[发明专利]利用永磁体提高磁电耦合器件的磁电耦合系数的方法

说明书

本发明涉及一种利用永磁体提高磁电耦合器件的磁电耦合系数的方法，包括由磁致伸缩材料和压电材料所构成的复合结构磁电耦合器件，根据交变的磁场在磁电耦合器件产生幅值最大的交变电压时的磁场，在磁电耦合器件周围设计提供直流偏置磁场的永磁体分布位置，使得磁电耦合器件工作在最佳直流偏置磁场中。使用永磁体安放在磁电耦合器件周围，提供适当的直流偏置磁场，提高了磁电耦合系数并提高了磁电耦合器件的性能。相比于传统的使用电磁铁和亥姆霍兹线圈的方法来提高磁电耦合系数，本发明大大缩小了器件的尺寸，使其能够应用于便携设备之中。

技术领域

本发明涉及一种磁电耦合技术，特别涉及一种利用永磁体提高磁电耦合器件的磁电耦合系数的方法。

背景技术

磁电耦合效应：磁电耦合效应是指磁场控制电场极化或者电场控制磁性变化的物理现象。这一效应可以实现磁能与电能的相互转化，从而应用于回转器，电流传感器以及磁场传感器的制造之中。磁电耦合效应通常是由磁致伸缩材料和压电材料所组成的复合结构产生的，其中磁致伸缩材料实现磁能与机械能的相互转化，压电材料实现电能和机械能的相互转化，通过这两种材料的结合实现了磁场控制电场或电场控制磁场，磁电耦合效应的强弱由磁电耦合系数来衡量，磁电耦合系数是指产生的磁场与施加的电场之比或产生的电场与施加的磁场之比。这一比值越大，磁电耦合效应越强。磁电耦合系数的大小与直流偏置磁场有关，在某一特定强度的偏置磁场下，磁电耦合系数将达到最大值。

磁致伸缩材料是一种受到磁场影响时发生形变或受到外力作用发生形变时产生磁场的材料。基于磁电复合结构的磁电耦合效应被广泛应用于制造回转器，电流传感器与磁场传感器等器件。例如，通过分析由磁电耦合效应产生的电压信号，可以推断出器件周围的磁场，实现磁场传感器的功能。或者使用线圈缠绕在磁电耦合器件周围就可以构成回转器：一端输入电流信号，由电流信号产生的磁场由于磁电耦合效应产生对应的电压信号，实现了回转器的功能。为了获得更高的效率或灵敏度，通常这些器件需要较高的磁电耦合系数。传统的提高器件的磁电耦合系数的方法是使用电磁铁或亥姆霍兹线圈产生一个合适的直流偏置磁场，但是这种方法有着体积过大，重量过重等劣势，使其无法小型化，便携化。

发明内容

针对现在提高磁电耦合系数方法所需设备过于笨重，无法小型化、便携化的不足的问题，提出了一种利用永磁体提高磁电耦合器件的磁电耦合系数的方法。

本发明的技术方案为：一种利用永磁体提高磁电耦合器件的磁电耦合系数的方法，包括由磁致伸缩材料和压电材料所构成的复合结构磁电耦合器件，根据交变的磁场在磁电耦合器件产生幅值最大的交变电压时的磁场，在磁电耦合器件周围设计提供直流偏置磁场的永磁体分布位置，使得磁电耦合器件工作在最佳直流偏置磁场中。

进一步，所述永磁体置于磁致伸缩材料远离压电材料的一面，或者数个永磁体在整个磁电耦合器件周围等弧长阵列环绕安放，提供直流偏置磁场。

本发明的有益效果在于：本发明利用永磁体提高磁电耦合器件的磁电耦合系数的方法，使用永磁体安放在磁电耦合器件周围，提供适当的直流偏置磁场，提高了磁电耦合系数并提高了磁电耦合器件的性能。相比于传统的使用电磁铁和亥姆霍兹线圈的方法来提高磁电耦合系数，本发明大大缩小了器件的尺寸，使其能够应用于便携设备之中。

附图说明

图1为典型磁电耦合器件的结构示意图；

图2为本发明磁电耦合器件新增永磁体实施例一结构示意图；

图3为本发明磁电耦合器件新增永磁体实施例二结构示意图；

图4为本发明磁电耦合器件新增永磁体实施例三结构示意图。

附图标识：1、磁致伸缩材料；2、压电材料；3、导线；4、永磁体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。