專利名稱:多組電極式壓電陶瓷變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種壓電變壓器,特別是一種具備兩組或多組輸入電極,使壓電陶瓷板內(nèi)部滿足震蕩幅度疊加條件的壓電變壓器。
背景技術(shù):
作為變壓器,已知有將線圈繞在鐵心上的電磁式變壓器。該電磁式變壓器由于尺寸大、消耗功率大、以及產(chǎn)生電磁噪音和發(fā)熱,所以不適合作為小型電氣設(shè)備的電源使用。例如,作為液晶顯示器的背面光點亮用的高電壓電源中的變壓器,雖然不需要大的輸出電流,但卻需要1KV-數(shù)瓦左右的輸出電壓,同時要求盡可能小的電磁噪音和消耗功率、以及小型化等;另一方面,由于利用壓電現(xiàn)象產(chǎn)生壓電變壓器幾乎不產(chǎn)生電磁噪音,且能薄型化,所以適合運用在小型設(shè)備的電源用變壓器中。
已有的壓電陶瓷變壓器,請參閱附圖1、2、3所示,這種羅真式壓電陶瓷變壓器結(jié)構(gòu)如附圖1所示,普通的單層羅真式壓電變壓器由壓電陶瓷板20,具有長度、寬度和厚度;位于壓電陶瓷板厚度方向上下兩面的輸入電極為21、22,位于壓電陶瓷板長度方向距離輸入電極遠(yuǎn)端側(cè)面的輸出電極為23,其中輸入電極21、22的長度為壓電陶瓷板長度的一半左右,寬度等于壓電陶瓷板20的寬度,通過將直流電加在輸入電極21、22之間、以及21、22與23之間,對壓電陶瓷板20進(jìn)行極化處理。工作時,將輸入電極21、22中的一個電極接地,將交流電壓加在另一個電極上,交流電壓的頻率與壓電陶瓷板20沿長度方向的固有諧振頻率相等,當(dāng)確定了壓電陶瓷的具體材料和矩形板的尺寸,利用公式f=N/L可推算出壓電陶瓷板板內(nèi)波長為矩形板長度的機(jī)械震蕩波的共振頻率,其中f為共振頻率,N為頻率系數(shù),和壓電陶瓷材料有關(guān),L為矩形板的長度。
如附圖2、3所示,分別以位移分布和變形分布進(jìn)行振動,這時,利用壓電效應(yīng),在輸入電極21、22與輸出電極23之間產(chǎn)生交流電壓,所產(chǎn)生的交流電壓的大小,由壓電陶瓷板20的厚度,輸入電極21、22到輸出電極23之間的距離,以及輸入電壓以及陶瓷板的固有特性決定。即,在壓電變壓器中,通過利用壓電效應(yīng)的能量變換,即電—機(jī)械—電變換,能獲得經(jīng)過變壓后的電壓。
上述為普通的單層羅真壓電變壓器,為了獲得高的升壓比,需要加大尺寸并且將極化電壓加高至數(shù)萬伏,從而增加了體積和工藝難度,限制了壓電變壓器的應(yīng)用,為了獲得高的升壓比并且控制尺寸,后來出現(xiàn)了多層的羅真壓電變壓器,即在輸入電極之間再埋入多層電極,增加機(jī)械振動的效果,然而這大大增加了加工和制作的難度。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服利用羅真壓電陶瓷變壓器獲得高變壓比的一些缺點,要實用新型提供一種采用單層式兩組或多組輸入電極,達(dá)到提高升壓比目的,其方案是在一確定的長度、寬度和厚度的矩形壓電陶瓷板上,在其1/2長度的一邊上、下兩面,安裝第一組輸入電極,在右邊余下1/2長度的壓電陶瓷板上,靠近其左邊的輸入電極,再在1/4壓長度壓電陶瓷板的上、下兩面,安裝第二組輸入電極,在右邊余下1/4長度壓電陶瓷板上,靠近其左邊的輸入電極,再在1/8長度壓電陶瓷板的上、下兩面,安裝第三組輸入電極,以此類推,可制作多組輸入電極,每相鄰二組間的輸入電極不導(dǎo)通,在矩形壓電陶瓷板右邊末端側(cè)邊,安裝輸出電極,自左邊第一組輸入電極起,相鄰兩組輸入電極分別短路后,引出作為第一輸入電極,自左邊第一組輸入電極起,后面一組輸入電極與前面一組輸入電極的直流極化方向相反。其突出的優(yōu)點為,在與傳統(tǒng)羅真壓電變壓器尺寸相當(dāng)?shù)那闆r下,以較低的輸入電壓能夠獲得更高的升壓比,降低了制備工藝難度,并且避免了多層羅真壓電變壓器制作復(fù)雜的弊端。
附圖1是已有的羅真式壓電陶瓷變壓器結(jié)構(gòu)圖。
附圖2是附圖1的壓電效應(yīng)引起的位移分布曲線。
附圖3是附圖1的壓電效應(yīng)引起的變形分布曲線。
附圖4是本實用新型的具有二組輸入電極的壓電陶瓷變壓器結(jié)構(gòu)圖。
附圖5是附圖4壓電效應(yīng)引起的位移分布曲線,實線是第一組輸入電極,虛線是第二組輸入電極。
附圖6是附圖4壓電效應(yīng)引起的變形分布曲線,實線為第一組輸入電極,虛線為第二組輸入電極。
具體實施方式
請參閱附圖4所示,就具有二組輸入電極而言,一塊矩形壓電陶瓷板30,在面2安裝輸出電極11,在左面一邊的上、下兩面,安裝第一組輸入電極7和電極8,長度為矩形板30長度的一半,寬度為矩形板30的寬度;在與第一組輸入電極相鄰的部位,安裝第二組輸入電極9和電極10,電極板長度為矩形板30長度的四分之一,寬度等于矩形板30的寬度,與第一組輸入電極間的間距為1mm。
初始極化時,第一組輸入電極與第二組輸入電極接反向直流電壓,然后將電極7和電極9短路引出作為輸入電極,電極8和電極10短路引出作為另一輸入電極;工作時,兩個輸入端一端接地,另一端加入交流電,頻率為矩形板30內(nèi)波長為矩形板30長度的機(jī)械波共振頻率。
具體特性如下一.基本特性
二外形尺寸
所以,將輸入電極的一端接地,將頻率等于共振頻率的交流電加在輸入電極的另一端,為兩組輸入電極產(chǎn)生的機(jī)械震蕩位移分布曲線和變形分布曲線,如附圖5、6所示,其中實線為第一組輸入電極造成的機(jī)械震蕩曲線,虛線為第二組輸入電極造成的機(jī)械震蕩曲線,由于采取共同頻率的交流電輸入,所以兩組機(jī)械震蕩波長均為矩形板的長度,由于第二組輸入電極之間范圍內(nèi)的極化方向與第一組輸入電極間范圍內(nèi)的極化方向相反,且第一組輸入電極與第二組輸入電極間的振動節(jié)點位置相差板的1/2長度,所以兩組輸入電極產(chǎn)生的機(jī)械震蕩曲線有360度的相位差,這樣,兩組輸入電極產(chǎn)生的機(jī)械震蕩波進(jìn)行疊加,滿足振幅最大條件,故而提高了機(jī)械震蕩的效率,從而可以達(dá)到更高的升壓比。由于第二組輸入電極的覆蓋面積相比第一組輸入電極較小,所以第二組輸入電極產(chǎn)生的機(jī)械震蕩振幅較小。
每組輸入電極間的間距由極化工藝決定,要求為保證每組輸入電極間不導(dǎo)通。
如果繼續(xù)增加輸入電極的數(shù)量,即在與第二組輸入電極相鄰的位置再安裝第三組輸入電極,只要使其長度為第二組輸入電極的一半,即矩形板長度的八分之一,并且在初始極化的時候電壓方向與第二組輸入電極相反,并且使所有三組輸入電極在矩形板同側(cè)的輸入端短路接入,則在負(fù)載交流電工作時,第三組輸入電極造成的機(jī)械震蕩波波長仍為矩形板長度,所以其震蕩波與前兩組輸入電極產(chǎn)生的機(jī)械震蕩波彼此都滿足最大疊加條件,進(jìn)而更大的提高升壓比。另外,此時第三組輸入電極產(chǎn)生的機(jī)械震蕩的振幅相比較第二組輸入電極產(chǎn)生的機(jī)械震蕩幅度更低一些。依照相同的原理,可以繼續(xù)添加輸入電極的數(shù)量,新添加的輸入電極長度為前一組輸入電極的一半,寬度一樣,并且在進(jìn)行初始極化時與前組方向相反,即能夠滿足機(jī)械波的疊加最大條件,提高升壓比。
就相同尺寸的普通單層羅真壓電變壓器和具備兩組輸入電極的本發(fā)明所述壓電變壓器比較而言,在負(fù)載阻抗為70kΩ~100kΩ的前提下,前者的升壓比最大可達(dá)到8,后者的升壓比則可以達(dá)到12~13。
就相同尺寸、相同材料的普通單層羅真壓電元件和具備兩組輸入電極的本發(fā)明所述壓電元件比較而言,其特性如下表所示(測試儀器Agilent 4294A)
權(quán)利要求1,一種多組電極式壓電陶瓷變壓器,其特征在于在一確定的長度、寬度和厚度的矩形壓電陶瓷板上,在其1/2長度的一邊上、下兩面,安裝第一組輸入電極,在右邊余下1/2長度的壓電陶瓷板上,靠近其左邊的輸入電極,再在1/4壓長度壓電陶瓷板的上、下兩面,安裝第二組輸入電極,在右邊余下1/4長度壓電陶瓷板上,靠近其左邊的輸入電極,再在1/8長度壓電陶瓷板的上、下兩面,安裝第三組輸入電極,以此類推,可制作多組輸入電極,每相鄰二組間的輸入電極不導(dǎo)通,在矩形壓電陶瓷板右邊末端側(cè)邊,安裝輸出電極,自左邊第一組輸入電極起,相鄰兩組輸入電極分別短路后,引出作為第一輸入電極,自左邊第一組輸入電極起,后面一組輸入電極與前面一組輸入電極的直流極化方向相反。
專利摘要本實用新型提供一種多組電極式壓電陶瓷變壓器,達(dá)到提高壓電陶瓷變壓比目的,該壓電陶瓷結(jié)構(gòu)是,在一確定的長度、寬度和厚度的矩形壓電陶瓷板上,在其1/2長度的一邊上、下兩面,安裝第一組輸入電極,在右邊余下1/2長度的壓電陶瓷板上,靠近其左邊的輸入電極,再在1/4壓長度壓電陶瓷板的上、下兩面,安裝第二組輸入電極,以此類推,可制作多組輸入電極,每相鄰二組間的輸入電極不導(dǎo)通,在矩形壓電陶瓷板右邊末端側(cè)邊,安裝輸出電極,自左邊第一組輸入電極起,相鄰兩組輸入電極分別短路后,引出作為第一輸入電極,自左邊第一組輸入電極起,后面一組輸入電極與前面一組輸入電極的直流極化方向相反。
文檔編號H01L41/107GK2676415SQ20032010839
公開日2005年2月2日 申請日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者高義河, 周家光, 宋勝泊, 秦俊俠, 李明祥, 楊與伙, 施曄, 區(qū)立誠 申請人:上海聯(lián)能科技有限公司