CN108367316A - 具有环形连接区域的声换能器组件和用于制造具有环形连接区域的声换能器组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种声换能器组件(100)，包括具有多个贯通开口(111)的孔板承载件(101)，多个压电元件(104)，其中，每个压电元件(104)具有一个第一电极(105)和一个第二电极(106)，所述第一电极(105)与所述第二电极(106)相对置，并且压电元件(104)分别布置在贯通开口(111)内部，和封闭层(103)，其中，所述封闭层(103)布置在所述孔板承载件(101)和所述压电元件(104)上方，其中，所述压电元件(104)的所述第二电极(106)与所述封闭层(103)导电地连接，其特征在于，所述封闭层(103)和所述孔板承载件(101)具有第一连接区域(108)，该第一连接区域围绕所述贯通开口(111)同心地布置，其中，所述第一连接区域(108)分别具有比所述贯通开口(111)大的直径并且所述第一连接区域(108)环形地构型。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的声换能器组件和一种用于制造这样的声换能器组件的方法。
背景技术
文件DE 39 20 872 A1公开一种用于制造超声层式换能器的方法，在所述超声层式换能器中，层式换能器的压电陶瓷和热塑性塑料材料通过热粘接相互连接。为了产生对于粘接而言必要的热量，在压电陶瓷中通过施加电信号产生损耗热量。
在文献DE 10 2004 047 814 A1中描述一种聚焦地微加工的超声换能器阵列，该超声换能器阵列可以被用作为聚焦的、可临床使用的超声探测器。使横向并排构造的换能器单元区域式地相互电接线，以便实现超声换能装置所力求达到的聚焦。
在这里不利的是，各个超声换能器暴露于机械类型的和电类型的外部影响。
发明内容
声换能器组件包括具有多个贯通开口的孔板承载件、多个压电元件和封闭层。在此，每个压电元件具有一个第一电极和一个第二电极。第一电极与第二电极相对置。在贯通开口内部分别布置有压电元件。封闭层布置在孔板承载件和压电元件上方，其中，压电元件的第二电极与封闭层导电地连接。根据本发明，封闭层和孔板承载件具有第一连接区域，所述第一连接区域围绕贯通开口同心地布置，其中，第一连接区域分别具有比贯通开口大的直径并且第一连接区域环形地构型。
在这里优点是，可以设定弯曲换能器元件的边缘夹紧。换言之，可以设定弯曲换能器元件的确定的振动机械特性。
在扩展方案中，封闭层和孔板承载件具有第二连接区域，所述第二连接区域围绕贯通开口同心地布置。在此，第二连接区域具有比第一连接区域大的直径。第二连接区域环形地构型。
在这里有利的是，各个弯曲换能器元件彼此解耦。
在另一构型中，第一连接区域分别具有焊缝。换言之，每个第一连接区域包括一个焊缝。
在这里优点是，在封闭层和孔板承载件之间的机械连接是特别稳定和牢固的并且具有高品质。
在扩展方案中，封闭层单件式地构造。
在这里有利的是，弯曲换能器元件的复合体被完全保护而免受外部影响。
在另一构型中，封闭层具有多个部分段，其中，封闭层的各个部分段与相应的压电元件导电地连接。换言之，与压电元件导电地连接的部分段作用为弯曲换能器元件的膜片。
在这里优点是，需要较少的材料。
在扩展方案中，第二连接区域具有焊缝。
在另一构型中，封闭层和孔板承载件具有第三连接区域。第三连接区域使封闭层的边缘区域与孔板承载件的边缘区域连接。
在这里有利的是，第三连接区域作为整个声换能器组件的针对例如湿气和液体的密封部起作用。
在扩展方案中，第三连接区域包括焊缝。
根据本发明的用于制造声换能器组件的方法包括使压电元件的第二电极与封闭层连接，所述声换能器组件包括孔板承载件、多个贯通开口、多个压电元件和封闭层。此外，所述方法包括借助于线材键合使压电元件的第一电极触点接通，其中，第一电极与第二电极相对置地布置，并且，所述方法包括借助于焊缝使封闭层和孔板承载件连接。此外，所述方法包括以阻尼材料部分地填充贯通开口。
在这里优点是，能够成本优化地并且以简单的方式制造声换能器组件。
由接下来对实施例的描述或由从属权利要求得出其他优点。
附图说明
下面根据优选的实施方式和附图详细阐释本发明。附图示出：
图1a根据本发明的声换能器组件的第一构型，
图1b根据本发明的声换能器组件的第一构型的俯视图，
图2根据本发明的声换能器组件的第二构型，和
图3用于制造根据本发明的声换能器组件的方法。
具体实施方式
图1示出声换能器组件100的第一构型在xz平面中的剖示图。声换能器组件100示例性地示出三个相互平行地间隔开布置的声换能器元件或者说弯曲换能器元件115。在此，弯曲换能器元件115包括压电元件104、借助于封闭层103形成的膜片114、孔板承载件101和阻尼材料。声换能器组件100包括孔板承载件101，该孔板承载件具有多个贯通开口111或者说孔。在此，孔板承载件101具有相对置布置的上侧和下侧。贯通开口111相对于压电元件104同心地布置，其中，每个贯通开口111分别接收一个压电元件104，该压电元件从上侧引入到贯通开口111中或与上侧齐平地终止。压电元件104具有小于贯通开口111的直径。换言之，压电元件104位于贯通开口111或者说孔内部。每个压电元件104具有一个第一电极105和一个第二电极106。第一电极105借助于线材连接部例如与放大器电路连接并且作用为信号导线或信号触点。第二电极106借助于粘接层107与封闭层103导电地连接。封闭层103与电接地、例如放大器电路接地连接。这意味着第二电极105是接地的，由此实现EMV屏蔽。
替代地，压电元件104可以通过两个线材连接部与电接地和放大器电路导电地连接。为此，第二电极106在压电元件104的边缘上环绕接通(umkontaktieren)，使得在第一电极105的侧上存在两个彼此分开的电极区域，所述电极区域可以彼此分开地触点接通。在这里，压电元件104可以通过不能导电的粘接层与封闭层103连接。
每个弯曲换能器元件115具有一个第一连接区域108，该第一连接区域设定或确保弯曲换能器元件115或膜片114的边缘夹紧。在此，概念“第一连接区域108”理解为在其中进行封闭层103和孔板承载件101之间的机械连接的区域。第一连接区域108围绕贯通开口111同心地布置并且具有比贯通开口111大的直径。
第一连接区域108环形地构型并且包括焊缝。这意味着，焊缝是圆形的并且闭合。焊缝将设有压电元件104的封闭层103划分成具有限定的振动机械边缘夹紧的区域。在贯通开口111上方的这些能振动的区域构成各个弯曲换能器元件的振动膜片。焊缝具有0.1mm至1.0mm、优选0.25mm至0.5mm的直径和相对于贯通开口111的0.1mm至1.0mm的横向间距。
第二连接区域109围绕第一连接区域108同心地布置。在此，第二连接区域109具有相对于第一连接区域108的横向间距。第二连接区域109同样包括焊缝。可选地，围绕第二连接区域109可以存在另外的同心布置的连接区域，这些连接区域同样具有焊缝。这有助于两个声换能器元件之间的改进的解耦。
在封闭层103的边缘区域中和在孔板承载件101的边缘区域中设有第三连接区域110。在这里，概念“边缘区域”理解为相对于封闭层外棱边的横向间距为0.1mm-1mm的区域。
压电元件104具有100μm-750μm、150μm-500μm的厚度。孔板承载件101具有0.5mm-15mm、优选1mm-10mm的厚度。
封闭层103具有50μm-750μm的厚度。封闭层103可以被涂漆并且保护声换能器组件100免受湿气、液体和机械作用的影响。可选地，可以在封闭层103上布置有塑料薄膜。塑料薄膜优选通过环氧树脂粘接剂粘接到封闭层103上。在此，环氧树脂粘接剂附加地起到用于实现特别平的表面的公差补偿的作用。为此，环氧树脂粘接剂可以被刮上去。塑料薄膜例如具有聚酰亚胺或由金属和塑料或者由碳纤维织物和树脂组成的复合材料。
在实施例中，封闭层103包括金属，例如不锈钢、钢或铝合金。这意味着，封闭层103是完全能导电的。
在另一实施例中，封闭层103具有塑料，例如PES、PVDF、玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料，其中，封闭层103的与孔板承载件101连接的一侧具有金属层。
阻尼材料优选含硅树脂。
压电元件104、弯曲换能器元件115和贯通开口111的基本形状是任意的。优选地，它们具有规则的形状，例如方形、矩形、四边形、圆形或椭圆形。在一个声换能器组件100中，压电元件104、弯曲换能器元件115和贯通开口111的基本形状可以是同类的或不同的。
声换能器组件100可以具有数量为2-250个、优选5-50个的声换能器元件。
图1b示出根据本发明的声换能器组件100的第一实施方案的俯视图。示例性地示出三个弯曲换能器元件115，所述弯曲换能器元件相互平行地或在一行中布置。在俯视图中示出矩形的封闭层103，该封闭层遮盖三个压电元件104。此外，示出设定各个弯曲换能器的边缘夹紧的第一连接区域108、起到弯曲换能器之间的解耦作用的第二连接区域109和第三连接区域110，该第三连接区域例如矩形地构型并且作用为声换能器组件的密封部。
图2示出声换能器组件200的第二构型在xz平面中的剖示图。图2的与在图1中示出的特征相同的特征具有附图标记的与图1相同的后位数字。在图2中，封闭层203具有多个部分区域，其中，部分区域分别布置在贯通开口上并且封闭或者说闭锁该贯通开口。这意味着，封闭层包括多个单件，所述单件分别作用为膜片214，因为所述单件布置在压电元件204上方。
图3示出用于制造声换能器组件的方法，所述声换能器组件具有孔板承载件，该孔板承载件带有多个贯通开口、多个压电元件和一个封闭层。所述方法300以步骤310开始，在该步骤中使压电元件的第二电极与封闭层连接。在随后的步骤320中，借助于线材键合使压电元件的第一电极电连接或触点接通。在此，第一电极与第二电极相对置。在随后的步骤330中，借助于第一连接区域、例如通过焊缝使封闭层和孔板承载件连接。在随后的步骤340中，贯通开口至少部分地填充以阻尼材料。
声换能器组件100和200使用在机动车、运动的或静止的机器例如机器人、无人驾驶运输系统、仓库中的物流系统、吸尘器、割草机中。此外，声换能器组件100和200可以使用在电动自行车、电动轮椅中，或者使用在用于支持身体残障人员的辅助器件中。
Claims (9)
1.声换能器组件(100)，包括
·具有多个贯通开口(111)的孔板承载件(101)，
·多个压电元件(104)，其中，每个压电元件(104)具有一个第一电极(105)和一个第二电极(106)，所述第一电极(105)与所述第二电极(106)相对置，并且压电元件(104)分别布置在贯通开口(111)内部，和
·封闭层(103)，其中，所述封闭层(103)布置在所述孔板承载件(101)和所述压电元件(104)上方，其中，所述压电元件(104)的所述第二电极(106)与所述封闭层(103)导电地连接，
其特征在于，
所述封闭层(103)和所述孔板承载件(101)具有第一连接区域(108)，该第一连接区域围绕所述贯通开口(111)同心地布置，其中，所述第一连接区域(108)分别具有比所述贯通开口(111)大的直径并且所述第一连接区域(108)环形地构型。
2.根据权利要求1所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述封闭层(103)和所述孔板承载件(101)具有第二连接区域(109)，该第二连接区域围绕所述贯通开口(111)同心地布置，所述第二连接区域(109)具有比所述第一连接区域(108)大的直径并且所述第二连接区域(109)环形地构型。
3.根据前述权利要求中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述第一连接区域(108)分别具有焊缝。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述封闭层(103)单件式地构造。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述封闭层(103)具有多个部分段，其中，所述封闭层(103)的每个部分段分别与相应的压电元件(104)导电地连接。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述第二连接区域(109)具有焊缝。
7.根据权利要求1至4和权利要求6中任一项所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述封闭层(103)和所述孔板承载件(101)具有第三连接区域(110)，该第三连接区域使所述封闭层(103)的边缘区域与所述孔板承载件(101)的边缘区域机械连接。
8.根据权利要求7所述的声换能器组件(100)，其特征在于，所述第三接区域(110)具有焊缝。
9.用于制造声换能器组件的方法(300)，所述声换能器组件包括带有多个贯通开口的孔板承载件、多个压电元件和一个封闭层，所述方法具有以下步骤：
·使所述压电元件的第二电极与所述封闭层连接(310)，
·借助于线材键合使所述压电元件的第一电极触点接通(320)，其中，所述第一电极与所述第二电极相对置地布置，
·借助于焊缝使所述封闭层和所述孔板承载件连接(330)，并且
·以阻尼材料部分地填充(340)所述贯通开口。
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