專利名稱：自耦式壓電陶瓷降壓變壓器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)電子元器件，具體涉及一種壓電陶瓷降壓變壓器。
人門已經(jīng)知道在電子陶瓷電力器件應(yīng)用領(lǐng)域中，利用壓電陶瓷正逆壓電效應(yīng)進(jìn)行電壓或電流轉(zhuǎn)換的技術(shù)，具體地說(shuō)，這種技術(shù)就是通過(guò)對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行一定的極化取向和電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用逆壓電效應(yīng)使壓電陶瓷在輸入端電壓激勵(lì)下產(chǎn)生機(jī)械振蕩，然后利用正壓電效應(yīng)使該機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為輸出端的電能，從而實(shí)現(xiàn)電力傳輸過(guò)程中以機(jī)械能為媒介的電能互換。在該能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，壓電陶瓷變壓器的結(jié)構(gòu)和尺寸、振動(dòng)方式和電能取出方式影響了壓電陶瓷變壓器自身的輸入和輸出電阻抗特性。當(dāng)輸入和輸出端的電阻抗不等時(shí)，其輸入和輸出端間的電壓在負(fù)載匹配情況下將不相等，這在效果上便等同于電磁式變壓器，即通常所謂的壓電陶瓷變壓器。
壓電陶瓷變壓器從功能上可分為升壓和降壓二種，前者是以高輸出電壓為主要目的，而后者是以高輸出功率、大電流為主要目的。它們已成為近年來(lái)特別引入注目的電子陶瓷元件，其原因是與目前大量應(yīng)用的電磁式變壓器相比，具有不可燃、無(wú)電磁輻射、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適合于近年來(lái)迅猛發(fā)展的小型化電子如通訊、計(jì)算機(jī)設(shè)備等。90年代初，日本重要的公司和研究機(jī)構(gòu)，如NEC、Toshiba、Tokin等公司以及東京工業(yè)大學(xué)即以計(jì)算機(jī)設(shè)備為應(yīng)用目標(biāo)，開展了壓電陶瓷變壓器應(yīng)用研究。經(jīng)過(guò)了近十年的研究工作后，率先在便攜式手提計(jì)算機(jī)液晶屏幕顯示和計(jì)算機(jī)降壓變壓器這種量大面廣的應(yīng)用。因而，可以預(yù)計(jì)壓電陶瓷變壓器在未來(lái)的電子元件器件中有著重要的地位。


圖1所示的是1956年Rosen首先提出的壓電陶瓷升壓變壓器結(jié)構(gòu)。這種變壓器是利用壓電陶瓷的壓電應(yīng)變系數(shù)d31產(chǎn)生橫向振動(dòng)，然后利用壓電應(yīng)變系數(shù)d33來(lái)獲得與振動(dòng)方向平行的縱向電場(chǎng)來(lái)獲得高輸出電壓。在這種結(jié)構(gòu)中，輸入和輸出端電阻抗相差大才能保證負(fù)載有高的輸出電壓，因而變壓器一般采用的是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。目前大多數(shù)壓電陶瓷升壓變壓器都是以Rosen型結(jié)構(gòu)為基本雛形而發(fā)展的產(chǎn)品，用于便攜式手提計(jì)算機(jī)液晶屏幕顯示便是采用Rosen改進(jìn)型多層陶瓷電壓變壓器而工作的。日本專利申請(qǐng)第09059969號(hào)是這種類型的壓電陶瓷變壓器的一個(gè)實(shí)例。
圖2所示的電壓電陶瓷降壓變壓器常用的基本結(jié)構(gòu)。它的輸入和輸出電流一般均很大，降壓比在小于1和大于0.1之間，因而能滿足于日益增長(zhǎng)的小型化、大電流交流-交流(AC-AC)和直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用要求。該器件的輸入和輸出電阻抗不大且很接近，因而輸入和輸出端的電極結(jié)構(gòu)通常是對(duì)稱的或相近的，它們的振動(dòng)模式亦是相同的。日本Tokin公司就是采用了與圖2(a)相似的多層陶瓷片的輸入和輸出結(jié)構(gòu)，制備了80瓦功率的縱向厚度振動(dòng)模式壓電陶瓷降壓變壓器，它的降壓比接近0.4，用于計(jì)算機(jī)的交流-交流(AC-AC)轉(zhuǎn)換器中。授予Takeshi Ⅰ等人的美國(guó)專利第5,118,982是這種壓電陶瓷變壓器的一個(gè)實(shí)例。
在以上二種壓電陶瓷變壓器中，輸入和輸出端處的壓電陶瓷至今都采用了傳統(tǒng)的工作方式即與輸入端部分相連的那部分壓電陶瓷在電壓驅(qū)動(dòng)下使壓電陶瓷器件產(chǎn)生整體機(jī)械振動(dòng)，通過(guò)駐波振動(dòng)將機(jī)械能傳遞至另一作為輸出端的壓電陶瓷上來(lái)獲得電能。這種工作方式對(duì)于升壓變壓器而言尚可；但對(duì)降壓變壓器而言卻有些不足。以圖2所示一些常用降壓變壓器為例，單片壓電陶瓷制成的降壓變壓器太長(zhǎng)，很難小型化，功率亦低；而二片壓電陶瓷制成的降壓變壓器在降壓比為0.4～0.1間，其電功率轉(zhuǎn)換效率小于60％(J.W.Waanders,Piezoelectric Ceramics:properties and applications,Philips,1991)。以上問(wèn)題雖然用多層陶瓷結(jié)構(gòu)作為輸入和輸出端能有效地解決，但多層壓電陶瓷結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如采用流延或軋膜以及多層壓電陶瓷片與內(nèi)電極共燒技術(shù)制備多層片式壓電變壓器，將增加工藝難度和生產(chǎn)成本；而采用粘結(jié)劑粘結(jié)傳統(tǒng)干壓法得到的壓電陶瓷片來(lái)制備多層壓電陶瓷結(jié)構(gòu)器件，這種制備方法雖然制備工藝簡(jiǎn)單、成本提高不大，但粘結(jié)劑與壓電陶瓷機(jī)械阻抗不匹配，將大大提高器件機(jī)械阻抗，從而降低器件的電功率轉(zhuǎn)換效率。所以，傳統(tǒng)的工作方式對(duì)多層壓電陶瓷降壓變壓器而言，存在著制備工藝要求高和性能可下降等不足。其次，測(cè)試壓電陶瓷變壓器性能時(shí)，常發(fā)現(xiàn)輸入電壓和電流間有一個(gè)相位角，它表明變壓器的無(wú)功功率占有一定的比例，因而人們通常在輸入端加一個(gè)電感來(lái)調(diào)節(jié)該相位角，使得其接近于零度，但這種方法的工作頻帶邊窄，且增加成本和器件的體積。最后，傳統(tǒng)的工作方式使器件設(shè)計(jì)不夠靈活，也限制器件尺寸進(jìn)一步微小型化。因此，探索結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備方便、性能良好的新型壓電陶瓷降壓變壓器對(duì)提高器件性能和器件小型化有實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種自耦式壓電陶瓷降壓器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備自耦式壓電陶瓷降壓變壓器的方法。
本發(fā)明所提供的自耦式壓電陶瓷降壓變壓器，其包括二片設(shè)置在變壓器的輸入和輸出端的壓電陶瓷材料制成壓電陶瓷片，該二片壓電陶瓷片用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)層粘結(jié)，每一個(gè)壓電陶瓷片的二個(gè)表面均設(shè)置有電極，以及連接到相應(yīng)電極的輸入和輸出端電壓的引線，其特征在于該二片壓電陶瓷極化方向相同，激勵(lì)二片壓電陶瓷振動(dòng)的輸入電壓是加在二片壓電陶瓷片上，二片壓電陶瓷片間引出的電線與輸入端的地線之間作為該壓電陶瓷變壓器的降壓輸出端。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，壓電陶瓷是圓形的，另一片的圓周上對(duì)稱地磨去一拱形部分，該二片壓電陶瓷粘結(jié)后，在未磨陶瓷部分的電極上引出壓電陶瓷變壓器的輸出端引線。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面，該壓電陶瓷以徑向振動(dòng)方式激勵(lì)，振動(dòng)模態(tài)包括低階和高階的振動(dòng)模態(tài)。
在本發(fā)明中該二片壓電陶瓷片的厚度可以相等，也可以不相等。
在本發(fā)明的又另一個(gè)方面，其輸出端的壓電陶瓷至少為一片壓電陶瓷片，該至少一片壓電陶瓷片在電學(xué)上并聯(lián)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上串聯(lián)，從而可進(jìn)一步降低輸出電壓與輸入電壓的比例。
在本發(fā)明中該二片壓電陶瓷片為不同厚度的干壓法、軋膜法、流延法制成的壓電陶瓷片。
在本發(fā)明中該二片壓電陶瓷片間的粘結(jié)層為有機(jī)材料粘結(jié)劑，還包括與該陶瓷片一體化燒結(jié)的銀電極，和陶瓷素坯與銀鈀內(nèi)電極共燒的一體化陶瓷/電極。
在本發(fā)明中，該二片壓電陶瓷的極化方向相互平行，而壓電陶瓷在長(zhǎng)度方向上以橫向d31振動(dòng)模式和厚度方向上以縱向d33振動(dòng)模式激勵(lì)，以及在圓片和圓環(huán)上以徑向振動(dòng)模式激勵(lì)，而其振動(dòng)模態(tài)為低階和高階振動(dòng)模式。
本發(fā)明的自耦式壓電陶瓷降壓變壓器的制備方法如下在二片壓電陶瓷圓片上覆蓋以銀電極料漿；之后，將該二片壓電陶瓷圓片進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)該銀電極；再對(duì)帶該電極的陶瓷進(jìn)行極化，使其具有壓電性能；在其中的一片壓電陶瓷片的對(duì)稱邊緣處各磨去一個(gè)拱形部分，使之成類似橢圓形狀；用環(huán)氧樹脂粘接劑均勻地涂在該二圓片壓電陶瓷的一個(gè)電極面上，再用模具將該二片壓電陶瓷片緊密地粘結(jié)在一起，該環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑便形成一粘結(jié)層；再在該二片陶瓷片的最上和最下面電極，以及在該二片壓電陶瓷之間那部分未磨去陶瓷邊緣上的電極上分別焊接以作為變壓器的輸入和輸出端的電線。
本發(fā)明器件的制備方法還包括軋膜法和流延法及內(nèi)電極共燒技術(shù)。在本發(fā)明的壓電陶瓷降壓變壓器的部件結(jié)構(gòu)上包括采用二層相同陶瓷厚度和不同的厚度，以及三層或三層以上陶瓷組成不同變壓比的壓電陶瓷變壓器。在陶瓷振動(dòng)模式上除徑向振動(dòng)模式外，還包括壓電系統(tǒng)d31橫向長(zhǎng)度伸縮模式，壓電系數(shù)d33縱向厚度模式。
本發(fā)明所提供的自耦式降壓陶瓷降壓變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備方便、器件尺寸小、能有效地降低輸出電壓和高電功率轉(zhuǎn)換效率的本發(fā)明的特點(diǎn)是1．從制備工藝看，本發(fā)明的器件可用傳統(tǒng)的干壓壓電陶瓷片和粘結(jié)劑來(lái)制備多層結(jié)構(gòu)壓電降壓變壓器，即使生產(chǎn)條件簡(jiǎn)單的企業(yè)單位也可容易制作，因而可降低成本。
2．從器件結(jié)構(gòu)看，以往用二片壓電陶瓷較難實(shí)現(xiàn)的壓電陶瓷降壓變壓器，現(xiàn)本發(fā)明結(jié)構(gòu)即可制備成功，因而不僅有利制備，且簡(jiǎn)單的器件結(jié)構(gòu)也有利克服復(fù)雜結(jié)構(gòu)可能帶來(lái)的新問(wèn)題。
3．從器件尺寸看，由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)的降低功能是通過(guò)電陶瓷電學(xué)串聯(lián)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因而充分利用了輸入端本身的降壓作用。這一結(jié)構(gòu)比以往壓電陶瓷降壓變壓器更易小型化。
4．從輸入和輸出電壓的連接方式看，輸入和輸出端處的壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下能產(chǎn)生共同振動(dòng)，因而粘結(jié)劑對(duì)器件機(jī)械阻抗并不產(chǎn)生很大的影響，從而消除傳統(tǒng)工作方式中用粘結(jié)劑粘結(jié)壓電陶瓷對(duì)變壓器性能產(chǎn)生不利的影響，有利降低成本。
5．從壓電陶瓷的激勵(lì)方式看，就我們所知，至今未見(jiàn)這種工作方式用于壓電陶瓷降壓變壓器上。這也是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在它使壓電陶瓷降壓變壓器具有以上各優(yōu)點(diǎn)，使降壓變壓器的設(shè)計(jì)和制作更趨靈活性。
以下用具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步闡明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1為Rosen型壓電陶瓷升壓變壓器的示意結(jié)構(gòu)圖；圖2為壓電陶瓷降壓變壓器的示意結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的自耦式徑向振動(dòng)壓電陶瓷降壓變壓器的示意結(jié)構(gòu)圖；圖4為壓電陶瓷圓片對(duì)稱地磨去部分陶瓷后的壓電陶瓷形狀。
圖5示出壓電陶瓷圓片徑向振動(dòng)的等效電路；圖6為本發(fā)明的壓電陶瓷變壓器在輸出端帶有不同的阻抗負(fù)載下的負(fù)載與相位角的關(guān)系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖；圖7為本發(fā)明的自耦式徑向振動(dòng)壓電陶瓷變壓器的輸入電壓、電流和二者的相位、輸出電壓和電流，以及電功率轉(zhuǎn)換效率隨負(fù)載阻抗變化的特性曲線。
參照?qǐng)D3，所示為本發(fā)明所提供的壓電陶瓷降壓變壓器，其包括二片設(shè)置在變壓器的輸入和輸出端的壓電陶瓷材料制成壓電陶瓷片1，該二片壓電陶瓷片1用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)層3粘結(jié)，每一個(gè)壓電陶瓷片的二個(gè)表面均設(shè)置有電極2，以及連接到相應(yīng)電極的輸入和輸出端電壓的引線4，該二片壓電陶瓷極化方向P相同，激勵(lì)該二片壓電陶瓷片1振動(dòng)的輸入電壓Vin是加在二片壓電陶瓷片1上，該二片壓電陶瓷片1間引出的電線4與輸入端的地線之間作為該壓電陶瓷變壓器的降壓輸出端。
本發(fā)明的壓電陶瓷可以是圓形的，此時(shí)，另一片的圓周上對(duì)稱地磨去一拱形部分，形成如圖4所示的類似于橢圓的形狀，該二片壓電陶瓷片經(jīng)粘結(jié)后，在未磨陶瓷部分的電極2上引出壓電陶瓷變壓器的輸出端引線4。
在本發(fā)明中，該壓電陶瓷片以徑向振動(dòng)方式激勵(lì)，振動(dòng)模態(tài)包括低階和高階的振動(dòng)模態(tài)。
在本發(fā)明中，該二片壓電陶瓷片的厚度可以相等，也可以不相等。
本發(fā)明的壓電陶瓷降壓變壓器其輸出端的壓電陶瓷片至少為一片壓電陶瓷片，為進(jìn)一步降低輸出電壓Vout與輸入電壓Vin的比例，通常采用二片或二片以上壓電陶瓷片，各片壓電陶瓷片的連接關(guān)系，在電學(xué)上需體現(xiàn)成相互并聯(lián)，而在機(jī)械結(jié)構(gòu)上則體現(xiàn)成相互串聯(lián)。
在本發(fā)明中，該二片壓電陶瓷片1可用不同的方法制成，諸如采用干壓法、軋膜法、流延法制成該壓電陶瓷片，各該壓電陶瓷片也可具有不同的厚度。
在本發(fā)明中，該二片壓電陶瓷片1間的粘結(jié)層3為有機(jī)材料粘結(jié)劑，還包括與該壓電陶瓷片一體化燒結(jié)的銀電極2，和陶瓷素坯與銀鈀內(nèi)電極共燒的一體化陶瓷/電極。
在本發(fā)明中，該二片壓電陶瓷片1的極化方向P相互平行，而該壓電陶瓷片1在長(zhǎng)度方向上，以橫向d31振動(dòng)模式激勵(lì)，在厚度方向上以縱向d33振動(dòng)模式激勵(lì)，以及在圓片或圓環(huán)上以徑向振動(dòng)模式激勵(lì)，而其振動(dòng)模態(tài)為低階和高階振動(dòng)模式。
本發(fā)明提供的制備自耦式壓電陶瓷降壓變壓器的制備方法包括在二片壓電陶瓷圓片1上覆蓋以銀電極2料漿；之后，將該二片壓電陶瓷圓片進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)該銀電極；再對(duì)帶該電極的陶瓷進(jìn)行極化，使其具有壓電性能；在其中的一片壓電陶瓷片的對(duì)稱邊緣處各磨去一個(gè)拱形部分，使之成類似橢圓形狀；用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑均勻地涂在該二圓片壓電陶瓷的一個(gè)電極面上，再用模具將該二片壓電陶瓷片1緊密地粘結(jié)在一起，該環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑便形成粘結(jié)層3；再在該二片陶瓷片1的最上和最下面電極2，以及在該二片壓電陶瓷片1之間那部分未磨去陶瓷邊緣上的電極上分別焊接以作為變壓器的輸入和輸出端的電線4。
本發(fā)明器件的制備方法還包括軋膜法和流延法及內(nèi)電極共燒技術(shù)。在本發(fā)明的壓電陶瓷降壓變壓器的部件結(jié)構(gòu)上包括采用二層相同陶瓷厚度和不同的厚度，以及三層或三層以上陶瓷組成不同變壓比的壓電陶瓷變壓器。在陶瓷振動(dòng)模式上除徑向振動(dòng)模式外，還包括壓電系統(tǒng)d31橫向長(zhǎng)度伸縮模式，壓電系數(shù)d33縱向厚度模式。
實(shí)施例以PZT基壓電陶瓷材料作為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的基本材料制備陶瓷圓片，被上銀電極后在高溫?zé)Y(jié)該銀電極、極化該陶瓷，以獲得單片壓電陶瓷圓片，其尺寸如下直徑φ=22.15毫米，厚度t=1.53毫米，面積A=385.2平方毫米。
對(duì)上述實(shí)施例中用以制成本發(fā)明的自耦式壓電陶瓷降壓變壓器的單片陶瓷圓片的材料的性能進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)量結(jié)果如下介電系數(shù)εT33(1kHz)為1000；機(jī)電耦合系數(shù)Kp為0.51圖5示出本發(fā)明的自耦式壓電陶瓷降壓變壓器的壓電陶瓷單片徑向振動(dòng)的等效電路。對(duì)如圖5所示的單片壓電陶瓷徑向振動(dòng)等效電路進(jìn)行性能測(cè)試，其結(jié)果測(cè)得該單片壓電陶瓷徑向振動(dòng)的共振頻fr為102.8kHz，而其反共振頻率fa為115.9kHz；還測(cè)得其等效負(fù)載電阻R為4.95歐姆，等效電感L為4.20號(hào)亨利，等效電容Ca為567微微法拉，等效電容Cb為1880微微法拉，機(jī)械Q因子Qm為554。
如圖4所示的本發(fā)明的壓電陶瓷變壓器中已對(duì)稱地磨去其中一片壓電陶瓷的邊緣后的形狀。如圖中所示已磨去的拱形高度為1毫米。用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)已磨去邊緣和未磨去邊緣的壓電陶瓷圓片成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。測(cè)量如圖3所示的由二片壓電陶瓷片構(gòu)成壓電陶瓷變壓器在輸出端開路情況下的徑向振動(dòng)的等效電路性能，測(cè)試結(jié)果如下等效負(fù)載電阻R為9.31歐姆，等效電感L為10.6毫亨利，等效電容Ca為231微微法拉，等效電容Cb為905微微法拉，機(jī)械Q因子Qm為725。
從上述測(cè)量結(jié)果，可以看到粘結(jié)劑對(duì)壓電陶瓷降壓變壓器的徑向振動(dòng)無(wú)大的影響。計(jì)算結(jié)果，輸出端的負(fù)載的匹配電阻為90歐姆。
圖6示出用HP4194阻抗分析儀測(cè)量壓電陶瓷變壓器在輸出端上帶有不同負(fù)載阻抗下的相位角關(guān)系，其中輸出端短路時(shí)，θ接近+90°，表明電路為電感性電路；輸出端為開路時(shí)，θ接近-90°，表明電路為電容性電路；而接近匹配電阻時(shí)，θ接近于零度，亦即接近純電阻電路。所以，當(dāng)輸出端連接匹配純電阻負(fù)載時(shí)，輸入端電功率將消耗在負(fù)載上。因此，當(dāng)壓電變壓器自身機(jī)械阻抗很小時(shí)，壓電陶瓷變壓器有大的電功率轉(zhuǎn)換效率。
圖7示出在測(cè)量輸入有效電壓為35V時(shí)，在不同輸出負(fù)載時(shí)壓電陶瓷變壓器的輸入電流、輸入電壓和電流間的相位角、輸出電壓和電流以及電功率轉(zhuǎn)換效率。圖7顯示輸出電壓在負(fù)載匹配時(shí)為16.5V，約為輸入電壓的1/2；相位角θ與用阻抗分析儀基本一致，即在輸出端與負(fù)載阻抗匹配時(shí)，θ接近于零度。在該電壓下的輸出功率在0.3～0.4之間，效率最高達(dá)94％。以上壓電陶瓷變壓器性能測(cè)量過(guò)程中，壓電陶瓷變壓器的溫度未發(fā)生變化。
權(quán)利要求
1．一種自耦式壓電陶瓷降壓變壓器，其包括二片設(shè)置在變壓器的輸入和輸出端的壓電陶瓷材料制成壓電陶瓷片，所述二片壓電陶瓷片用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)層粘結(jié)，每一個(gè)所述壓電陶瓷片的二個(gè)表面均設(shè)置有電極，以及連接到相應(yīng)電極的輸入和輸出端電壓的引線，其特征在于所述二片壓電陶瓷極化方向相同，激勵(lì)二片壓電陶瓷振動(dòng)的輸入電壓是加在所述二片壓電陶瓷片上，所述二片壓電陶瓷片間引出的電線與輸入端的地線之間作為所述壓電陶瓷變壓器的降壓輸出端。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于二片壓電陶瓷片中的一片壓電陶瓷是圓形的，另一片的圓周上對(duì)稱地磨去一拱形部分，所述二片壓電陶瓷粘結(jié)后，在未磨陶瓷部分的電極上引出壓電陶瓷變壓器的輸出端引線。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器，其特征在于所述壓電陶瓷以徑向振動(dòng)方式激勵(lì)，振動(dòng)模態(tài)包括低階和高階的振動(dòng)模態(tài)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于所述二片壓電陶瓷片的厚度相等。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于所述二片壓電陶瓷片的厚度不相等。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征在于輸出端的壓電陶瓷至少為一片壓電陶瓷片，所述至少一片壓電陶瓷片在電學(xué)上并聯(lián)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上串聯(lián)，從而進(jìn)一步降低輸出電壓與輸入電壓的比例。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的變壓器，其特征在于所述二片壓電陶瓷片間的粘結(jié)層為有機(jī)材料粘結(jié)劑，還包括與所述陶瓷片一體化燒結(jié)的銀電極，和陶瓷素坯與銀鈀內(nèi)電極共燒的一體化陶瓷/電極。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的變壓器，其特征在于所述二片壓電陶瓷片為由干壓法、軋膜法、流延法中的一種方法制成的不同厚度的壓電陶瓷片。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的變壓器，其特征在于所述二片壓電陶瓷片為由干壓法、軋膜法、流延法中的一種方法制成的不同厚度的壓電陶瓷片。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，所述二片壓電陶瓷的形狀包括長(zhǎng)方形、方形以及圓環(huán)形，所述二片壓電陶瓷的極化方向相互平行，相應(yīng)地，壓電陶瓷在長(zhǎng)度方向上以橫向d31振動(dòng)模式激勵(lì)、厚度方向上以縱向d33振動(dòng)模式激勵(lì)，及在圓片和圓環(huán)上以徑向振動(dòng)模式激勵(lì)，而其振動(dòng)模態(tài)可以是低階和高階振動(dòng)方式。
11．一種制備自耦式壓電陶瓷降壓變壓器的方法，所述方法包括在二片壓電陶瓷圓片上覆蓋以銀電極料漿；將所述二片壓電陶瓷圓片進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)所述銀電極；再對(duì)帶所述電極的壓電陶瓷片進(jìn)行極化，使其具有壓電性能；在其中的一片壓電陶瓷片的對(duì)稱邊緣處各磨去一個(gè)拱形部分，使之成類似橢圓形狀；用環(huán)氧樹脂粘接劑均勻地涂在所述二圓片壓電陶瓷片的一個(gè)電極面上，再用模具將所述二片壓電陶瓷片緊密地粘結(jié)在一起，該環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑便形成一粘結(jié)層；再在所述二片陶瓷的最上和最下面電極，以及在所述二片壓電陶瓷之間那部分未磨去陶瓷邊緣上的電極上分別焊接以作為變壓器的輸入和輸出端的電線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷降壓變壓器的新型結(jié)構(gòu)和制備方法。它利用輸入和輸出端的電學(xué)串聯(lián)結(jié)構(gòu)使壓電陶瓷產(chǎn)生共振,在輸出端輸出低電壓并獲得高電功率轉(zhuǎn)換效率的壓電陶瓷變壓器。該壓電陶瓷變壓器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備方便、器件尺寸小等特點(diǎn),適合于小型化的電子儀器,特別是在小型直流－直流或交流－交流轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01F19/00GK1300087SQ9912644
公開日2001年6月20日 申請(qǐng)日期1999年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月16日
發(fā)明者陳王麗華, 李國(guó)榮, 胡俊輝, 蔡忠龍 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)