[发明专利]掺杂超顺磁纳米四氧化三铁的磁电能量转换装置

说明书

本发明公开了一种掺杂超顺磁纳米四氧化三铁的磁电能量转换装置，包括铁硅铝软磁材料外壳，铁硅铝软磁材料外壳内部通过悬臂梁的方式设置有机电换能材料，铁硅铝软磁材料外壳的两端分别设有钕铁硼双侧镜像封装永磁体。本发明解决了现有能量转换装置存在的转换效率较低的问题。

技术领域

本发明属于磁电能量转换技术领域，涉及一种掺杂超顺磁纳米四氧化三铁的磁电能量转换装置。

背景技术

在我国大力发展可再生能源的当下，具有使用寿命短、维护费用高、不易于更换、污染环境等缺点的传统能源电池已难以满足供电需求。随着绿色能源的不断发展，磁能等现实环境中微能量的回收与再利用引起众多学者的关注。经测量，在110kV电力变压器内部，中压绕组泄漏磁场最高可达1.79mT，中高压绕组之间的气隙磁场为0.86mT，110kV高压输电线路周围的泄漏磁场为2.97μT。因此，探索该能量的二次利用，既可以减弱磁场对设备产生的危害，又能解决部分装置的能量来源问题。

机电换能材料作为磁电换能系统的核心组成部分，可实现磁能至电能的转换，并由该系统进行能量存储及后期再利用。而由高导电率溅射层/机电耦合层/高导电率溅射层构成的MIM三层聚合结构可通过涡旋电流诱导的洛伦兹力矩实现磁电耦合。目前，具有高机电转换效率的磁电能量转换装置主要基于ZnO，PZT，BaTiO₃等材料，但这些无机材料的加工成本较高、脆性较大，难以承受太大的形变，很大程度上限制了磁电能量转换装置的柔性化发展。而以P(VDF-TrFE)为代表的有机柔性材料，具有良好的柔韧性和耐腐蚀性，但导电性能较差致使其发电效率不足。因此，如何优化材料、器件参数及拓扑结构，提升装置的能量输出效率是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂超顺磁纳米四氧化三铁的磁电能量转换装置，解决现有能量转换装置存在的转换效率较低的问题。

本发明所采用的技术方案是，掺杂超顺磁纳米四氧化三铁的磁电能量转换装置，包括铁硅铝软磁材料外壳，铁硅铝软磁材料外壳内部通过悬臂梁的方式设置有机电换能材料，铁硅铝软磁材料外壳的两端分别设有钕铁硼双侧镜像封装永磁体。

本发明的特点还在于：

钕铁硼双侧镜像封装永磁体可提供稳定的直流磁场。

铁硅铝软磁材料外壳包括开口朝下设置U形的上支架，上支架的相对两个开口端分别设有外接板，上支架的底部连接有底座。

上支架的外壁包覆有环氧树脂涂层。

每个外接板的中心处开设有通孔，通孔的边框处通过支撑架与钕铁硼双侧镜像封装永磁体连接。

上支架内从上至下依次水平设有若干个连杆，每个连杆上通过悬臂梁悬挂有机电换能材料。

位于同一根连杆上的各机电换能材料串联连接，相邻两根连杆上的各机电换能材料并联连接。

机电换能材料采用0.5wt％Fe₃O₄超顺磁纳米颗粒对P(VDF-TrFE)薄膜进行改性获得。

本发明的有益效果如下：

1.采用Fe₃O₄超顺磁纳米颗粒对P(VDF-TrFE)薄膜进行改性后，改善了P(VDF-TrFE)薄膜的导电性能较差、磁电转换效率较低的问题，且材料的磁电耦合系数较P(VDF-TrFE)提高了17.5％，并通过有效的能量转换电路实现为储能设备持续充电。

2.采用钕铁硼双侧镜像封装永磁体的方式可提供稳定场域分布均匀的直流磁场，达到洛伦兹力矩的增强效果，最大发挥磁电转换效能，提高装置的工作效率。该结构的工作温度最高可达150℃，可适应变压器内部高温的环境。表面包覆的环氧树脂有效提高了钕铁硼双侧镜像封装永磁体的耐腐蚀性，可在恶劣环境中长期使用。