Пьезоэлектрический трансформатор

Ву ., , " -йОй" "чо ."-".-"-,ке фЯк, 718948 О ПИСАНИЕ Соее Советских Социалистических Ресиублик1) Дополнительное к авт. свид-ву -51)М.Кл,е Н 04 К 17/ 6190/18-1 22) Заявлено 20,10.78 (21 присоединением заяв сударствеиивй комитет СССР о делам изеоретейий и открытийП вченко и Ленина политехникой Октябрьскойреволюции 1) Заявите кии институт иалистическои 54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМ окаель ансдиэлектриы может 45) Дата опубликования еИзобретение относится к электротехни.ке и может применяться в качестве вто-ричного источника питания в электронныхпреобразователях напряжения,Известен пьезоэлектрический трансформатор, состоящий из прямоугольной пьезоэлектрической пластины,-., поляризованнойпо толщине, с электродами возбудителя игенератора, нанесенными на вею поверхность плоскостей 111.10В рабочем режиме в материале пьезоэлемента возникаюс механические напряжения, распределенные по синусоидальному закону с максимумом по середине пластины, что приводит к неэффективному. использованию пьезоэлектрического материа-,ла на концах пьезоэлемента и, как следствие, к уменьшению удельной мощностипьезоэлектрического трансформатора,Наиболее близким к иобретению по Мтехнической сущности является пьезоэлектричессий трансформатор, содержащий прямоугольную ньезоэлекгрическую пластину иэлектроды возбудителя и генератора 12).2Неэффективное использование пьезоэлектрической пластины из-за укороченныхэлектродов, нанвсенных на участке, составляющем 74% от всей длины пластины, ведет к тому, что удельная мощность такого 3 пьезоэлектрического трансформаторазыва ется недостаточно высокой.Цель изобретения - повышение удной мощности пьезоэлектрического трформ а тора.Для досткжения поставленной цели наодну из плоскостей пьезоэлектрической пла-стины нанесен диэлектрический слой переменной толщины, а электроды возбудителяи генератора расположены на внешней поверхности диэлектрического слоя;Кроме того, толщина диэлектрическогослоя увеличивается к краям пластииьс попараболическому закону,На чертеже предоставлен пьезоэлекгрический трайсформатор в разрезе.Пьезоэлектрический трансформатор содержит прямоугольную пьезоэлектрическуюпласгену,1, поля 1 ризованную по толщине. Содной ее стороны на участок плоскости 1 О,составляющий 90% от длины пластины 1,нанесен общий электрод 2, а с противоположной стороны - диэлектрический слой 3переменной толщины, увеличивающейся кее краям до толщины 1 т. На внешнюю повврхность диэлектрического слоя 3 нанесены электрод 4 возбудителя и электрод 5генерагора,Закон нарастания толщиныческого слоя 3 по длине пластин3быть, любым, например линейным. Однако наибольший положительный эффект дает параболическое изменение толщийъг диэлектрического слоя. Максимальную толщи ну слоя 3 можно рассчитать из соотношенияЬ = 1,75 Ь,/е,где 1 - толщина пьезоэлектрической пластины;в, - относительная диэлектрическаяпроницаемость нанесеннбго слоя;я - диэлектрическая проницаемостькерамики пьезоэлектрической пластины (я,с)При изпотовленви трансформатора на пьезокерамическую заготовку наносят слой ситаллового полуфабриката толщиной 6. Например, для ситалла СТБи керамической пластины из титаната барйя толщиной 1=3 мм максимальная толщина Й диэлектрического слоя равна 15 мкм. Сплавляют ситалл и керамйку" притемпературе размягчения ситалла (650 С). После этого шлифовальной пастой снимают лишнее ситалловое покрытие, добиваясь параболического изменения толщины диэлектрического слоя от середйны к ионцам пьезоэлемента. Затем наносят методом вжигания металлические электроды на среднем участ ке 10, составляющем 90% от всей длины 1, и поляризуют керамику в поле 2 кВмм при температуре 120 С.Диэлектрический слой, изменяющийся по толщине по параболическому закону, может быть нанесен также известным спо собом вакуумного напьтления;Пьезоэлектрический трансформатор работает следующим образом.На вход (электроды 2 - 4) возбудителя пьезоэлектрического трансформатора подключают источник переменного тока с резонансной частотой, зависящей от длиныпьезоэлектрической пластйны и скорости звука в ней, нагрузку подключают к электродам (2 - 5) генератора.Приложенное электрическое напряжение пер ераспределя ется между диэлектриче. ским слоем 3 и пьезоэлектрической пластиной 1, причем по середине пластины электрическое напряжение максимально, а на концах, где макслмальна толщина ди 5 электрического слоя, электрическое напри"жение на пьезоэлектрической пластине минимально.Данный пьеюэлектрический трансформатор имеет удельную мощность на 7% выше, чем у известного трансформатора, и на 1 - 2% более высокий КПД. Последнее может играть существенную роль при из готовлении малогабаритной аппаратуры с использованием высококачественных пьезоэлектрических трансформаторов, например с КПД 95% и выше, когда увеличение КПД на 1 - 2% приводит к значительному, порядка 20 - 30%, уменьшению теплового излучения.20Формула изобретения1. Пьезоэлектрический трансформатор,содержащий прямоугольную пьезоэлектри ческую пластину и .электроды возбудителяи генератора, отл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения удельной мощности, на одну из плоскостей пьезоэлектрической пластины нанесен диэлектрический слой пере меняной толщины, а электроды возбудителя и генератора расположены на внешней поверхности диэлектрического слоя.2. Трансформатар по п. 1, отл и ч а ющ и й с я тем, что толщина диэлектрическоЗ 5 го слоя увеличивается к краям пластиныпо параболическому закону.Источники информации, принятые: вовнимание при экспертизе:40 1. Лавриненко В. В., Пьезоэлектрические трансформаторы, М., Энергия, 1975,с. 27.2. Некрасов И. И, и др. Зависимостьэффективного электромеханического коэф 45 фициента связи от размеров электродовпьезоэлектрика. В сб. Диэлектрики и полупроводнйки, вып, 8. Киев, 1975 (прототи п),718948 Составитель О. Петровдактор Г. ГрузоваТехред В. Серикова Корректор С. ф ил, пред. Патент Тип, Харьк. аказ 50/10 НПО Пои Изд,164 Тираж 729 Подпйсйоеосударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 4/5