RU2562067C1 - Magneto-electric ring transformer with magnetic biasing - Google Patents

Magneto-electric ring transformer with magnetic biasing Download PDF

Info

Publication number
RU2562067C1
RU2562067C1 RU2014120359/07A RU2014120359A RU2562067C1 RU 2562067 C1 RU2562067 C1 RU 2562067C1 RU 2014120359/07 A RU2014120359/07 A RU 2014120359/07A RU 2014120359 A RU2014120359 A RU 2014120359A RU 2562067 C1 RU2562067 C1 RU 2562067C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
magneto
inductance coil
magnetoelectric
transformer
Prior art date
Application number
RU2014120359/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Александрович Филиппов
Таисия Андреевна Галкина
Олег Владимирович Антоненков
Петр Анатольевич Струнков
Григорий Сергеевич Радченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority to RU2014120359/07A priority Critical patent/RU2562067C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2562067C1 publication Critical patent/RU2562067C1/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: magneto-electric ring transformer with magnetic biasing represents a structure made in the form of a magneto-electric capacitor connected to an input circuit, the dielectric material of which is volumetric magnetostrictive piezoelectric composite material in the form of a flat ring, to the inner and outer surfaces of which electrodes are applied, and inductance coil wound on it. When alternating voltage is being supplied to the capacitor, in a piezoelectric phase of composite material there created are mechanical stresses that are transmitted to a magnetostrictive phase, and as a result, magnetisation intensity is changed, which leads to induction of EMF in the inductance coil wound on the specimen. Additionally, a capacitor from which a variable output signal is picked up is connected to the output circuit. At the same time, the inductance coil is used for creation of a magnetic bias field.
EFFECT: improving transformer action efficiency.
1 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования напряжения.The invention relates to electronics and can be used in AC circuits for voltage conversion.

В классическом исполнении трансформатор состоит из магнитопровода с намотанными на него двумя или более электрическими обмотками. Передача энергии из одной цепи в другую производится благодаря явлению взаимной индукции [(М.В. Немцов, Электротехника и электроника, Москва, «Высшая школа», 2007, 560 стр. Глава №9).]. Так как снимаемое с выходной обмотки напряжение пропорционально количеству в ней витков, это приводит к неоправданному росту размеров устройства и его громоздкости в промышленном исполнении.In the classic version, the transformer consists of a magnetic circuit with two or more electrical windings wound around it. Energy is transferred from one circuit to another due to the phenomenon of mutual induction [(MV Nemtsov, Electrical Engineering and Electronics, Moscow, Higher School, 2007, 560 pp. Chapter 9).]. Since the voltage removed from the output winding is proportional to the number of turns in it, this leads to an unjustified increase in the size of the device and its bulkiness in industrial design.

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, принятому за прототип, является кольцевой магнитоэлектрический трансформатор, представляющий собой структуру, выполненную в виде включенного во входную цепь магнитоэлектрического конденсатора, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме плоского кольца, на внутреннюю и внешнюю поверхности которого нанесены электроды, а выходной сигнал снимается с катушки индуктивности [см. RU №128775, H01F 19/04, от 25.05.2013].The closest technical solution adopted for the prototype is a ring magnetoelectric transformer, which is a structure made in the form of a magnetoelectric capacitor included in the input circuit, the dielectric of which is a volume magnetostrictive piezoelectric composite material in the form of a flat ring, on the inner and outer surfaces of which are applied electrodes, and the output signal is removed from the inductor [see RU No. 128775, H01F 19/04, dated 05.25.2013].

Недостатком известного кольцевого магнитоэлектрического трансформатора является отсутствие поля подмагничивания, в результате чего при преобразовании электрического поля в магнитное возникает квадратичный магнитоэлектрический эффект [см. Д.А. Филиппов, В.М. Лалетин, Т.О. Фирсова. Нелинейный магнитоэлектрический эффект в композиционных мультиферроиках // Физика твердого тела, 2014, том 56, вып. 5 с. 944-948].A disadvantage of the known ring magnetoelectric transformer is the absence of a magnetization field, as a result of which, when converting the electric field to magnetic, a quadratic magnetoelectric effect occurs [see YES. Filippov, V.M. Laletin, T.O. Firsova. Nonlinear magnetoelectric effect in composite multiferroics // Solid State Physics, 2014, Volume 56, no. 5 sec 944-948].

Задача, на решение которой направлено заявляемое предложение, состоит в улучшении характеристик и повышении эффективности действия устройства.The problem to which the claimed proposal is directed is to improve the performance and increase the efficiency of the device.

Для решения данной задачи предложен кольцевой магнитоэлектрический трансформатор с подмагничиванием. Известно, что величина магнитоэлектрического эффекта очень сильно зависит от поля подмагничивания, и на так называемой полевой зависимости эффекта имеется ярко выраженный максимум [см. Д.А. Филиппов, В.М. Лалетин, G. Srinivasan. Низкочастотный и резонансный магнитоэлектрические эффекты в объемных композиционных структурах феррит никеля - цирконат-титанат свинца // Журнал технической физики, 2012, т. 82, №1, с. 47-51]. Этот эффект предлагается использовать в заявляемом устройстве.To solve this problem, a ring magnetoelectric transformer with magnetization is proposed. It is known that the magnitude of the magnetoelectric effect very much depends on the magnetization field, and the so-called field dependence of the effect has a pronounced maximum [see YES. Filippov, V.M. Laletin, G. Srinivasan. Low-frequency and resonant magnetoelectric effects in bulk composite structures of nickel ferrite - lead zirconate-titanate // Journal of Technical Physics, 2012, v. 82, No. 1, p. 47-51]. This effect is proposed to be used in the inventive device.

Для пояснения предлагаемого изобретения предложена фиг. 1, где изображен общий вид кольцевого магнитоэлектрического трансформатора с подмагничиванием.To explain the invention, FIG. 1, which shows a General view of a ring magnetoelectric transformer with magnetization.

Устройство представляет собой структуру, выполненную в виде включенного во входную цепь магнитоэлектрического конденсатора, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме плоского кольца 1. На внутренней и внешней поверхностях кольца нанесены тонкие металлические контакты 2, предназначенные для подачи входного сигнала. Диэлектрик конденсатора предварительно радиально поляризован при помощи подачи на обкладки конденсатора постоянного напряжения. На конденсатор намотана катушка индуктивности 3, содержащая N витков. Дополнительно к катушке индуктивности включен конденсатор 4.The device is a structure made in the form of a magnetoelectric capacitor included in the input circuit, the dielectric of which is a three-dimensional magnetostrictive piezoelectric composite material in the form of a flat ring 1. Thin metal contacts 2 are applied on the inner and outer surfaces of the ring to supply an input signal. The capacitor dielectric is pre-radially polarized by applying a constant voltage to the capacitor plates. An inductor 3 containing N turns is wound around the capacitor. In addition to the inductor, a capacitor 4 is included.

Устройство работает следующим образом: на катушку индуктивности подается постоянное напряжение Ubias, которое создает в кольцевой структуре поле подмагничивания. Величина напряжения подбирается таким образом, чтобы создаваемое поле соответствовало максимальному значению магнитоэлектрического эффекта. К входным электродам прикладывается переменное напряжение частотой f, создающее в пьезоэлектрической фазе композита механические напряжения. Эти напряжения посредством механического взаимодействия между компонентами передаются в магнитострикционную фазу, в результате чего происходит изменение намагниченности, приводящее к изменению магнитного потока, пронизывающего намотанную на образец катушку, что приводит к возникновению ЭДС индукции, которая снимается с конденсатора. Наличие конденсатора позволяет разделить переменный выходной сигнал Uout и постоянную составляющую Ubias, создающую поле подмагничивания. Это позволяет использовать катушку индуктивности и как выходную обмотку, и одновременно как катушку, создающую поле подмагничивания.The device operates as follows: a constant voltage U bias is applied to the inductor, which creates a bias field in the ring structure. The voltage value is selected so that the generated field corresponds to the maximum value of the magnetoelectric effect. An alternating voltage of frequency f is applied to the input electrodes, which creates mechanical stresses in the piezoelectric phase of the composite. These stresses are transmitted through a mechanical interaction between the components to the magnetostrictive phase, resulting in a change in the magnetization, leading to a change in the magnetic flux penetrating the coil wound on the sample, which leads to the appearance of induction emf, which is removed from the capacitor. The presence of a capacitor allows you to separate the variable output signal U out and the constant component U bias , which creates a bias field. This allows you to use the inductor as an output winding, and at the same time as a coil that creates a bias field.

В отличие от прототипа кольцевой магнитоэлектрический трансформатор с подмагничиванием благодаря наличию конденсатора в выходной цепи позволяет катушку индуктивности одновременно использовать и для создания поля подмагничивания, что приводит к повышению эффективности действия устройства.Unlike the prototype, a magnetoelectric ring transformer with magnetization due to the presence of a capacitor in the output circuit allows the inductor to be simultaneously used to create a magnetization field, which leads to an increase in the efficiency of the device.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно улучшить характеристики устройства и повысить эффективность действия магнитоэлектрического трансформатора.Thus, the present invention can significantly improve the characteristics of the device and increase the efficiency of the magnetoelectric transformer.

Claims (1)

Кольцевой магнитоэлектрический трансформатор с подмагничиванием, представляющий структуру, выполненную в виде включенного во входную цепь магнитоэлектрического конденсатора, диэлектриком которого является объемный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал в форме плоского кольца, на внутреннюю и внешнюю поверхности которого нанесены электроды, и намотанной на него катушки индуктивности, отличающийся тем, что к ней дополнительно подключен конденсатор, с которого снимается выходной сигнал, а катушка индуктивности одновременно используется для создания поля подмагничивания. A magnetizing magnetoelectric ring transformer, which is a structure made in the form of a magnetoelectric capacitor included in the input circuit, whose dielectric is a volume magnetostrictive piezoelectric composite material in the form of a flat ring, on the inner and outer surfaces of which electrodes are applied, and an inductor wound on it, characterized the fact that an additional capacitor is connected to it, from which the output signal is removed, and the coil is inductively It is simultaneously used to create a bias field.
RU2014120359/07A 2014-05-20 2014-05-20 Magneto-electric ring transformer with magnetic biasing RU2562067C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014120359/07A RU2562067C1 (en) 2014-05-20 2014-05-20 Magneto-electric ring transformer with magnetic biasing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014120359/07A RU2562067C1 (en) 2014-05-20 2014-05-20 Magneto-electric ring transformer with magnetic biasing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2562067C1 true RU2562067C1 (en) 2015-09-10

Family

ID=54073495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014120359/07A RU2562067C1 (en) 2014-05-20 2014-05-20 Magneto-electric ring transformer with magnetic biasing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2562067C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU202588U1 (en) * 2020-11-10 2021-02-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Magnetoelectric transformer

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU99246U1 (en) * 2010-06-21 2010-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого MAGNETO-ELECTRIC VOLTAGE CONVERTER
RU104375U1 (en) * 2010-11-02 2011-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого NARROW-BAND MAGNETOELECTRIC VOLTAGE TRANSFORMER
RU108216U1 (en) * 2011-04-14 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудорого MULTI-LAYER MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER
RU114394U1 (en) * 2011-06-24 2012-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Спинтрон" DISK MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER
RU2476960C2 (en) * 2011-03-16 2013-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Magnetoelectric transformer
RU128775U1 (en) * 2012-12-12 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого RING MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU99246U1 (en) * 2010-06-21 2010-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого MAGNETO-ELECTRIC VOLTAGE CONVERTER
RU104375U1 (en) * 2010-11-02 2011-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого NARROW-BAND MAGNETOELECTRIC VOLTAGE TRANSFORMER
RU2476960C2 (en) * 2011-03-16 2013-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Magnetoelectric transformer
RU108216U1 (en) * 2011-04-14 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудорого MULTI-LAYER MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER
RU114394U1 (en) * 2011-06-24 2012-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Спинтрон" DISK MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER
RU128775U1 (en) * 2012-12-12 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого RING MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU202588U1 (en) * 2020-11-10 2021-02-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Magnetoelectric transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2505919C1 (en) Method, system and device for wireless transmission of energy (versions)
RU2562067C1 (en) Magneto-electric ring transformer with magnetic biasing
Zhou et al. Near-flat self-biased magnetoelectric response in geometry gradient composite
Wang et al. Adjustable-voltage-ratio magneto-electric transformer
RU128775U1 (en) RING MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER
RU108216U1 (en) MULTI-LAYER MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER
RU154712U1 (en) MAGNETO-ELECTRIC VOLTAGE TRANSFORMER
RU99246U1 (en) MAGNETO-ELECTRIC VOLTAGE CONVERTER
Laletin et al. The nonlinear resonance magnetoelectric effect in magnetostrictive-piezoelectric structures
RU104375U1 (en) NARROW-BAND MAGNETOELECTRIC VOLTAGE TRANSFORMER
RU202588U1 (en) Magnetoelectric transformer
Kalgin et al. Specific features of the inverse magnetoelectric effect in two-layered Tb 0.12 Dy 0.2 Fe 0.68-PbZr 0.53 Ti 0.47 O 3 composites
RU114394U1 (en) DISK MAGNETOELECTRIC TRANSFORMER
Petrov et al. Magnetoelectric Transducers.
RU2642497C1 (en) Magnetoelectric current-voltage transducer with frequency doubling
Savelev et al. Magnetoelectric ring-type inductors tuned by electric and magnetic fields
RU2639948C1 (en) Device and method of electric signals amplification (versions)
Petrov et al. Current sensor based on magnetoelectric effect
Saveliev et al. Resonance magnetoelectric effect in a composite ferromagnet–dielectric–piezoelectric Langevin-type resonator
RU2476960C2 (en) Magnetoelectric transformer
Savelev et al. Magnetoelectric effects in a composite ferromagnet–piezoelectric heterostructure under pulsed excitation
RU170581U1 (en) MAGNETO ELECTRIC GYRATOR
JP6558715B2 (en) Electric power device effective in suppressing electromagnetic induction action
Wang et al. A compact single-phase adjustable-voltage-ratio magnetoelectric transformer
WO2019182470A1 (en) Static electric generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160521