專利名稱：復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多組燒結(jié)體組合而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，屬于HO1F29/00類。
普通變壓器和脈沖變壓器都是通過磁的耦合來傳輸信號和實現(xiàn)“變壓”作用，普通變壓器采用矽鋼片作磁心，而脈沖變壓器采用高頻下導(dǎo)磁率高的鐵淦氧磁心或鈹莫合金磁心。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件向輕、薄、短、小方向發(fā)展，各種集成電路、電阻、電容等元器件均已微型化，唯有變壓器，尤其是電源變壓器，仍擺脫不了體積較大的磁心和線圈，同時也有反蜂壓高，使脈沖變壓器驅(qū)動電路要承受較高的電壓沖擊和需要專門負(fù)載短路自動保護(hù)電路，不能實現(xiàn)微型化和片型化。
壓電陶瓷變壓器具有無反蜂壓，負(fù)載短路自動保護(hù)截止，并可實現(xiàn)片型化；但以往的壓電陶瓷變壓器是采用一塊單一的燒結(jié)體，多為橫縱向振動模式的壓電陶瓷變壓器，因其擺脫了磁芯和線圈，體積可縮小，但其變比仍受到限制，也不能方便的變換輸入/輸出的級間關(guān)系，其高壓和低壓之間的絕緣強(qiáng)度也不夠安全。
本發(fā)明的目的是針對上述之不足，設(shè)計一種可制成片狀的微型電源換能元件，其電壓變比較低，可方便的變換輸入/輸出級間關(guān)系，同時級間有比較高的絕緣強(qiáng)度，以保證使用安全。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，其結(jié)構(gòu)特點是具有2個以上驅(qū)動端和比驅(qū)動端少一個的發(fā)電端及數(shù)量為2倍發(fā)電端的絕緣片，上述各件其順序是按第1個驅(qū)動端、第1個絕緣片、第1個發(fā)電端、第2個絕緣片、第2個驅(qū)動端、第三個絕緣片、第2個發(fā)電端、第4個絕緣片、第3個驅(qū)動端……依次類推到第n(n為自然數(shù)n≤10)個驅(qū)動端、第2n－1個絕緣片、第n個發(fā)電端、第2n個絕緣片、第n＋1個驅(qū)動端，構(gòu)成一個多層合結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷變壓器，其第一個和最后一個驅(qū)動端的外表面分別與兩片絕緣膜相連接。
所述驅(qū)動端、發(fā)電端和絕緣片之間，可采用焊接或粘結(jié)及低溫?zé)Y(jié)。
所述驅(qū)動端均為被覆好外電極的壓電陶瓷片，各驅(qū)動端由引出電極并聯(lián)或串聯(lián)引出。
所述每個發(fā)電端是由相同材料若干層壓電薄片形成一個發(fā)電組或由可同、可異的壓電材料形成多個發(fā)電組；每一奇數(shù)壓電陶瓷薄片的內(nèi)電極與每一偶數(shù)薄片的內(nèi)電極交錯排列，相互絕緣，分別構(gòu)成發(fā)電端A組內(nèi)甲匯流電極及內(nèi)乙匯流電極；相鄰壓電陶瓷薄片的極化方向相反，各發(fā)電組可以并聯(lián)或串聯(lián)引出，或分別引出。
所述絕緣片是無機(jī)膜片或是高分子復(fù)合材料膜片，其表面制備導(dǎo)入驅(qū)動端電流和導(dǎo)出輸出電流的引出電極。
所述驅(qū)動端、發(fā)電端的壓電陶瓷片，其軸向截面可以是任意幾何形狀。
本發(fā)明的優(yōu)點是(1)可實現(xiàn)電源變壓器微型化。因采用了電能-機(jī)械能-電能轉(zhuǎn)換方式的壓電陶瓷變壓器，排脫了普通變壓器的磁芯和線圈。
(2)電壓變比較低，可方便的變換輸入/輸出級間關(guān)系。本發(fā)明發(fā)電端是將機(jī)械振動的應(yīng)力波轉(zhuǎn)換為電荷輸出，每個發(fā)電單元根據(jù)可選用壓電材料的性能和所需電壓、電流的要求制成一定厚度的多片組合，構(gòu)成復(fù)合層，發(fā)電端根據(jù)要求，可制成相同或不同的電壓及功率輸出的獨立單元并復(fù)合而成。
(3)級間有比較高的絕緣強(qiáng)度，采用絕緣性能好的級間絕緣層，以達(dá)到安全要求。
(4)安全保護(hù)作用好，焊接方便。絕緣膜是將驅(qū)動端電極與外殼或機(jī)械外連接進(jìn)行絕緣，起到安全保護(hù)作用，同時將驅(qū)動端電極引出至便于焊接的位置。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器結(jié)構(gòu)斷面示意2是驅(qū)動端斷面示意3是發(fā)電端各層壓電陶瓷片A組內(nèi)電極及其匯流電極斷面示意4是發(fā)電端各層壓電陶瓷片B組內(nèi)電極及其匯流電極斷面示意圖如圖1所示，本發(fā)明復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器具有2個以上驅(qū)動端和數(shù)量比驅(qū)動端少一個的發(fā)電端及數(shù)量為2倍發(fā)電端的絕緣片，上述各件其順序是按第1個驅(qū)動端1a、第1個絕緣片2a、第1個發(fā)電端3a、第2個絕緣片2b、第2個驅(qū)動端1b、第3個絕緣片2c、第2個發(fā)電端3b、第4個絕緣片2d、第3個驅(qū)動端1c……依次類推至第n個驅(qū)動端1n、第2n－1個絕緣片22n－1、第n個發(fā)電端3n、第2n個絕緣片22n第n＋1個驅(qū)動端1n＋1，構(gòu)成一個多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷變壓器。其中n≤10，對平面擴(kuò)張振動模式者n取1-4最佳，厚度方向振動模式者n取7-9最佳。
該變壓器的第一個和最后一個驅(qū)動端的外表面分別與兩片絕緣膜4a、4b相連接。并分別設(shè)有驅(qū)動端輸入電極4a01、4b01。驅(qū)動端、發(fā)電端和絕緣片之間的結(jié)合，可采用焊接、粘接或低溫?zé)Y(jié)。如圖1、2所示，驅(qū)動端1a、1b……1n均為被覆好外電極，101、102的壓電陶瓷片。各驅(qū)動端由引出電極串聯(lián)或并聯(lián)引出。其極化方向103以箭頭方向表示。
如圖1、3、4所示發(fā)電端3a、3b……3n，是由相同材料若干層壓電陶瓷薄片形成一個發(fā)電組，或由可同、可異的壓電材料形成多個發(fā)電組；每一奇數(shù)壓電陶瓷片的內(nèi)電極3A6、3B6與每一偶數(shù)薄片的內(nèi)電極3A5、3B5交錯排列，相互絕緣，分別構(gòu)成發(fā)電端A組內(nèi)甲匯流電極3A2及內(nèi)乙匯流電極3A1，和構(gòu)成發(fā)電端B組內(nèi)甲匯流電極3B2及內(nèi)乙匯流電極3B1；相鄰壓電陶瓷薄片3A3或3B3的極化方向3A4或3B4相反，各發(fā)電組可以并聯(lián)或串聯(lián)引出，或分別引出。
圖1中所示絕緣片2a、2b……2n可是無機(jī)膜片/或是高分子復(fù)合材料膜片，其表面可制備導(dǎo)入驅(qū)動電流和導(dǎo)出輸出電流的引出電極2a01、2b01相聯(lián)接，2c01與2d01相聯(lián)接，2e01可推出來應(yīng)與下一個絕緣片的引出電極2f01相聯(lián)接，而絕緣膜22n－2的引出電極22n－201可推出來應(yīng)與上一個絕緣片的引出電極22n－301相連接。驅(qū)動端和發(fā)電端的壓電陶瓷片其軸向截面可以是任意幾何形狀。
實施例經(jīng)試驗已制成。軸向截面為直徑26毫米，厚度為6毫米，發(fā)電端n＝1，采用平面擴(kuò)張振模的片型壓電陶瓷變壓器，其絕緣強(qiáng)度＞73750伏(交流有效值)諧振頻率86.0千赫茲輸出功率＞22.0瓦最佳轉(zhuǎn)換效率＞90％重量22克上述指標(biāo)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)小型電子變壓器。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，其特征在于具有2個以上驅(qū)動端和比驅(qū)動端少一個的發(fā)電端及數(shù)量為2倍發(fā)電端的絕緣片，上述各件其順序是按第1個驅(qū)動端(1a)、第1個絕緣片(2a)、第1個發(fā)電端(3a)、第2個絕緣片(2b)、第2個驅(qū)動端(1b)、第三個絕緣片(2c)、第2個發(fā)電端(3b)、第4個絕緣片(2d)、第3個驅(qū)動端(1c)……依次類推到第n個(n為自然數(shù)n≤10)驅(qū)動端(1n)、第2n－1個絕緣片(22n－1)、第n個發(fā)電端(3n)、第2n個絕緣片(2n)、第n＋1個驅(qū)動端(3n＋1)，構(gòu)成一個多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷變壓器，該變壓器第一個和最后一個驅(qū)動端的外表面分別與兩片絕緣膜(4a、4b)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，其特征是所述驅(qū)動端、發(fā)電端和絕緣片之間，可采用焊接或粘結(jié)及低溫?zé)Y(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，其特征是所述驅(qū)動端(1)均為被覆好外電極(101、102)的壓電陶瓷片，即各驅(qū)動端由引出電極并聯(lián)或串聯(lián)引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，其特征是所述每個發(fā)電端(3a、3b……3n)是由相同材料若干層壓電薄片形成一個發(fā)電組或由可同、可異的壓電材料形成多個發(fā)電組；每一奇數(shù)壓電陶瓷薄片的內(nèi)電極(3A6、3B6)與每一偶數(shù)薄片的內(nèi)電極(3A5、3B5)交錯排列，相互絕緣，分別構(gòu)成發(fā)電端A組內(nèi)甲匯流電極(3A2)及內(nèi)乙匯流電極(3A1)，和構(gòu)成發(fā)電端B組內(nèi)甲匯流電極(3B2)及內(nèi)乙匯流電極(3B1)；相鄰壓電陶瓷薄片(3A3、3B3)的極化方向(3A4、3B4)相反，各發(fā)電組可以并聯(lián)或串聯(lián)引出，或分別引出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，其特征是所述絕緣片(2a、2b……)是無機(jī)膜片或是高分子復(fù)合材料膜片，其表面制備導(dǎo)入驅(qū)動端電流和導(dǎo)出輸出電流的引出電極(2a01、2b01……)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，其特征是所述驅(qū)動端、發(fā)電端的壓電陶瓷片，其軸向截面可以是任意幾何形狀。
全文摘要
一種復(fù)合結(jié)構(gòu)壓電陶瓷變壓器，特點是具有2個以上驅(qū)動端和數(shù)量比驅(qū)動端少一個的發(fā)電端及數(shù)量為2倍發(fā)電端的絕緣片，上述各件按驅(qū)動端、絕緣片、發(fā)電端、絕緣片、驅(qū)動端……依次構(gòu)成一個多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷變壓器；其優(yōu)點是可實現(xiàn)電源變壓器微型化，片型化，電壓變比較低，可方便的變換輸入/輸出級間關(guān)系，級間有較高的絕緣強(qiáng)度，安全保護(hù)好和焊接方便。
文檔編號H01L41/083GK1122957SQ9411777
公開日1996年5月22日 申請日期1994年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月10日
發(fā)明者鄧維體, 李竑一 申請人:北京偉泰電子電器有限公司