JP4277143B2 - 自励発振型信号変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電気信号を所定の電圧の電気信号に変換した後、制御、整流して出力する自励発振型信号変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源は通信機器や情報機器などの電子機器の電源として広く用いられているが、従来のスイッチング電源は入力した直流電源を半導体の高速スイッチング作用を利用することにより高周波電力に変換し、さらに制御、整流して所定の直流を得るものであった。スイッチング電源を小型化するには高周波化技術の促進、各種の部品のダウンサイジング等の必要があるものの、高周波化はスイッチング用半導体の損失と電磁トランスの損失の増加をもたらすことから、スイッチング電源の小型化は困難であった。スイッチング周波数が１ＭＨｚを越えると、スイッチング用半導体の損失と電磁トランスの損失が著しく増加するので、これ以上の小型化は困難な状況にある。スイッチング用半導体の損失を最少限に抑えるためにはスイッチング回路に発生するスイッチ動作の遅れを共振などの方法により改善する必要がある。電磁トランスの損失を最少限に抑えるためには材料を改善する必要があるが、大幅な改善は困難な状況にあった。
【０００３】
圧電トランスをスイッチング電源の電源回路に応用するために様々な試みが行なわれてきた。従来の圧電トランスとしては圧電磁器による分極変化型圧電トランス、積層圧電磁器による縦振動型圧電トランスなどが主に挙げられる。これら従来の圧電トランスは、材料の弾性的な損失や電気的および弾性的なヒステリシスなどのために大振幅動作が困難であるという問題、電源回路に応用する際、負荷抵抗の小さな場合の電圧比を制御することが難しく、また大電力により破損しやすいという問題、基板の支持方法が難しく、電力増加とともに支持を強固にする必要もあって、素子の損失を増加させる原因になっているという問題等を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
スイッチング電源を小型化するには高周波化技術の促進、各種の部品のダウンサイジング等の必要がある。圧電トランスをスイッチング電源の電源回路に応用するために様々な型の圧電トランスが提案されている。しかし従来の圧電トランスでは、素子の支持方法が難しい、圧電トランスの内部損失抵抗が大きい等の問題点を有する。
【０００５】
本発明の目的は、入力電気信号をその電圧とは異なる電圧の電気信号に高効率で変換して出力することができ、しかも互いに異なる電圧を有する電気信号を同時に出力することも可能で、入力用の電極に接続された回路と出力用の電極に接続された回路とを絶縁状態に保つことができ、高周波駆動が可能で、小型軽量で、スイッチング用半導体の損失を抑えることができ、しかも回路構成が簡単な自励発振型信号変換装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の自励発振型信号変換装置は、四角柱状の圧電磁器と、前記圧電磁器の４つの側面Ａ，Ｂ，ＣおよびＤにそれぞれ設けられた電極Ｐ_A，Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dと、負荷抵抗Ｒと、第１および第２の回路と、スイッチから成る自励発振型信号変換装置であって、
前記側面ＡおよびＢは互いに平行で、
前記側面ＣおよびＤは互いに平行で、
前記電極Ｑ_CおよびＱ_Dにはそれぞれ端子Ｔ₀およびＴ_Nが設けられており、
前記負荷抵抗Ｒは、前記端子Ｔ₀とＴ_Nの間に接続されていて、Ｎ個の部分Ｒ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）から成り、前記部分Ｒ_iとＲ_(i+1)の間には端子Ｔ_i｛ｉ＝１，２，……（Ｎ−１）｝が設けられており、
前記圧電磁器、前記電極Ｐ_A，Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dは複合体を形成し、
前記第１の回路は、前記電極Ｐ_AとＰ_Bの間に接続されることにより、前記複合体に前記圧電磁器の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧Ｖ_INを印加して、前記複合体に弾性振動を励振し、
前記圧電磁器の共振周波数は前記複合体の共振周波数とほぼ等しく、
前記電極Ｑ_CおよびＱ_Dは、前記弾性振動を電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換し、
前記電圧Ｖ_OUTは、前記部分Ｒ_iに対応する電圧Ｖ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）の合計と等しく、
前記端子Ｔ₀，Ｔ_iおよびＴ_Nのうちのどれか２つは１組の出力用端子を形成し、 前記端子Ｔ₀，Ｔ_iおよびＴ_Nにおける少なくとも１組の前記出力用端子が前記スイッチを介して前記第２の回路と電気的に接続されたときに、前記出力用端子に含まれる２つの端子の間の電圧に対応する電気信号が前記第２の回路に出力され、
前記第２の回路は、前記第２の回路に出力される前記電気信号を整流して直流電力を生成する。
【０００７】
請求項２に記載の自励発振型信号変換装置は、前記電極Ｑ_CおよびＱ_Dによって電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換される前記弾性振動が、主に前記側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動で成る。
【０００８】
請求項３に記載の自励発振型信号変換装置は、前記電極Ｐ_Aの前記側面Ａとの固着面積が、前記電極Ｐ_Bの前記側面Ｂとの固着面積とほぼ等しく、前記電極Ｑ_Cの前記側面Ｃとの固着面積と異なり、
前記電極Ｑ_Cの前記側面Ｃとの前記固着面積は、前記電極Ｑ_Dの前記側面Ｄとの固着面積とほぼ等しい。
【０００９】
請求項４に記載の自励発振型信号変換装置は、四角柱状の圧電磁器と、前記圧電磁器の側面Ａに設けられた電極ＭおよびＦと、前記圧電磁器の側面Ｂ，ＣおよびＤにそれぞれ設けられた電極Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dと、負荷抵抗Ｒと、第１および第２の回路と、スイッチから成る自励発振型信号変換装置であって、
前記側面ＡおよびＢは互いに平行で、
前記側面ＣおよびＤは互いに平行で、
前記電極ＭおよびＦは、互いに電気的に絶縁されており、
前記電極Ｑ_CおよびＱ_Dにはそれぞれ端子Ｔ₀およびＴ_Nが設けられており、
前記負荷抵抗Ｒは、前記端子Ｔ₀とＴ_Nの間に接続されていて、Ｎ個の部分Ｒ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）から成り、前記部分Ｒ_iとＲ_(i+1)の間には端子Ｔ_i｛ｉ＝１，２，……（Ｎ−１）｝が設けられており、
前記圧電磁器、前記電極Ｍ，Ｆ，Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dは複合体を形成し、
前記第１の回路は、前記電極ＭとＰ_Bの間に接続されることにより、前記複合体に前記圧電磁器の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧Ｖ_INを印加して、前記複合体に弾性振動を励振し、
前記圧電磁器の共振周波数は前記複合体の共振周波数とほぼ等しく、
前記電極ＦおよびＰ_Bは、前記弾性振動の一部を電気信号に変換して再び前記電極ＭとＰ_Bの間に印加し、
前記電極Ｑ_CおよびＱ_Dは、前記弾性振動の残部を電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換し、
前記電圧Ｖ_OUTは、前記部分Ｒ_iに対応する電圧Ｖ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）の合計と等しく、
前記端子Ｔ₀，Ｔ_iおよびＴ_Nのうちのどれか２つは１組の出力用端子を形成し、 前記端子Ｔ₀，Ｔ_iおよびＴ_Nにおける少なくとも１組の前記出力用端子が前記スイッチを介して前記第２の回路と電気的に接続されたときに、前記出力用端子に含まれる２つの端子の間の電圧に対応する電気信号が前記第２の回路に出力され、
前記第２の回路は、前記第２の回路に出力される前記電気信号を整流して直流電力を生成する。
【００１０】
請求項５に記載の自励発振型信号変換装置は、前記複合体における前記弾性振動の前記一部が、主に前記側面Ａに垂直な方向に振動する弾性振動で成り、前記複合体における前記弾性振動の前記残部は、主に前記側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動で成る。
【００１１】
請求項６に記載の自励発振型信号変換装置は、前記電極Ｍの前記側面Ａとの固着面積が、前記電極Ｆの前記側面Ａとの固着面積よりも大きい。
【００１２】
本発明の自励発振型信号変換装置は、前記圧電磁器の分極軸が前記圧電磁器の両端面に垂直である。
【００１３】
本発明の自励発振型信号変換装置は、前記圧電磁器の前記両端面の形状が正四角形で成る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の自励発振型信号変換装置は四角柱状の圧電磁器と、電極Ｐ_A，Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dと、負荷抵抗Ｒと、第１および第２の回路と、スイッチから成る簡単な構造を有する。電極Ｐ_AおよびＰ_Bは圧電磁器における互いに平行な２つの側面ＡおよびＢにそれぞれ設けられ、電極Ｑ_CおよびＱ_Dは圧電磁器における互いに平行な２つの側面ＣおよびＤにそれぞれ設けられている。電極Ｑ_CおよびＱ_Dにはそれぞれ端子Ｔ₀およびＴ_Nが設けられている。負荷抵抗Ｒは端子Ｔ₀とＴ_Nの間に接続されている。圧電磁器、電極Ａ，Ｂ，ＣおよびＤは複合体を形成する。負荷抵抗ＲはＮ個の部分Ｒ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）から成り、部分Ｒ_iとＲ_(i+1)との間には端子Ｔ_i｛ｉ＝１，２，……（Ｎ−１）｝が設けられている。第１の回路は、電極Ｐ_AとＰ_Bの間に接続されている。もしも、第１の回路から電極Ｐ_AとＰ_Bの間に圧電磁器の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧Ｖ_INを印加すると、複合体に弾性振動が励振される。このとき、圧電磁器の共振周波数は複合体の共振周波数とほぼ等しい。複合体に励振された弾性振動のうち主に側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極Ｑ_CとＱ_Dの間で電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換される。このとき、電圧Ｖ_OUTは部分Ｒ_iに対応する電圧Ｖ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）の合計と等しくなる。従って、端子Ｔ₀，Ｔ_iおよびＴ_Nのうちのどれか２つの間から、その２つの間の抵抗の大きさに対応した電圧の電気信号を出力することが可能になる。つまり、端子Ｔ₀，Ｔ_iおよびＴ_Nのうちのどれか２つで成る１組の出力用端子がスイッチを介して第２の回路と電気的に接続されると、その出力用端子に含まれる２つの端子の間の抵抗の大きさに対応した電圧の電気信号が第２の回路に出力される。しかも２組以上の出力用端子から、互いに異なった電気信号が第２の回路に出力されることも可能である。たとえば、端子Ｔ₀と端子Ｔ₂の間からは、部分Ｒ₁とＲ₂の合計に等しい抵抗に対応する電圧、つまり、電圧Ｖ₁とＶ₂の合計に等しい電圧を有する電気信号が出力される。また、端子Ｔ₀とＴ₁の間から電圧Ｖ₁を有する電気信号が同時に出力されたり、端子Ｔ₀とＴ_Nの間から電圧Ｖ_OUTの電気信号が同時に出力されることもある。第２の回路に出力された電気信号は整流され、直流電力が生成される。
【００１５】
本発明の自励発振型信号変換装置では、電極Ｐ_Aの側面Ａとの固着面積が電極Ｐ_Bの側面Ｂとの固着面積とほぼ等しく電極Ｑ_Cの側面Ｃとの固着面積と異なり、また、電極Ｑ_Cの側面Ｃとの固着面積が電極Ｑ_Dの側面Ｄとの固着面積とほぼ等しい構造が可能である。このような構造を採用することにより、入力電気信号の電圧Ｖ_INに対して出力電気信号の電圧Ｖ_OUTを所定の大きさに制御することが可能となる。
【００１６】
本発明の自励発振型信号変換装置では、電極Ｐ_Aが電気的に絶縁された２つの電極ＭおよびＦから成るような構造が可能である。この場合、電極Ｍの側面Ａとの固着面積が電極Ｆの側面Ａとの固着面積よりも大きい構造が採用される。もしも、第１の回路から電極ＭとＰ_Bの間に電圧Ｖ_INを印加すると、複合体は励振されて弾性振動をする。この弾性振動のうち主に側面Ａに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極ＦとＰ_Bの間で電気信号に変換されて再び電極ＭとＰ_Bの間に印加される。このようにして、自励式駆動が可能となることから、電池での駆動も容易になるばかりでなく、装置の小型軽量化も可能となり、温度などの環境変化にも対応し、さらに、低消費電力での駆動が可能となる。一方、弾性振動のうち主に側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極Ｑ_CとＱ_Dの間で電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換される。
【００１７】
本発明の自励発振型信号変換装置では、圧電磁器の両端面の形状が正四角形で成る構造を採用することにより、複合体の結合振動が増強される。従って、入力電気信号が効率よく出力電気信号に変換される。
【００１８】
本発明の自励発振型信号変換装置では、圧電磁器の分極軸がその圧電磁器の両端面に垂直である構造を採用することにより、複合体の結合振動が増強される。従って、入力電気信号が効率よく出力電気信号に変換される。
【００１９】
【実施例】
図１は本発明の自励発振型信号変換装置の第１の実施例を示す構成図である。本実施例は複合体１、負荷抵抗Ｒ、第１の回路３、第２の回路４、スイッチ５、端子Ｚ₁，Ｚ₂，Ｔ₀，Ｔ₁，Ｔ₂およびＴ₃から成る。端子Ｚ₁およびＺ₂は第１の回路３を介して直流電源Ｖ_dcと接続されている。負荷抵抗Ｒは端子Ｔ₀とＴ₃の間に接続されている。端子Ｔ₃は第２の回路４と直接接続しており、端子Ｔ₀，Ｔ₁およびＴ₂のうちの１つはスイッチ５を介して第２の回路４と接続する。
【００２０】
図２は図１の自励発振型信号変換装置の部分構成図である。図２では複合体１、負荷抵抗Ｒおよび各端子のみが描かれている。複合体１は圧電磁器２、電極Ｐ_A，Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dから成り、図２では上方から見たときの平面図として描かれている。圧電磁器２は縦および横がともに５ｍｍで、高さが６ｍｍの直方体で成る。電極Ｐ_AおよびＰ_Bは圧電磁器２における互いに平行な２つの側面ＡおよびＢにそれぞれ設けられ、電極Ｑ_CおよびＱ_Dは圧電磁器２における互いに平行な２つの側面ＣおよびＤにそれぞれ設けられている。図２では各電極の厚さは誇張して描かれている。端子Ｚ₁およびＺ₂はそれぞれ電極Ｐ_AおよびＰ_Bに設けられ、端子Ｔ₀およびＴ₃はそれぞれ電極Ｑ_CおよびＱ_Dに設けられている。負荷抵抗Ｒは３個の部分Ｒ₁，Ｒ₂およびＲ₃から成る。部分Ｒ₁とＲ₂の間には端子Ｔ₁が、部分Ｒ₂とＲ₃の間には端子Ｔ₂が設けられている。
【００２１】
図３は複合体１の斜視図である。上述した通り、圧電磁器２は縦および横がともに５ｍｍで、高さが６ｍｍの直方体で成る。圧電磁器２の共振周波数は約２７７ｋＨｚであり、圧電磁器２の分極軸は、圧電磁器２の互いに平行な２つの端面に垂直、つまり高さ方向に平行である。
【００２２】
図４は第１の回路３の一実施例を示す構成図である。第１の回路３は複合体励振回路で成り、コイルＬ₁およびＬ₂、トランジスタＴ_r、抵抗Ｒ_a、可変抵抗ＶＲ、コンデンサＣ₁，Ｃ₂およびＣ₃を含む。もしも直流電源Ｖ_dcから第１の回路３を介して電極Ｐ_AとＰ_Bの間に圧電磁器２の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧Ｖ_INを印加すると、複合体１は励振されて弾性振動をする。この弾性振動のうち主に側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極Ｑ_CとＱ_Dの間で電圧Ｖ_OUTの電気信号に再び変換される。このとき、電圧Ｖ_OUTは部分Ｒ₁に対応する電圧Ｖ₁と、部分Ｒ₂に対応する電圧Ｖ₂と、部分Ｒ₃に対応する電圧Ｖ₃の合計と等しくなる（Ｖ_OUT＝Ｖ₁＋Ｖ₂＋Ｖ₃）。従って、端子Ｔ₀とＴ₃の間から電圧Ｖ_OUTの電気信号、端子Ｔ₁とＴ₃の間から電圧（Ｖ₂＋Ｖ₃）の電気信号、または端子Ｔ₂とＴ₃の間から電圧Ｖ₃の電気信号を出力することが可能となる。
【００２３】
図５は第２の回路４の一実施例を示す構成図である。第２の回路４は整流回路で成り、コンデンサＣ₁、ダイオードＤ₁，Ｄ₂，Ｄ₃およびＤ₄を含む。端子Ｔ₀，Ｔ₁およびＴ₂のうちの１つと、端子Ｔ₃を介して第２の回路４に入力された電気信号は、再び直流の電気信号として第２の回路４から出力される。
【００２４】
図６は図１の自励発振型信号変換装置における負荷抵抗Ｒの大きさと、変圧比（Ｖ_OUT／Ｖ_IN）との関係の一実施例を示す特性図である。但し、図６は入力電圧Ｖ_INが１２Ｖの場合の特性を示す。負荷抵抗Ｒの値を調整することにより、出力電圧Ｖ_OUTを調整することが可能であることが分かる。
【００２５】
図７は本発明の自励発振型信号変換装置の第２の実施例を示す構成図である。本実施例は複合体６、負荷抵抗Ｒ、自励発振回路７、第２の回路４、スイッチ５、端子Ｚ₀，Ｚ₁，Ｚ₂，Ｔ₀，Ｔ₁，Ｔ₂およびＴ₃から成る。端子Ｚ₀およびＺ₁は自励発振回路７を介して直流電源Ｖ_dcと接続され、端子Ｚ₂はグランド電極のためのものである。負荷抵抗Ｒは端子Ｔ₀とＴ₃の間に接続されている。端子Ｔ₃は第２の回路４と直接接続しており、端子Ｔ₀，Ｔ₁およびＴ₂のうちの１つはスイッチ５を介して第２の回路４と接続する。
【００２６】
図８は図７の自励発振型信号変換装置の部分構成図である。図８では複合体６、負荷抵抗Ｒおよび各端子のみが描かれている。複合体６は、複合体１の電極Ｐ_Aが電極ＭおよびＦに置き換わった構造を有する。すなわち、複合体６は圧電磁器２、電極Ｍ，Ｆ，Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dから成り、図８では上方から見たときの平面図として描かれている。また、図８では各電極の厚さは誇張して描かれている。端子Ｚ₀およびＺ₁はそれぞれ電極ＭおよびＦに設けられている。自励発振回路７は、図１の第１の回路３の替わりに用いられるものである。
【００２７】
図９は複合体６の斜視図である。電極ＭおよびＦは側面Ａ上に互いに絶縁された状態で設けられており、電極Ｍの側面Ａ上の面積は電極Ｆの側面Ａ上の面積よりも大きい。
【００２８】
図１０は自励発振回路７の一実施例を示す構成図である。自励発振回路７はコイルＬ₁、トランジスタＴ_r、抵抗Ｒ_aおよびＲ_b、およびダイオードＤ₁から成る。もしも直流電源Ｖ_dcから自励発振回路７を介して電極ＭとＰ_Bの間に電圧Ｖ_INを印加すると、複合体６は励振されて弾性振動をする。この弾性振動のうち主に側面Ａに垂直な方向に振動する弾性振動が、電圧Ｖ_INとは逆相の電圧として電極ＦとＰ_Bの間から出力され、電極ＭとＰ_Bの間に再び印加される。この動作の繰り返しによって正帰還の自励発振が生じる。このようにして、圧電磁器２の共振周波数、つまり複合体６の共振周波数とほぼ等しい周波数の電気信号が雰囲気温度の変化に追随して安定して複合体６に供給されることになる。自励発振回路７に直流電源Ｖ_dcからたとえば０〜１０Ｖの直流電圧を印加すると、コイルＬ₁の値を調整することにより、電極ＭとＰ_Bの間に最大で約６０Ｖ_p-pの交流電圧を印加させることができる。このとき電極ＦとＰ_Bの間から約１Ｖ_p-pの電気信号を取り出すことができる。また、他励駆動の際に問題となる発熱等により複合体６の共振周波数が偏移して発振条件が悪くなるという問題点が解決される。従って、自励発振回路７を用いることにより、直流電源電圧の約６倍の交流電圧を複合体６に印加することが可能となるばかりでなく、常に最適の発振状態を維持することが可能となる。さらに、１つのコイルＬ₁、１つのトランジスタＴ_r、２つの抵抗Ｒ_aおよびＲ_b、および１つのダイオードＤ₁という極く少ない部品で回路を構成することが可能である。しかも、部品点数が少ないにもかかわらず、直流電源Ｖ_dcを利用することができ、しかも電力効率もよいことから、電源の小型化対応が可能である。
【００２９】
図７の自励発振型信号変換装置では、上述の通り、電極ＭとＰ_Bの間に電圧Ｖ_INを印加すると複合体６が励振されて弾性振動をする。この弾性振動のうち主に側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極Ｑ_CとＱ_Dの間で電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換される。このとき、電圧Ｖ_OUTは電圧Ｖ₁，Ｖ₂およびＶ₃の合計と等しくなる（Ｖ_OUT＝Ｖ₁＋Ｖ₂＋Ｖ₃）。従って、端子Ｔ₀とＴ₃の間から電圧Ｖ_OUTの電気信号、端子Ｔ₁とＴ₃の間から電圧（Ｖ₂＋Ｖ₃）の電気信号、または端子Ｔ₂とＴ₃の間から電圧Ｖ₃の電気信号を出力することが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の自励発振型信号変換装置は四角柱状の圧電磁器と、電極Ｐ_A，Ｐ_B，Ｑ_CおよびＱ_Dと、負荷抵抗Ｒと、第１および第２の回路と、スイッチから成る。電極Ｐ_AおよびＰ_Bは圧電磁器における互いに平行な２つの側面ＡおよびＢにそれぞれ設けられ、電極Ｑ_CおよびＱ_Dは圧電磁器における互いに平行な２つの側面ＣおよびＤにそれぞれ設けられている。電極Ｑ_CおよびＱ_Dにはそれぞれ端子Ｔ₀およびＴ_Nが設けられている。負荷抵抗Ｒは端子Ｔ₀とＴ_Nの間に接続されている。圧電磁器、電極Ａ，Ｂ，ＣおよびＤは複合体を形成する。負荷抵抗ＲはＮ個の部分Ｒ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）から成り、部分Ｒ_iとＲ_(i+1)との間には端子Ｔ_i｛ｉ＝１，２，……（Ｎ−１）｝が設けられている。第１の回路は、電極Ｐ_AとＰ_Bの間に接続されている。もしも、第１の回路から電極Ｐ_AとＰ_Bの間に電圧Ｖ_INを印加すると、複合体に弾性振動が励振される。複合体に励振された弾性振動のうち主に側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極Ｑ_CとＱ_Dの間で電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換される。このとき、電圧Ｖ_OUTは部分Ｒ_iに対応する電圧Ｖ_i（ｉ＝１，２，……Ｎ）の合計と等しくなる。従って、端子Ｔ₀，Ｔ_iおよびＴ_Nのうちのどれか２つで成る１組の出力用端子がスイッチを介して第２の回路と電気的に接続されると、その出力用端子に含まれる２つの端子の間の抵抗の大きさに対応した電圧の電気信号が第２の回路に出力される。しかも２組以上の出力用端子から、互いに異なった電気信号が第２の回路に出力されることも可能である。第２の回路に出力された電気信号は整流され、直流電力が生成される。
【００３１】
本発明の自励発振型信号変換装置では、電極Ｐ_Aの側面Ａとの固着面積が電極Ｐ_Bの側面Ｂとの固着面積とほぼ等しく電極Ｑ_Cの側面Ｃとの固着面積と異なり、また、電極Ｑ_Cの側面Ｃとの固着面積が電極Ｑ_Dの側面Ｄとの固着面積とほぼ等しい構造を採用することにより、入力電気信号の電圧Ｖ_INに対して出力電気信号の電圧Ｖ_OUTを所定の大きさに制御することが可能となる。
【００３２】
本発明の自励発振型信号変換装置では、電極Ｐ_Aが電気的に絶縁された２つの電極ＭおよびＦから成り、しかも、電極Ｍの側面Ａとの固着面積が電極Ｆの側面Ａとの固着面積よりも大きい構造が可能である。もしも、第１の回路から電極ＭとＰ_Bの間に電圧Ｖ_INを印加すると、複合体は励振されて弾性振動し、この弾性振動のうち主に側面Ａに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極ＦとＰ_Bの間で電気信号に変換されて再び電極ＭとＰ_Bの間に印加され、一方、弾性振動のうち主に側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動が、電極Ｑ_CとＱ_Dの間で電圧Ｖ_OUTの電気信号に変換される。このようにして、自励式駆動が可能となることから、電池駆動、装置の小型軽量化、温度などの環境変化のもとでの駆動などが可能と
なる。
【００３３】
本発明の自励発振型信号変換装置では、圧電磁器の両端面の形状が正四角形で成る構造を採用することにより、また、圧電磁器の分極軸がその圧電磁器の両端面に垂直である構造を採用することにより、複合体の結合振動が増強される。従って、入力電気信号が効率よく出力電気信号に変換される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自励発振型信号変換装置の第１の実施例を示す構成図。
【図２】図１の自励発振型信号変換装置の部分構成図。
【図３】複合体１の斜視図。
【図４】第１の回路３の一実施例を示す構成図。
【図５】第２の回路４の一実施例を示す構成図。
【図６】図１の自励発振型信号変換装置における負荷抵抗Ｒの大きさと、変圧比（Ｖ_OUT／Ｖ_IN）との関係の一実施例を示す特性図。
【図７】本発明の自励発振型信号変換装置の第２の実施例を示す構成図。
【図８】図７の自励発振型信号変換装置の部分構成図。
【図９】複合体６の斜視図。
【図１０】自励発振回路７の一実施例を示す構成図。
【符号の説明】
１ 複合体
２ 圧電磁器
３ 第１の回路
４ 第２の回路
５ スイッチ
６ 複合体
７ 自励発振回路
Ｒ 負荷抵抗
Ｍ，Ｆ，Ｐ_A，Ｐ_B，Ｑ_C，Ｑ_D 電極
Ｚ₀，Ｚ₁，Ｚ₂，Ｔ₀，Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃ 端子
Ｌ₁，Ｌ₂ コイル
Ｔ_r トランジスタ
Ｒ_a，Ｒ_b 抵抗
ＶＲ 可変抵抗
Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃ コンデンサ
Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，Ｄ₄ ダイオード
Ｖ_dc 直流電源

Claims (7)

1. 四角柱状で成り該四角柱の高さ方向に垂直な２つの端面と該高さ方向に平行な４つの側面Ａ，Ｂ，ＣおよびＤを有する圧電磁器と、前記圧電磁器の前記４つの側面Ａ，Ｂ，ＣおよびＤにそれぞれ設けられた電極Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄと、負荷抵抗Ｒと、第１および第２の回路と、スイッチから成る自励発振型信号変換装置であって、前記圧電磁器の分極軸は前記四角柱の前記高さ方向と平行であって、前記側面ＡおよびＢは互いに平行で、前記側面ＣおよびＤは互いに平行で、前記電極Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄにはそれぞれ端子Ｔ_０およびＴ_Ｎが設けられており、前記負荷抵抗Ｒは、前記端子Ｔ_０とＴ_Ｎの間に接続されていて、Ｎ個の部分Ｒ_ｉ（ｉ＝１，２，……Ｎ）から成り、前記部分Ｒ_ｉとＲ_{（ｉ＋１）}の間には端子Ｔ_ｉ｛ｉ＝１，２，……（Ｎ−１）｝が設けられており、前記圧電磁器、前記電極Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄは複合体を形成し、前記第１の回路は、前記電極Ｐ_ＡとＰ_Ｂの間に接続されることにより、前記複合体に前記圧電磁器の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧Ｖ_ＩＮを印加して、前記複合体に弾性振動を励振し、前記圧電磁器の共振周波数は前記複合体の共振周波数とほぼ等しく、前記電極Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄは、前記弾性振動を電圧Ｖ_ＯＵＴの電気信号に変換し、前記電圧Ｖ_ＯＵＴは、前記部分Ｒ_ｉに対応する電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，……Ｎ）の合計と等しく、前記端子Ｔ_０，Ｔ_ｉおよびＴ_Ｎのうちのどれか２つは１組の出力用端子を形成し、前記端子Ｔ_０，Ｔ_ｉおよびＴ_Ｎにおける少なくとも１組の前記出力用端子が前記スイッチを介して前記第２の回路と電気的に接続されたときに、前記出力用端子に含まれる２つの端子の間の電圧に対応する電気信号が前記第２の回路に出力され、前記第２の回路は、前記第２の回路に出力される前記電気信号を整流して直流電力を生成する自励発振型信号変換装置。
2. 前記電極Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄによって電圧Ｖ_ＯＵＴの電気信号に変換される前記弾性振動は、主に前記側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動で成る請求項１に記載の自励発振型信号変換装置。
3. 前記電極Ｐ_Ａの前記側面Ａとの固着面積は、前記電極Ｐ_Ｂの前記側面Ｂとの固着面積とほぼ等しく、前記電極Ｑ_Ｃの前記側面Ｃとの固着面積と異なり、前記電極Ｑ_Ｃの前記側面Ｃとの前記固着面積は、前記電極Ｑ_Ｄの前記側面Ｄとの固着面積とほぼ等しい請求項１または２に記載の自励発振型信号変換装置。
4. 四角柱状で成り該四角柱の高さ方向に垂直な２つの端面と該高さ方向に平行な４つの側面Ａ，Ｂ，ＣおよびＤを有する圧電磁器と、前記圧電磁器の側面Ａに設けられた電極ＭおよびＦと、前記圧電磁器の側面Ｂ，ＣおよびＤにそれぞれ設けられた電極Ｐ_Ｂ，Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄと、負荷抵抗Ｒと、第１および第２の回路と、スイッチから成る自励発振型信号変換装置であって、前記圧電磁器の分極軸は前記四角柱の前記高さ方向と平行であって、前記側面ＡおよびＢは互いに平行で、前記側面ＣおよびＤは互いに平行で、前記電極ＭおよびＦは、互いに電気的に絶縁されており、前記電極Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄにはそれぞれ端子Ｔ_０およびＴ_Ｎが設けられており、前記負荷抵抗Ｒは、前記端子Ｔ_０とＴ_Ｎの間に接続されていて、Ｎ個の部分Ｒ_ｉ（ｉ＝１，２，……Ｎ）から成り、前記部分Ｒ_ｉとＲ_{（ｉ＋１）}の間には端子Ｔ_ｉ｛ｉ＝１，２，……（Ｎ−１）｝が設けられており、前記圧電磁器、前記電極Ｍ，Ｆ，Ｐ_Ｂ，Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄは複合体を形成し、前記第１の回路は、前記電極ＭとＰ_Ｂの間に接続されることにより、前記複合体に前記圧電磁器の共振周波数とほぼ等しい周波数の電圧Ｖ_ＩＮを印加して、前記複合体に弾性振動を励振し、前記圧電磁器の共振周波数は前記複合体の共振周波数とほぼ等しく、前記電極ＦおよびＰ_Ｂは、前記弾性振動の一部を電気信号に変換して再び前記電極ＭとＰ_Ｂの間に印加し、前記電極Ｑ_ＣおよびＱ_Ｄは、前記弾性振動の残部を電圧Ｖ_ＯＵＴの電気信号に変換し、前記電圧Ｖ_ＯＵＴは、前記部分Ｒ_ｉに対応する電圧Ｖ_ｉ（ｉ＝１，２，……Ｎ）の合計と等しく、前記端子Ｔ_０，Ｔ_ｉおよびＴ_Ｎのうちのどれか２つは１組の出力用端子を形成し、前記端子Ｔ_０，Ｔ_ｉおよびＴ_Ｎにおける少なくとも１組の前記出力用端子が前記スイッチを介して前記第２の回路と電気的に接続されたときに、前記出力用端子に含まれる２つの端子の間の電圧に対応する電気信号が前記第２の回路に出力され、前記第２の回路は、前記第２の回路に出力される前記電気信号を整流して直流電力を生成する自励発振型信号変換装置。
5. 前記複合体における前記弾性振動の前記一部は、主に前記側面Ａに垂直な方向に振動する弾性振動で成り、前記複合体における前記弾性振動の前記残部は、主に前記側面Ｃに垂直な方向に振動する弾性振動で成る請求項４に記載の自励発振型信号変換装置。
6. 前記電極Ｍの前記側面Ａとの固着面積は、前記電極Ｆの前記側面Ａとの固着面積よりも大きい請求項４または５に記載の自励発振型信号変換装置。
7. 前記圧電磁器は、前記圧電磁器の前記両端面の形状が正四角形で成る請求項１，２，３，４，５または６に記載の自励発振型信号変換装置。

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