[發明專利]基于應力改變輸出電壓的壓電變壓器

有效

• 申請號: 201410246625.6
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104064668B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 邵維維;李培洋;崔崤峣;呂鐵軍;顧天明;徐杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/107
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明公開了基于應力改變輸出電壓的壓電變壓器，屬于壓電器件的技術領域。

背景技術

壓電變壓器從本質上講，是將兩個壓電振子有機地結合在一起而形成的一種功率電子器件，其中一個振子作為輸入部分，另一個振子作為輸出部分，輸入部分在外加交變電場的作用下通過逆壓電效應產生振動，將電能轉化為機械能，輸出部分則感受這種振動，通過正壓電效應將機械能轉換為電能輸出。從電學的角度來看，由于在能量轉換和傳遞過程中，輸入部分和輸出部分的阻抗不同，所以壓電變壓器輸出端的電壓一般不等于輸入端的電壓，由此起到了變壓器的作用。1954年，C.A. Rosen將正逆壓電效應組合應用，創造了第一個壓電變壓器，其原理是通過改變初級輸入側和次級輸出側的極化方向，改變壓電變壓器的厚度和長度，從而來改變輸入端和輸出端的阻抗，從而達到升壓或降壓的目的。自此之后，壓電變壓器有了很大的發展，由于結構不同，壓電變壓器也有著很多不同的形式，但是它們的變壓原理都是與此類似。

現有的技術是通過輸入輸出部分極化方向不同或者疊層層數兩種方法實現改變電壓的目的?，F有技術的缺陷：通過輸入輸出部分的極化方向不同實現變壓的壓電變壓器，極化難度比較大，工藝比較復雜，而且成品PT（壓電變壓器），在極化方向改變處很容易損壞，多層結構的PT制造工藝比較復雜，層與層間的結合等工藝要求也很高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了基于應力改變輸出電壓的壓電變壓器。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

基于應力改變輸出電壓的壓電變壓器，包括壓電材料制成的壓電板，所述壓電板包含有根據應力分布劃分得到初級側電極、次級側電極，所述初級側、次級側電極由多個根據應力劃分得到的子電極組成。

進一步的，所述壓電板為單層結構。

進一步的，所述壓電板為疊層結構。

作為所述壓電變壓器的一個優化方案，在壓電變壓器工作在半波長振動模型時，選取中間高應力分布區域的壓電板作為初級側，選取兩邊低應力區域的壓電板作為次級側子電極。

作為所述壓電變壓器的一個優化方案，在壓電變壓器工作在全波長振動模型時，將應力正負變化點作為一個電極分割點，將正負應力區的高應力部分壓電板串聯作為初級側電極，其余壓電板根據應力值劃分為次級側子電極。

作為所述壓電變壓器的一個優化方案，在壓電變壓器工作在長度振動模型時，連接應力分布高區域內壓電層表面的電極作為初級側，連接應力分布低區域內壓電層表面的電極作為次級側。

作為所述壓電變壓器的一個優化方案，在壓電變壓器工作在厚度振動模型時，選取低應力區域的一個或者多個壓電層作為次級側，選取高應力區域的一個或者多個壓電層作為初級側。

作為所述壓電變壓器的一個優化方案，根據應力分布將初級側電極或者次級側電極劃分為棋盤格形式的多個子電極。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：實現了壓電變壓器的多級電壓輸出、高功率輸出，靈活劃分電極簡化了制造工藝。

附圖說明

圖1是本發明實施方式1壓電變壓器的軸側視圖。

圖2（1）至圖2（3）分別為圖1所示壓電變壓器的側視圖、應力分布圖、應變分布圖。

圖3和圖4所示壓電變壓器是圖1所示壓電變壓器的變形。

圖5是本發明實施方式2壓電變壓器的軸側視圖。

圖6（1）至圖6（3）分別為圖5所示壓電變壓器的側視圖、應力分布圖、應變分布圖。

圖7是本發明實施方式3的壓電變壓器的軸側視圖。

圖8（1）至圖8（3）分別為圖7所示壓電變壓器的側視圖、應力分布圖、應變分布圖。

圖9是本發明實施方式4的壓電變壓器的軸側視圖。

圖10（1）至圖10（3）分別為圖9所示壓電變壓器的側視圖、應力分布圖、應變分布圖。

圖11是本發明實施方式5的壓電變壓器的軸側視圖。

圖12（1）至圖12（3）分別是圖11所示壓電變壓器的側視圖、應力分布圖、應變分布圖。

圖13（1）至圖13（3）分別是本發明實施方式6的壓電變壓器的側視圖、應力分布圖、應變分布圖。

圖14是本發明實施方式7的壓電變壓器的側視圖以及對應的振動方向、應力、應變分布圖。

圖15（1）至圖15（3）分別是本發明實施方式8的壓電變壓器的側視圖、應力分布圖、應變分布圖。