DE102004036704A1 - Piezoelektrischer Transformator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Transformator, mit einem Körper (1), enthaltend ein piezoelektrisches Material, mit wenigstens einer Elektrodenschicht (21, 22, 31, 32), wobei wenigstens eine Außenelektrode (81, 82, 83, 84) zur Kontaktierung einer Elektrodenschicht im Bereich einer Seitenkante (41, 42, 43, 44) des Körpers (1) angeordnet ist. Dadurch kann eine verbesserte Spannungsstabilität gegenüber Spannungsdurchbrüchen erzielt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Transformator mit einem Körper, der ein piezoelektrisches Material enthält.
• Aus der Druckschrift US 2830274 ist ein Piezotransformator der eingangs genannten Art bekannt, der einen röhrenförmigen piezoelektrischen Körper aufweist.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Transformator anzugeben, bei dem die Gefahr von Spannungsüberschlägen zwischen verschiedenen Polen reduziert ist.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen piezoelektrischen Transformator nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Transformators sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
• Gemäß wenigstens einem Ausführungsbeispiel des Transformators wird ein piezoelektrischer Transformator angegeben, der einen Körper aufweist, welcher ein piezoelektrisches Material. enthält. Dieses Material kann beispielsweise eine Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT) sein.
• Vorteilhafterweise sind Elektrodenschichten vorgesehen, die im Inneren des Körpers angeordnet sind.
• Mit Hilfe der Elektrodenschichten kann das piezoelektrische Material mit einem elektrischen Feld beaufschlagt werden oder es kann eine im piezoelektrischen Material vorhandene mechanische Spannung als elektrische Spannung abgegriffen werden.
• Vorzugsweise ist wenigstens eine Außenelektrode vorgesehen, die der Kontaktierung einer der Elektrodenschicht dient und die im Bereich einer Seitenkante des Körpers angeordnet ist. Dadurch kann ein maximaler Abstand der Außenelektrode von dem Zentrum des Körpers erzielt werden, wodurch eine gute Spannungsfestigkeit gegenüber Spannungsüberschlägen erzielt werden kann.
• Vorzugsweise sind alle Außenelektroden im Bereich von Seitenkanten des Körpers angeordnet, wodurch die Überschlagsfestigkeit noch weiter verbessert werden kann.
• In einer vorteilhaften Ausfertigungsform weist wenigstens eine Elektrodenschicht einen Kontaktabschnitt auf, der eine Brücke bildet. Diese Brücke befindet sich dabei im Bereich von Seitenkanten des Körpers. Die Brücke reicht von einer Seitenfläche des Körpers zu der von der Seitenfläche des Körpers beabstandeten Elektrodenschicht.
• Mit Hilfe eines solchen Kontaktabschnitts kann die äußere Kontaktierung der Elektrodenschichten von einem sehr definierten Ort auf der Oberfläche des Körpers aus durchgeführt werden. Dadurch können die hinsichtlich von Spannungsdurchbrüchen kritischen Außenkontakte des Transformators in ihrer Geometrie exakt vorgegeben werden und so geeignete Vorkehrungen für eine möglichst hohe Spannungsstabilität des Transformators getroffen werden.
• Vorzugsweise sind wenigstens zwei zu verschiedenen elektrischen Polen gehörende Elektrodenschichten mit Kontaktabschnitten, wie soeben beschrieben, versehen.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators sind zwei zu verschiedenen Elektrodenschichten gehörende Außenelektroden an gegenüberliegenden Seitenkanten des Körpers angeordnet. Vorzugsweise gehören die beiden Außenelektroden zu verschiedenen elektrischen Polen. Durch die Anordnung auf gegenüberliegenden Seitenkanten des Körpers kann so ein maximaler Abstand zwischen den elektrischen Polen und somit eine maximale Spannungsfestigkeit des Transformators erzielt werden.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators sind zwei Kontaktabschnitte im Bereich gegenüberliegender Seitenkanten einer Seitenfläche angeordnet. Indem man zwei Kontaktabschnitte in der Nähe verschiedener Seitenkanten einer Seitenfläche anordnet, kann ebenfalls eine Maximierung des Abstands auf einer Seitenfläche erzielt werden. Bei einem quaderförmigen Körper sind nämlich die in einer Längenrichtung verlaufenden Seitenkanten einer Seitenfläche einander gegenüberliegend angeordnet und bilden auf der Seitenfläche zugleich einen maximalen Abstand.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators weist eine Elektrodenschicht in Bezug auf die Mittellängsachse des Körpers eine axiale Symmetrie auf.
• Piezotransformatoren, deren Körper eine Punkt- bzw. axiale Symmetrie hat, wie Quadrat oder Kreis, haben überraschenderweise eine höhere Dichte von elektrischer Leistung pro Volumen als die Transformatoren mit rechteckiger Bauform. Dieser Vorteil spielt eine wesentliche Rolle für Miniaturisierung der Piezotransformatoren.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators weist der Körper eine Grundfläche auf, die im Wesentlichen die Form eines Quadrats hat.
• Die quadratische Bauform ist besser für die Herstellung mittels Vielschichttechnologie geeignet als andere Bauformen mit axialer Symmetrie. Die aus grünen Folien laminierten Blöcke werden nach dem Pressen getrennt. Dabei wird die Fläche vom gepressten Block für die quadratische Bauform fast 100 % genutzt mit einem sehr geringem Materialverlust. Damit ist eine kostengünstige Herstellung möglich.
• Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des Transformators ist es vorgesehen, dass der Körper einen Eingangsteil und einen Ausgangsteil aufweist. Der Eingangsteil und der Ausgangsteil befinden sich in verschiedenen Teilbereichen des Transformators und sind mechanisch fest miteinander verbunden.
• Der Eingangsteil weist Eingangselektrodenschichten auf, mit deren Hilfe eine mechanische Schwingung im Körper erzeugt werden kann.
• Der Ausgangsteil weist Ausgangselektrodenschichten auf, mit deren Hilfe eine mit Schwingungen gekoppelte mechanische Spannung im Körper in eine elektrische Spannung umgewandelt werden kann.
• Die Kontaktabschnitte der Eingangselektrodenschichten und der Ausgangselektrodenschichten sind auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers angeordnet. Dadurch kann eine sehr gute galvanische Trennung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite, also zwischen der Primärseite und der Sekundär seite des Transformators, erzielt werden, wodurch Spannungsüberschläge zwischen der Primärseite und der Sekundärseite weniger wahrscheinlich werden, was vorteilhaft ist.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators sind die Elektrodenschichten kreisförmig.
• Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Elektrodenschichten die Form eines punktsymmetrischen Vielecks haben.
• Darüber hinaus kann es in einer speziellen Ausführungsform vorgesehen sein, dass Außenelektroden zur Kontaktierung der Elektrodenschichten vorgesehen sind.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform bedecken die Außenelektroden jeweils einen Randbereich einer Seitenfläche des Körpers. Somit entspricht die Position der Außenelektroden im Wesentlichen der Position der Kontaktabschnitte, womit dementsprechend auch für eine gute galvanische Trennung der Außenelektroden und mithin der dort anliegenden Spannungen gesorgt werden kann.
• Darüber hinaus kann vorzugsweise an jeder Seitenkante eine Außenelektrode angeordnet sein. Beispielsweise können im Fall von Körpern mit quadratischem Grundriss an jeder der vier Seitenkanten eine Außenelektrode angeordnet sein, womit sämtliche Außenelektroden, die man für den Betrieb eines piezoelektrischen Transformators benötigt, untergebracht sind.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass eine Seitenkante des Körpers abgeschnitten ist, wobei ein Außenkontakt auf der durch das Abschneiden entstandenen zusätzlichen Seitenfläche des Körpers angeordnet ist.
• Das Abschneiden von Ecken hat folgenden Vorteil für Transformatoren mit quadratischer Bauform. Durch das Abschneiden wird die Verteilung von mechanischen Spannungen im Körper des Transformators gleichmäßiger als in einem Quadrat mit scharfen Ecken. Dadurch wird beispielsweise die Wahrscheinlichkeit von dem Auftreten der höheren Resonanzfrequenzen, die eine Störung für den Betrieb des Transformators darstellen, geringer.
• Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass die Breite des nach dem Abschneiden der Ecke verbleibenden Bereichs zwischen dem Außenkontakt und der Innenelektrode nicht kleiner ist als der Abstand zwischen den Elektrodenschichten im Eingangsteil oder im Ausgangsteil des Transformators.
• Wenn die Breite des verbleibenden Bereiches kleiner ist als die Dicke von Keramikschichten, kann ein Durchschlag zwischen einer Innenelektrode und Außenkontaktierung stattfinden (Eine dünne Keramikschicht hat eine größere elektrische Feldstärke bei der gleichen Spannung als eine dicke Schicht). Die Breite bestimmt bei deckungsgleichen Innenelektroden eine Isolierstrecke zwischen zwei Polen.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Eingangsteil und der Ausgangsteil des Transformators aus zwei verschiedenen piezoelektrischen Keramiken hergestellt sind. Diese verschiedenen Keramikmaterialien sind charakterisiert durch unterschiedliche Werte der relativen dielektrischen Permittivität bzw. der Dielektrizitätskonstante. Der Quotient ε1/ε2 dieser Konstanten beeinflußt das Übersetzungsverhältnis des Transformators.
• Darüber hinaus kann es entsprechend einer anderen Ausführungsform des Transformators vorgesehen sein, dass zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil des Transformators ein elektrisch isolierendes Material eingefügt ist.
• Dieses elektrisch isolierende Material kann beispielsweise die Form einer Schicht haben. Jede beliebige dielektrische Keramik kommt dafür in Betracht.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators besteht die isolierende Schicht zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil aus einer piezoelektrischen Keramik.
• Die isolierende Schicht kann beispielsweise als grüne Folie während des Laminierens von grünen Folien aus piezoelektrischer Keramik eingeführt werden. In diesem Prozess wird die isolierende Schicht gemeinsam mit den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators gesintert. Eine andere Ausführungsform wäre, die Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators getrennt zu sintern und diese dann mit der isolierenden Schicht mittels eines Klebstoffs zu verbinden.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators kann es vorgesehen sein, dass die obere und die untere Oberfläche des Körpers bedeckt ist mit einer zusätzlichen isolierenden Schicht, die aus einem piezoelektrischen Material besteht. Dadurch kann die Gefahr eines Durchschlags über Luft vermindert werden. Die zusätzlichen isolierenden Schichten können beispielsweise als grüne Folien während des Laminierens von grünen Folien aus piezoelektrischer Keramik eingeführt werden. In diesem Prozess werden sie gemeinsam mit den Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators gesintert.
• Eine andere Ausführungsform wäre, die Eingangs- und Ausgangsseiten des Transformators getrennt zu sintern und die isolierende Schicht anschließend aufzutragen.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform des Transformators kann es vorgesehen sein, dass der Körper des Transformators bedeckt ist mit einer isolierenden Schicht, die aus einem organischen Material besteht.
• Ein organisches Isoliermaterial kann beispielsweise ein Isolierungslack sein oder ein anderes Material dieser Art, die in der Elektronikindustrie üblicherweise als Schutz gegen Durchschlag verwendet werden. Der Vorteil liegt darin, dass die zusätzliche isolierende Schicht einen besseren Schutz gegen elektrischen Durchschlag zwischen Außenkontaktierungen bzw. zwischen einer Außenkontaktierung und Innenelektroden bietet.
• Gemäß wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird ein piezoelektrischer Transformator angegeben, der in zwei Teile unterteil ist. Der erste Teil ist der Eingangsteil und der zweite Teil ist der Ausgangsteil. Die beiden Teile sind mechanisch fest miteinander verbunden. Jeder Teil weist innenliegende Elektrodenschichten auf, die es ermöglichen, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln und umgekehrt. Vorzugsweise liegen die Innenelektroden senkrecht zur Polarisierungsrichtung des jeweiligen Teils des Transformators. Erst durch die Polarisierung wird die Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts ermöglicht.
• Vorteilhafterweise sind in jedem Teil des Transformators mehrere Elektrodenschichten vorgesehen, wobei jeweils benachbarte Elektrodenschichten einander überlappen und wobei jeweils benachbarte Elektrodenschichten mit unterschiedlichen Polen einer Eingangsspannungsquelle beziehungsweise mit unterschiedlichen Anschlüssen eines Ausgangsspannungsabgriffs verbunden sind. Durch die Verwendung mehrerer Elektroden kann der Platzbedarf des Piezotransformators vermindert werden.
• Ein elektrisches Eingangssignal wird im Eingangsteil des piezoelektrischen Transformators in mechanische Schwingungen des Körpers des Transformators umgewandelt. Aufgrund der mechanischen Kopplung des Eingangsteils und des Ausgangsteils sind beide Teile von der mechanischen Schwingung betroffen. Die Umwandlung der elektrischen Energie in die mechanische Energie erfolgt aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts. Im Ausgangsteil werden die im Eingangsteil erzeugten mechanischen Schwingungen aufgrund des direkten piezoelektrischen Effekts zurück in ein elektrisches Signal verwandelt.
• Der piezoelektrische Transformator wird vorzugsweise hergestellt durch Gemeinsamsinterung eines Stapels von übereinanderliegenden Grünfolien die eine piezoelektrische Keramik enthalten. Zwischen den Grünfolien sind Elektrodenschichten angeordnet, die in Form einer metallhaltigen Paste aufgetragen sind. Dadurch entstehen piezoelektrische Transformatoren mit einer laminierten Struktur die durch Gemeinsamsinterung hergestellt sind und die somit einen monolithischen Aufbau haben.
• Aus Kostengründen werden vorzugsweise Kupferelektroden verwendet. Diese erfordern allerdings eine spezielle Prozessführung, da Kupfer aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes und seiner starken Neigung zur Oxidation nicht ohne weiteres mit den einen piezoelektrischen Effekt aufweisenden Keramikmaterialien verarbeitet werden kann.
• Aus Gründen der Sicherheit ist es in vielen Anwendungen von piezoelektrischen Transformatoren wichtig, dass eine gute elektrische Isolierung zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil des Transformators besteht. Diese elektrische Isolation ist charakterisiert durch die Durchschlagspannung. Die Größe dieser Durchschlagspannung bedingt einen Mindestabstand zwischen den Außenelektroden des Transformators ein, ebenso für die entsprechenden Kontaktbereiche auf einer Leiterplatte, wo der Transformator festgelötet werden soll. Insbesondere der Abstand zwischen den äußeren Terminierungen muss groß genug sein, um elektrische Überschläge zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil des Transformators zu verhindern.
• Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Transformator einen quadratischen Körper aufweist, wobei die elektrischen Terminierungen, d. h. die Außenkontakte, an den Ecken des Quadrats angeordnet sind. Auf diese Art und Weise erreicht man einen maximalen Abstand zwischen den Terminierungen.
• Das Anordnen der Außenkontaktschichten im Bereich von Seitenkanten des Transformators hat noch einen anderen Vorteil. Die Eckbereiche des Transformators bzw. des Körpers des Transformators zeichnen sich aus durch eine vergleichsweise niedrige Effizienz bei der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt. Demnach sind Terminierungen, die in diesen Bereichen angeordnet sind, an einer Stelle angeordnet, wo sie den Wirkungsgrad des Transformators am wenigsten negativ beeinflussen. Entsprechendes gilt auch für die Befestigungsflächen auf einer Leiterplatte.
• Gemäß einer Ausführungsform des Transformators kann es vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Elektrodenschichten im Eingangsteil vorgesehen sind. Diese befinden sich auf gegenüberliegenden Oberflächen eines piezoelektrischen Körpers, der in eine Richtung zwischen den Elektrodenschichten polarisiert ist. Entsprechendes gilt für den Ausgangsteil des Transformators, wo ebenfalls mindestens zwei Elektrodenschichten vorgesehen sind, auf gegenüberliegenden Oberflächen von piezoelektrischen keramischen Körpern.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Eingangsteil und der Ausgangsteil mechanisch miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels der Elektrodenoberflächen.
• Im Folgenden wird der Transformator anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert:
• 1 zeigt beispielhaft einen Transformator in einer perspektivischen Darstellung.
• 2 zeigt schematisch einen weiteren beispielhaften Transformator, bei dem der Eingangsteil und der Ausgangsteil durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt sind.
• 3 zeigt in Draufsicht eine Elektrodenschicht in Form eines Kreises.
• 4 zeigt eine Elektrodenschicht in Form eines punktsymmetrischen Achtecks.
• 5 zeigt die Kontaktierung einer kreisförmigen Elektrodenschicht, wobei die äußere Terminierung an einer Seitenkante des Körpers umgreift.
• 6 zeigt die Kontaktierung einer achteckigen Elektrodenschicht, wobei die Außenelektrode auf einer abgesägten Seitenkante des Körpers aufgebracht ist.
• 7 zeigt die Kontaktierung gemäß 5 in einer perspektivischen Darstellung.
• 8 zeigt die Kontaktierung entsprechend 6 in einer perspektivischen Darstellung.
• Bei den Figuren sind gleiche Elemente oder Elemente, die die gleiche oder die ähnliche Funktionen haben, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
• 1 zeigt einen Transformator mit einem Körper 1, der aufgeteilt ist in einen Eingangsteil 71 und einen Ausgangsteil 72. Der Eingangsteil 71 ist versehen mit einer piezoelektrischen keramischen Schicht, welche beispielsweise ein PZT-Material sein kann.
• Auf der Oberseite bzw. auf der Unterseite der keramischen Schicht sind eine obere Eingangselektrode 21 und eine untere Eingangselektrode 22 angeordnet. Diese Elektroden 21, 22 werden mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt, wodurch die Primärseite des Transformators mit einem entsprechenden Strom beschickt werden kann. Jede der Eingangselektrodenschichten 21, 22 ist versehen mit einem Kontaktabschnitt 211, 221. Jeder dieser Kontaktabschnitte kontaktiert eine Seitenfläche 11 des Körpers mit der jeweiligen Eingangselekt rodenschicht 21, 22. Die Eingangselektrodenschichten 21, 22 selbst haben keinen unmittelbaren Kontakt zur Seitenfläche. Zur Weiterkontaktierung sind Außenelektroden 81, 82 vorgesehen, die mit den Kontaktabschnitten 211, 221 verbunden sind.
• Die Polarisierung P des piezoelektrischen Materials ist angedeutet durch den Pfeil mit dem danebenstehenden P.
• Dass die Teile Eingangsteil 71 und Ausgangsteil 72 nur für die bessere Darstellung auseinandergezogen sind, ist symbolisiert durch den dicken Doppelpfeil, der andeuten soll, dass die beiden Teile eigentlich direkt aufeinandergelegt sind.
• Der Körper weist Seitenkanten 41, 42, 43, 44 auf. Darüber hinaus weist der Körper Seitenflächen 11, 12, 13, 14 auf. Jeweils zwei benachbarte Seitenflächen, beispielsweise die Seitenfläche 11 und die Seitenfläche 12, weisen eine gemeinsame Seitenkante, beispielsweise die Seitenkante 41, auf.
• Bezüglich der Ausgangselektrodenschichten 31, 32, deren Form und deren Kontaktabschnitte 311, 321 gilt im Wesentlichen das zum Eingangsteil 71 Gesagte. Im Unterschied zum Eingangsteil sind die Kontaktabschnitte 311, 321 zur hinteren Seitenfläche 13 des Körpers geführt, wo sie mit entsprechenden Außenelektroden 83, 84 kontaktiert sind.
• 1 zeigt deutlich, dass die Außenelektroden 81, 82, die der Kontaktierung des Eingangsteils des Transformators dienen, einen großen Abstand haben von den Außenelektroden 83, 84, die der Kontaktierung des Ausgangsteils des Transformators dienen. Dadurch kann eine gute Spannungsfestigkeit und ein guter Schutz vor Spannungsüberschlägen gewährleistet werden.
• 1 ist zusätzlich noch zu entnehmen, dass der Körper eine Grundfläche 6 aufweist, die quadratisch ist.
• Ebenso ist zu erkennen, dass die Eingangselektrodenschichten 21, 22 sowie die Ausgangselektrodenschichten 31, 32 punktsymmetrisch sind zur Mittellängsachse 5 des Körpers 1.
• Bezüglich der Brückenfunktion der Kontaktabschnitte 211, 221, 311, 321 wäre noch zu sagen, dass die Elektrodenschichten 21, 22, 31, 32 so geformt sind, dass sie zur betreffenden Seitenfläche bzw. zur betreffenden Seitenkante, wo der zugehörige Außenkontakt sitzt, einen deutlichen Abstand aufweisen, sodass die Brücke tatsächlich zur Überbrückung des Abschnitts zwischen der Außenkante der jeweiligen Elektrodenschicht 21, 22, 31, 32 und der Seitenkante des Körpers dient.
• Die keramischen Schichten des in 1 gezeigten Transformators sind elektrisch parallel zueinander geschaltet.
• Alle Terminierungen sind im Bereich von Ecken des Körpers 1 angeordnet.
• 2 zeigt einen Transformator mit einem Eingangsteil 71 und einem Ausgangsteil 72, die durch eine Isolierschicht 9 voneinander getrennt sind. Darüber hinaus sind innen liegende Elektrodenschichten 21, 22 sowie 31, 32 gezeigt. Durch die Pfeile ist angedeutet, wie die jeweilige Polarisierung einer zwischen zwei Elektrodenschichten 21, 22, 31, 32 liegenden piezoelektrischen Schicht ausgerichtet ist.
• 2 ist noch zu entnehmen, dass für jeden Teil des Transformators mehr als nur zwei Elektrodenschichten vorgesehen sein können. Es können sogar ganze Stapel von Elektrodenschichten übereinanderliegend verwendet werden. Jeweils zwei benachbarte Elektrodenschichten 21, 22 sind dabei unterschiedlichen elektrischen Polen der Eingangsspannungsquelle zugeordnet. Dies wird auch deutlich in 2, wo z. B. im oberen Teil der Figur die beiden Elektrodenschichten 21 am linken Rand des Körpers durch eine elektrisch leitende Verbindung miteinander verbunden sind und somit an denselben Pol der Spannungsquelle angeschlossen werden können.
• Darüber hinaus ist in 2 noch gezeigt, dass auf der Oberseite und auf der Unterseite des Körpers 1 zusätzliche Isolierschichten 91, 92 angeordnet sein können.
• Darüber hinaus zeigt 2 auch noch die Möglichkeit, den gesamten Körper mit einer Umhüllung 10 zu versehen.
• 3 zeigt einen Querschnitt in der Ebene der Ausgangselektrodenschicht 31 aus 1. Es ist zu erkennen, wie die Elektrodenschicht 31 mittels des Kontaktabschnitts 311 mit einer Außenelektrode 84 verbunden ist. Gestrichelt dargestellt sind die darüber bzw. die darunter liegenden weiteren Kontaktabschnitte 321, 211 und 221. Auch diese sind jeweils mit Außenelektroden 83, 82 und 81 kontaktiert. Jede Außenelektrode ist im Randbereich einer Seitenfläche des Körpers angeordnet.
• Entsprechend 3 zeigt 4 die Kontaktierung einer Elektrodenschicht 31, die im Unterschied zu 3 nicht kreisförmig, sondern achteckig ausgeführt ist. Jedoch ist die Elektrodenschicht ebenfalls punktsymmetrisch zum Mittelpunkt des Achtecks.
• Ein weiterer Unterschied zu 3 besteht darin, dass die Außenelektroden kantenumgreifend angeordnet sind, d. h. dass sie die jeweilige Seitenkante des Körpers bedecken und darüber hinaus auch die unmittelbar an die Seitenkante angrenzenden Bereiche der jeweiligen Seitenfläche noch bedecken.
• 5 zeigt entsprechend 4 kantenumgreifende Außenelektroden zur Kontaktierung von kreisförmigen Elektrodenschichten.
• 6 zeigt die Kontaktierung einer achteckigen Elektrodenschicht, wobei die Seitenkante des Körpers 1 abgeschnitten ist, wobei der Abstand der durch das Abschneiden erzeugten zusätzlichen Seitenfläche 111 und der Innenelektrode 311 durch das Bezugszeichen t angegeben ist. t wird vorzugsweise so gewählt, dass der Abstand nicht kleiner ist als der vertikale Abstand zwischen zwei benachbarten Elektrodenschichten oder zwischen zwei Elektrodenschichten, die zu demselben Pol gehören.
• Die Aussenelektroden 84 sind an den durch das Abschneiden entstandenen zusätzlichen Seitenflächen 111 des Körpers 1 angeordnet.
• 7 zeigt die Kontaktierung gemäß 5 in einer perspektivischen Darstellung.
• 8 zeigt die Kontaktierung gemäß 6 in einer perspektivischen Darstellung.

1

Körper

21, 22

Eingangselektrodenschichten

31,32

Ausgangselektrodenschichten

211, 221,

Kontaktabschnitte

311, 321,

Kontaktabschnitte

11, 12, 13, 14

Seitenfläche

111

zusätzliche Seitenfläche

41, 42, 43, 44

Seitenkante

5

Mittellängsachse

6

Grundfläche

71

Eingangsteil

72

Ausgangsteil

81, 82, 83, 84

Außenelektrode

9

Isolierschicht

91, 92

zusätzliche Isolierschicht

10

Umhüllung

P

Polarisation

t

Abstand

Claims (18)

1. Piezoelektrischer Transformator, – mit einem Körper (1) enthaltend ein piezoelektrisches Material, – mit wenigstens einer innenliegenden Elektrodenschicht (21, 22, 31, 32), wobei wenigstens eine Außenelektrode (81, 82, 83, 84) zur Kontaktierung einer Elektrodenschicht im Bereich einer Seitenkante (41, 42, 43, 44) des Körpers (1) angeordnet ist.
2. Transformator nach Anspruch 1, – bei dem ein Kontaktabschnitt (211, 221, 311, 321) vorgesehen ist, der im Bereich des Körpers (1) eine Brücke bildet zwischen einer Seitenkante (41, 42, 43, 44) des Körpers (1) und der von der Seitenkante (41, 42, 43, 44) beabstandeten Elektrodenschicht (21, 22, 31, 32).
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwei Außenelektroden (81, 82, 83, 84) an gegenüberliegenden Seitenkanten (41, 42, 43, 44) des Körpers (1) angeordnet sind.
4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Körper (1) eine axiale Symmetrie im Bezug auf dessen Mittellängsachse aufweist.
5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Körper (1) eine Grundfläche (6) aufweist, die im Wesentlichen die Form eines Quadrats hat.
6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Elektrodenschicht (21, 22, 31, 32) eine Punktsymmetrie aufweist.
7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Körper (1) ein Eingangsteil (71) mit Eingangselektrodenschichten (21, 22) und ein Ausgangsteil (72) mit Ausgangselektrodenschichten (31, 32) aufweist, – bei dem die Außenelektroden (81, 82, 83, 84) der Eingangselektrodenschichten (21, 22) und der Ausgangselektrodenschichten (31, 32) an gegenüberliegenden Seitenkanten (41, 42, 43, 44) des Körpers (1) angeordnet sind.
8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Elektrodenschicht (21, 22, 31, 32) kreisförmig ist.
9. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Elektrodenschicht (21, 22, 31, 32) die Form eines punktsymmetrischen Vielecks hat.
10. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Außenelektrode (81, 82, 83, 84) den Bereich einer Seitenkante (41, 42, 43, 44) einer Seitenfläche (11, 12, 13, 14) des Körpers (1) bedeckt.
11. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem an jeder Seitenkante (41, 42, 43, 44) eine Außenelektrode (81, 82, 83, 84) angeordnet ist.
12. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Seitenkante (41, 42, 43, 44) des Körpers (1) abgeschnitten ist und – bei dem eine Außenelektrode (81, 82, 83, 84) auf der durch das Abschneiden entstandenen zusätzlichen Seitenfläche (111) des Körpers (1) angeordnet sind.
13. Transformator nach Anspruch 12, bei dem die Breite t des nach dem Abschneiden der Ecke verbleibenden Bereichs so gewählt ist, dass sie größer ist als der Abstand zwischen den Elektrodenschichten (21, 22, 31, 32) des Transformators.
14. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der Eingangsteil (71) und der Ausgangsteil (72) aus unterschiedlichen piezoelektrischen Keramikmaterialien bestehen, die sich hinsichtlich der relativen dielektrischen Permittivität voneinander unterscheiden.
15. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem eine Schicht (9) aus elektrisch isolierendem Material zwischen dem Eingangsteil (71) und dem Ausgangsteil (72) eingefügt ist.
16. Transformator nach Anspruch 15, bei dem die isolierende Schicht (9) zwischen dem Eingangsteil (71) und dem Ausgangsteil (72) aus einer piezoelektrischen Keramik gefertigt ist.
17. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem auf der oberen und auf der unteren Oberfläche des Körpers (1) eine zusätzliche isolierende Abdeckung (91, 92) aus einem piezoelektrischen keramischen Material vorgesehen ist.
18. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der Körper (1) von einer isolierenden Umhüllung (10) aus einem organischen Material bedeckt ist.