МНОГОСЛОЙНЫЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована в радиотехнике для преобразования переменного напряжения.
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 [см. А.Бессонов «Теоретические основы электротехники». Издание девятое переработанное и дополненное. Москва, «Высшая школа», 1996 г., 639 с]. Недостатком его является громоздкость элементов конструкции, связанная с наличием двух обмоток - первичной и вторичной.
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 [см. Г.И. Атабеков Теоретические основы электротехники, Часть 1, М-Л, Энергия, 1966, с.129].
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является магнитоэлектрический преобразователь напряжения, представляющий собой образец из композиционного феррит-пьезоэлектрического материала в форме тонкого диска, на нижней и верхней поверхности которого нанесены тонкие металлические контакты [см. патент RU №99246, Н01L 41/083, 2010].
Недостатком известного магнитоэлектрического преобразователя является использование в качестве диэлектрика объемного магнитоэлектрического композита, состоящего из ферритовой и пьезоэлектрической фаз. Удельное сопротивление ферритовой фазы на несколько порядков меньше удельного сопротивления пьезоэлектрической фазы. Вместе с тем, в объемном композиционном материале имеется непосредственный контакт между ферритовыми зернами, в результате чего возникают большие токи утечки через низкоомную ферритовую компоненту. От этого недостатка свободны многослойные феррит-пьезоэлектрические композиты, поскольку непосредственный контакт между низкоомной ферритовой компонентой отсутствует. Кроме того, удается значительно улучшить поляризацию пьезоэлектрического слоя, в результате чего многослойные композиты показывают лучшие магнитоэлектрические свойства, чем объемные [см. V.M. Laletin, G. Srinivasan Magnetoelectric effects in composite of nickel ferrite and barium lead zirconate titanate //Ferroelectrics, 2002, v. 280, p.177-185].
Задача, на решение которой направлено заявляемое предложение, состоит в улучшении характеристик и повышение эффективности действия устройства.
Для решения данной задачи предложен многослойный магнитоэлектрический трансформатор, представляющий структуру из конденсатора, выполненного в форме диска, и соосно намотанной на него катушки индуктивности, в котором структура выполнена в виде включенного во входную цепь магнитоэлектрического конденсатора, диэлектриком которого является многослойный магнитострикционно-пьезоэлектрический композиционный материал, геометрические размеры которого соответствуют условию механического резонанса, а выходной сигнал снимается с катушки индуктивности.
Для пояснения предполагаемой полезной модели предложен чертеж (фиг.1), где изображен общий вид многослойного магнитоэлектрического трансформатора.
Устройство представляет собой структуру, состоящую из конденсатора, диэлектриком которого является композиционный материал в форме диска, состоящий из последовательно чередующихся магнитострикционных 1 и пьезоэлектрических 2 слоев. На верхней и нижней поверхности диска нанесены тонкие металлические контакты 3, предназначенные для подачи входного сигнала. На конденсатор намотана катушка индуктивности 4, содержащая N витков. Диаметр диска подбирается таким образом, чтобы он соответствовал условию механического резонанса.
Устройство работает следующим образом: к электродам прикладывается переменное напряжение частотой f, создающее в пьезоэлектрической фазе вынужденные механические деформации. Эти деформации, посредством механического взаимодействия между слоями, передаются в магнитострикционные слои, в результате чего происходит изменение намагниченности, приводящее к изменению магнитного потока, пронизывающего намотанную на образец катушку, что приводит к возникновению ЭДС индукции. При совпадении частоты входного электрического напряжения с частотой механического резонанса диска наступает резонансное увеличение амплитуды вынужденных колебаний, приводящее к пиковому увеличению амплитуды выходного напряжения.
В отличие от прототипа, многослойный магнитоэлектрический трансформатор представляет собой образец не из объемного композиционного феррит - пьезоэлектрического материала, а образец из многослойного композиционного материала, представляющего собой последовательно чередующиеся магнитострикционные и пьезоэлектрические слои, что приводит к уменьшению токов утечки, увеличению входного сопротивления и уменьшению потерь. Кроме того, диаметр образца подбирается таким образом, чтобы выполнялось условие механического резонанса, что приводит к пиковому увеличению выходного напряжения.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет значительно улучшить характеристики устройства: уменьшить токи утечки, увеличить входное сопротивление и, тем самым, уменьшить потери и повысить эффективность действия магнитоэлектрического трансформатора.