压电变压器制造技术

一种压电变压器，它有沿长度方向等分的第１至第４区（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４），在第１及第４区（Ａ１、Ａ４）设有平面电极（２４、２５、２６、２７）作为输入电极，同时沿厚度方向极化，在其余的第２及第３区（Ａ２、Ａ３）的边界上设有带状电极（３０、３１）作为输出电极，构成压电变压器（２１）。该变压器体积小、振动速度低、发热少、效率高。输入电极不限于第１及第４区，上述２波长共振时，可设在位移分布互相相反的２个或３个区中，输出电极设在其它区中。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用压电振子的压电变压器，该压电振子采用由压电性陶瓷构成的矩形片。
技术介绍
作为变压器，已知有将线圈绕在铁心上的电磁式变压器。该电磁式变压器由于尺寸大、消耗功率大、以及产生电磁噪音和发热，所以不适合作为小型电气设备的电源使用。例如，作为静电发生装置或液晶显示器的背面光点亮用的高电压电源中的变压器，虽然不需要大的输出电流，但却需要1kV-数瓦左右的输出电压，同时要求降低电磁噪音和消耗功率、以及小型化等。另一方面，由于利用压电现象的压电变压器几乎不产生电磁噪音，且能小型化，所以可以研究将其作为小型设备的电源用变压器的实用化的问题。参照图1(a)及(b)，现有的压电变压器11备有压电性陶瓷矩形片13；在从该压电性陶瓷矩形片13的一端起沿纵向的大约一半的部分(以下称第1部分)沿厚度方向相对地设置的2个表面电极15、15；以及在两个表面电极之间的上述第1部分的内部沿厚度方向互相间隔开形成的多个内部电极16、17。另外，表面电极15、15分别连接着在上述第1部分的相对的侧面上分别形成的侧面电极18、19，同时每隔一个内部电极16和剩余的内部电极17分别连接。另外，还备有在与压电性陶瓷矩形片13的上述第1部分相反一侧的半部分(以下称第2部分)的端面上形成的输出、取出用的端面电极20。通过将直流电压加在侧面电极18、19之间，能对压电陶瓷矩形片13的上述第1部分进行极化处理。即，压电性陶瓷矩形片13在表面电极15、15及内部电极16、17各电极之间被极化，其极化方向如图1(b)中的小箭头所示，在内部电极16、17各自的两侧彼此方向相反。再者，通过将直流电压再加在2个表面电极15和端面电极20之间，如图1(b)中的大箭头所示，压电性陶瓷矩形片13的第2部分沿纵向被极化。另外，具有上述的多个内部电极的类型，实际上是在制造时将内部电极和压电体互相交替地重叠形成的，所以称为重叠型。与此不同，还知道有这样一种类型的电极，它不设内部电极、而在相对的表面电极15、15之间使厚度方向的极化只朝向一个方向。这种类型在制造时不需要进行重叠，只在一个压电体的表面上构成电极即可，以下称为单片型。说明图1(a)及(b)所示的压电变压器的工作情况。将侧面电极18、19中的一个作为接地电极，将交流电压作为输入电压加在另一个电极上，上述交流电压的频率与压电性陶瓷矩形片13沿长度方向振动时的1波长共振方式的共振频率相等，这样，重叠型压电变压器就能起压电振子的作用，如图2(a)及(b)所示，分别以所示的位移分布和变形分布进行振动。这时，利用压电效应，在表面电极15及内部电极16、17和端面电极20之间产生交流电压。所产生的交流电压的大小基本上由表面电极15及内部电极16、17之间的距离、表面电极15和端面电极20之间的距离、以及输入电压决定。即，在压电变压器中，通过利用压电效应的能量变换、即电-机械-电变换，能获得压电电压。因此，在具有这种变换系统的压电变压器中，为了满足低电压驱动、小型、高升压比(输出电压/输入电压)的要求，而减薄压电片的厚度和/或减薄输入电极(表面电极和内部电极)之间的厚度。其结果是输入阻抗变小，从而输入电流(动态电流)增大。由于输入电流通过机械变换而变换成振动速度，所以由于输入电流的增大，当振动速度及振幅超过所使用的压电陶瓷的固有振动程度的极限(意味着振子在振动速度大、振幅大时由于发热造成的温度(ΔT)达到规定值的振动速度，该规定值可选定例如ΔT＝25℃)时，会出现与发热增大的同时效率下降的不理想情况。因此，本专利技术的技术课题在于解决上述现有的缺点，获得一种既能满足消耗功率低、驱动电压低、小型、高升压比的要求，又能使振动速度低、发热量小、效率高的压电变压器的结构。专利技术的公开如果采用本专利技术，则能获得具有以下特征的压电变压器，即它备有具有从第1端延伸到相对一侧的第2端的片长、片宽和片厚、且沿该片长从上述第1端至第2端假想地被4等分地连续地排列的4个区的矩形压电片；设在从上述4个区中作为输入区被选择的至少2个区上、接收与上述片长的一半长度相等的波长对应的频率的交流输入电压、驱动上述压电片进行2波长共振用的输入电极装置；以及设在上述4个区中剩下的至少1个区的一位置处、输出由上述压电片的2波长共振发生的交流输出电压用的输出电极装置，而且上述输入区沿上述片的厚度方向极化，上述剩下的至少1个区沿上述片的长度方向极化。另外，如果采用本专利技术，则能获得本专利技术的第2～第11方面所述的压电变压器。如果采用本专利技术，则能获得这样一种压电变压器，即将与矩形压电体的2波长共振方式对应的频率的电压加在输入电极上，使矩形压电体以2波长共振方式振动，通过该振动而从输出端获得由压电效应产生的电压，与1波长共振方式的情况相比，能从输出侧取出2倍能量，所以对应于相同的电流，能获得振动速度及发热量都小、效率高的压电变压器。附图的简单说明图1是现有的1波长型压电变压器的说明图，(a)是简略的斜视图，(b)是沿(a)中的1B-1B线的剖面图。图2(a)及(b)是分别表示驱动图1中的压电变压器时压电陶瓷片的位移分布和变形分布的示意图。图3是表示本专利技术的一实施例的压电变压器的示意图，(a)是其简略的斜视图，(b)是沿图(a)中的3B-3B线的剖面图，(c)是沿图(a)中的3C-3C线的剖面图，(d)是沿图(a)中的3D-3D线的剖面图。图4(a)及(b)是分别表示驱动图3中的压电变压器时压电陶瓷片的位移分布和应力分布的示意图。图5是表示本专利技术的另一实施例的压电变压器的示意图，(a)是其简略的斜视图，(b)及(c)分别是沿图(a)中的5B-5B线及5C-5C线的剖面图。图6是表示本专利技术的另一实施例的压电变压器的示意图，(a)是其简略的斜视图，(b)、(c)及(d)分别是沿图(a)中的6B-6B线、6C-6C线及6D-6D线的剖面图。另外，沿(a)图中的6C′-6C′线的剖面与(c)图相同。图7是表示本专利技术的另一实施例的压电变压器的示意图，(a)是其简略的斜视图，(b)、(c)及(d)分别是沿图(a)中的7B-7B线、7C-7C线及7D-7D线的剖面图。实施专利技术用的最佳形态用附图说明本专利技术的一实施例的压电变压器。参照图3(a)、(b)、(c)及(d)，压电变压器21有由压电性陶瓷(例如，PZT＝铅·锆酸盐·钛酸盐)构成的矩形片23。假定将该压电性陶瓷矩形片23沿其长度方向4等分，且等分后的4个区在图中从左至右分别为第1～第4区A1、A2、A3及A4。在长度方向上两端的第1及第4区A1及A4分别沿其厚度方向相对的表面上形成输入用的表面电极24a、25a、24b、25b，在这些区的内部沿厚度方向且互相简隔开形成多个内部电极26a、27a、26b、27b。这些表面电极及内部电极是平面电极，沿矩形片23的长度方向及宽度方向存在于第1及第4区的内部，被限定在各区内。还在宽度方向上相对的侧面上形成侧面电极28a、29a、28b、29b。在第1区A1中，表面电极24a及25a和内部电极26a及27a是这样形成的，即每隔1个的内部电极26a和一侧的表面电极25a连接在侧面电极28a上，其它的每隔1个的内部电极27a和另一侧的表面电极24a连接在侧面电极29a上。另一方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电变压器，其特征在于： 备有：具有从第１端延伸到相对一侧的第２端的片长、片宽和片厚、且沿该片长从上述第１端至第２端假想地被４等分地连续地排列的４个区的矩形压电片； 设置在从上述４个区中作为输入区被选择的至少２个区上、接收与上述片长的一半长度相等的波长对应的频率的交流输入电压、驱动上述压电片进行２波长共振用的输入电极装置； 以及设置在上述４个区中剩下的至少１个区的一位置处、输出由上述压电片的２波长共振发生的交流输出电压用的输出电极装置， 而且上述输入区沿上述片的厚度方向极化，上述剩下的至少１个区沿上述片长方向极化。

【技术特征摘要】
JP 1996-1-30 13564/96;JP 1996-10-4 264024/96;JP 191.一种压电变压器，其特证在于备有具有从第1端延伸到相对一侧的第2端的片长、片宽和片厚、且沿该片长从上述第1端至第2端假想地被4等分地连续地排列的4个区的矩形压电片；设置在从上述4个区中作为输入区被选择的至少2个区上、接收与上述片长的一半长度相等的波长对应的频率的交流输入电压、驱动上述压电片进行2波长共振用的输入电极装置；以及设置在上述4个区中剩下的至少1个区的一位置处、输出由上述压电片的2波长共振发生的交流输出电压用的输出电极装置，而且上述输入区沿上述片的厚度方向极化，上述剩下的至少1个区沿上述片长方向极化。2.根据权利要求1所述的压电变压器，其特征在于上述压电片在上述片的宽度方向上有互相相对的侧面；上述输入电极部具有在上述各输入区中形成的多个平面电极，上述多个平面电极被限定在该输入区内，沿上述片长方向及上述宽度方向延伸，而且在上述片的厚度方向上互相间隔开形成，以及为了将上述交流输入电压加在上述相对的侧面上而设在上述各输入区内的两个侧面电极；该两个侧面电极中的1个连接着上述平面电极中的互相邻接的每2个中的1个，另一个侧面电极连接着上述平面电极中的互相邻接的每2个中的另1个；上述各输入电极通过预先将直流电压加在上述2个侧面电极上，而在上述平面电极中的彼此邻接的每2个之间被极化。3.根据权利要求2所述的压电变压器，其特征在于上述平面电极作为内部电极被埋入上述压电片中。4.根据权利要求2所述的压电变压器，其特征在于上述压电片在上述片的厚度方向上有互相相对的上表面及下表面；上述平面电极内的2个在上述输入区内设在上述上表面及下表面上，其余的平面电极作为内部电极被埋入上述压电片中。5.根据权利要求2～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：胜野超史，布田良明，
申请(专利权)人：NEC东金株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]