Пьезоэлектрический преобразователь

 

Изобретение относится к устройствам на твердом теле и предназначено для использования в качестве пьезотрансформатора и других устройств пьезотехники. Пьезоэлектрический преобразователь содержит кольцевую оболочку из пьезокерамического материала с электродами на ее поверхности. Оболочка имеет крестообразное поперечное сечение, а ее срединные поверхности представляют собой листы Мебиуса. Изобретение позволяет увеличить мощность пьезоэлектрического преобразователя и тем самым расширить область применения источников вторичного электропитания. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам на твердом теле и предназначено для использования в качестве пьезотрансформатора и других устройств пьезотехники.

Известен пьезоэлектрический трансформатор в виде цилиндрической пьезокерамической оболочки с электродами на ее поверхностях (патент Японии N 61-189678, от 23.8.1986, кл. H 01 L 41/08). Устройство обладает переходной характеристикой с повышенной линейностью, что упрощает управление пьезотрансформатором в схеме источника вторичного электропитания. Однако область применения устройства ограничена маломощными высоковольтными источниками питания.

Известен электромеханический преобразователь в виде кольцевой пьезокерамической оболочки с электродами на ее поверхности (Ерофеев А.А. и др. Пьезоэлектрические трансформаторы и их применение в радиоэлектронике, - М. 1998, стр. 10-12, рис. 1.1.2.ж). Для преобразования повышенной мощности оболочка выполнена в виде кольцевого (цилиндрического или дискового) пьезоэлемента. Однако для повышения мощности необходимо увеличение электрической емкости секций пьезотрансформатора, В известном устройстве это возможно лишь путем уменьшения толщины оболочки. При этом снижается механическая прочность преобразователя и его надежность, что не позволяет получить преобразователи с мощностью больше 10-20 Вт.

Изобретение позволяет увеличить мощность пьезоэлектрического преобразователя и тем самым расширить область применения источников вторичного электропитания.

Указанный технической эффект достигается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем кольцевую оболочку из пьезокерамического материала с электродами на ее поверхностях, оболочка имеет крестообразное поперечное сечение, а ее срединные поверхности представляют собой листы Мебиуса.

Создание пьезоэлектрического преобразователя стало возможным благодаря новой конструкции кольцевой оболочки. Крестообразная форма поперечного сечения обеспечивает высокую жесткость и механическую прочность оболочки, позволяет уменьшить толщину оболочки, увеличить электрическую емкость секций преобразователя и тем самым увеличить мощность преобразователя. Выполнение срединных поверхностей оболочки в виде листов Мебиуса позволяет сохранить свойственную цилиндрическим оболочкам многочастотность амплитудно-частотной характеристики, т.к. лист Мебиуса представляет собой прямоугольник, соединенный противоположными сторонами (Математическая энциклопедия. - М., 1982, т. 3, стр. 630). Таким образом упрощается управление режимом пьезоэлектрического преобразователя при его применении в составе источника вторичного электропитания.

На фиг. 1 изображен общий вид пьезоэлектрического преобразователя и схема его электрических соединений в источнике вторичного электропитания; на фиг. 2 - проекции кольцевой оболочки пьезоэлектрического преобразователя.

Пьезоэлектрический преобразователь содержит оболочку 1 с нанесенными на ее поверхности электродами, образующими секции возбудителя и генератора, Секция возбудителя подключена к внешнему генератору электрических колебаний 2. Секция генератора пьезоэлектрического преобразователя подключена к нагрузке 3. Оболочка 1 изготовлена методом шликерного литья из пьезокерамического материала. После нанесения электродов методом вжигания пьезокерамический материал поляризуется по толщине. Срединными поверхностями оболочки являются пересекающиеся листы Мебиуса. Угол поворота поперечного сечения α связан с центральным углом ϕ соотношением α = ϕ/2 (фиг. 1). Вследствие поворота сечения оказываются электрически соединенными накрест лежащие квадранты преобразователя.

Пьезоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

При подаче сигнала от генератора электрических колебаний 2 на электроды секции возбудителя за счет поперечного обратного пьезоэффекта возникают механические колебания оболочки 1, которые в результате прямого пьезоэффекта преобразуются в секции генератора в электрические колебания, поступающие в нагрузку 3. Нагрузкой 3 может быть выпрямитель, питающий постоянным напряжением различные радиоэлектронные устройства.

Пьезоэлектрический преобразователь, кроме описанного выше применения в источнике вторичного электропитания, может быть использован в качестве электроакустического преобразователя в ультразвуковых детекторах систем охраны и безопасности. В этом случае высокая мощность предлагаемого преобразователя позволяет увеличить чувствительность детекторов и площадь охраняемой зоны.

Новый вид твердотельного пьезоэлектрического преобразователя позволяет существенно расширить возможности источников вторичного электропитания и повысить их надежность и экономичность за счет применения одного мощного преобразователя вместо параллельного соединения нескольких преобразователей с выпрямителями.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь, содержащий кольцевую оболочку из пьезокерамического материала с электродами на ее поверхностях, отличающийся тем, что оболочка выполнена с крестообразным поперечным сечением, а ее срединные поверхности представляют собой листы Мебиуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2