申请/专利权人：西安理工大学

申请日：2021-04-12

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN113295764B

主分类号：G01N27/90

分类号：G01N27/90;G06F17/11

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2021.09.10#实质审查的生效;2021.08.24#公开

摘要：本发明公开了一种基于广义磁电效应的能量转换建模方法，具体为：步骤1，获取交流磁场通过金属电极表面产生的交流磁通参数；步骤2，根据交流磁场分布和交流磁通参数计算金属电极表面产生的感应电动势和感应涡旋电流；步骤3，获取直流磁场和交流磁场作用参数，根据感应电动势引起的感应涡旋电流计算洛伦兹力，然后计算施加在样品上的总扭矩；步骤4，计算磁电转换系统输出电压函数；步骤5，根据系统能量转换函数建立磁‑电耦合模型。本发明解决了现有技术中存在的广义磁电效应的磁电转换定量计算还没有完整的计算方法，同时对应的磁能和最终转化的电能具体数值无法得到详细的计算结果的问题。

主权项：1.一种基于广义磁电效应的能量转换建模方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：步骤1，获取交流磁场通过金属电极表面产生的磁通量，当交流磁场穿透金属电极层产生的磁通量φac表示为：φac＝∫∫sμ0hacdS，其中，S为金属电极的表面积，μ0为金属电极的磁导率，hac为交流磁场强度；步骤2，根据交流磁场分布和交流磁通参数计算金属电极表面产生的感应电动势和感应涡旋电流，所述金属电极表面产生的感应电动势ε为： 其中，φac为金属电极中的磁通量，ω＝2πf为交流磁场变化角速度，f＝1kHz为磁场共振频率，Hac为交流磁场幅值，t为施加交流磁场的时间；然而，感应电动势ε与涡旋电流周围的电场E之间的关系为： 式中涡旋电流的电流密度J＝σE，E为涡旋电流周围的电场，L为涡旋电流环形周长，L为涡旋电流环形周长，σ为金属电极的电导率；金属电极表面产生的感应涡旋电流iedd为： 其中，iedd为金属电极表面感应涡旋电流；步骤3，获取直流磁场和交流磁场作用参数，根据感应电动势引起的感应涡旋电流计算洛伦兹力，然后计算施加在样品上的总扭矩，洛伦兹力dF矢量积形式如下：dF＝iedd[dl×Hdc+Hac]＝μ0iedd[dl×Hdc+Hac]，式中，dl是电流闭环的矢量微元；在电压材料中，假设磁感应强度为均匀的，所以闭环上的整体作用力F＝∫LdF为零，每个闭环所承受的力矩M为：M＝μ0iedd[m×Hdc+Hac]，式中，m为涡流环面积，金属电极镀层位于PVDF薄膜样品两侧，则施加在样品的总扭矩MTOT＝2M；步骤4，获取压电材料的压电电压常数、恒定应力下介电常数、弹性柔度系数，根据压电域所求电荷守恒和力学平衡参数计算磁电转换系统输出电压函数，电压函数为： 式中，E3为外界施加至PVDF薄膜材料样品的电场，D3为PVDF薄膜材料样品的电位移，T3为外加施加于PVDF薄膜材料样品应力，s3为PVDF薄膜材料样品受电压作用产生的应变，为恒定电位移下PVDF薄膜材料样品的弹性柔度系数，g33为PVDF薄膜材料样品电压常数，为恒定应力下PVDF薄膜材料样品介电常数；在短路条件下T3＝0带入方程可得： 由洛伦兹力作用产生的磁电电流IME的理论表达式为： 式中，S为表面金属电极的总面积，样品被施加洛伦兹力后产生的电荷为Q，则磁电电压VME的表达式为： 式中，l为测试压电材料样品的长度，δ为测试压电材料样品的厚度，d31为测试压电材料样品的横向压电系数，Cz为测试压电材料样品的电容值；步骤5，根据系统能量转换函数建立磁-电耦合模型，所述磁-电耦合模型的表达式为： 其中，a为磁电电压系数，VME为磁电电压。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西安理工大学 一种基于广义磁电效应的能量转换建模方法

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