(57)【要約】  入力部分（２）および出力部分（３）を含む圧電変圧器を備える変圧器構造が記載されている。この変圧器構造は、入力部分および前記出力部分と固定的に結合された絶縁部分（１）を含んでおり、絶縁部分（１）は変圧器部分（２，３）の少なくとも一方のために少なくとも１つの部分ハウジングを形成している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器構造において、
入力部分（２）および出力部分（３）を含む圧電変圧器と、
前記入力部分（２）および前記出力部分（３）と固定的に結合された絶縁部分（１）とを有しており、
前記絶縁部分（１）は前記変圧器部分（２，３）の少なくとも一方のために少なくとも１つの部分ハウジングを形成している変圧器構造。
【請求項２】
前記絶縁部分（１）の少なくとも１つの領域は前記入力部分と前記出力部分（２，３）の間に配置されている、請求項１に記載の変圧器構造。
【請求項３】
前記絶縁部分（１）は前記入力部分（２）が中に配置された第１の凹部を有している、請求項１または２に記載の変圧器構造。
【請求項４】
前記入力部分（２）は第１の凹部に埋め込まれている、請求項３に記載の変圧器構造。
【請求項５】
前記絶縁部分（１）は前記出力部分（３）が中に配置された第２の凹部を有している、請求項１から４までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項６】
前記第１の凹部の底面の１つの領域は前記入力部分（２）と前記出力部分（３）の間に配置されている、請求項３から５までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項７】
前記入力部分（２）と前記出力部分（３）の間に配置されている前記第１の凹部の底面領域は前記変圧器の波節領域に配置されている、請求項３から６までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項８】
前記入力部分（２）および前記出力部分（３）は、前記入力部分と前記出力部分の間に配置された領域を除き、前記絶縁部分（１）から間隔をおいている、請求項２から７までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項９】
それぞれの前記凹部を少なくとも部分的に閉止するカバー（１０）を有しており、
前記カバー（１０）は、前記凹部に配置された前記変圧器部分（２，３）の電極と導電接続された電気的な接触面（１１，１２，１３，１４）を有している、請求項１から８までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項１０】
それぞれの前記凹部の表面に、前記変圧器の電極と導電接続された条導体（２０）が配置されている、請求項３から９までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項１１】
前記絶縁部分（１）はセラミックを含んでいる、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項１２】
前記絶縁部分（１）の材料の破壊電圧は前記入力部分および前記出力部分の破壊電圧を上回っている、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項１３】
前記絶縁部分（１）の材料の誘電率は前記入力部分および前記出力部分の誘電率よりも低い、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【請求項１４】
それぞれの前記変圧器部分（２，３）は当該変圧器部分のほうを向く前記凹部の側壁から間隔をおいている、請求項３から１３までのいずれか１項に記載の変圧器構造。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
圧電式の変圧器は、たとえば米国特許出願公開第６，７０７，２３５Ｂ１号明細書から公知となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
解決されるべき課題は、それぞれの変圧器部分の間で格別に高い破壊電圧を有している、圧電変圧器を備える変圧器構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
入力部分と出力部分とを含んでいる、圧電変圧器を備える変圧器構造が提供される。この変圧器構造は、入力部分および出力部分と固定的に接続された絶縁部分を含んでおり、絶縁部分は、変圧器部分（入力部分および／または出力部分）のうちの少なくとも一方のために、少なくとも１つの部分ハウジングを形成する。それにより、それぞれの変圧器部分の間の沿面距離を延ばすことができ、そのようにして、変圧器構造の絶縁破壊の強さを高めることができる。したがって、記載されている変圧器構造は特に高圧での用途に適している。このとき変圧器構造のコンパクトな施工形態が可能である。
【０００４】
圧電変圧器は２つの回路が直流結合されないようにするため、または電圧変換器での変圧のために利用することができる。
【０００５】
入力部分と出力部分は、原理上、相互に入替えが可能であり、変圧器部分とも呼ぶことができる。入力部分は特に変圧器の高圧部分を形成し、出力部分は低圧部分を形成する。特に高圧部分を部分ハウジングの中に格納するのが好ましい。
【０００６】
入力部分と出力部分は、それぞれ少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極とを有しており、これらの電極は少なくとも部分的に各変圧器部分の内部に配置されていてよい。入力部分と出力部分は、各変圧器部分の第１の外部電極および第２の外部電極へ交互につながれた多数の内部電極をそれぞれ有しているのが好ましい。１つの種類の電極は各外部電極を通じて互いに導電接続されており、したがって外部から接触可能である。外部電極はそれぞれ少なくとも部分的に各変圧器部分の表面に配置されている。
【０００７】
それぞれの変圧器部分と、その間に配置されている絶縁部分の領域とは、共同して変圧器の本体を形成する。
【０００８】
変圧器は直接的圧電効果を利用するばかりでなく、逆圧電効果をも利用する。直接的圧電効果とは、本体に変形が生じたとき電圧が降下することを意味している。逆圧電効果とは、場合によりコンポーネントで使用するためにさらに分極されなくてはならない圧電セラミックが、電界の印加時に分極方向に対して平行に、逆平行に、あるいは角度をなして変形を受けることを意味している。
【０００９】
入力部分と出力部分は機械的に互いに連結されるとともに、電気的に互いに分離されているのが好ましい。両方の部分の電気的な分離は絶縁部分によって実現可能である。
【００１０】
電気的な入力信号は、圧電式の変圧器の入力部分で、変圧器の本体の機械的な振動へと変換される。入力部分と出力部分の間の機械的な連結に基づき、これら両方の部分は機械的な振動をうける。機械エネルギーへの電気エネルギーの変換は逆圧電効果に基づいて行
われ、出力部分では、機械的な振動が直接的圧電効果に基づいて電気信号へ変換しなおされる。
【００１１】
入力電極を用いて、入力電極へ電圧が印加されたときに本体の機械的な変形を惹起することができる。出力電極を用いて、本体が機械的に変形したときに発生する電圧を取り出すことができる。
【００１２】
入力電極に交流電圧を印加すると、周期的に反復される本体の変形を生起することができる。このように周期的に反復される本体の変形は、ひいては、出力電極において周期的に変化する電圧を惹起する。電極を適切に配置することで、出力電圧が入力電圧と相違するようにすることができる。この場合、それぞれの電圧の比率に呼応する変圧比を有する変圧器が得られる。
【００１３】
入力部分と出力部分は、セラミックの未加工層を積層し、引き続いて焼結することによってそれぞれ製作されるのが好ましい。この層は、鉛・ジルコン酸塩・チタン酸塩（ＰＺＴ）または適当な圧電特性を備えるその他の材料を含んでいるのが好ましい。
【００１４】
絶縁部分の材料は＞１０ｋＶ／ｍｍの高い絶縁能力を有しているのが好ましい。
絶縁部分の材料の破壊電圧は、入力部分と出力部分の破壊電圧を上回っているのが好ましい。この相違は少なくとも係数３であるのが好ましい。セラミックの変圧器部分の破壊電圧は２〜４ｋＶ／ｍｍを超えないのが普通であるのに対して、絶縁部分の破壊電圧は１０〜２０ｋＶ／ｍｍまたはこれ以上であり得る。
【００１５】
さらに、絶縁部分の材料の誘電率が入力部分と出力部分の誘電率よりも低いと、好ましいとみなされる。それにより、異なる変圧器部分の電極の間の寄生的な容量結合を小さくすることができる。
【００１６】
絶縁部分の少なくとも１つの領域は入力部分と出力部分の間に配置されているのが好ましい。入力部分、出力部分、およびこれらの間に配置された絶縁部分の領域は、共同で変圧器本体を形成する。入力部分と出力部分の間に配置されている絶縁部分の領域は、本体の最小の偏向が生じる変圧器の領域（波節領域）に配置されているのが好ましい。本体は、入力部分と出力部分の間に配置されている絶縁部分の領域の主面に対して垂直に配置された方向に振動するのが好ましい。
【００１７】
絶縁部分は、入力部分が中に配置された第１の凹部を有しているのが好ましい。入力部分は、第１の凹部に埋め込まれているのが好ましい。絶縁部分は、出力部分が中に配置された（そして好ましくは埋め込まれた）第２の凹部を有しているのが好ましい。第１の凹部の底面は、入力部分と出力部分の間に配置されているのが好ましい。あるいは、第１の凹部の側壁を入力部分と出力部分の間に配置することも可能である。
【００１８】
それぞれの凹部は止まり穴の形態で構成されているのが好ましい。
絶縁部分は、１つの好ましい態様では、第１の凹部が付属する比較的薄壁のカップ部を含んでいるのが好ましい。絶縁部分は、共通の底面をもつ２つのカップ部を含むこともでき、このとき第１のカップ部は入力部分を収容するための第１の凹部を有しており、第２のカップ部は出力部分を収容するための第２の凹部を有している。
【００１９】
それぞれの凹部の底面の厚みは２．５ｍｍより小さくてよい。この厚みは凹部の壁厚より小さいのが好ましい。両方の凹部は、好ましくは変圧器の波節領域に配置された共通の底面を有しているのが好ましい。
【００２０】
入力部分と出力部分は、入力部分と出力部分の間に配置されている絶縁部分の領域によってのみ支持されるのが好ましい。それぞれの凹部に配置された変圧器部分は、当該凹部の側壁から間隔をおいているのが好ましい。
【００２１】
それぞれの凹部の開いた端部は、１つの態様では、第１および第２の電気接触面を有するカバーで閉じられている。第１の接触面は変圧器のほうを向いており、その電極につながれている。第２の接触面は接続線と接続されていてよい。第１および第２の接触面は、好ましくはカバーに配置された電気的なスルーホールコンタクトを介して、互いに導電接続されている。
【００２２】
絶縁部分は、性能の定まっているセラミック材料、特にＡｌ２Ｏ３を含むことができる。絶縁部分はプラスチックを含むこともできる。カバーもセラミック材料またはプラスチックを含むことができる。
【００２３】
それぞれの凹部の表面には、当該凹部の中に配置された変圧器部分の電極と導電接続された条導体が配置されていてよい。この関連で入力部分および／または出力部分の電極は、それぞれの変圧器部分の端面に配置され、絶縁部分の表面に配置された条導体のほうを向く少なくとも１つの領域を有していると好ましい。
【００２４】
変圧器部分はそれぞれ絶縁部分とたとえば接着またはセメントによって結合することができる。これ以外の結合技術も考慮の対象となる。たとえば変圧器部分の電極を、絶縁部分の表面に配置された条導体とはんだ接合またはこれに類する接合（これには条導体もしくは電極を形成するために塗布される金属ペーストの焼き入れも含まれる）によって結合することも可能である。入力部分（または出力部分）と絶縁部分の間には、１つの好ましい態様では、剛性が変圧器部分の剛性を下回らないのが好ましい付着層が配置されている。そのようにして、変圧器部分と絶縁部分との間のインターフェースにおける機械的損失を予防することができる。非弾性的で非有機性の材料が付着剤として好ましい。
【００２５】
それぞれの凹部は、その中に配置される変圧器部分に合わせて適合化されているのが好ましい任意の（たとえば円形または長方形の）断面を有することができる。
【００２６】
次に、上述した圧電変圧器について、縮尺に忠実ではない模式的な図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一方の変圧器部分のための絶縁部分がハウジングを構成する変圧器構造を示す断面図である。
【図２】両方の変圧器部分のための絶縁部分がハウジングを構成する、別の変圧器構造を示す断面図である。
【図３】リブ構造を備える絶縁部分を示す部分的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、入力部分２と出力部分３とを有する圧電変圧器を備える変圧器構造を示している。入力部分と出力部分は相互に入れ替えることができる。
【００２９】
この変圧器構造は絶縁部分１を含んでおり、その底面領域は入力部分２と出力部分３を機械的に連結すると同時にガルバーニ電池式の直流結合させないための役目を果たす。絶縁部分１はカップの形状を有しており、すなわち、入力部分２が中に配置された凹部を有している。別案として、ここに出力部分が配置されていてもよい。絶縁部分１は、凹部の中に配置された変圧器部分を、および、当該変圧器部分と接続ケーブル１７の接続線１５
，１６との間の接触個所を、環境要因に対して遮蔽する。接続ケーブル１７は、図面には示さない電気回線と変圧器とを接続する。
【００３０】
入力部分２は、入力電極４，５と、これらの間に配置された圧電層６とを含んでいる。出力部分３は、出力電極７，８と、これらの間に配置された圧電層９とを含んでいる。それぞれの変圧器部分は、図２に図示するように、互いに導電接続された多数の入力電極を有することもでき、この場合、連続する２つの電極の間に圧電層６ないし９が配置される。それぞれの圧電層の分極軸Ｐの方向は、図面では矢印で図示されている。分極軸は、変圧器の電極面に対して垂直に向いている。
【００３１】
凹部の開いている側は、第１の主面に第１の接触面１１，１２を有するとともに第２の主面に第２の接触面１３，１４を有するカバー１０で閉じられている。それぞれの第１の接触面は、カバーを通過して延びるスルーホールコンタクトによって、それぞれ第２の接触面と導電接続されている。
【００３２】
接触面１２は、接続線１９によって、入力部分２の電極５と接続されている。凹部の内面には、入力電極４を接触面１１と導電接続する条導体２０が配置されている。出力電極８は、絶縁部分１の外面に配置され、接触面としての役目をする、接続線２２がつながれた別の条導体と導電接続されている。さらに別の接続線２１が、出力電極７に直接つながれている。接続線２１，２２は、図面には示さない電力負荷部につながれている。
【００３３】
第２の接触面１３，１４は、電気ケーブル１７の接続線１５，１６と接続されている。好ましくは高圧の用途向けに設計されるケーブル１７は、凹部へ部分的に突入し、同時にこれを閉止する保持部１８に固定されている。保持部１８の材料は、弾性的な特性を有しているのが好ましい。保持部１８は、止まり穴の凹部の内面に向かって押圧をする突起を有している。
【００３４】
接続線１５，１６は、基本的に、カバー１０の開口部を通してカバーの内面へ挿通して、接触面１１，１２につなぐことができる。
【００３５】
止まり穴の凹部は、段部ないし直径の小さい領域と直径の大きい領域を有しているのが好ましい。小さいほうの直径は特にカバー１０の直径よりも小さく、大きいほうの直径はカバー直径と実質的に等しい。両方の領域の間に形成される段部は、カバー１０のための支持面（載置面）としての役目をする。
【００３６】
それぞれの凹部は、段部に代えて先細部を有することができ、その側面は入力部分または出力部分に向かって斜めに延びている。
【００３７】
図２には、絶縁部分１が追加的に第２の凹部を有しており、その中に出力部分３が配置された別の変圧器構造が示されている。両方の凹部は、部分的に入力部分および出力部分２，３の間に配置された共通の底面を有している。この変圧器構造は、上に説明した実施形態と比べたとき、絶縁能力がいっそう高いという特徴がある。
【００３８】
絶縁部分１は、絶縁部分の中心を通る平面に関して左右対称に構成されているのが好ましい。
【００３９】
第２の凹部は、第１の凹部と同様に構成されているのが好ましい。凹部の少なくとも１つの領域は、同じくカバー１０で閉止することができる。カバー１０と、これによって閉じられる各凹部の部分の間には中空スペースが形成され、その中にそれぞれの変圧器部分が配置されて外部の影響から防護される。図２では（まだ）閉じられていない凹部のその
他の領域は、接続ケーブル１７の一部を収容している。
【００４０】
図２には、入力部分２は互いに平行に配置された複数の入力電極２３，２４を有することができ、出力部分３は互いに平行に配置された複数の出力電極２５，２６を有することができることが示されている。それぞれの変圧器部分の第１および第２の電極は、入力電極２３ないし２４のように、当該変圧器部分の表面に配置された第１ないし第２の集電極２７，２８につながれていてよい。
【００４１】
あるいは、それぞれの変圧器電極の第１および第２の電極は、出力電極２５ないし２６のように、変圧器の本体内部に配置されたスルーホールコンタクト２９ないし３０によって互いに導電接続されていてもよい。この実施形態は、それぞれの変圧器部分の両方の電気接続部を同一の端面へ導出することができるという利点があり、このことは外部からの接触を容易にする。
【００４２】
絶縁部分１の外側表面は、リブ構造３１によって拡張することができる（図３）。
上述した変圧器構造の具体的な施工形態は、各図面に示した例に限定されるものではなく、そのつどの用途の必要性に合わせて適合化することができる。１つの実施形態との関連で説明した技術的な構成要件は、別の実施形態にも容易に転用が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  絶縁部分
２  入力部分
３  出力部分
４，５  入力部分の電極
６，９  圧電層
７，８  出力部分の電極
１０  カバー
１１，１２，１３，１４  接触面
１５，１６  接続線
１７  接続線を備えるケーブル
１８  保持部
１９，２１，２２  接続線
２０  条導体
２３，２４  入力部分の内部電極
２５，２６  出力部分の内部電極
２７，２８  本体の表面に配置された集電極
２９，３０  スルーホールコンタクト
Ｐ  分極軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2010504629.tif 000005
2010504629.tif 000006
2010504629.tif 000007
2010504629.tif 000008
2010504629.tif 000009
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