KR100270827B1 - 입력및출력전극과는별도로모니터전극을포함하는압전변환기 - Google Patents

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가네꼬 히사시
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Abstract

압전변환기는, 압전변환기 입력신호용 복수의 입력전극 및 압전변환기 출력신호용 한쌍의 출력전극외에도, 적어도 한쌍의 모니터전극을 포함한다. 입력신호에 의해 구동되어 출력신호를 생성할 때에, 압전변환기는 압전변환기에서 생성된 진동성분을 각각 지시하는 한쌍의 모니터신호 모니터전극에서 성분을 생성하여, 압전변환기의 동작상태로서 각각 나타낸다.

Description

입력 및 출력전극과는 별도로 모니터전극을 포함하는 압전변환기{PIEZOELECTRIC TRANSFOMER COMPRISING MONITOR ELECTRODES SEPARATELY OF INPUT AND OUTPUT ELECTRODES}
본 발명은 알. 에이. 로젠(R. A. Rosen)에 의해 제안된 타입의 로젠형 압전변환기에 관한 것이다.
첨부 도면을 참조하면, 종래의 압전변환기는, 로젠에 따르면, 예를들면 티탄산지르콘납(PTZ)과 같은 압전물질로 만들어지며 서로 수직인 길이방향, 폭방향 및 두께방향에서 전형적으로 직사각형인 박형 내지 판형상의 압전소자를 포함한다. 일반적으로, 복수의 전력전극이 압전변환기의 구동부 및 발전부를 제공하도록 압전판 상에 형성되며, 이때 구동부 및 발전부의 하나 및 나머지 다른 것은 길이방향 및 두께방향으로 분극된다.
동작시, 구동부 상의 한쌍의 전력전극이 입력전극으로서 사용된다. 다른쌍의 전력전극이 출력전극으로서 사용되는데, 보통 하나의 출력전극만이 발전부 상에 위치하며, 다른 전력전극은 보통 입력 및 출력전극중의 하나로 사용된다. 입력전극 양단에 인가되는 압전변환기 입력신호에 의해 구동되면, 압전변환기는 출력전극 양단의 압전변환기 출력신호를 생성한다. 종래의 압전변환기들과 같은 몇몇 신규한 압전변환기들이 일본국 특개평 6-177,451 호의 공보에 기재되어 있다. 압전변환기들은, 1차 로젠형 진동모드에서 혹은 압전소자상에 형성된 추가의 입력전극 쌍을 갖는 3차 로젠형에서 동작가능하다.
더 상세히 말하면, 압전변환기 입력신호가 역학적 진동과 공진하는 입력 혹은 구동주파수를 가질 때, 압전변환기 입력신호는, 압전효과의 결과로서 구동부의 분극방향으로 역학적 진동을 여기시킨다. 발전부는 역학적 진동의 역학적 에너지를 압전효과에 의해 전기 에너지로 변환시키며, 구동주파수에서 압전변환기 출력신호를 생성한다.
압전변환기는 컴팩트하고 얇은 두께를 갖기 때문에, 액정 디스플레이 장치의 백라이트를 공급하는 냉음극선관에 전력 공급을 하는데 사용하기에 매우 편리하다. 그러나, 압전변환기는, 2 kV 와 같은 소정의 출력전압을 초과하는 과도한 출력전압을 갖는 압전변환기 출력신호를 발생시키는 경우가 있으며, 그리하여 압전소자에 손상을 야기한다. 그러한 과도 전류의 생성을 피하기 위해, 개선된 구동회로가 종래의 압전변환기로서 일본국 특개평 8-167,678 호의 공보에 기재되어 있다.
압전변환기에서 뿐만 아니고, 압전소자는 여러 가지 다른 응용에 사용된다. 일본국 특개평 4-4,769 호의 공보에서, 초음파 모터가 나타나 있다. 그 초음파 모터에서, 모터는 압전물질로 만들어져 있다. 로우터의 비정상적 진동을 검출하기 위해 그리하여 초음파 모터에 인가되는 구동 신호를 제어하기 위해, 모니터전극이 로우터에 부착되어 있다. 그러나, 검출을 위해, 비정상적 진동은 전극크기에 의존하는 소정의 주파수 범위 내에 있어야 한다.
상술한 방식에서, 압전변환기 출력신호가 바람직하지 않은 과도한 출력전압을 가질 때 크랙과 같은 손상이 압전변환기에 야기된다. 그 손상은 압전소자의 정상적인 혹은 균질한 진동을 해치게 되어, 결국 열 발생을 야기하며 압전변환기의 효율을 떨어뜨린다. 한편, 본 발명의 발명자들은, 압전소자가 정상적인 진동외의 비정상적 진동을 당할 때 그러한 손상이 야기된다는 사실을 확인하게 되었다. 압전변환기에서는 비정상적 진동이 검출되지 않았다.
앞서의 것과 관련하여 종래의 압전변환기는 압전변환기 입력전극들과는 독립적으로 단지 하나의 압전변환기 출력전극만을 갖는다는 사실에 주목하여야 한다. 본원 발명자들은, 발전부의 분극이 3차 로젠형의 진동모드에서 동작가능한 압전변환기에서와 반대되는 인터페이스에서 그리고 1차 로젠형의 진동모드에서 동작가능한 압전변환기에서의 발전부의 분극과 평행한 혹은 수직인 진동에서 언밸런스가 발생한다는 사실, 및 비정상적 진동이 폭방향으로의 진동의 언밸런스에 있어서 증가를 가져온다는 사실을 확인하게 되었다.
결국 본 발명의 주요 목적은, 로젠형의 그리고 그 안에서 비정상적 진동의 검출이 가능한 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 주요 목적은, 상술한 타입의 그리고 거기서 여기된 진동에서의 언밸런스를 검출하는 것이 가능한 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 주요 목적은, 상술한 타입의 그리고 그것을 위해 압전소자에서의 언밸런스에 의해 생성되는 바람직하지 않는 크랙을 검출하는 것이 가능한 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 주요 목적은, 상술한 타입의 그리고 그것을 위해 크랙에 의한 열의 생성을 검출하는 것 및 효율이 떨어지는 것을 검출하는 것이 가능한 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 부수적인 목적은, 길이방향 및 두께방향을 가지는 압전소자를 포함하며 두께방향으로 서로 이격되어 있는 복수의 입력단자들을 포함하며 한쌍의 출력단자들을 포함하되 출력단자들 중의 하나는 입력단자들 중의 하나와 함께 사용되며 출력단자들 중의 다른 하나는 1차 로젠형의 정상적인 진동의 여기를 위해 입력단자들로부터 이격되어 있는, 그리고 그 안에서 길이방향으로의 진동에 있어서 생성되는 언밸런스를 검출하는 것이 가능한, 상술한 타입의 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 부수적인 목적은, 길이방향 및 두께방향을 가지는 압전소자를 포함하며 두께방향 및 길이방향으로 서로 이격되어 있는 복수의 입력단자들을 포함하며 한쌍의 출력단자들을 포함하되 출력단자들 중의 하나는 입력단자들 중의 하나와 공통으로 사용되며 출력단자들 중의 다른 하나는 1차 로젠형의 정상적인 진동의 여기를 위해 입력단자들로부터 이격되어 있는, 그리고 그 안에서 정상적인 진동의 중심 노드를 통과하는 압전소자의 인터페이스에서 길이방향으로 생성되는 언밸런스를 검출하는 것이 가능한, 상술한 타입의 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 부수적인 목적은, 길이방향, 폭방향 및 두께방향을 가지는 압전소자를 포함하며 두께방향으로 서로 이격되어 있는 복수의 입력단자들을 포함하며 한쌍의 출력단자들을 포함하되 출력단자들 중의 하나는 입력단자들 중의 하나와 공통으로 사용되며 출력단자들 중의 다른 하나는 1차 혹은 3차 로젠형의 정상적인 진동의 여기를 위해 입력단자들로부터 이격되어 있는, 그리고 그 안에서 폭방향으로의 진동에 있어서 생성되는 언밸런스를 검출하는 것이 가능한, 상술한 타입의 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 주요 목적은, 상술한 타입의 그리고 그것을 위해 비정상동작검출회로가 비정상동작을 검출하도록 하는 것이 가능한 압전변환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 압전소자, 복수의 입력 및 출력단자들 및 복수의 모니터전극들을 포함하되, 입력단자들은 압전소자로 압전변환기 입력신호를 공급하며 출력단자들은 압전변환기로부터 압전변환기 출력신호를 얻기 위한 그리고 모니터전극들은 압전변환기의 동작상태를 나타내는 모니터신호를 생성하는 압전변환기를 위해, 압전변환기의 동작의 비정상적 상태를 검출하기 위한 비정상동작검출회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른목적은, 상술한 타입의 그리고 압전변환기의 동작에 이상이 있을 때 경고를 할 수 있는 비정상동작검출회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른목적은, 상술한 타입의 그리고 압전변환기의 정상적인 동작의 안정성을 보장할 수 있는 그리고 정상적인 동작의 신뢰성을 증가시킬 수 있는 비정상동작검출회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 그밖의 목적들은 설명을 진행해 나감에 따라 명백해 질 것이다.
도 1 은 종래의 압전변환기와 압전소자의 진동모드를 함께 나타내는 개략도.
도 2 는 종래의 다른 압전변환기와 압전소자의 진동모드를 함께 나타내는 개략도.
도 3 은 종래기술에 따른 압전변환기용 개선된 구동회로의 블록도.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압전변환기의 개략도 및 압전변환기용 비정상적 신호 검출회로의 블록도를 나타내는 도.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압전변환기의 개략도 및 도 4 에 도시된 것과 유사한 비정상적 신호 검출회로를 나타내는 도.
도 6 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압전변환기의 개략도 및 도 4 에 나내낸 것과 유사한 비정상적 신호 검출회로를 나타내는 도.
도 7 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압전변환기의 개략도 및 도 4 에 도시된 것과 유사한 비정상적 신호 검출회로의 블록도를 나타내는 도.
본 발명의 일 측면에 따르면, 압전소자 및 압전소자 상의 복수의 전력전극을 포함하되, 전력전극들은 압전소자가 분극을 겪게 하는데, 압전변환기 입력신호에 의해 압전소자를 구동하는데, 그리고 압전변환기 출력신호를 얻는데 사용되며, 복수의 모니터전극들을 더 포함하되, 모니터전극들은 압전변환기의 비정상동작을 모니터하기 위해 압전소자 상의 전력전극들로부터 오프셋되어 있는, 압전변환기가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 압전변환기 입력신호용 복수의 입력전극, 압전변환기 출력신호용 한쌍의 출력전극, 및 함께 압전변환기의 동작상태를 표시하는 모니터신호로서 모니터신호 성분들을 각각 생성하기 위한 복수의 모니터전극을 포함하는 압전변환기를 위한, 그리고 동작상태가 바람직하지 않을 때 차이신호를 생성하기 위해 모니터신호와 기준신호를 비교하는 비교수단을 포함하는, 비정상동작검출회로가 제공된다.
제 1 도에 있어서, 먼저 본 발명의 이해를 돕기 위해 종래의 압전변환기를 설명한다. 그 압전변환기는 앞서 인용된 일본국 특개평 6-177,451 호 공보에 기재되어 있으며, 1차 로젠형이다.
그 압전변환기는, PTZ 과 같은 압전소자, 즉 압전물질로 이루어진 판을 포함한다. 도시되어 있는 예에서, 압전소자는 수평 길이방향, 수평 길이방향에 수직인 폭방향 및 길이방향 및 폭방향과 상하 방향으로 수직인 두께방향을 갖는다. 압전소자는 폭방향과 수직하게 전개되는 전면 및 후면을 갖는다.
한쌍의 입력전극들(11)이, 은-팔라듐 페이스트와 같은 도체 페이스트를 프린팅하고 그후 압전소자 상에 프린팅된 페이스트를 열처리함으로써, 두께방향으로 이격된 압전소자의 좌반부 상에 형성된다. 한쌍의 출력전극들(13)이, 유사하게 형성되되, 출력전극들 중의 하나는 입력전극들 중의 하나와 공통으로 사용되며, 출력전극들의 다른 것은 참조 번호 13 에 의해 나타나는 것처럼 선택된 출력전극으로서 우측단부에 위치한다. 공통전극은 접지되어 있다.
여기에서 전력전극들로 함께 명명되는 입력 및 출력전극들(11 및 13)을 사용하는 것이 바람직하며, 이때 압전소자는 일차로 분극을 겪게 된다. 좌반부에서, 압전소자는 하측 방향 화살표에 의하여 도시된 분극방향을 갖는다. 우반부에서, 분극방향은 한쌍의 우측 방향 화살표에 의해 표시된 바와 같이 왼쪽에서 오른쪽으로의 방향이다.
구동원(15)으로부터, 압전변환기 입력신호가 입력전극들(11)양단에 인가된다. 출력전극들(13)양단에 생성된 구동주파수의 압전변환기 출력신호는, a.c.발진기로서 예시된 부하(17)로의 전송된다. 곧 분명하게 되겠지만, 좌반부는 압전변환기의 구동부로 기능하며, 우반부는 발전부로 기능한다.
입력신호가 분극방향으로 압전소자의 역학적 진동과 공명하는 구동주파수를 가질 때, 역학적 진동이 압전물질의 압전효과의 결과로서 구동부에서 여기된다. 역학적 진동의 역학적 에너지는 압전효과에 의해 구동부에서 전기 에너지로 변환되며, 출력신호를 생성한다. 역학적 진동은, 압전소자의 아래쪽에 도시된 것과 같은 그리고 압전변환기 즉, 소자의 길이방향 중심에 노드를 및 양 길이방향 단부에 한쌍의 루프를 갖는, 모드를 갖는다.
도 2 를 참조하면, 종래의 다른 압전변환기가 일본국 특개평 6-177,451 호 공보에 또한 기재되어 있다. 유사한 부분은 유사한 참조를 붙이며, 유사한 동작을 한다.
압전변환기는 복수의 입력단자들을 포함하는데, 제 1 쌍의 입력단자들은 참조부호 11 를 붙이며 압전소자의 좌측 단부에 배치되어 있다. 다른즉, 제 2 쌍의 입력단자들은 우측 단부에서 두께방향으로 서로 이격되어 있으며 동일한 참조부호 19 를 붙인다. 이 제 2 쌍의 입력전극들(19)중의 하나는 출력전극들(13)중의 하나로서 사용되며, 출력전극들 중의 다른 하나는 길이방향 중간에서 폭방향을 따라 형성되어 있다.
제 2 쌍의 입력전극들(19)사이에서, 압전소자가, 구동부로서 추가적으로 기능하기 위해 제 1 쌍의 입력전극들(11)사이의 그것에 평행한 분극방향으로 분극된다. 이들 구동부들 사이에, 발전부는, 한쌍의 우측 방향 화살표에 의해 및 다른 한쌍의 좌측 방향 화살표에 의해 지시되어 있듯이, 출력전극(13)의 양쪽에서 서로 정반대 방향으로 분극된다.
구동원(15)이 제 1 쌍의 입력단자들(11)의 양단에 그리고 동시에 제 2 쌍의 입력단자들(19)의 양단에 입력신호를 공급할 때, 출력전극들(13)은 출력신호를 부하(17)로 전송한다. 한편, 압전소자의 역학적 진동은, 3차 로젠형에 속하며, 압전소자의 양 길이방향 단부 사이의 인터페이스 상에 중심 노드를 가지며, 양 길이방향 단부에 반대방향으로 진동하는 한쌍의 루프를 가지며, 중심 노드의 양쪽에 한쌍의 좌측 및 우측 노드를 가지며, 좌측 및 우측 루프가 중심 노드와 좌측 및 우측 노드 사이에 각각 삽입된다.
더욱이 도 3 을 참조하며, 상술한 일본국 특개평 8-107,678 호 공보에 개시된 개선된 구동회로를 설명한다. 그 구동회로는, 도 1 및 도 2 에 도시된 것들 중 어느 것에 해당할 수 있으며, 기술에 알려져 있는 것과 같은 방식으로 나타낸 출력단자들 중의 어느 하나 및 입력단자들을 포함하는 압전변환기(21)를 구동하는데 사용된다.
구동회로의 구동원(15)에 의해 구동되면, 압전변환기(21)는, 액정 디스플레이(도시되지 않음)의 백라이트를 제공하기 위한 냉음극선관인 부하(17)에 압전변환기 출력신호를 공급한다. 이때, 출력신호는, 소정 주파수 범위 내의 스위핑(sweeping)주파수에서 2 kV 와 같은 소정의 피크 전압을 갖는 세라소이달(serrasoidal)신호이다. 그 구동회로에서, 스위핑 신호 발진기(23)는, 구동원(15)을 적절하게 제어한다. 부하(17)를 통하여, 부하 전류가, 제 1 기준 전압 VrefA 를 공급받는 부하 전류 비교기(25)로 전송되며, 결국 압전변환기 입력신호 이후 출력신호를 소정의 주파수 범위 내에서 유지시킨다. 출력신호가, 제 2 기준 전압 VrefB 를 공급받으며 출력전압이 소정의 피크 전압을 초과하지 않는 것을 보장하도록 스위핑 신호 발생기(23)를 통해 구동원(15)을 제어하는, 출력전압 비교기(27)로 분기된다.
이러한 방식에서, 상기 개선된 구동회로는, 단지 압전변환기 출력신호가 과도한 출력전압을 일으키는 것을 방지함으로써, 압전변환기(21)에서의 손상의 발생을 회피하게 된다. 상술된 일본국 특개평 4-4,767 호 공보에서도, 이러한 손상이 압전소자의 언밸런스한 진동으로부터 발생한다는 사실, 비정상적 진동이 검출될 수 있다는 사실, 및 압전변환기(21)가 압전변환기 출력신호 이외의 상이한 신호를 생성할 수 있다는 사실은, 알려wu 있지 않았다.
이제 도 4 를 참조하며, 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 압전변환기 및 본 발명의 다른 측면의 바람직한 실시예에 따른 비정상동작검출회로를 설명한다. 도 1 에서와 마찬가지로, 압전변환기는 1차 로젠형이다. 이하, 참조번호 29 를 제외하고는, 유사한 부분들은 유사한 참조부호를 붙이며, 유사한 동작을 하게 될 것이다.
구동원(15)으로부터 압전변환기 입력신호를 공급받는 입력전극들(11) 및 그로부터 압전변환기 출력신호가 부하(17)로 공급되는 격리된 출력전극(13)외에도, 압전변환기는, 압전소자 상에 은-팔라듐 페이스트를 프린팅 함으로써 형성되며 하나의 참조부호 29 로 함께 나타낸, 한쌍의 모니터전극 29(1) 및 29(2)를 포함한다. 도시된 바와같은 예에서, 격리된 출력전극(13)은, 압전소자의 우측단부를 덮으며, 한쌍의 비교적 넓은 영역들이 그 격리된 출력전극(13)의 양 폭방향 측면 상에 남겨진다. 모니터전극들(29)은 각각 상술한 비교적 넓은 영역들 상에 형성된다.
압전변환기가 동작상태에 있는 경우에, 압전소자의 역학적 진동 상태를 나타내내는 모니터신호가 모니터전극(29)양단에서 발생된다. 특히, 역학적 진동이 정상일 때, 모니터신호는 제로 레벨을 갖는다. 역학적 진동이 길이방향에서의 구성요소들 사이에, 즉, 전면 및 후면의 근접지들 사이에서, 발전부의 분극방향으로, 언밸런스에서의 증가를 가져올 때, 모니터신호는 특정의 값을 갖는다. 특히, 모니터전극들(29)은 진동 성분들을 독립적으로 나타낼 수 있다.
모니터신호에 응하여, 비정상동작검출회로는, 압전변환기의 언밸런스와 같은 비정상동작 및 압전소자에서의 크랙의 발생을 검출한다. 모니터전극들(29)은 별도로 한쌍의 모니터신호 성분들을 생성시키는데, 그것은 모니터신호 성분들 사이의 차이에 종속하는 차이신호를 생성하기 위해 차동증폭기(31)에 공급된다. 그 차이신호는 언밸런스의 정도를 표시하기 위해 평활신호를 생성하는 평활회로(33)에 의해 평활화된다. 기준회로(35)는 소정 레벨의 기준신호를 생성한다. 비교기(37)는, 평활신호에 대한 기준신호의 차를 표시하는 비교결과 신호를 생성하기 위해 평활신호와 기준신호를 비교한다.
소정 레벨은, 언밸런스가 크랙에 대한 증가를 가져오는 만큼의 비슷한 크기이던지 혹은 크랙이 곧 발생하게 될 것이라는 사실을 나타낼 수 있다. 그러한 소정 레벨로 주어진 기준신호와 함께, 비교결과신호는 경고회로(39)로 전송된다. 평활신호가 기준신호보다 더 크게 되었을 때에만, 비교결과신호가 경고회로(39)내의 스위칭소자(41)를 '온' 상태로 스위칭하여, 발광다이오드(43)로 하여금 저항체(45)를 통과하는 경고 파워 Vc 에 의해 발광하게 한다.
이러한 방식에서, 비정상동작검출회로는, 동작상태가 바람직하지 않은 경우에, 예를들면 발광다이오드(43)에 의해 경고신호를 생성하기 위해, 모니터신호 즉, 모니터신호 성분들과 기준신호를 비교하는 비교수단을 포함한다. 경고신호에 응하여, 압전변환기의 더 이상의 사용을 중지하는 것, 및 바람직하지 않은 상태로 성능저하된 압전변환기를 새로운 압전변환기로 대체하는 것이 가능하다.
도 5 를 참조하며, 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 압전변환기를 설명한다. 압전변환기는 또한 1차 로젠형이다.
격리된 출력전극(13)은 압전변환기의 우측단을 덮으며, 이때 한쌍의 좁은 영역이 격리된 출력전극(13)의 양 폭방향 측면상에 남겨진다. 모니터전극들(29)은 우측단부 근처의 전면 및 후면 상에 대칭적으로 형성된다.
만약 전면 및 후면의 근접지들 사이의 폭방향으로의 진동 성분들 사이에 언밸런스가 존재하는 경우에, 모니터신호 성분들은 언밸런스를 나타내게 된다. 다시 말하면, 모니터신호 성분들은, 발전부 내의 분극방향과 직각으로 압전소자 내에서 크랙이 발생할 가능성을 나타낼 수 있다. 더 상세히는, 모니터신호 성분들은, 전면 및 후면에 평행하게 그리고 그 근접지에서 발생할 가능성이 있는 크랙을 독립적으로 나타낼 수 있다. 비정상동작검출회로는, 도 4 를 참조하여 도시된 것과는 상이하다. 이는 압전변환기에 대하여 이하에서 기술될 예로서 주어진다.
다시 도 6 을 참조하며, 본 발명의 제 3 바람직한 실시예에 따른 압전변환기를 설명한다. 이 압전변환기는 3차 로젠형에 속한다.
도 2 에서와 유사하게, 제 1 쌍의 입력단자들(11)은 압전소자의 좌측단부 근처에 두께방향으로 멀리 이격되어 있는 바, 제 2 쌍의 입력단자들(19)은 우측단부 근처에 유사하게 형성되며, 입력전극들(11) 및 입력전극들(19)의 각각 하나는 흔히 출력전극들(13)중의 하나로 사용된다. 격리된 출력전극(13)은 길이방향 중심에 폭방향으로 형성되며, 여기에서 그 양쪽 단부 상에 비교적 폭이 긴 공간을 대칭적으로 만든다. 모니터전극들(29)이 이들 비교적 폭이 긴 공간 들에 각각 형성된다.
모니터신호 성분들이, 만약 전면 및 후면의 근접지들 사이의 길이방향으로의 진동에 언밸런스가 존재하는 경우, 언밸런스를 나타내기 위해 생성된다. 더 상세히는, 모니터신호 성분들은, 발전부가 반대방향으로 분극을 겪게 될, 즉, 격리된 출력전극(13) 및 모니터전극(29)이 형성될, 인터페이스에서 혹은 그 근처에서, 나타날지도 모를 크랙을 검출할 수 있다.
도 7 을 참조하며, 본 발명의 제 4 바람직한 실시예를 설명한다. 이 압전변환기는 또한 3차 로젠형에 속한다.
격리된 출력전극(13)은, 좁다란 갭들이 격리된 출력전극(13)의 양단부와 전면 및 후면의 사이에 대칭적으로 남겨진다는 점을 제외하고, 도 6 에서와 유사하게 형성된다. 도 4 에서처럼, 모니터전극들(29)이, 격리된 출력전극(13)이 위치하는 압전소자의 상측면에 인접한 전면 및 후면 상에 형성된다.
모니터신호 성분들은, 전면 및 후면의 근접지들 사이의 폭방향의 역학적 진동에서의 언밸런스를 나타낼 수 있다. 결과적으로, 모니터신호 성분들은, 전면 및 후면의 근접지들에서의 발전부 내에서 분극방향과 수직방향으로 나타날 수 있는 크랙을 독립적으로 나타낼 수 있다.
따라서, 본 발명의 몇 가지 바람직한 실시예에 따른 복수의 압전변환기 및 이들 압전변환기들에 통상적으로 사용되는 비정상동작검출회로와 특히 관련하여 기술되었지만, 이제 본 기술분야에서의 당업자가 여러가지 상이한 방식으로 효과를 달성하도록 본 발명을 실시하는 것이 가능하게 될 것이다. 예를들면, 도 4 및 도 5 를 참조하여 혹은 도 6 및 도 7 과 관련하여 기술되는 것처럼, 복수 쌍의 모니터전극(29)을 포함하는 압전변환기를 만드는 것이 가능할 것이다. 각 압전변환기에 있어서, 압전소자는 길이방향보다 폭방향으로 더 큰 크기를 가져도 된다. 도 7 에 나타낸 방식으로, 모니터전극(29)은, 압전소자의 상측면에 인접한 부위만 도시되어 있는 예에서 전면 및 후면을 덮어도 된다.
차동증폭기(31)에 의해 생성된 차이신호로보다는 차라리 각 모니터신호로부터 유도된 평활신호와, 기준회로(35)에 의해 생성된 타입의 소정 레벨을 비교하는 비교기(37)를 포함하는 비정상동작 모니터링 회로를 만드는 것도 가능하다. 더욱이, 도 3 과 관련하여 기술된 구동회로를 추가로 사용하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압전변환기의 동일 분극 내에 있어서 역학적 진동의 비정상 상태를 검출할 수 있는 복수의 모니터전극을 설치하는 것에 의해, 각 모니터전극으로부터의 출력신호의 차이신호를 검출하고, 정류평활회로에 의해 직류화된 것과 기준신호와의 비교에 의해 압전변환기의 크랙 발생의 유무를 판단하고, 크랙의 발생이 있다고 판단된 경우에는 경고표시를 행하는 것에 의해, 압전변환기를 이용한 부궤환제어를 행하는 전원에 있어서, 압전변환기 자신의 발열 및 효율의 저하를 사전에 검출하는 것이 가능하다. 특히, 제 1 및 제 3 실시형태에 의한 모니터전극의 배치에서는, 압전변환기의 길이방향에서 발생하는 주변 크랙에 관하여 검출력이 높게되고, 또한 제 2 및 제 4 실시형태에 의한 모니터전극의 배치에서는, 압전변환기의 폭방향으로 발생하는 주변 크랙에 관하여 검출력이 높게된다.

Claims (10)

  1. 압전소자, 및
    상기 압전소자 상에 형성되며, 상기 압전소자를 분극시키는데에 사용되고, 압전변환기 입력신호에 의해 상기 압전소자를 구동하는데에 사용되고, 압전변환기 출력신호를 얻는데에 사용되는 복수의 전력전극을 포함하고;
    상기 압전변환기의 비정상동작을 모니터하기 위해 상기 압전소자 상의 상기 복수의 전력전극으로부터 오프셋 되어 있는 복수의 모니터전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터전극은, 상기 비정상동작을 나타내는 한쌍의 모니터신호 성분을 생성하는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 압전소자는, 서로 직각인 길이방향, 폭방향 및 두께방향을 갖으며, 상기 폭방향 및 상기 두께방향에 평행한 제 1 및 제 2 단면, 및 상기 길이방향 및 상기 두께방향에 평행한 전면 및 후면을 갖는 형태의 직사각기둥이며;
    상기 압전소자가 상기 압전변환기 입력신호에 의해 구동되어 상기 압전변환기 출력신호를 생성하는 동안에, 상기 모니터전극은 상기 전면 및 상기 후면 근처에서 상기 길이방향으로 상기 압전소자에서 발생되는 크랙을 개별적으로 나타내는 상기 모니터신호 성분들을 생성하는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력전극은, 상기 압전변환기 입력신호용 상기 제 1 단면에 인접하는 상기 압전소자 상의 상기 두께방향으로 이격되어 있는 한쌍의 입력전극, 및 상기 압전변환기 출력신호용 한쌍의 출력단자들 중의 하나로서 사용을 위한 상기 제 2 단면 상의 격리된 출력단자로 이루어지되, 상기 입력단자들 중의 하나는 상기 출력단자들 중의 다른 하나로 사용되며;
    상기 모니터전극은, 상기 격리된 출력전극으로부터 격리되며 상기 전면 및 상기 후면에 인접하는 상기 제 2 단면 상의 한쌍의 모니터전극로 이루어지되, 상기 격리된 출력전극들은 상기 쌍의 모니터전극의 위치지정을 위해 상기 전면 및 상기 후면으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전력전극은, 상기 압전변환기 입력신호용 상기 제 1 및 상기 제 2 단면에 각각 인접하는 상기 압전소자 상의 상기 두께방향으로 이격되어 있는 제 1 및 제 2 쌍의 입력전극, 및 상기 압전변환기 출력신호용 한쌍의 출력단자들 중의 하나로서 사용을 위한 상기 제 1 및 상기 제 2 쌍의 출력전극 중의 것들과 동일 평면 상의 그리고 상기 제 1 및 상기 제 2 단면 사이에서 상기 폭방향으로 중심으로 전개되는 격리된 출력단자로 이루어지되, 상기 제 1 및 상기 제 2 쌍의 입력단자들 중의 하나는 상기 출력단자들 중의 다른 하나로 사용되며;
    상기 모니터전극은, 각각 상기 쌍의 모니터전극을 위해 남겨진 공간 내의 상기 격리된 출력전극으로부터 격리되며 상기 격리된 출력전극과 동일 직선 상에서 전개되며, 상기 전면 및 상기 후면에 각각 일측단을 갖는 한쌍의 모니터전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 압전소자는, 서로 직각인 길이방향, 폭방향 및 두께방향을 갖으며, 상기 폭방향 및 상기 두께방향에 평행한 제 1 및 제 2 단면, 및 상기 길이방향 및 상기 두께방향에 평행한 전면 및 후면을 갖는 형태의 직사각기둥이며;
    상기 압전소자가 상기 압전변환기 입력신호에 의해 구동되어 상기 압전변환기 출력신호를 생성하는 동안에, 상기 모니터전극은, 상기 전면 및 상기 후면 근처에서 상기 폭방향으로 상기 압전소자에서 발생되는 크랙을 개별적으로 나타내는 상기 모니터신호 성분들을 생성하는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력전극은, 상기 압전변환기 입력신호용 상기 제 1 단면에 인접하는 상기 압전소자 상의 상기 두께방향으로 이격되어 있는 한쌍의 입력전극, 및 상기 압전변환기 출력신호용 한쌍의 출력단자들 중의 하나로서 사용을 위한 상기 제 2 단면 상의 격리된 출력단자로 이루어지되, 상기 입력단자들 중의 하나는 상기 출력단자들 중의 다른 하나로 사용되며;
    상기 모니터전극은, 상기 격리된 출력전극으로부터 격리되며 상기 제 2 단면에 인접하는 상기 전면 및 상기 후면 상의 한쌍의 모니터전극로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 전력전극은, 상기 압전변환기 입력신호용 상기 제 1 및 상기 제 2 단면에 각각 인접하는 상기 압전소자 상의 상기 두께방향으로 이격되어 있는 제 1 및 제 2 쌍의 입력전극 및 상기 압전변환기 출력신호용 한쌍의 출력단자들 중의 하나로서 사용을 위한 상기 제 1 및 상기 제 2 쌍의 출력전극 중의 것들과 동일 평면 상의 그리고 상기 제 1 및 상기 제 2 단면 사이에서 상기 방향으로 중심으로 전개되는 격리된 출력단자로 이루어지되, 상기 제 1 및 상기 제 2 쌍의 입력단자들 중의 하나는 상기 출력단자들 중의 다른 하나로 사용되며;
    상기 모니터전극은, 상기 격리된 출력단자로부터 격리되며 상기 전면 및 상기 후면 상으로 상기 격리된 전극의 연장부 상의 상기 전면 및 상기 후면 상의 한쌍의 모니터전극로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전변환기.
  9. 변환기 입력신호용 복수의 입력전극, 압전변환기 출력신호용 한쌍의 출력전극, 및 함께 상기 압전변환기의 동작상태를 표시하는 모니터신호로서 모니터신호 성분들을 각각 생성하기 위한 복수의 모니터전극을 포함하는 압전변환기를 위해 사용되는 비정상동작검출호로로서, 상기 동작상태가 바람직하지 않을 때 차이신호를 생성하기 위해 상기 모니터신호와 기준신호를 비교하는 비교수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상동작검출회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압전변환기는 상기 한쌍의 출력전극 중의 하나로서 사용되기 위한 격리된 출력전극을 포함하되, 상기 복수의 입력단자에서의 한쌍의 입력전극 중의 일부는 상기 한쌍의 출력전극 중의 나머지로서 공통으로 사용되며, 상기 복수의 모니터전극은 상기 격리된 출력전극들에 비해 대칭적으로 상기 압전변환기 내에 배치된 한쌍의 모니터전극로 이루어지며;
    상기 비교수단은,
    차이신호를 생성하기 위해 상기 한쌍의 모니터전극에 의해 생성된 모니터신호 성분들에 응하는 차동증폭기;
    상기 차이신호를 평활신호로 평활화하는 평활회로; 및
    상기 한쌍의 모니터전극 근처의 상기 압전변환기 입력신호에 의해 상기 압전변환기 내에서 야기된 언밸런스를, 상기 차이신호에 의해, 상기 동작상태 내의 비정상동작으로서 나타내기 위해, 상기 평활신호와 상기 기준신호를 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비정상동작검출회로.
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