ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться в системах управления процессами в самых различных отраслях промышленности, транспорта, сельского хозяйства и т.п.
Известен электрический выключатель, патент США №US6522032, Н03K 17/96; Н03K 17/94; Н01Н 35/00, 2003 г. Выключатель содержит кожух цилиндрической формы, имеющий резьбу на его внешней боковой поверхности и с одного конца закрытый шляпкой. На внутренней поверхности шляпки установлена опорная рамка, к которой примыкает своей контактной поверхностью пьезоэлемент. С передающей поверхностью пьезоэлемента контактирует эластичная прокладка, электрически соединяющая пьезоэлемент с воспринимающей электрической схемой. К выходу воспринимающей схемы присоединен вход микроконтроллера образующих блок управления силовой выходной схемой выключателя, генерирующей выходной сигнал, который через контактные зажимы поступает на внешние выводы выключателя.
Шляпка кожуха выключателя является его органом управления. При механическом воздействии пальцем оператора на шляпку кожуха, пьезоэлемент деформируется и на его поверхностях возникает разность потенциалов, в результате чего первая схема воспринимает управляющий электрический сигнал, передает его микроконтроллеру, и последний дает команду выходной схеме на генерирование выходного сигнала.
Недостатками рассмотренного устройства является его сложность, высокая стоимость и низкая надежность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятым за прототип является пьезоэлектрический выключатель, патент ЕПО №ЕР0343685, Н01Н 13/00, 1989.
Конструкция пьезоэлектрического выключателя содержит модуль, в корпусе (фиг.1) которого расположены основные функциональные элементы выключателя, представленные на фиг.2. В число их входит пьезоэлемен 8, состоящий из пьезокристалла с напыленными на него положительным 18 и отрицательным 19 электродами, между которыми имеется зазор 20. Пьезоэлемент 8 размещен
на донце 22 корпуса модуля с помощью, по крайней мере, липкой ленты 21. Конструкция корпуса показана на фиг.1.
На пьезоэлемент 8 наложен соединитель типа «зебра» 9, содержащий перемежающиеся проводящие 10 и изоляционные 11 слои. Сверху соединитель 9 прижат печатной платой 12 с нанесенной на ней электрической схемой выключателя. Плата 12 имеет две контактные площадки, при этом площадка 13 через соединитель 9 контактирует с положительным электродом 18 пьезоэлемента 8, площадка 14 - с его отрицательным электродом 19.
Представленным на фиг.1 и 2 элементам конструкции устройства-прототипа присущи следующие недостатки:
- сложная конструкция корпуса модуля;
- нерациональное использование пьезокристалла без металлической подложки, вынуждающее при изготовлении пьезовыключателя наносить на поверхность пьезокристалла электроды путем напыления металла, что сопряжено с необходимостью наличия соответствующего оборудования и вызывает существенное возрастание трудоемкости изготовления выключателя.
- значительное снижение емкости пьезоэлемента ввиду несовершенной конструкции отрицательного электрода, шунтирующего часть пьезокристалла;
- ненадежный съем отрицательного сигнала с пьезоэлемента, ввиду малых размеров контактной площадки отрицательного электрода.
- недостаточная гибкость используемого пьезокристалла большой толщины, что чревато возможностью его механического разрушения при излишнем физическом воздействии.
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение надежности за счет осуществление токосъема с пьезоэлемента без шунтирования его части, снижения отдаваемой им полезной емкости; упрощение изготовления корпуса и сборки элементов модуля путем изготовления простой формы корпуса модуля.
Технический результат достигается тем, что в пьезоэлектрическом выключателе содержащем кожух цилиндрической формы с резьбой на его внешней боковой поверхности и закрытый с одного конца шляпкой и резьбой на его внешней лицевой поверхности и, находящийся в кожухе модуль, в корпусе которого расположены пьезоэлемент с напыленным положительным электродом, соединитель типа «зебра», печатная плата с электрической схемой и контактными площадками, пьезоэлемент содержит металлическую подложку, а корпус модуля выполнен
в форме простого стакана с расположенными по его краю защелками, причем печатная плата содержит дополнительную контактную площадку.
Заявляемый пьезоэлектрический выключатель, конструкция которого представлена на фиг.3, 4 и 5, содержит кожух 1 цилиндрической формы, имеющий резьбу на его внешней боковой поверхности и с одного конца закрытый шляпкой 2. С внутренней поверхности шляпки 2 кожуха 1 расположен модуль 3, в корпусе 7 которого находятся пьезоэлемент 8, соединитель типа «зебра» 9 и печатная плата 12 с электрической схемой выключателя и его выводами 4. Модуль с открытой стороны кожуха 1 залит компаундом 5, сквозь который наружу выходят выводы 10 электрической схемы выключателя.
Соединитель 9 выполненный из эластичного материала, в котором чередуются проводящие 10 и изолирующие 11 слои, одной своей поверхностью контактирует с положительным электродом 18 пьезоэлемента 8 и с его подложкой 17, выполняющей функции отрицательного электрода пьезоэлемента. Противоположной своей поверхностью соединитель 9 контактирует с положительной 13 и двумя отрицательными 14 контактными площадками печатной платы 12.
Пьезовыключатель работает следующим образом. При механическом воздействии, приложенном в направлении стрелки 6 к шляпке 2, выполняющей функции органа управления выключателя, происходит деформация шляпки 2, донца корпуса 7 модуля 3 и пьезоэлемента 8. В процессе деформирования пьезоэлемента 8 между его положительным 18 и отрицательным 17 электродами возникает разность потенциалов, которая воспринимается положительной 13 и отрицательными 14 контактными площадками платы 12 и поступает в ее электрическую схему. Под воздействием воспринятого командного импульса схема генерирует соответствующий выходной сигнал, поступающий на выводы 4 выключателя.
Заявляемая конструкция пьезоэлектрического выключателя, в частности, пьезоэлемента с металлической подложкой (решающей функцию отрицательного электрода), пьезокристаллом и напыленным на него положительным электродом, обеспечивает устойчивость пьезокристалла к внешним физическим воздействиям и без дополнительных технологических операций, позволяет осуществить токосъем с пьезоэлемента без шунтирования его части и результирующего значительного снижения отдаваемой им полезной емкости, при этом повышается надежность токосъем, за счет введенной дополнительной контактной площадки, а простая форма корпуса модуля в виде стакана с защелками по его краю упрощает изготовление корпуса и сборку элементов модуля, в процессе которой прижимаемая
к корпусу печатная плата защелкивается и прочно удерживается на корпусе модуля.
Заявляемое решение реализуется стандартными элементами
Опытные испытания показали результативность заявляемого решения.