CN1175440C

CN1175440C - 压电变压器

Info

Publication number: CN1175440C
Application number: CNB981179436A
Authority: CN
Inventors: 熊坂克典; 佐藤宏行
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2018-08-19
Also published as: EP0898314B1; KR19990023691A; DE69802482D1; US5949179A; CN1223446A; EP0898314A1; TW437112B; DE69802482T2

Abstract

一种压电变压器，其包括变压器元件和用于连接外部电路的连接引线结构，所述变压器元件包括：矩形板；至少一对一次电极，用于接收驱动电压，以驱动矩形板的振动；输入端电极；以及，至少一个二次电极，其上由于矩形板的振动而产生电位，该二次电极具有输出端电极部分，并且，连接引线结构包括：绝缘材料制成的柔性扁片；以及多个导体带，输入输出端电极和相应的一个连接部分机械地电气地相连，使得变压器元件位于扁片上，矩形板的第一表面盖住扁片，扁片在整体上呈梯形并具有多个伸出的脚，导体带通过脚延伸并被局部地暴露于脚的外部。

Description

压电变压器

技术领域

本发明涉及到压电变压器以及包括压电变压器的电源。

背景技术

如本技术领域所知，压电变压器使用压电振荡器。压电振荡器具有至少一对被形成在压电陶瓷板上与/或压电陶瓷板内的驱动电极。当交流电压加到这对驱动电极上时，由于压电效应便使陶瓷板以一种谐振方式例如单波长谐振方式振动。当陶瓷板振动时，在板的任何位置便产生电压电位的振荡。可变的电压电位可以从形成在该位置上的输出电极取出。可以在板上的不同位置形成一对输出电极。这样，加于作为一次电极的驱动电极上的交流电压被变换，并在作为二次电极的输出电极上获得变换的电压。

压电变压器被用于电路例如液晶显示的背景光照明电路，复印机色料的充电电路等的电源中。在这些应用中，压电变压器被安装在具有用于电源的其它电路元件的印刷电路板上并和印刷电路板相连。

因为对于压电变压器而言压电板的振荡是重要的，所以通过以不抑制振荡的方式支撑变压器便是一个重要问题。振动的波形具有振动的波节和波腹。因此，变压器在相应于振动波节的位置被支撑着。

在另一方面，必须用引线把变压器和印刷电路板相连，使得对一次电极提供输入电压并从二次电极取出变换的电压。通常，引线和一次电极以及二次电极相连。然而，引线连接点并不总是在相应于振动波腹的位置上。引线应当是自由而没有张力的，从而不干扰压电板的振动。这些引线对于电路装置例如电源，尤其是体积小的装置的装配、维护等有些麻烦。

此外，一次电极和二次电极被形成在压电板的不同的表面上，因此，在电路板上变压器的安装和连线操作是复杂的。这使得在电路板上产生大的空间用于安装变压器，也引起电路装置的大的体积和高的成本。

而且，因为压电变压器产生高电压而需要使电源具有安全防护措施。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种压电变压器，其具有用于和外部电路连接的简单的结构并且体积小。

本发明的另一个目的在于提供一种包括耐所产生的高压的压电变压器的电源。

本发明提供一种体积小的压电变压器，其具有安装在压电板表面上的连接引线结构。所述连接引线结构用于通过简单的操作连接变压器和外部电路。

本发明涉及一种压电变压器，其包括变压器元件和与变压器元件相连的用于连接变压器元件和外部电路的连接引线结构。所述变压器元件包括：

由压电陶瓷制成的并具有第一表面和侧面的矩形板；

被提供在所述矩形板上的一次电极，用于接收作为一次电压的驱动电压，从而通过压电效应驱动矩形板的振动；

被形成在矩形板上在其第一表面上被部分地暴露的输入端电极，其分别和一对电极相连；以及

被形成在矩形板的一个区域上的至少一个二次电极，其上通过由于压电效应而引起的矩形板的振动而产生电位，所述二次电极具有输出端电极部分，其延伸而暴露在矩形板的第一表面上。

所述连接引线结构包括：

绝缘材料制成的柔性扁片；以及

在扁片中形成的并具有被部分地暴露在扁片外部的连接部分的多个导体带，输入输出端电极和相应的一个连接部分机械地电气地相连，其连接状态使得变压器元件位于扁片上，此时矩形板的第一表面盖住扁片。

在本发明的一个方面中，扁片在整体上呈梯形，并具有多个从梯形上相应于输入电极和二次电极与/或输出电极的位置伸出的脚，导体带通过脚延伸并被局部地暴露于脚的外部。

按照本发明的另一方面，通过把压电变压器安装在印刷电路板的确定的板区域上，并借助于通过形成电源的狭长切口包封扁片而包封变压器元件、连接引线结构和印刷电路板的板区域而获得电源，所述印刷电路板具有用于和压电变压器一起形成电源的电路元件。

在按照本发明的另一方面的变压器中，扁片呈具有大的中心孔的矩形，连接引线结构还包括具有大的中心孔的硬绝缘板，扁片也呈具有大的中心孔的矩形并被连接在绝缘板上，以及和导体带相连的并从连接引线结构伸出用于和外部电路连接的引线装置。

在本发明的另一方面中，扁片被作成盖状壳体，所述壳体具有弹性件作为用于连接部分的端接件。

附图说明

图1是已知的压电变压器的一个例子的透视图；

图2是已知的压电变压器的另一个例子的透视图；

图3是已知的压电变压器的另一个例子的透视图；

图4说明压电板的振动；

图5是按照本发明的一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；

图6是沿图5的截面6-6的截面图；

图7是按照本发明的一个实施例包括图5和图6的压电变压器的电源的透视图；

图8是按照另一个实施例的电源的透视图；

图9是按照本发明的另一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；

图10是按照本发明的另一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；

图11是图9和图10中的FPC中的一个脚的例子；

图12是图9和图10中的FPC中的一个脚的另一个例子；

图13是包括图9-12所示的压电变压器的电源的透视图；

图14是按照本发明的另一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；

图15是按照本发明的另一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；

图16是按照本发明的另一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；

图17是包括图14-16所示的压电变压器的电源的拆开的透视图；

图18是按照本发明的另一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；

图19是按照本发明的另一个实施例的压电变压器的拆开的透视图；以及

图20是包括图18和19所示的压电变压器的电源的拆开的透视图。

具体实施方式

在说明最佳实施例之前，首先参照图1-4说明现有技术，以便更好地理解本发明。

参见图1，其中示出了已知的压电变压器，其包括由压电陶瓷材料制成的矩形板11，一对一次电极12a，12b，和形成在板11的端面上的二次电极13。

作为在压电变压器中使用的压电陶瓷材料，已知有下列几类陶瓷：Pb(FeSb)ZrTio₃，Pb(MnSb)ZrTio₃，Pb(MnNb)ZrTio₃，Pb(FeSb)ZrTio₃等。

一次电极12a，12b被形成在板11的右半部分(如图所示)的相对的表面上。

板11的半个部分被沿由箭头所示的厚度方向极化。

具有一次电极12a，12b的压电陶瓷矩形板11被称为应当振动元件。详细地说，当在一对一次电极12a，12b上加上交流电压时，板11就振动，其波长等于板11的长度L，如图4所示，其中示出了两个波形A和B，分别为位移分布和应力分布。以L/4的间隔交替地出现波节和波腹。一次电极12a，b在振动元件中最好称为驱动电极。

再次参看图1，板11的另外半个部分沿由另一个箭头所示的长度方向被磁化，当压电陶瓷板11振动时，由二次电极13产生交流电压。因而，当交流电压施加于一次电极12a，b上时，便从二次电极13获得二次输出电压。一次电极12a，b中的一个例如电极12b被二次侧共用，即在一次电极12b和二次电极13上获得二次输出电压，

为了把一次电压加于一次电极12a，12b上，利用焊接方法把输入引线52a，52b分别连接在一次电极12a，12b的振动波腹处。在另一方面，输出引线53也利用焊接方法连接于二次电极13上。

还知道把输入引线和输出引线分别连接到一次电极12a，12b和二次电极13上的另一种结构，如图2和图3所示。

参见图2，使用弹性导体带54a，54b和55代替引线并用焊接方法或压力焊接方法连接于一次电极12a，12b和二次电极13上。

参看图3，使用柔性扁电缆61代替引线和弹性导体带。柔性扁电缆61包括被设置或形成在柔性塑料板63上的导体带61a，61b。导体带61a，61b的端部被从塑料板61引出，并通过焊接方法或压力焊接方法连接到一次电极12a，12b和二次电极13上。

制成的压电变压器的尺寸小，尤其是厚度小。因此，它在被集成为小尺寸的电子电路装置中是有用的。然而，已知的结构在连接电极和引线方面是复杂的并具有引言部分所述的缺点。

现在参照图5-20所示的实施例说明本发明。

参看图5和图6，其中示出了按照本发明的实施例的压电变压器，其包括变压器元件10和连接引线结构18。变压器元件10和图1所示的类似但是具有几处不同。类似的部分用相同的标号表示。关于不同的部分，多对一次电极12a，2b被形成在压电陶瓷板11的半个部分内，如图6所示。一对输入端电极12c，12d被形成在板11的半个部分的相对的侧面上。一个输入端电极12c和一对一次电极中的一个电极12a相连，而输入端电极中的另一个12d和一对一次电极中的另一个12b相连。此外，除去在板11的端面上形成的二次电极13a之外，一个附加的二次电极13b被形成在板1 1的中部的表面上。这意味着可以在二次电极13a，13b上获得输出电压，而不用被二次侧共用的一个一次电极。二次电极13a，13b在板的侧面上延伸，从而形成小尺寸的电极作为输出端电极13c，13d。

变压器元件10具有连接引线结构18，其包括由柔性塑料板例如聚酰亚胺树脂或聚酯树脂塑料板17绝缘并覆盖的多个导体带16a-16d。导体带16a-16d具有暴露在塑料板外部的焊盘15a-15d，用于当变压器被安装在连接引线结构18上时，通过焊接方法分别和输入端电极12c，12d，13c，13d进行进行与电气连接。连接引线结构18可以用类似于叫做柔性印刷电路(FPC)或叫做柔性扁电缆(FFC)的方式制成。

连接引线结构18还具有导体带16a-16d的端焊盘(图中由在结构18的左右端的黑圈表示)，其可以和外部电路容易地进行连接。

在具有连接引线结构的变压器的使用中，在电路板上安装与连接变压器和其它电路元件的操作能够容易地进行而没有因处理引线而带来的麻烦。

参看图7，其中示出的电源装置使用图5和图6所示的压电变压器。具有连接引线结构18或FPC17的压电变压器被安装在印刷电路板20上，并利用包片30包在一起。详细地说，印刷电路板20具有从边缘向内延伸的狭长切口21，借以分割出一个电路板区域，在该区域上安装压电变压器，并分割出另一个电路板区域，在该区域上安装其它电路元件22。

包封片30把变压器元件10、FPC17和印刷电路板20的变压器安装区域包封在一起，并在包封状态下利用粘结带(未示出)固定。可以使用可热缩的管作为包封片30。

参看图8，在压电板11的波节附近使用包封带31和31代替图7中的包封片30，用于盖住和包封压电变压器元件10、FPC17和印刷电路板20的变压器安装区域。印刷电路板20最好具有在狭长切口21的边缘和印刷电路板20的相对端或平行端中形成的切除的部分23(图中示出了4个切除部分)，用于接收包封带31，如图所示。这样，压电变压器便被正确地固定在变压器安装区域上，并且包封带也被固定在相应于板11的振动波节的位置上。

例1

在一个例子中，变压器元件10通过制成矩形的PZT压电陶瓷原板，在原板上印上Ad/Pd一次电极图形，叠放并烧结原板而形成具有40mm×6mm×1.5mm大小的带有一次电极12a，12b的矩形陶瓷板11。此后，通过烧制Ag膏在板1 1上形成输入端电极12c和12d，具有输出端电极13c和13d的二次电极13a和13b。这样，便制备了压电变压器元件的几个试样。然后，试样压电变压器元件被连接到连接引线结构18上，并被安装在印刷电路板上而形成电源装置，分别如图7、8所示。为了比较，试样变压器元件也被安装在印刷电路板上并用图1所示的引线和印刷电路板相连。这样，便又制备了对照电源。

图7、图8的电源和对照电源通过驱动长度为200mm直径为2mm的冷阴极射线管分别进行了测试。在测试中，测量了输出电压和电流以及温度。测量数据如表1所示。

表1

	引线	图7	图8
	引线	图7	图8	Qm		720	730
输出电压(V)	1410	1435	1440	Qm		720	730
输出电压(V)	1410	1435	1440	输出电流(mA)	6	6.2	6.3
温度(℃)	33	31	30	输出电流(mA)	6	6.2	6.3

由表1可见，按照本发明的实施例的电源具有类似于具有已知的引线型变压器的电源的特性。

此外，通过老化试验表明，图7和图8的电源在使用1000小时或更长的时间之后其性能没有变劣。

参看图9，其中示出了具有连接引线结构18的另一种压电变压器。变压器元件10和图5与图6的元件10的区别在于，二次电极13只形成在矩形板11的一个端面上。连接引线结构18也和图5与图6的不同。柔性塑料板或FPC17具有形状类似于梯形的多个大的孔17’，并具有3个脚17a，17b和17c，在相应于输入端电极12c和12d以及二次电极13a的位置向上延伸。带状导体16a，16b，和16c从脚17a，17b，和17c通过片17延伸到和外电路连接的端子。这些导体16a，16b，和16c在脚17a，17b，和17c处被局部地暴露在片外，使得当把压电变压器元件10放在FPC17上时和输入端电极12c和12d以及二次电极13a实现接触。在脚17a-17c中的导体被固定并通过焊接分别被电气地连接到电极12c，12d和13a。

参看图10，图中示出了压电变压器的一种改型，其中压电变压器元件10具有附加的和图5、图6中的类似的二次电极13b和输出端电极13d与13e。结果，FPC17具有附加的脚17d和17e，分别和输出端电极13d、13e实现接触。

在图9和图10中的每个脚17a-17e的形状可以适合于保证弹性地支撑变压器元件10而对压电变压器元件10的振动没有不利影响。在图11中，所示的脚具有卷起一圈的脚17f的形状。同时，肢可以具有曲折的形状，如图12中的17g所示。

图9和图10中的每个变压器元件10和相应的FPC17被一起安装在印刷电路板20上，并通过包封片30固定，从而形成图7或图8所示的电源。

例2

以类似于例1的方式，制备了图9和图10所示的变压器元件10的试样。试样变压器元件和图9，图10中的相应的FPC17分别被一起安装在印刷电路板20上，从而形成电源。然后，对所形成的电源进行类似于例1的试验。测量的数据和具有常规引线的电源一起示于表2。

表2

	引线	图9	图10
	引线	图9	图10	Qm		730	732
输出电压(V)	1410	1510	1515	Qm		730	732
输出电压(V)	1410	1510	1515	输出电流(mA)	6	6.3	6.3
温度(℃)	33	31	31	输出电流(mA)	6	6.3	6.3

由表2可见，按照本发明的本实施例的电源具有类似于具有已知的引线型变压器的电源的特性。

此外，通过老化试验表明，图9和图10的电源在使用1000小时或更长的时间之后其性能没有变劣。

参看图14，其中示出的按照另一个实施例的变压器和图9所示的类似，其区别在于，连接引线结构18具有作为FPC17的支撑的硬绝缘板19和用于使FPC17和印刷电路板(未示出)相连的带状引线16’。硬绝缘板例如可以由通常用作印刷电路板的底板的玻璃环氧树脂制成。

硬绝缘板19是矩形的，并形成有大的中心孔。硬绝缘板19形成有多个(4个)在相对侧边中的切口部分19a-19d。

FPC17也是矩形的，并具有大的中心孔。FPC17具有3个和电极12c，12d以及13a相应的暴露的导体部分或端子15a-15c，还具有带状导体16a-16c，它们通过FPC从端子15a-15c向FPC17的相对端延伸，如图所示。FPC17具有带状引线16’，其和带状导体相连并从相对端向外伸出。

FPC17利用黏合剂例如硅酮树脂被连接在硬绝缘板19上。

压电变压器元件10被放在连接引线结构18上，并把电极12c，12d和13a分别和端子15a-15c相连。

参看图15，其中示出了图14的一种改型。变压器元件10具有附加的二次电极13b和与其相连的输出电极13d，13e。因此，连接引线结构18还具有和输出电极13d，13e相应的端子15d，15e，以及带状导体16c，16d，它们从端子15d，15e向带状引线16’在FPC17的相对端延伸。

参看图16，图中示出了图15的一种改型。在这种改型中，使用销钉代替带状引线16’用于连接FPC17和印刷电路板。

在图14-16中的每个压电变压器元件10利用两个通过切口部分19a-19d包封的包封带31被固定于图14-16中的相应的一个连接引线结构18，然后被安装在印刷电路板20上，从而形成如图17所示的电源。带或销钉16’被焊接在印刷电路板20上。

例3

以类似于例1所述的方式，制备如图14-16所示的压电变压器元件10的试样，并制成如图17所示的电源。

所得电源以类似于例1的方式进行实验，测试数据如表3所示。

表3

	图14	图15	图16
	图14	图15	图16	Qm	730	727	732
输出电压(V)	1480	1475	1483	Qm	730	727	732
输出电压(V)	1480	1475	1483	输出电流(mA)	6.4	6.3	6.3
温度(℃)	31	32	31	输出电流(mA)	6.4	6.3	6.3

由表3可见，按照本发明的本实施例的电源具有类似于表1和表2所示的具有已知的引线型变压器的电源的特性。

此外，通过老化试验表明，图14、图15和图16的电源在使用1000小时或更长的时间之后其性能没有变劣。

参看图18，图中示出了另一种压电变压器，其具有不同于图14所示的连接引线结构18。

连接引线结构18由柔性绝缘片17制成盖状壳体，并具有带状导体16，引线片16’和作为端子15a-15c的扁弹性件。弹性件或端子15a-15c由弹性金属板例如磷青铜制成。具有带状导体16的柔性绝缘片17可以是FPC，并可以利用插入模制方法和弹性端子15a-15c以及引线片16’一道被形成盖状壳体。因而，在本例中的连接引线结构18通常被称为盖状壳体。

压电变压器元件10被插入盖状壳体18中，利用黏合剂例如硅酮树脂在其振动波节处被连接到盖状壳体18。电极12c，12d和13a分别被焊接到弹性端子15a-15c上。

参见图19，图中示出了图18的一种改型，其中压电变压器元件10具有附加输出电极13d和13e，并且盖状壳体18具有和附加的输出电极相应的附加弹性件15e和15d。盖状壳体18还具有附加的带状导体16，用于使附加的弹性端子15d和15e与附加的引线片16’相连。

参看图20，包含在图18和图19的相应的盖状壳体18中的每个压电变压器10被印刷电路板20上，并把弹性端子15a-15e和引线片16’焊接到印刷电路板20上的相应的导体图形27和25上而形成电源。利用粘结剂把盖状壳体连接到印刷电路板上。这样，不用包封片而用盖状壳体18盖住便可以固定压电变压器。

例4

以和例1类似的方式制备了如图18-19所示的压电变压器元件10的试样，并被制成图20所示类型的电源。

所得电源被进行类似于例1的实验。测试数据如表4所示。

表4

	图18	图19
	图18	图19	Qm	750	745
输出电压(V)	1450	1445	Qm	750	745
输出电压(V)	1450	1445	输出电流(mA)	6.3	6.2
温度(℃)	30	31	输出电流(mA)	6.3	6.2

由表4可见，按照本发明的本实施例的电源具有类似于表1和表2所示的具有已知的引线型变压器的电源的特性。

此外，通过老化试验表明，图18、图19的电源在使用1000小时或更长的时间之后其性能没有变劣。

Claims

1.一种压电变压器，其包括变压器元件和与所述变压器元件相连的用于连接所述变压器元件和外部电路的连接引线结构，所述变压器元件包括：

由压电陶瓷制成的并具有第一表面和侧面的矩形板；

被提供在所述矩形板上的至少一对一次电极，用于接收作为一次电压的驱动电压，从而利用压电效应驱动矩形板的振动；

被形成在所述矩形板上并在所述第一表面上被部分地暴露并分别和电极对相连的输入端电极；以及

被形成在所述矩形板的一个区域上的至少一个二次电极，其上通过由于压电效应而引起的矩形板的振动而产生电位，所述二次电极具有输出端电极部分，其延伸而暴露在矩形板的所述第一表面上，并且

所述连接引线结构包括：

绝缘材料制成的柔性扁片；以及

在扁片中形成的并具有被部分地暴露在扁片外部的连接部分的多个导体带，所述输入输出端电极和相应的一个连接部分机械地电气地相连，其连接状态使得所述变压器元件位于扁片上，此时所述矩形板的所述第一表面盖住所述扁片，

其中所述扁片在整体上呈梯形，并具有多个从梯形上相应于输入电极和二次电极与/或输出电极的位置伸出的脚，所述导体带通过所述脚延伸并被局部地暴露于脚的外部。

2.如权利要求1所述的压电变压器，其中每个所述的脚具有由一圈包封的顶端。

3.如权利要求1所述的压电变压器，其中每个所述的脚具有被制成曲折形的顶端。

4.如权利要求1所述的压电变压器，其被用作一个安装在印刷电路板上的电源中的一个变压器，所述印刷电路板具有一个确定的板区域，在该区域上安装所述变压器，其中所述变压器元件和所述连接引线结构被安装在所述确定的板区域，并且和所述确定的板区域一起被所述包封片包封。

5.一种压电变压器，其包括变压器元件和与所述变压器元件相连的用于连接所述变压器元件和外部电路的连接引线结构，所述变压器元件包括：

由压电陶瓷制成的并具有第一表面和侧面的矩形板；

所述连接引线结构包括：

绝缘材料制成的柔性扁片；以及

其中所述扁片呈具有大的中心孔的矩形形状，所述连接引线结构还包括具有大的中心孔的硬绝缘板，所述扁片也呈具有大的中心孔的矩形并被连接在所述绝缘板上，以及和所述导体带相连的并从所述连接引线结构伸出用于和外部电路连接的引线装置。

6.如权利要求5所述的压电变压器，其中所述引线装置是带状引线。

7.如权利要求5所述的压电变压器，其中所述引线装置是导体销。

8.如权利要求7所述的压电变压器，其中还包括用于把所述变压器元件和所述连接引线结构相连的连接装置。

9.如权利要求8所述的压电变压器，其中所述连接装置包括用于把所述变压器元件和所述连接引线结构包封在一起的包封带。

10.如权利要求8所述的压电变压器，其被用作一个安装在印刷电路板上的电源中的一个变压器，所述印刷电路板具有一个确定的板区域，在该区域上安装所述变压器，其中所述变压器元件和所述连接引线结构被捆绑在一起并且被安装在所述确定的板区域。

11.一种压电变压器，其包括变压器元件和与所述变压器元件相连的用于连接所述变压器元件和外部电路的连接引线结构，所述变压器元件包括：

由压电陶瓷制成的并具有第一表面和侧面的矩形板；

所述连接引线结构包括：

绝缘材料制成的柔性扁片；以及

在扁片中形成的并具有部分地暴露在扁片外部的连接部分的多个导体带，所述输入输出端电极和相应的一个连接部分机械地电气地相连，其连接状态使得所述变压器元件位于扁片上，此时所述矩形板的所述第一表面盖住所述扁片，

其中所述扁片被作成盖状壳体，所述壳体具有弹性件作为用作连接部分的端接件。

12.如权利要求11所述的压电变压器，其中所述变压器元件在其振动波节处被固定在所述盖状壳体上，所述弹性件被焊接到所述输入电极和所述二次与/或输出电极中相应的一个上。

13.如权利要求12所述的压电变压器，其被用作一个安装在印刷电路板上的电源中的一个变压器，所述印刷电路板具有一个确定的板区域，在该区域上安装所述变压器，其中所述变压器元件和盖状壳体被捆绑在一起并且被安装在所述确定的板区域。