本发明专利技术公开了一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置，涉及电子元器件领域，该装置包括可调磁芯、可控电压源和绕组，可调磁芯为三明治结构的磁电异质结，通过导线与可控电压源相连，可调磁芯外围设有与交流电相连的绕组；磁电异质结基于磁电耦合效应，可以实现电‑机‑磁的转换。本申请利用逆磁电效应，通过改变可控电压源的电压实现对电感的调控，具有能耗低、体积小、可调性大且连续可调的特点，未来在集成化、小型化、多功能化的电子领域有着重要的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置
本专利技术涉及电子元器件领域，尤其是一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置。
技术介绍
电感器作为最基本的电路元件，在通信和电子等重要领域不可或缺，有着调压、滤波、振荡等作用。一直以来，器件多功能化、集成化、小型化是科技发展的迫切需求。可调电感器有望取代电路中繁多的电感器和电容器，从而减少电路元件的数量，促进器件小型化的发展。例如，传统的负载点转换器为了实现高效率、高功率密度和低噪声，需要高性能的电感和大量的输出电容。而基于可调电感器的负载点转换器，稳态时电感大，负载瞬态时电感小，从而增加了电流的转化率并大大减少了电容器的数量。目前对电感调控的方法主要有离散型、金属屏蔽型、磁芯调节型和线圈耦合型等，但是它们存在着制造复杂、体积较大、功耗高、可调性小等各类问题。磁电复合材料作为一种具有独特磁电耦合效应的新型功能材料，可以实现磁场与电场的相互转换，广泛应用于磁电传感器、能量收集器、电流传感器、存储器、天线等领域。磁电效应最早用于磁电传感器，当检测磁场时，灵敏度可高达10-12特斯拉。在磁记录方面，磁电存储器具有读写速度快、存储密度高、数据存储时间长、功耗低、可多状态存储及与微电子工艺兼容等优点。在微波器件中，磁电材料可用于制作诸如谐振器、衰减器、移相器、延迟线和滤波器等信号处理器件，其最大优点是电场可调，用电场调节的器件速度快且噪音少，需要少量能量即可工作，器件可微型化，但将磁电复合材料应用于电感器领域目前研究的还较少。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置，该装置有望取代电路中繁多的电感器和电容器，从而减少电路元件的数量，促进器件小型化的发展。本专利技术的技术方案如下：一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置，装置包括可调磁芯、可控电压源和绕组，所述可调磁芯与所述可控电压源相连，所述可调磁芯外围设有所述绕组，所述绕组与交流电相连，通过改变所述可控电压源的电压进而对电感进行调控。其进一步的技术方案为，可调磁芯为三明治结构的条形磁电异质结，包括依次层叠设置的第一磁致伸缩层、第一压电结构和第二磁致伸缩层，所述第一压电结构包括依次层叠设置的第一电极、压电层和第二电极，所述第一电极和第二电极部分裸露，且分别连接所述可控电压源的两端。其进一步的技术方案为，可调磁芯为三明治结构的回字形磁电异质结，包括依次层叠设置的第一磁致伸缩层、第二压电结构和第二磁致伸缩层，两个磁致伸缩层的形状均为回字形，所述第二压电结构为四块所述第一压电结构拼接组合的回字形结构，所述第一电极和第二电极部分裸露，且分别连接所述可控电压源的两端，所述绕组分别绕设在所述回字形磁电异质结的四条臂上。其进一步的技术方案为，可控电压源采用直流电压源。其进一步的技术方案为，直流电压源带有反馈系统，所述反馈系统根据所述装置外部的元件电平变化或电感需求实时改变电场，实现闭环控制电感量。其进一步的技术方案为，压电层的材料为无机压电材料或有机压电材料；所述无机压电材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铌镁酸铅或铌酸钾钠中的任一种，所述有机压电材料为聚偏氟乙烯、纤维素或聚合物基压电复合材料中的任一种。其进一步的技术方案为，第一磁致伸缩层和第二磁致伸缩层的材料为磁致伸缩合金或铁氧体磁致伸缩材料；所述磁致伸缩合金为Fe、Ni、Fe-Ga合金、Fe-Al合金、Fe-Ni合金、Ni-Co合金、Ni-Co-Cr合金或Fe-Co-V合金中的任一种；所述铁氧体磁致伸缩材料为Ni-Co铁氧体或Ni-Co-Cu铁氧体。其进一步的技术方案为，第一电极和第二电极为铂电极、银电极或金电极中的任一种。其进一步的技术方案为，绕组的导线材质采用漆包线、裸线、纱包线中的任一种。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术的磁电异质结材料选择性能优异的压电材料和磁致伸缩材料形成三明治结构的磁电异质结作为可调磁芯，通过电场调控磁性能，进而达到调控电感的目的。且本申请提供的回字形磁电异质结不仅可以减少漏磁，还能够减少应变损失，进一步提高可调性。与传统的可调谐电感器相比，本申请提供的可调谐电感装置具有体积小、制造工艺简单、集成度高、可调性大且连续可调等优点，基于磁电耦合效应，实现电-机-磁的转换，相比其它可调电感能耗低，具有绿色环保等优点。附图说明图1是实施例一提供的可调谐电感装置的结构示意图。图2是实施例一提供的条形磁电异质结的结构示意图。图3是实施例一提供的可调谐电感装置的电场控制机理图。图4是实施例一提供的可调谐电感装置的电场对电感与可调性的调控结果图。图5是实施例二提供的可调谐电感装置的结构示意图。图6是实施例二提供的回字形磁电异质结的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。实施例一：如图1所示，一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置，包括可调磁芯1、可控电压源2和绕组3，可调磁芯1与可控电压源2相连，可调磁芯1外围设有单层绕组3，绕组3的两端与交流电相连。如图2所示，可调磁芯1为三明治结构的条形磁电异质结，包括依次层叠设置的第一磁致伸缩层61、第一压电结构和第二磁致伸缩层62，第一压电结构包括依次层叠设置的第一电极41、压电层5和第二电极42，第一电极41和第二电极42部分裸露，且分别连接可控电压源2的两端。可选的，压电层5为Pb(Mg2/3Nb1/3)O3-PbTiO3压电单晶，在压电单晶两面生长Pt薄膜电极，也即第一电极41和第二电极42，第一磁致伸缩层61和第二磁致伸缩层62的材料为Fe-Al合金，使用环氧树脂在压电单晶上下各粘贴一层Fe-Al合金。可选的，第一压电结构的尺寸为28×6×0.6mm3，第一磁致伸缩层61和第二磁致伸缩层62的尺寸为24×6×0.025mm3。可选的，绕组3选用铜线直径根据上述可调磁芯1的尺寸，围绕磁芯缠绕约50圈线圈。可选的，可控电压源2采用直流电压源，通过改变可控电压源2的电压可以直接对电感进行调控。一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置的工作机理为：图3-(1)示出了条形磁电异质结未加电时的磁感应强度B1状态，图3-(2)示出了条形磁电异质结加电时的磁感应强度B2状态，当条形磁电异质结中的压电相在可控电压源2的作用下，压电效应导致的应变通过界面耦合传递给磁致伸缩层，致使磁致伸缩材料产生应变，导致其磁畴发生转动和磁性能(也即磁导率)发生改变，进而实现电感可调。而在材料参数属性不变的情况下，电感可调性与电场呈正比，鉴于此，可以实现电场对电感的定量调控。如图4所示，对可调谐电感装置进行电感可调性测试，结果显示该电感装置具有较大的可调性，可达到700％。基于逆磁电效应的可调谐电感装置相比于其它可调电感装置，可调性大幅增加，且体积小、操作性强、制作简单。实施例二：如图5所示，一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置，包括可调磁芯1、可控电压源2和绕组3，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置，其特征在于，所述装置包括可调磁芯、可控电压源和绕组，所述可调磁芯与所述可控电压源相连，所述可调磁芯外围设有所述绕组，所述绕组与交流电相连，通过改变所述可控电压源的电压进而对电感进行调控。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于逆磁电效应的可调谐电感装置，其特征在于，所述装置包括可调磁芯、可控电压源和绕组，所述可调磁芯与所述可控电压源相连，所述可调磁芯外围设有所述绕组，所述绕组与交流电相连，通过改变所述可控电压源的电压进而对电感进行调控。
2.根据权利要求1所述的基于逆磁电效应的可调谐电感装置，其特征在于，所述可调磁芯为三明治结构的条形磁电异质结，包括依次层叠设置的第一磁致伸缩层、第一压电结构和第二磁致伸缩层，所述第一压电结构包括依次层叠设置的第一电极、压电层和第二电极，所述第一电极和第二电极部分裸露，且分别连接所述可控电压源的两端。
3.根据权利要求2所述的基于逆磁电效应的可调谐电感装置，其特征在于，所述可调磁芯为三明治结构的回字形磁电异质结，包括依次层叠设置的第一磁致伸缩层、第二压电结构和第二磁致伸缩层，两个磁致伸缩层的形状均为回字形，所述第二压电结构为四块所述第一压电结构拼接组合的回字形结构，所述第一电极和第二电极部分裸露，且分别连接所述可控电压源的两端，所述绕组分别绕设在所述回字形磁电异质结的四条臂上。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于逆磁电效应的可调谐电感装置，其特征在于，所述可控电压源采用直流电压源。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪尧进，聂长文，宋树，蔡园园，李娣洁，潘韩，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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