WO2008034427A1 - Transformatoranordnung mit einem piezotransformator - Google Patents

Transformatoranordnung mit einem piezotransformator Download PDF

Info

Publication number
WO2008034427A1
WO2008034427A1 PCT/DE2007/001687 DE2007001687W WO2008034427A1 WO 2008034427 A1 WO2008034427 A1 WO 2008034427A1 DE 2007001687 W DE2007001687 W DE 2007001687W WO 2008034427 A1 WO2008034427 A1 WO 2008034427A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transformer
input
recess
arrangement according
output
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/001687
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Heinz
Igor Kartashev
Patrick Schmidt-Winkel
Original Assignee
Epcos Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos Ag filed Critical Epcos Ag
Priority to JP2009528590A priority Critical patent/JP2010504629A/ja
Priority to EP07817542A priority patent/EP2054952A1/de
Publication of WO2008034427A1 publication Critical patent/WO2008034427A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/40—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and electrical output, e.g. functioning as transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Definitions

  • a piezoelectric transformer is known for example from the document US 5,707,235 Bl.
  • An object to be solved is to provide a transformer arrangement with a piezoelectric transformer, which has a particularly high breakdown voltage between transformer parts.
  • the invention relates to a transformer arrangement with a piezotransformer comprising an input part and an output part.
  • the transformer assembly comprises an insulating member which is fixedly connected to the input part and the output part, wherein the insulating part forms at least a partial housing for at least one of the transformer parts (the input and / or output part).
  • the piezotransformer can be used for galvanic decoupling of two circuits or for voltage transformation in a voltage converter.
  • the input part and the output part are in principle interchangeable. They are also referred to as transformer parts.
  • the input part preferably forms a high voltage part and the output part of a low voltage part of the transformer. It is advantageous to accommodate in particular the high voltage part in the sub-housing.
  • the input part and the output part each have at least one first electrode and at least one second electrode, which can be arranged at least partially in the interior of the respective transformer part.
  • the input part and the output part each have a plurality of internal electrodes, which are alternately connected to a first outer electrode and a second outer electrode of the respective transformer part.
  • the electrodes of one type are conductively connected to each other by the respective outer electrode and thus contacted from the outside.
  • the outer electrodes are each arranged at least partially on the surface of the respective transformer part.
  • the transformer parts and the intermediate portion of the insulating part together form a body of the transformer.
  • the transformer uses both the direct and the inverse piezoelectric effect.
  • the direct piezoelectric effect is understood to mean that a voltage drops in the body when deformations occur. It is understood by the inverse piezoelectric effect that the piezoelectric ceramic, which may still need to be polarized for use of the device, undergoes deformation when applying an electric field parallel or anti-parallel or at an angle to the polarization direction.
  • the input and output part are preferably mechanically coupled to each other and galvanically separated from each other. The galvanic separation of the two parts can be achieved through the insulating part.
  • An electrical input signal is converted in the input part of the piezoelectric transformer into mechanical vibrations of the main body of the transformer. Due to the mechanical coupling between input part and output part both parts are affected by the mechanical vibration. The conversion of electrical energy into mechanical energy occurs due to the inverse piezoelectric effect in the output part, where the mechanical vibrations are transformed back into an electrical signal due to the direct piezoelectric effect.
  • a mechanical deformation of the base body can be caused when a voltage is applied to the input electrodes.
  • an electrical voltage occurring during mechanical deformation of the body can be tapped.
  • a periodically recurring deformation of the body When applying an AC voltage to the input electrodes, a periodically recurring deformation of the body can be generated. This periodically recurring deformation of the body may in turn cause a periodically varying voltage in the output electrodes.
  • a suitable arrangement of the electrodes can be achieved that the output voltage is different from the input voltage. In this case, one obtains a transformer with a ratio of the voltages corresponding transmission ratio.
  • the input part and the output part are preferably produced in each case by stacking ceramic green sheets with subsequent sintering. These layers preferably contain lead zirconate titanate (PZT) or other material having suitable piezoelectric properties.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the material of the insulating part preferably has a high insulation capacity> 10 kV / mm.
  • the breakdown voltage of the material of the insulating part preferably exceeds that of the input and output part. The difference is preferably at least a factor of three.
  • the breakdown voltage of ceramic transformer parts is usually not more than 2-4 kV / mm, while the breakdown voltage of the insulating part may be 10-20 kV / mm or more.
  • the dielectric constant of the material of the insulating part is smaller than that of the input and output part. This makes it possible to reduce a parasitic capacitive coupling between the electrodes of different transformer parts.
  • the insulating part is arranged between the input and output part.
  • the input part, the output part and the region of the insulating part arranged between them form together a transformer body.
  • the region of the insulating part arranged between the input and output part is preferably arranged in a region of the transformer in which minimum deflections of the body occur (wave node region).
  • the body preferably vibrates in a direction perpendicular to the main body. surfaces of the arranged between the input and output part of the insulating portion is arranged.
  • the insulating part preferably has a first recess in which the input part is arranged.
  • the input part is preferably recessed in the first recess.
  • the insulating member may also have a second recess in which the output member is disposed (and preferably recessed).
  • the bottom of the first recess is arranged between the input part and the output part. But it is also possible to arrange a side wall of the first recess between the input and output part.
  • the respective recess is preferably in the form of a blind hole.
  • the insulating part comprises a preferably relatively thin-walled cup to which the first recess is assigned.
  • the insulating part can also comprise two cups with a common bottom, wherein a first cup has the first recess for receiving the input part and a second cup has the second recess for receiving the output part.
  • the thickness of the bottom of the respective recess may be less than 2.5 mm. It is preferably smaller than the wall thickness of the recess. Both depressions preferably have a common bottom, which is preferably arranged in a wavenumber region of the transformer.
  • the input part and the output part are preferably carried exclusively by the region of the insulating part, which is arranged between the input and output part.
  • the open end of the respective recess is closed in a variant with a lid having first and second electrical contact surfaces.
  • the first contact surfaces face the transformer and are connected to its electrodes.
  • the second contact surfaces can be connected to connecting wires.
  • the first and second contact surfaces may be conductively connected to each other via electrical vias, which are preferably arranged in the lid.
  • the insulating part may contain a high-performance ceramic material, in particular Al 2 O 3 .
  • the insulating part may also contain a plastic.
  • the lid may also contain a ceramic material or a plastic.
  • a conductor track may be arranged, which is conductively connected to an electrode of the arranged in this recess transformer part.
  • an electrode of the input and / or output part has at least one region which is arranged on the front side of the respective transformer part and faces a conductor track arranged on the surface of the insulating part.
  • the transformer parts can each be connected to the insulating part, for example by means of gluing or cementing. Other joining techniques are also possible. For example, it is possible, one electrode of the transformer part with a arranged on the surface of the I- solierteils conductor track by a solder joint or a similar compound (which includes the burning of a metal paste applied to form the trace or the electrode). Between the input part (or output part) and the insulating part, an adhesive layer is arranged in an advantageous variant, the stiffness of which preferably does not fall below that of the transformer parts. Thus, mechanical losses at the interface between the transformer part and the insulating part can be prevented. A non-elastic, non-organic material is preferred for the adhesive layer.
  • the respective recess can have any desired cross section, for example round or rectangular, which is preferably adapted to that of the transformer part arranged therein.
  • Figure 1 in cross section a transformer assembly, wherein the insulating part forms a housing for a transformer part;
  • FIG. 2 in cross-section another transformer arrangement in which the insulating part forms a housing for both transformer parts;
  • Figure 3 shows a detail in a plan view of an insulating part with rib structures.
  • FIG. 1 shows a transformer arrangement with a piezotransformer which has an input part 2 and an output part 3 has.
  • the input and output parts can be interchanged.
  • the transformer arrangement comprises an insulating part 1 whose bottom area serves for the mechanical coupling and at the same time for the galvanic decoupling of the input part 2 and the output part 3.
  • the insulating part 1 has the shape of a cup, d. H. it has a recess in which the input part 2 is arranged. Alternatively, there may be arranged the output part.
  • the insulating part 1 shields the arranged in the recess transformer part and a contact point between this transformer part and leads 15, 16 of a connecting cable 17 from environmental influences.
  • the connection cable 17 connects the transformer with an electrical circuit, not shown in the figure.
  • the input part 2 comprises input electrodes 4, 5 and a piezoelectric layer 6 arranged between them.
  • the output part 3 comprises output electrodes 7, 8 and a piezoelectric layer 9 arranged between them.
  • the respective transformer part can also, as indicated in FIG Having interconnected input electrodes, wherein between two successive electrodes, a piezoelectric layer 6 and 9 is arranged.
  • the direction of the polarization axis P of the respective piezoelectric layer is indicated by arrows in the figures.
  • the polarization axis is directed perpendicular to electrode surfaces of the transformer.
  • the open side of the depression is closed by means of a cover 10 which has first contact surfaces 11, 12 on its first main surface and second contact surfaces 13, 14 on its second main surface. Every first contact surface is - S -
  • the contact surface 12 is connected by means of a connecting wire 19 with the electrode 5 of the input part 2.
  • a conductor track 20 is arranged, which connects the input electrode 4 to the contact surface 11 in a conductive manner.
  • the output electrode 8 is conductively connected to a further, arranged on the outside of the insulating part 1 conductor, which serves as a contact surface and to which a connecting wire 22 is connected.
  • Another connecting wire 21 is connected directly to the output electrode 7.
  • the connecting wires 21, 22 are connected to an electrical load, not shown in the figure.
  • the second contact surfaces 13, 14 are connected to connection wires 15, 16 of an electric cable 17.
  • the preferably designed for high voltage applications cable 17 is fixed in the holder 18, which partially protrudes into the recess and at the same time closes this.
  • the material of the holder 18 preferably has elastic properties.
  • the holder 18 has projections which press against the inner surface of the blind hole depression.
  • the connecting wires 15, 16 can be led out in principle through an opening of the lid 10 to the inside of the lid and connected to the contact surfaces 11, 12.
  • the blind hole depression preferably has a step or a region with a smaller diameter and a region with a larger diameter.
  • the smaller diameter is in particular smaller than that of the de 10, wherein the larger diameter is substantially equal to the lid diameter.
  • the step formed between the two areas serves as a counter surface (bearing surface) for the lid 10.
  • the respective recess may have a taper instead of a step, with their side surfaces tapered towards the input or output part.
  • FIG. 2 shows a further transformer arrangement, in which the insulating part 1 additionally has a second recess in which the output part 3 is arranged. Both recesses have a common bottom, which is arranged in part between the input and output part 2, 3.
  • This transformer arrangement is characterized by an even higher insulation capacity compared with the embodiment described above.
  • the insulating member 1 is preferably symmetrical with respect to a plane passing through the center of the insulating member.
  • the second recess is preferably formed similar to the first recess. At least a portion of the recess can also be closed with a lid 10. Between the lid 10 and the part of the respective recess closed by the latter, a cavity is formed, in which the respective transformer part is arranged and protected from external influences. The remainder, not yet completed in FIG. 2, of the depression area accommodates part of a connection cable 17.
  • a plurality of mutually parallel input electrodes 23, 24 and the output part 3 may have a plurality of mutually parallel output electrodes 25, 26.
  • First and second electrodes of the respective transformer part may, like the input electrodes 23 and 24, be connected to a first and a second collecting electrode 27 and 28, respectively, which is arranged on the surface of this transformer part.
  • first and second electrodes of the respective transformer part can also be conductively connected to each other like the output electrodes 25 and 26 by means of a through-connection 29 or 30 arranged in the interior of the transformer of the transformer.
  • This embodiment has the advantage that both electrical connections of the respective transformer part can be brought out to the same end face, which facilitates their contact from the outside.
  • the outer surface of the insulating member 1 can be enlarged by rib structures 31 (FIG. 3).
  • a concrete embodiment of the specified transformer arrangement is not limited to the examples shown in the figures, but can be adapted to needs of the particular application.
  • the technical features explained in connection with one embodiment are readily applicable to other embodiments. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Es wird eine Transformatoranordnung mit einem Piezotransformator angegeben, der einen Eingangsteil (2) und einen Ausgangsteil (3) umfasst. Die Transformatoranordnung umfasst ein Isolierteil (1), das mit dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil fest verbunden ist, wobei das Isolierteil (1) zumindest ein Teilgehäuse für mindestens einen der Transformatorteile (2, 3) bildet.

Description

Beschreibung
Transformatoranordnung mit einem Piezotransformator
Ein piezoelektrischer Transformator ist beispielsweise aus der Druckschrift US 5,707,235 Bl bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Transformatoranordnung mit einem Piezotransformator anzugeben, die eine besonders hohe Durchschlagspannung zwischen Transformatorteilen hat.
Es wird eine Transformatoranordnung mit einem Piezotransformator angegeben, der einen Eingangsteil und einen Ausgangsteil umfasst. Die Transformatoranordnung umfasst ein Isolierteil, das mit dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil fest verbunden ist, wobei das Isolierteil zumindest ein Teilgehäuse für mindestens einen der Transformatorteile (den Ein- und/oder Ausgangsteil) bildet. Dadurch gelingt es, eine Kriechstrecke zwischen den Transformatorteilen zu verlängern und somit die Durchschlagfestigkeit der Transformatoranordnung zu erhöhen. Die angegebene Transformatoranordnung ist daher insbesondere für Hochspannungsanwendungen geeignet. Eine kompakte Ausführung der Transformatoranordnung ist dabei möglich.
Der Piezotransformator kann zu einer galvanischen Entkopplung von zwei Schaltkreisen oder zur Spannungstransformation in einem Spannungswandler dienen.
Der Eingangsteil und der Ausgangsteil sind im Prinzip gegeneinander austauschbar. Sie werden auch als Transformatorteile bezeichnet. Der Eingangsteil bildet vorzugsweise einen Hoch- spannungsteil und der Ausgangsteil einen Niederspannungsteil des Transformators. Es ist vorteilhaft, insbesondere den Hochspannungsteil im Teilgehäuse unterzubringen.
Der Eingangsteil und der Ausgangsteil weisen jeweils mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode auf, die zumindest teilweise im Inneren des jeweiligen Transformatorteils angeordnet sein kann. Vorzugsweise weisen der Eingangsteil und der Ausgangsteil jeweils eine Vielzahl von Innenelektroden auf, die abwechselnd an eine erste Außenelektrode und eine zweite Außenelektrode des jeweiligen Transformatorteils angeschlossen sind. Die Elektroden einer Sorte sind durch die jeweilige Außenelektrode leitend miteinander verbunden und somit von außen kontaktierbar . Die Außenelektroden sind jeweils zumindest teilweise an der Oberfläche des jeweiligen Transformatorteils angeordnet.
Die Transformatorteile und der dazwischen angeordnete Bereich des Isolierteils bilden zusammen einen Körper des Transformators .
Der Transformator nutzt sowohl den direkten als auch den in- versen piezoelektrischen Effekt. Unter dem direkten piezoelektrischen Effekt wird verstanden, dass in dem Grundkörper bei Auftreten von Verformungen eine Spannung abfällt. Es wird unter dem inversen piezoelektrischen Effekt verstanden, dass die piezoelektrische Keramik, die gegebenenfalls zum Einsatz des Bauelementes noch polarisiert werden muss, bei Anlegen eines elektrischen Feldes parallel oder antiparallel oder auch in einem Winkel zur Polarisierungsrichtung eine Verformung erfährt . Der Ein- und Ausgangsteil sind vorzugsweise mechanisch aneinander gekoppelt und galvanisch voneinander getrennt. Die galvanische Trennung der beiden Teile ist durch das Isolierteil erreichbar.
Ein elektrisches Eingangssignal wird im Eingangsteil des piezoelektrischen Transformators in mechanische Schwingungen des Grundkörpers des Transformators umgewandelt. Aufgrund der mechanischen Kopplung zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil sind beide Teile von der mechanischen Schwingung betroffen. Die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Energie erfolgt aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts im Ausgangsteil, wo die mechanischen Schwingungen aufgrund des direkten piezoelektrischen Effekts zurück in ein elektrisches Signal verwandelt werden.
Mit Hilfe der Eingangselektroden kann bei Anlegen einer Spannung an die Eingangselektroden eine mechanische Verformung des Grundkörpers hervorgerufen werden. Mit Hilfe der Ausgangselektroden kann eine bei mechanischer Verformung des Körpers auftretende elektrische Spannung abgegriffen werden.
Beim Anlegen einer WechselSpannung an die Eingangselektroden kann eine periodisch wiederkehrende Deformation des Körpers erzeugt werden. Diese periodisch wiederkehrende Deformation des Körpers kann wiederum in den Ausgangselektroden eine sich periodisch ändernde Spannung hervorrufen. Durch eine geeignete Anordnung der Elektroden kann erreicht werden, dass die AusgangsSpannung von der Eingangsspannung verschieden ist . In diesem Fall erhält man einen Transformator mit einem dem Verhältnis der Spannungen entsprechenden Übersetzungsverhältnis. Der Eingangsteil und der Ausgangsteil werden vorzugsweise jeweils durch Stapeln von keramischen Grünschichten mit anschließendem Sintern erzeugt. Diese Schichten enthalten vorzugsweise Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) oder ein anderes Material mit geeigneten piezoelektrischen Eigenschaften.
Das Material des Isolierteils besitzt vorzugsweise ein hohes Isolationsvermögen > 10 kV/mm.
Die Durchschlagspannung des Materials des Isolierteils übersteigt vorzugsweise diejenige des Ein- und Ausgangsteils. Der Unterschied beträgt vorzugsweise mindestens den Faktor drei . Die Durchschlagspannung von keramischen Transformatorteilen beträgt üblicherweise nicht mehr als 2-4 kV/mm, während die Durchschlagspannung des Isolierteils 10-20 kV/mm oder mehr betragen kann.
Es wird außerdem als Vorteil betrachtet, wenn die Dielektrizitätskonstante des Materials des Isolierteils kleiner ist als diejenige des Ein- und Ausgangsteils . Dadurch gelingt es, eine parasitäre kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden verschiedener Transformatorteile zu verringern.
Vorzugsweise ist mindestens ein Bereich des Isolierteils zwischen dem Ein- und Ausgangsteil angeordnet. Der Eingangsteil, der Ausgangsteil und der zwischen diesen angeordnete Bereich des Isolierteils bilden zusammen einen Transformatorkörper. Der zwischen dem Ein- und Ausgangsteil angeordnete Bereich des Isolierteils ist vorzugsweise in einem Bereich des Transformators angeordnet, in dem minimale Auslenkungen des Körpers auftreten (Wellenknotenbereich) . Der Körper vibriert vorzugsweise in einer Richtung, die senkrecht zu den Haupt- flächen des zwischen dem Ein- und Ausgangsteil angeordneten Bereichs des Isolierteils angeordnet ist.
Das Isolierteil weist vorzugsweise eine erste Vertiefung auf, in der der Eingangsteil angeordnet ist. Der Eingangsteil ist vorzugsweise in der ersten Vertiefung versenkt. Das Isolierteil kann auch eine zweite Vertiefung aufweisen, in der der Ausgangsteil angeordnet (und vorzugsweise versenkt) ist. Vorzugsweise ist der Boden der ersten Vertiefung zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangteil angeordnet. Möglich ist aber auch, eine Seitenwand der ersten Vertiefung zwischen dem Ein- und Ausgangteil anzuordnen.
Die jeweilige Vertiefung ist vorzugsweise in Form eines Sacklochs ausgebildet..
Das Isolierteil umfasst in einer bevorzugten Variante einen vorzugsweise relativ dünnwandigen Becher, dem die erste Vertiefung zugeordnet ist. Das Isolierteil kann auch zwei Becher mit einem gemeinsamen Boden umfassen, wobei ein erster Becher die erste Vertiefung zur Aufnahme des Eingangsteils und ein zweiter Becher die zweite Vertiefung zur Aufnahme des Ausgangsteils aufweist.
Die Stärke des Bodens der jeweiligen Vertiefung kann weniger als 2,5 mm betragen. Sie ist vorzugsweise kleiner als die Wandstärke der Vertiefung. Beide Vertiefungen haben vorzugsweise einen gemeinsamen Boden, der vorzugsweise in einem WeI- lenknotenbereich des Transformators angeordnet ist.
Der Eingangsteil und der Ausgangsteil sind vorzugsweise ausschließlich vom Bereich des Isolierteils getragen, der zwischen Ein- und Ausgangsteil angeordnet ist . Vorzugsweise ist der in der jeweiligen Vertiefung angeordnete Transformatorteil von den Seitenwänden dieser Vertiefung beabstandet.
Das offene Ende der jeweiligen Vertiefung ist in einer Variante mit einem Deckel verschlossen, der erste und zweite e- lektrische Kontaktflächen aufweist. Die ersten Kontaktflächen sind dem Transformator zugewandt und an seine Elektroden angeschlossen. Die zweiten Kontaktflächen können mit Anschluss- drähten verbunden sein. Die ersten und zweiten Kontaktflächen können miteinander über elektrische Durchkontaktierungen leitend verbunden sein, die vorzugsweise im Deckel angeordnet sind.
Das Isolierteil kann ein leistungsfestes Keramikmaterial, insbesondere Al2O3 enthalten. Das Isolierteil kann auch einen Kunststoff enthalten. Der Deckel kann auch ein Keramikmaterial oder einen Kunststoff enthalten.
An der Oberfläche der jeweiligen Vertiefung kann eine Leiterbahn angeordnet sein, die mit einer Elektrode des in dieser Vertiefung angeordneten Transformatorteils leitend verbunden ist. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn eine E- lektrode des Ein- und/oder Ausgangsteils zumindest einen Bereich aufweist, der an der Stirnseite des jeweiligen Transformatorteils angeordnet ist und einer an der Oberfläche des Isolierteils angeordneten Leiterbahn zugewandt ist.
Die Transformatorteile können jeweils mit dem Isolierteil beispielsweise mittels -Verklebung oder Zementierung verbunden werden. Andere Verbindungstechniken kommen auch in Betracht. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, eine Elektrode des Transformatorteils mit einer an der Oberfläche des I- solierteils angeordneten Leiterbahn durch eine Lötverbindung oder eine ähnliche Verbindung (dazu zählt auch das Einbrennen einer zur Bildung der Leiterbahn oder der Elektrode aufgetragenen Metallpaste) zu verbinden. Zwischen dem Eingangsteil (oder Ausgangsteil) und dem Isolierteil ist in einer vorteilhaften Variante eine Haftschicht angeordnet, deren Steifigkeit vorzugsweise diejenige der Transformatorteile nicht unterschreitet. Somit kann mechanischen Verlusten an der Schnittstelle zwischen dem Transformatorteil und dem Isolierteil vorgebeugt werden. Ein nichtelastisches, nichtorganisches Material ist für die Haftschicht bevorzugt.
Die jeweilige Vertiefung kann einen beliebigen - beispielsweise runden oder rechteckigen - Querschnitt haben, der vorzugsweise an denjenigen des darin angeordneten Transformatorteils angepasst ist.
Der angegebene Piezotransformator wird nun anhand von schematischen und nicht maßstabgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 im Querschnitt eine Transformatoranordnung, bei der das Isolierteil für einen Transformatorteil ein Gehäuse bildet;
Figur 2 im Querschnitt eine weitere Transformatoranordnung, bei der das Isolierteil für beide Transformatorteile ein Gehäuse bildet;
Figur 3 ausschnittsweise in einer Draufsicht ein Isolierteil mit Rippenstrukturen.
Figur 1 zeigt eine Transformatoranordnung mit einem Piezotransformator, der einen Eingangsteil 2 und einen Ausgangs- teil 3 aufweist . Der Ein- und Ausgangsteil können gegeneinander ausgetauscht werden.
Die Transformatoranordnung umfasst ein Isolierteil 1, dessen Bodenbereich, zur mechanischen Kopplung und gleichzeitig zur galvanischen Entkopplung des Eingangsteils 2 und des Ausgangsteils 3 dient. Das Isolierteil 1 hat die Form eines Bechers, d. h. es weist eine Vertiefung auf, in der der Eingangsteil 2 angeordnet ist. Alternativ kann dort der Ausgangsteil angeordnet sein. Das Isolierteil 1 schirmt den in der Vertiefung angeordneten Transformatorteil sowie eine Kontaktstelle zwischen diesem Transformatorteil und Anschlussdrähten 15, 16 eines Anschlusskabels 17 vor Umwelteinflüssen. Der Anschlusskabel 17 verbindet den Transformator mit einer in der Figur nicht gezeigten elektrischen Schaltung.
Der Eingangsteil 2 umfasst Eingangselektroden 4, 5 und eine zwischen diesen angeordnete piezoelektrische Schicht 6. Der Ausgangsteil 3 umfasst Ausgangselektroden 7, 8 und eine zwischen diesen angeordnete piezoelektrische Schicht 9. Der jeweilige Transformatorteil kann auch, wie in Figur 2 angedeutet, eine Vielzahl von leitend miteinander verbundenen Eingangselektroden aufweisen, wobei zwischen zwei aufeinander folgenden Elektroden eine piezoelektrische Schicht 6 bzw. 9 angeordnet ist. Die Richtung der Polarisationsachse P der jeweiligen Piezoschicht ist in den Figuren mit Pfeilen gekennzeichnet. Die Polarisationsachse ist senkrecht zu Elektrodenflächen des Transformators gerichtet .
Die offene Seite der Vertiefung ist mittels eines Deckels 10 verschlossen, der auf seiner ersten Hauptfläche erste Kontaktflächen 11, 12 und auf seiner zweiten Hauptfläche zweite Kontaktflächen 13, 14 aufweist. Jede erste Kontaktfläche ist - S -
mittels einer durch den Deckel hindurch gehenden Durchkontak- tierung mit jeweils einer zweiten Kontaktfläche leitend verbunden .
Die Kontaktfläche 12 ist mittels eines Anschlussdrahtes 19 mit der Elektrode 5 des Eingangsteils 2 verbunden. An der Innenseite der Vertiefung ist eine Leiterbahn 20 angeordnet, die die Eingangselektrode 4 mit der Kontaktfläche 11 leitend verbindet. Die Ausgangselektrode 8 ist mit einer weiteren, auf der Außenseite des Isolierteils 1 angeordneten Leiterbahn leitend verbunden, die als Kontaktfläche dient und an die ein Anschlussdraht 22 angeschlossen ist. Ein weiterer Anschlussdraht 21 ist direkt an die Ausgangselektrode 7 angeschlossen. Die Anschlussdrähte 21, 22 sind an eine in der Figur nicht gezeigte elektrische Last angeschlossen.
Die zweiten Kontaktflächen 13, 14 sind mit Anschlussdrähten 15, 16 eines elektrischen Kabels 17 verbunden. Das vorzugsweise für Hochspannungsanwendungen ausgelegte Kabel 17 ist in der Halterung 18 fixiert, die teilweise in die Vertiefung hineinragt und gleichzeitig diese verschließt. Das Material der Halterung 18 hat vorzugsweise elastische Eigenschaften. Die Halterung 18 weist Vorsprünge auf, die gegen die Innenfläche der Sacklochvertiefung drücken.
Die Anschlussdrähte 15, 16 können im Prinzip durch eine Öffnung des Deckels 10 zur Innenseite des Deckels herausgeführt und an die Kontaktflächen 11, 12 angeschlossen werden.
Die Sacklochvertiefung weist vorzugsweise eine Stufe beziehungsweise einen Bereich mit einem kleineren Durchmesser und einen Bereich mit einem größeren Durchmesser auf. Der kleinere Durchmesser ist insbesondere kleiner als derjenige des De- ckels 10, wobei der größere Durchmesser dem Deckeldurchmesser im Wesentlichen gleich ist. Die zwischen den beiden Bereichen gebildete Stufe dient als eine Gegenlehnflache (Auflagefläche) für den Deckel 10.
Die jeweilige Vertiefung kann anstelle einer Stufe eine Verjüngung aufweisen, wobei ihre Seitenflächen schräg auf den Ein- oder Ausgangsteil zulaufen.
In der Figur 2 ist eine weitere Transformatoranordnung gezeigt, bei der das Isolierteil 1 zusätzlich eine zweite Vertiefung aufweist, in der der Ausgangsteil 3 angeordnet ist. Beide Vertiefungen haben einen gemeinsamen Boden, der zum Teil zwischen dem Ein- und Ausgangsteil 2, 3 angeordnet ist. Diese Transformatoranordnung zeichnet sich verglichen mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durch ein noch höheres Isolationsvermδgen aus.
Das Isolierteil 1 ist bezogen auf eine Ebene, die durch die Mitte des Isolierteils durchgeht, vorzugsweise symmetrisch ausgebildet .
Die zweite Vertiefung ist vorzugsweise ähnlich ausgebildet wie die erste Vertiefung. Zumindest ein Bereich der Vertiefung kann ebenfalls mit einem Deckel 10 verschlossen werden. Zwischen dem Deckel 10 und dem durch diesen abgeschlossenen Teil der jeweiligen Vertiefung ist ein Hohlraum gebildet, in dem der jeweilige Transformatorteil angeordnet und von äußeren Einflüssen geschützt ist. Der übrige, in der Figur 2 (noch) nicht abgeschlossene Bereich der Vertiefung nimmt einen Teil eines Anschlusskabels 17 auf. In Fig. 2 ist angedeutet, dass der Eingangsteil 2 mehrere parallel zueinander angeordnete Eingangselektroden 23, 24 und der Ausgangsteil 3 mehrere parallel zueinander angeordnete Ausgangselektroden 25, 26 aufweisen kann. Erste und zweite Elektroden des jeweiligen Transformatorteils können wie die Eingangselektroden 23 bzw. 24 an eine erste bzw. zweite Sammelelektrode 27 bzw. 28 angeschlossen sein, die an der Oberfläche dieses Transformatorteils angeordnet ist.
Erste und zweite Elektroden des jeweiligen Transformatorteils können aber auch wie die Ausgangselektroden 25 bzw. 26 mittels einer im Körperinneren des Transformators angeordneten Durchkontaktierung 29 bzw. 30 leitend miteinander verbunden sein. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass beide elektrische Anschlüsse des jeweiligen Transformatorteils zur selben Stirnfläche herausgeführt werden können, was ihre Kontaktie- rung von außen erleichtert.
Die Außenoberfläche des Isolierteils 1 kann durch Rippenstrukturen 31 vergrößert werden (Fig. 3) .
Eine konkrete Ausführung der angegebenen Transformatoranordnung ist auf die in den Figuren gezeigten Beispiele nicht beschränkt, sondern kann an Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform erläuterten technischen Merkmale sind ohne Weiteres auf andere Ausführungsformen übertragbar. Bezugszeichenliste
1 Isolierteil
2 Eingangsteil
3 Ausgangsteil
4 , 5 Elektroden des Eingangsteils
6, 9 piezoelektrische Schicht
7, 8 Elektroden des Ausgangsteils 10 Deckel
11, 12, 13, 14 Kontaktflächen
15, 16 Anschlussdrähte
17 Kabel mit Anschlussdrähten
18 Halterung
19, 21, 22 Anschlussdrähte
20 Leiterbahn
23, 24 Innenelektroden des Eingangsteils
25, 26 Innenelektroden des Ausgangsteils
27, 28 an der Oberfläche des Körpers angeordnete
Sammelelektrode
29, 30 Durchkontaktierung
P Polarisationsachse

Claims

Patentansprüche
1. Transformatoranordnung
- mit einem Piezotransformator, der einen Eingangsteil (2) und einen Ausgangsteil (3) umfasst,
- mit einem Isolierteil (1) , das mit dem Eingangsteil (2) und dem Ausgangsteil (3) fest verbunden ist,
- wobei das Isolierteil (1) mindestens ein Teilgehäuse für mindestens einen der Transformatorteile (2, 3) bildet.
2. Transformatoranordnung nach Anspruch 1,
- wobei mindestens ein Bereich des Isolierteils (1) zwischen dem Ein- und Ausgangsteil (2, 3) angeordnet ist.
3. Transformatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei das Isolierteil (1) eine erste Vertiefung aufweist, in der der Eingangsteil (2) angeordnet ist.
4. Transformatoranordnung nach Anspruch 3,
- wobei der Eingangsteil (2) in der ersten Vertiefung versenkt ist .
5. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
- wobei das Isolierteil (1) eine zweite Vertiefung aufweist, in der der Ausgangsteil (3) angeordnet ist.
6. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
- wobei ein Bereich des Bodens der ersten Vertiefung zwischen dem Eingangsteil (2) und dem Ausgangteil (3) angeordnet ist.
7. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
- wobei der zwischen dem Eingangsteil (2) und dem Ausgangteil (3) angeordnete Bodenbereich der ersten Vertiefung in einem Wellenknotenbereich des Transformators angeordnet ist.
8. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
- wobei der Eingangsteil (2) und der Ausgangsteil (3) bis auf den Bereich, der zwischen dem Ein- und Ausgangsteil angeordnet ist, vom Isolierteil (1) beabstandet ist.
9. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
- mit einem Deckel (10) , der die jeweilige Vertiefung zumindest teilweise verschließt,
- wobei der Deckel (10) elektrische Kontaktflächen (11, 12, 13, 14) aufweist, die mit Elektroden des in der Vertiefung angeordneten Transformatorteils (2, 3) leitend verbunden sind.
10. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
- wobei an der Oberfläche der jeweiligen Vertiefung eine Leiterbahn (20) angeordnet ist, die mit einer Elektrode des Transformators leitend verbunden ist.
11. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
- wobei das Isolierteil (1) Keramik enthält.
12. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
- wobei die Durchschlagspannung des Materials des Isolierteils (1) diejenige des Ein- und Ausgangsteils übersteigt.
13. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
- wobei die Dielektrizitätskonstante des Materials des Isolierteils (1) kleiner ist als diejenige des Ein- und Ausgangsteils .
14. Transformatoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, - wobei der jeweilige Transformatorteil (2, 3) von den Seitenwänden der ihm zugeordneten Vertiefung beabstandet ist.
PCT/DE2007/001687 2006-09-20 2007-09-19 Transformatoranordnung mit einem piezotransformator WO2008034427A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009528590A JP2010504629A (ja) 2006-09-20 2007-09-19 圧電変圧器を備える変圧器構造
EP07817542A EP2054952A1 (de) 2006-09-20 2007-09-19 Transformatoranordnung mit einem piezotransformator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006044186.9 2006-09-20
DE102006044186A DE102006044186A1 (de) 2006-09-20 2006-09-20 Transformatoranordnung mit einem Piezotransformator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008034427A1 true WO2008034427A1 (de) 2008-03-27

Family

ID=39015917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2007/001687 WO2008034427A1 (de) 2006-09-20 2007-09-19 Transformatoranordnung mit einem piezotransformator

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2054952A1 (de)
JP (1) JP2010504629A (de)
DE (1) DE102006044186A1 (de)
WO (1) WO2008034427A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6707235B1 (en) * 1998-03-03 2004-03-16 Noliac A/S Piezoelectric transformer
FR2854745A1 (fr) * 2003-05-07 2004-11-12 Centre Nat Rech Scient Circuit electronique a transformateur piezo-electrique integre
WO2005076470A1 (de) * 2004-02-05 2005-08-18 Epcos Ag Elektrisches bauelement und herstellungsverfahren
US20060087199A1 (en) * 2004-10-22 2006-04-27 Larson John D Iii Piezoelectric isolating transformer
WO2007112736A2 (de) * 2006-04-05 2007-10-11 Epcos Ag Elektrisches bauelement

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2520985C3 (de) * 1975-05-12 1981-07-30 Kievskij politechničeskeskij institut 50-letija Velikoj Oktjabrskoj Sozialističeskoj Revoljuzii, Kiev Piezoelektrischer Spannungs- und Stromtransformator
JP2000183417A (ja) * 1998-12-21 2000-06-30 Sony Corp 圧電トランスおよびその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6707235B1 (en) * 1998-03-03 2004-03-16 Noliac A/S Piezoelectric transformer
FR2854745A1 (fr) * 2003-05-07 2004-11-12 Centre Nat Rech Scient Circuit electronique a transformateur piezo-electrique integre
WO2005076470A1 (de) * 2004-02-05 2005-08-18 Epcos Ag Elektrisches bauelement und herstellungsverfahren
US20060087199A1 (en) * 2004-10-22 2006-04-27 Larson John D Iii Piezoelectric isolating transformer
WO2007112736A2 (de) * 2006-04-05 2007-10-11 Epcos Ag Elektrisches bauelement

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006044186A1 (de) 2008-03-27
JP2010504629A (ja) 2010-02-12
EP2054952A1 (de) 2009-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1932191B1 (de) Piezoelektrischer Transformator
DE102005015600A1 (de) Piezoelektrischer Transformator
WO2001084642A1 (de) Piezokeramischer mehrschichtbauteil für messgeräte sowie dessen herstellungsverfahren
WO2006119753A2 (de) Elektrisches durchführungsbauelement mit vielschichtstruktur und verfahren zu dessen herstellung
EP1859459A1 (de) Durchführungsfilter und elektrisches mehrschicht-bauelement
DE112018006810T5 (de) Geräte-transformator vom vakuumkondensator-typ
WO2008034427A1 (de) Transformatoranordnung mit einem piezotransformator
EP2054951B1 (de) Piezoelektrisches bauelement
WO2006060986A1 (de) Piezoelektrischer transformator und verfahren zu dessen herstellung
EP1693865B1 (de) Hochspannungskondensator
EP2054953B1 (de) Piezotransformator
EP2064755B1 (de) Piezotransformator
DE102004042307B3 (de) Hochspannungskondensator
EP2057698B1 (de) Piezoelektrischer transformator
DE102004039231A1 (de) Kondensatormodul
WO2008049416A1 (de) Piezoelektrischer transformator
DE102008054554A1 (de) Energiewandler
DE102004036703B4 (de) Piezoelektrischer Transformator
DE102004064303B3 (de) Piezoelektrischer Transformator
EP1903622A2 (de) Piezotransformator
EP1903621A2 (de) Piezotransformator
DE2906825A1 (de) Kapazitives trennstueck
EP2465123A2 (de) Elektrisches vielschichtbauelement und schaltungsanordnung
DE19960323A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Ultraschallwellen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07817542

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007817542

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2009528590

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A