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圧電セラミックトランスの原理
圧電セラミックトランス は、電気エネルギー→機械エネルギー→電気エネルギーの二次エネルギー変換により、低電圧入力と高電圧出力を実現する新しいタイプのチップデバイスです。その基本構造は形状、電極、分極方向などにより様々な形態があり、その中でも長尺シート構造の圧電トランスが最もよく使われています。構造が簡単で製造が容易であり、昇圧比も高い。
従来の電磁トランスと比較して、圧電セラミックトランスの材料、製品構造、プロセス技術、動作原理は異なります。電磁変圧器に使用される主な材料は、構造のコアとして使用される磁性材料と巻線として使用される導電性材料であり、エネルギー変換形式は電磁-磁石-電気です。圧電セラミックトランスに使用される主な材料は、チタン酸ジルコン酸鉛などの二元圧電セラミック材料（PZT）、PZTをベースに他の元素や四元素を加えた三元圧電セラミック材料（PCM、PSM）などです。製品は高温焼結と高圧分極によって作られており、そのエネルギー変換モードは次のとおりです。電磁トランスのエネルギー変換はその構造形態に応じて直交する三次元空間内で完了する必要があるが、圧電セラミックトランスは平面内でエネルギー変換が可能であることが分かる。したがって、圧電磁器トランスはチップ型構造として設計しやすい。
圧電セラミックトランスの動作原理は、圧電セラミック材料の特性である正の圧電効果と逆の圧電効果を利用することです。いわゆる正の圧電効果は、この PZT 材料が力の作用 (または変形) により電荷または電圧を生成することであり、逆圧電効果は、電圧が印加されると材料が変形または振動することです。圧電セラミックトランスの動作原理は、圧電セラミックスの電極の配向特性と圧電セラミックスの分極方向を設計することで、圧電セラミックスの正と逆の圧電効果特性を利用し、逆圧電効果を利用して入力端子との位相を合わせるものです。接続された圧電セラミックスに電圧が作用すると機械振動が発生し、正の圧電効果により出力端子に接続された圧電セラミックスに電圧が発生します。入力端子と出力端子のインピーダンスが等しくない場合、両端の電圧と電流も等しくなくなり、入力端子と出力端子間の電圧と電流の大きさを変える機能が実現されます。
圧電セラミックトランスの構造
圧電セラミックトランスは圧電材料を使用し、電気機械変換特性を利用し、部品の振動部や発電部のモーターと連携して分極設計を行っています。入力電圧により圧電片が共振状態になり、正の圧電効果により高いひずみが電圧出力に変換され、電圧変換の効果が得られます。
