RU154712U1

RU154712U1 - MAGNETO-ELECTRIC VOLTAGE TRANSFORMER

Info

Publication number: RU154712U1
Application number: RU2014151029/07U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Филиппов; Таисия Андреевна Галкина; Григорий Сергеевич Радченко
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Магнитоэлектрический трансформатор напряжения, представляющий структуру из конденсатора и катушки индуктивности, намотанной на магнитоэлектрический конденсатор, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме пластинки, на нижней и верхней поверхности которого нанесены тонкие металлические контакты, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен магнитопроводом, изготовленным из материала с высокой магнитной проницаемостью и служащим для замыкания магнитного потока, который вплотную примыкает к торцевым граням пластинки, причем длина нанесенных на пластинку металлических контактов меньше её длины, так что металлизированный слой не выходит на торцевые грани, примыкающие к магнитопроводу.A magnetoelectric voltage transformer, which is a structure consisting of a capacitor and an inductance coil wound on a magnetoelectric capacitor, the dielectric of which is a volumetric magnetostrictive-piezoelectric composite material in the form of a plate, on the lower and upper surfaces of which thin metal contacts are applied, characterized in that it is additionally equipped with a magnetic circuit made of a material with high magnetic permeability and serving to close the magnetic flux, which is closely adjacent to the end faces of the plate, and the length of the metal contacts applied to the plate is less than its length, so that the metallized layer does not extend to the end faces adjacent to the magnetic circuit.

Description

Полезная модель относится к электронике и может быть использована для преобразования переменного напряжения.The utility model relates to electronics and can be used to convert AC voltage.

Классический трансформатор напряжения состоит из магнитопровода, с намотанными на него двумя обмотками. [(М.В. Немцов, Электротехника и электроника, Москва, «Высшая школа», 2007, 560 стр. Глава №9).]. Коэффициент трансформации определяется только отношением количества витков первичной и вторичной обмоток.A classic voltage transformer consists of a magnetic circuit, with two windings wound around it. [(MV Nemtsov, Electrical Engineering and Electronics, Moscow, Higher School, 2007, 560 pp. Chapter No. 9).]. The transformation coefficient is determined only by the ratio of the number of turns of the primary and secondary windings.

К общим недостаткам трансформаторов в классическом исполнении следует отнести громоздкость элементов конструкции, связанную с наличием двух обмоток - первичной и вторичной.The common disadvantages of transformers in the classic design include the bulkiness of structural elements associated with the presence of two windings - primary and secondary.

Известен также автотрансформатор, содержащий одну обмотку, но при этом обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения, вследствие чего не осуществляется гальванической развязки между входной и выходной цепью.An autotransformer containing one winding is also known, but the lower voltage winding is part of the higher voltage winding, as a result of which there is no galvanic isolation between the input and output circuits.

Наиболее близким по техническому решению является принятый за прототип магнитоэлектрический трансформатор, состоящий из катушки индуктивности, намотанной на конденсатор, диэлектриком которого является образец из феррит-пьезоэлектрического композита в форме пластинки [см. RU №104375, H01F 19/04, от 10.05.2011].The closest in technical solution is the magnetoelectric transformer adopted as a prototype, consisting of an inductor wound around a capacitor, the dielectric of which is a sample of a ferrite-piezoelectric composite in the form of a plate [see RU No. 104375, H01F 19/04, dated 05/10/2011].

Недостатком данной конструкции прибора является то, что магнитный поток не является замкнутым, в результате чего происходит рассеяние энергии магнитного поля в окружающее пространство, что приводит к потерям энергии и уменьшению коэффициента магнитоэлектрического преобразования.The disadvantage of this device design is that the magnetic flux is not closed, as a result of which the energy of the magnetic field is dissipated into the surrounding space, which leads to energy loss and a decrease in the magnetoelectric conversion coefficient.

Задачей данной полезной модели является уменьшение потерь энергии и увеличение эффективности работы прибора.The objective of this utility model is to reduce energy loss and increase the efficiency of the device.

Для решения данной задачи предложен магнитоэлектрический трансформатор напряжения, представляющий структуру из конденсатора и катушки индуктивности, намотанной на магнитоэлектрический конденсатор, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме пластинки, на нижней и верхней поверхности которого нанесены тонкие металлические контакты, причем он дополнительно снабжен магнитопроводом, изготовленным из материала с высокой магнитной проницаемостью и служащим для замыкания магнитного потока, который вплотную примыкает к торцевым граням пластинки, а длина нанесенных на пластинку металлических контактов меньше ее длины, так что металлизированный слой не выходит на торцевые грани, примыкающие к магнитопроводу.To solve this problem, a magnetoelectric voltage transformer is proposed, representing a structure of a capacitor and an inductor wound on a magnetoelectric capacitor, the dielectric of which is a volume magnetostrictive piezoelectric composite material in the form of a plate, on the lower and upper surface of which thin metal contacts are applied, and it is additionally equipped a magnetic circuit made of a material with high magnetic permeability and serving to short circuit Nia magnetic flux, which is directly adjacent to the end faces of the plate, and the length of the plate supported on the metal contacts is less than its length so that the metalized layer does not reach the end faces adjacent to the magnetic circuit.

Для пояснения предполагаемой полезной модели предложен чертеж, где изображен общий вид магнитоэлектрического трансформатора напряжения.To clarify the proposed utility model, a drawing is proposed, which shows a general view of a magnetoelectric voltage transformer.

Устройство представляет собой конденсатор, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме пластинки 1, на нижней и верхней поверхности которого нанесены тонкие металлические контакты 2, предназначенные для подачи входного сигнала. Длина контактов меньше длины пластинки, так что металлизированный слой не выходит на торцевые грани. Диэлектрик конденсатора предварительно поляризован в направлении, перпендикулярном контактам при помощи подачи на обкладки конденсатора постоянного напряжения. На конденсатор намотана катушка индуктивности 3, содержащая N витков. Вплотную к торцевым граням пластинки примыкает магнитопровод 4, изготовленный из материала с высокой магнитной проницаемостью и предназначенный для замыкания магнитного потока.The device is a capacitor, the dielectric of which is a volume magnetostrictive piezoelectric composite material in the form of a plate 1, on the lower and upper surface of which thin metal contacts 2 are applied, designed to supply an input signal. The length of the contacts is less than the length of the plate, so that the metallized layer does not extend to the end faces. The capacitor dielectric is pre-polarized in the direction perpendicular to the contacts by applying a constant voltage to the capacitor plates. An inductor 3 containing N turns is wound around the capacitor. Close to the end faces of the plate adjoins the magnetic circuit 4, made of a material with high magnetic permeability and designed to close the magnetic flux.

Устройство работает следующим образом: к электродам прикладывается переменное напряжение частотой f, создающее в пьезоэлектрической фазе вынужденные механические деформации. Эти деформации, посредством механического взаимодействия, передаются в ферритовую подсистему, где, вследствие магнитострикции, возникает переменная намагниченность, приводящая к изменению магнитного потока, пронизывающего намотанную на образец катушку, что приводит к возникновению ЭДС индукции. В отличие от прототипа, магнитная цепь является замкнутой, в результате чего не происходит рассеяние энергии магнитного поля, что приводит к снижению потерь энергии и увеличению коэффициента магнитоэлектрического преобразования.The device operates as follows: an alternating voltage of frequency f is applied to the electrodes, which creates forced mechanical deformations in the piezoelectric phase. These deformations, through mechanical interaction, are transferred to the ferrite subsystem, where, due to magnetostriction, a variable magnetization occurs, leading to a change in the magnetic flux penetrating the coil wound on the sample, which leads to the emergence of EMF induction. Unlike the prototype, the magnetic circuit is closed, as a result of which the energy of the magnetic field is not dissipated, which leads to a decrease in energy loss and an increase in the coefficient of magnetoelectric conversion.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет уменьшить потери энергии, связанные с рассеянием энергии магнитного поля и улучшить эффективность работы устройства.Thus, the proposed utility model can reduce the energy loss associated with the dissipation of magnetic field energy and improve the efficiency of the device.

Claims

A magnetoelectric voltage transformer representing a structure of a capacitor and an inductor wound around a magnetoelectric capacitor, the dielectric of which is a volume magnetostrictive piezoelectric composite material in the form of a plate, on the lower and upper surface of which thin metal contacts are deposited, characterized in that it is additionally equipped with a magnetic circuit, made of a material with high magnetic permeability and serving to close the magnetic flux Which is directly adjacent to the end faces of the plate, wherein the length of the plate supported on the metal contacts is less than its length so that the metalized layer does not reach the end faces adjacent to the magnetic circuit.