[發明專利]無線圈式磁力控制器件

有效

• 申請號: 200810038147.4
• 申請日: 2008-05-28
• 公開（公告）號: CN101350570A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 羅豪甦;賈艷敏;焦杰;趙祥永;徐海清;林迪;潘曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H01L41/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及用一種新型的由壓電單晶材料與高性能磁致伸縮材料制備的復 合磁電材料結合永磁鐵和鐵軛實現電壓控制磁力功能的新型無線圈磁力控制器 件，屬于電工器件領域。

背景技術

磁力控制器件是機電控制領域的一個重要分支。電動機就是最典型的、應 用最廣泛的磁力控制器件。但是以電動機為代表的線圈式磁力控制器件具有電 阻特性，即在將電能轉化為機械能的同時，由于有內阻的線圈中有電流通過， 必然一部分電能轉化為熱能，在器件長時間工作的狀態下，電—力轉化效率不高； 要維持一個恒定力的輸出，線圈式的磁力控制器必須通入靜態電流，電能浪費 嚴重；不同頻率響應特性不同。

本發明的目的是針對線圈式磁力控制器件的一些缺點，提供一種熱損耗能 量小，轉換效率高；恒力輸出不消耗能量；不同控制頻率下電壓—磁力控制線性 關系好的新型無線圈式磁力控制器件。

發明內容

本發明的器件結構圖由圖3示出，1、3為壓電材料，2為磁致伸縮材料，4 為永磁鐵，5、6為鐵軛，

其中主要構成為三部分，其一為1、2、3構成的具有壓電材料—磁致伸縮 材料，其二為永磁鐵4，其三為用于連通磁回路的鐵軛5和6。

其中，1、2、3構成的具有壓電材料—磁致伸縮材料—壓電材料的多層復 合磁電材料具有空間三明治層狀結構，兩個鐵軛分別連接永磁鐵和多層復合磁 電材料的同一極。

多層片狀壓電材料和磁致伸縮材料層疊制備的高性能復合磁電材料，具有 壓電材料—磁致伸縮材料—壓電材料的空間層狀結構，由圖1示出，其中1為 壓電材料，2為磁致伸縮材料，3為壓電材料，4和5為正電極，6為接地電極。 上下兩層壓電材料1和3分別朝上和朝下極化；三層材料之間用導電膠粘接， 實現機械耦合；從上下兩層壓電材料的外表面引出共同的正向電極4和5；從 中間層的磁致伸縮材料引出接地電極6。

同向電極與接地電極之間接入一定大小的電壓，壓電材料會有一定大小的 輸出位移量，由于壓電材料和磁致伸縮材料機械耦合在一起，磁致伸縮材料依 據反磁致伸縮效應，會相應的改變磁致伸縮材料所處空間的磁感應強度。通過 壓電材料和磁致伸縮材料間的電—彈—磁耦合，可以比較精確的實現電壓量對 空間磁感應強度量的控制。

永磁鐵和鐵軛分別針對器件不同的規格定制而成，形狀如圖2所示。

該器件工作原理為：復合磁電材料串聯在永磁鐵和鐵軛構成的多條磁回路 中的一條磁回路里，在圖3中由上部的回路8表示，設回路8中的磁通量大小 為Φ1。可移動鐵軛串聯在永磁鐵和鐵軛構成的多條磁回路中的一條磁回路里， 在圖3中由下部的回路9表示，設回路9中的磁通量大小為Φ2。依據所有磁回 路的總磁通量在器件中守恒的規律，即Φ1+Φ2＝Φ為守恒量，通過改變復合磁 電材料所在磁回路中的磁通量Φ1，來改變可移動鐵軛所在磁回路中的磁通量Φ 2。磁通量Φ2＝B2·S2，從而改變可移動鐵軛所在回路的磁感應強度B2，相應的 改變可移動鐵軛所受磁場作用力的大小，實現電壓控制磁力的功能。

可移動鐵軛的尺寸與該器件上半部分相匹配，形狀如圖3所示。

該器件具有典型的電容特性，熱損耗非常小，維持恒力輸出時幾乎不需要 消耗能量等優點。

該器件為獲得最優性能，可以采用鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛壓電單晶材料，其化 學組成為(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3，其中x為摩爾分數。壓電性能 最優組分為0.24≤x≤0.34，最優晶體學方向為<001>和<110>方向。但不局限 于該壓電材料。

附圖說明

圖1出示了復合磁電材料的結構示意圖，1為壓電材料，2為磁致伸縮材 料，3為壓電材料，4為正電極，5為正電極，6為接地電極。

圖2出示了新型無線圈式磁力控制器件結構圖，1為壓電材料，2為磁致伸 縮材料，3為壓電材料，4為永磁鐵，5為鐵軛，6為鐵軛。

圖3出示了新型無線圈式磁力控制器件工作原理圖，1為壓電材料，2為磁 致伸縮材料，3為壓電材料，4為永磁鐵，5為鐵軛，6為鐵軛，7為可移動鐵 軛，8為通過復合磁電材料的磁回路，9為通過可移動鐵軛的磁回路。