пьезоэлектрический трансформатор

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрический трансформатор, содержащий ортогонально поляризованные секцию возбуждения и генераторную секцию, отличающийся тем, что секция возбуждения выполнена в виде радиально поляризованного кольца с электродами на внутренней и внешней поверхностях, а генераторная секция выполнена в виде установленного внутри кольца поперечно поляризованного диска с электродами на его плоских поверхностях и центральным отверстием для узла крепления, при этом диск и кольцо механически связаны через диэлектрический слой, а электроды кольца и диска электрически не связаны между собой.

2. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1, отличающийся тем, что диск выполнен в виде пакета пластин, при этом пластины в пакете электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно.

3. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцо образовано набором концентричных элементов, при этом концентричные элементы электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно.

4. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что узел крепления выполнен в виде резиновой втулки и соединительных элементов, размещенных в центральном отверстии диска.

5. Пьезоэлектрический трансформатор по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что секция возбуждения снабжена дополнительным электродом, нанесенным на внешнюю или внутреннюю поверхность кольца для образования обратной связи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в качестве элемента блока питания электронных устройств.

Известен пьезоэлектрический трансформатор /1/, содержащий удлиненную керамическую пластину, одна половина которой поляризована в направлении толщины пластины, а другая - в продольном направлении. К первой части пластины прикреплены два входных электрода, а два выходных электрода - к внешнему торцу второй пластины. Такой трансформатор имеет низкий коэффициент трансформации.

Наиболее близким аналогом изобретения является пьезоэлектрический трансформатор /2/, выполненный в виде плоской пьезопластины, содержащей секцию возбуждения, поляризованную по толщине, и генераторную продольно поляризованную секцию.

Пьезоэлектрический трансформатор такой конструкции имеет следующие недостатки:

- входная (возбуждения) и выходная (трансформаторная) секции не развязаны, что ограничивает область использования трансформатора,

- при инверсном включении секций трансформатор имеет низкий КПД,

- невозможно подучить на выходе одновременно несколько значений напряжения.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД пьезоэлектрического трансформатора, расширение области использования, а также возможность получения одновременно нескольких значений выходного напряжения.

Указанный технический результат достигается за счет выполнения секции возбуждения в виде радиально поляризованного кольца с электродами на внешней и внутренней поверхностях и генераторной секции - в виде установленного внутри кольца поперечно поляризованного диска с электродами на его плоских поверхностях и центральным отверстием для узла крепления, при этом кольцо и диск механически связаны через диэлектрический слой, а электроды кольца и диска электрически не связаны между собой.

Диск может быть выполнен в виде пакета пластин, при этом пластины в пакете электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно.

Кольцо может быть образовано набором концентричных элементов, при этом концентричные элементы электрически не соединены или соединены параллельно и/или последовательно.

Узел крепления может быть выполнен в виде резиновой втулки и соединительных элементов, размещенных в центральном отверстии.

Секция возбуждения может быть снабжена дополнительным электродом, нанесенным на внешнюю или внутреннюю поверхность кольца для образования обратной связи.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема пьезоэлектрического трансформатора (стрелками показано направление вектора поляризации), на фиг. 2 - диск в виде пакета пластин, на фиг. 3 - кольцо с дополнительным электродом обратной связи.

Пьезоэлектрический трансформатор содержит секцию возбуждения в виде радиально поляризованного кольца 1 с электродами 2, нанесенными на внешнюю и внутреннюю поверхности кольца, и генераторную секцию в виде поперечно поляризованного диска 3 с электродами 4. В диске выполнено центральное отверстие. Диск и кольцо механически соединены через диэлектрический слой 5. Выводы 6 кольца подсоединяются к источнику питания. Напряжение снимается с выводов 7 диска, расположенных вблизи центрального отверстия. Узел крепления состоит из резиновой втулки 8, размещенной в центральном отверстии, и соединительных элементов, например, шпильки и гайки (на чертеже не показаны). На поверхность кольца нанесен дополнительный электрод 9 для создания обратной связи.

Пьезоэлектрический трансформатор работает следующим образом.

Входное напряжение возбуждения, приложенное к электродам 2 кольца 1, создает в объеме пьезоэлектрика кольца переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, посредством обратного пьезоэффекта вызывает деформацию кольца 1 и соответствующее ей механическое напряжение. Волна деформации и механического напряжения через упругие связи поступает в генераторную секцию - диск 3, где за счет прямого пьезоэффекта вызывает изменение поляризации (электрической индукции) пьезоэлектрика диска. Изменение поляризации в объеме генераторной секции приводит к перераспределению зарядов на электродах 4 диска 3.

В пьезотрансформаторе предлагаемой конструкции входная и выходная цепи электрически не связаны, что расширяет область использования трансформатора и дает возможность повысить его КПД.

Выполнение генераторной секции в виде пакета пластин, выполнение секции возбуждения в виде набора концентричных колец, параллельное и/или последовательное электрическое соединение элементов секций обеспечивают возможность одновременного получения нескольких значений выходного напряжения и изменения коэффициента трансформации. При параллельном соединении генераторных пластин одинаковой толщины происходит сложение выходных токов, что обеспечивает высокий КПД при выходной мощности, близкой к габаритной.

При креплении пьезоэлектрического трансформатора в его центре с использованием резиновой втулки в узле крепления создается узел механических напряжений, который препятствует образованию акустических колебаний по диаметру диска и обеспечивает распространение только радиальных колебаний, что приводит к повышению коэффициента трансформации.

Обратная связь в пьезотрансформаторе используется для управления его характеристиками.

Источники информации

1. Патент США 3836794, H 04 R 17/00, 17.09.74.

2. А.А.Ерофеев и др. Пьезоэлектроника. М.: Радио и связь, 1994, с. 28-29.