RU2405164C1 - Device for measuring force interaction of ferromagnetic toroids - Google Patents

Device for measuring force interaction of ferromagnetic toroids Download PDF

Info

Publication number
RU2405164C1
RU2405164C1 RU2009111150/28A RU2009111150A RU2405164C1 RU 2405164 C1 RU2405164 C1 RU 2405164C1 RU 2009111150/28 A RU2009111150/28 A RU 2009111150/28A RU 2009111150 A RU2009111150 A RU 2009111150A RU 2405164 C1 RU2405164 C1 RU 2405164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ferromagnetic
toroids
toroid
magnetization
axis
Prior art date
Application number
RU2009111150/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009111150A (en
Inventor
Олег Фёдорович Меньших (RU)
Олег Фёдорович Меньших
Original Assignee
Олег Фёдорович Меньших
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Фёдорович Меньших filed Critical Олег Фёдорович Меньших
Priority to RU2009111150/28A priority Critical patent/RU2405164C1/en
Publication of RU2009111150A publication Critical patent/RU2009111150A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2405164C1 publication Critical patent/RU2405164C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device for measuring force interactions of ferromagnetic toroids consists of a housing, in the bottom part of which there is a first ferromagnetic toroid with its displacement mechanism, and in the top part there is a second ferromagnetic toroid placed coaxially and mechanically linked to a calibrated twisting-compression spring. The second end of the said spring is attached to the top part of the cylindrical housing. Also said toroids are mechanically linked to displacement and shaft rotation angle sensors, which in turn are connected to an information processing unit.
EFFECT: invention is aimed at measuring vertical and horizontal magnetisation components in a pair of ferromagnetic toroids.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области физики магнетизма и может быть использовано при синтезе ферромагнитных тороидов с нестандартным намагничиванием.The invention relates to the field of physics of magnetism and can be used in the synthesis of ferromagnetic toroids with non-standard magnetization.

Широко известно применение в технике постоянных магнитов в форме ферромагнитных тороидов, магнитные полюсы у которых находятся на их торцевых поверхностях, а магнитные силовые линии ортогональны этим торцевым поверхностям. В частности, такие магниты используются в лампах бегущей (обратной) волны в СВЧ технике и при производстве электродинамиков для звуковоспроизводящей аппаратуры. Намагничивание таких ферромагнитных тороидов выполняют помещением их осесимметрично в соленоиды с намагничивающим постоянным током, величина которого создает в соленоидах насыщающее магнитное поле для ферроматериалов тороидов. При этом в ферроматериале, имеющем высокую коэрцитивную силу, создается достаточно высокая остаточная намагниченность после прекращения действия постоянного тока в соленоиде, а также запоминается такое распределение магнитных силовых линий, какое было в соленоиде с постоянным током намагничивания [1-3], за счет выстраивания магнитных доменов ферромагнетика вдоль линий насыщающего магнитного поля. Наиболее сильные магниты создаются с использованием ферритов, химическая формула которых содержит редкоземельные элементы, например, ферриты CoSm3, для которых произведение магнитной индукции на напряженность магнитного поля (ВН)MAX достигает величины 320 Тл.кА/м (40 млн. Гс.э).The use of permanent magnets in the form of ferromagnetic toroids, the magnetic poles of which are located on their end surfaces, and the magnetic field lines are orthogonal to these end surfaces, is widely known. In particular, such magnets are used in traveling (backward) wave tubes in microwave technology and in the production of electrodynamics for sound-reproducing equipment. The magnetization of such ferromagnetic toroids is carried out by placing them axisymmetrically in solenoids with a magnetizing direct current, the magnitude of which creates a saturating magnetic field in the solenoids for the toroidal ferromaterials. Moreover, in the ferromaterial having a high coercive force, a sufficiently high residual magnetization is created after the cessation of the direct current in the solenoid, and the distribution of magnetic field lines that was in the solenoid with a direct magnetizing current [1-3] is also memorized due to the alignment of the magnetic domains of a ferromagnet along the lines of a saturating magnetic field. The strongest magnets are created using ferrites, the chemical formula of which contains rare-earth elements, for example, CoSm 3 ferrites, for which the product of magnetic induction by magnetic field strength (HV) MAX reaches 320 T. kA / m (40 million GS.e) .

Способность магнитных доменов ферромагнетиков сохранять направление намагничивания по направлению намагничивающего внешнего магнитного поля после отключения последнего общеизвестна и использована в заявляемом техническом решении.The ability of the magnetic domains of ferromagnets to maintain the direction of magnetization in the direction of the magnetizing external magnetic field after turning off the latter is well known and used in the claimed technical solution.

Постоянные магниты в виде ферромагнитных тороидов с косокруговым намагничиванием (терминология автора) в известной литературе не рассматривались. Магнитные силовые линии в таких постоянных магнитах не ортогональны к плоскости торцов тороида, а наклонены относительно вертикалей к любой точке этих плоскостей под некоторым углом φ, лежащим в плоскости, проходящей через данную вертикаль и касательную к окружности, соосной оси симметрии тороида и проходящей через данную точку на плоскости торца магнита, причем отсчет углов φ относительно их вертикалей в данной плоскости торца магнита может быть по часовой стрелке или против часовой стрелки - для всех точек данной плоскости. Такой тип намагничивания ферромагнитного тороида осуществляется помещением последнего в сложное внешнее насыщающее магнитное поле, которое образуется при намотке на ферритовый тороид обмотки, включенной последовательно с обмоткой цилиндрического соленоида, соосного оси симметрии тороида, по которым пропускают постоянный ток намагничивания. За счет суперпозиции магнитных полей - кругового и цилиндрического - возникает так называемое косокруговое намагничивание тороида. Угол φ определяется соотношением напряженностей магнитных полей указанных типов, например, соотношением числа витков в указанных обмотках.Permanent magnets in the form of ferromagnetic toroids with oblique magnetization (author terminology) have not been considered in the known literature. The magnetic lines of force in such permanent magnets are not orthogonal to the plane of the ends of the toroid, but are tilted relative to the verticals to any point of these planes at an angle φ lying in the plane passing through this vertical and tangent to the circle, coaxial to the axis of symmetry of the toroid and passing through this point on the plane of the end face of the magnet, and the countdown of the angles φ relative to their verticals in the given plane of the end face of the magnet can be clockwise or counterclockwise for all points of this plane. This type of magnetization of a ferromagnetic toroid is carried out by placing the latter in a complex external saturating magnetic field, which is formed when a winding is wound on a ferrite toroid, connected in series with the winding of a cylindrical solenoid, coaxial with the axis of symmetry of the toroid, through which a direct magnetization current is passed. Due to the superposition of magnetic fields - circular and cylindrical - the so-called oblique magnetization of the toroid occurs. The angle φ is determined by the ratio of the magnetic field strengths of these types, for example, the ratio of the number of turns in these windings.

В зависимости от включения круговой обмотки на тороиде к цилиндрической обмотке вокруг него можно изменять наклон магнитных силовых линий либо вправо, либо влево от соответствующих вертикалей, то есть формировать два типа ферромагнитных тороидов с косокруговым намагничиванием. При этом, если создать два постоянных магнита с одинаковой ориентацией магнитных силовых линий косокругового намагничивания, а затем один из таких магнитов перевернуть на 180°, то такие два магнита будут отталкиваться друг от друга при их сближении вдоль оси их симметрии (из-за свойства магнитного отталкивания одноименных магнитных полюсов).Depending on the inclusion of the circular winding on the toroid to the cylindrical winding around it, it is possible to change the slope of the magnetic field lines either to the right or left of the corresponding verticals, i.e., to form two types of ferromagnetic toroids with oblique magnetization. Moreover, if you create two permanent magnets with the same orientation of the magnetic lines of force of the oblique magnetization, and then turn one of these magnets 180 °, then these two magnets will repel each other when they approach each other along the axis of their symmetry (due to the property of magnetic repulsion of the same magnetic poles).

Целью изобретения является измерение соотношения вертикальных и горизонтальных составляющих косокруговой намагниченности в паре ферромагнитных тороидов, обращенных друг к другу одноименными магнитными полюсами, и их силового действия друг на друга при их сближении между собой.The aim of the invention is to measure the ratio of the vertical and horizontal components of the oblique magnetization in a pair of ferromagnetic toroids facing each other with the same magnetic poles, and their force action on each other when they approach each other.

Указанная цель достигается в заявляемом приборе для измерения силового взаимодействия ферромагнитных тороидов, состоящем из разъемного цилиндрического немагнитного корпуса, в нижней части которого расположен первый ферромагнитный тороид с механизмом его перемещения, связанным с датчиком перемещения, а в верхней части расположен соосно второй ферромагнитный тороид, механически связанный с калиброванной пружиной скручивания-сжатия, другой конец которой закреплен с верхней частью цилиндрического корпуса, а также с датчиками перемещения и угла поворота оси, к которой прикреплен второй ферромагнитный тороид, датчики перемещения первого и второго ферромагнитных тороидов и датчик угла поворота оси второго ферромагнитного тороида выходами соединены с первым, вторым и третьим входами вычислительно-регистрирующего устройства, причем намагничивание первого и второго ферромагнитных тороидов осуществлено так, что векторы намагниченности, исходящие из обращенных друг другу плоскостей первого и второго ферромагнитных тороидов, являются встречными друг к другу и наклонены относительно вертикальной оси их симметрии соответственно по часовой и против часовой стрелки.This goal is achieved in the inventive device for measuring the force interaction of ferromagnetic toroids, consisting of a detachable cylindrical non-magnetic body, in the lower part of which is the first ferromagnetic toroid with a mechanism for its movement associated with the displacement sensor, and in the upper part is coaxially located the second ferromagnetic toroid, mechanically connected with a calibrated torsion-compression spring, the other end of which is fixed to the upper part of the cylindrical body, as well as with sensors the rotation angle of the axis to which the second ferromagnetic toroid is attached, the displacement sensors of the first and second ferromagnetic toroids and the rotation angle sensor of the axis of the second ferromagnetic toroid are connected to the first, second and third inputs of the computing and recording device by magnetizing the first and second ferromagnetic toroids so that the magnetization vectors emanating from the planes of the first and second ferromagnetic toroids facing each other are opposite to each other and tilted the vertical axis of symmetry, respectively, clockwise and counterclockwise.

Достижение указанной цели изобретения объясняется возникающей силой сжатия калиброванной измерительной пружины скручивания-сжатия вертикальными составляющими косокруговой силы отталкивания, при контролируемой подаче первого ферромагнитного тороида ко второму. Данные датчиков перемещений и угла поворота по известным параметрам жесткости калиброванной измерительной пружины скручивания-сжатия позволяют вычислить соответствующие компоненты напряженностей магнитных полей, полученных при косокруговом намагничивании пары ферромагнитных тороидов, а также изменение их величин при сближении одноименных магнитных полюсов первого и второго ферромагнитных тороидов, для чего используется вычислительно-регистрирующее устройство, например, на основе персонального компьютера, действующего по соответствующей программе.Achieving the stated objective of the invention is explained by the arising compression force of a calibrated twisting-compression measuring spring by the vertical components of the oblique repulsive force when the first ferromagnetic toroid is supplied to the second. The displacement and rotation angle data from the known stiffness parameters of a calibrated torsion-compression measuring spring allow us to calculate the corresponding components of the magnetic field strengths obtained during oblique magnetization of a pair of ferromagnetic toroids, as well as the change in their values when the magnetic poles of the first and second ferromagnetic toroids come closer together, for which a computing and recording device is used, for example, based on a personal computer operating in accordance with favoring program.

Изобретение будет понятно из представленных чертежей.The invention will be clear from the drawings.

На фиг.1 изображена функционально-блочная схема заявляемого прибора, содержащего следующие элементы и блоки:Figure 1 shows the functional block diagram of the inventive device containing the following elements and blocks:

1 - нижний цилиндрический немагнитный корпус;1 - lower cylindrical non-magnetic body;

2 - стойка с подставкой;2 - a rack with a stand;

3 - верхний цилиндрический немагнитный корпус;3 - upper cylindrical non-magnetic body;

4 - заглушки крепления половин корпуса;4 - plugs for fixing the halves of the body;

5 - первый ферромагнитный тороид с косокруговым намагничиванием;5 - the first ferromagnetic toroid with oblique magnetization;

6 - нижний крепежный стакан (немагнитный);6 - lower mounting cup (non-magnetic);

7 - ось подачи нижнего крепежного стакана 6 (немагнитная);7 - feed axis of the lower mounting cup 6 (non-magnetic);

8 - второй ферромагнитный тороид с косокруговым намагничиванием;8 - second ferromagnetic toroid with oblique magnetization;

9 - верхний крепежный стакан (немагнитный);9 - upper mounting cup (non-magnetic);

10 - ось вращения-скольжения верхнего крепежного стакана (немагнитная);10 - axis of rotation-sliding of the upper mounting glass (non-magnetic);

11 - подшипник вращения-скольжения оси 10;11 - bearing rotation-sliding axis 10;

12 - калиброванная измерительная пружина скручивания-сжатия;12 - calibrated measuring spring twisting-compression;

13 - датчик перемещения нижнего крепежного стакана 6;13 - displacement sensor of the lower mounting glass 6;

14 - датчики поворота и перемещения верхнего крепежного стакана 9;14 - sensors of rotation and movement of the upper mounting glass 9;

15 - вычислительно-регистрирующее устройство.15 is a computing and recording device.

На фиг.2 представлена электрическая схема косокругового намагничивания пары ферромагнитных тороидов, содержащая следующие элементы и блоки:Figure 2 presents the electric diagram of the oblique magnetization of a pair of ferromagnetic toroids, containing the following elements and blocks:

16 - сложенная вместе пара ферромагнитных тороидов (не намагниченных);16 - coupled together a pair of ferromagnetic toroids (not magnetized);

17 - круговая обмотка, намотанная на пару ферромагнитных тороидов 16;17 - a circular winding wound on a pair of ferromagnetic toroids 16;

18 - цилиндрическая обмотка соленоида, соосная паре ферромагнитных тороидов 16;18 - cylindrical winding of the solenoid, coaxial to a pair of ferromagnetic toroids 16;

19 - накопительный высоковольтный конденсатор;19 - storage high voltage capacitor;

20 - органичивающий ток заряда резистор;20 - resistor current charge current;

21 - источник высокого напряжения постоянного тока;21 - source of high voltage DC;

22 - высоковольтный разрядник;22 - high voltage arrester;

23 - силовой высоковольтный диод.23 - power high-voltage diode.

На фиг.3 представлена та же схема (фиг.2) при виде сбоку на пару ферромагнитных тороидов 16, которые после их намагничивания с помощью обмоток 17 и 18 с постоянным током, обеспечивающим насыщение ферромагнетика, становятся ферромагнитными тороидами 5 и 8 (фиг.1) с косокруговым намагничиванием.Figure 3 presents the same diagram (figure 2) when viewed from the side on a pair of ferromagnetic toroids 16, which after magnetizing them with DC windings 17 and 18, which saturate the ferromagnet, become ferromagnetic toroids 5 and 8 (figure 1 ) with oblique magnetization.

На фиг.4 показано расположение векторов Hk и Hm намагниченности для двух точек k и m, расположенных на верхней грани тороида. Каждый из этих векторов имеет вертикальную H и горизонтальную Н|| составляющие (по отношению к плоскости торца тороида). При этом вертикальные составляющие H для любых точек на данной грани тороида параллельны между собой и с осью симметрии тороида z, а горизонтальные составляющие Н|| расположены по касательным к окружностям с центром на оси симметрии тороида и проведенным через любую данную точку на плоскости торца тороида. Касательные составляющие образуют оси у для соответствующих точек поверхности торца, а оси х таких декартовых координат направлены к оси симметрии тороида. Число таких координатных систем равно числу точек на торце ферромагнитного тороида (теоретически их бесчисленное множество, а практически - определяется отношением площади торца тороида к площади магнитного домена).Figure 4 shows the location of the magnetization vectors H k and H m for two points k and m located on the upper face of the toroid. Each of these vectors has a vertical H and horizontal H || components (with respect to the plane of the end face of the toroid). Moreover, the vertical components H for any points on a given toroid face are parallel to each other and with the axis of symmetry of the toroid z, and the horizontal components H || are located tangent to circles centered on the axis of symmetry of the toroid and drawn through any given point on the plane of the end face of the toroid. The tangent components form the y axis for the corresponding points on the end surface, and the x axis of such Cartesian coordinates are directed to the axis of symmetry of the toroid. The number of such coordinate systems is equal to the number of points at the end of the ferromagnetic toroid (theoretically, they are countless, but practically determined by the ratio of the area of the end of the toroid to the area of the magnetic domain).

На фиг.5 показано два возможных типа пар ферромагнитных тороидов с косокруговым намагничиванием, образующихся при замене включения круговой обмотки 17 (фиг.2) к цилиндрической обмотке соленоида 18 (путем переключения начала Н и конца К круговой обмотки 17).Figure 5 shows two possible types of pairs of ferromagnetic toroids with oblique magnetization formed when replacing the inclusion of a circular coil 17 (figure 2) to a cylindrical coil of a solenoid 18 (by switching the start of H and the end K of circular winding 17).

До рассмотрения действия заявляемого прибора (фиг.1) необходимо показать, как создаются ферромагнитные тороиды с косокруговым намагничиванием. Схема такого намагничивания пары одинаковых ферромагнитных тороидов приведена на фиг.2 и фиг.3. Цилиндрическая обмотка соленоида 18 способна создавать вертикально ориентированное магнитное поле, а круговая обмотка 17, намотанная сразу на обоих ферромагнитных тороидах, как показано на фиг.3, намагничивает эти тороиды вдоль их образующих, то есть по окружностям, соосным оси симметрии тороидов, располагаемым внутри тела тороидов. Суперпозиция этих двух магнитных полей создает косокруговую намагниченность в ферромагнитных тороидах, как это проиллюстрировано на фиг.4 для двух произвольно взятых точек на плоскости их торцов. Причем в зависимости от направления намагничивающего постоянного тока, например, в круговой обмотке 17 косокруговое намагничивание возможно двух типов - с наклоном вектора намагниченности относительно вертикалей вправо или влево.Before considering the operation of the inventive device (Fig. 1), it is necessary to show how ferromagnetic toroids with oblique magnetization are created. The scheme of such magnetization of a pair of identical ferromagnetic toroids is shown in Fig.2 and Fig.3. The cylindrical winding of the solenoid 18 is capable of creating a vertically oriented magnetic field, and the circular winding 17, wound immediately on both ferromagnetic toroids, as shown in Fig. 3, magnetizes these toroids along their generators, that is, along circles circumferential to the axis of symmetry of the toroids located inside the body toroids. The superposition of these two magnetic fields creates oblique magnetization in the ferromagnetic toroids, as illustrated in FIG. 4 for two randomly taken points on the plane of their ends. Moreover, depending on the direction of the magnetizing direct current, for example, in a circular winding 17, oblique magnetization is possible of two types - with the inclination of the magnetization vector relative to the verticals to the right or left.

Для создания однонаправленного тока разряда накопительного высоковольтного конденсатора 19, заряженного от высоковольтного источника постоянного тока 21 через ограничивающий резистор 20, используется силовой высоковольтный диод 23, включенный последовательно с накопительным высоковольтным конденсатором 19 и высоковольтным разрядником 22. При этом не возникает режима затухающих колебаний в таком контуре, которые препятствовали бы намагничиванию ферромагнитных тороидов. Импульс однонаправленного тока доводит ферромагнетик тороидов до глубокого насыщения. Эта операция может быть повторена, что, в конечном счете, приводит к намагничиванию тороидов.To create a unidirectional discharge current of the storage high-voltage capacitor 19 charged from the high-voltage direct current source 21 through the limiting resistor 20, a high-voltage diode 23 is used, connected in series with the storage high-voltage capacitor 19 and the high-voltage spark gap 22. There is no damped oscillation mode in such a circuit that would prevent the magnetization of ferromagnetic toroids. A unidirectional current pulse brings the ferromagnet of the toroids to deep saturation. This operation can be repeated, which ultimately leads to the magnetization of toroids.

После косокругового намагничивания пары ферромагнитных тороидов 5 и 8 (фиг.1) один из них переворачивают на 180°, в результате чего получаем пару взаимно отталкивающихся по вертикали тороидов, так как они обращены друг к другу одноименными магнитными полюсами. Так, первая и вторая пары ферромагнитных тороидов имеют обращенные друг к другу магнитные южные S-полюса. В первой паре нижний ферромагнитный тороид имеет наклон вектора намагниченности вправо от вертикали, а в верхнем ферромагнитном тороиде, наоборот, наклон влево от вертикали. Во второй паре эти наклоны противоположны выше указанным. При обозначении направлений вектора намагниченности для торцевых поверхностей тороидов, обращенных друг к другу в данной паре, вверх и вправо через единицу, а при направлениях вниз и влево через ноль, получим две пары ферромагнитных тороидов с косокруговым намагничиванием, указанные на фиг.5. Сумма чисел для каждой из пар равна двум, а одинаковые составляющие в парах должны быть различными. Любые другие комбинации должны исключаться из рассмотрения. Всего работающих комбинаций четыре.After oblique magnetization of a pair of ferromagnetic toroids 5 and 8 (Fig. 1), one of them is turned 180 °, as a result of which we get a pair of mutually repelling vertically toroids, since they are facing each other with the same magnetic poles. So, the first and second pairs of ferromagnetic toroids have magnetic S-poles facing each other. In the first pair, the lower ferromagnetic toroid has a slope of the magnetization vector to the right of the vertical, and in the upper ferromagnetic toroid, on the contrary, the slope to the left of the vertical. In the second pair, these inclinations are opposite to those indicated above. When designating the directions of the magnetization vector for the end surfaces of the toroids facing each other in a given pair, up and to the right through the unit, and for directions down and to the left through zero, we obtain two pairs of ferromagnetic toroids with oblique magnetization, indicated in Fig. 5. The sum of the numbers for each of the pairs is equal to two, and the same components in the pairs should be different. Any other combinations should be excluded from consideration. There are four working combinations.

Теперь обратимся к рассмотрению работы заявляемого устройства (фиг.1).Now we turn to consideration of the operation of the claimed device (figure 1).

Ферромагнитные тороиды с косокруговым намагничиванием обращены друг к другу одноименными северными N-полюсами и относятся ко второму типу пар (фиг.5). Первый ферромагнитный тороид 5 (нижний) имеет возможность перемещения вверх-вниз относительно второго ферромагнитного тороида 8 (верхнего) и считается неподвижным, механически связанным с датчиком перемещения 13. Второй ферромагнитный тороид 8 (верхний) обладает свободной подвижностью по вертикали и по вращению оси вращения-скольжения 10, которая механически связана с датчиком перемещения и датчиком угла поворота 14 оси 10. Кроме того, указанная подвижность второго ферромагнитного тороида ограничивается калиброванной измерительной пружиной скручивания-сжатия 12, один конец которой закреплен с верхним крепежным стаканом 9, соединенным со вторым ферромагнитным тороидом 8 и осью вращения-скольжения 10, а другой ее конец закреплен на верхнем цилиндрическим немагнитным корпусом 3, скрепленным с нижним 1 заглушками крепления 4.Ferromagnetic toroids with oblique magnetization are facing each other with the same North N-poles and belong to the second type of pairs (figure 5). The first ferromagnetic toroid 5 (lower) has the ability to move up and down relative to the second ferromagnetic toroid 8 (upper) and is considered to be stationary, mechanically connected with the displacement sensor 13. The second ferromagnetic toroid 8 (upper) has free vertical mobility and the rotation axis slip 10, which is mechanically connected with the displacement sensor and the angle sensor 14 of the axis 10. In addition, the indicated mobility of the second ferromagnetic toroid is limited by a calibrated measuring springs nd twisting compression 12, one end of which is fixed to the upper fitting sleeve 9 connected to the second ferromagnetic toroid 8 and slip-rotation axis 10, and the other end is fixed to the upper nonmagnetic cylindrical casing 3, secured to the lower mounting plugs 1 4.

Отметим, что при сжатии пружины 12 происходит также ее скручивание на небольшой угол, обусловленное наклоном витков пружины относительно плоскости, ортогональной оси симметрии пружины. Этот угол отслеживается датчиком 14.Note that when the spring 12 is compressed, it also twists by a small angle, due to the inclination of the coil of the spring relative to a plane orthogonal to the axis of symmetry of the spring. This angle is monitored by the sensor 14.

При перемещении вверх первого ферромагнитного тороида 5 на величину Δz1 увеличение силы отталкивания между первым 5 и вторым 8 ферромагнитными тороидами (за счет вертикальных составляющих H) приводит к смещению второго ферромагнитного тороида вверх на величину Δz2<Δz1. При этом сжатие пружины 12 на величину Δz2 указывает на действие силы сжатия FСЖ=k1 Δz2, где k1 - известный модуль сжатия для пружины 12. Сила сжатия FСЖ равна вертикальной составляющей силы отталкивания F. Указанные силы F и F||, как известно, изменяются пропорционально соответствующим компонентам H и Н|| вектора напряженности Н косокруговой намагниченности ферромагнитных тороидов. Следовательно, по измеренным значениям перемещения Δz2 при известном параметре модулей k1 можно судить о соотношении компонент H и Н|| и тем самым о величине угла наклона φ вектора Н, а также об изменении величины сил F и F|| при изменении перемещения Δz1 первого ферромагнитного тороида 5 устройством подачи нижнего крепежного стакана 6 через ось подачи 7, контролируемой датчиком перемещения 13. Все данные датчиков 13 и 14 передаются в вычислительно-регистрирующее устройство 15, работающее по заданной программе вычисления величин H и Н|| по введенному параметру k1 и вариации параметра перемещения Δz1. Как известно, сила F, действующая между полюсами с магнитными потоками Ф1 и Ф2 на некотором расстоянии d=h/cosφ, где h - расстояние между торцами тороидов, равна F=Ф1Ф2/4πµ0d21Ф2cos2φ/4πµ0h2. Магнитные потоки Ф1 и Ф2 определяются произведениями индукций ферромагнитных тороидов В=µ0Н на площадь S торцов ферромагнитных тороидов, то есть Ф=µ0НS [Вб], где µ0=1,256*10-6 Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, Н - напряженность магнитного поля на торцах магнитов [А/м], размеры S и h соответственно в [м2] и [м]. Сила F разлагается на составляющие F и F||, вычисляемые как F=Fcosφ и F||=Fsinφ, где угол φ=arctg(Н||/H). Видно, что с уменьшением расстояния h между торцами ферромагнитных тороидов квадратично возрастает сила F косокругового отталкивания, стремящаяся сжать и калиброванную измерительную пружину 12. Изменение расстояния h достигается соответствующей контролируемой подачей Δz1.When the first ferromagnetic toroid 5 is moved upward by Δz 1, an increase in the repulsive force between the first 5 and second 8 ferromagnetic toroids (due to the vertical components H ) leads to a shift of the second ferromagnetic toroid upward by Δz 2 <Δz 1 . In this case, the compression of the spring 12 by Δz 2 indicates the action of the compression force F SJ = k 1 Δz 2 , where k 1 is the known compression module for the spring 12. The compression force F SJ is equal to the vertical component of the repulsive force F . The indicated forces F and F || , as you know, they change proportionally to the corresponding components H and H || vectors of intensity H of the oblique magnetization of ferromagnetic toroids. Therefore, according to the measured values of the displacement Δz 2 with the known modulus parameter k 1, one can judge the ratio of the components H and Н || and thereby about the value of the angle of inclination φ of the vector H, as well as about the change in the magnitude of the forces F and F || when the displacement Δz 1 of the first ferromagnetic toroid 5 is changed by the feed device of the lower mounting cup 6 through the feed axis 7, which is controlled by the displacement sensor 13. All data of the sensors 13 and 14 are transmitted to the computing and recording device 15, which operates according to a given program for calculating the quantities H and Н | | by the introduced parameter k 1 and the variation of the displacement parameter Δz 1 . As is known, the force F acting between the poles with magnetic fluxes Ф 1 and Ф 2 at a certain distance d = h / cosφ, where h is the distance between the ends of the toroids, is F = Ф 1 Ф 2 / 4πµ 0 d 2 = Ф 1 Ф 2 cos 2 φ / 4πµ 0 h 2 . The magnetic fluxes Ф 1 and Ф 2 are determined by the products of the inductions of the ferromagnetic toroids B = µ 0 N and the area S of the ends of the ferromagnetic toroids, that is, Ф = µ 0 НS [Вб], where µ 0 = 1,256 * 10 -6 GN / m is the absolute magnetic vacuum permeability, N — magnetic field strength at the ends of the magnets [A / m], sizes S and h in [m 2 ] and [m], respectively. The force F decomposes into components F and F || calculated as F = Fcosφ and F || = Fsinφ, where the angle φ = arctan (H || / H ). It can be seen that with decreasing distance h between the ends of the ferromagnetic toroids, the force F of the oblique repulsion increases quadratically, which tends to compress the calibrated measuring spring 12. The distance h is achieved by the corresponding controlled feed Δz 1 .

Следует указать, что при отсутствии намагничивания ферромагнитных тороидов 5 и 8 под действием веса ферромагнитного тороида 8, его верхнего крепежного стакана 9 и оси вращения-скольжения 10 и других присоединенных к ним масс калиброванная измерительная пружина растягивается на величину Δz0=-k1Р, где P - полный вес подвижной части прибора, поэтому при начальной юстировке прибора следует так переместить ферромагнитный тороид 5 с косокруговым намагничиванием ко второму тороиду 8, чтобы сила отталкивания этих тороидов друг от друга уравнялась бы весом P, и при этом измерительная пружина 12 оказалась бы не растянутой и не сжатой (ее сжатие в исходном состоянии Δz02=0).It should be mentioned that in the absence of magnetization of ferromagnetic toroids 5 and 8 under the weight of the ferromagnetic toroid 8, its upper fixing sleeve 9 and the slip-rotation axis 10 and the other attached thereto mass calibrated measuring spring is stretched by an amount Δz 0 = -k 1 P Σ , where P is the total weight of the moving part of the device, therefore, during the initial adjustment of the device, the ferromagnetic toroid 5 with oblique magnetization should be moved to the second toroid 8 so that the repulsive force of these toroids equal each other whatever weight P , while the measuring spring 12 would be unstretched and not compressed (its compression in the initial state Δz 02 = 0).

Программа вычислений несколько осложняется тем обстоятельством, что модуль k1, строго говоря, не остается постоянной величиной, поскольку скручивание пружины 12 изменяет модуль упругости k1. В достаточно грубых оценках можно, однако, полагать величину этого модуля постоянной и известной (опытно определяемой) величиной.The calculation program is somewhat complicated by the fact that the modulus k 1 , strictly speaking, does not remain constant, since the twisting of the spring 12 changes the elastic modulus k 1 . In fairly rough estimates, however, one can assume that the value of this module is constant and known (experimentally determined).

Техническое решение может быть использовано при проверке идентичности пар ферромагнитных тороидов с косокруговым намагничиванием, при их выбраковке и испытании тороидов на их силовое взаимодействие, в частности, при опытном определении наиболее выгодных углов наклона φ вектора напряженности Н относительно вертикали.The technical solution can be used to verify the identity of pairs of ferromagnetic toroids with oblique magnetization, to cull them and to test the toroids for their force interaction, in particular, to experimentally determine the most advantageous tilt angles φ of the tension vector H relative to the vertical.

Источники информацииInformation sources

1. Преображенский А.А., Биширд Е.Г., Магнитные материалы и элементы, 3 изд., М., 1986.1. Preobrazhensky AA, Bishird EG, Magnetic materials and elements, 3rd ed., M., 1986.

2. Февралева И.Е., Магнитотвердые материалы и постоянные магниты, К., 1969.2. Fevraleva IE, Magnetosolid materials and permanent magnets, K., 1969.

3. Постоянные магниты. Справочник, М., 1971.3. Permanent magnets. Handbook, M., 1971.

Claims (1)

Прибор для измерения силового взаимодействия ферромагнитных тороидов, состоящий из разъемного цилиндрического немагнитного корпуса, в нижней части которого расположен первый ферромагнитный тороид с механизмом его перемещения, связанным с датчиком перемещения, а в верхней части расположен соосно второй ферромагнитный тороид, механически связанный с калиброванной пружиной скручивания-сжатия, другой конец которой закреплен с верхней частью цилиндрического корпуса, а также с датчиками перемещения и угла поворота оси, к которой прикреплен второй ферромагнитный тороид, датчики перемещения первого и второго ферромагнитных тороидов и датчик угла поворота оси второго ферромагнитного тороида выходами соединены с первым, вторым и третьим входами вычислительно-регистрирующего устройства, причем намагничивание первого и второго ферромагнитных тороидов осуществлено так, что векторы намагниченности, исходящие из обращенных друг к другу плоскостей первого и второго ферромагнитных тороидов, являются встречными друг другу и наклонены относительно вертикальной оси их симметрии соответственно по часовой и против часовой стрелки. A device for measuring the force interaction of ferromagnetic toroids, consisting of a detachable cylindrical non-magnetic body, in the lower part of which there is a first ferromagnetic toroid with a mechanism for its movement associated with the displacement sensor, and in the upper part is located coaxially the second ferromagnetic toroid mechanically connected with a calibrated torsion spring - compression, the other end of which is fixed with the upper part of the cylindrical body, as well as with displacement sensors and the angle of rotation of the axis to which is attached The second ferromagnetic toroid, the displacement sensors of the first and second ferromagnetic toroids and the angle sensor of the axis of the second ferromagnetic toroid are connected by outputs to the first, second and third inputs of the computing and recording device, and the first and second ferromagnetic toroids are magnetized so that the magnetization vectors coming from the planes of the first and second ferromagnetic toroids facing each other, are opposite to each other and are inclined relative to the vertical axis of their symmetry ns, respectively, clockwise and counterclockwise.
RU2009111150/28A 2009-03-26 2009-03-26 Device for measuring force interaction of ferromagnetic toroids RU2405164C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111150/28A RU2405164C1 (en) 2009-03-26 2009-03-26 Device for measuring force interaction of ferromagnetic toroids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111150/28A RU2405164C1 (en) 2009-03-26 2009-03-26 Device for measuring force interaction of ferromagnetic toroids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009111150A RU2009111150A (en) 2010-10-10
RU2405164C1 true RU2405164C1 (en) 2010-11-27

Family

ID=44024476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009111150/28A RU2405164C1 (en) 2009-03-26 2009-03-26 Device for measuring force interaction of ferromagnetic toroids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2405164C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD457Z (en) * 2011-04-15 2012-07-31 Государственный Университет Молд0 Device for desooting the exhaust gases and reducing the noise of internal combustion engine
MD505Z (en) * 2011-12-20 2012-11-30 Государственный Университет Молд0 Device for desooting the exhaust gases and reducing the noise of the internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD457Z (en) * 2011-04-15 2012-07-31 Государственный Университет Молд0 Device for desooting the exhaust gases and reducing the noise of internal combustion engine
MD505Z (en) * 2011-12-20 2012-11-30 Государственный Университет Молд0 Device for desooting the exhaust gases and reducing the noise of the internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009111150A (en) 2010-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101507265B1 (en) Wireless power transfer using magneto mechanical systems
EP3118642B1 (en) Systems and methods for low power magnetic field generation for atomic sensors using electro-permanent magnets
CN105190248B (en) magnetic linear or rotary encoder
KR101532150B1 (en) Othogonal type fluxgate sensor
EP2758983B1 (en) Ion trap
CN106165271B (en) Linear electromagnetic actuator including two independent mobile members
US20220416635A1 (en) Tangentially actuated magnetic momentum transfer generator
RU2405164C1 (en) Device for measuring force interaction of ferromagnetic toroids
Takebuchi et al. Reduction of vibration amplitude in vibration-type electricity generator using magnetic wire
CN104729405A (en) Supporting device for monitoring components
CN106716070B (en) The use structure of position detecting device and position detecting device
EP0580187A1 (en) Magnetic field generating device for ESR system
RU166304U1 (en) MAGNETIC STRUCTURE SCOPE
RU2391730C1 (en) Method for slant-circular magnetisation of ferromagnetic toroid
JP6934740B2 (en) Magnetization measurement method
US3708727A (en) Method for adjusting the strength of high energy magnets
US5218333A (en) Magnetic field generating device for use with ESR device
KR102243861B1 (en) Energy harvesting apparatus and switch using magnetic flux change
Wu et al. Micromagnetic simulation of high frequency magnetic characteristics for Fe-based nanocrystalline alloy
JP2003250777A (en) Magnetic field generator and nmr apparatus utilizing the same
KR101311206B1 (en) Magnet with linear magnetic force, manufacturing method and apparatus thereof
JPH03296615A (en) Detecting apparatus of position of moving body
Zeng et al. Magnetic hysteresis property of magneto-rheological fluid material under 2D fluxes
Marangoni et al. Measurement of the magnet system for the QEMMS
Oemry et al. Evaluation of analytical model for magnetic field distribution in magnetizing fixture study