具有壓電變壓器的變壓器裝置的製作方法

2023-09-16 18:11:30 1

專利名稱：具有壓電變壓器的變壓器裝置的製作方法
具有壓電變壓器的變壓器裝置技術領域壓電變壓器適於將高電壓轉換成低電壓或進行相反的轉換。
技術背景壓電變壓器例如由文獻US2，830，274已知。 發明內容一個需要實現的目的是，提供一種具有壓電變壓器的裝置，該裝置 特別可靠並且具有高的使用壽命。提供這樣一種變壓器裝置，該裝置包括具有基體的壓電變壓器和散 熱體，所述基體設置在所述散熱體上。所述基體通過至少一個導熱的聯 結元件/耦合元件而與所述散熱體熱耦合/連接。所述導熱的聯結元件確保了基體和導熱體之間良好的熱接觸，並由 此還確保了良好的熱交換。由此在基體中產生的熱量可以從基體中導出。 這特別是對於為超過5 0瓦的高功率設計的壓電變壓器是有利的。下面說明所述變壓器裝置的有利的實施形式。所述基體包括 一所述變壓器的一輸入部、 一輸出部以及一絕緣區 域，藉助所述絕緣區域，所述輸入部和輸出部機械地相互連接並相互分隔。優選在基體表面上設置外部電極，在一個變型方案中，所述外部電 極與隱藏在基體中的內部電極導電連接。所述內部電極交替地連接在相 應變壓器部件的第一外部電極和第二外部電極上。可以通過在輸入部的 內部電極上施加交流電壓激勵產生聲波。但所述聲波也可以在輸入部的 彼此相對的外部電極之間激勵產生。在輸入部中通過輸入信號電激勵產生的波傳遞到壓電變壓器的輸出部上，並在這裡轉換成電輸出信號。所述基體優選具有長方體的形狀。但所述基體也可以具有其它形狀， 例如圓柱形或盤形。所述散熱體可以形成變壓器裝置的殼體的至少一部分，壓電變壓器 的基體設置在所述殼體中。所述殼體可以沿一個方向或沿兩個相互垂直 的方向而具有U形4侖廓。但所述殼體也可以具有盆形的形狀。在殼體中， 特別是在其側壁上可以設置任意多個通風口 。散熱體也可以形成一保持 裝置的至少一部分，基體設置在所述保持裝置上。所述保持裝置例如可 以包括一基底板。在散熱體中設置有用於接納所述裝置的固定裝置，或 是開口或者說凹陷部。所述固定裝置可以例如以用於固定基體的方式來 設置。在一個變型方案中，所述變壓器裝置可以藉助於所述固定裝置固 定在一外部支架上。所述散熱體可以包括由良好導熱的材料製成的冷卻板。所述散熱體 除了底板以外還具有側壁，所述側壁優選與所述底板形成一個整體或固 定在所述底糹反上。下面僅說明導熱的聯結元件，其中說明的內容也適用於相同變壓器 裝置的其它的這樣的元件。在一個變型方案中，所述導熱的聯結元件設置在散熱體的底部上並 構成基體的支承部。也可以設置多個導熱的聯結元件，所述聯結元件對 於所述基體分別形成一個支承部。所述基體安裝在所述一個或多個聯結 元件上，並優選與散熱體或殼體的側壁隔開設置。所述基體可選地可以 藉助至少兩個聯結元件固定在散熱體的側壁之間，此時，所述基體優選 與散熱體或殼體的底部隔開設置。所述導熱的聯結元件還機械地連接所述基體和所述散熱體，乂人而， 基體的移動可以通過所述聯結元件傳遞到散熱體，在大面積連接的情況 下，基體的聲學振動通過聯結元件傳遞到散熱體上，這會導致效率的損 失和降低。因此，所述至少一個導熱的聯結元件和基體之間的接觸面面積優選小於基體接觸所述聯結元件的側部的面積。所述導熱的聯結元件以較小的接觸面而如散熱片(Warmesenke) —樣起作用。導熱的聯結元件和基體之間的接觸面的大小可優選選擇成，即確保基體和散熱體之間 有效的熱交換。所述導熱的聯結元件可以用作形成基體和散熱體之間的氣隙用的間 隔元件。在一個優選的變型方案中，設置至少兩個彼此隔開的導熱的聯 結元件作為基體和散熱體之間的間隔保持件。特別是基體出現波腹(Wellenbauch)的區域與散熱體保持一定間距。在波傳播方向上測量的 所述氣隙的長度是例如至少為在該方向上測量的基體的長度的50%，在 一個變型方案中在60%和90°/。之間。為了保持基體的振動較少傳遞到散熱體上，聯結元件優選設置在基 體表面上的、基體由於聲波而偏移最大的區域以外的區域。因此這樣優 選地來選擇所述導熱的聯結元件的長度，即保持聯結元件遠離基體的出 現聲波的波腹區域。所述一個或多個導熱的聯結元件優選分別基本上限制在波節點區 域。這是優選基體表面的一長形的區域，在該區域中，在基體中激勵產 生的聲波的波節點出現在該區域中，或者說在該區域中聲振動的幅值不 超過一確定的水平，例如最大振動幅值的20%,其中最大振動幅值通常出 現在基體開放/開口的端部。例如，將基體這樣的區域稱為波節點區域， 該區域沿波傳播方向的長度最大為聲波長入的20%。在波節點區域以外， 基體優選不與散熱體接觸，或者說與散熱體隔開。沿在基體中激勵產生的聲波的波傳播方向測量的導熱的聯結元件的 長度優選小於基體沿該方向測量的長度。聯結元件的長度例如最大是基 體沿這個方向測量的長度的20°/。，優選最大為30°/。，在一個變型方案中最 大為10°/。導熱的聯結元件例如可以平4亍于波前(Wellenfront)延伸，即，沿 橫向于波傳播方向的分布的方向延伸。這裡聯結元件優選長形。散熱體的總表面優選大於基體的總表面。在一個變型方案中，散熱 體具有肋部。其優點在於，即由此可以實現散熱體的總表面特別大。為了保持基體的振動儘量少地傳遞給散熱體，有利地選擇由這樣一 種材料製成的導熱的聯結元件，在所述聯結元件中，特別是，可以在壓電變壓器的諧振頻率下衰減機械振動。例如可以是，所述聯結元件是可 振動元件。因此由彈性的可變形的或者說類似於橡膠的材料製成的聯結 元件是特別合適的。所述導熱的聯結元件例如可以是導熱的膏體或者導熱的凝:月交。在另一個變型方案中，所述導熱的聯結元件是電絕緣的。在另一個 變型方案中，所述導熱的聯結元件是導電的。所述導電的導熱聯結元件可以與布置在基體上的接觸層和布置在散 熱體上的接觸層相接觸，而所述接觸層導電地相互連接。設置在基體上 的接觸層可以是壓電變壓器的外部電極。布置在散熱體上的接觸層優選 連接在散熱體的可從外部接近的接線端上。優選在基體彼此相對的側上分別設有至少 一個導熱的聯結元件。在一個實施形式中，在基體下側和上側上分別設有一個導熱的聯結 元件，所述導熱的聯結元件使基體導熱地連接在散熱體上。這裡波傳播 方向優選橫向(縱向振子(L紐gsschwinger))。在另一個實施形式中， 在基體的相對側或側面上分別設有一個導熱的聯結元件。這裡波傳播方 向優選垂直方向(厚度!展子(Dickenschwinger ))。散熱體上，與此不同，上部的導熱聯結元件優選藉助於另一個元件(優 選後述的彈簧元件)以良好的導熱性與散熱體相連。上部導熱聯結元件 可以具有所述的結合下部的導熱聯結元件說明的特性。在一個變型方案 中，上部的導熱聯結元件與下部的導熱聯結元件一樣也導電。所述彈簧元件從上方在一個或多個支承部上推壓基體，所述支承部優選由所述導熱的聯結元件形成。由此所述基體可以可靠地固定在散熱體上或殼體內。彈簧片或可彈性變形的止動件適於用作彈簧元件。所述彈簧元件將上部的導熱聯結元件壓靠在基體上，並使所述基體與散熱體(導)熱連接。所述彈簧元件可以使上部的導熱聯結元件與設 置在散熱體上的接觸面導電連接。所述彈簧元件例如可以藉助其彈簧架(FederbUgel )預緊在散熱體上。所述彈簧架例如可以穿過設置在散熱體中的開口中並藉助於散熱體中的彎折部固定。所述開口之間的距離優選小於尚未預緊的彈簧架之間 的跨度。彈簧架向下的端部可以彎折，此時其彎折區域從下方壓靠在散 熱體上。在散熱體中或在散熱體上可以設有卡接裝置用於卡入彈簧元件或彈 簧元件的彈簧架。在散熱體的一壁部和基體的一平行于波前布置的側面之間可以布置一中間元件，所述中間元件的作用是(l)用作散熱體中基體保持件；(2) 防止基體的振動傳遞到散熱體上。所述中間元件適於衰減在基體中激勵 產生的機械振動。在波傳播方向上優選設置有兩個這樣的中間元件，其 中，中間元件分別設置在散熱體的一壁部和基體的朝向散熱體的側面之 間。所述兩個中間元件例如沿一軸線，優選是基體平行于波傳播方向的 中軸設置。由於所述中間元件使基體與散熱體機械地連接，所述中間元 件優選選自這樣一種材料，可以在所述材料中衰減基體的機械振動。中 間元件和基體之間的接觸優選大體點接觸。無論如何，中間元件和基體 之間的接觸面在面積上d 、於基體包括所述接觸面的側部。在一個變型方案中，所述聲波沿一縱向傳播，即平行基體的主面傳 播。當基體為(圓)盤形時，所述傳播方向可以朝向徑向。在該變型方 案中，波腹出現在基體的端側上，並且對於壓電變壓器的第二/二階諧波， 出現在基體平行於所述端側延伸的、較狹長的中間區域中。所述波節點 出現在這樣一個狹長的基體區域內，該基體區域布置在兩個波腹區域之 間的中部。在一個變型中，在基體中可實現厚度振子，其中波傳播方向豎直或 垂直於基體的下側定向。在該變型方案中，波腹出現在基體的主面上， 對於第二諧波，也出現在其平行於所述主面的延伸的、較狹長的中間區域中。波節點出現在這樣的基體區域中，該區域布置在兩個波腹區域之 間的中部。此時，波節點和波腹區域平行於一橫(側)向平面延伸。實現厚度振子的基體例如可以設計成盤件。在這種情況下，如上所 述，優選地，在散熱體的底板和基體的下側之間設置有衰減振動的中間 元件。所述中間元件優選沿基體平行于波傳播方向的中軸設置在基體的下側和散熱體的底部之間。碗形的散熱體適合於厚度振子，在一個變型方案中，這種散熱體的 殼面形成外部管，或者說形成對於盤形的基體的外部筒(形件)(Zylinder)。盤形的基體例如在散熱體的外部管中，藉助於優選為彈性 可變形的聯結元件張緊、或藉助於所述聯結元件固定連接於所述外部管。優選沿至少一個方向或者沿徑向在基體相對的側部上分別設有至少 一個導熱的聯結元件，所述聯結元件使基體導熱地連接在散熱體的側壁 上。所述基體主要通過至少兩個聯結元件保持在散熱體的側壁之間。基體在橫截面內是環形的，即，具有一內殼面和一外殼面或者說側面。在這種情況下，所述散熱體設計成具有外部管、內部管、以及必要 時具有連接所述外部管和內部管的底部，即設計成具有內部孔的盆槽 (Trog)。這裡所述外部管和所述內部管分別形成散熱體的一個側面。特別是對於具有圓形橫截面的環形基體的情況，所述外部管和所述內部管 可以是圓柱形的。但特別是當具有內部孔但具有矩形形狀的封閉基體時， 所述外部管和內部管也可以具有矩形的形狀。在基體的外殼面和外部管的內側之間可以至少沿一個徑向方向(優選在基體彼此相對的側部)分別設置一個導熱的聯結元件。此外，沿至 少一個徑向(優選在基體彼此相對的側部)在基體的內殼面和散熱體的 內部管之間分別設有另一個導熱的聯結元件。這樣，根據結構形式的不同，環形的基體在散熱體的外部管和內部 管之間，藉助於優選為彈性可變形的聯結元件張緊、或藉助於所述聯結 元件與散熱體的側面固定相連。在一個變型方案中，所述散熱體可以包含電絕緣的、具有良好導熱 性的材料。所述散熱體例如可以包含具有良好導熱性的陶資材料。特別 是PZT (鉛鋯鈦)適合作為陶瓷。在電絕緣的散熱體的表面上可以設置有 設計成接觸面的接線端。電絕緣的散熱體也可以包含導電的芯元件，優選金屬體，所述芯元 件或金屬體由例如由玻璃或一種氧化物製成的絕緣層覆蓋。但所述散熱體也可以包括一種金屬體，例如金屬板。此時在散熱體中優選形成開口， 在所述開口中分別設有一個電絕緣的內置件，在所述內置件中保持一桿 形的電接線端。散熱體的電接線端優選藉助於一金屬線連接部與設置在基體表面上 的外電極導電連接。所述金屬線連接部優選設計成，該金屬線連接部特別是對於壓電電 壓器的諧振頻率衰減基體的機械振動向散熱體的傳遞。所述金屬線連接部的長度優選大於散熱體的接線端和外電極之間的 距離。所述金屬線連接部可以包括例如至少一個金屬層和至少一個塑料 層。


下面藉助於示意性的並且不是按原比例的附圖來說明所述壓電變壓器和具有所述壓電變壓器的裝置。其中 圖1A示出一壓電變壓器的立體圖；圖1B示出一壓電變壓器裝置的立體圖，在所述壓電變壓器裝置中根 據圖1A的變壓器藉助一個層而通過較高的導熱性熱連接在散熱體上；圖1C示出根據圖1B的變壓器裝置的橫向剖視圖；圖1D示出另一個變壓器裝置的橫向於基體縱軸的第一橫向剖視圖， 在所述變壓器裝置中，壓電變壓器的基體在下方熱連接在散熱體的底板 上，在上方熱連接在散熱體的壁部上；圖1E示出根據圖1D的變壓器裝置的沿基體縱軸的第二橫向剖視圖；圖1F示出根據圖1D和1E的俯視圖；圖2示出另一個變壓器裝置，在該變壓器裝置中，壓電變壓器的盤 形的基體藉助於金屬線連接部與散熱體的接線端導電連接；圖3A示出一變壓器裝置，在該變壓器裝置，壓電變壓器的盤形的基 體藉助於一上部層以較高的導熱熱連接在預緊在散熱體中的彈簧元件 上；圖3B從上方示出才艮據圖3A的變壓器裝置中的散熱體的底板；圖3C從上方示出根據圖3A的、具有根據圖3A、 3B的散熱體和根據 圖3D、 3A的壓電變壓器的變壓裝置的^L圖；圖3D示出根據圖3A的壓電變壓器的電極在散熱體的接線端上的連 接順序；圖4A和4B示出了一變壓器裝置不同的橫向剖視圖，在所述變壓器 裝置中，壓電變壓器的盤形的基體設置在盆形的散熱體中，其中，基體 的殼面與盆的壁部熱連"t妄；圖4C示出一變壓器裝置，在該變壓器裝置中，壓電變壓器的基體形 成一閉合環，在該變壓器裝置中，散熱體設計成閉合的盆槽，所述盆槽 接納所述基體，並且所述盆槽的壁部與所述基體熱連接；圖5局部地示出金屬線連接部設置在基體上的、穿過一保護層的接 觸點；圖6局部地示出在基體上和散熱體中的金屬線連接部的固定點區域 內的變壓器裝置。附圖標記說明1壓電變壓器的基體10絕緣的內置件101導電的元件102絕緣的內置件中的凹口11、 11'彈簧元件12、 12'用於將基體保持在散熱體中的中間元件 14金屬層15塑料層16基體4的外部電極2、 3和金屬線連接部66之間的連接部位 17保護層2、 2'輸入部的外部電極3、 3'輸出部的外部電極4壓電變壓器的ilr入部5壓電變壓器的輸出部6、 60、 61、 62、 63散熱體的接觸面 66金屬線連接部 7散熱體7 0設置在散熱體7中用於接納彈簧元件11的彈簧架的開口700散熱體7的內部孔701散熱體7的外部管702散熱體7的內部管72、 73散熱體7的側壁74通風口8、 導熱的聯結元件9變壓器裝置設計成銷的外部接線端具體實施方式
在圖1A中示出的壓電變壓器具有一基體1,所述基體沿縱向分成輸 入部4、輸出部5和設置在輸入部和輸出部之間的絕緣區域。在基體1 彼此相對的側面上設有輸入部4的外部電極2、 2'以及輸出部5的外部電 極3、 3\除此以外，在根據圖1D的變型方案中，所述外部電極可以設 置在基體的主面上。這裡，聲波沿基體1的優選方向傳播。在基體1中，可激勵產生具 有一波長入的聲學基本振型(Grundmode),所述波長是基體1的長度L 的兩倍。也可以激勵產生波長為2L/n的n階諧波，其中n是整數，n>2。在一個變型方案中，在基體中設有這裡未示出的、連接在外部電極 上的內部電極，所述內部電極橫向於外部電極並橫向於基體的縱向分布。 但也可以在外部電極之間激勵產生聲波。每個聯結元件8都橫向於基體的縱向1沿一條線延伸。所述導熱的 聯結元件8的數量和位置取決於諧波的階數。在圖1A中示出的壓電變壓 器特別適用於在第二諧波的頻率下的運行，其中有L-人。在基體的縱向 上觀察，聯結元件8分別大致設置在輸入部4和輸出部8的中部。聯結元件8沿縱向測量的中點距離，即基體的支承點之間的距離，為波長的 一半。這裡，導熱的聯結元件分別主要限制在出現波節點的區域內。在圖IB中示出一具有才艮據圖1A的變壓器的變壓器裝置，所述變壓 器藉助於兩個導熱的聯結元件8安裝在散熱體7上並與散熱體熱連接。在此，所述散熱體7由導電材料製成。在散熱體的底部中形成開口， 在所述開口中形鎖合(formschl tl ssig )地i殳置有電絕緣的內置件 (Einsatz) 10,從而牢固地保持所述內置件。在內置件10中保持一金 屬銷9，所述金屬銷設置成變壓器裝置的電接線端。 一優選為衰減振動的 金屬線連接部66，以其第一端部固定或釺焊在變壓器的外部電極上2、 2'、 3、 3上，而以其第二端部固定或釺焊在金屬銷9上。所述導熱的聯結元件8主要是僅接觸基體1的較狹長的、其中出現 波節點的區域。在圖1C中示出該裝置橫向于波傳播方向通過輸入電極2、 2'的橫向 剖視圖。在基體1的上側上設有另一個導熱的聯結元件8'。此外，可以設有一-N妄在散熱體7的側壁上的彈簧元件11,所述彈 簧元件從上方沿散熱體7的底板的方向壓在基體1和導熱的聯結元件8、 『的組合體上。在散熱體7的側壁的外側設有用於卡接彈簧元件11的凹 陷部。優選地，並且特別是在設計用於第二諧波的壓電變壓器中，如圖1F 所示，設有兩個彈簧元件ll、 11'。彈簧元件ll、 IIM尤選具有良好的導熱性。由此基體l可以從上方通 過上部的導熱聯結元件8'和導熱的彈簧元件11、 ir熱連接在散熱體7 的側壁上。所述彈簧元件11、 ir張緊在散熱體7的側壁之間。在根據圖1D的變型方案中，所述散熱體7是電絕緣的、並且例如可 以是陶瓷。在電絕緣的散熱體7上可以設置接觸面6、 61。所述接觸面分 別與接線銷(柱)9相連。但所述接觸面本身也可以用作變壓器裝置的接 線端。此時，所述接觸面的一部分例如布置在散熱體的下側。在這種情 況下，所述變壓器裝置適於表面安裝在例如一外部(印刷)線路板上。導熱的聯結元件8、 8'可以如圖1D所示的那樣沿一個方向在基體1的基面上延伸。在根據圖1C的變型方案中，導熱的聯結元件8、 8M尤選是電絕緣的。 而在根據圖1D的變型方案中，所述聯結元件是導電的。這裡，下部的聯 結元件8將壓電變壓器設置在基體1下側上的外部電極2、 3與設置在散 熱體7的底板上側上的接觸面6導電地連接起來。所述接觸面6,部分設 置在底板的上側，部分設置在冷區體7右側壁的外側，其中接觸面6的 所述區域通過一接觸孔相互導電連接。所述接觸面6與右側的接線銷9 導電相連。上部的聯結元件8M吏基體1與彈簧元件11、 11'以及與散熱體7的 側壁相連，其中上部的聯結元件8'部分設置在所述側壁上。這裡，所述 上部的聯結元件8M吏壓電變壓器設置在基體1上側上的外部電極2' 、 3' 與接觸面61相連，該接觸面設置在散熱體7的左側壁的外側上。接觸面 61與左側的接線銷9導電連接。即，藉助於導電的導熱聯結元件8，可以在變壓器的電極和變壓器裝 置的接線端9之間實現電連接。在這種情況下優選採用電絕緣的散熱體。如果外部電極如圖1D和3A所示的那樣，至少部分設置在基體的上 側或下側上，則特別是藉助於導電的導熱聯結元件8可以實現變壓器的 外部電極2、 2'、 3、 3'和散熱體的接觸面之間的電連接。但在根據圖4A 和4C的變型方案中，在所述附圖中沒有示出的外部電極的設置在基體1 的殼面上的部分，可以藉助於沿縱向或者說徑向設置的導電的導熱聯結 元件8與設置散熱體7的側壁內側的接觸面導電連接。如果變壓器的外部電極和散熱體的接觸面之間的電連接是藉助於導 電的導熱聯結元件8、 8'實現的，則可彈性變形的聯結元件是特別有利的， 因為這種聯結元件可以衰減基體的振動並由此可以降低所述振動向散熱 體的傳遞。在一個變型方案中，導熱的聯結元件可以由多個層組成。聯結元件 的一個例如朝向散熱體的層，例如可以由硬材料如陶資或金屬形成，該 層通過聯結元件的另一個導熱的、優選是衰減振動的層連接在基體1的 下側上。圖1E是對應於根據圖1F的變壓器裝置沿線B-B的橫向剖視圖。在圖IE中，沿基體的中軸基體1和散熱體7橫向於該方向分布的側 壁之間設有中間元件12、 12\所述中間元件12、 121方止基體1沿波傳 播方向，即在圖1E的變型方案中沿基體1的縱向的移動。中間元件12、 12'可以由矽橡膠製成。沿縱向觀察，所述中間元件具 有逐漸變細的橫截面。中間元件12、 12'和基體1的(左側或右側)端面 之間的接觸部位基本上是點接觸。在根據圖1D和1E的變型方案中，基 體1隻通過聯結元件8、 8'和中間元件12、 12'機械地連接在散熱體7上。 在根據圖C的變型方案中，通過金屬線連接部66和接線銷9形成附加的 機械連接。因此，如果採用柔性的金屬線連接部並且例如將所述金屬線 連接部的長度選擇成大於其在基體和接線銷上的兩個固定點之間的最小 距離，則是有利的。如圖1F所示，在散熱體7的兩個彼此橫向布置的側壁72之間設有 通風口 74。在圖2中示出具有盤形基體1的帶殼體的壓電變壓器。在根據圖2和3A的變型方案中，聲波沿徑向傳播，這對應於平面的 振動模式。在該變型方案中，壓電變壓器設計成用於第一諧波、或者說 基波，其中，出現波腹的區域對應於基體的殼面。出現波節點的區域沿 基體垂直的中軸延伸。導熱的、在該變型方案中對於基體1也用作支承部的聯結元件8在 這種情況下基本上設置在波節點區域的中央。變壓器在圖2、 3A中在橫截面內具有環形的輸入區，所述輸入區連 接在外部電極2、 2'上。此外，所述變壓器還具有設置在中部的在各側都 由輸入區包圍的、橫截面為圓形的輸出區，所述輸出區連接在外部電極3、 2'上。這裡，變壓器的輸入和輸出部具有一共同的電極2、金屬線連接部66使變壓器上部的外部電極3和左側的接線銷9導電 地連接。在根據圖2的變型方案中，金屬線連接部66在基體1或者在上 部的外部電極3上的固定點置在出現波節點的區域內。在圖2中，下部的外部電極2'通過另一個金屬線連接部66'與右側的接線銷9導電地連接。在根據圖3A的變型方案中，如圖1C中那樣，基體1從下面通過一 下部的直接接觸散熱體7的導熱聯結元件8,從上面通過一導熱的聯結元 件經由彈簧元件11熱連接在散熱體7上。這裡，散熱體7設計成冷卻板，在所述冷卻板中設有從上向下穿過 的開口 70。在圖3B和3C中示出的冷卻板上設有接觸面60、 61、 62、 63。 所有接觸面60至63都設置在散熱體7的上側。也可以考慮將接觸面設 置在其下側。在圖3D中示出根據圖3A的變壓器的連線。上面的外部電極2通過 在圖3A中未示出的、但在圖3C中可見的金屬線連接部66導電地與接觸 面63連接。上部的外部電極3通過彈簧元件11和設置在散熱體7中的 鍍通部導電地與接觸面62連接。下部的電極2'通過下部的導熱聯結元件 8導電地與設置在基體1下方的接觸面60連接。這裡接觸面60導電地與 可從外面接近的、設置成變壓器裝置的接線端的接觸面61連接。目前為止所述的區別，對於圖2所示的變型方案，適用對根據圖1B、 1C的變型方案的說明，對於圖3A所示的變型方案，適用對根據圖1D的 變型方案的說明。在圖2、 3A中所示的變壓器裝置中，可以可選地採用 具有長方體形的基體的變壓器。有利的是，將設置成厚度振子的變壓器設計成具有圓柱形或盤形的 基體。在圖4A中示出一個變型方案，在該變型方案中，變壓器的基體l與 目前為止說明的實施例不同實現為一厚度振子。所述基體的振動在這種 情況下垂直地進行，即，波傳播方向在這種情況下也指向垂直方向。最 大的振動幅值或出現波腹的區域對應於圖4A中基體1的下側和上側。出 現波節點的區域設置在一橫向的平面中，該平面大致穿過基體的中部。 在該平面的區域內設有導熱的連接元件8,所述聯結元件在散熱體7的側 壁之間保持基體l。對於固定基體l，由可彈性變形的材料製成的聯結元 件是有利的。基體1從上面通過一上面已經提及的中間元件12支承，這裡，所述中間元件設置在基體1的下側和散熱體7的底板的上側之間。這裡，中 間元件12沿基體1的垂直的中軸設置。在根據圖4A的變型方案中，也可以設有彈簧元件，所述彈簧元件優 選只在一具有較小面接的區域內從上面接觸基體1。此外，可以與已經說 明的變型方案中相同地，實現變壓器的外部電極和變壓器裝置的電接線 端之間的電連接。在根據圖4A的變型方案中，基體既可以是長方體形的，也可以如圖 4C所示的那樣是盤形的。在根據圖4B和4C的變型方案中，散熱體7具有外部筒701。此外， 在根據圖4C的變型方案中，還設有一內部筒702。但內部和外部筒可以 用具有任意橫截面的管代替，其中，所述管的橫截面形狀優選與基體的 外4黃截面相匹配。特別是殼體的內橫截面或其內部輪廓優選與基體的外橫截面或外輪 廓相匹配，其中，例如對於盤形的基體採用圓柱形的殼體，而對於長方 體形的基體採用矩形的殼體。在圖4B中，盤形的基體1通過導熱的、優選是可彈性變形的聯接元 件8預緊在盆形的散熱體7中。這裡，聯接元件8使基體1的外殼面熱 連接在外部筒701的內殼面上。在圖4B中，沿兩個4皮此坤黃向或者說垂直分布的徑向分別^:有兩個導 熱的聯結元件8。如果是厚度振子，也可以在基體l的外殼面和散熱體7 的內殼面之間使用一環形的、設置在波節點平面內的導熱的聯結元件。在圖4C中示出一具有橫截面為環形的壓電變壓器的變壓器裝置，所 述變壓器通過導熱的、優選可彈性變形的聯結元件8、 8'預緊在散熱體7 的外部筒701和內部筒702之間。除了在圖4B中示出的元件以外，這裡， 還可以在散熱體7的內殼面和基體1的內殼面之間設置另外的聯結元件 8、所述聯接元件使基體1朝內的殼面熱連接在內部筒702上。這裡也 可以用唯——個環形的聯結元件代^辜四個聯結元件8和/或四個聯結元件 8'。圖4C中的散熱體7具有盆槽的形狀，其中其外部筒和其內部筒通過環形的底部相互連接。在盆槽或內部筒的中部設有一孔700。圖5示出金屬線連接部66在壓電變壓器的外部電極，例如外部電極 2或3上的接觸部位16。金屬線連接部66是具有一金屬帶14和一塑料 層13的扁平金屬線。塑料層13用於確保以高幅度衰減金屬線連接部66 中的機械振動，由此基本上防止從基體向散熱體的聲波振動的傳遞。這 使得金屬線連接部66在基體1上和在殼體內或者說在設置在殼體內的電 接線端上的兩個固定點不受載荷。金屬帶14與外部電極釺焊連接。由此金屬線連接部66的一個端部 固定在基體1上。金屬線連接部66的第二端部可以例如如根據圖6的變 型方案那樣固定。在接觸部位16上施加一優選為電絕緣的保護層17。該 保護層17可以是，例如由環氧樹脂組成的澆注材料或硬化的粘合材料。 由橡膠組成的保護層17也是合適的。在一個變型方案中，所述保護層17 可以由收縮軟管形成。保護層17也可以位於金屬線連接部66的固定部位外部的區段上， 並將所述區段壓靠在基體上。由此可以使接觸部位16免受機械載荷。圖6示出一個變型方案，在該變型方案中，變壓器裝置具有可彈性 變形的接線端9,所述接線端直接固定在基體1的外部電極2、 2'、 3、 3'上，並代替在圖1C、 2中示出的金屬連接部66。由於可彈性變形的電 接線端9可以發生振動，使其在基體上的固定點機械卸荷。如圖5所示，接線端9優選設計成扁平帶。所述接線端穿過散熱體7 。 這裡，已經示出在圖1C中的內置件10形成有開口，所述開口的橫截面 尺寸超過接線端9的橫截面尺寸，從而接線端9可以發生振動而不接觸 內置件10。在內置件10的下側上固定有一金屬盤101,在所述金屬盤中形成一 開口。所述開口的橫截面尺寸基本上是，在一個變型方案中鎖合地與接 線端9的橫截面尺寸相匹配。所述接線端9例如可以通過釺焊材料與金 屬盤101固定連接。接線端9的下端部可彎折。所述的具有壓電變壓器的變壓器裝置並不僅限於圖中所示的變型方 案，特別是不僅限於所示的元件數量和特別的造型或材料說明。在附圖中，特別是，針對變壓器和支承件之間脫離接合所說明的有利的解決方 案可以與其它的、這裡沒有示出的壓電變壓器和/或其支承件的設計造型相組合地使用。
權利要求
1. 壓電變壓器裝置，包括一壓電變壓器，該壓電變壓器具有一基體(1)；一散熱體(7)，所述基體(1)設置在該散熱體上，其中，所述基體(1)通過至少一個導熱的聯結元件(8)與散熱體(7)熱連接。
2. 根據權利要求1所述的變壓器裝置，其特徵在於，至少一個導熱 的聯結元件(8)沿在基體中激勵產生的聲波的傳播方向測量的長度小於 基體沿該方向測量的長度。
3. 根據權利要求1所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述聯結元件 (8 )和基體(1)之間的接觸面面積小於基體(1)的、包括所述接觸面的邊界面的面積。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述散熱體(7 )形成一殼體的至少一部分，所述基體(1)設置在該殼 體中。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述散熱體(7)具有肋部。
6. 根據權利要求2至5中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述至少一個導熱的聯結元件(8)沿一橫向于波傳播方向分布的方向伸 長。
7. 才艮據權利要求1至6中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 設有多個彼此隔開的導熱的聯結元件(8 ),而在所述基體(1)和散熱體(7)之間形成氣隙。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 至少一個導熱的聯結元件(8)設置在基體表面的這樣的區域中，在基體(1)中激勵產生的聲波的波節點出現在該區域內。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於，聯結元件(8)沿波傳播方向測量的長度最大為基體(1)沿該方向測量 的長度的30%。
10. 根據權利要求7或8所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述氣隙 沿波傳播方向測量的長度最小為基體(1)沿該方向測量的長度的50%。
11. 根據權利要求1至10中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 散熱體(7)的總表面大於基體(1)的總表面。
12. 根據權利要求1至11中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述導熱的聯結元件(8)可彈性變形。
13. 根據權利要求1至12中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述導熱的聯結元件(8)是一種膏狀物。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述導熱的聯結元件(8)是導電的。
15. 根據權利要求14所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述導熱的 聯結元件(8)使設置在基體(1)上的外部電極(2、 2。 3、 3')與設 置在散熱體(7)上的接觸層相互導電連接。
16. 根據權利要求1至15中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 在基體(1)彼此相對的側部上分別設有至少一個導熱的聯結元件(8 )。
17. 根據權利要求1至16中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 在所述基體(1)的上側設置一導熱的聯結元件(8 )，以及設有一預緊在 散熱體(7)上的彈簧元件(11),所述彈簧元件壓靠在所述上部的導熱 的聯結元件(8 )上並使其與散熱體(7 )熱連接。
18. 根據權利要求17所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述彈簧元 件(11)使上部的聯結元件(8 )與設置在散熱體(7 )上的接觸面(61) 導電連接。
19. 根據權利要求1至18中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 對於基體(1)的至少一個側部，在基體(1)的該側部和散熱體(7 )之 間設有一中間元件(12、 12'),所述中間元件用於將基體(1)保持在散 熱體(7 )中。
20. 根據權利要求19所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述中間元件(12、 12')設置在基體(1)平行于波前的側部和散熱體(7 )之間。
21. 根據權利要求1至20中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 在基體(1)彼此相對的側面上分別設有一個導熱的聯結元件(8 )。
22. 根據權利要求21所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述基體(1) 張緊在貼靠在散熱體(7)上的、導熱的聯結元件(8)之間。
23. 根據權利要求21或22所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述散 熱體(7 )具有一內部管(702 )和一外部管(701),以及所述基體(1) 是環形的，並通過所述聯結元件(8、 8')張緊在所述內部管(702 )和 外部管(701)之間。
24. 根據權利要求1至23中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述散熱體(7)包含具有良好導熱性的電絕緣的材料。
25. 根據權利要求1至24中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述散熱體(7 )包含陶瓷材料。
26. 根據權利要求24或25所述的變壓器裝置，其特徵在於，在所述 散熱體(7)的表面上設有設計成接觸面(6、 60、 61、 62、 63)的接線 端。
27. 根據權利要求1至23中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 所述散熱體(7 )是金屬體或包括一金屬板。
28. 根據權利要求27所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述散熱體 (7 )設有銷狀的電接線端(9 )。
29. 根據權利要求28所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述散熱體 (7 )的電接線端(6、 9 )通過一金屬線連接部與設置在基體(1)的表面上的外部電極(2、 2。 3、 3"導電連接。
30. 根據權利要求29所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述金屬線 連接部衰減基體(1 )的機械振動向散熱體(7 )的傳遞。
31. 根據權利要求29或30所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述金 屬線連接部的長度大於所述外部電極(2、 2'; 3、 )和散熱體(7)的 接線端(9)之間的距離。
32. 根據權利要求29至31中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於，所述金屬線連接部包括至少一個金屬層和至少一個塑料層。
33. 根據權利要求1至32中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於, 所述導熱的聯結元件(8 )用作形成基體(1)和散熱體(7 )之間的氣隙 用的間隔元件。
34. 根據權利要求1至33中任一項所述的變壓器裝置，其特徵在於， 變壓器的電接線端穿過所述散熱體(7)。
全文摘要
本發明涉及一種壓電變壓器裝置，它包括一具有一基體(1)的壓電變壓器和一散熱體(7)，所述基體(1)設置在該散熱體上，其中，所述基體(1)通過至少一個導熱的聯結元件(8)與散熱體(7)熱連接。
文檔編號H01L41/107GK101273479SQ200680028235
公開日2008年9月24日 申請日期2006年7月27日 優先權日2005年8月1日
發明者亞歷山大·格拉祖諾夫, 伊戈爾·卡爾塔謝夫, 海因茨·弗洛裡安 申請人:埃皮克斯公司