(57)【要約】本発明は、磁場内の変動を２つの電気端子（２０２、２０３）間の電位差に変換することができる磁電気変換器（２００）であって、２つの電気端子（２０２、２０３）を備える支持層（５０）と、支持層（５０）上に配設されたスタックであって、基準面を画定する磁歪材料から作製された第１の層（１０）と、圧電材料から作製された第２の層（２０）であって、第２の層は、第２の層（２０）によって画定された平面内に、基準面に平行な分極軸（２１）を有する、第２の層とを有し、第２の層（２０）は電極（２３、２４）を備える、スタックと、電極（２３、２４）を電気端子（２０２、２０３）に電気接続するための手段と、を含む、磁電気変換器に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場（Ｂ）内の変動を２つの電気端子（２０２、２０３）間の電位差に変換することができる磁電気変換器（２００）であって、
前記２つの電気端子（２０２、２０３）を備えるバッキング層（５０）と、
前記バッキング層（５０）上に配置されたスタック（１００、１０１）であって、基準面を画定する磁歪材料の第１の層（１０）と、圧電材料の第２の層（２０）であって、前記第２の層は、前記第２の層（２０）によって画定された平面内に、前記基準面に対して平行な第１の分極軸（２１）を有する、第２の層とを有し、前記第２の層（２０）は電極（２３、２４）を備える、スタックと、
前記電極（２３、２４）を前記電気端子（２０２、２０３）に接続するための電気接続手段と
を含む磁電気変換器。
【請求項２】
層の前記スタック（１００、１０１）は、前記第１の層（１０）と前記第２の層（２０）との間に接着剤層（４０）を備える請求項１に記載の磁電気変換器。
【請求項３】
前記第２の層（２０）の前記金属電極（２３、２４）は、その面の少なくとも１つまたはその側縁上に存在する相互嵌合された電極である請求項１または２に記載の磁電気変換器。
【請求項４】
層の前記スタック（１００、２００）は、圧電材料の第３の層（３０）であって、前記第３の層は、前記第３の層（３０）によって画定された平面内に第２の分極軸（３１）を有する、第３の層を備え、前記第１の層（１０）は、前記第２の層（２０）と前記第３の層（３０）との間に配置され、前記第２の分極軸（３１）は、１５°以内で前記第１の分極軸（２１）に位置合わせされるか、または前記第１の分極軸（２１）に対して垂直である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項５】
前記第３の層（３０）の金属電極（３３、３４）は、その面の少なくとも１つ上に存在する相互嵌合された電極である請求項４に記載の磁電気変換器。
【請求項６】
前記圧電材料は、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＶＤＦ、ＢａＴｉＯ３またはＡＩＮから構成される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項７】
前記磁歪材料は、結晶構造のまたは焼結されたＴｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ、Ｇａｌｆｅｎｏｌ、テルビウム鉄、鉄−コバルト、鉄−ニッケル、または非晶質ＦｅＳｉＢから構成される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項８】
層の前記スタック（１００、１０１）および前記バッキング層（５０）は、円形の形状である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項９】
３ｃｍ未満の直径および３を上回る直径対厚さ比を有する請求項８に記載の磁電気変換器。
【請求項１０】
前記バッキング層（５０）は、プリント回路である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項１１】
前記プリント回路（５０）は、前記電極（２３、２４、３３、３４）上で発生した電荷を収集するための、少なくとも１つのスイッチ機能を含む請求項１０に記載の磁電気変換器。
【請求項１２】
前記プリント回路（５０）は、前記電極（２３、２４、３３、３４）上で発生した電荷を格納するための、少なくとも１つの格納機能を含む請求項１０または１１に記載の磁電気変換器。
【請求項１３】
前記プリント回路（５０）は、前記電極（２３、２４、３３、３４）上で発生した電荷によって誘発された電気信号を処理するための、少なくとも１つの処理機能を含む請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項１４】
前記電極（２３、２４）を前記電気端子（２０２、２０３）に接続するための前記電気接続手段は、層の前記スタック（１００、１０１）の側縁上および前記バッキング層（５０）の側縁または縁上に配置された導電性材料の少なくとも２つのストリップ（４３）を備える請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項１５】
前記第１の層（１０）の側縁は、絶縁材料の層（４４）によって導電性材料の前記ストリップから分離される請求項１４に記載の磁電気変換器。
【請求項１６】
前記電極（２３、３４）を前記電気端子（２０２、２０３）に接続するための前記電気接続手段は、少なくとも２つのワイヤ結合を含む請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項１７】
前記電極（２３、３４）を前記電気端子（２０２、２０３）に接続するための前記電気接続手段は、層の前記スタック（１００、１０１）内に少なくとも２つの導電性貫通ビアを備える請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項１８】
音吸収特性を有する材料のバッファ層であって、層の前記スタック（１００、１０１）と前記バッキング層（５０）との間に配置される、バッファ層を備える請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の磁電気変換器。
【請求項１９】
電気発生装置（４００）であって、
請求項１から１８のいずれか一項に記載の磁電気変換器（２００）と、
基準面内に磁場（Ｂ）を発生させる源（３００）と
を備え、前記磁場源（３００）および前記変換器（１００）は、互いに対して回転して前記基準面内の前記磁場（Ｂ）の配向を変化させる、電気発生装置。
【請求項２０】
前記磁場源（３００）は、前記磁場（Ｂ）が中に広がるハウジングを画定し、前記変換器（２００）は、前記ハウジング内に配置される請求項１９に記載の電気発生装置。
【請求項２１】
前記磁場源（３００）は、ハルバッハシリンダである請求項１９または２０に記載の電気発生装置。
【請求項２２】
磁歪材料の第１の層（１０）を提供する段階と、
圧電材料の第２の層（２０）を提供する段階であって、前記第２の層は、前記第２の層（２０）によって画定された平面内に第１の分極軸（２１）を有し、前記第２の層は電極（２３、２４）を備える、第２の層を提供する段階と、
前記第１の層（１０）を前記第２の層（２０）に組み付けて層のスタック（１００、１０１）を形成する段階と、
層の前記スタック（１００、１０１）をバッキング層（５０）に組み付けて、圧電材料の前記少なくとも１つの層（２０、３０）の前記電極を２つの電気端子（２０２、２０３）に接続する段階と
を含む磁電気変換器（２００）を製造する方法。
【請求項２３】
圧電材料の第３の層（３０）を提供する段階であって、前記第３の層は、前記第３の層（３０）によって画定された平面内に第２の分極軸（３１）を有し、前記第３の層は電極（３３、３４）を備える、提供する段階と、
前記第１の層（１０）を前記第３の層（３０）に組み付ける段階であって、前記第１の層（１０）は、前記第２の層（２０）と前記第３の層（３０）との間に配置される、組み付ける段階と、を含む請求項２２に記載の磁電気変換器（２００）を製造する方法。
【請求項２４】
接合する段階は、接合される前記層（１０、２０、３０）の面の少なくとも１つ上に接着剤を堆積させることと、前記面を接触させて置くこととを含む請求項２２または２３に記載の磁電気変換器（２００）を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー回収装置の分野に関する。これは、特に、電気発生装置と、磁気エネルギーの変動を電位差に変換することができる変換器と、これらに加えて関連する製造方法とに関する。磁電気変換器は、磁歪材料および圧電材料の層のスタックを含む。
【背景技術】
【０００２】
磁歪は、一般に、機械的形態と磁気的形態との間のエネルギーの可逆的交換に対応する。最もよく知られている磁歪効果は、ジュール効果である。これは、磁場の影響下における強磁性ロッドの、正の磁歪係数の場合は膨張に、負の係数の場合は収縮に対応する。磁場がない場合、理論的にはバーはその元の形態に戻る。磁場の方向の長手方向膨張の場合、収縮は横断方向に現れ、それによってバーの容積を実質的に一定に維持する。
【０００３】
圧電気は、機械的応力の影響下の電荷の生成である。圧電材料の中でも、ＰＺＴ（鉛、ジルコニウム、およびチタン合金）が知られている。２つの電極を装備したＰＺＴは、電圧が電極にかけられる間、そのキュリー温度よりわずかに低い温度における熱処理によって事前に分極化することができる。材料の分極軸は、この場合一方の電極から他方への方向に確立される。この分極化は、特に圧電材料にかけられた応力に対する応答として過剰な電荷が現れる電極を決定する。平行な上面および下面を含むＰＺＴ材料の層を考える場合、分極軸は、各面上の電極の存在により、面に対して垂直な方向に配向され得る。あるいは、分極軸は、層の２つの面の少なくとも１つの上の相互嵌合された電極を使用して、面に対して平行な方向に配向され得る。後者の場合、分極軸は、面の平面に対して平行であり、相互嵌合された電極を形成する導電性材料の指部に対して垂直である。したがって、応力／変形を電極端子における電位差に変換するために、２つの特定のモードのうちの１つを、その歪みが分極軸に対して垂直であるか（ｄ31として知られているモード）、またはその歪みが分極軸に対して平行であるか（ｄ33として知られているモード）に応じて採用することができる。
【０００４】
基準面に対して平行な磁力線を有する磁場源と、磁場内の変動を２つの電気端子間の電位差に変換することができる磁電気変換器とを備える、電気発生装置が現況技術から知られている（特許文献１またはさらにＴ．Ｌａｆｏｎｔらの非特許文献１の記事）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０５９４２１号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ−ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、ｎｏ．２２、２０１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
変換器は、一方では、機械的変形をその電極に接続された２つの電気端子間の電位差に転換することができる、圧電層を備える電気機械トランスデューサからなる。変換器はまた、基準面にしたがって固定され、電気機械トランスデューサに対する自由度を有さない磁歪層からも構成され、磁場内の変動を、電気機械トランスデューサにかけられた機械的変形に変換することができる。
【０００８】
そうではあるが、現況技術は、簡単で効果的であり、コンパクトな電気発生装置の構成を提供していない。
【０００９】
本発明の目的の１つは、簡単で効果的であり、コンパクトな電気発生装置を製造するのに適した磁電気変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１に、磁場内の変動を２つの電気端子間の電位差に変換することができる磁電気変換器であって、
・２つの電気端子を備えるバッキング層と、
・バッキング層上に配置されたスタックであって、基準面を画定する磁歪材料の第１の層と、圧電材料の第２の層であって、この第２の層は、第２の層によって画定された平面内に、基準面に対して平行な第１の分極軸を有する、第２の層とを有し、第２の層は電極を備える、スタックと、
・電極を電気端子に接続するための電気接続手段と
を含む、磁電気変換器に関する。
【００１１】
本発明による変換器の変換効率は、層のスタックの特性に関連付けられる。バッキング層および接続手段の存在により、良好なレベルのコンパクト性が可能になる。
【００１２】
本発明による変換器の有利な特性によれば、以下の構成の別個または組み合わせが得られる。
・層のスタックは、第１の層と第２の層との間に結合層を備える。
・第２の層の金属電極は、その面の少なくとも１つまたはその側縁上に存在する相互嵌合された電極である。
・層のスタックは、圧電材料の第３の層であって、この第３の層は、第３の層によって画定された平面内に第２の分極軸を有する、第３の層を備え、第１の層は、第２の層と第３の層との間に配置されており、第２の分極軸は、１５°以内より良好な角度で第１の分極軸に位置合わせされるか、またはこれに対して垂直である。
・第３の層の金属電極は、その面の少なくとも１つ上に存在する相互嵌合された電極である。
・圧電材料は、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＶＤＦ、ＢａＴｉＯ３またはＡＩＮから構成される。
・磁歪材料は、結晶構造のまたは焼結されたＴｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ、Ｇａｌｆｅｎｏｌ、テルビウム鉄（Ｔｅｒｂｉｕｍ  Ｉｒｏｎ）、鉄−コバルト（Ｉｒｏｎ−Ｃｏｂａｌｔ）、鉄−ニッケル（Ｉｒｏｎ−Ｎｉｃｋｅｌ）、または非晶質ＦｅＳｉＢから構成される。
・層のスタックおよびバッキング層は、円形の形状である。
・磁電気変換器は、３ｃｍ未満の直径であり、３を上回る直径対厚さ比を有する。
・バッキング層はプリント回路である。
・プリント回路は、電極上で発生した電荷を収集するための、少なくとも１つのスイッチ機能を含む。
・プリント回路は、電極上で発生した電荷を格納するための、少なくとも１つの格納機能を含む。
・プリント回路はまた、電極上で発生した電荷によって誘発された電気信号の処理のための、少なくとも１つの処理機能を含む。
・電極を電気端子に接続するための電気接続手段は、層のスタックの側縁上およびバッキング層の側縁また縁上に配置された導電性接着剤材料の少なくとも２つのストリップを備える。
・第１の層の側縁は、絶縁接着剤材料の層によって導電性接着剤材料のストリップから分離される。
・電極を電気端子に接続するための電気接続手段は、少なくとも２つのワイヤ結合を含む。
・電極を電気端子に接続するための電気接続手段は、層のスタック内に少なくとも２つの導電性貫通ビアを備える。
・変換器は、音吸収特性を有する材料のバッファ層であって、層のスタックとバッキング層との間に配置される、バッファ層を備える。
【００１３】
本発明はまた、
・上記のような磁電気変換器と、
・基準面内で磁場を発生させる源と
を備え、
磁場源および変換器は、互いに対して回転して基準面内の磁場の配向を変化させることができる、電気発生装置に関する。
【００１４】
本発明による発生装置の有利な特性によれば、以下の構成の別個または組み合わせが得られる。
・磁場源は、磁場が中に広がるハウジングを画定し、変換器はハウジング内に配置されている。
・磁場源は、ハルバッハシリンダ（Halbach cylinder）である。
【００１５】
本発明はまた、
・磁歪材料の第１の層を提供する段階と、
・圧電材料の第２の層を提供する段階であって、第２の層は、第２の層によって画定された平面内に第１の分極軸を有し、第２の層は電極を備える、第２の層を提供する段階と、
・第１の層を第２の層に組み付けて層のスタックを形成する段階と
を含む、磁電気変換器を製造する方法に関する。
【００１６】
本発明による製造方法の有利な特性によれば、以下の構成の別個または組み合わせが得られる。
・磁電気変換器を製造する方法は、圧電材料の第３の層を提供する段階であって、第３の層は、第３の層によって画定された平面内に第２の分極軸を有し、第３の層は電極を備える、提供する段階を含む。
・磁電気変換器を製造する方法は、第１の層を第３の層に組み付ける段階であって、第１の層は、第２の層と第３の層との間に配置される、組み付ける段階を含む。
・組み付ける段階は、接合される層の面の少なくとも１つの上に接着剤を堆積させることと、前記面を接触させて置くこととを含む。
・磁電気変換器を製造する方法は、層のスタックをバッキング層と一緒に接合して、圧電材料の少なくとも１つの層の電極を２つの電気端子に接続する段階を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して以下に続く本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図１】本発明による電気発生装置のブロック図である。
【図２】（ａ）は、本発明による磁電気変換器に適合された、圧電材料の第２の層を示す図であり、（ｂ）は、本発明による磁電気変換器に適合された、圧電材料の第３の層を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、本発明による磁電気変換器のための層のスタックを製造する方法を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明による変換器を製造する方法を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明によるコンパクトな電気発生装置の作動のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明による電気発生装置４００のブロック図を示す。これは、磁場源３００と、磁場Ｂ内の変動を電気端子２０２、２０３間の電位差に変換することができる磁電気変換器２００とを備える。変換器２００は、２つの電気端子２０２、２０３と、基準面（ｘ，ｙ）を画定する磁歪材料の第１の層１０および圧電材料の第２の層２０からなるスタックとを備える。磁場Ｂのいくつかの線は、基準面（ｘ，ｙ）に対して平行である。磁場源３００および変換器２００は、互いに対して回転して基準面内の磁場Ｂの配向を変化させることができる。
【００１９】
本発明によれば、発生装置４００の全体寸法を（たとえば１立方センチメートル程度に）限定するために、磁場源３００のサイズが低減される。この場の強度は、０．３テスラ（Ｔｅｓｌａ）程度、または０．１から０．６テスラの間であってよい。磁歪材料は、３０ｐｐｍを上回る磁歪係数を有するように選択される。これは、結晶構造のまたは焼結されたＴｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ、Ｇａｌｆｅｎｏｌ、テルビウム鉄、鉄−コバルト、鉄−ニッケル、または非晶質ＦｅＳｉＢを含むことができる。基準面（ｘ，ｙ）内の磁場Ｂにさらされて、磁歪材料の第１の層１０は、この磁場Ｂに対して平行な軸に沿って変形を受ける。
【００２０】
本発明の有利な態様によれば、またコンパクト性の要求事項を満たすために、その源３００には、磁場Ｂが中に広がり、磁電気変換器２００が中に配置されるハウジングが設けられる。例として、磁場源３００は、たとえば永久磁石、ハルバッハシリンダであってよい。
【００２１】
＜変換器を形成する層のスタック＞
図１に関連して分かるように、変換器２００は、磁歪材料の第１の層１０と、圧電材料の第２の層２０とを備えるスタックを備える。
【００２２】
したがって、スタック１００を製造する方法は、磁歪材料の第１の層１０を提供する段階を含む。これはまた、圧電材料の第２の層２０を提供する段階であって、第２の層は、この第２の層２０によって画定された平面内に（「第１の分極軸」と示される）分極軸２１を有する、提供する段階を含む。第２の層２０の面の少なくとも１つは、電極、好ましくは相互嵌合された電極２３、２４（図２ａ）を備える。後者の場合、その分極軸２１は、第２の層２０の面の平面に対して平行であり、相互嵌合された電極２３、２４を形成する導電性材料の指部に対して垂直である。したがって、圧電材料の層２０は、好ましくは、有利にはｄ31モードより感受性が高く、それによって変換器の効率の向上に寄与するｄ33モードで作動するように準備される。
【００２３】
第１の代替策によれば、電極２３、２４は、第２の層２０の面と接触する導電性材料によって形成され得る。各電極の複数の指部は、第２の円形状の層２０の場合、図２ａに示すように半円セグメントによって接続され得る。
【００２４】
第２の代替策によれば、各電極の指部は、導電性要素、たとえばワイヤ結合によって、第２の層２０の面においてまたはその側縁上で対として接続され得る。この構成により、特に指部の寸法を（たとえば第２の層２０の縁まで）増大させ、それによって第２の層２０の面のより大きな表面上に電荷収集の活性部を生じさせることが可能になる。
【００２５】
第３の代替策によれば、電極２３、２４は、導電性材料から形成され、第２の層２０の厚さ内に配置され得る。第２の層２０の１つの面上に存在する電極の各指部は、その厚さ内に延びて、導電性材料の貫通ブレードを形成する。たとえば、この第３の代替策によって第２の層２０を製造するために、多層圧電スタック技術を参照することができる。この構成は、これが第２の層２０の厚さすべてを利用するので、電荷を収集する効率性を最大化する。この第３の代替策は、上記の第１および第２の代替策に説明する各電極の指部の接続のモードのいずれかを組み込むことができるが、当然ながらこれは制限的ではない。
【００２６】
層のスタック１００を製造するための方法は、第１の層１０を第２の層２０に組み付ける段階を含む。この組み付け段階は、一方では、接着剤４０のフィルムまたはコイルを、接合される２つの面のうちの少なくとも１つの上、つまり、第１の層１０または第２の層２０のそこに広げることを含んでよい。
【００２７】
図３ａから３ｆは、次のような実施形態を示す。接着剤フィルム４０は、第２の層２０上に広げられる（図３ａ）。第１の層１０は、その後、第２の層２０に対向するようにもっていかれる（図３ｂ）。組み付け段階は、その後、組み付けられる層１０および２０の面を互いに接触させて置くことを含む（図３ｃ）。接着剤４０’の均一層を２つの層間の界接面に得るために、２つの層を互いに引き寄せるように均一な圧力がかけられる。
【００２８】
層のスタック１００は、こうして、圧電材料の第２の層２０に接合された磁歪材料の第１の層１０からなり、第２の層はその面の少なくとも１つ上に電極２３、２４を装備する。
【００２９】
１つの代替策によれば、層のスタック１０１を製造する方法は、圧電材料の第３の層３０を提供する段階であって、第３の層は、この第３の層３０（図２ｂ）によって画定された平面内に（「第２の分極軸」と示される）分極軸３１を有する、提供する段階を含む。有利には、第３の層３０の面の少なくとも１つは、相互嵌合された電極３３、３４を有し、分極軸３１は、この面の平面に対して平行であり、特に相互嵌合された電極３３、３４を形成する導電性材料の指部に対して垂直である。
【００３０】
製造方法はまた、第１の層１０が第２の層２０と第３の層３０との間に配置されるように層のスタック１００を第３の層３０に組み付ける段階を含む。したがって、組み付けは、接着剤４１のフィルムまたはコイルを広げた後で、（第２の層２０に接合された面とは反対側の）第１の層１０の自由面と、第３の層３０の面の１つとの間で実施される。例として、接着剤４１のフィルムは、図３ｄに示すように、第３の層３０の面に施与される。組み付けは、有利には、第１の分極軸２１および第２の分極軸３１が、たとえば１５°以内で位置合わせされるか、垂直であるように実施される。別の有利な構成によれば、第２の分極軸に関連する第１の軸の位置決めの正確性は、５°より良好なものであってもよい。第１の分極軸２１および第２の分極軸３１は、実質的に平行な平面（第２の層２０によって画定された平面および第３の層３０によって画定された平面のそれぞれ）内に含まれるので、これら２つの軸間の位置合わせは、これらが互いの間に、平面図において（層平面内に）形成する角度を限定することを含む。換言すれば、層の１つによって画定された平面上にこれらの軸の突出部によって形成される角度は、１５°（または５°）未満である。
【００３１】
層のスタック１０１は、こうして、圧電材料の第２の層２０と第３の層３０との間に配置された磁歪材料の第１の層１０からなり、第２の層および第３の層の各々は、これらの面の少なくとも１つ上に電極２３、２４、３３、３４を装備する（図３ｆ）。
【００３２】
組み付け段階中に使用される接着剤は、種々のタイプの材料から、層のスタック１００、１０１の特定の特性を引き立てるために選択され得る。一部の接着剤材料の粘弾性挙動は、圧電材料の層２０、３０と磁歪材料の層１０との間の熱膨張における相違を受け入れるために有利である。より堅く、剛性のある接着剤材料が、第１の層１０から第２の層２０および第３の層３０までの効果的な変形の伝達を確実にするために好ましい。層間の最小の滑りを可能にする接着剤界接面は、代替的には、組み付けられた層を同時に焼結することによって、またはさらには直接結合によって、接着剤材料を追加することなく生み出され得る。
【００３３】
圧電材料は、ＰＺＴ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＶＤＦ、ＢａＴｉＯ３またはＡＩＮから選択可能であるが、これは制限的ではない。
【００３４】
＜磁電気変換器＞
本発明による磁電気変換器２００は、磁場内の変動を２つの電気端子２０２、２０３間の電位差に変換することができる。これは、上記で説明したような層のスタック１００、１０１のいずれかを備える。
【００３５】
図４ａから４ｃに示すように、バッキング層５０を介して、一方の電気端子２０２は相互嵌合された電極２３、３３の一方に電気的に接続され、他方の電極端子２０３は相互嵌合された電極２４、３４の他方に接続される。例として、このバッキング層５０は、プリント回路（「プリント回路基板」を意味するＰＣＢとしても知られている）を備えることができる。バッキング層５０は、たとえば、接着剤の層４２によって、層のスタック１００または１０１の第２の層２０または第３の層３０の自由面上に組み付けられ得る（図４ａ）。図４ａに示すように、バッキング層５０は、後面上に電気端子２０２、２０３を備えることができ、その前面は層のスタック１００、１０１に接合されている。これらの電気端子２０２、２０３は、したがって、その後、発生装置４００を生み出すために他の要素に接続され得る。
【００３６】
相互嵌合された電極２３、２４、３３、３４と（電位差をうける２つの電気端子に接続可能である）バッキング層５０の接点との間の電気接続は、変換器２００の側縁上に、特に層のスタック１００、１０１の側縁、およびバッキング層５０の側縁または縁上に堆積された導電性接着剤ストリップ４３によって確立され得る。側縁は、層の主要面を接続する横方向表面を意味し、主要面は図では平面（ｘ，ｙ）に対して平行である。層の縁は、主要面上の周囲部分に対応する。磁歪材料の第１の層１０の側縁は、特に導電性接着剤ストリップ４３が短絡をして、第１の層１０と接触することを防止するために、電気絶縁フィルム４４によって事前に覆われている（図４ｃ）。
【００３７】
あるいは、相互嵌合された電極２３、２４、３３、３４と、バッキング層５０の接点との間の電気的接続は、ワイヤ結合によって行われ得る。これらのワイヤ結合は、電極を備える第２（および／または第３）の層２０の面から、またはその側縁から、バッキング層５０の面の１つまたはその側縁まで走らせることができる。
【００３８】
あるいは、相互嵌合された電極２３、２４、３３、３４と、バッキング層５０の接点との間の電気接続は、層のスタック（１００、１０１）を通過する導電性ビアによって確立され得る。
【００３９】
バッキング層５０は、有利には、層のスタック１００、１０１のそれに類似する形状、たとえば円形形状を有する。１つの代替策によれば、これは、電極（２３、２４、３３、３４）上で発生した電荷を収集するための切り替え機能、この電荷を格納する機能、および／または誘発された電気信号を処理する機能を含む第２のプリント回路に接合され得る。
【００４０】
別の有利な代替策によれば、バッキング層５０それ自体が、電極（２３、２４、３３、３４）上で発生した電荷を収集するための、少なくとも１つの切り替え（スイッチ）機能を含むことができる。これはまた、電極（２３、２４、３３、３４）上で発生した電荷を格納する、少なくとも１つの機能を含むこともできる。これはまた、電極（２３、２４、３３、３４）上で発生した電荷によって誘発された電気信号を処理する、少なくとも１つの機能を含むこともできる。
【００４１】
さらに別の有利な代替策によれば、音吸収特性を有する少なくとも１つの材料からなるバッファ層が、層のスタック１００、１０１とバッキング層５０との間に配置される。このバッファ層は、一方ではスタック１００、１０１と、他方ではバッキング層５０と、接着剤の層を介して一緒に接合される。
【００４２】
変換器２００では、バッファ層の役割は、変換器２００の端子上の電荷回収時に起こり得る、圧電材料の第２（および／または第３）の層２０、３０の形状および／または応力状態の突然の変化によって発生し得る音波を吸収するためのものである（電荷の収集は、以下でより詳細に発生装置の説明中に扱われる）。これらの音波の結果、電荷回収ごとに可聴クリックが生じ、これは一部の用途では迷惑なものになり得る。バッファ層は、この音を吸収するか、または少なくとも大きく減衰させ、それによって迷惑な音を解消するか、または小さくする。
【００４３】
しかし、これは制限的ではないが、バッファ層は、有利には、特に開セルを備えたハニカム材料から構成される。例として、ポリウレタン発泡体などの材料が使用され得る。
【００４４】
＜電気発生装置＞
電気発生装置４００を形成するために、磁電気変換器２００を磁場源３００によって画定された、磁場Ｂが中に広がるハウジング内に置くことができ、磁力線の一部は、変換器２００の磁歪材料の第１の層１０によって画定された基準面内に含まれる。変換器２００は、有利には、円形形状、３ｃｍ未満の直径、および３を上回る直径対厚さ比を有する。特にコンパクトな発生装置４００がこうして作り出される。磁場源３００および変換器２００は、互いに対して回転して基準面内の磁場Ｂの配向を変化させることができる。変換器２００は、こうして、好ましくは均一な磁場Ｂによって貫通され、基準面内（ｘ，ｙ）で初期方向Ｂ0に配向される。この磁場内の変動は、変換器２００の２つの電気端子２０２、２０３間の電位差に変換されるよう意図される。
【００４５】
有利には、変換器は、初期の場の方向Ｂ0が、圧電材料の第２の層２０および第３の層３０の第１の分極軸２１および第２の分極軸３１に対して平行であるか、または垂直であるように場の源３００のハウジング内に位置決めされる。
【００４６】
図５ａに示すように、磁場Ｂ0の作用下で、磁歪材料の第１の層１０は、磁化され、ｙ軸に沿って、磁場Ｂ0に対して平行な変形をうける。この変形は、層のスタック１００、１０１の基準面におけるｙ軸に沿った（図５ａに示す例によれば分極軸２１、３１に対して平行な）伸張に対応し、これは後で「最大伸張」と示される。層のスタック１００、１０１は同時に、基準面（ｘ、ｙ）内でｘ軸に沿って収縮（すなわち後で「最小伸張」と示される負の伸張）を受ける。第１の層１０の変形は、図５ａでは、ｙ軸に沿った変換器２００の楕円形状の歪みによって概略的に示される。この変形は、第２の層（および存在する場合は第３の層）に加えられ、変換器２００の初期状態に対応する。
【００４７】
磁場を変化させるために、その配向は、たとえば、この場の源３００を回転させることによって、初期の方向Ｂ0から方向Ｂ45°に向かって（図５ｂに示すように）時計回りに回転される。あるいは、変換器２００を回転させることもできる。その結果、変換器２００の層のスタック１００、１０１は、その初期状態から第２の状態に転換され、この状態では、
−第１の層１０は、ｙ軸に沿った磁場Ｂの成分の低減により、ｙ軸に沿って、最大伸張からより小さい平均伸張に縮み、
−第１の層１０は、さらに、ｘ軸に沿って、最少伸張（最大収縮）からより大きい平均伸張に伸びる。
【００４８】
磁場の（その方向の回転による）変動は、こうして第１の層１０の変形の変動を誘発する。後者は、これらの変動を、層のスタック１００、１０１内の第１の層１０に接合された、第２の層２０（および場合によっては第３の層３０）に伝える。
【００４９】
磁場の配向を方向Ｂ45°から方向Ｂ90°に向かって時計回り方向に（図５ｃに示すように）回転させ続ける場合、層のスタック１００、１０１は、第２の状態から第３の状態に転換され、この状態では、
−第１の層は、ｙ軸に沿って、平均伸張から最少伸張（最大縮み）に依然として縮み、
−第１の層は、磁場とｘ軸との位置合わせを考慮して、ｘ軸に沿って、平均伸張から最大伸張にｘ軸に沿って伸びる。
【００５０】
したがって、初期位置と第３の位置との間の磁場Ｂの変動は、第２の層２０（および場合によっては第３の層３０）に伝えられる、第１の層１０の変形の変動を引き起こしている。圧電材料の第２の層２０および第３の層３０は、ｄ33モードで機能し、すなわち分極軸は層の平面内にあり、したがって材料内の電荷の発生は、この同じ平面内の変形に対して敏感である。
【００５１】
本発明の説明する有利な構成による変換器２００の場合、第２の層２０および第３の層３０は、それらの分極軸２１、３１に沿って、初期状態と第３の状態との間に、最大伸張から最少伸張（最大縮み）までの最大変形を受ける。電荷（たとえば負電荷）の最大量は、したがって、相互嵌合された電極（たとえば２３、３３）の１つ上に堆積され、発生装置の電気端子の１つにおいて、たとえば容量装置上で収集され得る。
【００５２】
変換器２００を初期状態から第３の状態に変換する、磁場の（Ｂ0からＢ90°の）変動のこの第１のシーケンスは、こうして、電気端子２０２、２０３間に電位差を発生させることができる。この電位差は、本発明による変換器２００の構成のために大きいものであり、電気発生装置４００のコンパクトな構成における変換器２００の良好な効率を確実にする。
【００５３】
第３の状態における電荷の収集の後、電気端子２０２、２０３間の電位差はゼロとなり、変換器２００の構造は、新しい初期状態と考えられる第４の状態にある。磁場の（Ｂ90°からＢ180°の時計回り方向の）変動は、層１００、１０１の状態を第４の初期状態から第５の状態に転換し、この状態では、
−第１の層は、その場とｙ軸との位置合わせを考慮して、ｙ軸に沿って、最少伸張から最大伸張まで伸び、
−第１の層は、ｘ軸に沿って、最大伸張から最少伸張（最大縮み）まで縮む。
【００５４】
第２の層２０（および存在する場合は第３の層３０）は、その分極軸２１、３１に沿って、第４の初期状態と第５の状態との間に、最少伸張の状態から最大伸張の状態までの最大変形を受ける。電荷（たとえば正電荷）の最大量は、したがって、相互嵌合された電極２４、３４という、これら他方上に堆積され、発生装置の電気端子の１つにおいて収集され得る。
【００５５】
本発明は、こうして、コンパクトである電気発生装置４００であって、磁場源３００と変換器２００との間の相対回転運動の四分の一回転ごとに、大量の電荷を発生させることができる効率的な磁電気変換器２００を含む、電気発生装置を提案する。
【００５６】
一部の場合、磁場源３００は、有利には、ハウジング内に広がる均一な磁場強度が、磁歪材料の第１の層１０を磁気的に飽和させるのに必要とされる強度より小さくなるように選択される。本発明による電気発生装置４００は、したがって、改良された頑強性の利点を提供することができる。実際、変換器２００は、磁歪材料の第１の層１０が磁気飽和モードでは作用しないという事実により、変形サイクルに対してより大きい機械的抵抗を示す。本発明による変換器２００の変形サイクルに関する寿命は、発生装置内で磁気飽和状態において作動する変換器と比較して、１０倍から１０００倍増大し得る。さらに、磁場の弱さは、変換器を形成する磁歪材料が等方性でない場合に、その優先変形軸をこの場と位置合わせして置く傾向がある変換器にかけられ得る寄生トルクの振幅を限定する。
【００５７】
＜例示的な実施形態＞
本発明の例示的な実施形態によれば、層のスタック１０１が、ＰＺＴの第２の層２０および第３の層３０をＴｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄの第１の層１０の面の各々に組み付けることによって形成される。層１０は、たとえば、円形寸法、１ｍｍの厚さ、および２ｃｍの直径を有する。ＰＺＴの各層は、たとえば１００ミクロンの厚さおよび２ｃｍの直径を有する。この例示的な実施形態では、第２の層２０および第３の層３０の各々は、その面の各々上に相互嵌合された電極２３、２４、３３、３４を有する。そのような構成は、変形に応答して電荷を発生させる効率を促進する。これらの電極は、櫛の形態になる。櫛の指部は、材料の分極軸に対して垂直である。第２のＰＺＴ層２０および第３のＰＺＴ層３０は、層の平面内に第１の分極軸２１および第２の分極軸３１をそれぞれ有する。電気的に非伝導性の接着剤４０の層が、組み付けられる第２の層の面に施与される。第１の層１０は、第２の層２０の上部、即ち第２の層２０のその面の前に置かれる。その後圧力がかけられて第１の層１０および第２の層２０を接触させ、接着剤４０の層を均一に界接面に広げる。層のスタック１００は、このようにして形成される。
【００５８】
接着剤４１の電気的に非導電性の層が、その後、接合される第３の層３０の面に施与される。層のスタック１００は、上部に置かれ、第１の層１０の自由面は、第３の層３０の糊付けされた面の前に位置決めされる。第１の分極軸２１と第２の分極軸３１との位置合わせは、たとえば、外観上電極２３、２４および３３、３４の櫛を位置合わせすることによって実施され得る。また、この位置合わせを達成するために、マークを電極の一方および他方にもたせることも可能であり、これは、後者に容易に特定することができる局所形状を与える。
【００５９】
その後圧力がかけられて糊付けられる面を接触させ、接着剤の層を均一に界接面に広げる。位置合わせの正確性は、１５°より良好な、２つの分極軸２１、３１間の位置合わせを達成することを可能にする。あるいは、上記で述べたように、分極軸は、層のスタック１０１内で互いに対して９０°で位置決めされてもよい。
【００６０】
直径２ｃｍであり、数百ミクロンの厚さであるプリント回路５０（バッキング層）は、その後、たとえば第３の層３０の自由面に接合されるその面の一方が糊付けされる（接着剤の層４２）。
【００６１】
接着剤４４のフィルム、または他の電気的に非導電性の材料が、Ｔｅｒｆｅｎｏｌの第１の層１０の側縁を保護し、絶縁するために施与される。その後、プリント回路５０の電気端子２０２、２０３と、ＰＺＴの２つの層２０、３０の相互嵌合された電極２３、２４、３３、３４とを電気的に接続するために、導電性材料のストリップ４３（たとえば導電性接着剤）が施与される。
【００６２】
磁電気変換器２００は、その後、たとえば回転方向の場を使用して磁場Ｂ内の変動を適用することによって、電気端子２０２、２０３間に電位差を発生させることができる。電気発生装置４００は、好ましくは、磁場が中に広がるハウジングを画定する磁場源３００を備える。磁場の強度は、好ましくは、第１の磁歪層１０の磁気飽和を結果として生じさせる強度より小さくなるように選択される。磁電気変換器は、このハウジング内に配置され、その磁場によって取り囲まれる。変換器２００と磁場源３００との間の相対回転移動は、場内に変動を発生させる。
【００６３】
本発明は、説明した実施形態に限定されず、代替的実施形態が、特許請求の範囲によって定義された本発明の文脈から逸脱することなく提供され得る。
【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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【国際調査報告】
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