Магнитоэлектрический преобразователь ток - напряжение с удвоением частоты

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования тока в напряжение с удвоением частоты выходного сигнала. Преобразователь представляет собой структуру из конденсатора, обкладками которого являются изготовленные из магнитострикционного металла пластины, механически связанные с расположенной внутри них пьезоэлектрической пластиной и намотанной на него катушкой индуктивности, и магнитопровода, выполненного в виде двух П-образных пластин, вплотную примыкающих к магнитострикционным пластинам, что обеспечивает замыкание магнитного потока. Входным сигналом является ток катушки индуктивности, а выходной сигнал снимается с обкладок конденсатора. Технический результат состоит в том, что для работы преобразователя не требуется создания поля подмагничивания, и он содержит магнитопровод, который обеспечивает замыкание магнитного потока, что приводит к уменьшению потерь энергии. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования тока в напряжение с одновременным удвоением частоты выходного сигнала.

Известен преобразователь ток - напряжение, использующий принцип измерения падения напряжения на образцовом резисторе, содержащий блок образцовых резисторов для преобразования тока в напряжение и ключи для переключения поддиапазонов преобразования тока.

Недостатком подобных устройств является высокое входное сопротивление и большие потери, связанные с выделением энергии при протекании тока через резистор.

Наиболее близким по техническому решению является принятый за прототип магнитоэлектрический трансформатор, состоящий из конденсатора, представляющего собой слоистую структуру, состоящую из механически связанных между собой пьезоэлектрической и двух магнитострикционных пластинок, и намотанную на него катушку индуктивности [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].

В основу работы прототипа положен линейный магнитоэлектрический эффект, который заключается в возникновении электрического поля в магнитоэлектрической структуре под действием переменного магнитного поля при наличии поля подмагничивания.

Недостатком прототипа является то, что для работы устройства необходимо наличие поля подмагничивания, которое создается либо постоянными магнитами, либо дополнительной катушкой индуктивности, что усложняет конструкцию прибора. Кроме того, отсутствие магнитопровода приводит к тому, что магнитная цепь является разомкнутой, что приводит к рассеянию магнитного потока и потерям энергии.

Задачей изобретения является упрощение конструкции прибора и снижение потерь энергии.

Поставленная задача достигается тем, что в магнитоэлектрическом преобразователе ток - напряжение с удвоением частоты, представляющем собой структуру из конденсатора, обкладками которого являются изготовленные из магнитострикционного металла пластины, механически связанные с расположенной внутри них пьезоэлектрической пластиной и намотанной на него катушкой индуктивности, и магнитопровода, конструкция магнитопровода выполнена в виде двух П-образных пластин, вплотную примыкающих к магнитострикционным пластинам, что обеспечивает замыкание магнитного потока, при этом входным сигналом является ток катушки индуктивности, а выходной сигнал снимается с обкладок конденсатора.

Для решения данной задачи предложен магнитоэлектрический преобразователь ток - напряжение с удвоением частоты, состоящий из конденсатора, катушки индуктивности и магнитопровода.

Для пояснения предлагаемого изобретения предложен чертеж, где схематично изображен общий вид магнитоэлектрического преобразователя ток - напряжение с удвоением частоты.

Устройство представляет собой магнитоэлектрический конденсатор, обкладками которого являются пластины 1, изготовленные из магнитострикционного металла, которые механически связаны с пьезоэлектрической пластиной 2, расположенной внутри них, намотанной на конденсатор катушкой индуктивности 3, и магнитопровода 4.

В основе работы устройства лежит нелинейный магнитоэлектрический эффект. Известно, что в результате квадратичного магнитоэлектрического эффекта происходит преобразование магнитного поля в электрическое, величина которого пропорциональна квадрату напряженности переменного магнитного поля [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]. Вследствие квадратичности эффекта выходная частота выходного сигнала удваивается. Нелинейный магнитоэлектрический эффект, в отличие от линейного, проявляется и при отсутствии поля подмагничивания, что ведет к существенному упрощению конструкции по сравнению с прототипом.

Входным сигналом является переменный ток, подаваемый на катушку индуктивности. Электрическое напряжение удвоенной частоты снимается с хорошо проводящих магнитострикционных слоев. Пьезоэлектрик конденсатора предварительно поляризован в направлении, перпендикулярном плоскости пластины.

Устройство работает следующим образом: на катушку индуктивности подается переменный ток I с частотой ƒ, создающий в катушке индуктивности переменное магнитное поле с напряженностью

,

где n=N/L - число витков на единицу длины. Здесь N - число витков катушки, L - ее длина. Наличие магнитопровода приводит к тому, что силовые линии магнитного поля замыкаются внутри устройства и не выходят наружу, что приводит к уменьшению потерь энергии вследствие рассеяния. Переменное магнитное поле создает в магнитострикционной фазе композита механические деформации и, как следствие, связанные с ними механические напряжения. В результате наличия квадратичной зависимости механических напряжений и деформаций от приложенного магнитного поля они будут с удвоенной частотой 2ƒ. Эти напряжения посредством механического взаимодействия между компонентами передаются в пьезоэлектрическую фазу, в результате чего происходит возникновение напряжения частотой 2ƒ, которое снимается с электродов [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].

В качестве магнитострикционной компоненты могут быть выбраны такие металлы, как никель и пермендюр, которые обладают большой магнитострикцией, и на при малых магнитных полях имеют квадратичную зависимость деформаций от напряженности магнитного поля [см. Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov N.A., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Srinivasan G. Sreenivasulu G. Nonlinear magnetoelectric effects in planar ferromagnetic-piezoelectric structures // JMMM. - 2014. - V. 358 - 59. - P. 98-104].

В отличие от прототипа, для работы устройства не требуется подмагничивающих полей, что упрощает конструкцию прибора, а наличие магнитопровода снижает потери энергии, связанные с рассеянием магнитного поля. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно упростить конструкцию устройства, повысить его функциональность и повысить его эффективность действия.

Магнитоэлектрический преобразователь ток - напряжение с удвоением частоты, представляющий собой структуру из конденсатора, обкладками которого являются изготовленные из магнитострикционного металла пластины, механически связанные с расположенной внутри них пьезоэлектрической пластиной и намотанной на него катушкой индуктивности, и магнитопровода, отличающийся тем, что конструкция магнитопровода выполнена в виде двух П-образных пластин, вплотную примыкающих к магнитострикционным пластинам, что обеспечивает замыкание магнитного потока, при этом входным сигналом является ток катушки индуктивности, а выходной сигнал снимается с обкладок конденсатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях частоты систем электродвижения судов переменного тока, а также в тяговом электроприводе.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к многоуровневым преобразователям частоты, и может быть использовано для пуска и регулирования скорости вращения асинхронных и синхронных электродвигателей.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразователям электрической энергии, и может быть использовано для получения высококачественного трехфазного напряжения измененной частоты для питания спецпотребителей в автономных электроустановках.

Изобретение относится к силовой электротехнике и может быть использовано для питания систем автоматики и электродвигателей с повышенной частотой вращения, а также систем индукционного нагрева.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам генерирования электроэнергии с регулированием по частоте и напряжению при постоянной частоте вращения вала.

Изобретение относится к силовой электротехнике и может быть использовано в системах электропривода с плавной регулировкой скорости вращения, в том числе гребного, а также в установках депарафинизации нефтяных скважин.

Изобретение относится к устройствам преобразования частоты, ведомых сетью, и может быть использовано в установках, в которых требуется регулирование частоты. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводе для управления скоростью асинхронных электродвигателей. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для использования в электроприводах переменного тока, управляемых оптоэлектронными изоляторами, и источниках вторичного электропитания.

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может использоваться, например, в регуляторах температуры. .

Изобретение относится к пьезоактюаторам изгибного типа и предназначено для использования в электронике, управляемой оптике, микромеханике, медицине, машиностроении.

Изобретение может быть использовано в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах. Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров заключается в использовании полимеров в виде волокон (1), которые под воздействием электричества начинают сворачиваться в спираль.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к пьезоэлектрическому генератору достаточной мощности в виде прозрачной полимерной пьезопленки, которая может быть встроена в экран мобильного устройства и подзаряжать аккумулятор во время эксплуатации мобильного устройства при касании экрана.

Использование: для неразрушающего контроля напряженно-деформированного состояния конструкционного материала. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой пьезопреобразователь содержит корпус с нанесенным на его внутреннюю поверхность демпфирующим слоем и расположенную в корпусе призму, демпфер, соединенный с корпусом, и соединенный с демпфером пьезоэлемент, установленный на призме, при этом в основании призмы дополнительно установлены плоскопараллельные прямоугольные металлические пластины с прокладками между ними, причем металлические пластины имеют разные высоты и образуют ступенчатую пирамиду, а размеры плоскопараллельных прямоугольных металлических пластин выбирают исходя из определенных условий.

Изобретение относится к пьезоэлектронике. Сущность: рабочее тело высоковольтного генератора представляет собой инерционную массу и пакет из пластин поляризованных композиционных сегнетоэлектрических материалов с высокими значениями пьезоэлектрического коэффициента напряжения и заданной для каждой пластины прочностью на сжатие.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам и может быть использовано, в частности, в системах диагностики автомобиля и системах автосигнализации. Сущность: датчик включает пьезоэлектрическое рабочее тело и систему регистрации.

Изобретение относится к электронной технике, а именно: к области создания магнитоэлектрических преобразователей, применяемых в качестве основы для датчиков магнитных полей, устройств СВЧ-электроники, основы для технологии магнитоэлектрической записи информации и для накопителей электромагнитной энергии и энергии вибраций.

Изобретение относится к способу изготовления акустооптических модуляторов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях переменного тока для преобразования тока в напряжение с удвоением частоты выходного сигнала. Преобразователь представляет собой структуру из конденсатора, обкладками которого являются изготовленные из магнитострикционного металла пластины, механически связанные с расположенной внутри них пьезоэлектрической пластиной и намотанной на него катушкой индуктивности, и магнитопровода, выполненного в виде двух П-образных пластин, вплотную примыкающих к магнитострикционным пластинам, что обеспечивает замыкание магнитного потока. Входным сигналом является ток катушки индуктивности, а выходной сигнал снимается с обкладок конденсатора. Технический результат состоит в том, что для работы преобразователя не требуется создания поля подмагничивания, и он содержит магнитопровод, который обеспечивает замыкание магнитного потока, что приводит к уменьшению потерь энергии. 1 ил.

Наверх