專利名稱：壓電變壓器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓電變壓器，特別是一種具有扇形結構的壓電變壓器。
背景技術：
壓電變壓器相對于傳統(tǒng)的電磁式變壓器來說，具有尺寸小、不受磁場干擾、轉換效率高和大電流下也不燃燒的特點。壓電變壓器是利用壓電材料的逆壓電效應和正壓電效應來實現(xiàn)高壓輸出的，即在壓電陶瓷片輸入低電壓信號，通過逆壓電效應轉換成機械振動能，再通過正壓電效應又轉變成電能。在壓電陶瓷的電能—機械能—電能的機電能量的二次變換中實現(xiàn)阻抗變換，從而在陶瓷片的諧振頻率上獲得高的電壓輸出。根據(jù)不同的振動模式，壓電變壓器可以分為Rosen型、厚度振動型和徑向振動型，其中以Rosen型最為常見。如圖1所示，是Rosen型壓電變壓器，其為長條片形結構，它一般分為兩部分，左半部分的上下兩面涂銀電極，沿厚度方向極化，作為輸入端稱為驅動部分；右半部分的右端也有銀電極，沿長方向極化，作為輸出端稱為發(fā)電部分。Rosen型壓電變壓器適合于使用功率在10瓦以下的場合，如冷陰極熒光燈、PDA手機、液晶顯示器等。如圖2所示，是厚度振動型壓電變壓器，由兩塊縱向振動的壓電陶瓷片粘合而成，中間有一層絕緣層，其中P為極化方向，T為應力方向。如圖3所示，是徑向振動型壓電變壓器結構，它沿厚度方向極化，其中P為極化方向，T為應力方向。徑向振動型壓電變壓器適合于使用功率在15瓦以下的場合，如電子整流器、適配器、DC/DC變換器等。這三種振動模式的壓電變壓器它們的共同不足是由于電流通過機械振動而變換成振動速度，所以當輸入電流增大時，會通過機械變換使壓電陶瓷片的振動速度和幅度增大，當這種振動速度和幅度超過壓電陶瓷片固有振動程度的極限時，會出現(xiàn)發(fā)熱增大、效率下降現(xiàn)象。同時，它們的帶負載能力差，負載升壓比不高，只能適用于功率較小的場合，應用范圍較窄。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術的壓電變壓器存在帶負載能力差、升壓比不高、只能適用于功率較小的場合以及易發(fā)熱的不足，本實用新型的目的在于提供一種能有效增加帶負載能力，同時提供高升壓比、適合于大功率場合、不易發(fā)熱且應用范圍廣的壓電變壓器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種壓電變壓器，壓電元件為扇形結構，壓電元件的表面繞扇徑分為三個區(qū)，依次為驅動部分、發(fā)電部分和輸出部分；驅動部分表面覆蓋有金屬電極作為輸入極；輸出部分端面覆蓋有金屬電極作為輸出極。
另一種形式的壓電變壓器的壓電元件為扇形結構，壓電元件的表面繞扇徑分為五個區(qū)，其中1區(qū)和5區(qū)為驅動部分，2區(qū)和4區(qū)為發(fā)電部分，3區(qū)為輸出部分；驅動部分表面覆蓋有金屬電極作為輸入極；輸出部分表面覆蓋有金屬電極作為輸出極。
本實用新型還可由至少兩片相同的壓電元件，在厚度方向疊加粘合為一個整體，各層壓電元件以并聯(lián)方式輸出。
所述壓電變壓器的壓電元件扇形角度大于0°小于等于180°。
本實用新型的有益效果是由于壓電元件采用了扇形結構，使得這種壓電變壓器成為一種徑向振動與厚度收縮振動相結合的混合振動模式，由此增加了壓電變壓器帶負載能力，負載升壓比可提高到50以上，功率增大且不易發(fā)熱，更適合于功率較大的場合，如冷陰極熒光燈、PDA手機、液晶顯示器、液晶電視、廣告照明等，從而大大拓展了壓電變壓器的應用范圍，且制作工藝簡單。


圖1是Rosen型壓電變壓器結構示意圖。
圖2是厚度振動型壓電變壓器結構示意圖。
圖3是徑向振動型壓電變壓器結構示意圖。
圖4是本實用新型一實施方式結構示意圖。
圖5是本實用新型第二實施方式結構示意圖。
圖6是本實用新型第三實施方式結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。
如圖4所示，壓電變壓器的壓電元件為扇形結構，扇形角度(即扇形兩條邊線形成的夾角)為120°。它繞扇徑分為三個區(qū)，1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)分別對應驅動部分、發(fā)電部分和輸出部分。1區(qū)為驅動部分，其上、下對齊的表面覆蓋有一層金屬電極(對應著圖中的陰影部分)，本實施例金屬電極為銀漿，沿厚度方向極化作為輸入極；2區(qū)為發(fā)電部分，沿扇形徑向極化；3區(qū)為扇形內側的端面，其表面同樣覆蓋有一層銀漿，作為壓電變壓器的輸出極。壓電變壓器工作時將1區(qū)中的一面作為輸入電極，另一面接地電極。在驅動部分的輸入極上置有接點，接點與地電極之間的電壓為輸入電壓Vin；3區(qū)輸出極同樣置有接點，與地電極之間的電壓為輸出電壓Vout，升壓比為輸出電壓與輸入電壓的比值，即Vout/Vin。本實施例的壓電元件采用壓電陶瓷片。當把交流電壓加在驅動部分的輸入極上時，在逆壓電效應的作用下，壓電陶瓷扇形片內部晶粒獲得與交流電頻率相同的振動頻率，即在驅動部分把電能轉變成了機械能；而在發(fā)電部分，在正壓電效應作用下，又把這種振動機械能變換為電能。這樣，通過兩次能量變換，即電能—機械能—電能，就在輸出極上獲得較高的升壓電壓。若將輸入極、輸出極交換則形成降壓變壓器。
如圖5所示為本實用新型的第二實施方式，扇形壓電變壓器分為五個區(qū)，1、5區(qū)作為驅動部分沿厚度方向極化作為輸入極，其上、下對齊的表面覆蓋有一層銀漿電極；2、4區(qū)作為發(fā)電部分同時沿扇形徑向極化；3區(qū)作為輸出電極也覆蓋有一層銀漿。1、5區(qū)的輸入電極并聯(lián)后與兩個地電極并聯(lián)后之間的電壓為輸入電壓Vin，輸出極與兩個地電極并聯(lián)后之間的電壓為輸出電壓Vout。本實施例扇形角度為90°。工作原理同上。
如圖6所示為本實用新型的另一個實施例，由五片完全相同的扇形壓電元件沿厚度方向疊加粘合后形成一種多層扇形壓電變壓器，平面電極沿厚度方向極化作為輸入極，發(fā)電部分沿扇形徑向極化，作為多層壓電變壓器的輸出是并聯(lián)的。本實施例扇形角度為150°。
為了獲得不同的輸出功率和升壓比，可以根據(jù)需要改變陶瓷扇形片的面積、厚度以及表面電極尺寸。另外，扇形角度也不局限于90°、120°和150°，它可以是大于0°小于等于180°的任意角度。
權利要求1.一種壓電變壓器，其特征在于壓電元件為扇形結構，壓電元件的表面繞扇徑分為三個區(qū)，依次為驅動部分、發(fā)電部分和輸出部分；驅動部分表面覆蓋有金屬電極作為輸入極；輸出部分端面覆蓋有金屬電極作為輸出極。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于由至少兩片相同的壓電元件，在厚度方向疊加粘合為一個整體，各層壓電元件以并聯(lián)方式輸出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的壓電變壓器，其特征在于所述壓電變壓器的壓電元件扇形角度大于0°小于等于180°。
4.一種壓電變壓器，其特征在于壓電元件為扇形結構，壓電元件的表面繞扇徑分為五個區(qū)，其中1區(qū)和5區(qū)為驅動部分，2區(qū)和4區(qū)為發(fā)電部分，3區(qū)為輸出部分；驅動部分表面覆蓋有金屬電極作為輸入極；輸出部分表面覆蓋有金屬電極作為輸出極。
5.根據(jù)權利要求4所述的壓電變壓器，其特征在于由至少兩片相同的壓電元件，在厚度方向疊加粘合為一個整體，各層壓電元件以并聯(lián)方式輸出。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的壓電變壓器，其特征在于所述壓電變壓器的壓電元件扇形角度大于0°小于等于180°。
專利摘要本實用新型公開了一種壓電元件為扇形結構的壓電變壓器，它包括驅動部分、發(fā)電部分和輸出部分。驅動部分表面覆蓋有金屬電極，沿厚度方向極化作為輸入極；發(fā)電部分沿扇形徑向極化；輸出部分表面覆蓋有金屬電極作為輸出極。由于采用了扇形結構的壓電元件，改變了常規(guī)的振動模式，而成為一種徑向振動與厚度收縮振動相結合的混合振動模式，由此增大了壓電變壓器帶負載能力，負載升壓比明顯提高，不易發(fā)熱，更適合于功率較大的場合，如冷陰極熒光燈、PDA手機、液晶顯示器、液晶電視、廣告照明等，從而大大拓展了壓電變壓器的應用范圍。
文檔編號H01L41/107GK2710169SQ200420033660
公開日2005年7月13日 申請日期2004年5月20日 優(yōu)先權日2004年5月20日
發(fā)明者蔣洪平, 劉光聰 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所