RU99246U1

RU99246U1 - MAGNETO-ELECTRIC VOLTAGE CONVERTER

Info

Publication number: RU99246U1
Application number: RU2010125360/07U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Филиппов; Таисия Андреевна Галкина
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2010-11-10

Abstract

Магнитоэлектрический преобразователь напряжения, включающий структуру из феррит-пьезоэлектрического материала и катушку индуктивности, отличающийся тем, что структура выполнена в виде магнитоэлектрического конденсатора, диэлектриком которого является объемный феррит-пьезоэлектрический композиционный материал в форме диска с нанесенными на нижнюю и верхнюю поверхности металлическими контактами, а катушка индуктивности намотана соосно на конденсатор, причем конденсатор включен во входную цепь, а управление осуществляется электрическим полем.A magnetoelectric voltage converter, including a structure made of ferrite-piezoelectric material and an inductance coil, characterized in that the structure is made in the form of a magnetoelectric capacitor, the dielectric of which is a volumetric ferrite-piezoelectric composite material in the form of a disk with metal contacts applied to the lower and upper surfaces, and the inductance coil is wound coaxially on the capacitor, wherein the capacitor is included in the input circuit, and control is carried out by an electric field.

Description

Полезная модель относится к электронике и может быть использована в радиотехнике для преобразования переменного напряжения. Работа преобразователя напряжения основана на инверсном магнитоэлектрическом эффекте. Технический результат заключается в упрощении конструкции прибора и уменьшении потерь энергии.The utility model relates to electronics and can be used in radio engineering to convert AC voltage. The operation of the voltage converter is based on the inverse magnetoelectric effect. The technical result consists in simplifying the design of the device and reducing energy losses.

В классическом исполнении преобразователь напряжения или трансформатор состоит из магнитопровода, с намотанными на него двумя электрическими обмотками. Передача энергии из одной цепи в другую производится благодаря явлению взаимной индукции [Л.А.Бессонов «Теоретические основы электротехники». Издание девятое переработанное и дополненное. Москва, «Высшая школа», 1996 г., 639 с.]. Коэффициент трансформации определяется только соотношением количества витков упомянутых обмоток (за вычетом потерь).In the classic version, the voltage converter or transformer consists of a magnetic circuit, with two electrical windings wound around it. Energy is transferred from one circuit to another due to the phenomenon of mutual induction [L.A. Bessonov “Theoretical Foundations of Electrical Engineering”. The ninth edition is revised and supplemented. Moscow, Higher School, 1996, 639 pp.]. The transformation coefficient is determined only by the ratio of the number of turns of the mentioned windings (minus losses).

Многофункциональность трансформаторов, различные принципиальные схемы и конструкции приборов, в которых они применяются, обусловили большое их разнообразие по электрическим и конструктивным данным.The multifunctionality of transformers, the various circuit diagrams and the design of the devices in which they are used, have led to their great variety in terms of electrical and structural data.

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

Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является магнитоэлектрический трансформатор, содержащий слоистую структуру, состоящую из механически связанных между собой пьезоэлектрической и двух магнитострикционных пластинок и намотанную на них катушку индуктивности. На торцевые поверхности пьезоэлектрической пластинки нанесены тонкие металлические контакты. [см. S.Dong, J.F.Li, D.Viehland, J.Cheng, L.E.Cross A strong magnetoelectric voltage gain effect in magnetostrictiv-piezoelectric composite // Applied Physics Letters, 2004, v.83, №16, p.1354].The closest technical solution adopted for the prototype is a magnetoelectric transformer containing a layered structure consisting of mechanically interconnected piezoelectric and two magnetostrictive plates and an inductor wound on them. Thin metal contacts are applied to the end surfaces of the piezoelectric plate. [cm. S. Dong, J. F. Li, D. Viehland, J. Cheng, L. E. Cross A strong magnetoelectric voltage gain effect in magnetostrictive piezoelectric composite // Applied Physics Letters, 2004, v. 83, No. 16, p. 1354].

Недостатком прототипа является то, что входной цепью прибора является катушка индуктивности с малым активным сопротивлением, вследствие чего во входной цепи протекает большой электрический ток, приводящий к значительным потерям энергии. Кроме того, магнитоэлектрический образец выполнен в виде трехслойной структуры, состоящей из двух ферритовых и одной пьезоэлектрической пластинок, механически связанных между собой, что создает трудности при изготовлении структуры, а также приводит к значительным неоднородностям магнитного поля.The disadvantage of the prototype is that the input circuit of the device is an inductor with low active resistance, as a result of which a large electric current flows in the input circuit, resulting in significant energy losses. In addition, the magnetoelectric sample is made in the form of a three-layer structure consisting of two ferrite and one piezoelectric plates, mechanically interconnected, which creates difficulties in the manufacture of the structure, and also leads to significant inhomogeneities of the magnetic field.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции прибора и снижение электрических потерь во входной цепи.The objective of the utility model is to simplify the design of the device and reduce electrical losses in the input circuit.

Для решения данной задачи предложен магнитоэлектрический преобразователь напряжения, состоящий из дискообразного магнитоэлектрического конденсатора и намотанной на него катушки индуктивности.To solve this problem, a magnetoelectric voltage converter is proposed, consisting of a disk-shaped magnetoelectric capacitor and an inductor wound on it.

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

Устройство представляет собой магнитоэлектрический конденсатор, изготовленный из композиционного феррит-пьезоэлектрического материала в форме тонкого диска 1, на нижней и верхней поверхности которого нанесены тонкие металлические контакты 2, предназначенные для подачи входного сигнала. На конденсатор соосно намотана катушка индуктивности 3, содержащая N витков.The device is a magnetoelectric capacitor made of a composite ferrite-piezoelectric material in the form of a thin disk 1, on the lower and upper surface of which thin metal contacts 2 are applied, designed to supply an input signal. An inductor 3 containing N turns is coaxially wound around the capacitor.

Устройство работает следующим образом: к электродам прикладывается переменное напряжение, создающее, вследствие пьезоэффекта, механические деформации в пьезоэлектрической фазе. Эти деформации, посредством механического взаимодействия, передаются в ферритовую подсистему, где, вследствие магнитострикции, возникает намагниченность. Изменение намагниченности приводит к изменению магнитного потока, пронизывающего намотанную на образец катушку, что приводит к возникновению ЭДС индукции.The device operates as follows: an alternating voltage is applied to the electrodes, which, due to the piezoelectric effect, creates mechanical deformations in the piezoelectric phase. These deformations, through mechanical interaction, are transferred to the ferrite subsystem, where, due to magnetostriction, magnetization occurs. A change in the magnetization leads to a change in the magnetic flux penetrating the coil wound on the sample, which leads to the appearance of induction emf.

В отличие от прототипа, магнитоэлектрическая система представляет собой не трехслойную структуру, а объемный феррит-пьезоэлектрический композит и управление осуществляется не магнитным, а электрическим полем, что позволяет заменить катушку индуктивности во входной цепи на конденсатор.Unlike the prototype, the magnetoelectric system is not a three-layer structure, but the bulk ferrite-piezoelectric composite and the control is carried out not by a magnetic, but by an electric field, which allows you to replace the inductor in the input circuit with a capacitor.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет упростить конструкцию прибора, кроме того, входная цепь представляет собой конденсатор малой емкости, что приводит к уменьшению потерь энергии во входной цепи.Thus, the proposed utility model allows to simplify the design of the device, in addition, the input circuit is a small capacitor, which leads to a decrease in energy loss in the input circuit.

Claims

A magnetoelectric voltage converter comprising a structure of a ferrite-piezoelectric material and an inductor, characterized in that the structure is made in the form of a magnetoelectric capacitor, the dielectric of which is a bulk ferrite-piezoelectric composite material in the form of a disk with metal contacts deposited on the lower and upper surfaces, and a coil the inductance is coaxially wound onto the capacitor, the capacitor being included in the input circuit, and the control is electrically field.