RU2537051C1 - Device to inspect magnetic engagement - Google Patents
Device to inspect magnetic engagement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537051C1 RU2537051C1 RU2013120578/07A RU2013120578A RU2537051C1 RU 2537051 C1 RU2537051 C1 RU 2537051C1 RU 2013120578/07 A RU2013120578/07 A RU 2013120578/07A RU 2013120578 A RU2013120578 A RU 2013120578A RU 2537051 C1 RU2537051 C1 RU 2537051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic field
- electromagnet
- synchronous
- ferromagnet
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к физике ферромагнетиков и может быть использовано при исследовании магнитной восприимчивости ферромагнетиков в широком диапазоне намагниченности, включая область глубокого насыщения, в частности, при исследовании эффекта динамического аномального намагничивания под действием магнитной вязкости ферромагнетиков.The invention relates to the physics of ferromagnets and can be used to study the magnetic susceptibility of ferromagnets in a wide range of magnetization, including the deep saturation region, in particular, when studying the effect of dynamic anomalous magnetization under the influence of magnetic viscosity of ferromagnets.
Наблюдения в 1919 г. Г. Баркгаузена [1] показали, что при плавном изменении напряженности магнитного поля намагниченность ферромагнетика изменяется скачкообразно из-за действия различной природы трения доменов. Эффект Баркгаузена - одно из непосредственных доказательств доменной структуры ферромагнетиков, он позволяет определить объем отдельного домена. Для большинства ферромагнетиков этот объем равен 10-6…10-9 см3 (соответственно поперечный размер домена составляет 0,1…0,01 мм), что указывает на то, что один домен состоит из огромного числа атомов и молекул с одинаково ориентированными магнитными моментами, то есть домен имеет массу, во много порядков раз большую массы отдельной молекулы или атома вещества. Это, в частности, с учетом указанного трения доменов определяет свойство магнитной вязкости ферромагнитных материалов.Observations in 1919 by G. Barkhausen [1] showed that, with a smooth change in the magnetic field strength, the magnetization of a ferromagnet changes stepwise due to the action of different nature of domain friction. The Barkhausen effect is one of the direct evidence of the domain structure of ferromagnets; it allows one to determine the volume of an individual domain. For most ferromagnets this volume is 10 -6 ... 10 -9 cm 3 (respectively, the transverse domain size is 0.1 ... 0.01 mm), which indicates that one domain consists of a huge number of atoms and molecules with identically oriented magnetic moments, that is, the domain has a mass many orders of magnitude greater than the mass of an individual molecule or atom of a substance. This, in particular, taking into account the indicated domain friction, determines the property of magnetic viscosity of ferromagnetic materials.
Считается, что при взаимодействии двух намагниченных ферромагнетиков выходящие из доменов магнитные силовые линии одного из них (с северного магнитного полюса N) входят в домены другого (в южный магнитный полюс S) и являются как бы «вмороженными» в соответствующие домены этих ферромагнетиков, расположенные между собой по кратчайшему пути. При взаимном перемещении магнитно взаимодействующих намагниченных ферромагнетиков друг относительно друга на некотором небольшом интервале перемещений магнитные силовые линии соответственно удлиняются или укорачиваются, что приводит к изменению магнитного сопротивления магнитной цепи, аналогично известному закону Ома для магнитной цепи. Всякое изменение во времени магнитного сопротивления может быть обнаружено техническими средствами на основе закона Фарадея об электромагнитной индукции.It is believed that during the interaction of two magnetized ferromagnets, the magnetic lines of force of one of them (from the north magnetic pole N) emerging from the domains enter the domains of the other (the south magnetic pole S) and are “frozen” into the corresponding domains of these ferromagnets located between by the shortest path. When the magnetically interacting magnetized ferromagnets are mutually displaced relative to each other over a certain small range of displacements, the magnetic lines of force lengthen or shorten accordingly, which leads to a change in the magnetic resistance of the magnetic circuit, similar to the well-known Ohm's law for the magnetic circuit. Any change in time of magnetic resistance can be detected by technical means based on the Faraday law on electromagnetic induction.
Известно техническое решение [2] по обнаружению флуктуации магнитного потока при взаимном перемещении двух намагниченных ферромагнетиков без изменения расстояния между их магнитными полюсами. Это устройство состоит из двух магнитно связанных торцами тонкостенных цилиндрических и соосно расположенных постоянных магнитов из исследуемого ферромагнитного вещества, один из которых - ротор - приводится во вращательное движение электродвигателем, а другой - статор - выполнен в виде подковообразной структуры магнитопровода, на котором расположена катушка индуктивности, образующая вместе с присоединенным к ней конденсатором переменной емкости колебательный контур, настроенный на частоту F=ΩD/2md, где Ω - круговая частота вращения цилиндрического магнита-ротора с диаметром D, m - некоторое положительное число, подлежащее измерению, d - предполагаемый поперечный размер домена в используемом ферромагнетике, причем толщина h стенок цилиндрических торцов магнитных полюсов во много раз меньше диаметра D, например, на один-два порядка, а торцы магнитных полюсов ротора и статора расположены друг от друга на малом расстоянии s, соизмеримом с величиной h и образующим магнитный зазор. Увеличение отношения D/h в указанном техническом решении связано с требованием уменьшения разброса линейных скоростей различных точек торцов тонкостенных цилиндрических постоянных магнитов (электромагнитов) из исследуемого ферромагнитного вещества для получения квазимонохроматического колебательного процесса в указанном колебательном контуре, настраиваемым на частоту F.A technical solution is known [2] for detecting fluctuations in magnetic flux during the mutual displacement of two magnetized ferromagnets without changing the distance between their magnetic poles. This device consists of two thin-walled cylindrical and coaxially spaced permanent magnets magnetically connected from the ends of the studied ferromagnetic substance, one of which is the rotor, which is rotationally driven by an electric motor, and the other, the stator, is made in the form of a horseshoe-shaped structure of the magnetic circuit on which the inductor is located, forming, together with a capacitor of variable capacity connected to it, an oscillatory circuit tuned to the frequency F = ΩD / 2md, where Ω is the circular frequency of rotation of the cyl a magnetic rotor magnet with a diameter D, m is a certain positive number to be measured, d is the assumed transverse domain size in the used ferromagnet, and the wall thickness h of the cylindrical ends of the magnetic poles is many times smaller than the diameter D, for example, by one or two orders of magnitude, and the ends of the magnetic poles of the rotor and stator are located from each other at a small distance s, commensurate with the value of h and forming a magnetic gap. An increase in the D / h ratio in the indicated technical solution is associated with the requirement to reduce the linear velocity spread of various points of the ends of thin-walled cylindrical permanent magnets (electromagnets) from the ferromagnetic substance under study in order to obtain a quasimonochromatic oscillatory process in the indicated oscillatory circuit tunable to frequency F.
Такой же эффект магнитного сцепления имеет место и при любых других конфигурациях намагниченной системы ротор-статор [3], например, в устройстве с соосно установленными цилиндрическим ротором и полым цилиндрическим статором, внутри которого установлен ротор, так что цилиндрические поверхности ротора и статора образуют цилиндрический магнитный зазор постоянной величины. Иначе говоря, утверждается, что для вращения намагниченной системы ротор-статор необходимо приложить добавочную величину энергии, по сравнению с таким же вращением, но при отсутствии намагниченности. Этот вывод и подлежит проверке и дополнительному исследованию в заявляемом техническом решении.The same effect of magnetic coupling occurs with any other configuration of the magnetized rotor-stator system [3], for example, in a device with a coaxially mounted cylindrical rotor and a hollow cylindrical stator, inside which the rotor is mounted, so that the cylindrical surfaces of the rotor and stator form a cylindrical magnetic constant clearance. In other words, it is argued that for the rotation of the magnetized rotor-stator system, it is necessary to apply an additional amount of energy, compared with the same rotation, but in the absence of magnetization. This conclusion is subject to verification and additional research in the claimed technical solution.
Наличие указанных флуктуаций магнитного потока в такой системе указывает на дополнительные энергетические затраты при вращении магнита-ротора относительно неподвижного магнита-статора, связанные с проявлением магнитного сцепления этих магнитов друг с другом, обращенных друг к другу разноименными магнитными полюсами. Такое магнитное сцепление стремится воспрепятствовать вращению магнита-ротора из-за вынужденного удлинения магнитных силовых линий доменов, аналогично тому, как это происходит с затратой некоторой работы при увеличении расстояния между разноименными полюсами двух прямых постоянных магнитов [4-8]. При этом важно отметить, что такое растяжение магнитных силовых линий между связанными парами доменов внутри магнитного зазора между намагниченными торцами ротора и статора ограничено по величине растяжения, и при достижении наибольшего допустимого растяжения возникает срыв магнитных связей между доменными парами и переброс магнитных силовых линий от домена вращающегося ротора к ближайшему в данный момент времени от него домену неподвижного статора, то есть скачкообразное снижение магнитного сопротивления в магнитопроводе статора, которое регистрируется в форме ЭДС - положительных импульсов с частотой следования F - в колебательном контуре. Спектр возбуждаемых в колебательном контуре электрических колебаний сужается при увеличении отношения D/h при однородной структуре ферромагнитного вещества. Растяжение магнитных силовых линий между парами доменов и их срыв аналогичен природе звучания скрипки от взаимодействия движущегося смычка относительно скрипичной струны.The presence of these fluctuations in the magnetic flux in such a system indicates additional energy costs during rotation of the magnet-rotor relative to the stationary magnetor-stator, associated with the manifestation of magnetic adhesion of these magnets to each other, facing each other with opposite magnetic poles. Such magnetic coupling tends to prevent the rotation of the magnet-rotor due to the forced elongation of the magnetic lines of force of the domains, similar to how it takes some work to increase when the distance between the opposite poles of two direct permanent magnets increases [4-8]. It is important to note that such an extension of magnetic field lines between coupled pairs of domains inside the magnetic gap between the magnetized ends of the rotor and stator is limited in magnitude of extension, and when the maximum allowable extension is reached, a breakdown of the magnetic bonds between domain pairs and a transfer of magnetic field lines from the domain of the rotating the rotor to the domain of the fixed stator closest to the current moment of time from it, i.e., an abrupt decrease in the magnetic resistance in the stator magnetic circuit, which is recorded in the form of EMF - positive pulses with a repetition rate F - in the oscillatory circuit. The spectrum of electric vibrations excited in the oscillatory circuit narrows with an increase in the D / h ratio with a homogeneous structure of the ferromagnetic substance. The extension of magnetic field lines between pairs of domains and their breakdown is similar to the nature of the sound of the violin from the interaction of a moving bow relative to the violin string.
Обнаружение флуктуации магнитного потока в намагниченной ферромагнитной системе ротор-статор совместно с проявлением эффекта Баркгаузена указывают на «вмороженность» парциальных частей, составляющих совокупно общий магнитный поток, к соответствующим магнитным доменам ферромагнетика. Эти парциальные части магнитного потока в виртуальном представлении - суть группа магнитных силовых линий, исходящих из каждого домена в отдельности, и при этом домены рассматриваются как самостоятельные прямые постоянные магниты, связанные между собой в намагниченном извне ферромагнитном веществе. Часть магнитных силовых линий домена связывается с рядом расположенными доменами, образуя группу последовательных магнитных силовых линий для совокупности доменов в их линейных цепях, а другая часть магнитных силовых линий домена замыкается по контуру внутри тела ферромагнетика, не оказывая влияния на намагниченность
Известное свойство магнитной вязкости ферромагнетиков [9-13] приводит к запаздыванию во времени изменения магнитной восприимчивости (ферромагнетика при скачкообразном изменении магнитного поля, и процесс установления нового значения магнитной восприимчивости является экспоненциальным с постоянной времени τ, называемой постоянной релаксации магнитной вязкости. Для различных (ферромагнетиков величина τ может принимать различные значения, в частности, в диапазоне 0.05…1 мс при соответствующем подборе присадок, вводимых при синтезе ферромагнетика. Это означает, что при выборе τ=0,2 мс и временном интервале ΔTСК скачка магнитного поля от величины H* (при котором
Поскольку намагниченность ферромагнитного кольца в магнитном зазоре рабочей зоны существенно больше в начале этой зоны, чем в ее конце (при x=L), то центр намагниченности ферромагнетика, охваченного насыщающим магнитным полем, всегда оказывается смещенным к началу рабочей зоны, и поэтому он испытывает действие втягивающей силы при условии вращательного движения (ферромагнитного кольца с круговой частотой
Как было указано выше, выявляемая природа возникновения магнитного сцепления при взаимном перемещении магнитных полюсов друг от друга без изменения расстояния между ними (при постоянном магнитном зазоре) проявляется в форме дополнительных энергетических затрат для преодоления такого трения, создающего тормозной эффект.As mentioned above, the revealed nature of the occurrence of magnetic coupling during mutual movement of the magnetic poles from each other without changing the distance between them (with a constant magnetic gap) manifests itself in the form of additional energy costs to overcome such friction, which creates a braking effect.
В качестве ближайшего по конструкции аналога (прототипа) заявляемому техническому решению может быть взято устройство, известное из работы автора [19], в которой обсуждается практическое обнаружение распределения магнитной восприимчивости ферромагнетика при его протяжке через локализованное магнитное поле, напряженность Н которого регулируется в соответствующем электромагните от внешнего регулируемого источника постоянного тока, при регулируемой скорости вращения ферромагнитного кольца из исследуемого ферроматериала, частично помещенного в указанный магнитный зазор электромагнита.As the closest in design analogue (prototype) to the claimed technical solution, a device known from the author’s work [19] can be taken that discusses the practical detection of the distribution of the magnetic susceptibility of a ferromagnet when it is pulled through a localized magnetic field, the intensity of which is regulated in the corresponding electromagnet from an external regulated source of direct current, with an adjustable speed of rotation of the ferromagnetic ring from the studied ferromaterial, partially eschennogo into said magnetic gap of the electromagnet.
Это техническое решение разрешает иную физическую задачу, непосредственно связанную с рассматриваемой, поэтому критику недостатков прототипа следует признать неуместной, так как заявляемое техническое решение имеет совершенно иную целевую задачу.This technical solution solves another physical problem that is directly related to the considered one, therefore, criticism of the disadvantages of the prototype should be recognized as inappropriate, since the claimed technical solution has a completely different target.
Целью изобретения является проверка существования магнитною трения двух разноименных магнитных полюсов, перемещаемых друг относительно друга без изменения расстояния между этими полюсами, что позволяет построить физическое толкование природы снижения магнитной восприимчивости согласно кривой Столетова в парапроцессе.The aim of the invention is to verify the existence of magnetic friction of two opposite magnetic poles that are moved relative to each other without changing the distance between these poles, which allows us to build a physical interpretation of the nature of the decrease in magnetic susceptibility according to the Stoletov curve in the para process.
Указанная цель достигается в приборе для проверки магнитного трения, содержащем электромагнит с плоско-параллельными торцами магнитных полюсов, подключенный к регулируемому источнику постоянного тока, в магнитный зазор которого помещен край ферромагнитного кольца из исследуемого ферроматериала, приводимого во вращательное движение от синхронного двигателя переменного тока, связанного с генератором переменного тока с регулируемой частотой, а также блок управления и обработки информации, например, на основе персонального компьютера с периферийными устройствами ввода-вывода данных о напряженности магнитного поля в магнитном зазоре электромагнита путем задания и измерения тока подмагничивания от регулируемого источника постоянного тока, а также задания и измерения круговой частоты вращения ферромагнитного кольца по данным от генератора переменного тока с регулируемой частотой, отличающийся тем, что в него введен между генератором переменного тока с регулируемой частотой и синхронным двигателем переменного тока измеритель мощности электрических колебаний, информация от которого о потребляемой мощности синхронным двигателем переменного тока поступает на дополнительный вход блока управления и обработки информации, кроме того, плоско-параллельные торцы электромагнита снабжены плоскими насадками из исследуемого ферроматериала, например, их приклеиванием.This goal is achieved in a device for checking magnetic friction, containing an electromagnet with plane-parallel ends of the magnetic poles, connected to an adjustable direct current source, in the magnetic gap of which is placed the edge of the ferromagnetic ring from the studied ferromaterial, driven into rotational motion from a synchronous AC motor connected with an alternating current generator with adjustable frequency, as well as a control and information processing unit, for example, based on a personal computer with peripheral I / O data on the magnetic field in the magnetic gap of the electromagnet by setting and measuring the magnetization current from an adjustable constant current source, as well as setting and measuring the circular frequency of rotation of the ferromagnetic ring according to data from an alternating current generator with an adjustable frequency, characterized in what is introduced between the alternating current alternator with an adjustable frequency and the synchronous alternating current motor an electric oscillation power meter, inf rmatsiya from which power consumption of a synchronous AC motor is supplied to an additional input of the control unit and the information processing, in addition, the plane-parallel end faces of the electromagnet are provided with planar nozzles ferromateriala of the test, e.g., by gluing them.
Достижение цели изобретения объясняется возможностью сравнения графиков зависимости потребляемой мощности синхронным двигателем переменного тока в заданном диапазоне его скоростей вращения при различных токах подмагничивания электромагнита, включая и отсутствие подмагничивающего тока, то есть в отсутствие магнитного поля в магнитном зазоре электромагнита.Achieving the objective of the invention is explained by the possibility of comparing the graphs of the power consumption of a synchronous AC motor in a given range of its rotation speeds for various magnetizing currents of an electromagnet, including the absence of a magnetizing current, that is, in the absence of a magnetic field in the magnetic gap of the electromagnet.
Изобретение понятно на основе представленных рисунков и графиков. На рис.1 представлена блок-схема заявляемого устройства, состоящая из:The invention is understandable based on the presented drawings and graphs. Figure 1 shows a block diagram of the inventive device, consisting of:
1 - электромагнита с обмоткой подмагничивания и торцевыми насадками 1.1 и 1.2 из исследуемого ферроматериала,1 - an electromagnet with a magnetizing winding and end nozzles 1.1 and 1.2 from the studied ferromaterial,
2 - регулируемого источника постоянного тока подмагничивания электромагнита 1,2 - adjustable source of direct current magnetization of the electromagnet 1,
3 - ферромагнитного кольца из исследуемого ферроматериала с его осью вращения,3 - ferromagnetic rings from the studied ferromaterial with its axis of rotation,
4 - синхронного двигателя переменного тока, связанного с осью вращения ферромагнитного кольца 3,4 - synchronous AC motor associated with the axis of rotation of the ferromagnetic ring 3,
5 - измерителя мощности электрических колебаний,5 - power meter of electrical oscillations,
6 - генератора переменного тока с регулируемой частотой,6 - alternating current generator with adjustable frequency,
7 - блока управления и обработки информации с периферийными устройствами ввода-вывода данных.7 - control unit and information processing with peripheral data input-output devices.
На рис.2 представлены кривая Столетова 8 для магнитной восприимчивости J(H) и кривая 9 намагничивания J(H) исследуемого ферромагнетика в функции от приложенного магнитного поля с варьируемой напряженностью H.Figure 2 shows the Stoletov
На рис.3 дано наглядное представление природы изменения магнитной восприимчивости ферромагнетика при вариации напряженности Н внешнего магнитного поля.Figure 3 gives a visual representation of the nature of the change in the magnetic susceptibility of a ferromagnet with a variation in the intensity H of the external magnetic field.
На рис. 4 приведены графики для сравнения зависимостей потребляемой мощности P(ω) в синхронном двигателе переменного тока при различных скоростях вращения ω ферромагнитного кольца и при отсутствии тока подмагничивания в электромагните - наклонная прямая 10 и токе подмагничивания, создающем сильное насыщающее магнитное поле, - кривая 11.In fig. Figure 4 shows graphs for comparing the dependences of the power consumption P (ω) in a synchronous alternating current motor at various rotational speeds ω of the ferromagnetic ring and in the absence of a magnetizing current in an electromagnet -
Рассмотрим действие заявляемого прибора.Consider the action of the claimed device.
Электромагнит 1 с обмоткой подмагничивания, связанной с выходом регулируемого источника постоянного тока 2, создает в его магнитном зазоре магнитное поле с напряженностью H в функции от тока подмагничивания. Это магнитное поле выбрано однородным на всей длине L магнитного зазора, хотя оно может быть в ферромагнитовязких двигателях задано возрастающим вдоль криволинейной координаты x, то есть создающим градиент магнитного поля вдоль координаты x, совпадающей с отрезком окружности радиуса R - среднего радиуса ферромагнитного кольца 3 постоянной толщины h. В случае плоскопараллельного расположения торцов электромагнита 1 размер магнитного зазора определяется как (2s+h), где величина s - суть расстояние между плоскостями (ферромагнитного кольца 3 и соответствующими плоскими торцевыми насадками 1.1 и 1.2 электромагнита 1, и в этих зазорах происходит при вращении ферромагнитного кольца удлинение магнитных силовых линий между множеством пар доменов ферромагнитного ротора (ферромагнитного кольца 3) и статора, выполненного с плоскими насадками на торцах электромагнита 1 из такого же ферромагнитного материала, которые могут быть приклеены к магнитным полюсам стального магнитопровода этого электромагнита. Ферромагнитное кольцо 3 вращается на оси, сочлененной с синхронным двигателем переменного тока 4, получающим питание от генератора переменного тока с регулируемой частотой 6, в электрической цепи которого последовательно включен измеритель мощности 5, потребляемой синхронным двигателем 4. Управление током подмагничивания электромагнита 1 от регулируемого источника постоянного тока 2, а также управление частотой ω генератора переменного тока 6 осуществляется по программе в блоке управления и обработки данных 7. Этим же блоком осуществляется измерение тока подмагничивания в обмотке электромагнита 1, измерение частоты в генераторе переменного тока 6 и измерение мощности, потребляемой синхронным двигателем 4 в диапазоне скоростей вращения ферромагнитного кольца 2 при различных токах подмагничивания электромагнита 1, то есть при различных значениях напряженности магнитного поля H внутри магнитного зазора. Связи управления и обработки данных указаны фигурными двунаправленными стрелками между блоками 2 и 6 и блоком 7. Передача данных от измерителя мощности электрических колебаний 5 показана однонаправленной стрелкой. В программу работы блока 7 введены постоянные параметры устройства, знание которых необходимо для обработки поступающей информации, в частности, конструктивные параметры - средний радиус ферромагнитного кольца R, длина магнитного зазора L, его размер (2s+h), и отдельно данные по h и s. Кроме того, вводится параметр τ ферромагнитного вещества, подлежащего исследованию.An electromagnet 1 with a bias winding associated with the output of an adjustable constant current source 2 creates a magnetic field in its magnetic gap with a voltage H as a function of the bias current. This magnetic field is chosen uniform over the entire length L of the magnetic gap, although it can be specified in ferromagnetically viscous engines increasing along the curvilinear coordinate x, that is, creating a magnetic field gradient along the coordinate x that coincides with a segment of a circle of radius R - the average radius of the ferromagnetic ring 3 of constant thickness h. In the case of plane-parallel arrangement of the ends of the electromagnet 1, the size of the magnetic gap is defined as (2s + h), where s is the distance between the planes (ferromagnetic ring 3 and the corresponding flat end nozzles 1.1 and 1.2 of electromagnet 1, and in these gaps occurs when the ferromagnetic ring rotates extension of magnetic field lines between many pairs of domains of a ferromagnetic rotor (ferromagnetic ring 3) and a stator made with flat nozzles at the ends of electromagnet 1 from the same ferromagnetic materials that can be glued to the magnetic poles of the steel magnetic circuit of this electromagnet.The ferromagnetic ring 3 rotates on an axis articulated with a synchronous AC motor 4, powered by an alternating current generator with an adjustable frequency of 6, in the electric circuit of which a power meter 5 is connected in series, consumed by a synchronous motor 4. Control of the magnetizing current of the electromagnet 1 from an adjustable constant current source 2, as well as controlling the frequency ω of the alternator current 6 is carried out according to the program in the control unit and data processing 7. The same unit measures the bias current in the winding of the electromagnet 1, measures the frequency in the alternator 6 and measures the power consumed by the synchronous motor 4 in the speed range of the rotation of the ferromagnetic ring 2 at various magnetization currents of the electromagnet 1, that is, at different values of the magnetic field strength H inside the magnetic gap. Communications control and data processing are indicated by curly bidirectional arrows between blocks 2 and 6 and block 7. Data transmission from the meter of power of electrical vibrations 5 is shown by a unidirectional arrow. The unit’s work program includes constant parameters of the device, the knowledge of which is necessary for processing the incoming information, in particular, design parameters — the average radius of the ferromagnetic ring R, the length of the magnetic gap L, its size (2s + h), and separately the data on h and s . In addition, the parameter τ of the ferromagnetic substance to be studied is introduced.
Как известно, кривая Столетова 8 (рис.2) выражает немонотонную зависимость магнитной восприимчивости χ ферромагнетика от напряженности H внешнего магнитного поля. При H=0 начальное значение магнитной восприимчивости не равно нулю, и для различных ферроматериалов может составлять несколько сотен или тысяч. Например, известные ферритовые кольца типа М2000НМ-1 имеют начальную магнитную восприимчивость χНАЧ=2000. По мере увеличения напряженности H магнитного поля магнитная восприимчивость растет нелинейно, и при H=H* достигает своего наибольшего значения χMAX, после чего с дальнейшим ростом напряженности H магнитного поля (H>H*) начинает относительно медленно падать. При этом в парапроцессе, то есть при насыщении, приблизительно выполняется ранее указанное условие
Какова физическая природа роста и падения магнитной восприимчивости при изменении напряженности внешнего магнитного поля? Для пояснения этого вопроса обратимся к концепции разделения магнитных потоков (или совокупной группы магнитных силовых линий) каждого из магнитных доменов на потоки, связывающиеся в единые линейные цепи, выходящие наружу ферромагнетика, и потоки, замыкающиеся в доменах по внутренним контурам, не выходящими наружу тела ферромагнетика и замыкающимися внутри него.What is the physical nature of the rise and fall of magnetic susceptibility with changing external magnetic field? To clarify this issue, we turn to the concept of separation of magnetic fluxes (or an aggregate group of magnetic field lines) of each of the magnetic domains into fluxes that bind into a single linear chain that goes outward of a ferromagnet, and fluxes that are closed in domains along internal circuits that do not go out of the body of a ferromagnet and locked inside it.
Автором предлагается модель этого процесса, объясняющая поведение ферромагнетика в магнитном поле, в частности, эффект динамического аномального намагничивания. На рис.3 представлены цепи магнитных доменов A, B, V,… при трех разных значениях напряженности магнитного поля H=0, H* и HНАС, магнитная восприимчивость ферромагнетика при которых имеет соответственно значения
В восходящей ветви кривой Столетова при 0≤H≤H* действие на ферромагнетик внешнего магнитного поля увеличивает его способность к намагничиванию, а в нисходящей ветви кривой Столетова, наоборот, уменьшает. Это возможно объяснить перераспределением плотности магнитного потока каждого из магнитных доменов ферромагнетика, ориентируемых по вектору внешнего магнитного поля, одна часть которого замыкается внутри ферромагнетика около каждого из доменов, а другая его часть образует магнитную цепь группы последовательно связанных доменов, создающую внешний магнитный поток намагниченного ферромагнетика. При этом каждый домен рассматривается как прямой микромагнит с его собственным магнитным моментом, магнитные силовые линии которого частично замыкаются во внутреннем контуре, а частично образуют магнитные связи с другими доменами в последовательно расположенных цепях. При этом внешнее магнитное поле управляет процессом указанного перераспределения магнитных полей доменов в ферромагнетиках.In the ascending branch of the Stoletov curve at 0≤H≤H *, the action on the ferromagnet of an external magnetic field increases its ability to magnetize, and in the descending branch of the Stoletov curve, on the contrary, it decreases. This can be explained by the redistribution of the magnetic flux density of each of the magnetic domains of the ferromagnet, oriented along the vector of the external magnetic field, one part of which closes inside the ferromagnet near each of the domains, and the other part forms the magnetic circuit of the group of series-connected domains, creating an external magnetic flux of the magnetized ferromagnet. In this case, each domain is considered as a direct micromagnet with its own magnetic moment, the magnetic lines of force of which are partially closed in the internal circuit, and partially form magnetic bonds with other domains in sequentially arranged chains. In this case, an external magnetic field controls the process of the indicated redistribution of the magnetic fields of domains in ferromagnets.
Обозначим полный магнитный поток домена как σO, часть его, связывающуюся во внешнюю магнитную цепь, обозначим как σ1, а другую его часть, образующую внутренний контур, обозначим как σ2. Тогда
Эффект динамического аномального намагничивания наиболее сильно проявляется в случае, когда перед наступлением квазискачка напряженности внешнего магнитного поля, воздействующего на ферромагнетик, последний имеет максимально возможную магнитную восприимчивость
Рассмотренная модель, объясняющая эффект динамического аномального намагничивания (или определеннее - сверхнамагничивания) и причину изменения магнитной восприимчивости ферромагнетика в соответствии с кривой Столетова под управляющим действием внешнего магнитного поля, связана с магнитной вязкостью ферромагнетиков, которая опосредуется на эффект временного запаздывания перегруппировки магнитных потоков доменов на внутренние и внешние.The considered model, which explains the effect of dynamic anomalous magnetization (or more specifically, super magnetization) and the reason for the change in the magnetic susceptibility of a ferromagnet in accordance with the Stoletov curve under the control action of an external magnetic field, is associated with the magnetic viscosity of ferromagnets, which is mediated by the effect of a temporary delay in the rearrangement of magnetic fluxes of domains to internal and external.
На основе эффекта динамического аномального намагничивания можно создать экологически чистые термомагнитовязкие двигатели [4, 14], преобразующие теплоту внешней среды, например, сосредоточенную в водных бассейнах, в механическую работу.Based on the effect of dynamic anomalous magnetization, it is possible to create environmentally friendly thermomagnetically viscous motors [4, 14], which convert the heat of the environment, for example, concentrated in water basins, into mechanical work.
Из рассмотрения модели физического объяснения изменения магнитной восприимчивости ферромагнетика под управлением внешним магнитным полем (рис.3) можно утверждать, что магнитные силовые линии, виртуально описывающие соответствующие парциальные магнитные потоки доменов, являются действительно «вмороженными» в эти домены, то есть обособлены от магнитных потоков других доменов, а следовательно, магнитное взаимодействие доменов системы «ротор-статор» представляется взаимодействием отдельных пар магнитно связанных доменов, расположенных соответственно на роторе и на статоре с кратчайшими расстояниями между этими парами доменов. Тогда становится понятным эффект магнитного сцепления (торможения), препятствующего взаимному перемещению ротора относительно статора без изменения расстояния между ними (без изменения величины магнитного зазора s). Понятно также и то, что такое магнитное сцепление, нарушаемое скачкообразными переходами магнитных связей между близлежащими парами доменов ротора и статора, связано с необходимостью затраты дополнительной энергии при взаимном перемещении ротора от статора, то есть при вращении ротора - ферромагнитного кольца 3 в магнитном зазоре электромагнита 1 (рис.1).From a consideration of the model of a physical explanation of the change in the magnetic susceptibility of a ferromagnet under the control of an external magnetic field (Fig. 3), it can be argued that magnetic field lines that virtually describe the corresponding partial magnetic fluxes of domains are really “frozen” into these domains, that is, they are isolated from magnetic fluxes other domains, and therefore, the magnetic interaction of the domains of the rotor-stator system is represented by the interaction of individual pairs of magnetically coupled domains located respectively on the rotor and on the stator with the shortest distances between these pairs of domains. Then it becomes clear the effect of magnetic adhesion (braking), preventing the mutual movement of the rotor relative to the stator without changing the distance between them (without changing the magnitude of the magnetic gap s). It is also clear that such magnetic coupling, which is disrupted by spasmodic transitions of magnetic bonds between nearby pairs of rotor and stator domains, is associated with the need for additional energy to be consumed when the rotor moves from the stator, that is, when the rotor rotates — ferromagnetic ring 3 in the magnetic gap of electromagnet 1 (fig. 1).
Если полагать момент трения MТР ротора относительно статора, определяемый качеством подшипников, неизменным от угловой скорости ω вращения (ферромагнитного кольца 3, то есть при
В том случае, когда электромагнит 1 создает в своем магнитном зазоре магнитное поле с напряженностью HO, при которой поле является насыщающим, возникает эффект магнитного сцепления (дополнительного трения, как при наличии присоединенной нагрузки), и при этом потребляемая синхронным двигателем 4 мощность от генератора переменного тока 6 и регистрируемая измерителем мощности 5, сначала растет быстрее, чем при отсутствии магнитного поля, а при частоте вращения ферромагнитного кольца
Использование заявляемого устройства расширяет границы нашего познания происходящих в ферромагнетиках явлений и создает предпосылки освоения тепловой энергии, сосредоточенной в неограниченных количествах в водах мировых бассейнов.The use of the inventive device expands the boundaries of our knowledge of the phenomena occurring in ferromagnets and creates the prerequisites for the development of thermal energy, concentrated in unlimited quantities in the waters of world pools.
ЛитератураLiterature
1. Рудяк В. М., Эффект Баркгаузена, УФН′′, 1970, т.101, с.429.1. Rudyak V.M., Barkhausen effect, Physics – Uspekhi, 1970, v. 101, p. 429.
2. Меньших О.Ф., Магнитопараметрический генератор. Патент РФ №2359397, опубл. в бюлл.№17 от 20.06.2009.2. Smaller OF, Magnetoparametric generator. RF patent No. 2359397, publ. in bulletin No. 17 of 06/20/2009.
3. Меньших О.Ф., Устройство для измерения спектра сигнала индукции в магнитно связанной системе. Патент РФ №2467464, опубл. в бюл. №32 от 20.11.2012.3. Smaller OF, Device for measuring the spectrum of the induction signal in a magnetically coupled system. RF patent No. 2467464, publ. in bull. No 32 on 11/20/2012.
4. Меньших О.Ф., Устройство стабилизации частоты генератора. Патент РФ №2368063, опубл. в бюл. №26 от 20.09.2009.4. Smaller OF, Device for stabilizing the frequency of the generator. RF patent No. 2368063, publ. in bull. No. 26 dated 09/20/2009.
5. Меньших О.Ф., Прибор для измерения энергии взаимодействия ферромагнетика с магнитным полем. Патент РФ №2377590, опубл. в бюл. №36 от 27.12.2009.5. Menshikh OF, Instrument for measuring the energy of interaction of a ferromagnet with a magnetic field. RF patent No. 2377590, publ. in bull. No. 36 dated December 27, 2009.
6. Меньших О.Ф., Прибор для измерения силового взаимодействия ферромагнитных тороидов с косокруговым намагничиванием. Патент РФ №2405164, опубл. в бюл. №33 OT27.11.2010.6. Menshikh OF, Instrument for measuring the force interaction of ferromagnetic toroids with oblique magnetization. RF patent No. 2405164, publ. in bull. No. 33 OT.11.11.2010.
7. Меньших О.Ф., Анализатор ферромагнитного взаимодействия. Патент РФ №2409819, опубл. в бюл. №2409819 от №2 от 20.01.2011.7. Smaller OF, Analyzer of ferromagnetic interaction. RF patent No. 2409819, publ. in bull. No. 2409819 dated No. 2 dated January 20, 2011.
8. Меньших О.Ф., Прибор для исследования магнитного силового взаимодействия. Патент РФ №2421747, опубл. в бюл. №17 от 20.06.2011.8. Smaller OF, Instrument for the study of magnetic force interaction. RF patent No. 2421747, publ. in bull. No. 17 dated 06/20/2011.
9. Kronmiiller H., Nachwirkung in Kerromagnetika, В. - [u.a.], 1968.9. Kronmiiller H., Nachwirkung in Kerromagnetika, B. - [u.a.], 1968.
10. Вонсовский С.В., Магнетизм, М., 1971.10. Vonsovsky S.V., Magnetism, M., 1971.
11. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М., 1981.11. Mishin D.D. Magnetic materials. M., 1981.
12. Меньших О.Ф., Измеритель магнитной вязкости ферромагнетиков. Патент РФ БИ №2357241, опубл. в №15 от 27.05.2009.12. Smaller OF, Magnetic viscosity meter of ferromagnets. RF patent BI No. 2357241, publ. No 15 on 05/27/2009.
13 Меньших О.Ф., Способ измерения магнитной вязкости ферромагнетиков, Патент РФ №2451945, опубл. в БИ №15 от 27.05.2012.13 Smaller OF, Method for measuring the magnetic viscosity of ferromagnets, RF Patent No. 2451945, publ. in BI No. 15 dated 05/27/2012.
14. Меньших О.Ф., Устройство для автоматического управления электрогенератором, Патент РФ №2444802, опубл. в бюл. №7 от 10.03.2012.14. Smaller OF, Device for automatic control of an electric generator, RF Patent No. 2444802, publ. in bull. No 7 on 03/10/2012.
15. Никитин С.А. и др., Магнитокалорический эффект в соединениях редкоземельных металлов с железом, "ЖЭТФ", 1973, т.65, с.2058.15. Nikitin S.A. et al., Magnetocaloric effect in compounds of rare-earth metals with iron, "ZhETF", 1973, v. 65, p. 2058.
16. Никитин С.А. и др. Особенности магнитного поведения и Магнитокалорический. эффект в монокристалле гадолиния, "ЖЭТФ", 1978, т.74, с.205.16. Nikitin S.A. and others. Features of magnetic behavior and Magnetocaloric. effect in a gadolinium single crystal, "JETP", 1978, v. 74, p.205.
17. Никитин С.А. и др. Магнитные фазовые превращения и Магнитокалорический эффект в монокристаллах сплавов Tb-Y, "ЖЭТФ", 1977, т.73, с.228.17. Nikitin S.A. et al. Magnetic phase transformations and the magnetocaloric effect in single crystals of Tb-Y alloys, ZhETP, 1977, v.73, p.228.
18. Архаров А.М., Брандт П.Б., Жердев А.А., О возможности создания магнитных холодильных машин, "Холодильная техника", 1980. №8, с.13.18. Arkharov AM, Brandt PB, Zherdev AA, On the possibility of creating magnetic refrigeration machines, "Refrigeration", 1980. No. 8, p.13.
19. Меньших О.Ф. Устройство для измерения динамического распределения магнитной восприимчивости ферромагнетика. Патент РФ №2467342, опубл. в бюл. №32 от 20.1 1.12 (прототип).19. Smaller O.F. A device for measuring the dynamic distribution of the magnetic susceptibility of a ferromagnet. RF patent No. 2467342, publ. in bull. No. 32 from 20.1 1.12 (prototype).
Данные патентного поискаPatent Search Data
RU 2467342 С1, 20.11.2012 RU 2451945 C1, 27.05.2012 RU 2357240 C1, 27.05.2009 RU 2357241 C1, 27.05.2009 RU 2338216 C1, 10.11.2008 US 2009009157 A1, 08.01.2009 RU 2309527 C1, 27.10,2007. RU 2291546 C1, 10.01.2007. JP 20011255305 A, 21.09.2001. JP 63180851 A, 25.07.1988.RU 2467342 C1, 11.20.2012 RU 2451945 C1, 05.27.2012 RU 2357240 C1, 05.27.2009 RU 2357241 C1, 27.05.2009 RU 2338216 C1, 10.11.2008 US 2009009157 A1, 01.01.2009 RU 2309527 C1, 10.27.2007. RU 2291546 C1, 01/10/2007. JP 20011255305 A, 09.21.2001. JP 63180851 A, 07.25.1988.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120578/07A RU2537051C1 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Device to inspect magnetic engagement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013120578/07A RU2537051C1 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Device to inspect magnetic engagement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013120578A RU2013120578A (en) | 2014-12-10 |
RU2537051C1 true RU2537051C1 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013120578/07A RU2537051C1 (en) | 2013-05-06 | 2013-05-06 | Device to inspect magnetic engagement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537051C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2377590C1 (en) * | 2008-10-10 | 2009-12-27 | Олег Фёдорович Меньших | Instrument for measuring power of interaction of ferromagnetic with magnetic field |
RU2409819C1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-01-20 | Олег Фёдорович Меньших | Ferromagnetic interaction analyser |
RU2467342C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-11-20 | Олег Фёдорович Меньших | Device to measure dynamic distribution of magnetic susceptibility of ferromagnetic |
RU2467464C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-11-20 | Олег Фёдорович Меньших | Instrument for measurement of spectrum of induction signal in magnetically linked system |
-
2013
- 2013-05-06 RU RU2013120578/07A patent/RU2537051C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2377590C1 (en) * | 2008-10-10 | 2009-12-27 | Олег Фёдорович Меньших | Instrument for measuring power of interaction of ferromagnetic with magnetic field |
RU2409819C1 (en) * | 2010-02-15 | 2011-01-20 | Олег Фёдорович Меньших | Ferromagnetic interaction analyser |
RU2467342C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-11-20 | Олег Фёдорович Меньших | Device to measure dynamic distribution of magnetic susceptibility of ferromagnetic |
RU2467464C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-11-20 | Олег Фёдорович Меньших | Instrument for measurement of spectrum of induction signal in magnetically linked system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013120578A (en) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mamiya et al. | Magnetic hysteresis loop in a superparamagnetic state | |
RU2357240C1 (en) | Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetics | |
RU2537051C1 (en) | Device to inspect magnetic engagement | |
RU2451945C1 (en) | Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials | |
RU2338216C1 (en) | Device for magnetic viscosity measurement in ferromagnets | |
RU2332778C1 (en) | Method of energy generation and related device | |
RU2309527C2 (en) | Ferro-magneto-viscous rotator | |
RU2359397C1 (en) | Magneto-parametric generator | |
RU2467464C1 (en) | Instrument for measurement of spectrum of induction signal in magnetically linked system | |
RU2444802C1 (en) | Device of automatic control of power generator | |
RU2325754C1 (en) | Magnetoviscous rotator | |
RU2539290C2 (en) | Magnetic friction study device | |
Ma et al. | Failure analysis on Nd-Fe-B under the multi-physical field coupling of permanent-magnet synchronous machines | |
Piquerel et al. | Phase dependence of microwave-assisted switching of a single magnetic nanoparticle | |
RU2684163C1 (en) | Device for testing the effect of excitation of constant emf in a conductor placed in a transverse rotating magnetic field | |
Sharp et al. | Dependence of loss on domain-wall spacing in polycrystalline material | |
Ziman et al. | Domain wall dynamics and Hall effect in eddy current loop in amorphous ferromagnetic wire with small helical anisotropy | |
Konishi et al. | Dynamic properties of domain wall motion in permalloy films | |
RU2409819C1 (en) | Ferromagnetic interaction analyser | |
RU2462730C1 (en) | Device for measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials | |
Il’yashenko et al. | The 90° pulse magnetization curve of ferrite-garnet films with planar anisotropy | |
RU2488841C1 (en) | Device for measuring magnetic viscosity of ferromagnetic materials | |
Tiunov et al. | Dynamics of the domain structure and magnetic losses of Fe-3% Si single crystals in rotating magnetic fields | |
Larmor | On the electrodynamic and thermal relations of energy of magnetisation | |
Dalpadado et al. | Barkhausen noise controlled by electric current through core |