ｌ３〜Ｌ５のそれぞれは、隣接する領域の分極方向とは逆方向に分極されている。
【００５０】
本実施形態の構成では、圧電トランス１００Ａにおける低電圧部の電極間容量が大きいので、低電圧部の電極間インピーダンスを低くでき、比較的大きな電流容量が得られる。
【００５１】
《第３の実施形態》
図１０は、第３の実施形態の圧電トランスの斜視図である。
【００５２】
圧電トランス１００Ｂは、第２実施形態の構成に加えて、接続電極１６０および接続電極１７０を備える。接続電極１６０は、隣接する領域に設けられた外部電極１４０同士を接続する第１接続電極である。接続電極１７０は、隣接する領域に設けられた外部電極１５０同士を接続する第２接続電極である。接続電極１６０および接続電極１７０は、領域Ｌ３〜Ｌ５の分極後に接続されたものである。すなわち、分極処理時には外部電極１４０，１５０はそれぞれ独立した状態で、外部電極１４０−１５０間に高電圧を印加することで分極化される。その後、接続電極１６０，１７０を形成する。
【００５３】
図１１は、圧電トランスにおける応力および変位を示す図である。
【００５４】
圧電トランス１００Ａの振動は、領域Ｌ１〜Ｌ５それぞれの長手方向の中央において振動変位がゼロとなるいわゆるノード点となり、領域Ｌ１〜Ｌ５それぞれの長手方向の両端において最大変位となっている。また、圧電トランス１００Ａは、領域Ｌ１、Ｌ３のノード点において支持および配線されている。領域Ｌ３〜Ｌ５のそれぞれは、隣接する領域の分極方向とは逆方向に分極されている。
【００５５】
本実施形態の構成では、実装支持部の数を減らすことができる。
【００５６】
《第４の実施形態》
図１２は、第４の実施形態の圧電トランスの斜視図である。この圧電トランス１００Ｃは、５つの領域Ｌ１〜Ｌ５を備え、５λ／２共振モードで振動する。
【００５７】
図１３は、圧電トランス１００Ｃにおける応力および変位を示す図である。圧電体板１１０Ｃに重ねて表した正弦波状の曲線は圧電体板１１０Ｃに掛かる応力、図１３下部の波形は圧電体板１１０Ｃの振動変位をそれぞれ表している。
【００５８】
圧電トランス１００Ｃの振動は、領域Ｌ１〜Ｌ５それぞれの長手方向の中央において振動変位がゼロとなるいわゆるノード点となり、領域Ｌ１〜Ｌ５それぞれの長手方向の両端において最大変位となっている。また、圧電トランス１００Ｃは、領域Ｌ１，Ｌ４の各ノード点において支持および配線される。領域Ｌ２，Ｌ３は長さ方向で且つ互いに逆方向に分極されている。領域Ｌ４，Ｌ５は厚み方向で且つ互いに逆方向に分極されている。
【００５９】
このように、中間部Ｌ２，Ｌ３は、長さがｍλ／２（この例ではｍ＝２）に亘って設けられていてもよい。
【００６０】
中間部を複数設けることにより、入力容量を低減することができ、耐電圧性を高めることができる。
【００６１】
《第５の実施形態》
図１４、図１５は、圧電トランスを回路に組み込んだ状態を示す図である。
【００６２】
図１４では、圧電トランス１００Ａを備えた昇圧回路の回路図である。図１５では、圧電トランス１００Ａを備えた降圧回路の回路図である。ここでは、入力電圧に比べて出力電圧のほうが小さい。
【００６３】
図１４において、低電圧部の外部電極１４０−１５０間に、インダクタＬを介して入力電圧Vinが印加される。この例では、外部電極１５０が共通電極であり、この外部電極１５０と高電圧部の外部電極（１２０，１３０）との間に高電圧Voutが発生し、負荷Ｒへ出力される。インダクタＬは低電圧部の外部電極１４０−１５０間の容量と所定の共振周波数で共振させるために設けられている。
【００６４】
図１５において、高電圧部の外部電極（１２０，１３０）と共通電極である外部電極１４０との間に、キャパシタＣを介して入力電圧Vinが印加される。これにより、低電圧部の外部電極１４０−１５０間に低電圧Voutが発生し、負荷Ｒへ出力される。インダクタＬは低電圧部の外部電極１４０−１５０間の容量と所定の共振周波数で共振させるために設けられている。
【００６５】
《第６の実施形態》
第６の実施形態では、以上に示した圧電トランスをワイヤレス電力伝送システムに適用した例について説明する。ワイヤレス電力伝送システムは送電装置と受電装置とで構成されている。受電装置は二次電池を備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯音楽プレーヤ、ノート型ＰＣ、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置は受電装置が載置され、この受電装置の二次電池を充電するための充電台である。送電装置および受電装置は、それぞれアクティブ電極およびパッシブ電極を備えている。アクティブ電極同士、パッシブ電極同士が容量結合することで、送電装置から受電装置に電力が伝送される。
【００６６】
図１６は、ワイヤレス電力伝送システムの回路構成を示す図である。本実施形態では、受電装置３００が備える降圧回路に圧電トランスを用いている。
【００６７】
送電装置２００の高周波高電圧発生回路１０１は例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。この高周波高電圧発生回路１０１の発生する電圧がインダクタＬａを介してアクティブ電極１０３とパッシブ電極１０４との間に印加される。キャパシタＣＧは主にアクティブ電極１０３とパッシブ電極１０４とによる容量であり、インダクタＬａと共に共振回路を構成する。
【００６８】
受電装置３００のアクティブ電極２０３とパッシブ電極２０４との間には、２つの圧電トランス１００ＡおよびインダクタＬｂ１，Ｌｂ２による降圧回路が接続されている。キャパシタンス素子ＣＬは主にアクティブ電極２０３とパッシブ電極２０４とによる容量である。
【００６９】
送電装置２００のアクティブ電極１０３とパッシブ電極１０４とによる結合電極と受電装置３００のアクティブ電極２０３とパッシブ電極２０４とによる結合電極との結合は相互容量Ｃｍを介して結合しているものと表すことができる。
【００７０】
圧電トランス１００Ａによる降圧回路は、第５の実施形態で説明したように、外部電極（１２０，１３０）と外部電極１４０との間に印加される電圧を降圧して外部電極１４０−１５０間から出力する。この出力電圧がダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４、インダクタＬｃ、キャパシタＣ１で整流平滑され、直流負荷ＲＬ（受電装置３００の二次電池）を充電する。
【００７１】
このように、降圧回路に、低損失の圧電トランス１００Ａを用いることで、低損失で小型の降圧回路を実現でき、その結果、受電装置３００の小型化が可能となる。
【００７２】
図１７は、ワイヤレス電力伝送システムの別の回路構成を示す図である。受電装置３００は、２つの圧電トランス１００Ａを対称接続した例である。二つの圧電トランス１００Ａの外部電極１４０共通接続されている。また、外部電極１４０−１５０間に、ダイオードＤ１，Ｄ２、インダクタＬｃ、キャパシタＣ１による整流平滑回路が接続されている。
【００７３】
このようにして平衡出力することで、平衡入力型の整流回路との整合性がよく、安定に動作させることができる。
【００７４】
ここで、中間部Ｌ２を複数設けてもよい。中間部を複数設けることで、電界結合部の結合容量が小さい場合でも、圧電トランスの入力容量を小さくすることができるので、送電側の電圧を過剰に高くすることなく、送電回路での損失を低減することができるので、高効率伝送させることができる。
【００７５】
なお、以上の各実施形態では積層型の圧電トランスについて示したが、圧電体板は単板構造であってもよい。
【００７６】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７７】
１００  −圧電トランス
１００Ａ−圧電トランス
１００Ｂ−圧電トランス
１１０  −圧電体板
１１０Ａ−圧電体板
１２０  −外部電極（第１電極）
１３０  −外部電極（第２電極）
１４０  −外部電極（第３電極）
１５０  −外部電極（第４電極）
１６０  −接続電極（第１接続電極）
１７０  −接続電極（第２接続電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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