軸向振動功率型壓電陶瓷變壓器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓電變壓器技術領域，特別涉及一種軸向振動功率型壓電陶瓷變壓 器。
【背景技術】
[0002] 目前，傳統(tǒng)的升高或降低交變電壓的途徑是利用電磁變壓器。電磁變壓器主要由 鐵芯以及圍繞鐵芯的線圈組成。在電磁變壓器中，初級和次級線圈是通過磁芯而實現(xiàn)電磁 耦合的。在一些電力及大功率電子應用技術中，大型的電磁變壓器是非常有效的。然而，隨 著科學技術的發(fā)展以及電子器件小型化的進程開始，電子工業(yè)中的許多應用都需要外形尺 寸較小的高效元器件，因而對小型高效變壓器的需求量越來越大。由于其固有原因，例如導 體的趨膚效應損失、細導線的傳導損失以及磁性材料中的弛豫損耗隨著變壓器的尺寸減小 而迅速增大等，使得現(xiàn)有的電磁變壓器很難實現(xiàn)高效小型化。目前，電磁變壓器已經(jīng)成為電 路板上體積最大的電子器件，并且成為了電子器件小型化的最大障礙之一。另外，電磁變壓 器所固有的漏磁現(xiàn)象及電磁輻射等問題對于環(huán)境都會造成一定的污染，因而也不利于環(huán)保 的要求。
[0003] 為了克服這一問題，實現(xiàn)電子器件的小型化，人們提出了壓電陶瓷變壓器的概念。 壓電陶瓷變壓器基本上是由兩個機械部分相互耦合而電路部分相互絕緣的壓電陶瓷共振 器（或壓電陶瓷換能器以及壓電陶瓷致動器）組成。壓電陶瓷變壓器是一種新型的電壓或 電流變換器件，其工作原理與傳統(tǒng)的電磁變壓器不同。在壓電陶瓷變壓器中，初級與次級之 間的耦合不是通過傳統(tǒng)的電磁效應，而是借助于機械耦合以及壓電材料的壓電效應來實現(xiàn) 的。傳統(tǒng)的壓電陶瓷變壓器基本上都是由輸入壓電陶瓷元件和輸出壓電陶瓷元件兩部分直 接耦合而成，由于壓電陶瓷材料本身熱傳導能力較弱，因此常常出現(xiàn)壓電陶瓷變壓器過熱 等現(xiàn)象，從而影響壓電陶瓷變壓器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠改善變壓器散熱、增大變壓器的功率容量以及提 高其機電性能的軸向振動功率型壓電陶瓷變壓器。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是該變壓器包括輸入壓電陶瓷體 與輸出壓電陶瓷體，在輸入壓電陶瓷體與輸出壓電陶瓷體之間以及輸入壓電陶瓷體與輸 出壓電陶瓷體的外側(cè)分別設置有金屬圓柱體，金屬圓柱體與輸入壓電陶瓷體、輸出壓電陶 瓷體同軸設置且金屬圓柱體與輸入壓電陶瓷體、輸出壓電陶瓷體疊加的總高度H滿足： HMRmax，Rmax為最大直徑的金屬圓柱體所對應的半徑，所述輸入壓電陶瓷體與輸出壓電陶 瓷體的半徑小于等于與之臨接的金屬圓柱體的半徑。
[0006] 上述輸入壓電陶瓷體與輸出壓電陶瓷體之間最好能夠采用軸向延伸的預應力螺 栓連接，以加強各部分之間的連接強度。
[0007] 上述輸入壓電陶瓷體和輸出壓電陶瓷體分別是由偶數(shù)個壓電陶瓷片層疊而成。
[0008] 上述金屬圓柱體可以是鋁、鋼、銅、鋁合金、鈦合金或不銹鋼材質(zhì)的圓柱體。
[0009] 當給定壓電陶瓷變壓器各部分的材料和尺寸后，利用共振頻率設計方程（1)就可 以設計不同頻率、不同振動模式、不同幾何尺寸以及不同變壓比的壓電陶瓷變壓器，同時利 用變壓器的電壓變換比方程（2)就可以得出壓電變壓器的電壓變換比大小。
[0010] 本發(fā)明得出的壓電陶瓷變壓器的共振頻率設計方程為式（1)，
[0011]
【主權項】
1. 一種軸向振動功率型壓電陶瓷變壓器，包括輸入壓電陶瓷體（2)與輸出壓電陶瓷體 (4)，其特征在于；在輸入壓電陶瓷體（2)與輸出壓電陶瓷體（4)之間W及輸入壓電陶瓷體 (2)與輸出壓電陶瓷體（4)的外側(cè)分別設置有金屬圓柱體，金屬圓柱體與輸入壓電陶瓷體 (2)、輸出壓電陶瓷體（4)同軸設置且金屬圓柱體與輸入壓電陶瓷體（2)、輸出壓電陶瓷體 (4)疊加的總高度H滿足；H〉4Rmax，Rmax為最大直徑的金屬圓柱體所對應的半徑，所述輸入 壓電陶瓷體（2)與輸出壓電陶瓷體（4)的半徑小于等于與之臨接的金屬圓柱體的半徑。
2. 根據(jù)權利要求1所述的軸向振動功率型壓電陶瓷變壓器，其特征在于：所述輸入壓 電陶瓷體似與輸出壓電陶瓷體（4)之間通過軸向延伸的預應力螺栓做連接。
3. 根據(jù)權利要求2所述的軸向振動功率型壓電陶瓷變壓器，其特征在于：所述輸入壓 電陶瓷體（2)和輸出壓電陶瓷體（4)分別是由偶數(shù)個壓電陶瓷片層疊而成。
4. 根據(jù)權利要求1所述的軸向振動功率型壓電陶瓷變壓器，其特征在于：所述金屬圓 柱體是侶、鋼、銅、侶合金、鐵合金或不誘鋼材質(zhì)的圓柱體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軸向振動功率型壓電陶瓷變壓器，其是包括輸入壓電陶瓷體與輸出壓電陶瓷體，在輸入壓電陶瓷體與輸出壓電陶瓷體之間以及輸入壓電陶瓷體與輸出壓電陶瓷體的外側(cè)分別設置有金屬圓柱體，本發(fā)明利用金屬圓柱體，有效改善變壓器的散熱效果，增大變壓器的功率容量，大大提高其機電性能的作用，同時借助于改變壓電陶瓷變壓器中金屬圓柱的幾何尺寸，可以很方便的改變此類新型的壓電陶瓷變壓器的工作頻率，以適應不同的應用場合，因而還可以降低成本。
【IPC分類】H01L41-053, H01L41-113, H01L41-083, H02N2-00
【公開號】CN104681712
【申請?zhí)枴緾N201510072903
【發(fā)明人】林書玉
【申請人】陜西師范大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月11日