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