JP2009503877A - 圧電トランスを備えたトランスユニット - Google Patents

Abstract

基体（１）と、該基体（１）が配置された冷却体（７）とを備えた圧電トランスを有するトランスユニットにおいて、前記基体（１）が、少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメント（８）を介して、冷却体（７）に熱的に結合されているトランスユニットを提供する。

Description

圧電トランスは、高圧を低圧に変換するか、又は低圧を高圧に変換するために適している。

圧電トランスは、例えば刊行物ＵＳ２８３０２７４から公知である。

解決しようとする課題は、特に信頼性があり且つ高い耐久性を有する圧電トランスを備えたユニットを提供することである。

基体と、該基体が配置された冷却体とを備えた圧電トランスを有するトランスユニットを提供する。基体は、少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメントを介して、冷却体に熱的に結合されている。

熱伝導性の結合エレメントは、基体と冷却体との間の良好な熱コンタクトを保証し延いては良好な熱交換をも保証する。これにより、基体内で発生した熱が基体から導出され得る。このことは、特に５０ワット以上の高出力用に設計された圧電トランスにおいて有利である。

次に、トランスユニットの有利な構成を説明する。

基体はトランスの入力部及び出力部、並びに絶縁領域を有しており、この絶縁領域を介して、入力部と出力部とが機械的に互いに結合されており且つ電気的に遮断されている。

基体上面には、有利には複数の外部電極が配置されており、これらの外部電極は、１変化態様では基体内に隠された内部電極と導電接続されている。これらの内部電極は、対応するトランス部分の第１の外部電極と第２の外部電極とに交互に接続されている。音波は、入力部の内部電極に交流電圧を印加することにより励起され得る。但し音波は、入力部の対向位置する外部電極間でも励起され得る。入力部において入力信号により電気的に励起された波は、圧電トランスの出力部へ伝達され、そこで電気的な出力信号に変換される。

基体は、有利には直方体の形状を有している。但し、基体は例えば円筒又は円盤等の別の形状を有していてもよい。

冷却体は、圧電トランスの基体が配置された、トランスユニットのケーシングの少なくとも一部を形成していてよい。このケーシングは、１方向に又は垂直に相対する２方向にＵ字形成形部を有していてよい。ケーシングは、カップ形を有していてもよい。ケーシング、特にケーシングの側壁には、任意で多数の通気口が設けられていてよい。冷却体は、基体の配置された保持装置の少なくとも一部を形成していてもよい。この保持装置は、例えばベースプレートを有していてよい。冷却体には複数の固定装置、又はこのような装置を収容するための複数の開口若しくは凹所が配置されていてよい。前記固定装置は、例えば基体を位置固定するために設けられていてよい。当該の固定装置により、ある構成のトランスユニットは外部の支持体に固定可能である。

冷却体は、良好に熱伝導する材料から成る冷却板を有していてよい。この冷却体はボトムプレートの他に、このボトムプレートと一体であるか、又はボトムプレートに固定された側壁を有していてよい。

次に、熱伝導性の結合エレメントについてのみ説明するが、この説明は、同じトランスユニットの別のこのようなエレメントについても当てはまる。

熱伝導性の結合エレメントは、１構成では冷却体の底部に配置されており且つ基体のための支持部を成している。また、複数の熱伝導性の結合エレメントが設けられていてもよく、これらの結合エレメントは、基体のためにそれぞれ支持部を形成している。基体は、１つ又は複数の結合エレメントに組み付けられており、有利には冷却体若しくはケーシングの側壁から隔てられている。基体は、択一的に少なくとも２つの結合エレメントを介して冷却体の側壁間に固定されていてよく、この場合、基体は冷却体若しくはケーシングの底部から有利には隔てられている。

熱伝導性の結合エレメントは、基体と冷却体とを機械的にも結合するので、基体のずれは、当該の結合エレメントを介して冷却体に伝達され得る。大面積の結合の場合、基体の音響的な振動は、結合エレメントを介して冷却体に伝達され、このことは、効率の損失及び悪化を招く恐れがある。従って、少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメントと基体との間の接触面積は、有利には当該結合エレメントに接触する側の基体の面積よりも小さい。比較的小さな接触面を有する熱伝導性の結合エレメントは、ヒートシンクと同様に働く。熱伝導性の結合エレメントと基体との間の接触面積の大きさは、有利には基体と冷却体との間の効率的な熱交換が保証されているように選択されている。

熱伝導性の結合エレメントは、基体と冷却体との間に空隙を形成するためのスペーサとして使用することができる。有利な構成では、互いに隔てられた少なくとも２つの熱伝導性の結合エレメントが、基体と冷却体との間のスペーサとして設けられている。特に、波腹の生じる基体の領域が冷却体から間隔をあけられる。波伝搬方向で測定した空隙の長さは、例えば当該方向で測定した基体の長さの少なくとも５０％、１構成では６０％〜９０％である。

基体の振動の冷却体への伝達を小さく保持するためには、基体が音波によって最も変向される基体表面領域以外に結合エレメントを配置することが有利である。従って、熱伝導性の結合エレメントの長さは、有利には当該結合エレメントが、音波の波腹が生じる基体の領域から離れて保持されるように選択されている。

１つ又は複数の熱伝導性の結合エレメントは、有利にはほぼ波節領域に限定されている。これは、有利には基体内で励起される音波の波節が生じるか、若しくは音響振動の振幅が、特定のレベル、例えば最大振動振幅の２０％を超過しない、基体表面の細長い領域である。この場合、前記の最大振動振幅は、しばしば基体の開放端部に生じる。波節領域とは、例えば波伝搬方向での長さが最大で音響波長λの２０％の基体の領域を云う。基体は冷却体に、波節領域以外は有利には接触しないか、若しくは冷却体から隔てられている。

基体内で励起された音波の波伝搬方向で測定された、熱伝導性の結合エレメントの長さは、有利には前記方向で測定された基体の長さよりも短い。結合エレメントの長さは、例えば前記方向で測定された基体の長さの最大３０％、有利には最大２０％、１構成では最大１０％である。

熱伝導性の結合エレメントは、例えば波面に対して平行に、つまり、波伝搬方向に対して直交して延びる方向で延在していてよい。この場合の熱伝導性の結合エレメントは、有利には細長い。

冷却体の全表面積は、有利には基体の全表面積よりも大である。冷却体は、１構成では複数のリブを有していてよい。このことは、これにより冷却体の特別に大きな全表面積が得られるという利点を有している。

冷却体に対する基体の振動の伝達を小さく保持するためには、特に圧電トランスの共振周波数における機械的な振動が減衰される材料から成る、熱伝導性の結合エレメントを選択することが有利である。このことは例えば、結合エレメントが振動性の場合に可能である。従って、弾性変形可能な若しくはゴム状の材料から成る結合エレメントが特に適している。この熱伝導性の結合エレメントは、例えば熱伝導性ペースト若しくは熱伝導性ゲルであってよい。

熱伝導性の結合エレメントは、別の構成では電気的に絶縁性である。更に別の構成では、熱伝導性の結合エレメントは導電性である。

導電性の熱伝導性の結合エレメントは、基体に配置されたコンタクト層と、冷却体に配置されたコンタクト層とに接触接続することができ且つこれらのコンタクト層を互いに導電接続する。基体に配置されたコンタクト層は、圧電トランスの外部電極であってよい。冷却体に配置されたコンタクト層は、有利には外部からアクセス可能な冷却体の接続部に接続されている。

有利には、基体の対向位置する側面には、それぞれ少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメントが配置されている。

１構成では、基体の下面と上面とに各１つの熱伝導性の結合エレメントが配置されており、この熱伝導性の結合エレメントは、基体を冷却体と熱的に結合する。この場合の波伝搬方向は、有利には水平方向である（長さ振動体）。別の構成では、基体の対向位置する側面に各１つの熱伝導性の結合エレメントが配置されている。この場合の波伝搬方向は、有利には垂直方向である（厚さ振動体）。

基体の下面と冷却体との間に配置された下側の熱伝導性の結合エレメントは、有利には冷却体に直接に結合されているのに対して、上側の熱伝導性の結合エレメントは、有利には良好な熱伝導率を有する別の要素（有利には後で述べるばね部材）を介して、冷却体と結合されている。上側の熱伝導性の結合エレメントは、下側の熱伝導性の結合エレメントに関連して述べた特性を有していてよい。１構成では、上側の熱伝導性の結合エレメントが下側と同様に導電性である。

ばね部材は、基体を上方から、有利には１つ又は複数の熱伝導性の結合エレメントによって形成された１つ又は複数の支持部に向かって押圧する。これにより、基体は冷却体若しくはケーシングに確実に位置固定され得る。ばね部材としては、ばね舌片又は弾性変形可能なストッパが適している。

ばね部材は、上側の熱伝導性の結合エレメントを基体に対して圧着し且つこの結合エレメントを冷却体と熱的に結合する。ばね部材は、上側の熱伝導性の結合エレメントを、冷却体に配置されたコンタクト面に導電接続することができる。

ばね部材は、例えばそのばねクリップで以て冷却体に予負荷されていてよい。これらのばねクリップは、例えば冷却体に設けられた複数の開口を通って案内され且つ折曲げ部で以て冷却体に位置固定されていてよい。前記開口間の間隔は、有利には未だ予負荷されていないばねクリップ間のスパンよりも小である。ばねクリップの下向き端部は折り曲げられていてよく、この場合、折り曲げられた領域は、下方から冷却体に向かって押圧する。

冷却体には、ばね部材若しくはばね部材のばねクリップを係止するための係止装置が設けられていてよい。

冷却体の壁と、波面に対して平行に配置された基体の側面との間には、中間部材が配置されていてよく、この中間部材は、１）冷却体における基体の保持部として役立ち、且つ２）冷却体に対する基体の振動の伝達を減少させる。当該の中間部材は、基体内で励起された機械的な振動を減衰するために適している。有利には、このような中間部材が２つ波伝搬方向で設けられており、この場合、各１つの中間部材が冷却体の壁と、この壁に面した基体の側面との間に配置されている。２つの中間部材は、例えば１本の軸線に沿って、有利には波伝搬方向に対して平行な基体の中心軸線に沿って配置されている。当該の中間部材は基体を冷却体と機械的に結合するので、有利には、基体の機械的な振動が減衰される材料から選択されている。中間部材と基体との間の接触は、有利には主として点接触である。何れにしろ、中間部材と基体との間のコンタクト面は、このコンタクト面を有する基体の側面よりも面積的に小さい。

１構成では、音波は長手方向で、つまり、基体の主要面に対して平行に伝搬する。円盤形の基体の場合、波伝搬方向は半径方向を向いていてよい。この構成では、波腹が基体の端面及び‐圧電トランスの二次調波においては‐これらの端面に対して平行に延びる、比較的狭幅な中間領域に生じる。波節は、２つの波腹領域間の中間に配置された狭幅な基体領域に生じる。

１構成では、基体において厚さ振動体が実現されていてよい。この場合、波伝搬方向は、基体の下面に対して垂直方向に向いている。この構成では、波腹は基体の主要面に生じ、二次調波においてはこれらの主要面に対して平行に延びる比較的狭幅な中間領域にも生じる。波節は、２つの波腹領域間の中間に配置された狭幅な基体領域に生じる。この場合、前記の波節領域及び波腹領域は、１水平面に対して平行に延在している。

厚さ振動体として実現された基体は、例えば円盤として形成されていてよい。この場合、既に述べた、有利には振動を減衰する中間部材は、冷却体のボトムプレートと基体の下面との間に配置されている。中間部材は、有利には波伝搬方向に対して平行な基体の中心軸線に沿って、基体の下面と冷却体の底部との間に配置されている。

厚さ振動体にはカップ形の冷却体が適しており、このカップ形の冷却体の外周面は、１構成では外側管が形成しており、円盤形の基体については、外周面を外側円筒が形成している。例えば、円盤形の基体は、冷却体の外側管内に有利には弾性変形可能な結合エレメントを介して緊締されるか、又は結合エレメントを介して当該外側管に固着結合されていてよい。

有利には、少なくとも１方向で若しくは半径方向で、基体の対向位置する側面にそれぞれ少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメントが配置されており、この結合エレメントは基体を冷却体の側壁と熱的に結合する。基体は主に少なくとも２つの結合エレメントによって、冷却体の側壁間に保持される。

基体は横断面環状であってよい、つまり、内周面及び外周面若しくは内側の側面及び外側の側面を有していてよい。

この場合、冷却体は、外側管と内側管と、場合によってはこれらの外側管と内側管を結合する底部とを備えて、つまり、内孔を有する桶として形成されていてよい。この場合、外側管及び内側管は、それぞれ冷却体の側面を形成している。‐特に丸い横断面を有する環状の基体の場合は、‐前記外側管及び内側管は円筒形であってよい。‐方形の内孔を有する閉鎖された基体の場合は、‐前記外側管及び内側管は方形を有していてもよい。

基体の外周面と外側管の内側との間には、少なくとも半径方向で、有利には基体の互いに対向位置する側面に、各１つの熱伝導性の結合エレメントが配置されていてよい。更に、少なくとも半径方向で、有利には基体の互いに対向位置する側面において、基体の内周面と冷却体の内側管との間に各１つの別の熱伝導性の結合エレメントが配置されていてよい。

この場合、環状の基体は構成に応じて、冷却体の内側管と外側管との間に、有利には弾性変形可能な結合エレメントを介して緊締されているか、又は結合エレメントを介して冷却体の側面に固着結合されている。

１構成において、冷却体は、良好な熱伝導率を有する電気的に絶縁性の材料を有していてよい。この冷却体は、例えば良好な熱伝導率を有するセラミック材料を有していてよい。セラミックとしては、特にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が適している。電気的に絶縁性の冷却体の表面には、コンタクト面として形成された複数の接続部が配置されていてよい。

電気的に絶縁性の冷却体は、導電性のコアエレメント、有利には例えばガラス又は酸化物から成る絶縁性の層により被覆された金属体を有していてもよい。

しかし冷却体は、例えば金属板等の金属体を有していてもよい。この場合、冷却体には有利には複数の開口が形成されており、これらの開口にはそれぞれ電気的に絶縁性のインサートが配置されており、このインサート内でピン形の電気的な接続部が保持される。

冷却体の電気的な接続部は、有利には線材接続部材を介して、基体の表面に配置された外部電極と導電接続されている。

前記線材接続部材は、有利には、冷却体への基体の機械的な振動の伝達を、特に圧電トランスの共振周波数において減衰するように構成されている。

線材接続部材の長さは、有利には外部電極と冷却体の接続部との間の間隔よりも長い。線材接続部材は、例えば少なくとも１つの金属層及び少なくとも１つのプラスチック層を有していてよい。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１Ａに示した圧電トランスは、長手方向で見て入力部４、出力部５及びこれらの入力部４と出力部５との間に配置された絶縁範囲とに分けられた、基体１を有している。この基体１の対向位置する側面には、それぞれ入力部４の外部電極２，２′並びに出力部５の外部電極３，３′が配置されている。これらの外部電極は択一的に、図１Ｄに示した変化態様の場合と同様、基体の主要面に配置されていてよい。

本実施例では、音波は基体１の優先方向に沿って伝搬する。この基体１内では、波長λを有する音響基本モードが励起可能であり、前記波長λは、基体１の長さＬと同じ長さである。また、波長が２Ｌ／ｎであるｎ次の調波も励起され得る。この場合、ｎはｎ≧２の整数である。

１変化態様において、基体１内には外部電極に接続された内部電極（図示せず）が配置されていてよく、これらの内部電極は外部電極及び基体の長手方向に対して直交して延びている。但し、音波は外部電極間でも励起され得る。

結合エレメント８はそれぞれ、基体１の長手方向に対して直交して、１線に沿って延びている。熱伝導性の結合エレメント８の数及び位置は、調波の次数に関連している。図１Ａに示した圧電トランスは、特に二次調波の周波数における運転に適しており、この場合、Ｌ＝λが当てはまる。基体の長手方向で見て、結合エレメント８はそれぞれ入力部４及び出力部５のほぼ真ん中に配置されている。結合エレメント８間、つまり基体の支持ポイント間の長手方向で測定した中間距離は、半分の波長である。この場合、熱伝導性の結合エレメントは、それぞれ主に波節の生じる領域に制限されている。

図１Ｂには、図１Ａに示したトランスを備えたトランスユニットが示されており、前記トランスは２つの熱伝導性の結合エレメント８を介して冷却体７に組み付けられており且つこの冷却体７に熱的に結合されている。

本実施例では、冷却体７は導電性材料から成っている。冷却体７の底部には複数の開口が形成されており、これらの開口内にはそれぞれ電気的に絶縁性のインサート１０が形状接続的に配置されているので、これらのインサート１０は緊締保持される。インサート１０には、トランスユニットの電気的な接続部として設けられた金属ピン９が保持される。有利には振動減衰する線材接続部材６６は、第１の端部をトランスの外部電極２，２′，３，３′に固定若しくはろう接されており且つ第２の端部を金属ピン９に固定若しくはろう接されている。

熱伝導性の結合エレメント８は、主として波節の生じる基体１の比較的狭幅の範囲にしか接触接続していない。

図１Ｃには、波伝搬方向に対して直交して入力部の電極２，２′を断面した、当該ユニットの横断面図が示されている。基体１の上面には、別の熱伝導性の結合エレメント８′が配置されている。

更に、冷却体７の側壁に係止されたばね部材１１が見られる。このばね部材１１は、基体１及び熱伝導性の結合エレメント８，８′の複合体を、冷却体７のボトムプレートに向かって上から押圧する。冷却体７の側壁の外側には、ばね部材１１を係止するために凹所が設けられている。

特に二次調波用に設計された圧電トランスでは、図１Ｆから判るように、有利には２つのばね部材１１，１１′が設けられている。

これらのばね部材１１，１１′は、有利には良好な熱伝導率を有している。これにより、基体１は上からも、上側の熱伝導性の結合エレメント８′及び熱伝導性のばね部材１１，１１′を介して、冷却体７の側壁に熱的に結合されている。ばね部材１１，１１′は、冷却体７の側壁間に緊締されている。

冷却体７は、図１Ｄに示した変化態様では電気的に絶縁性であり、例えばセラミックであってよい。電気的に絶縁性の冷却体７にはコンタクト面６，６１が配置されている。これらのコンタクト面は、それぞれ接続ピン９と接続されている。但し、当該コンタクト面自体がトランスユニットの電気的な接続部として働くことができる。この場合、これらのコンタクト面の一部が、例えば冷却体の下面に配置されていてよい。この場合、当該トランスユニットは、例えば外部のプリント配線板の表面実装に適している。

熱伝導性の結合エレメント８，８′は図１Ｄに示したように、基体１の基底面にわたって１方向に沿って延びていてよい。

熱伝導性の結合エレメント８，８′は、図１Ｃに示した変化態様では有利には電気的に絶縁性である。これに対して図１Ｄに示した変化態様では、熱伝導性の結合エレメント８，８′は導電性である。この場合、下側の結合エレメント８は、基体１の下面に配置された圧電トランスの外部電極２，３を、冷却体７のボトムプレートの上面に配置されたコンタクト面６に導電接続する。このコンタクト面６は、冷却体７のボトムプレートの上面に部分的に配置されており且つ冷却体７の右側の側壁の外側に部分的に配置されている。この場合、これらのコンタクト面６の領域は、それぞれコンタクト孔を介して互いに接続されている。コンタクト面６は、右側の接続ピン９と導電接続されている。

上側の結合エレメント８′は、基体１をばね部材１１，１１′及び冷却体７の２つの側壁に接続し、この場合、当該の上側の結合エレメント８′は、前記側壁に部分的に配置されている。上側の結合エレメント８′は、基体１の上面に配置された圧電トランスの外部電極２′，３′を、冷却体７の左側の側壁の外側に配置されたコンタクト面６１に導電接続する。このコンタクト面６１は、左側の接続ピン９と導電接続されている。

つまり、導電性の熱伝導性の結合エレメント８によって、トランスの電極と、トランスユニットの接続部９との間の電気的な接続が実現可能である。この場合は、電気的に絶縁性の冷却体が有利である。

導電性で熱伝導性の結合エレメント８を介したトランスの外部電極２，２′，３，３′と、冷却体のコンタクト面との間の電気的な接続は特に、外部電極が図１Ｄ及び図３Ａに示したように、基体１の上面若しくは下面に少なくとも部分的に配置されている場合に可能である。但し、図４Ａ及び図４Ｃに示した変化態様においても、基体１の外周面に配置された外部電極（図示せず）の部分は、長手方向若しくは半径方向で配置された、導電性で熱伝導性の結合エレメント８を介して、冷却体７の側壁の内側に配置されたコンタクト面と導電接続されていてよい。

導電性で熱伝導性の結合エレメント８，８′を介してトランスの外部電極と、冷却体のコンタクト面との間の電気的な接続が実現されている場合は、弾性変形可能な結合エレメントが特に有利である。それというのも、弾性変形可能な結合エレメントは、基体の振動を減衰し、これにより、冷却体への振動伝達を減少させることができるからである。

熱伝導性の結合エレメントは、１変化態様において複数の層から成っていてよい。例えば、結合エレメントの冷却体に面した側の層は、セラミック又は金属等の硬質材料から形成されていてよく、この層は、結合エレメントの熱伝導性の、有利には振動を減衰する別の層を介して、基体１の下面に結合されている。

図１Ｅは、図１Ｆに示したトランスユニットをＢ−Ｂ線に沿って横断して示した図である。

図１Ｅでは、基体の中心軸線に沿って、この方向に対して直交して延びる冷却体７の側壁と基体１との間に、中間部材１２，１２′が設けられている。これらの中間部材１２，１２′は、波伝搬方向、即ち、図１Ｅに示した変化態様では基体１の長手方向での基体１のずれを防止する。

中間部材１２，１２′は、シリコーンゴムから成っていてよい。長手方向で見て、中間部材１２，１２′はテーパされた横断面を有している。中間部材１２，１２′と基体１の（左側若しくは右側の）端面との間の接触箇所は、ほぼ点接触である。

図１Ｄ及び図１Ｅに示した変化態様において、基体１は冷却体７に、それぞれ結合エレメント８，８′及び中間部材１２，１２′を介してのみ機械的に結合されている。図Ｃに示した変化態様では、線材接続部材６６及び接続ピン９を介した付加的な機械的結合が生じている。従って、フレキシブルな線材接続部材を使用し且つ例えばこの線材接続部材の長さを、基体及び接続ピンにおける当該線材接続部材の２つの固定点間の最小間隔よりも長く選択することが有利である。

図１Ｆでは、互いに直交して配置された冷却体７の側壁７２，７３の間に、複数の通気口７４が設けられていることが判る。

図２には、円盤形の基体１を備えた、ケーシングに収容された圧電トランスが示されている。

音波は、図２及び図３Ａに示した変化態様では半径方向で伝搬し、これは二次元の振動モードに相当する。これらの変化態様では、圧電トランスは一次調波若しくは基本波用に設計されており、この場合、波腹の生じる領域は、基体の外周面に相当する。波節の生じる領域は、基体の垂直方向中心軸線に沿って延在している。

この場合、当該の変化態様でも基体１のために支持部として役立つ熱伝導性の結合エレメント８は、真ん中の、主として波節領域に配置されている。

図２及び図３Ａにおいて、トランスは横断面環状の入力領域を有しており、この入力領域は外部電極２，２′と接続されている。当該トランスは更に、入力領域により全方向を取り囲まれた、真ん中に配置された横断面円形の出力領域を有しており、この出力領域は外部電極３，２′と接続されている。この場合、トランスの入力部及び出力部は、共通の電極２′を有している。

線材接続部材６６は、トランスの上側の外部電極３と左側の接続ピン９とを導電接続する。基体１若しくは上側の外部電極３における線材接続部材６６の固定点は、図２に示した変化態様においても、波節の生じる領域に配置されている。

図２において、下側の外部電極２′は別の線材接続部材６６′を介して右側の接続ピン９と導電接続されている。

図３Ａに示した変化態様では、基体１は冷却体７に、図１Ｃに示したように下側では冷却体７に直接に接触接続する下側の熱伝導性の結合エレメント８を介して熱的に結合されており且つ上側ではばね部材１１を介して、上側の熱伝導性の結合エレメント８′により熱的に結合されている。

この場合、冷却体７は上から下に通じる複数の開口７０が設けられた冷却板として形成されている。図３Ｂ及び図３Ｃに示した冷却板にも、コンタクト面６０，６１，６２，６３が配置されている。全てのコンタクト面６０〜６３が冷却体７の上面に配置されている。冷却体７の下面にコンタクト面を配置することも考慮される。

図３Ｄには、図３Ａに示したトランスの配線が示されている。上側の外部電極２は、図３Ａには示していないが図３Ｃには示した線材接続部材６６を介して、コンタクト面６３と導電接続されている。上側の外部電極３は、ばね部材１１と、冷却体７に配置されたスルーコンタクトとを介して、コンタクト面６２と導電接続されている。下側の外部電極２′は、下側の熱伝導性の結合エレメント８を介して、基体１の下位に配置されたコンタクト面６０と導電接続されている。この場合、このコンタクト面６０は、トランスユニットの電気的な接続部として設けられた、外部からアクセス可能なコンタクト面６１と導電接続されている。

既に述べた相違点を除いて、図２に示した変化態様には図１Ｂ及び図１Ｃに示した変化態様の説明が当てはまり、図３Ａに示した変化態様には図１Ｄに示した変化態様の説明が当てはまる。図２及び図３Ａに示したトランスユニットでは、択一的に直方体形の基体を備えたトランスが使用され得る。

厚さ振動体として設けられるトランスに、円筒形若しくは円盤形の基体を備えて形成することが有利である。

図４Ａに示した変化態様では、今まで説明した実施例とは異なり、トランスの基体１において、基本波用に設計された厚さ振動体が実現されている。この場合、基体の振動は垂直方向で行われる、つまり、波伝搬方向はこの場合も垂直方向に向けられている。最大振動振幅若しくは波腹の生じる最大領域は、図４Ａでは基体１の下面及び上面に相当する。波節の生じる領域は、基体のほぼ中心を通る水平面内に配置されている。この平面領域には熱伝導性の結合エレメント８が設けられており、これらの結合エレメント８は基体１を冷却体７の側壁間で保持する。前記結合エレメントは弾性変形可能な材料から成っており且つ基体１を位置固定するために有利である。

基体１は、下側を上で既に説明した中間部材１２によって支持されており、この場合、この中間部材１２は基体１の下面と冷却体７のボトムプレートの上面との間に配置されている。本実施例では、中間部材１２は基体１の垂直方向中心軸線に沿って配置されている。

図４Ａに示した変化態様においても、基体１に上方から、有利には小さな面積範囲だけに接触するばね部材が設けられていてよい。その他の点において、トランスの外部電極と、トランスユニットの電気的な接続部との間の電気的接続は、既に説明した変化態様の場合と同様に行うことができる。

図４Ａに示した変化態様における基体は、直方体形であっても、図４Ｂに示したように円盤形であってもよい。

図４Ｂ及び図４Ｃに示した変化態様における冷却体７は、外側円筒７０１を有している。更に、図４Ｃに示した変化態様では内側円筒７０２が設けられている。但し、これらの内側円筒及び外側円筒は、任意の横断面を有する管によって代替可能であり、この場合、管の横断面形状は、有利には基体の外側横断面に適合されている。

特に、ケーシングの内側横断面若しくは該ケーシングの内側輪郭は、有利には基体の外側横断面若しくは外側輪郭に適合されており、この場合、例えば円盤形の基体用には円筒形のケーシングが使用され、直方体形の基体用には方形のケーシングが使用される。

図４Ｂにおいて、円盤形の基体１は、有利には弾性変形可能な熱伝導性の結合エレメント８を介して、カップ形の冷却体７内で予負荷されている。この場合、結合エレメント８は、基体１の外周面を、外側円筒７０１の内周面に熱的に結合している。

図４Ｂでは、各２つの熱伝導性の結合エレメント８が、互いに直交して若しくは垂直に延びる２つの半径方向に配置されている。厚さ振動体の場合は、基体１の外周面と、冷却体７の内周面との間で、波節平面内に配置された環状の熱伝導性の結合エレメントを使用することも可能である。

図４Ｃには横断面が環状の圧電トランスを備えたトランスユニットが示されており、当該圧電トランスは、熱伝導性の、有利には弾性変形可能な結合エレメント８，８′を介して、冷却体７の外側円筒７０１と内側円筒７０２との間で予負荷されている。図４Ｂに示した要素に加えて付加的に、本実施例では冷却体７の内周面と基体１の内周面との間に別の熱伝導性の結合エレメント８′が設けられており、これらの結合エレメント８′は、基体１の内周面を内側円筒７０２に熱的に結合している。本実施例でも、４つの結合エレメント８及び／又は４つの結合エレメント８′は、単一の環状の結合エレメントにより代替可能である。

図４Ｃに示した冷却体７は桶の形状を有しており、この冷却体７の外側円筒と内側円筒は、環状の底部を介して互いに結合されている。桶若しくは内側円筒の中心部には、孔７００が配置されている。

図５には、圧電トランスの外部電極、例えば外部電極２又は３における線材接続部材６６のコンタクト箇所１６が示されている。線材接続部材６６は、金属バンド１４及びプラスチック層１３を備えた平形線材である。プラスチック層１３は、線材接続部材６６における機械的な振動が著しく減衰され延いては基体から冷却体への音響的な振動の伝達がほぼ阻止されるということのために役立つ。このことは、基体１と、ケーシング内若しくはこのケーシング内に配置された電気的な接続部とにおける線材接続部材６６の２つの固定点の負荷を軽減する。

金属バンド１４は、外部電極にろう接されている。つまり、線材接続部材６６の一方の端部は基体１に固定されている。線材接続部材６６の第２の端部は、例えば図６に示した変化態様の場合と同様に固定されていてよい。コンタクト箇所１６には、有利には電気的に絶縁性の保護層１７が付与されている。この保護層１７は、例えばエポキシ樹脂又は硬化した接着剤から成る封止用コンパウンドであってよい。ゴムから成る保護層１７も適している。１変化態様において、当該の保護層１７は収縮チューブにより形成されていてよい。

保護層１７は、線材接続部材６６の固定箇所以外の区分にも位置しており、この区分を基体１に向かって圧着している。これにより、コンタクト箇所１６の機械的な負荷軽減が達成される。

図６に示した変化態様では、トランスユニットが複数の弾性変形可能な電気的な接続部９を有しており、これらの電気的な接続部９は、基体１の外部電極２，２′，３，３′に直接に固定されており且つ図１Ｃ及び図２に示した線材接続部材６６を代替している。弾性変形可能な電気的な接続部９が振動可能であることにより、この電気的な接続部９の基体における固定点は機械的に負荷軽減されている。

前記接続部９は、有利にはフラットバンドとして形成されている（図５も参照）。当該接続部９は冷却体７を貫通案内されている。既に図１Ｃに示したインサート１０は、本実施例では開口を備えて形成されており、この開口の横断面の大きさは、接続部９の横断面の大きさを上回っているので、接続部９は、インサート１０に接触することなく振動可能である。

インサート１０の下面には金属ディスク１０１が固定されており、この金属ディスク１０１には開口が形成されている。この開口の横断面の大きさは、（１変化態様では形状接続式に）ほぼ接続部９の横断面の大きさに適合されている。接続部９は、例えばはんだペーストを介して金属ディスク１０１と固着結合されていてよい。接続部９の下端部は折り曲げられていてよい。

上で説明した、圧電トランスを備えたトランスユニットは、図示の構成、特に図示の要素の数及び特別な形状若しくは材料に限定されるものではない。図面において特にトランス及び支持体の機械的な分離に関して説明した有利な構成は、圧電トランス及び／又は支持体の別の構成（図示せず）と組み合わせて使用可能である。

圧電トランスの斜視図である。 図１Ａに示したトランスが、比較的高い熱伝導率を有する層を介して冷却体に熱的に結合されている、トランスユニットの斜視図である。 図１Ｂに示したトランスユニットの横断面図である。 別のトランスユニットの、基体の長手方向軸線に対して横方向で横断した第１横断面において、圧電トランスの基体が、下側では冷却体のボトムプレートに且つ上側では冷却体の壁に熱的に結合されている様子を示した図である。 図１Ｄに示したトランスユニットの、基体の長手方向軸線に沿って断面した第２横断面を示した図である。 図１Ｄ及び図１Ｅに示したトランスユニットの平面図である。 圧電トランスの円盤形の基体が、線材接続により冷却体の接続部と導電接続されている、更に別のトランスユニットを示した図である。 圧電トランスの円盤形の基体が、比較的高い熱伝導率を有する上部層を介して、冷却体において予負荷されたばね部材に熱的に結合されたトランスユニットを示した図である。 図３Ａに示したトランスユニットにおける冷却体のボトムプレートを上から見た図である。 図３Ａ及び図３Ｂに示した冷却体、並びに図３Ｄ及び図３Ａに示した圧電トランスを備えた、図３Ａに示したトランスユニットを上から見た図である。 図３Ａに示した圧電トランスの電極を冷却体の接続部に接続した結果を示した図である。 圧電トランスの円盤形の基体がカップ形の冷却体内に配置されており、基体の外周面がカップの壁と熱的に結合されている、トランスユニットの横断面図である。 圧電トランスの円盤形の基体がカップ形の冷却体内に配置されており、基体の外周面がカップの壁と熱的に結合されている、トランスユニットの横断面図である。 圧電トランスの基体が閉じられたリングを形成しており、しかも、該基体が閉じられた桶として形成されており、該桶が基体を収容しており、基体の壁が桶と熱的に結合されたトランスユニットを示した図である。 基体に配置された、保護層を介した線材接続部の接点を部分的に示した図である。 トランスユニットの基体及び冷却体における線材接続部の固定点の領域を部分的に断面して示した図である。

Claims (34)

1. 基体（１）を有する圧電トランスと、前記基体（１）の配置された冷却体（７）とが設けられたトランスユニットにおいて、基体（１）が、少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメント（８）を介して冷却体（７）に熱的に結合されていることを特徴とする、トランスユニット。
2. 少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメント（８）の、基体内で励起された音波の伝搬方向で測定された長さが、前記方向で測定された基体の長さよりも短い、請求項１記載のトランスユニット。
3. 結合エレメント（８）と基体（１）との間のコンタクト面が、このコンタクト面を有する基体（１）の制限面の面よりも小である、請求項１記載のトランスユニット。
4. 冷却体（７）が、内部に基体の配置されたケーシングの少なくとも一部を形成している、請求項１から３までのいずれか１項記載のトランスユニット。
5. 冷却体（７）が複数のリブを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のトランスユニット。
6. 少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメント（８）が、波伝搬方向に対して直交して延びる方向で見て細長くなっている、請求項２から５までのいずれか１項記載のトランスユニット。
7. 互いに隔てられた複数の熱伝導性の結合エレメント（８）が、基体（１）と冷却体（７）の間に空隙を形成するために設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のトランスユニット。
8. 少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメント（８）が、基体（１）内で励起された音波の波節が生じる基体表面領域に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のトランスユニット。
9. 波伝搬方向で測定された結合エレメント（８）の長さが、前記方向で測定された基体（１）の長さの最大３０％である、請求項１から８までのいずれか１項記載のトランスユニット。
10. 波伝搬方向で測定された前記空隙の長さが、前記方向で測定された基体（１）の長さの少なくとも５０％である、請求項７又は８記載のトランスユニット。
11. 冷却体（７）の全表面積が、基体（１）の全表面積よりも大である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のトランスユニット。
12. 熱伝導性の結合エレメント（８）が弾性変形可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載のトランスユニット。
13. 熱伝導性の結合エレメント（８）がペーストである、請求項１から１２までのいずれか１項記載のトランスユニット。
14. 熱伝導性の結合エレメント（８）が導電性である、請求項１から１３までのいずれか１項記載のトランスユニット。
15. 熱伝導性の結合エレメント（８）が、基体（１）に配置された外部電極（２，２′；３，３′）と、冷却体（７）に配置されたコンタクト層とを互いに導電接続する、請求項１４記載のトランスユニット。
16. 基体（１）の対向位置する側面に、それぞれ少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメント（８）が配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載のトランスユニット。
17. 熱伝導性の結合エレメント（８）が基体（１）の上面に配置されており、冷却体（７）に予負荷されたばね部材（１１）が設けられており、該ばね部材が上側の熱伝導性の結合エレメント（８）を押圧し且つこの結合エレメントを冷却体（７）と熱的に結合する、請求項１から１６までのいずれか１項記載のトランスユニット。
18. ばね部材（１１）が、上側の結合エレメント（８）を、冷却体（７）に配置されたコンタクト面（６１）に導電接続する、請求項１７記載のトランスユニット。
19. 基体（１）の少なくとも１つの側面について、基体（１）の側面と冷却体（７）との間に中間部材（１２，１２′）が配置されており、該中間部材が、冷却体（７）における基体（１）の保持部として役立つということが当てはまる、請求項１から１８までのいずれか１項記載のトランスユニット。
20. 中間部材（１２，１２′）が、波面に対して平行に配置された基体（１）の側面と、冷却体（７）との間に配置されている、請求項１９記載のトランスユニット。
21. 基体（１）の対向位置する側面に、それぞれ少なくとも１つの熱伝導性の結合エレメント（８）が配置されている、請求項１から２０までのいずれか１項記載のトランスユニット。
22. 基体（１）が、冷却体（７）に接触する結合エレメント（８）間で緊締されている、請求項２１記載のトランスユニット。
23. 冷却体（７）が、内側管（７０２）と外側管（７０１）とを有しており、基体（１）が環状であり且つ前記内側管（７０２）と外側管（７０１）との間に結合エレメント（８，８′）を介して緊締されている、請求項２１又は２２記載のトランスユニット。
24. 冷却体（７）が、良好な熱伝導率を有する電気的に絶縁性の材料を有している、請求項１から２３までのいずれか１項記載のトランスユニット。
25. 冷却体（７）がセラミック材料を有している、請求項１から２４までのいずれか１項記載のトランスユニット。
26. 冷却体（７）の上面に、コンタクト面（６，６０，６１，６２，６３）として形成された接続部が配置されている、請求項２４又は２５記載のトランスユニット。
27. 冷却体（７）が、金属体であるか又は金属板を有している、請求項１から２３までのいずれか１項記載のトランスユニット。
28. 冷却体（７）にピン形の電気的な接続部（９）が設けられている、請求項２７記載のトランスユニット。
29. 冷却体（７）の電気的な接続部（６，９）が、線材接続部材を介して、基体（１）の上面に配置された外部電極（２，２′；３，３′）と導電接続されている、請求項２８記載のトランスユニット。
30. 前記線材接続部材が、冷却体（７）に対する基体（１）の機械的な振動の伝達を減衰する、請求項２９記載のトランスユニット。
31. 線材接続部材の長さが、外部電極（２，２′；３，３′）と、冷却体（７）の接続部（９）との間の間隔よりも長い、請求項２９又は３０記載のトランスユニット。
32. 線材接続部材が、少なくとも１つの金属層及び少なくとも１つのプラスチック層を有している、請求項２９から３１までのいずれか１項記載のトランスユニット。
33. 熱伝導性の結合エレメント（８）が、基体（１）と冷却体（７）との間に空隙を形成するためのスペーサとして役立つ、請求項１から３２までのいずれか１項記載のトランスユニット。
34. トランスの電気的な接続部が冷却体（７）を貫通案内されている、請求項１から３３までのいずれか１項記載のトランスユニット。

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