[发明专利]无线圈式磁力控制器件

说明书

技术领域

本发明涉及用一种新型的由压电单晶材料与高性能磁致伸缩材料制备的复 合磁电材料结合永磁铁和铁轭实现电压控制磁力功能的新型无线圈磁力控制器 件，属于电工器件领域。

背景技术

磁力控制器件是机电控制领域的一个重要分支。电动机就是最典型的、应 用最广泛的磁力控制器件。但是以电动机为代表的线圈式磁力控制器件具有电 阻特性，即在将电能转化为机械能的同时，由于有内阻的线圈中有电流通过， 必然一部分电能转化为热能，在器件长时间工作的状态下，电—力转化效率不高； 要维持一个恒定力的输出，线圈式的磁力控制器必须通入静态电流，电能浪费 严重；不同频率响应特性不同。

本发明的目的是针对线圈式磁力控制器件的一些缺点，提供一种热损耗能 量小，转换效率高；恒力输出不消耗能量；不同控制频率下电压—磁力控制线性 关系好的新型无线圈式磁力控制器件。

发明内容

本发明的器件结构图由图3示出，1、3为压电材料，2为磁致伸缩材料，4 为永磁铁，5、6为铁轭，

其中主要构成为三部分，其一为1、2、3构成的具有压电材料—磁致伸缩 材料，其二为永磁铁4，其三为用于连通磁回路的铁轭5和6。

其中，1、2、3构成的具有压电材料—磁致伸缩材料—压电材料的多层复 合磁电材料具有空间三明治层状结构，两个铁轭分别连接永磁铁和多层复合磁 电材料的同一极。

多层片状压电材料和磁致伸缩材料层叠制备的高性能复合磁电材料，具有 压电材料—磁致伸缩材料—压电材料的空间层状结构，由图1示出，其中1为 压电材料，2为磁致伸缩材料，3为压电材料，4和5为正电极，6为接地电极。 上下两层压电材料1和3分别朝上和朝下极化；三层材料之间用导电胶粘接， 实现机械耦合；从上下两层压电材料的外表面引出共同的正向电极4和5；从 中间层的磁致伸缩材料引出接地电极6。

同向电极与接地电极之间接入一定大小的电压，压电材料会有一定大小的 输出位移量，由于压电材料和磁致伸缩材料机械耦合在一起，磁致伸缩材料依 据反磁致伸缩效应，会相应的改变磁致伸缩材料所处空间的磁感应强度。通过 压电材料和磁致伸缩材料间的电—弹—磁耦合，可以比较精确的实现电压量对 空间磁感应强度量的控制。

永磁铁和铁轭分别针对器件不同的规格定制而成，形状如图2所示。

该器件工作原理为：复合磁电材料串联在永磁铁和铁轭构成的多条磁回路 中的一条磁回路里，在图3中由上部的回路8表示，设回路8中的磁通量大小 为Φ1。可移动铁轭串联在永磁铁和铁轭构成的多条磁回路中的一条磁回路里， 在图3中由下部的回路9表示，设回路9中的磁通量大小为Φ2。依据所有磁回 路的总磁通量在器件中守恒的规律，即Φ1+Φ2＝Φ为守恒量，通过改变复合磁 电材料所在磁回路中的磁通量Φ1，来改变可移动铁轭所在磁回路中的磁通量Φ 2。磁通量Φ2＝B2·S2，从而改变可移动铁轭所在回路的磁感应强度B2，相应的 改变可移动铁轭所受磁场作用力的大小，实现电压控制磁力的功能。

可移动铁轭的尺寸与该器件上半部分相匹配，形状如图3所示。

该器件具有典型的电容特性，热损耗非常小，维持恒力输出时几乎不需要 消耗能量等优点。

该器件为获得最优性能，可以采用铌镁酸铅—钛酸铅压电单晶材料，其化 学组成为(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3，其中x为摩尔分数。压电性能 最优组分为0.24≤x≤0.34，最优晶体学方向为<001>和<110>方向。但不局限 于该压电材料。

附图说明

图1出示了复合磁电材料的结构示意图，1为压电材料，2为磁致伸缩材 料，3为压电材料，4为正电极，5为正电极，6为接地电极。

图2出示了新型无线圈式磁力控制器件结构图，1为压电材料，2为磁致伸 缩材料，3为压电材料，4为永磁铁，5为铁轭，6为铁轭。

图3出示了新型无线圈式磁力控制器件工作原理图，1为压电材料，2为磁 致伸缩材料，3为压电材料，4为永磁铁，5为铁轭，6为铁轭，7为可移动铁 轭，8为通过复合磁电材料的磁回路，9为通过可移动铁轭的磁回路。