[发明专利]一种磁电回旋器及其功率转换效率测量装置

说明书

本发明属于无源功率传输器件技术领域，具体涉及一种磁电回旋器及其功率转换效率测量装置。本发明公开了一种磁电回旋器，所述磁电回旋器由磁电复合结构换能器及均匀围绕在磁电复合结构换能器外围的线圈构成，所述磁电复合结构换能器为非对称型的多层结构，磁电复合结构换能器包括至少一层的磁致伸缩材料和一层的压电陶瓷材料，其与传统的基于电子电路的电流电压转换器相比，具有制备工艺简单，成本低，机械损耗低及较高的功率转换效率等优点，在紧凑型功率传输电子器件中有较高的潜在应用价值。本发明还公开了一种磁电回旋器的功率转换效率测量装置，其电路结构简单，能够为磁电回旋器的结构选取及功率转换效率参数的选取问题提供一种技术思路。

技术领域

本发明属于无源功率传输器件技术领域，具体涉及一种磁电回旋器及其功率转换效率测量装置。

背景技术

磁电效应最早是由P Curie在1894年预言，并于1960-1961年在低温的反铁磁性Cr₂O₃单晶中实际观测到的。磁电材料分为单相磁电材料和复合磁电材料。由于单相磁电材料的性能低，且居里温度低于室温，因此单相磁电材料在实际中得不到应用。将磁致伸缩材料与压电材料复合而成的复合材料由于乘积效应可以产生磁电效应，并且理论和实验证明，磁电复合材料在室温下所获得的磁电性能比单相材料高1~2个数量级。其中，将压电材料与磁致伸缩材料通过层状复合的方式结合在一起的层状磁电复合材料具有磁电效应高、结构设计简单、制备工艺成熟、易于电极化的特点。

理想回旋器是一种无源、线性、非互易性的新型双端口元件，其特性表现为能将一端口上的电压（或电流）“回转”为另一端口的电流（或电压），同时也有更为明确的理论体系、实现方法和应用领域。利用回旋器的“回转”特性可以容易地将电容元件转变成电感元件，因而能够将大规模集成电路中不易在晶片上集成的电感元件用更容易集成的回旋器和普通电容元件的组合所替代。而且，普通电容较电感更加接近理想的元件，则由回旋器与普通电容器模拟出的电感，相对于任何的普通电感都要更接近理想的基本电气元件。现代紧凑型功率电子器件在诸如雷达、喷气式战斗机、无人机和武器系统等关键军事平台的广泛的应用，对器件的技术革新对器件尺寸、重量及功率消耗的降低提出了新的挑战。近年来随着对多铁复合材料研究的不断深入，磁电复合结构换能器为理想回旋器的实现提供了一种新的途径。

目前主要研究的层状磁电复合材料可以分为两类：一类是镍基或钴基铁氧体与压电材料组成的层状磁电复合材料。申请号为200510031923.4、专利名称为“具有磁电效应的镍/压电陶瓷层状复合材料及其制备方法”的中国发明专利，将镍取代铽镝铁合金，与压电陶瓷采用粘接的方法复合得到镍/压电陶瓷层状复合材料。这类材料有高的电阻率适合高频环境，但存在以下缺点：（1）材料制备工艺复杂，且磁电性能难以进一步提高；（2）材料的脆性很大、加工性能差；（3）材料表面需要涂覆电极。另一类是铽镝铁（TbDyFe）合金与压电陶瓷组成的层状复合材料。尽管此类材料具有最高的磁电电压系数，但存在以下不足之处：（1）材料具有高的脆性，加工性能差；（2）铽镝铁合金的制备与加工困难，材料价格高且难以获得小尺寸的铽镝铁合金薄片；（3）铽镝铁合金的磁致伸缩效应需要大的驱动磁场。