專利名稱：一種非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓電陶瓷變壓器。
技術(shù)背景現(xiàn)有的Rosen型壓電陶瓷變壓器如圖1和圖2所示，是將一矩形 壓電體分為二區(qū)，左半?yún)^(qū)為輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)，上下表面涂上電極，沿厚度 方向極化；右半?yún)^(qū)為輸出發(fā)電區(qū)，端頭涂上電極，沿長(zhǎng)度方向極化； Rosen型具有二種振動(dòng)模式，即A/2、義，當(dāng)工作于A/2振動(dòng)模式時(shí)， 零位移振動(dòng)節(jié)點(diǎn)在變壓器中心位置，輸出端頭部位的振動(dòng)位移與輸入 端頭部位的振動(dòng)位移相等，振動(dòng)位移圖屬于對(duì)稱型的圖形。缺點(diǎn)是輸 入電極面積大，制作成本高，輸入電容大，相位大，升壓比低，轉(zhuǎn)換 效率低，諧振頻率和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)不可調(diào)。Center型壓電陶瓷變壓器如圖3和圖4所示，是將一矩形壓電 體分為三區(qū)，中間區(qū)為輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)，上下表面涂上電極，沿厚度方向 極化；兩邊分別為兩輸出發(fā)電區(qū)，兩端頭均涂上電極，沿長(zhǎng)度方向極 化，兩個(gè)發(fā)電區(qū)結(jié)構(gòu)對(duì)稱，相位同相，在實(shí)際中多并接使用。Center 型具有二種振動(dòng)模式，即/L/2和3;i/2，當(dāng)工作于A/2振動(dòng)模式時(shí)， 零位移振動(dòng)節(jié)點(diǎn)在變壓器中心位置，兩輸出端頭部位的振動(dòng)位移相 等，振動(dòng)位移圖屬于對(duì)稱型的圖形。缺點(diǎn)是制作工藝復(fù)雜，制造成本 高，對(duì)兩發(fā)電端平衡要求高，波形迭加會(huì)產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象，諧振頻率和 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)不可調(diào)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服Rosen型轉(zhuǎn)換效率低，升壓比低 和Center型波形調(diào)制的問(wèn)題，提供一種非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓 器，制作簡(jiǎn)單、成本低、轉(zhuǎn)換效率高、升壓比高和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型上述目的的技術(shù)方案是將一塊矩形壓電體分為 三個(gè)區(qū)第一區(qū)為振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)，改變其長(zhǎng)度可用來(lái)調(diào)整壓電變壓器的諧振頻率和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；第二區(qū)為輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)，其上、下表面分別 涂上平面電極，沿厚度方向極化，極化方向由上向下或由下向上均可， 第三區(qū)為輸出發(fā)電區(qū)，輸出端頭涂上電極，沿長(zhǎng)度方向極化，極化方 向向右或向左均可。其中根據(jù)三個(gè)區(qū)長(zhǎng)度的變化情況可以有三種類(lèi)型(1) 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度Ll是可變的，輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度L2 是固定不變的，輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度L3是固定不變的，變壓器的總長(zhǎng) 度L隨L1的改變而改變。(2) 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度Ll是可變的，輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度L2 是可變的，輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度L3是固定不變的，變壓器的總長(zhǎng)度L 固定不變。(3) 輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度L3始終固定不變，占變壓器總長(zhǎng)度的2/5， 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度Ll和輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度L2是可變和可調(diào)的， 且L1和L2之和是固定不變的，占變壓器總長(zhǎng)度的3/5，變壓器的總 長(zhǎng)度L固定不變。非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器包括單層變壓器和由多個(gè)單層壓電 體疊加制成的多層變壓器。具有上述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器的特點(diǎn)是具 有三種振動(dòng)模式可供選擇，即A/2、 /1、 3義/2，因A/2振動(dòng)模式輸出 功率和升壓比最大，當(dāng)工作在義/2振動(dòng)模式下，零位移振動(dòng)節(jié)點(diǎn)在變 壓器中心位置，而且輸出端頭部位的振動(dòng)位移要比輸入端頭部位的振 動(dòng)位移大，振動(dòng)位移圖屬于非對(duì)稱型的圖形。優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡(jiǎn)單， 制造成本低，發(fā)熱少，升壓比高，轉(zhuǎn)換效率高，諧振頻率和振動(dòng)節(jié)點(diǎn) 可調(diào)。

圖1是現(xiàn)有Rosen型壓電變壓器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖2是現(xiàn)有Rosen型壓電變壓器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)主視圖。 圖3是現(xiàn)有Center型壓電變壓器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖4是現(xiàn)有Center型壓電變壓器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)主視圖。圖5是本實(shí)用新型非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖6是本實(shí)用新型非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)主視圖。 圖7是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的壓電陶瓷變壓器結(jié)構(gòu)俯視圖。 圖8是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的壓電陶瓷變壓器結(jié)構(gòu)主視圖。 具體實(shí)施例圖中陰影部分為涂電極部分，箭頭表示極化方向，長(zhǎng)度用L表示， 寬度用W表示，厚度用H表示。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)有三種類(lèi)型(1) 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度Ll是可變的，輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度L2 是固定不變的，輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度L3是固定不變的，變壓器的總長(zhǎng) 度L隨L1的改變而改變。(2) 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度Ll是可變的，輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度L2 是可變的，輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度L3是固定不變的，變壓器的總長(zhǎng)度L 固定不變。(3) 輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度L3始終固定不變，占變壓器總長(zhǎng)度的2/5， 振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度Ll和輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度L2是可變和可調(diào)的， 且L1和L2之和是固定不變的，占變壓器總長(zhǎng)度的3/5，變壓器的總 長(zhǎng)度L固定不變。在此僅以第(l)種類(lèi)型為例加以說(shuō)明。如圖5和圖6所示， 一塊矩形壓電體長(zhǎng)L、寬W、厚H，①為振 動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)(左區(qū))長(zhǎng)L1、寬W，厚H，其L1長(zhǎng)度可以調(diào)整，用來(lái) 調(diào)節(jié)變壓器的諧振頻率和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)變壓器的總長(zhǎng)度L隨Ll的 改變而改變，當(dāng)Ll長(zhǎng)度增加時(shí)，諧振頻率降低，振動(dòng)節(jié)點(diǎn)左移，當(dāng) Ll長(zhǎng)度減小時(shí)，諧振頻率升高，振動(dòng)節(jié)點(diǎn)右移，通過(guò)改變長(zhǎng)度L1， 可用來(lái)選擇壓電變壓器最佳諧振頻率特性和振動(dòng)位移特性，從而提高 變壓器輸出帶負(fù)載能力。②為輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)(中間區(qū))，長(zhǎng)L2、寬W， 厚H，長(zhǎng)度L2是固定不變的，其上下表面分別涂上電極⑤和⑥，沿 厚度H方向極化，極化方向如箭頭所示，由上向下(實(shí)線箭頭)或由 下向上(虛線箭頭)均可，輸入驅(qū)動(dòng)部分主要作用是完成機(jī)電能量的 轉(zhuǎn)換過(guò)程。當(dāng)輸入施加一個(gè)低壓驅(qū)動(dòng)電信號(hào)時(shí)，當(dāng)其驅(qū)動(dòng)頻率與變壓器的固有頻率相同時(shí)，發(fā)生諧振，引起變壓器機(jī)械形變，產(chǎn)生振動(dòng)位移。③為輸出發(fā)電區(qū)(右區(qū))，長(zhǎng)L3、寬W、厚H，右端頭部位涂上 電極 ，長(zhǎng)度L3是固定不變的，沿長(zhǎng)度方向極化，極化方向如箭頭 所示，向右(實(shí)線箭頭)或向左(虛線箭頭)均可。輸出發(fā)電部分主 要作用是傳播駐波和完成高壓變換，在輸出端頭隨著電荷的不斷積 累，將產(chǎn)生一個(gè)高壓電信號(hào)輸出。按照非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)際制作的一種用在筆記本電腦顯 示器的4W壓電變壓器，如圖7和圖8所示，它是由長(zhǎng)、寬、厚分別 為30mm、 6. 0咖、0. 16mm的單層壓電體迭加17層制成，輸入驅(qū)動(dòng)部 分長(zhǎng)12.0mm，沿厚度方向極化，其左端多出一塊長(zhǎng)6.0mm的陶瓷體， 右端為長(zhǎng)12.0mm的發(fā)電體，沿長(zhǎng)度方向極化，用于實(shí)際制作的壓電 Inverter,經(jīng)測(cè)試工作電壓范圍可達(dá)3-22V,輸出額定功率4W，最大可 達(dá)4.5W，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%以上，升壓比大于80，輸出端帶冷光 燈負(fù)載能力高，對(duì)長(zhǎng)度80-400mm的燈管均可適用，成品體積小，工 作穩(wěn)定，完全滿足實(shí)際要求。
權(quán)利要求1. 一種非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器，其特征在于它沿著長(zhǎng)度方向?qū)⒕匦螇弘婓w分為三區(qū)第一區(qū)(1)為振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)，改變其長(zhǎng)度可用來(lái)調(diào)整壓電變壓器的諧振頻率和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；第二區(qū)(2)為輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)，其上、下表面分別涂上平面電極(5)和(6)，沿厚度方向極化，極化方向由上向下或由下向上均可，第三區(qū)(3)為輸出發(fā)電區(qū)，輸出端頭涂上電極(4)，沿長(zhǎng)度方向極化，極化方向向右或向左均可。
2、 如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器，其特征是振 動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度(L1)是可變的，輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度(L2)是固定不 變的，輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度(L3)是固定不變的，變壓器的總長(zhǎng)度(L)隨 (Ll)的改變而改變。
3、 如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器，其特征是振 動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度(Ll)是可變的，輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度(L2)是可變 的，輸出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度(L3)是固定不變的，變壓器的總長(zhǎng)度(L)固定 不變。
4、 如權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器，其特征是輸 出發(fā)電區(qū)的長(zhǎng)度(L3)始終固定不變，占變壓器總長(zhǎng)度的2/5;振動(dòng)節(jié) 點(diǎn)可調(diào)區(qū)的長(zhǎng)度(L1)和輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)的長(zhǎng)度(L2)是可變和可調(diào)的，且 (L1)和(L2)之和是固定不變的，占變壓器總長(zhǎng)度的3/5，變壓器的總 長(zhǎng)度(U固定不變。
5、 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器， 其特征是包括單層變壓器和由多個(gè)單層壓電體疊加制成的多層變壓器。
專利摘要一種非對(duì)稱驅(qū)動(dòng)型壓電陶瓷變壓器，將一塊矩形壓電體分為三個(gè)區(qū)第一區(qū)為振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)區(qū)，改變其長(zhǎng)度可用來(lái)調(diào)整壓電變壓器的諧振頻率和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)；第二區(qū)為輸入驅(qū)動(dòng)區(qū)，其上、下表面分別涂上平面電極，沿厚度方向極化，極化方向由上向下或由下向上均可，第三區(qū)為輸出發(fā)電區(qū)，輸出端頭涂上電極，沿長(zhǎng)度方向極化，極化方向向右或向左均可。本實(shí)用新型具有制作簡(jiǎn)單、成本低、轉(zhuǎn)換效率高、升壓比高和振動(dòng)節(jié)點(diǎn)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L41/107GK201117684SQ20072003243
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者劉全寶, 剛 李, 陳耀強(qiáng), 黃康寧 申請(qǐng)人:西安康弘新材料科技有限公司