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 пьезоэлектрический переключатель по патенту РФ №32340, содержащий герметичный корпус, в котором сформирована упругая мембрана, пьезоэлектрический чувствительный элемент, установленный на мембрану и срабатывающий при механическом воздействии на корпус мембраны с наружной стороны, и электронный ключ, представляющий собой плату с электрорадиоэлементами, выполненную с возможностью электрического соединения с чувствительным элементом. Переключатель снабжен держателем, выполненным из диэлектрического материала и с возможностью обеспечения фиксации пьезоэлектрического чувствительного элемента относительно платы электронного ключа, а также фиксации последних внутри корпуса, при этом плата электронного ключа ориентирована вдоль оси корпуса. Корпус переключателя выполнен из металла или диэлектрического материала, а полость корпуса герметизирована за счет заливки компаундом или пластической массой. На торце держателя, обращенном к пьезоэлектрическому чувствительному элементу переключателя, выполнено гнездо для размещения последнего, а в основании держателя выполнены окна для обеспечения подключения платы электронного ключа к чувствительному элементу и посадочный элемент. При этом плата электронного ключа имеет паз для установки на посадочный элемент держателя и выступы с контактными площадками чувствительного элемента через окна в основании держателя.
Несмотря на достигнутую определенную защищенность переключателя от вредного воздействия окружающей среды и, как следствие, повышение срока эксплуатации и надежности, недостатком его является нерациональное конструктивное решение, связанное с фиксацией и герметизацией основных функциональных элементов переключателя только после установки в корпус конкретного изделия.
Известен пьезоэлектрический переключатель по патенту РФ №54278, содержащий корпус, выполненный герметичным, мембрану, расположенную на корпусе, пьезоэлектрический элемент, установленный на мембрану внутри корпуса с внутренней ее стороны и срабатывающий при механическом воздействии на мембрану с наружной ее стороны, плату с радиоэлементами, предназначенную для реализации функции электронного ключа и электрически подсоединенную к пьезоэлектрическому элементу. Пьезоэлектрический элемент жестко прикреплен к мембране. Для фиксации и базирования платы с радиоэлементами относительно пьезоэлектрического элемента использована свободная наружная поверхность пьезоэлектрического элемента, а внутренняя полость корпуса полностью заполнена компаундом.
Однако недостатком известного переключателя также является нерациональное конструктивное решение, связанное с фиксацией и герметизацией основных функциональных элементов переключателя только после установки в корпус конкретного изделия. Вследствие этого, при выходе из строя основных функциональных элементов переключателя, придется заменять весь корпус изделия.
Известен пьезоэлектрический выключатель по патенту ЕПО ЕР №0343685. Конструкция пьезоэлектрического выключателя содержит держатель в виде модуля. В корпусе держателя расположены основные функциональные элементы выключателя - пьезоэлемент, состоящий из пьезокристалла с напыленными на него положительным и отрицательным электродами, между которыми имеется зазор. Пьезоэлемент размещен на донце корпуса модуля с помощью, по крайней мере, липкой ленты. На пьезоэлемент наложен соединитель типа «зебра», содержащий перемежающиеся проводящие и изоляционные слои. Сверху соединитель прижат печатной платой с нанесенной на ней электрической схемой выключателя. Плата имеет две контактные площадки, при этом одна площадка через соединитель контактирует с положительным электродом пьезоэлемента, а другая площадка - с его отрицательным электродом.
Недостатками известного выключателя является сложная конструкция корпуса модуля, ненадежная фиксация основных функциональных элементов и возможность герметизации основных функциональных элементов переключателя только после установки в корпус конкретного изделия.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения принят пьезоэлектрический выключатель по патенту РФ №73120, содержащий держатель в виде модуля. Держатель находится в кожухе пьезоэлектрического выключателя. Держатель, в свою очередь, состоит из корпуса, в котором расположен пьезоэлемент с напыленным положительным электродом, содержащий металлическую подложку, соединитель типа «зебра» и печатная плата с электрической схемой и двумя контактными площадками. Корпус держателя имеет элементы фиксации в виде защелки. Печатная плата может содержать дополнительную контактную площадку. После установки держателя в кожух пьезоэлектрического выключателя, внутренняя полость кожуха выключателя заливается компаундом, сквозь который наружу выходят выводы электрической схемы печатной платы держателя.
В известном техническом решении фиксация основных функциональных элементов - пьезоэлемента, печатной платы, и соединителя типа «зебра» в корпусе держателя при сборке осуществляется с помощью двух защелок. Такая конструкция корпуса ненадежна, т.к. после захвата печатной платы защелками, последние находятся в раздвинутом, «напряженном» состоянии из-за противодействия соединителя типа «зебра». Что снижает надежность фиксации указанных выше элементов в держателе. Также происходит деформация рабочей поверхности держателя, вследствие которой снижается качество соединения модуля с кожухом выключателя из-за неравномерного слоя клеевого состава, повторяющего форму деформированной поверхности держателя. Все эти недостатки конструкции держателя, в конечном счете, приводят к снижению надежности пьезоэлектрического выключателя и его долговечности. Кроме того, недостатком ближайшего аналога также является нерациональное конструктивное решение, связанное с герметизацией основных функциональных элементов держателя только после установки держателя в кожух конкретного пьезоэлектрического выключателя. Вследствие этого, при выходе из строя основных функциональных элементов держателя, придется заменять весь, заполненный компаундом, кожух пьезоэлектрического выключателя вместе с держателем.
Также, конструкция ближайшего аналога не позволяет проводить полноценную проверку и испытания основных функциональных элементов держателя, с учетом герметичности, до установки в корпус конкретного пьезоэлектрического выключателя.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание пьезоэлектрического выключателя, содержащего держатель, выполненный в виде самостоятельного законченного изделия, защищенного от климатического воздействия и вредных факторов окружающей среды. А также возможность использования такого держателя в различных типах корпусов пьезоэлектрических выключателей с учетом взаимозаменяемости.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности работы функциональных элементов пьезоэлектрического выключателя в течение длительного срока эксплуатации за счет увеличения прочности и герметичности корпуса держателя пьезоэлектрического выключателя.
Технический результат достигается тем, что в пьезоэлектрическом выключателе, содержащем кожух, в котором расположен держатель, в свою очередь, состоящий из цилиндрического корпуса в форме стакана, в котором расположен пьезоэлемент с напыленным положительным электродом и металлической подложкой, соединитель-токосъемник, печатная плата с электрической схемой и контактными площадками, корпус держателя закрыт крышкой с помощью замочного узла, а внутренняя полость корпуса держателя заполнена компаундом.
Заявляемый пьезоэлектрический выключатель, конструкция которого представлена на фиг.1, состоит из кожуха 1 и, расположенного в нем, держателя имеющего цилиндрический корпус 2 в виде стакана. Внутри корпуса 2 держателя находится пьезоэлемент 3 (см. фиг.2), соединитель-токосъемник 4 и печатная плата 5 с электрической схемой выключателя и его выводами (не показаны). Внутренняя полость корпуса 2 держателя заполнена компаундом и закрыта крышкой 6 с помощью замочного узла. Замочный узел образован фиксацией крышки 6 на корпусе 2 следующим образом. На корпусе 2 со стороны открытой торцевой части корпуса расположены фиксирующие выступы 7, а на крышке 6 имеются два ступенчатых упора 8, отверстие 9 для ключа и два отверстия 10 для выводов электрической схемы печатной платы 5 держателя. После установки крышки 6 на открытую торцовую часть корпуса 2 держателя и поворота ее с помощью ключа вокруг оси по часовой стрелке, ступенчатые упоры 8 прочно фиксируются выступами 7 со стороны открытой торцевой части корпуса 2 держателя.
Соединитель-токосъемник 4, выполненный из эластичного материала, одной своей поверхностью контактирует с положительным электродом пьезоэлемента 3 и с его подложкой, выполняющей функции отрицательного электрода пьезоэлемента. Противоположной своей поверхностью соединитель-токосъемник 4 контактирует с положительной и двумя отрицательными контактными площадками печатной платы 5.
Пьезоэлектрический выключатель работает следующим образом. При механическом воздействии, приложенном в направлении к донцу кожуха 1, происходит деформация донца кожуха 1, донца корпуса 2 держателя и пьезоэлемента 3. В процессе деформирования пьезоэлемента 3, между его положительным и отрицательным электродами возникает разность потенциалов, которая воспринимается положительной и отрицательной контактной площадкой печатной платы 5 и поступает в ее электрическую схему. Под воздействием воспринятого командного импульса схема генерирует соответствующий выходной сигнал, поступающий на выводы 6 выключателя.
Заявляемый пьезоэлектрический выключатель, содержащий держатель, обеспечивает более надежную фиксацию основных функциональных элементов изделия за счет конструкции держателя, состоящей из корпуса и крышки, соединенных между собой замочным узлом. Держатель в сборе с заполненной компаундом внутренней полостью корпуса обладает самостоятельной (автономной) устойчивостью к вредным воздействиям окружающей среды. Представляет собой взаимозаменяемое, законченное, готовое к использованию изделие, с возможностью проведения испытаний для проверки функциональности его основных элементов в полном объеме как конечного продукта.
Заявляемый пьезоэлектрический выключатель может быть изготовлен с использованием современного стандартного технологического оборудования.