NL1003385C2

NL1003385C2 - Piëzo-elektrische transformator met een structuur met vier aansluitingen.

Info

Publication number: NL1003385C2
Application number: NL1003385A
Authority: NL
Inventors: Hidemasa Kawai
Original assignee: Nec Corp
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1999-01-26
Also published as: KR970004052A; KR100222814B1; US5811913A; NL1003385A1

Description

Korte aanduiding: Piëzo-elektrische transformator met een structuur met vier aansluitingen.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING De uitvinding heeft betrekking op een piëzo-elektrische transformator, omvattende: een rechthoekig piëzo-elektrisch lichaam met een paar 5 hoofdvlakken dat in hoofdrichting verdeeld is in door een langwerpig overgangsgebied gescheiden eerste en tweede rechthoekige gebieden, waarvan het eerste gebied in dikterich-ting gepolariseerd is en het tweede gebied in een hoofdrichting loodrecht op het overgangsgebied gepolariseerd is; 10 een paar eerste, tegenover elkaar liggende elektroden op de hoofdvlakken van het eerste gebied; een tweede, langwerpige elektrode op afstand van een eerste elektrode en evenwijdig aan het overgangsgebied op een hoofdvlak; 15 een derde, langwerpige elektrode op een zijkant van het tweede gebied evenwijdig aan het overgangsgebied; waarbij een aandrijfgebied van de gebieden geschikt is om door het aanleggen van een wisselspanning aan de elektroden van het aandrijfgebied een longitudinale trilling in het lichaam 20 op te wekken, en een vermogensgeneratorgebied van de gebieden geschikt is om in responsie op de trilling een uitgangsspanning over de elektroden van het generatcrgebied op te wekken.

Een piëzo-elektrische transformator van deze soort is bekend uit US-A-3598909. Bij de bekende piëzo-elektrische 25 transformator strekt het overgangsgebied zich in de breedte-richting van het lichaam uit. De bekende piëzo-elektrische transformator wordt gebruikt als spanningsverhogende hoogspan-ningstransformator voor een televisie-ontvanger, waarbij aan het paar eerste elektroden een pulsvormige ingangsspanning 30 gelegd wordt, tussen een eerste elektrode en de tweede elektrode een hoogspanning opgewekt wordt en tussen een eerste elektrode en de derde elektrode een andere hoogspanning opgewekt wordt. De hoogspanningen worden opgewekt door de 1003385 - 2 - transformator in twee trillingsmodi te gebruiken, namelijk in overeenstemming met een halve resonantiegolflengte voor de ene hoogspanning en een hele resonantiegolflengte voor de andere hoogspanning. Daarbij is het noodzakelijk dat de tweede 5 elektrode tussen knopen van de trillingen van de twee modi aangebracht is.

De bekende piëzo-elektrische transformator is ongeschikt om met voldoende uitgangsvermogen als spanningsverlagende transformator gebruikt te worden.

10 Een transformator van het elektromagnetische type werd gebruikt als verlagingstransformator van een wisselstroom-adapter voor het leveren van elektrische energie vanuit een commercieel spanningsnet aan een door een batterij aangedreven elektronische eenheid.

15 Anderzijds beschrijft het Amerikaans octrooischrift 2,830,274 ten name van R.A. Rosen van 1958 een piëzo-elektrische transformator die volgens een totaal ander principe werkt dan dat van een bekende elektromagnetische transformator. Op het gebied van de piëzo-elektrische transformator zijn er na 20 Rosen diverse voorstellen gedaan. De Japanse, ononderzochte octrooiaanvragen (Kokai) nrs.

S61-54675, S61-54686 en S61-152165 stellen enige daarvan voor. Alle uit dit Amerikaans octrooischrift en uit deze Kokais bekende transformators zijn piëzo-elektrische verhogingstrans-25 formators.

De piëzo-elektrische verhogingstransformator zal hierna toegelicht worden met verwijzing naar figuur 1, die correspondeert met de uit het genoemde Amerikaans octrooischrift bekende Rosen-type piëzo-elektrische transformator. Figuur 1 30 toont een perspectivisch aanzicht van de Rosen-type piëzo-elektrische transformator met een structuur die in de λ/2 modus bedreven wordt. De piëzo-elektrische transformator heeft een rechthoekig piëzo-elektrisch lichaam 1. Het piëzo-elektrische lichaam 1 is verdeeld volgens een vlak loodrecht op een 35 langsrichting evenwijdig aan een as L van de in figuur 1 getoonde driedimensionale coördinaatassen in een aandrijfgedeelte 20 en een vermogensgeneratorgedeelte 30. Een bovenste elektrode 6T en een onderste elektrode 6B zijn respectievelijk 1003385 - 3 - op bovenste en onderste hoofdvlakken van het aandrij fgedeelte 20 gevormd en met ingangsaansluitingen 2B respectievelijk 2A verbonden. De onderste elektrode 6B is verder met een uitgangs-aansluiting 3A verbonden. Anderzijds is een eindelektrode 4 5 gevormd op een eindvlak van het vermogensgeneratorgedeelte 30 dat loodrecht op de langsrichting L staat, en welke elektrode met een uitgangsaansluiting 3B verbonden is. Het aandrijfgedeelte 20 van het piëzo-elektrische lichaam 1 is in een dikterichting gepolariseerd, zoals getoond met een pijl P, die 10 langs een as t naar boven wijst, en het vermogensgeneratorgedeelte 30 is in de langsrichting gepolariseerd, zoals getoond met een pijl P die naar rechts wijst.

Tijdens gebruik van deze piëzo-elektrische transformator wordt een wisselspanning ein met een frequentie die gelijk is 15 aan de mechanische longitudinale resonantietrilling van het piëzo-elektrische lichaam 1 tussen de met elektroden 6B en 6T van het aandrijfgedeelte 20 verbonden aansluitingen 2A en 2B gelegd. Hierdoor wordt het aandrijfgedeelte 20 op basis van het piëzo-elektrische laterale effect herhaald in de langsrichting 20 vervormd, waardoor het piëzo-elektrische lichaam 1 resonerend zal trillen. In het vermogensgeneratorgedeelte 30 wordt tussen de onderste elektrode 6B van het aandrijfgedeelte 20 en de eindelektrode 4 van het vermogensgeneratorgedeelte 30 een spanning opgewekt als gevolg van het piëzo-elektrische 25 longitudintale effect dat veroorzaakt wordt door de longitudinale trilling van het piëzo-elektrische lichaam, welke spanning tussen de uitgangsaansluitingen 3A en 3B afgenomen wordt als een verhoogde uitgangsspanning met een frequentie die gelijk is aan die van de ingangswisselspanning ein. Deze transformator 30 is mechanisch aan een niet getoonde ondersteuningsstructuur bevestigd door middel van een ondersteuningsorgaan 8, dat op een resonantieknooppunt van de longitudinale trilling van het piëzo-elektrische lichaam 1 aangebracht is, welke plaats in dit geval het midden van het piëzo-elektrische lichaam 1 in de 35 richting L is, dat wil zeggen de overgang tussen het aandrijf-gedeelte 20 en het vermogensgeneratorgedeelte 30.

Deze piëzo-elektrische verhogingstransformator kan in een verlagingstransformator gewijzigd worden door de primaire kant 1003385 - 4 - en de secondaire kant omgekeerd te gebruiken, d.w.z. door de ingangswisselspanning tussen de uitgangsaansluitingen 3A en 3B te leggen en door tussen de ingangsaansluitingen 2A en 2B een uitgangsspanning af te nemen. Omdat in het geval van de 5 verhogingstransformator het echter gebruikelijk is een hoge transformatieverhouding te gebruiken, zodanig dat een hoge uitgangsspanning met een lage ingangsspanning verkregen kan worden, is het moeilijk uitgaande van een commerciële voedingsbron een geschikte verlaagde spanning te verkrijgen door louter 10 de primaire en secundaire kanten om te keren. Voor het oplossen van dit probleem is een piëzo-elektrische transformator met een structuur die geschikt is voor een verlagingstransformator voorgesteld.

Een voorbeeld van de piëzo-elektrische verlagingstrans-15 formator zal toegelicht worden met verwijzing naar fig. 2, die een perspectivisch aanzicht toont van een piëzo-elektrische verlagingstransformator die bekend is uit de Japanse ononderzochte octrooiaanvrage (Kokai) nr. H6-177451 ten name van aanvraagster. In fig. 2 is een rechthoekig piëzo-elektrisch 20 lichaam 1 door een vlak loodrecht op een breedterichting langs een as W van de in fig. 2 getoonde driedimensionale coördinaat-assen onderverdeeld in een aandrijfgedeelte 21 en een vermo-gensgeneratorgedeelte 31. Een bovenste elektrode 7T en een onderste elektrode 7B zijn respectievelijk op bovenste en 25 onderste hoofdvlakken van het vermogensgeneratorgedeelte 31 gevormd en met uitgangsaansluitingen 3A en 3B verbonden. De uitgangsaansluiting 3A is tevens met een ingangsaansluiting 2A verbonden. Anderzijds is op een zijvlak van het aandrijfgedeel-te 21 een zij-elektrode 5 gevormd, welke loodrecht op de 30 breedterichting loopt en met een ingangsaansluiting 2B verbonden is. Het vermogensgeneratorgedeelte 31 van het piëzo-elektrische lichaam 1 is in de dikterichting gepolariseerd, zoals getoond met een naar boven wijzende pijl P, en het aandrijfgedeelte 21 is in de breedterichting gepolariseerd, 35 zoals getoond met een naar het vermogensgeneratorgedeelte wijzende pijl P.

Bij gebruik van deze piëzo-elektrische transformator wordt een wisselspanning ein met een frequentie die gelijk is aan die 1003385 - 5 - van de longitudinale mechanische resonantietrilling van het piëzo-elektrische lichaam 1 tussen de met de zij-elektrode 5 verbonden ingangsaansluiting 2B en de met de elektrode 7T (of 7B) van het vermogensgeneratorgedeelte 31 verbonden ingangsaan-5 sluiting 2A gelegd. Hierdoor wordt het aandrijfgedeelte 21 op basis van het piëzo-elektrische laterale effect herhaald in de langsrichting vervormd, waardoor het piëzo-elektrische lichaam 1 resonerend tot trillen gebracht wordt. In het vermogensgeneratorgedeelte 31 wordt tussen de bovenste en onderste elektro-10 den 7T en 7B door het piëzo-elektrische laterale effect ten gevolge van de longitudinale trilling van het piëzo-elektrische element een spanning opgewekt die tussen de uitgangsaansluitin-gen 3A en 3B afgenomen wordt als een verlaagde uitgangsspanning met een frequentie die gelijk is aan die van ingangswisselspan-15 ning ein. Deze transformator is mechanisch aan een niet getoonde ondersteuningsstructuur bevestigd door middel van een onder-steuningsorgaan 8 dat op een resonantieknooppunt van de longitudinale trilling van het piëzo-elektrische element aangebracht is, welke plaat in dit geval het midden van het 20 piëzo-elektrische lichaam 1 in de richting L is.

Omdat de hiervoorgenoemde piëzo-elektrische verlagings-transformator echter een structuur met 3 aansluitingen heeft waarin het ingangsgedeelte gedeeltelijk gemeenschappelijk met het uitgangsgedeelte gebruikt wordt is een primaire kant niet 25 elektrisch van een secundaire kant gescheiden. Wanneer een piëzo-elektrische transformator als voedingsbron gebruikt wordt is het in de praktijk zeer belangrijk de primaire kant van de secundaire kant te scheiden. In het bijzonder wanneer de conventionele elektromagnetische spoeltransformator met een 30 elektrisch gescheiden ingangs/uitgangsstructuur door de piëzo-elektrische transformator vervangen moet worden is de elektrische scheiding tussen de primaire kant en de secundaire kant een strikte eis.

Verder, omdat in de conventionele piëzo-elektrische 3 5 transformator na vaststelling van de afmetingen van de primaire of secundaire kant de impedantie van de primaire of secundaire kant noodzakelijk vastgesteld is, is de ontwerpvrijheid klein.

1003385 - 6 -

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De uitvinding heeft als doel een piëzo-elektrische transformator te verschaffen met 4 aansluitingen en een structuur waarin een ingangskant elektrisch van een uit-5 gangskant gescheiden is.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een piëzo-elektrische transformator die geschikt is voor het wijzigen van een impedantie van de primaire kant of de secundaire kant met handhaving van een impedantie van de andere 10 kant, het regelen van een transformatieverhouding en het verschaffen van een grote ontwerpvrijheid.

Voor het bereiken van deze doelstellingen heeft een piëzo-elektrische transformator volgens de uitvinding als eigenschap dat het een ongepolariseerd gebied tussen een aandrijfgedeelte 15 en een vermogensgeneratorgedeelte van een rechthoekig piëzo-elektrisch lichaam heeft, zodanig dat een transformatieverhouding geregeld kan worden door wijziging van een ingangsimpedantie daarvan door regeling van een breedte van het piëzo-elektrische inactieve gebied.

20 De uitvinding heeft verder als doel de bezwaren van de in de aanhef toegelichte pi op te heffen.

Daartoe heeft de in de aanhef genoemde piëzo-elektrische transformator volgens de uitvinding als kenmerk dat het overgangsgebied evenwijdig aan de lengterichting van het 25 lichaam is, en op een eerste elektrode een langwerpig onder-steuningsorgaan aangebracht is dat zich in het midden van de eerste elektrode loodrecht op het overgangsgebied uitstrekt, zodanig dat het eerste gebied geschikt is voor gebruik als vermogensgeneratorgebied en het tweede gebied geschikt is voor 30 gebruik als aandrijfgebied.

KORTE TOELICHTING VAN DE TEKENINGEN

De hiervoor genoemde en andere eigenschappen en voordelen van de uitvinding zullen duidelijker worden uit de hiernavol-35 gende toelichting met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin dezelfde gedeelten met dezelfde verwijzingsnummers aangegeven zijn en waarin:

Fig. 1 een perspectivisch aanzicht toont van een voorbeeld 1003385 - 7 - van een bekende piëzo-elektrische verhogingstransformator;

Fig. 2 een perspectivisch aanzicht toont van een voorbeeld van een bekende piëzo-elektrische verlagingstransformator;

Fig. 3 een perspectivisch aanzicht toont van een piëzo-5 elektrische transformator volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 4 een perspectivisch aanzicht toont van een piëzo-elektrische transformator volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding; 10 Fig. 5 een perspectivisch aanzicht toont van een piëzo- elektrische transformator volgens een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 6 een perspectivisch aanzicht toont van een piëzo-elektrische transformator volgens een vierde uitvoeringsvorm 15 van de uitvinding.

GEDETAILLEERDE TOELICHTING VAN DE VOORKEURSUITVOERVORMEN

Hierna zullen met verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen voorkeursuitvoervormen van de uitvinding toegelicht worden. 20 Eerst zullen punten die gemeenschappelijk in de toe te lichten uitvoeringsvormen gebruikt worden kort toegelicht worden.

(1) Plaatelement voor een piëzo-elektrische transformator

Als een piëzo-elektrisch keramisch element met een kleine 25 elektromechanische koppelcoëfficiënt k31 en een grote elektrome-chanische koppelcoëfficiënt k33 werd een gesinterd lichaam van een materiaal uit de PZT-groep, welke commercieel beschikbaar is van K.K. Tokin ten name NEPEC8, gebruikt. Het gesinterde lichaam werd gesneden voor het vormen van rechthoekige piëzo-30 elektrische platen om in de uitvoeringsvormen als piëzo-elektrische lichamen gebruikt te worden.

(2) Vorming van elektroden

Op het piëzo-elektrische lichaam werden elektroden gevormd door gebruik van een elektrisch geleidende pasta, die een 35 zilver-palladiumlegering met 73% zilver en 27% palladium bevatte, en die d.m.v. dikwijls dikke film zeefdruktechnieken aangebracht werd. Daaropvolgend werden de elektrodepatronen gesinderd bij een temperatuur van 750°C.

1003385 - 8 - (3) Polarisatie

Een aandrij fgedeelte en een vermogensgeneratorgedeelte van het piëzo-elektrische lichaam waarop de elektroden gevormd waren werden ondergedompeld in een tot 150°C voorverwarmende 5 isolerende olie. Vervolgens werd een elektrisch gelijkstroom-veld met een sterkte van 1,0 - 2,0 kV/mm gedurende 15 minuten aan het ondergedompelde element gelegd.

(4) Ondersteuningsorgaanbevestiging 10 Een ondersteuningsorgaan met een breedte van 0,3 mm werd door een koperplaat van 0,1 mm dik gedrukt. Het ondersteuningsorgaan werd op een spanningsuitgangselektrode van het vermogensgeneratorgedeelte aangebracht en strekte zich in de breedte van het piëzo-elektrische lichaam uit over een met de breedte 15 van de spanningsuitgangselektrode corresponderende lengte. Het koperen ondersteuningsorgaan werd d.m.v. elektrisch geleidende lijm in een met een knooppunt van de longitudinale trilling van de transformator corresponderende positie van het piëzo-elektrische element bevestigd.

20 (5) Bevestiging van elektrode-aansluitingen

Een koperen plaat van 0,1 mm dik werd uitgedrukt ter verkrijging van 0,3 mm x 0,3 mm vierkante stukken en de vierkante stukken werden in het midden van een met tril-lingsknooppunt op het bovenoppervlak van het aandrijfgedeelte 25 corresponderende positie gepuntlast.

[Eerste uitvoeringsvorm]

Fig. 3 toont een perspectivisch aanzicht van een piëzo-elektrische transformator volgens een eerste uitvoeringsvorm 30 van de uitvinding, die een λ/2 modus piëzo-elektrische transformator is. Fig. 3 toont een piëzo-elektrisch lichaam 1 in de vorm van een rechthoekige plaat, een aandrijfgedeelte 22 en een vermogensgeneratorgedeelte 31. Verder toont fig. 3 een zij-elektrode 5 van het aandrijfgedeelte 22, een bovenste 35 strookelektrode 50T van het aandrij fgedeelte 22 en een onderste strookelektrode 50B van het aandrijfgedeelte 22. Verwijzings-nummer 60 geeft elektrode-aansluitingen aan die aangebracht zijn op het aandrijfgedeelte 22, die met spanningsingangsaan- 1003385 - 9 - sluitingen 2A respectievelijk 2B verbonden zijn, en op het vermogensgeneratorgedeelte 31, die met de spanningsuitgangsaan-sluitingen 3A respectievelijk 3B verbonden zijn, en geeft verwijzingsnummer 9 aansluitondersteuningsorganen aan die op 5 de respectievelijke spanningsuitgangselektroden 7T en 7B aangebracht zijn. In fig. 3 geven een in de dikterichting van het piëzo-elektrische element naar boven wijzende pijl P, corresponderend met een as t van de driedimensionale coördi-naatassen t, L en W, en een in een met de as W op het bovenop-10 pervlak van het aandrijfgedeelte 22 in de breedte wijzende pijl P grafisch restpolarisatierichtingen aan. D.w.z. dat het aandrijfgedeelte 22 van deze piëzo-elektrische transformator in de breedterichting W ervan naar het vermogensgeneratorgedeelte 31 gepolariseerd is en het vermogensgeneratorgedeelte 15 31 naar boven in de dikterichting t gepolariseerd is.

Het piëzo-elektrische lichaam 1 is 42 mm lang, 10 mm breed en 0,4 mm dik. Op boven- en onderste hoofdvlakken van het vermogensgeneratorgedeelte 31 zijn een bovenste elektrode 7T, en een onderste elektrode 7B gevormd, die elk een rechthoekige 20 vorm hebben met een breedte die de helft is van de breedte W van het piëzo-elektrische lichaam 1 en zich in de langsrichting L van het piëzo-elektrische lichaam uitstrekken. Anderzijds is een zij-elektrode 5 op een geheel zijvlak van het aandrijfgedeelte 22 loodrecht op de breedterichting ervan aangebracht. 25 Verder zijn in gebieden op de boven- en onderhoofdvlakken van het aandrijfgedeelte 22 nabij het vermogensgeneratorgedeelte 31 een bovenste strookelektrode 50T respectievelijk een onderste strookelektrode 50B met elk een breedte van 0,8 mm op een afstand van 1 mm van de respectievelijke bovenste en 30 onderste elektroden 7T en 7B op het vermogensgeneratorgedeelte 31 gevormd. Daarna worden de elektrode-aansluitingen 60 in posities op de bovenste strookelektrode 50T en de zij-elektrode 5 van het aandrijfgedeelte 22 gelast. De gedeelten waar de elektrode-aansluitingen 60 gelast worden corresponderen met een 35 longitudinaal trillingsknooppunt van het piëzo-elektrische lichaam 1, en in dit geval is het knooppunt het midden van het piëzo-elektrische lichaam 1 met een lengte L, en zijn aansluit-/ondersteuningsorganen 9 op het knooppunt van het piëzo- 1003385 - 10 - elektrische lichaam 1 bevestigd. Het aandrijfgedeelte 22 en het vermogensgeneratorgedeelte 31 van het piëzo-elektrische lichaam 1 zijn in deze toestand polariseerd als getoond met de pijlen, resulterend in een ongepolariseerd, piëzo-elektrisch inactief 5 gebied 11 tussen het aandrijfgedeelte 22 en het vermogensgeneratorgedeelte 31.

Een aandrijfrendement, maximale uitvoer en transforms-tieverhouding van de piëzo-elektrische transformator volgens deze uitvoeringsvorm worden verkregen door het tussen de 10 ingangsaansluitingen 2A en 2B van de piëzo-elektrische transformator aanleggen van een sinusvormige wisselspanning van 100 V en het tussen de uitgangsaansluitingen 3A en 3B ervan detecteren van een uitgangsspanning. Het bleek dat een rendement van 93%, een maximale uitvoer van 16 W en een 15 transformatiehouding van 0,1 bij een resonantiefrequentie van 37 kHz verkregen werden [Uitvoeringsvorm 2]

Fig. 4 toont een perspectivisch aanzicht van een tweede 20 uitvoeringsvorm van de uitvinding. De tweede uitvoeringsvorm verschilt van de eerste uitvoeringsvorm doordat de afstand van de onderste en bovenste strookelektroden 50T en 50B van de repectievelijke elektroden 7T en 7B van het vermogensgeneratorgedeelte 31 3 mm is en dat tussen de strooke lekt rode 50T 25 (50B) van het aandrijfgedeelte 23 en de elektrode 7T (6B) van het vermogensgeneratorgedeelte 31 door niet-polariseren een piëzo-elektrisch inactief gebied 12 gevormd is.

Een aandrijfrendement, maximale uitvoer en transforms-tieverhouding van de piëzo-elektrische transformatie volgens 30 deze uitvoeringsvorm worden verkregen door het aan het ingangsgedeelte van de piëzo-elektrische transformator leveren van een sinusvormige wisselspanning van 100 V en het detecteren van de uitgangsspanning ervan. Het bleek dat bij een resonantiefrequentie van 37 kHz een rendement van 89%, een maximale 35 uitvoer van 16 W en een transf ormatieverhouding van 0,2 verkregen werden.

Omdat het rendement door toepassing van een breder inactief gebied verlaagd werd verdient het de voorkeur uit 1003385 - 11 - oogpunt van rendement dat de afstand tussen de elektrode van het vermogensgeneratorgedeelte en de strookelektrode 4 mm of minder is. Uit oogpunt van transformatieverhouding is de afstand bij voorkeur 0,5 mm of meer.

5 [Uitvoeringsvorm 3]

Fig. 5 toont een perspectivisch aanzicht van een piëzo-elektrische transformator volgens een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding. Zoals getoond in fig. 5 is de werkingsmodus van 10 de piëzo-elektrische transformator volgens de derde uitvoeringsvorm tweemaal λ/2. De structuur van de in fig. 5 getoonde transformator is equivalent aan een paar piëzo-elektrische transformators volgens de eerste uitvoeringsvorm met een lengte van λ/2, die in langsrichting met elkaar verbonden zijn.

15 Verwijzend naar fig. 5 zijn er in een vermogensgenera torgedeelte 34 twee pijlen getoond die in de dikterichting van het piëzo-elektrische lichaam tegengesteld wijzen en zijn in een aandrijfgedeelte 24 twee pijlen getoond die in de breedte-richting van het piëzo-elektrische lichaam tegengesteld wijzen. 20 Deze pijlen geven grafisch restpolarisatierichtingen aan.

D.w.z. dat het aandrijfgedeelte 24 van deze piëzo-elektrische transformator in de breedterichting tegengesteld gepolariseerd is en het vermogensgeneratorgedeelte 34 in de dikterichting tegengesteld gepolariseerd is.

25 Het piëzo-elektrische lichaam 1 is 42 mm lang, 10 mm breed en 0,4 mm dik. Op bovenste en onderste hoofdvlakken van het vermogensgeneratorgedeelte 34 werden rechthoekige bovenste elektroden 7T en rechthoekige onderste elektroden 7B gevormd. De bovenste elektroden 7T strekken zich in de langsrichting L 30 van het piëzo-elektrische lichaam 1 met een spleet van 1 mm ertussen uit. Op dezelfde wijze strekken de rechthoekige onderste elektroden 7B zich in de langsrichting L van het piëzo-elektrische lichaam met een spleet van 1 mm ertussen uit. De elektroden 7T en 7B hebben een breedte die gelijk is aan de 35 helft van de breedte W van het piëzo-elektrische element 1. Anderzijds is een zij-elektrode 5 op een geheel zij-oppervlak van elk aandrijfgedeelte 24 gevormd, loodrecht op de breedterichting ervan. Verder zijn op de bovenste en onderste 1003385 - 12 - oppervlakken van elk aandrijfgedeelte 24 aan de kant van het aandrijfgedeelte 34 een bovenste strookelektrode 50T respectievelijk een onderste strookelektrode 50B van elk 0,8 mm breed gevormd met een afstand van 1 mm tot de respectievelijke 5 bovenste en onderste elektroden 7T en 7B op het vermogensgene-ratorgedeelte 34. De bovenste strookelektroden 50T zijn met een spleet van 1 mm ertussen aangebracht, en evenzo zijn de bovenste strookelektroden 50B met een spleet van 1 mm ertussen aangebracht. Daarna zijn er elektrode-aansluitingen 60 gelast 10 op middens van de respectievelijke bovenste en onderste rechthoekige elektroden 7T en 7B van elk vermogensgeneratorge-deelte 34, op middens van de respectievelijke bovenste en onderste strookelektroden 50T en 50B van elk aandrijfgedeelte 24 en op een midden van de zij-elektrode 5 van elk aandrijfge-15 deelte 24. De middens corresponderen met longitudinale trillingsknooppunten van het piëzo-elektrische lichaam 1, die in deze uitvoeringsvorm posities in het piëzo-elektrische lichaam 1 vanaf tegenoverliggende uiteinden ervan op eenvierde van de lengte L van het piëzo-elektrische lichaam zijn. Verder 20 zijn in de breedterichting van het piëzo-elektrische element 1 uitstrekkende aansluit-/ondersteuningselementen 9 op de middens van de bovenste en onderste rechthoekige elektroden 7T en 7B aangebracht. De aandrijfgedeelten 24 en de vermogensgene-ra- 25 torgedeelten 34 van het piëzo-elektrische lichaam 1 zijn in deze toestand gepolariseerd, resulterend in een piëzo-elek-trisch inactief gebied 14 tussen de aandrijfgedeelten 24 en de vermogensgeneratorgedeelten 34.

Een aandrijfrendement, een maximale uitvoer en een 30 transformatieverhouding van de piëzo-elektrische transformator volgens deze uitvoeringsvorm werden verkregen door het aan een ingangsgedeelte van de piëzo-elektrische transformator leveren van een sinusvormige wisselspanning van 100 V en het detecteren van een uitgangsspanning daarvan. Het bleek dat bij een 35 resonantiefrequentie van 74 kHz een rendement van 93%, een maximale uitvoer van 32 W en een transformatieverhouding van 0,1 verkregen werden.

1003385 - 13 - [Uitvoeringsvorm 4]

Fig. 6 toont een perspectivisch aanzicht van een vierde uitvoeringsvorm volgens de uitvinding. De vierde uitvoeringsvorm verschilt van de derde uitvoeringsvorm doordat 5 aandrijfgedeelten 25 in dezelfde richting naar de generator- gedeelten 24 gepolariseerd zijn. Omdat andere constructieve voorwaarden van de vierde uitvoeringsvorm gelijk zijn aan die van de derde uitvoeringsvorm wordt een gedetailleerde toelichting van de vierde uitvoeringsvorm achterwege gelaten.

10 Een aandrijfrendement, een maximale uitvoer en een transformatieverhouding van de piëzo-elektrische transformator volgens deze uitvoeringsvorm worden verkregen door aan ingangsgedeelten van de piëzo-elektrische transformator sinusvormige wisselspanningen van 100 V en met een faseverschil 15 van 180 graden te leveren en een uitgangsspanning daarvan te detecteren. Het bleek dat bij een resonantiefrequentie van 74 kHz een rendement van 93%, een maximale uitvoer van 32 W en een transformatieverhouding van 0,1 verkregen werden.

De piëzo-elektrische transformator volgens elk van de 20 hiervoor toegelichte eerste tot en met vierde uitvoeringsvormen is een combinatie van de volgende constructieve eigenschappen: (1) het rechthoekige piëzo-elektrische lichaam, (2) de aansturing met dwarseffect, (3) de vermogensopwekking met dwarseffect, (4) de elektrisch gescheiden invoer/uitvoer-25 structuur, (5) de regeling van de elektrische capaciteit aan de ingangskant, (6) in-fase of uit-fase invoer naar de aandrijfgedeelten, (7) de wijziging van polarisatierichting van de aandrij fgedeelten, (8) het gebruik van een hoge orde trillingsmodus en (9) de rangschikking van de elektrode-30 aansluitingen die functioneren als de ondersteuningsorganen in trillingsknooppunten van het aandrijfgedeelte en de vermogens-generatorgedeelten. In de combinatie zijn de ingangskant en de uitgangskant van de onderhavige piëzo-elektrische transformator elektrisch gescheiden, in tegenstelling tot de conventionele 35 transformator, waardoor de onderhavige piëzo-elektrische transformator geschikt is voor toepassing in een voedingsbron.

Omdat de elektrische scheiding tussen de ingangskant en de uitgangskant van de piëzo-elektrische transformator bereikt 1003385 - 14 - wordt door gebruik van het piëzo-elektrische inactieve gebied daartussen, wordt het mogelijk de ingangsimpedantie te regelen voor het daarbij gemakkelijk wijzigen van de transformatiever-houding.

5 Omdat volgens de uitvinding een structuur met 4 aanslui tingen gebruikt wordt waarin de ingangskant elektrisch van de uitgangskant gescheiden is door aanbrenging van de strookelek-troden, die tezamen met de conventionele zijvlak-elektrode een stel spanningsingangslelektroden vormen, is het gemakkelijk de 10 conventionele elektromagnetische transformator door de piëzo-elektrische transformator te vervangen.

Verder, omdat volgens de uitvinding het regelen van het fysieke volume van het piëzo-elektrische actieve gedeelte van het aandrijfgedeelte mogelijk is door het regelen van de 15 posities van de voor het scheiden van de ingangskant van de uitgangskant in de breedterichting gebruikte elektroden, is het mogelijk de ingangs-/uitgangsimpedanties ongeacht de uitwendige grootte van de piëzo-elektrische transformator individueel en onafhankelijk te bepalen.

1003385

Claims

1. Piëzo-elektrische transformator, omvattende: een rechthoekig piëzo-elektrisch lichaam met een paar hoofdvlakken dat in hoofdrichting verdeeld is in door een langwerpig overgangsgebied gescheiden eerste en tweede 5 rechthoekige gebieden, waarvan het eerste gebied in dikterich-ting gepolariseerd is en het tweede gebied in een hoofdrichting loodrecht op het overgangsgebied gepolariseerd is; een paar eerste, tegenover elkaar liggende elektroden op de hoofdvlakken van het eerste gebied; 10 een tweede, langwerpige elektrode op afstand van een eerste elektrode en evenwijdig aan het overgangsgebied op een hoofdvlak; een derde, langwerpige elektrode op een zijkant van het tweede gebied evenwijdig aan het overgangsgebied; 15 waarbij een aandrijfgebied van de gebieden geschikt is om door het aanleggen van een wisselspanning aan de elektroden van het aandrijfgebied een longitudinale trilling in het lichaam op te wekken, en een vermogensgeneratorgebied van de gebieden geschikt is om in responsie op de trilling een uitgangsspanning 20 over de elektroden van het generatorgebied op te wekken; met het kenmerk dat het overgangsgebied evenwijdig aan de lengterichting van het lichaam is, en op een eerste elektrode een langwerpig ondersteuningsorgaan aangebracht is dat zich in het midden van de eerste elektrode loodrecht op het overgangs- 25 gebied uitstrekt, zodanig dat het eerste gebied geschikt is voor gebruik als vermogensgeneratorgebied en het tweede gebied geschikt is voor gebruik als aandrijfgebied.

2. Piëzo-elektrische transformator volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het lichaam in de lengterichting ervan verdeeld 3. is in twee groepen van elk een aandrij f gebied, een vermogensgeneratorgebied, bijbehorende elektroden en een ondersteuningsorgaan .

3. Piëzo-elektrische transformator volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de aandrijfgebieden tegengesteld gepolariseerd 1003385 - 16 - zijn .

4. Piëzo-elektrische transformator volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dat de vermogensgeneratorgebieden tegengesteld gepolariseerd zijn. 1003385