[发明专利]一种基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件，属于多铁性功能器件技术领域。

背景技术

多铁性功能器件指构成器件的材料中包含两类或两类以上铁的基本特性，包括铁电性、铁磁性和铁弹性。其中多铁性复合磁电耦合器件利用铁磁相的铁弹效应和铁电相的压电效应通过表面粘接的方式实现磁—弹—电的复合耦合模式，从而具有在外磁场作用下产生电极化的正磁电效应，或在外电场作用下产生磁极化的逆磁电效应。多铁性复合磁电耦合器件在室温下即可实现较强的磁电耦合，其磁电电压系数一般比基于天然材料的多铁性磁电耦合器件的磁电电压系数高几个数量级，因此多铁性复合磁电耦合器件具备广阔的工业应用前景。目前，多铁性复合磁电耦合器件可实现的应用包含磁场及电流传感器、变压器及回转器、微波换能器件及能量采集器等。

常见的多铁性复合磁电耦合器件一般由磁致伸缩材料和压电材料复合而成。利用磁滞伸缩材料的磁致伸缩效应实现磁—机械耦合，通过表面粘接将机械应力和应变耦合到压电相，再利用压电材料的压电效应实现机电耦合。然而，这类多铁性复合磁电耦合器件最主要的问题在于需要施加一定的直流偏磁才可以获得较大的磁电耦合系数。此外，现有的多铁性复合磁电耦合器件一般基于d₃₁或d₃₃压电效应，虽然基于剪切模式的d₁₅压电效应具有更高的压电系数及机电耦合系数，然而由于剪切应力和应变难以从铁磁相的磁耦合中获得并有效传递到压电相，因此目前利用剪切压电效应的多铁性复合磁电耦合器件的设计十分有限。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件，利用永磁体与外磁场之间的磁耦合作用产生扭转力矩，将剪切应力有效传递到管状压电复合件上，使管状压电复合件工作在d₁₅剪切模式下，获得更强的磁电耦合效应，从而在相同磁场下产生更高的电压输出。本发明提出的基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件在磁场/电流传感器、微波换能器及能量采集等领域有十分广阔的应用前景。

本发明提出的基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件，包括紧固件、管状压电复合件和永磁体，所述的管状压电复合件的一端与紧固件相对固定，管状压电复合件的另一端通过粘接方式与永磁体相对固定，永磁体的磁化方向与管状压电复合件的中心轴线垂直；所述的管状压电复合件包括瓦片状压电条和薄金属电极片，瓦片状压电条和薄金属电极片相互间隔沿圆周均布，相邻两个瓦片状压电条的极化方向相反，相邻两个薄金属电极片的极性相反。

本发明提出的一种基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件，具有以下优点：

1、本发明提出的基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件，采用永磁体与扭振型压电陶瓷管构成的复合磁电结构，通过永磁体与外磁场磁耦合产生的扭转力矩将剪切应力传递到管状压电复合件，从而有效的利用了剪切模式的压电效应，获得了更强的磁电耦合效应以及更高的磁电电压系数。

2、本发明的扭振磁电耦合器件，利用永磁体的磁矩与外磁场之间的磁耦合作用产生激励，相比较基于磁致伸缩材料与压电材料构成的复合磁电耦合器件而言，不需要提供直流偏磁，即可实现强磁电耦合以及高磁电电压系数，更方便使用。

3、本发明的扭振磁电耦合器件，产生的磁电电压系数与管状压电复合件的长度无关，且不需要提供直流偏磁，这些使得扭振磁电耦合器件可以实现小型化，为微型磁场及电流传感器、微波换能器及能量采集等应用领域提供了新的选择。

附图说明

图1是本发明提出的基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件的结构示意图。

图2是图1的A—A剖视图。

图1和图2中，1是紧固件，2是管状压电复合件，3是永磁体，4是瓦片状压电条，5是薄金属电极片。

具体实施方式

本发明提出的基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件，其结构如图1所示，包括紧固件1、管状压电复合件2和永磁体3。管状压电复合件2的一端与紧固件1相对固定，管状压电复合件2的另一端通过粘接方式与永磁体3相对固定，永磁体3的磁化方向M与管状压电复合件2的中心轴线垂直。管状压电复合件的结构如图2所示，包括瓦片状压电条4和薄金属电极片5，瓦片状压电条4和薄金属电极片5相互间隔沿圆周均布，相邻两个瓦片状压电条4的极化方向P相反，相邻两个薄金属电极片5的极性相反。

以下介绍本发明提出的基于剪切压电效应的扭振磁电耦合器件的制备过程：