一种隔离的Rosen型压电陶瓷变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种隔离的Rosen型压电陶瓷变压器，沿变压器矩形压电体长度方向从左至右依次分为三个矩形区：第一区为输入驱动区，在其上、下两表面被覆有电极，沿厚度方向极化，极化方向由上而下或由下而上；第二区为隔离区；第三区为发电区，在发电区左端沿压电体四个外表面被覆环带状低位电极、在发电区右端头被覆有高位电极，所述低位电极与所述高位电极分离；从而实现输入与输出之间的高隔离效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电陶瓷变压器，特别涉及一种带隔离的Rosen型压电陶瓷变压
技术介绍
压电陶瓷变压器的原理是利用压电材料的压电性能来实现机械能和电能之间的 转换。根据振动模式的不同，压电陶瓷变压器可分为纵向振动模式、厚度振动模式、径向振 动模式和弯曲振动模式变压器等。早在20世纪50年代，美国罗森(Rosen)等人就提出了 Rosen型压电陶瓷变压 器。Rosen型压电陶瓷变压器是横纵向振动模式的典型，它主要工作在谐振状态下。普通的 Rosen型压电变压器由左右两部分组成，分别称之为“驱动部分”和“发电部分”。驱动部分 的上、下两个端面都被有银电极，它们沿厚度方向极化，可作为电压输入端发电部分右端 头被有的电极则沿长度方向极化，可作为电压输出端。当交变电压加到压电变压器的输入 端时，通过压电效应，可使压电变压器产生沿长度方向的伸缩振动，以将输入的电能转换为 机械能；而发电部分则通过正压电效应，使沿长度方向伸缩振动的机械能转换为电能，从而 产生电压输出Vout。由于压电变压器的长度大于厚度，故其输入端为低阻抗，输出端为高阻 抗，输出电压大于输入电压，为升压变压器。一般输人几伏到几十伏的交变电压，就可以获 得几千伏以上的高压输出。如图1所示的这种传统的Rosen型压电陶瓷变压器，输出与输入需共用一个电极， 无法做到输入与输出的隔离。而压电陶瓷变压器用于一些电源类产品，及应用于工业测试系统、医疗电子设备、 电力设备等许多信号传输系统中，具有一定的隔离强度是必需的。特别是在复杂的外界环 境工作的变送器需要对现场传输过来的信号进行隔离，达到信号传输转换后，确保操作人 员的安全与现场的正常运行。
技术实现思路
有鉴如此，本专利技术的目的是提供一种隔离的Rosen型压电陶瓷变压器，该压电陶 瓷变压器能够实现变压器的输入与输出的高隔离。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种隔离的Rosen型压电陶瓷变压器，该压电 变压器为沿长度方向从左至右将矩形压电体依次分为三个矩形区第一区为输入驱动区， 在其上、下两表面被覆有电极，沿厚度方向极化，极化方向由上而下或由下而上；第二区为 隔离区；第三区为发电区，在发电区左端沿压电体四个外表面被覆环带状低位电极，在发电 区右端头被覆有高位电极，所述低位电极与所述高位电极分离，其中高位电极沿长度方向 极化，极化方向由上而下或由下而上；低位电极不极化。从而实现输入与输出之间的高隔离 效果。作为上述方案的改进，在所述输入驱动区的左端头被覆反馈电极，反馈电极沿长度方向极化；所述输入驱动区的上下电极与所述左端头留有分隔带，使所述驱动电极与所 述反馈电极分隔。从而实现电路的自激，同时实现反馈电极与输入驱动区的隔离。作为上述方案的改进，所述隔离区、分隔带表面被覆有绝缘材料。这种绝缘材料包 括聚氨酯胶、环氧树脂胶、有机硅胶、酚醛胶、聚酯胶、聚酯亚胺胶、聚酰亚胺胶。作为上述方案的进一步改进，在发电区未覆电极的区域被覆有高分子绝缘材料， 从而实现与空气隔离，达到更好的隔离效果。本专利技术还提供一种 包含上述隔离的R0sen型压电陶瓷变压器的多层压电变压器， 包括至少两个单层变压器，由每个单层变压器层叠在一起而成，其中每个单层变压器中的 驱动部分之间为内部交叉指状层交替层叠。通过单层变压器组成的多层压电变压器，使压电变压器的驱动能力、输出带负载 的能力及机械强度大幅提高，实际应用中的层数设计可以根据应用环境确定，层数越多，输 出带负载的能力越强。本专利技术在压电陶瓷体设置了隔离区，并在隔离区表面涂覆绝缘胶，使压电体与空 气隔绝，这样实现了 Rosen型压电陶瓷变压器的输入与输出的高隔离。另外，本专利技术巧妙地将反馈电极设置在驱动区的端面，从而完全不影响输入与输 出的隔离，反馈电极设置在驱动区端头是最好的选择。附图说明图1为现有普通Rosen型压电陶瓷变压器的立体图；图2为本专利技术优选的实施例隔离的Rosen型压电陶瓷变压器结构俯视图；图3为本专利技术优选的实施例隔离的Rosen型压电陶瓷变压器结构侧视图；图3-1为图3沿A-A面的剖面图、图3-2为图3沿B-B面的剖面图；图4为本专利技术实施例隔离的Rosen型压电陶瓷变压器全封装剖面图；图5为本专利技术实施例隔离的Rosen型压电陶瓷变压器隔离区涂封剖面图。具体实施例图2 图5为本方案优选的实施例。压电体长度用L表示；驱动区上下电极填充 方格底纹、发电区低位电极填充为黑色、发电区高位电极填充为横条底纹、反馈电极填充为 斜条底纹。图2、图3为本专利技术的隔离的Rosen型压电陶瓷变压器的结构俯视和侧视示意图， 在图2中，压电变压器为沿长度方向从左至右将矩形压电体9依次分为三个矩形区第一区 为输入驱动区，在其上、下两表面被覆有驱动电极3 (见图3-1)，沿厚度方向极化，极化方向 由上而下或由下而上；第二区为隔离区4 ；第三区为发电区，在发电区左端沿压电体四个外 表面被覆环带状低位电极5(见图3-2)、在发电区右端头被覆有高位电极7，低位电极5与 高位电极7分离，不相接触；高位电极7沿长度方向极化，极化方向由上而下或由下而上均 可，低位电极5不极化；从而实现输入与输出之间的电隔离效果。用于自激式的压电陶瓷变压器需要设置反馈电极，在压电陶瓷矩形体上发电区和 隔离区添加反馈电极必然会大大影响变压器的隔离强度。在输入驱动区的左端头被覆反馈 电极1，反馈电极沿长度方向极化；输入驱动区的上下电极与左端头留有一段距离的分隔带2，使驱动电极3与反馈电极1分离，从而实现电路的自激，同时实现反馈电极与输入驱动 区的隔离。理论上，压电陶瓷体的绝缘强度一般大于4000V/mm，干燥空气的绝缘强度约 1000V/mm，根据隔离的要求，可以设置不同的隔离区的长度，隔离区长度越大，绝缘强度越 大。如果压电体隔离区表面不被覆绝缘胶，则空气的绝缘强度就决定了整个压电变压器的 隔离强度，这样无法实现变压器的高隔离，因此压电陶瓷体的隔离区表面需要涂覆一层绝 缘胶使压电体与空气隔绝，整个压电变压器的隔离强度就取决于压电陶瓷体和绝缘胶的绝 缘强度，这样就可以实现变压器的高隔离。 在隔离区表面四周可以被覆有绝缘体8 (见图5)；这种绝缘体可以选用聚氨酯胶、 环氧树脂胶、有机硅胶、酚醛胶、聚酯胶、聚酯亚胺胶、或聚酰亚胺胶等材料。或者在分隔带2 和发电区上没有被覆电极的区域也都可以被覆有绝缘体。另外，还可在整个变压器的表面 上被覆有上述材料的绝缘层10(见图4)，所有电极均通过引线接出，以增加更好的整体隔 离效果。图2中标示反馈电极的长度为Li。输入驱动区的驱动电极到左端头的距离和驱 动电极的长度之和L2+L3是固定不变的，为变压器总长度L的1/2，极化方向P如图3中箭 头所示，由上向下，输入驱动部分主要作用是完成机电能量的转换过程，当输入施加一个低 压驱动电信号时，当其驱动频率与变压器的谐振频率相同时，发生谐振，变压器机械变形， 产生振动位移。隔离区的长度为L4，由于陶瓷压电体本身是绝缘体，空气也是不导电的，从 而可以实现输入驱动区与发电区的隔离。发电区低位电极的宽度为L5、低位电极与右端 头的距离为L6、位于右端头的发电区高位电极的长度为L7，隔离区长度与发电区长度之和 L4+L5+L6是固定不变的，也为变压器总长度L的1/2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种隔离的Ｒｏｓｅｎ型压电陶瓷变压器，其特征在于沿变压器矩形压电体长度方向从左至右依次分为三个矩形区：第一区为输入驱动区，在其上、下两表面被覆有电极，沿厚度方向极化，极化方向由上而下或由下而上；第二区为隔离区；第三区为发电区，在发电区左端沿压电体四个外表面被覆环带状低位电极，在发电区右端头被覆有高位电极，所述低位电极与所述高位电极分离，其中高位电极沿长度方向极化，极化方向由上而下或由下而上；低位电极不极化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓维体，陶武平，胡健仁，李民，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：81