DE69802482T2

DE69802482T2 - Piezoelektrischer Transformator und seine Benutzung in einer Stromversrorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE69802482T2
Application number: DE69802482T
Authority: DE
Inventors: Katsunori Kumasaka; Hiroyuki Sato
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: TW437112B; CN1175440C; EP0898314B1; CN1223446A; EP0898314A1; US5949179A; KR19990023691A; DE69802482D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Transformator und eine Stromversorgungseinrichtung mit dem piezoelektrischen Transformator.

HINTERGRUNDSTECHNIK

Wie im Stand der Technik bekannt ist, benutzt der piezoelektrische Transformator einen piezoelektrischen Vibrator. Der piezoelektrische Vibrator weist mindestens ein Paar von Treiberelektroden auf, die auf und/oder in einer piezoelektrischen Keramikplatte gebildet sind. Wenn eine Wechselspannung an das Paar von Treiberelektroden angelegt wird, vibriert die Platte aufgrund des piezoelektrischen Effektes mit einem Resonanzmodus wie ein einzelner Wellenlängenresonanzmodus. Wenn die Platte vibriert, wird eine Variation des Spannungspotentiales an irgendeiner Position der Platte erzeugt. Das variable Spannungspotential kann von einer Ausgangselektrode abgenommen werden, die an der Position gebildet ist. Ein Paar von Ausgangselektroden kann an verschiedenen Positionen auf der Platte gebildet sein. Somit wird die an die Treiberelektroden als Primärelektroden angelegte Wechselspannung transformiert und an den Ausgangselektroden als Sekundärelektroden erhalten.
Der piezoelektrische Transformator wird bei einer Stromversorgung in einer Schaltung zum Beispiel einer Belichtungsschaltung eines hinteren Lichtes für eine Flüssigkristallanzeige, eine Ladeschaltung für Toner in einer Kopiermaschine und anderes benutzt. Bei der Benutzung ist der piezoelektrische Transformator auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht und damit verbunden, die andere Schaltungskomponenten für die Stromversorgung aufweist.
Da es wichtig für den piezoelektrischen Transformator ist, daß die piezoelektrische Platte vibriert, ist es ein schwieriges Problem, den Transformator zu lagern ohne Unterdrückung der Vibration. Eine Wellenform der Vibration weist Vibrationsknoten und Antiknoten auf. Daher wird der Transformator an die Positionen entsprechend den Vibrationsknoten gelagert.
Andererseits sind Leitungen notwendig, um den Transformator mit der bedruckten Leiterplatte so zu verbinden, daß die Eingangsspannung an die Primärelektroden angelegt wird und daß die transformierte Spannung von den Sekundärelektroden abgenommen wird. Normalerweise sind Leitungsdrähte mit den Primärelektroden und den Sekundärelektroden verbunden. Die Leitungsverbindungspunkte sind jedoch nicht immer an Positionen entsprechend den Vibrationsantiknoten vorhanden. Die Leitungsdrähte sollte frei ohne Spannung so sein, daß die Vibration der piezoelektrischen Platte gestört würde. Die Leitungsdrähte sind mühselig zum Zusammenbauen, der Wartung und anderer Handhabung einer elektrischen Schaltungseinrichtung wie eine Stromversorgung, insbesondere bei einer Einrichtung kleiner Größe.
Weiterhin sind die Primär- und Sekundärelektroden auf verschiedenen Oberflächen der piezoelektrischen Platte gebildet. Daher ist das Anbringen und die Verdrahtungstätigkeit des Transformators auf der Leiterplatte kompliziert. Dieses resultiert in einem großen Raum zum Anbringen des Transformators auf der Leiterplatte und auch in hohen Kosten und einer großen Abmessung der Schaltungseinrichtung.
Weiterhin ist es gewünscht, daß die Stromversorgung irgendeine Sicherheitsvorkehrung aufweist, da der piezoelektrische Transformator eine hohe Spannung erzeugt.
Aus der WO 97/43791 A1 ist ein piezoelektrischer Transformator mit einem Transformatorelement und einer Verbindungsleitungsstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Es sei angemerkt, daß diese Druckschrift Stand der Technik nach Art. 54(3,4) EPÜ bildet.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Transformator vorzusehen, der einen einfachen Aufbau der Verbindung mit einer externen Schaltung aufweist und der klein bemessen ist. Weiter ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgung mit solch einem piezoelektrischen Transformator vorzusehen, die sicher vor der erzeugten Hochspannung ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen piezoelektrischen Transformator, wie er in dem unabhängigen Anspruch 1 angegeben ist. Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Kombination einer bedruckten Leiterplatte und eines Transformators, wie sie in Ansprüchen 3 und 4 angegeben ist.
Andere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in dem abhängigen Anspruch 1 angegeben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispieles eines bekannten piezoelektrischen Transformators;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispieles eines bekannten piezoelektrischen Transformators;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispieles eines bekannten piezoelektrischen Transformators;
Fig. 4 ist eine diagrammartige Ansicht, die eine Vibration einer piezoelektrischen Platte darstellt;
Fig. 5 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen Transformators, der keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie VI-VI in Fig. 5 genommen ist;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Stromversorgung mit einem piezoelektrischen Transformator von Fig. 5 und 6, der keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Stromversorgung, die keine Ausführungsform ist;
Fig. 9 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen Transformators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen Transformators gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist ein Beispiel eines Auges in einer FPC von Fig. 9 und 10;
Fig. 12 ist ein anderes Beispiel eines Auges in einer FPC in Fig. 9 und 10;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht einer Stromversorgung mit einem piezoelektrischen Transformator, der in Fig. 9 bis 12 gezeigt ist;
Fig. 14 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Transformators, der nicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 15 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen Transformators gemäß einer Modifikation des in Fig. 14 gezeigten Transformators;
Fig. 16 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen Transformators gemäß einer Modifikation des in Fig. 15 gezeigten Transformators;
Fig. 17 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Stromversorgung mit dem in Fig. 14-16 gezeigten piezoelektrischen Transformator;
Fig. 18 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen Transformators gemäß einer anderen Modifikation des in Fig. 14 gezeigten Transformators;
Fig. 19 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines piezoelektrischen Transformators gemäß einer Modifikation des in Fig. 18 gezeigten Transformators; und
Fig. 20 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Stromversorgung mit dem in Fig. 18 und 19 gezeigten piezoelektrischen Transformator.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen wird ein Stand der Technik unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 beschrieben, so daß das bessere Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtert wird.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 1, ein darin gezeigter bekannter piezoelektrischer Transformator weist eine rechteckige Platte 11 eines piezoelektrischen Keramikmateriales, ein Paar von Primärelektroden 12a und 12b und eine an einer Endoberfläche der Platte 11 gebildete Sekundärelektrode 13 auf.
Als die in dem piezoelektrischen Transformator benutzten piezoelektrischen Keramikmaterialien sind Keramiken vom Pb (FeNb) ZrTiO&sub3;-Typ, Pb (MnSb) ZrTiO&sub3;-Typ, Pb (MnNb) ZrTiO&sub3;-Typ, Pb(FeSb)ZrTiO&sub3;-Typ und ähnliches bekannt.
Die Primärelektroden 12a und 12b sind auf den gegenüberliegenden Oberflächen des linken Halbabschnittes (wie in der Figur gesehen wird) der Platte 11 gebildet, Der Halbabschnitt der Platte 11 ist in der Dickenrichtung polarisiert, wie durch einen Pfeil gezeigt ist.
Die piezoelektrische rechteckige Keramikplatte 11 mit den Primärelektroden 12a und 12b ist als ein piezoelektrisches Vibrationselement bekannt. Im einzelnen, wenn eine Wechselspannung über das Paar von Primärelektroden 12a und 12b angelegt wird, vibriert die Platte 11 mit einer Wellenlänge gleich der Länge L der in Fig. 4 gezeigten Platte 11, in der zwei Wellenformen A und B als Verschiebungsverteilung und Spannungsverteilung der Platte gezeigt sind. Vibrationsknoten und Antiknoten sind abwechselnd in Abständen von L/4 vorhanden. Die Primärelektroden 12a und 12b werden auch als Treiberelektroden in dem Vibrationselement bezeichnet.
Zurückkehrend zu Fig. 1, der andere Halbabschnitt der Platte II ist in der Längsrichtung polarisiert, wie durch einen anderen Pfeil gezeigt ist. Wenn die piezoelektrische Keramikplatte 11 vibriert, resultiert eine Wechselspannung an der Sekundärelektrode 13. Wenn somit eine Wechselspannung an die Primärelektroden 12a und 12b angelegt wird, wird eine Sekundärausgangsspannung von der Sekundärelektrode 13 erhalten. Eine der Primärelektroden 12a und 12b, zum Beispiel die Elektrode 12b wird gemeinsam für die Sekundärseite benutzt, das heißt der Sekundärausgang wird über die Primärelektrode 12b und die Sekundärelektrode 13 erhalten.
Zum Anlegen der Primärspannung an die Primärelektrode 12a und 12b sind Eingangsleitungsdrähte 52a und 52b mit den Primärelektroden 12a und 12b an einem Vibrationsantiknoten durch ein Lötverfahren verbunden. Andererseits ist ebenfalls ein Ausgangsleitungsdraht 53 mit der Sekundärelektrode durch ein Lötverfahren verbunden.
Es sind auch andere Strukturen zum Verbinden von Eingangsdrähten und Ausgangsdrähten mit den Primärelektroden 12a und 12b bzw. der Sekundärelektrode 13 bekannt, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 2, elastische Leiterbänder 54a und 54b und 55 werden anstelle der Drähte benutzt und sind mit den Primärelektroden 12a und 12b und der Sekundärelektrode 13 durch ein Lötverfahren oder durch ein Preßschweißverfahren verbunden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 3, ein flexibles Flachkabel 61 ist anstelle der Leitungsdrähte und der elastischen Leiterbänder benutzt. Das flexible Flachkabel 61 weist Leiterstreifen 61a und 61b auf, die auf einer flexiblen Kunststoffbahn 63 abgeschieden oder gebildet sind. Jeder Abschnitt der Leiterstreifen 61a und 61b ist aus der flexiblen Kunststoffbahn 63 herausgeführt und mit dem Primärelektroden 12a und 12b und der Sekundärelektrode 13 durch ein Lötverfahren oder ein Preßschweißen verbunden.
Der piezoelektrische Transformator ist klein in der Abmessung, insbesondere in der Dicke gebildet. Daher ist er nützlich in einer elektronischen Schaltungseinrichtung, die in einer kleinen Abmessung integriert ist. Die bekannten Strukturen sind jedoch komplex in der Verbindung der Elektroden mit Leitungen und weisen die Nachteile auf, die in der Einleitung beschrieben wurde.
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die in Fig. 9 bis 13 gezeigten Ausführungsformen.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 5 und 6, dort ist ein piezoelektrischer Transformator gezeigt, der keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, der ein Transformatorelement 10 und eine Verbindungsleitungsstruktur 18 aufweist. Das Transformatorelement 10 weist einen Aufbau ähnlich zu dem in Fig. 1 auf, aber er weist mehrere Unterschiede auf. Die ähnlichen Abschnitte sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 dargestellt. In Bezug auf die Unterschiede, eine Mehrzahl von Paaren von Primärelektroden 12a und 12b ist in dem Halbabschnitt der piezoelektrischen Keramikplatte 11 gebildet, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Ein Paar von Eingangsanschlußelektroden 12c und 12d ist auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Halbabschnittes der Platte 11 gebildet. Eine 12c der Eingangsanschlußelektroden ist mit der einen Elektrode 12a gepaarter Primärelektroden verbunden, während die andere 12d der Eingangsanschlußelektroden mit der anderen 12b der gepaarten Primärelektroden verbunden ist. Weiter ist eine zusätzliche Sekundärelektrode 13b auf der Oberfläche an dem Mittelabschnitt der Platte 11 zusätzlich zu der Sekundärelektrode 13a gebildet, die auf der Endoberfläche der Platte 11 gebildet ist. Dieses bedeutet, daß die Ausgangsspannung über die Sekundärelektroden 13a und 13b erhalten werden kann, ohne daß eine der Primärelektroden gemeinsam für die Sekundärseite benutzt wird. Die Sekundärelektrode 13a und 13b erstreckt sich auf den Seitenoberflächen der Platte zum Bilden kleiner Seitenelektroden als Ausgangsanschlußelektroden 13c und 13d.
Das Transformatorelement 10 ist mit dem Verbindungsleitungsaufbau 18 versehen, der eine Mehrzahl von Leiterstreifen 16a-16d aufweist, die durch eine flexible Kunststoffplatte 17 aus zum Beispiel Polyimidharz oder Polyesterharz isoliert und bedeckt sind. Die Leiterstreifen 16a-16d weisen Verbindungsanschlußflächen 15a-15b auf, die aus der Kunststoffplatte offenliegen zur elektrischen mechanischen Verbindung mit den Eingangsanschlußelektroden 12c und 12d bzw. 13c und 13d durch ein Lötverfahren, wenn der Transformator auf dem Verbindungsleitungsaufbau 18 angebracht wird. Der Verbindungsleitungsaufbau 18 kann auf eine Weise ähnlich zu einer sogenannten flexiblen bedruckten Leiterplatte (FPC) oder eines sogenannten flexiblen Flachkabels (FFC) gebildet werden.
Der Verbindungsleitungsaufbau 18 ist ebenfalls mit Anschlußflächen (in schwarzen Kreisen an dem rechten und dem linken Ende des Aufbaus 18 in der Figur gezeigt) von Leiterstreifen 16a-16d versehen, die leicht mit einer externen Schaltung verbunden werden können.
Bei der Benutzung des Transformators mit dem Verbindungsleitungsaufbau wird der Vorgang des Anbringens auf einer Leiterplatte und Verbinden damit oder mit anderen Schaltungselementen leicht ausgeführt ohne mühselige Behandlung der Leiterdrähte.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 7, eine elektrische Stromversorgungseinrichtung, die darin gezeigt ist, benutzt den in Fig. 5 und 6 gezeigten piezoelektrischen Transformator. Der piezoelektrische Transformator mit dem Verbindungsleitungsaufbau 18 oder der FPC 17 ist auf einer bedruckten Leiterplatte 20 angebracht und durch ein Blatt 30 zusammen eingewickelt. Im einzelnen, die bedruckte Leiterplatte 20 weist einen Schlitz 21 auf, der sich von einer Kante im Inneren zu einem dadurch getrennten Plattenbereich erstreckt, auf dem der piezoelektrische Transformator angebracht ist, und zu einem anderen Plattenbereich, auf dem andere Schaltungskomponenten 22 angebracht sind.
Das Einwickelblatt 30 wickelt das Transformatorelement 10, die FPC 17 und den Transformatoranbringungsbereich der bedruckten Leiterplatte 20 zusammen ein und ist durch Klebebänder in dem einwickelnden Zustand befestigt. Es ist möglich, das wärmeschrumpfende Rohr als das Einwickelblatt 30 zu benutzen.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 8, zwei Einwickelbänder 31 und 31 werden anstelle des Einwickelblattes 30 in Fig. 7 zum Bedecken und Ergreifen des piezoelektrischen Transformatorelementes 10, der FPC 17 und des Transformatoranbringungsbereiches der bedruckten Leiterplatte 20 an Positionen in der Nähe der Vibrationsknoten der piezoelektrischen Platte 11 benutzt. Die bedruckte Leiterplatte 20 ist bevorzugt mit weggeschnittenen Abschnitten 23 (vier weggeschnittene Abschnitte sind in der Figur gezeigt) versehen, die in Kanten des Schlitzes 21 und gegenüber oder parallel zu den Ende der bedruckten Leiterplatte 20 zum Aufnehmen der Einwickelbänder 31 gebildet sind, wie in der Figur gezeigt ist. Somit wird der piezoelektrische Transformator richtig auf dem Transformatoranbringungsbereich positioniert, und die Einwickelbänder 31 sind ebenfalls an beiden Positionen entsprechend den Vibrationsknoten der Platte 11 positioniert.

Beispiel 1 (keine Ausführungsform)

Bei einem Beispiel wurde das Transformatorelement 10 gebildet durch Bilden von zehn rechteckigen Rohplatten aus piezoelektrischer PCT-Keramik, Drucken von Primärelektrodenmustern aus Ad/Pd auf die Rohplatten, Stapeln und Sintern der Rohplatten zum Bilden einer harten rechteckigen Keramikplatte 11 mit einer Größe von 40 mm · 6 mm · 1,5 mm mit den Primärelektroden 12a und 12b. Danach werden die Eingangsanschlußelektroden 12c und 12d, die Sekundärelektrode 13a und 13b mit den Ausgangsanschlußelektroden 13c und 13d auf der Platte 11 durch Brennen einer Ag-Paste gebildet. Somit wurden mehrere Proben des piezoelektrischen Transformatorelementes dargestellt. Dann wurden die Probentransformatorelemente mit dem Verbindungsleitungsaufbau 18 verbunden und auf bedruckten Leiterplatten zum Bilden von Stromversorgungseinrichtungen angebracht, wie in Fig. 7 bzw. 8 gezeigt ist. Zum Vergleich, ein Probentransformatorelement wurde ebenfalls auf einer bedruckten Leiterplatte angebracht und damit durch Leiterdrähte verbunden, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Somit wurde ebenfalls eine Vergleichsstromversorgung dargestellt.
Die Stromversorgungen von Fig. 7, Fig. 8 und die Vergleichsversorgung wurden individuell durch Antreiben einer kalten Kathodenstrahlröhre mit einer Länge 200 mm und einem Durchmesser von 2 mm getestet. In dem Test wurden die Ausgangsspannung und -strom und die Temperatur gemessen. Die gemessenen Daten sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Aus Tabelle 1 ist zu bemerken, daß die Stromversorgungen gemäß den Beispielen von Fig. 7 und 8 Eigenschaften ähnlich zu der Stromversorgung mit einem bekannten Transformator des Leitungsdrahttypes aufweisen.
Weiter wurde bestätigt aus einem Alterungstest, daß die Stromversorgungen von Fig. 7 und 8 in ihrer Leistung nicht schlechter wurden nach einer Benutzung von 1000 Stunden oder mehr.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 9, dort ist ein anderer piezoelektrischer Transformator mit dem Verbindungsleitungsaufbau 18 gezeigt. Das Transformatorelement 10 unterscheidet sich von dem Element 10 in Fig. 5 und 6 dadurch, daß die Sekundärelektroden 13a nur auf einer Endoberfläche der rechteckigen Platte 11 gebildet sind. Der Verbindungsleitungsaufbau 18 unterscheidet sich ebenfalls von dem in Fig. 5 und 6. Die flexible Kunststoffplatte oder FPC 17 weist eine Mehrzahl von großen Löchern 17' auf, so daß es in die Form wie eine Leiter gebildet ist und drei Augen 17a, 17b und 17c aufweist, die an Positionen aufrechtstehen, die den Eingangsanschlußelektroden 12c und 12d und der Sekundärelektrode 13a entsprechen. Streifenartige Leiter 16a, 16b und 16c erstrecken sich von den Augen 17a, 17b und 17c durch das Blatt 17 zu Anschlüssen, die mit einer externen Schaltung zu verbinden sind. Diese Leiter 16a, 16b und 16c sind teilweise aus dem Blatt an den Augen 17a, 17b und 17c offenliegend, so daß sie in Kontakt mit den Eingangsanschlußelektroden 12c und 12d und der Sekundärelektrode 13a zu bringen sind, wenn das piezoelektrische Transformatorelement 10 auf die FPC 17 gesetzt wird. Die Leiter in den Augen 17a-17c sind befestigt und elektrisch durch Löten mit den Elektroden 12c, 12d bzw. 13a verbunden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 10, dort ist eine Modifikation des piezoelektrischen Transformators gezeigt, bei dem das piezoelektrische Transformatorelement 10 eine zusätzliche Sekundärelektrode 13b und Ausgangsanschlußelektroden 13d und 13e aufweist, wie jene in Fig. 5 und 6. Als Resultat weist die FPC 17 zusätzliche Augen 17d und 17e auf, die in Kontakt mit den Ausgangsanschlußelektroden 13d bzw. 13e stehen.
Jedes der Augen 17a-17e in Fig. 9 und 10 kann eine Form aufweisen, die zum Sicherstellen eines elastischen Tragens des Transformatorelementes 10 ohne schlechte Beeinflussung der Vibration des piezoelektrischen Transformatorelementes 10 ausgelegt ist. In Fig. 11 ist das Auge gezeigt, so daß es eine Form wie ein gewickeltes Auge 17f von einer Drehung aufweist. Dagegen kann das Auge eine Zickzackform aufweisen, wie bei 17g in Fig. 12 gezeigt ist.
Jedes der Transformatorelemente 10 von Fig. 9 und 10 ist zusammen mit der entsprechenden FPC 17 auf der bedruckten Leiterplatte 20 angebracht und durch das Einwickelblatt 30 befestigt zum Bilden einer Stromversorgung wie die in Fig. 7 oder 8. Wenn die Stromversorgung von Fig. 7 oder Fig. 8 den piezoelektrischen Transformator von Fig. 9 oder Fig. 10 enthält, stellt solch eine Stromversorgung eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Beispiel 2 (eine Ausführungsform)

Auf eine Weise ähnlich zu Beispiel 1 wurden Proben von Transformatorelementen 10 in Fig. 9 und 10 dargestellt. Die Probentransformatorelemente wurden zusammen mit der entsprechenden FPC 17 in Fig. 9 und 10 auf entsprechenden bedruckten Leiterplatten 20 zum Bilden der Stromversorgungen angebracht. Dann wurde der Test ähnlich zu Beispiel 1 für die Stromversorgungen ausgeführt. Die gemessenen Daten sind in Tabelle 2 zusammen mit denen der Stromversorgung mit den herkömmlichen Leitungsdrähten gezeigt. Tabelle 2
Es ist von Tabelle 2 anzumerken, daß die Stromversorgungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Eigenschaften ähnlich zu der Stromversorgung mit einem bekannten Transformator des Leitungsdrahttypes aufweisen.
Weiter wurde auch bestätigt aus einem Alterungstest, daß die Stromversorgungen von Fig. 9 und 10 in ihren Leistungen nach einer Benutzung von 1000 Stunden oder mehr nicht schlechter wurden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 14, der darin gezeigte Transformator, der nicht eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, ist ähnlich zu dem in Fig. 9, aber er unterscheidet sich darin, daß der Verbindungsleitungsaufbau 18 mit einer harten Isolatorplatte 19 als Träger der FPC 17 und bandartigen Leitungen 16' zum Verbinden der FPC 17 mit der bedruckten Leiterplatte (nicht gezeigt) versehen ist. Die harte Isolatorplatte kann zum Beispiel aus Glasepoxiharz hergestellt werden, das normalerweise für Substrate von bedruckten Leiterplatten benutzt wird.
Die harte Isolatorplatte 19 ist rechteckig und mit einem großen zentralen Loch gebildet. Die harte Isolatorplatte 19 ist mit einer Mehrzahl von (4) weggeschnittenen Abschnitten 19a-19d in den gegenüberliegenden Seitenkanten gebildet.
Die FPC 17 ist ebenfalls rechteckig und weist ein zentrales großes Loch auf. Die FPC 17 weist drei offenliegende Leiterabschnitte oder Anschlüsse 15a-15c entsprechend den Elektroden 12c, 12d und 13a und streifenartige Leiter 16a-16d, die sich durch die FPC von den Anschlüssen 15a-15c zu den gegenüberliegenden Enden der FPC 17 erstrecken, auf, wie in der Figur gezeigt ist. Die FPC 17 weist bandartige Leitungen 16' auf, die mit den streifenartigen Leitern verbunden sind und von den gegenüberliegenden Enden nach außen vorstehen.
Die FPC ist mit der harten Isolatorplatte 19 durch einen Klebstoff wie Silikonharz verbunden.
Das piezoelektrische Transformatorelement 10 wird auf den Verbindungsleitungsaufbau 18 gesetzt, und die Elektroden 12c, 12d und 13a werden mit den entsprechenden Anschlüssen 15a-15c verbunden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 15, dort ist eine Modifikation von dem in Fig. 14 gezeigt. Das Transformatorelement 10 ist mit einer zusätzlichen Sekundärelektrode 13b verbunden, und Ausgangselektroden 13d und 13e sind damit verbunden. Daher ist der Verbindungsleitungsaufbau 18 weiter mit Anschlüssen 15d und 15e entsprechend den Ausgangselektroden 13d und 13e und streifenartigen Leitern 16c und 16d, die sich von den Anschlüssen 15d und 15e zu den bandartigen Leitungen 16' an dem gegenüberliegenden Ende der FPC 17 erstrecken, versehen.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 16, dort ist eine Modifikation von dem in Fig. 15. Bei dieser Modifikation werden Stifte anstelle der Bänder als die Leitungen 16' zum Verbinden der FPC 17 mit der bedruckten Leiterplatte benutzt.
Jedes der piezoelektrischen Transformatorelemente 10 in Fig. 14, 15 und 16 ist an dem entsprechenden der Verbindungsleitungsaufbauten 18 in Fig. 14, 15 und 16 durch zwei Einwickelgurte 31 befestigt, die durch die weggeschnittenen Abschnitte 19a-19d gewickelt sind und dann auf der bedruckten Leiterplatte 20 zum Bilden der Stromversorgung angebracht sind, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Die Bänder oder Stifte 16' werden mit der bedruckten Leiterplatte 20 verlötet.

Beispiel 3 (keine Ausführungsform)

Auf eine Weise ähnlich, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurde, wurden Proben von in Fig. 14-16 gezeigten piezoelektrischen Transformatorelementen 10 dargestellt und zu Stromversorgungen des in Fig. 17 gezeigten Types gebildet.
Die Stromversorgungen wurden auf die ähnliche Weise wie Beispiel 1 getestet. Die Testdaten sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Es ist aus Tabelle 3 anzumerken, daß die Stromversorgungen gemäß den Beispielen von Fig. 14 bis 16 Eigenschaften ähnlich zu der Stromversorgung mit einem bekannten Transformator des Leitungsdrahttypes aufweist, wie in Tabellen 1 und 2 gezeigt ist.
Weiter wurde von einem Alterstest bestätigt, daß die Stromversorgungen, die die piezoelektrischen Transformatoren von Fig. 14, 15 und 16 benutzen, in ihrer Leistung nach der Benutzung von 1000 Stunden oder mehr nicht schlechter wurden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 18, dort ist ein anderer piezoelektrischer Transformator mit einem anderen Verbindungsleitungsaufbau 18 im Vergleich mit Fig. 14 gezeigt.
Der Verbindungsleitungsaufbau 18 ist in ein Abdeckgehäuse gebildet, das aus dem flexiblen Isolatorblatt 17 gebildet ist, und weist streifenartige Leiter 16, Leiterstücke 16' und flache Federteile als Anschlüsse 15a-15c auf. Die Federteile oder Anschlüsse 15a-15c sind aus einer elastischen Metallplatte wie Phosphorbronze hergestellt. Das flexible Isolatorblatt 17 mit den streifenartigen Leitern 16 kann eine FPC sein und kann in das Abdeckgehäuse zusammen mit den Federanschlüssen 15a-15c und den Leiterstücken 16' durch das Gießverfahren gebildet werden. Somit wird der Verbindungsleitungsaufbau 18 oft als ein Abdeckgehäuse in diesem Beispiel, das keine Ausführungsform ist, genannt.
Das piezoelektrische Transformatorelement 10 ist in das Abdeckgehäuse 18 eingeführt und an seinen Vibrationsknoten mit dem Abdeckgehäuse 18 durch Klebstoff wie Silikonharz verbunden. Die Elektroden 12c, 12d und 13a sind mit den Federanschlüssen 15a- 15c verlötet.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 19, dort ist eine Modifikation von Fig. 18 gezeigt, in der das piezoelektrische Transformatorelement 10 zusätzliche Ausgangselektroden 13d und 13e aufweist und das Abdeckgehäuse 18 mit zusätzlichen Federteilen 15e und 15d entsprechend dazu versehen ist. Das Abdeckgehäuse 18 ist weiter mit zusätzlichen streifenartigen Leitern 16 versehen, die die zusätzlichen Federanschlüsse 15d und 15e mit zusätzlichen Leitungsstücken 16' verbinden.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 20, jeder der piezoelektrischen Transformatoren 10, die in den entsprechenden Abdeckgehäusen 18 in Fig. 18 und 19 enthalten sind, werden auf die bedruckte Leiterplatte 20 gesetzt, und die Federanschlüsse 15a-15e und die Leitungsstücke 16' werden mit entsprechenden Leitermustern 27 und 25 auf der bedruckten Leiterplatte 20 zum Bilden der Stromversorgung verlötet. Das Abdeckgehäuse 18 wird mit der bedruckten Leiterplatte 20 durch Klebstoff verbunden. Somit kann der piezoelektrische Transformator ohne Benutzung des Einwickelblattes angebracht werden, aber er ist mit dem Abdeckgehäuse 18 bedeckt.

Beispiel 4 (keine Ausführungsform)

Auf die Weise ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben wurde, wurden Proben von piezoelektrischen Transformatorelementen 10, die in Fig. 18-19 gezeigt sind, dargestellt und zu den Stromversorgungen des in Fig. 20 gezeigten Types gemacht.
Die Stromversorgungen wurden auf die Weise ähnlich zu Beispiel 1 getestet. Die Testdaten sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4
Es ist aus Tabelle 4 anzumerken, daß die Stromversorgungen gemäß den Beispielen von Fig. 18, 19 Eigenschaften ähnlich zu der Stromversorgung mit einem bekannten Transformator des Leitungsdrahttypes aufweisen, die in Tabellen 1 und 2 gezeigt sind.
Weiter wurde von einem Alterstest bestätigt, daß die Stromversorgungen, die die piezoelektrischen Transformatoren von Fig. 18 und 19 benutzen, in ihren Leistungen nach einer Benutzung von 1000 Stunden oder mehr nicht schlechter wurden.

Claims

1. Piezoelektrischer Transformator mit einem Transformatorelement (10) und einem Verbindungsleitungsaufbau (18), der mit dem Transformatorelement (10) gekoppelt ist, zum Verbinden des Transformatorelementes (10) mit einer externen Schaltung, wobei das Transformatorelement (10) aufweist:

eine aus einer piezoelektrischen Keramik hergestellte rechteckige Platte (11) mit einer ersten Oberfläche und Seitenoberflächen;

mindestens ein Paar von für die rechteckige Platte (11) vorgesehene Primärelektroden (12a, 12b) zum Empfangen einer Treiberspannung als eine Primärspannung zum Treiben einer Vibration der rechteckigen Platte (11) durch den piezoelektrischen Effekt;

Eingangsanschlußelektroden (12c, 12d), die auf der rechteckigen Platte (11) gebildet sind, die teilweise auf der ersten Oberfläche offenliegen und die mit dem Paar von Primärelektroden (12a, 12b) entsprechend verbunden sind; und

mindestens eine Sekundärelektrode (13a, 13b), die an einem Bereich der rechteckigen Platte (11) gebildet ist, an dem ein Spannungspotential durch die Vibration der rechteckigen Platte aufgrund des piezoelektrischen Effektes erzeugt wird, wobei die Sekundärelektrode (13a, 13b) einen Ausgangsanschlußelektrodenabschnitt (13c, 13d) aufweist, der sich zum Offenliegen auf der ersten Oberfläche der rechteckigen Platte (11) erstreckt;

und wobei der Verbindungsleitungsaufbau (18) aufweist:

eine flexible flache Platte (17) aus Isolatormaterial; und

eine Mehrzahl von in der flachen Platte (17) gebildeten Leiterstreifen (16a-16d) mit Verbindungsabschnitten (15a-15d), die teilweise aus der flachen Platte (17) offenliegen, wobei die Eingangs- und Ausgangselektroden (12c, 12d; 13c, 13d) mechanisch und elektrisch mit entsprechenden der Verbindungsabschnitten (15a-15d) in dem Zustand verbunden sind, daß das Transformatorelement (10) auf der flachen Platte (17) steht, wobei die erste Oberfläche der rechteckigen Platte (11) über der flächen Platte (17) liegt;

wobei die flache Platte (17) allgemein in der Form einer Leiter ist;

dadurch gekennzeichnet,

daß die flache Platte (17) eine Mehrzahl von Augen (17a-17e) aufweist, die im wesentlichen aufrecht von der Leiterform an Positionen entsprechend den Eingangselektroden (12c, 12d) und der Sekundär- und/oder Ausgangselektroden (13a-13d) hochstehen, wobei sich die Leiterstreifen (16a-16d) durch die Augen (17a-17e) und teilweise aus ihnen erstrecken.

2. Transformator nach Anspruch 1, bei dem jedes der Augen (17f) ein oberes Ende aufweist, das um eine Drehung gewickelt ist oder in Zickzackform (17g) gebildet ist.

3. Kombination einer bedruckten Leiterplatte (20) und des Transformators, wie er in einem der Ansprüche 1 und 2 beansprucht ist, der auf der bedruckten Leiterplatte (20) angebracht ist und Schaltungskomponenten aufweist, die eine Stromversorgung bilden, zusammen mit dem piezoelektrischen Transformator, worin die bedruckte Leiterplatte (20) einen definierten Plattenbereich aufweist, auf dem der piezoelektrische Transformator angebracht ist, und worin ein Einwickelblatt (30) das Transformatorelement (10), den Verbindungsleitungsaufbau (18) und den definierten Plattenbereich der bedruckten Leiterplatte (20) einwickelt zum Bilden einer Stromversorgung.

4. Kombination einer bedruckten Leiterplatte (20) und des Transformators, wie er in einem der Ansprüche 1 und 2 beansprucht ist, der auf der bedruckten Leiterplatte (20) angebracht ist und Leitungskomponenten aufweist, die eine Stromversorgung bilden, zusammen mit dem piezoelektrischen Transformator, worin die bedruckte Leiterplatte (20) einen definierten Plattenbereich aufweist, auf dem der piezoelektrische Transformator angebracht ist, und worin das Transformatorelement (10) und der Verbindungsleitungsaufbau (18), die zusammen verbunden sind, auf den definierten Plattenbereich der bedruckten Leiterplatte (20) angebracht ist zum Bilden einer Stromversorgung.

5. Kombination nach Anspruch 3, worin die bedruckte Leiterplatte (20) einen Schlitz (21) aufweist, der den definierten Plattenbereich von dem verbleibenden Plattenbereich trennt, wobei sich das Einwickelblatt (30) durch den Schlitz (21) erstreckt und das Transformatorelement (10), den Verbindungsleitungsaufbau (18) und den definierten Plattenbereich zusammen einwickelt.