CN1168155C - 压电变压器设备和电力电源设备 - Google Patents
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Abstract
一种压电变压器部件通过薄的软绝缘板与初级导引件和次级导引件缠绕在一起，初级与次级导引件露在缠绕板外侧，使变压器部件体积小，且易于处理和安装在电路板上。初级与次级导引件可由软的扁电缆形成。在使用这种压电变压器部件的电力电源设备中，由缠绕板将变压器部件和软的扁电缆与安装变压器部件和其它电路部件的电路板部分缠绕在一起。
Description
技术领域
本发明涉及使用压电振动器的压电变压器设备，特别是这种压电变压器设备和使用压电变压器设备的电力电源设备。
背景技术
在现有技术中已知，压电变压器所用压电振动器具有至少一对在压电陶瓷板上和/或压电陶瓷板中形成的驱动电极。交流电压加至这对驱动电极时，由于压电作用板以如单波长谐振方式的谐振方式振动。板振动时，板的所有位置发生电压电位变化。从此位置上形成的输出电极可取出变化的电压电位。一对输出电极可形成在板上的不同位置。所以，供给作为初级电极的驱动电极的交流电压被变压并在作为次级电极的输出电极处得到。
由于对变压器而言，压电板振动是重要的，因此支撑变压器而不抑制振动是一严重问题。振动的波形具有振动波节和波腹。
另一方面，需要引线将输入电压供给初级电极并从次级电极取出已变压的电压。通常，引线连接至初级电极和次级电极。但是，引线连接点不总是在对应振动波节的位置。引线应是松的没有妨碍压电板振动的张力。在电路设备，特别是小体积设备中组装，维护以及其它处理引线的工作困难。
而且，初级和次级电极形成在压电板的不同表面上。所以，在线路板上安装变压器和接线操作复杂。由此造成线路板上用于安装变压器的空间大且造价高，线路设备体积大。
现有技术中，为了容易且安全地处理变压器，使其与印刷线路板上的布线图案绝缘，以及其它目的，压电变压器部件与引线一起装在绝缘外壳中。外壳通常由可塑树脂制成并具有0.5mm或以上的壁厚。外壳的使用造成变压器设备和用压电变压器设备的电源设备昂贵且体积大。
发明内容
所以，本发明的目的是提供一种压电变压器设备，它外部绝缘结构简单，体积小，造价低，且处理与组装操作简单。
本发明的另一目的是提供一种使用压电变压器设备的电力电源，它组装操作容易，体积小，造价低，且可靠性高。
按照本发明，提供一种压电变压器设备，它包括：压电变压器部件，该部件包括具有输入区和输出区的压电矩形板、初级电极装置和次级电极装置，初级电极装置形成在矩形板的输入区以便接受作为初级电压的驱动电压，通过压电效应驱动矩形板的振动，而次级电极装置形成在矩形板的输出区以便提取由于压电效应由矩形板振动产生的次级电压；初级导引装置，该装置连至初级电极装置以便将驱动电压送至初级电极装置；次级导引装置，该装置连至次级电极装置以便引出次级电压；以及软绝缘板材的缠绕装置，该装置将压电变压器部件、初级导引装置以及次级导引装置缠绕并紧固在一起，初级导引装置和次级导引装置引出缠绕装置。
按照本发明，还得到一种电力电源设备，它包括压电变压器设备、连接至压电变压器设备的其它电路部件、以及电路板，电路板具有安装压电变压器设备的变压器区域，安装其它电路部件的相邻区域，以及其上形成的连接压电变压器设备与其它电路部件的布线图案。压电变压器包括：压电变压器部件，该部件包括具有输入区和输出区的压电矩形板、初级电极装置和次级电极装置，初级电极装置形成在矩形板的输入区以便接受作为初级电压的驱动电压，通过压电效应驱动矩形板的振动，而次级电极装置形成在矩形板的输出区以便提取由于压电效应由矩形板振动产生的次级电压；初级导引装置，该装置连至初级电极装置以便将驱动电压送至初级电极装置，初级导引装置连至布线图案；以及次级导引装置，该装置连至次级电极装置以便引出次级电压，所述次级导引装置也连至布线图案。
电力电源设备还包括软绝缘板材的缠绕装置，该装置将压电变压器部件、初级导引装置、次级导引装置以及电路板的变压器区域缠绕并紧固在一起。
本发明的其它目的、以及各种实施例和修改将在下面和随后的有关权利要求中描述。
附图说明
图1是公知压电变压器例子的透视图；
图2是公知压电变压器另一例子的透视图；
图3是公知压电变压器另一例子的透视图；
图4是说明压电板振动的示意图；
图5是按本发明实施例的压电变压器设备透视图；
图6是缠绕板未缠绕时图5压电变压器设备的透视图；
图7是按本发明另一实施例的压电变压器设备透视图；
图8是按本发明另一实施例的压电变压器设备透视图；
图9是省去缠绕板的图8压电变压器设备的分解图；
图10是沿图9中线10-10剖开的截面图；
图11是按本发明一个实施例的电力电源设备透视图
图12是省去缠绕板的图11中设备的分解图；
图13是省去缠绕板的、沿图11中线13--13剖开的截面图；
图14是类拟图13的修改的截面图；
图15是按本发明不同实施例的电力电源设备透视图；
图16是本发明另一实施例的电力电源设备透视图。
具体实施方式
描述本发明最佳实施方式前，参照图1至4描述现有技术，以便更好地理解本发明。
参见图1，所示公知压电变压器包括压电陶瓷材料的矩形板11，一对初级电极12a和12b，以及在板11的端面上形成的次级电极13。
作为压电变压器中所用的压电陶瓷材料，公知的有Pb(FeNb)ZrTiO3型，Pb(MnSb)ZrTiO3型，Pb(MnNb)ZrTiO3型，Pb(FeSb)ZrTiO3型，和类似的陶瓷。
初级电极12a和12b形成在板11的右半部相对表面(如数字所示)上。板11的半部在箭头所示厚度方向上偏振。
用具有初级电极12a和12b的压电陶瓷矩形板11作为压电振动部件是公知的。具体地，当交流电压加至这对初级电极12a和12b时，板11振动，其振动波长等于板11的长度L，如图4所示，其中两波形A和B分别表示板的位移分布和张力分布。振动波节和波腹以L/4的间隔交替出现。初级电极12a和12b确切地称为振动部件中的驱动电极。
回到图1，板11的另半部在如另一箭头所示的纵向偏振。当压电陶瓷板11振动时，次级电极13产生交流电压。这样，当交流电压加至初级电极12a和12b时，从次级电极13得到次级输出电压。初级电极12a和12b之一，例如，电极12b公用于次级侧，即在初级电极12b和次级电极13上得到次级输出。
为了将初级电压加至初级电极12a和12b，用焊接方法将初级引线52a和52b分别在振动波节连至初级电极12a和12b。另一方面，用焊接方法将输出引线53也连至次级电极13。
还有另一分别连接输入引线和输出引线至初级电极12a与12b和次级电极13的公知结构，如图2和3所示。
参见图2，用弹性导体带54a和54b代替线并用焊接方法或压焊方法连接初级电极12a和12b与次级电极13。
参见图3，用软的扁电缆61代替引线和弹性导体带。软的扁电缆61包括置于或形成在软塑料板63上的导体带61a和61b。导体带61a和61b的端部从软塑料板61引出并用焊接方法或压焊方法连至初级电极12a与12b和次级电极13。
现有技术中这些公知的变压器存在前面所述的问题。
现在，参照图5至16描述实施本发明的最佳方式。
参见图5和6，本发明第一实施例的压电变压器设备特征在于设有软绝缘材料的缠绕板20，软绝缘材料如聚酰亚胺，聚酰胺，聚酯和其它可塑树脂。缠绕板20将压电变压器部件10和初级与次级引线52与53卷绕在一起并通过胶带21固定以保持卷绕状态。将初级与次级引线52与53引出并露在缠绕板20外。
可使用厚度约0.1mm或以下的缠绕板20。这样，变压器设备体积小并易于组装，从而成本低。
变压器部件10类似于图1的普通部件，但具有作为连接至初级电极12a和12b的输入端电极12c和12d的侧电极，初级电极12a和12b在压电陶瓷矩形板11的相对表面上，类似于图1所示。侧端电极最好形成在压电矩形板11振动波节附近的位置。
可使用图1的变压器，再按本发明用缠绕板20缠绕它。
也可使用图9和10所示的变压器部件10，它具有如下所述的内部初级电极。
在例子中，压电陶瓷板11是PZT陶瓷并尺寸为40mm×6mm×1.5mm。Ag膏用于电极12a-12d，以及13。
参见图7，该发明第二实施例的压电变压器类似于图5和6的实施例，并进一步包括一矩形基片或支撑板14，它具有用于在其上安装变压器部件10的矩形上表面。基片14也被缠绕板20与变压器部件10以及引线52和53缠绕在一起，如图中所示。
在修改例中，缠绕板20与基片14可通过注模可塑树脂连续并整体形成。
参见图8至10，所示为本发明第三实施例的压电变压器。
所示实施例中，用热收缩管20’作缠绕板。而且，代替初级引线52a和52b以及次级引线53，使用软的扁电缆或软的印刷电路板18。软的扁电路包括可塑树脂的软板且形成布线图案或导体15以在软板中延伸。
变压器部件10和软的扁电缆18插入热收缩管20’并加热。然后，管20’收缩并将变压器部件10和软的扁电缆18卷绕且缠紧在一起。于是，不需胶带21将变压器部件10与软的扁电缆18固定在一起。
参见图9和10，下面描述变压器部件10和软的扁电缆18。
变压器部件10具有类似图1中所示的结构，但有几点差别。类似的部分用与图1相同的标记符号表示。关于差别，如图10所示，在压电陶瓷板11的半部中形成多对初级电极12a和12b。在板11半部的相对侧表面上形成一对输入端电极12c与12d。输入端电极的一个12c连至成对初级电极的一电极12a，同时输入端电极的另一个12d连至成对初级电极的另一电极12b。而且，除了在板11的端面上形成次级电极13a外，在板11的中部表面上形成附加次级电极13b。这意味着次级侧不公用一个初级电极，就可在次级电极13a和13b上得到输出电压。次级电极13a和13b延伸到板的侧表面上，以形成小侧电极，作为输出端电极13c和13d。
软的扁电缆18包括多个由软的塑料板16绝缘并覆盖的导体带15。导体带15具有露出塑料板的连接垫15a-15d，当变压器10安装在软的扁电缆18上时，用焊接方法将这些连接垫分别机电连接输入端电极12c与12d和13c与13d。软的扁电缆18还设有导体带15的端垫(如图中构造18右端黑圈所示)，它可容易地与外部电路相连。
在使用具有软的扁电缆18和缠绕板20’的变压器设备时，没有处理引线的麻烦，容易实现安装到电路板上的操作和其它电路元件的连接操作。
在一个例子中，通过形成多个压电陶瓷的矩形生板，在生板上印刷Ag/Pd的初级电极图案，重叠并烧结生板以形成具有初级电极12a和12b的硬矩形陶瓷板11。然后，通过烧Ag膏在板11上形成输入端电极12c和12d，具有输入端电极13c和13d的次级电极13a和13b。然后，通过缠绕板20的缠绕或通过热收缩管20’的覆盖，将软的扁电缆18安装并连接至变压器部件10。
参见图11和12，使用本发明实施例压电变压器设备的电力电源设备包括压电变压器部件10，软的扁电缆18，印刷电路板22，以及将它们缠绕在其中的缠绕板20。
变压器部件10类似于图9和10所示。印刷电路板22具有安装在其上、用于与变压器部件10一起构成电力电源设备的电路部件23和用于连接变压器部件10至电路部件23的布线图案24。软的扁电缆18有导体图案15，当软的扁电缆18与变压器部件10一起安装到印刷电路板22的变压器安装区域上时，导体图案15连接至布线图案。
缠绕板20将变压器部件10，软的扁电缆18和印刷电路板22的变压器安装区域缠绕在一起，并在缠绕状态中由胶带21固定缠绕板20。也可使用热收缩管20’。
与使用装在塑料外壳中的压电变压器的现有技术电力电源设备的5mm厚度相比，按实施例的电力电源设备厚度降低，如2.5mm。所提供的压电变压器部件尺寸为40mm×6mm×1.5mm。
参见图13，通过压电板11振动波节附近位置的硅胶30可固定压电变压器部件10和软的扁电缆18。这样，可将压电变压器部件10支撑在印刷电路板22上而对压电板11的振动没有不利影响。
参见图14，在软的扁电缆18和印刷电路板22之间，压电板11振动波节的附近位置可设另一硅胶层32。
参见图15和16，用两个缠绕带20a和20b覆盖并缠紧压电变压器部件10，软的扁电缆18，以及压电板11振动波节附近位置的印刷电路板22的变压器安装区域。这些实施例中，缠绕带显示为热收缩管。但是，用胶带以如图5所示类似方式可缠绕并固定板带。
在图16的实施例中，压电变压器部件10在次级电极结构上与图11和15中不同。即，次级电极构造包括类似于图1中电极13的端电极13a，在压电板11中部的类似于图9中电极13b的带电极13b和另一形成在电极13a和13b之间中点，即距端电极13a L/4距离处的带电极13e，L是压电板11的长度。电极13e还设有侧端电极13f，侧端电极13f连接至软的扁电缆18上的导体图案15。
在变压器部件中，压电板11在电极13e处的两区域反向偏振，如图中箭头所示。即，电极13b和13e之间的区域以向右方向偏振，而电极13e和13a之间的另一区域以向左方向偏振。电极13b和13a接地，且输出取自电极13e与地之间。在该结构中，能获得高输出电压。
处于高压的电极13e由绝缘板材的缠绕带20b覆盖。
图11，图13和图16的电力电源设备设有10层内部电极并经受评估测试。
评估测试中，20V输入电压加至每一电力电源设备，并测量输出电压和电流以及温度。所测量数据显示在表1中。
而且，使用相同输入电压对每一变压器进行老化测试。在开始时，500小时后和1,000小时后测量输出电压和电流以及温度。所测数据显示在表2中。
表1
| 具有外壳的设备 | 具有FPC的实施例 | |||
| 图11 | 图13 | 图16 | ||
| Qm | 705 | 720 | 710 | 725 |
| 输出电压(Vpp) | 1410 | 1430 | 1415 | 1437 |
| 输出电流(mA) | 5.8 | 6.1 | 6.0 | 6.2 |
| 温度(℃) | 32 | 31 | 33 | 31 |
表2
| 老化时间(小时) | 0 | 500 | 1000 | ||
| 现有技术具有外壳的设备 | NG | 0 | 1 | 2 | |
| G | 50 | 49 | 48 | ||
| 实施例 | 图11 | NG | 0 | 0 | 0 |
| G | 50 | 50 | 50 | ||
| 图13 | NG | 0 | 0 | 0 | |
| G | 50 | 50 | 50 | ||
| 图16 | NG | 0 | 0 | 0 | |
| G | 50 | 50 | 50 | ||
NG表示由于振动泄漏而使设备产生的噪音，G表示无此噪音的良好设备。
Claims (21)
1.一种压电变压器设备，包括：
压电变压器部件，该部件包括具有输入区和输出区的压电矩形板，初级电极装置和次级电极装置，初级电极装置形成在所述矩形板的所述输入区以便接受作为初级电压的驱动电压，通过压电效应驱动所述矩形板的振动，而次级电极装置形成在所述矩形板的输出区以便提取由于压电效应由所述矩形板振动产生的次级电压；
初级导引装置，该装置连至所述初级电极装置以便将所述驱动电压送至所述初级电极装置；
次级导引装置，该装置连至所述次级电极装置以便引出所述次级电压；以及
软绝缘板材的缠绕装置，该装置将所述压电变压器部件、所述初级导引装置以及所述次级导引装置缠绕并紧固在一起，所述初级导引装置和所述次级导引装置引出所述缠绕装置。
2.如权利要求1的压电变压器设备，其特征在于缠绕装置包括将所述压电变压器部件、所述初级导引装置和所述次级导引装置覆盖在一起的卷绕的缠绕板，以及将所述缠绕板固定在卷绕状态的胶带装置。
3.如权利要求2的压电变压器设备，其特征在于所述缠绕板是从聚酰亚胺、聚酰胺和聚酯塑料树脂中选择的一种。
4.如权利要求1的压电变压器设备，其特征在于所述缠绕装置由热收缩材料制成并收缩将所述压电变压器部件、所述初级导引装置和所述次级导引装置缠绕和紧固在一起。
5.如权利要求1的压电变压器设备，其特征在于它还包括一个所述压电变压器部件装在其上的绝缘材料矩形基片，所述基片与所述压电变压器部件一起缠绕在所述缠绕装置中。
6.如权利要求1的压电变压器设备，其特征在于它还包括一个软绝缘板，该软绝缘板中形成多个图案导体作为所述初级和所述次级导引装置以便由此延伸形成软的扁电缆，所述软的扁电缆与所述压电变压器部件一起缠绕在所述缠绕装置中。
7.如权利要求6的压电变压器设备，其特征在于所述缠绕装置和所述软绝缘板是软绝缘板材制成的连续整体板。
8.如权利要求6的压电变压器设备，所述压电矩形板具有相对的侧表面和端表面，其特征在于所述初级电极装置包括形成在所述侧表面上并连至所述初级导引装置的输入端电极装置，且所述次级电极装置包括形成在至少一个所述侧表面和所述端表面上并连至所述次级导引装置的输出端电极装置。
9.如权利要求8的压电变压器设备，其特征在于它还包括一个所述压电变压器部件与所述软的扁电缆一起装在其上的绝缘材料矩形基片，所述基片与所述压电变压器部件和软的扁电缆一起缠绕在所述缠绕装置中。
10.如权利要求9的压电变压器设备，所述矩形板的振动具有多个振动波节，其特征在于所述压电变压器部件由粘接剂在所述矩形板所述振动波节附近固定到所述软的扁电缆。
11.如权利要求10的压电变压器设备，其特征在于所述软的扁电缆和所述矩形基片一起固定在所述矩形板所述振动波节的附近。
12.一种电力电源设备，包括压电变压器设备，连接至所述压电变压器设备的其它电路部件，以及电路板，电路板具有安装所述压电变压器设备的变压器区域，安装所述其它电路部件的相邻区域，以及其上形成的连接所述压电变压器设备与所述其它电路部件的布线图案，其中所述压电变压器包括：
压电变压器部件，该部件包括具有输入区和输出区的压电矩形板，初级电极装置和次级电极装置，初级电极装置形成在所述矩形板的所述输入区以便接受作为初级电压的驱动电压，通过压电效应驱动所述矩形板的振动，而次级电极装置形成在所述矩形板的输出区以便提取由于压电效应由所述矩形板振动产生的次级电压；
初级导引装置，该装置连至所述初级电极装置以便将所述驱动电压送至所述初级电极装置，所述初级导引装置连至所述布线图案；和
次级导引装置，该装置连至所述次级电极装置以便引出所述次级电压，所述次级导引装置也连至所述布线图案；
且其中所述电力电源设备还包括：
软绝缘板材的缠绕装置，该装置将所述压电变压器部件、所述初级导引装置、所述次级导引装置以及所述电路板的所述变压器区域缠绕并紧固在一起。
13.如权利要求12的电力电源设备，其特征在于缠绕装置包括将所述压电变压器部件、所述初级导引装置、所述次级导引装置、以及所述电路板的所述变压器区域覆盖在一起的卷绕的缠绕板，和将所述缠绕板固定在卷绕状态的胶带装置。
14.如权利要求13的电力电源设备，其特征在于所述缠绕板是从聚酰亚胺、聚酰胺和聚酯塑料树脂中选择的一种。
15.如权利要求12的电力电源设备，其特征在于所述缠绕装置由热收缩材料制成并收缩将所述压电变压器部件、所述初级导引装置、所述次级导引装置和所述电路板的所述变压器区域缠绕和紧固在一起。
16.如权利要求12的电力电源设备，其特征在于它还包括一个软绝缘板，该软绝缘板中形成多个图案导体作为所述初级和所述次级导引装置以便由此延伸形成软的扁电缆。
17.如权利要求16的电力电源设备，所述压电矩形板具有相对的侧表面和一个端表面，其特征在于所述初级电极装置包括形成在所述侧表面上并连至所述初级导引装置的输入端电极装置，且所述次级电极装置包括形成在至少一个所述侧表面和所述端表面上并连至所述次级导引装置的输出端电极装置。
18.如权利要求17的电力电源设备，所述矩形板的振动具有多个振动波节，其特征在于所述压电变压器部件由粘接剂在所述矩形板所述振动波节附近固定到所述软的扁电缆。
19.如权利要求18的电力电源设备，其特征在于所述软的扁电缆和所述电路板的变压器区域一起固定在所述矩形板所述振动波节的附近。
20.如权利要求17的电力电源设备，所述矩形板的振动具有多个振动波节，其特征在于所述缠绕装置包括多个缠绕件，这些缠绕件用于在分别对应所述矩形板的所述多个振动波节的位置将所述压电变压器部件、所述初级导引装置、所述次级导引装置和所述电路板的所述变压器区域缠绕并紧固在一起。
21.如权利要求20的电力电源设备，其特征在于所述输入与所述输出端电极装置分别形成在所述振动波节的附近。
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