ДИСКОВЫЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к области электроники, ее новому направлению - магнитоэлектронике, в частности, к магнитоэлектрическим компонентам для изготовления источников питания электронно-оптических преобразователей. Магнитоэлектрический (МЭ) эффект заключается в намагничивании материала при воздействии на него внешнего электрического поля и появлении электрической поляризации при воздействии внешнего магнитного поля. Возможность взаимного преобразования полей делает такое устройство перспективным и более функциональным для построения различных устройств на его основе.
Известен пьезоэлектрический трансформатор (см. US №3836794, H04R 17/00, 17.09.74.), содержащий удлиненную керамическую пластину, одна половина которой поляризована в направлении толщины пластины, а другая - в продольном направлении. К первой части пластины прикреплены два входных электрода, а два выходных электрода - к внешнему торцу второй пластины. Такой трансформатор имеет узкий диапазон рабочих резонансных частот и низкий коэффициент трансформации.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип является пьезоэлектрический трансформатор, состоящий из дискового попереченополяризованного пьезоэлемента с нанесенными на верхнюю грань входными и выходными электродами, имеющий модель электродов кольцо-точка, (см. В.В.Лавриненко, Пьезоэлектрические трансформаторы., М. - Энергия, 1974, с.45-48).
Недостатком прототипа является низкий коэффициент трансформации.
В основу полезной модели положена задача разработать магнитоэлектрический трансформатор, обеспечивающий получение следующего результата: высокий коэффициент трансформации при высоком коэффициенте полезного действия (к.п.д.).
Для решения поставленной задачи предложена дисковая магнитострикционно-пьезоэлектрическая структура, состоящая из пьезоэлектрической секции 1, содержащей секцию возбуждения и генераторную секцию, и магнитострикционной секции 2. Магнитострикционная секция выполнена из проводящего магнитострикционного материала - никеля, в результате ее можно использовать, как входной электрод, что упрощает процесс изготовления устройства. Магнитострикционная секция нанесена на верхнюю поверхность диска и выполнена в форме диска. Толщина магнитострикционной секции больше, чем толщина пьезоэлектрической секции. Это необходимо для повышения эффективности преобразования внешней магнитной энергии, что в свою очередь увеличивает коэффициент трансформации в 2 раза, по сравнению с аналогом. Генераторной секцией является выходной электрод 3, нанесенный на нижнюю поверхность пьезоэлектрической секции, имеющий форму диска. На нижнюю поверхность пьезоэлектрической секции нанесен общий электрод 4, имеющий форму кольца, выполняющий роль заземления. Электроды выполнены из проводящего магнитострикционного материала - никеля.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена схема магнитоэлектрического трансформатора (стрелками указано направление поляризации) и схема включения.
Магнитоэлектрический (МЭ) трансформатор работает следующим образом.
Входное напряжение возбуждения, приложенное к входному электроду 2 создает в объеме пьезоэлектрика 1 переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, посредством обратного пьезоэффекта вызывает деформацию пьезоэлемента и соответствующее ей механическое напряжение. Внешнее магнитное поле воздействует на магнитострикционный диск 2 и изменяет состояние намагниченности тела за счет магнитострикции, которое в свою очередь вызывает деформацию всего объема и соответствующее ей механическое напряжение. Механические напряжения от секции возбуждения и магнитострикционной секции в объеме пьезоэлектрика суммируются и поступают в генераторную секцию, где за счет прямого пьезоэффекта вызывают изменение поляризации (электрической индукции) пьезоэлектрика. Изменение поляризации в объеме генераторной секции приводит к перераспределению зарядов на электродах 3. Тактовые частоты двух источников механического напряжения совпадают. Генераторная секция расположена в центре дисковой пьезоэлектрической компоненты, где происходит концентрации энергии. Коэффициент трансформации увеличивается за счет магнитострикционной секции, так как увеличивается эффективность преобразования энергии. Коэффициент трансформации имеет максимальное значение на частоте электромеханического резонанса. В МЭ трансформаторе предлагаемой конструкции входная и выходная цепи электрически не связаны, что расширяет область использования трансформатора и дает возможность повысить его КПД.
Осуществление полезной модели основано на использовании дисковой структуры пьезоэлемента с нанесенным на верхнюю поверхность магнитострикционным диском и выходным электродом, нанесенным на нижнюю поверхность.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить следующий технический результат: разработанная магнитострикционно-пьезоэлектрическая структура обладает высоким коэффициентом трансформации и дополнительным преобразованием внешней магнитной энергии в электрическую за счет магнитоэлектрического эффекта.