RU2537051C1 - Device to inspect magnetic engagement - Google Patents

Device to inspect magnetic engagement Download PDF

Info

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
Application number
RU2013120578/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013120578A (en
Inventor
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 RU2013120578/07A priority Critical patent/RU2537051C1/en
Publication of RU2013120578A publication Critical patent/RU2013120578A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537051C1 publication Critical patent/RU2537051C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: invention relates to physics of ferromagnetics and may be used to investigate magnetic susceptibility of ferromagnetics in a wide range of magnetisation, including an area of deep saturation, in particular, during research of effect of dynamic abnormal magnetisation under action of magnetic viscosity of ferromagnetics. A device to inspect magnetic friction comprises an electromagnet with flat-parallel ends of magnetic poles connected to a controlled DC source. In its magnetic gap there is an edge of a ferromagnetic ring from investigated ferromaterial, put into rotary motion from a synchronous AC motor connected to an AC generator with controlled frequency, between which there is a meter of capacity of electric oscillations, information from which on capacity consumed by the synchronous AC motor arrives to an additional input of an information control and processing unit. Flat-parallel ends of the electromagnet are equipped with flat attachments from investigated ferromaterial, for instance, by their gluing.
EFFECT: inspection of magnetic friction of two dissimilar magnetic poles moved relative to each other without variation of distance between these poles.
4 dwg

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 J = μ O χ H

Figure 00000001
ферромагнетика, помещаемого во внешнее намагничивающее магнитное поле с напряженностью H[A/м]; здесь μ O
Figure 00000002
- магнитная постоянная, равная μ O = 1 , 256 * 10 6
Figure 00000003
Гн/м, χ
Figure 00000004
- магнитная восприимчивость ферромагнетика (безразмерная величина). Чем большая доля магнитных силовых линий домена образует магнитные связи с другими доменами линейной доменной цепи, тем больше оказывается магнитная восприимчивость ферромагнетика, помещенного во внешнее магнитное поле. Вариация величины этой доли определяется значением напряженности Н внешнего (намагничивающего) магнитного поля, что согласуется с известной кривой Столетова - зависимости магнитной восприимчивости χ
Figure 00000005
ферромагнетика от величины напряженности Н действующего на него магнитного поля. С ростом напряженности Н магнитная восприимчивость ферромагнетика χ
Figure 00000006
сначала растет, доходит до своего максимума χ M A X
Figure 00000007
(различного для различных ферроматериалов) при напряженности магнитного поля H*, а затем уменьшается, а при сверхсильных магнитных полях - стремится к нулю. В то же время с ростом напряженности магнитного поля в диапазоне H>H* намагниченность J ферромагнетика растет с ростом напряженности магнитного поля и доходит до насыщения при HНАС>H* несмотря на то, что магнитная восприимчивость ферромагнетика уменьшается согласно кривой Столетова. В области магнитного насыщения (в области парапроцесса) произведение χ H c o n s t ( H )
Figure 00000008
при H>>H*, и намагниченность насыщения JНАС не растет с дальнейшим ростом магнитного поля. Это требует соответствующего физического объяснения, и оно может быть получено на основе применения заявляемого технического решения.The detection of fluctuations in the magnetic flux in a magnetized ferromagnetic rotor-stator system, together with the manifestation of the Barkhausen effect, indicate the "freezing" of the partial parts that make up the total magnetic flux to the corresponding magnetic domains of the ferromagnet. In virtual representation, these partial parts of the magnetic flux are a group of magnetic field lines emanating from each domain separately, and the domains are considered as independent direct permanent magnets, interconnected in an externally magnetized ferromagnetic substance. Part of the magnetic field lines of the domain binds to adjacent domains, forming a group of consecutive magnetic field lines for the set of domains in their linear chains, and the other part of the magnetic field lines of the domain closes along the contour inside the body of the ferromagnet, without affecting the magnetization J = μ O χ H
Figure 00000001
a ferromagnet placed in an external magnetizing magnetic field with intensity H [A / m]; here μ O
Figure 00000002
- magnetic constant equal to μ O = one , 256 * 10 - 6
Figure 00000003
GN / m χ
Figure 00000004
- magnetic susceptibility of a ferromagnet (dimensionless quantity). The larger the fraction of magnetic field lines of a domain that forms magnetic bonds with other domains of a linear domain chain, the greater the magnetic susceptibility of a ferromagnet placed in an external magnetic field. The variation in the magnitude of this fraction is determined by the value H of the external (magnetizing) magnetic field, which is consistent with the well-known Stoletov curve - the dependence of magnetic susceptibility χ
Figure 00000005
ferromagnet from the magnitude of the intensity H of the magnetic field acting on it. With increasing tension H, the magnetic susceptibility of a ferromagnet χ
Figure 00000006
grows first, reaches its maximum χ M A X
Figure 00000007
(different for different ferromaterials) at a magnetic field strength H *, and then decreases, and at superstrong magnetic fields it tends to zero. At the same time, with increasing magnetic field strength in the range H> H *, the magnetization J of the ferromagnet increases with increasing magnetic field strength and reaches saturation at H HAC > H * despite the fact that the magnetic susceptibility of the ferromagnet decreases according to the Stoletov curve. In the field of magnetic saturation (in the region of the para process), the product χ H c o n s t ( H )
Figure 00000008
at H >> H *, and the saturation magnetization J NAS does not increase with a further increase in the magnetic field. This requires an appropriate physical explanation, and it can be obtained through the application of the claimed technical solution.

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 χ = χ M A X

Figure 00000009
) до HO>>HO, например, на один-два порядка, равном ΔTСК=0,01 мс, под действием магнитного поля напряженности HO магнитная восприимчивость ферромагнетика не может мгновенно уменьшится до величины χ M I N
Figure 00000010
, при которой выполнялось бы соотношение χ M I N H O c o n s t ( H )
Figure 00000011
, отвечающее магнитному насыщению в установившемся режиме. Фактор магнитной вязкости ферромагнетика приводит к тому, что в динамическом режиме скачкообразного увеличения внешнего магнитного поля намагниченность J ( Δ t C K ) μ O χ M A X H O > > μ O χ M I N H O
Figure 00000012
. За время порядка 2,3 τ намагниченность J ( 2 , 3 τ ) μ O χ M I N H O
Figure 00000013
, то есть экспоненциально стремится к своему установившемуся значению магнитного насыщения. Аномальный рост намагниченности ферромагнетика в указанном динамическом процессе может быть использован при создании ферромагнитовязких двигателей [14], энергетическая подпитка которых осуществляется за счет притока тепловой энергии к охлаждающемуся ферромагнитному веществу за счет его размагничивания под действием известного магнитокалорического эффекта [15-18]. Так, вращающееся ферромагнитное кольцо, краем помещенное в локализованное магнитное поле, первая по ходу вращения часть которого (подготовительная) имеет напряженность H*, а вторая (рабочая) - напряженность HO>>H*, в зоне насыщающего магнитного поля Но будет иметь распределение намагниченности J(x) в диапазоне криволинейной координаты x, отсчитываемой от начала рабочей зоны длиной L насыщающего магнита (то есть при условии, что 0≤x≤L) в форме неравенства J ( Δ t C K ) J ( x ) J ( 2 , 3 τ )
Figure 00000014
или, что то же, в форме неравенства вида μ O χ M A X H O J ( x ) μ O χ M I N H O
Figure 00000015
. Эти неравенства показывают, что при x=0 магнитная восприимчивость ферромагнетика равна своей максимальной величине χ M A X
Figure 00000016
и такой же остается в интервале времени Δ t C K
Figure 00000017
, а затем экспоненциально уменьшается с постоянной времени τ > > Δ t C K
Figure 00000018
и доходит до своей установившейся величины χ M I N
Figure 00000019
к концу рабочей части магнита с насыщающим магнитным полем при x=L. Как показывают расчеты, величина отрезка L соотносится со средним радиусом R ферромагнитного кольца и постоянной времени τ для выбранного ферромагнитного материала по формуле L = e ω * R τ
Figure 00000020
, где e=2,71 - основание натурального логарифма, ω *
Figure 00000021
- круговая скорость вращения ферромагнитного кольца, соответствующая максимуму втягивающей силы f (ферромагнитного материала в магнитный зазор с насыщающим магнитным полем. В устройстве [14], кроме того, использован рабочий магнит с нарастающим насыщающим магнитным полем вдоль криволинейной координаты x, что создает градиент магнитного поля в рабочем зазоре вдоль этой оси x, что дополнительно увеличивает втягивающую силу f, направленную по касательной к радиусу R в сторону вращения ферромагнитного кольца.The well-known property of the magnetic viscosity of ferromagnets [9–13] leads to a delay in time of changes in the magnetic susceptibility (a ferromagnet with an abrupt change in the magnetic field, and the process of establishing a new value of magnetic susceptibility is exponential with a time constant τ, called the constant relaxation of magnetic viscosity. For various (ferromagnets the value of τ can take various values, in particular, in the range 0.05 ... 1 ms with an appropriate selection of additives introduced in the synthesis of ferro magnetics.This means that when choosing τ = 0.2 ms and a time interval ΔT SC, the jump of the magnetic field from the value of H * (at which χ = χ M A X
Figure 00000009
) to H O >> H O , for example, by one or two orders of magnitude equal to ΔT SC = 0.01 ms, under the influence of a magnetic field of intensity H O, the magnetic susceptibility of a ferromagnet cannot instantly decrease to χ M I N
Figure 00000010
at which the relation χ M I N H O c o n s t ( H )
Figure 00000011
corresponding to magnetic saturation in steady state. The magnetic viscosity factor of a ferromagnet leads to the fact that in the dynamic regime of an abrupt increase in the external magnetic field, the magnetization J ( Δ t C K ) μ O χ M A X H O > > μ O χ M I N H O
Figure 00000012
. Over a time of the order of 2.3 τ, the magnetization J ( 2 , 3 τ ) μ O χ M I N H O
Figure 00000013
, that is, exponentially tends to its steady-state value of magnetic saturation. An abnormal increase in the magnetization of a ferromagnet in the indicated dynamic process can be used to create ferromagnetically viscous engines [14], which are energized by the influx of thermal energy to the cooling ferromagnetic substance due to its demagnetization under the influence of the known magnetocaloric effect [15-18]. So, a rotating ferromagnetic ring, placed at the edge in a localized magnetic field, the first part of which (preparatory) has intensity H * and the second (working) one has intensity H O >> H *, will have a distribution in the saturating magnetic field Ho magnetization J (x) in the range of the curvilinear coordinate x, counted from the beginning of the working area with the length L of the saturating magnet (that is, provided that 0≤x≤L) in the form of the inequality J ( Δ t C K ) J ( x ) J ( 2 , 3 τ )
Figure 00000014
or, equivalently, in the form of an inequality of the form μ O χ M A X H O J ( x ) μ O χ M I N H O
Figure 00000015
. These inequalities show that, at x = 0, the magnetic susceptibility of a ferromagnet is equal to its maximum value χ M A X
Figure 00000016
and remains the same in the time interval Δ t C K
Figure 00000017
and then decreases exponentially with the time constant τ > > Δ t C K
Figure 00000018
and comes to its steady-state value χ M I N
Figure 00000019
to the end of the working part of the magnet with a saturating magnetic field at x = L. As calculations show, the value of the segment L corresponds to the average radius R of the ferromagnetic ring and the time constant τ for the selected ferromagnetic material according to the formula L = e ω * R τ
Figure 00000020
where e = 2.71 is the base of the natural logarithm, ω *
Figure 00000021
- the circular rotation speed of the ferromagnetic ring, corresponding to the maximum of the retracting force f (of the ferromagnetic material in the magnetic gap with the saturating magnetic field. In the device [14], in addition, a working magnet with an increasing saturating magnetic field along the curvilinear coordinate x is used, which creates a magnetic field gradient in the working gap along this axis x, which additionally increases the retracting force f directed tangentially to the radius R in the direction of rotation of the ferromagnetic ring.

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 ω ω *

Figure 00000022
, для чего ферромагнитное кольцо сначала раскручивают до этой скорости вращения от внешнего источника (например, электромотора). Под действием этой силы ферромагнитное кольцо продолжает вращаться с угловой скоростью ω, а мощность Р такого «самовращения» определяется тепловым потоком Р=dQ/dt, поступающим к охлаждающемуся ферромагнитному кольцу из внешней среды. Угловая скорость вращения ω снижается при увеличении присоединенной нагрузки, но не до критической величины ω*, определяемой равенством ω*=L/eRτ. Так как Р=ωМ, где М=fR - вращательный момент, приложенный к ферромагнитному кольцу под действием втягивающей силы f, постоянно действующей во времени в динамике его вращения, то действие рассматриваемого ферромагнитовязкого двигателя согласно закону сохранения и превращения энергии определяется забором тепловой энергии из внешней среды, например, из воды соответствующих водных бассейнов, запасенная тепловая энергия в которых, постоянно восполняемая солнечной радиацией, практически неисчерпаема. А возникающая втягивающая сила f определяется, в частности, градиентом магнитной восприимчивости dχ/dx в рабочей зоне насыщающего магнитного поля протяженности L. В первом приближении, при линеаризации градиента grad χ=dχ/dx≈(χMAXMIN)/L для насыщающего магнитного поля НO в рабочей зоне получим силу втягивания f = μ O H O 2 V g r a d χ μ O ( χ M A X χ M I N ) H O 2 V / L
Figure 00000023
. Тогда потребный тепловой поток к ферромагнитному кольцу должен составлять величину d Q / d t > μ O ( L / e R τ ) R * [ χ M A X χ M I N ) H O 2 V / e τ
Figure 00000024
, где V=(RMAX-RMIN)L h - объем части ферромагнитного кольца, находящийся в рабочей зоне с насыщающим магнитным полем, RMAX и RMIN - соответственно максимальный и минимальный радиусы ферромагнитного кольца толщиной h, причем R=(RMAX+RMIN)/2. Знак больше в выражении для dQ/dt взят потому, что реально ω>ω* в установившемся режиме при присоединенной нагрузке меньше критической.Since the magnetization of the ferromagnetic ring in the magnetic gap of the working zone is much greater at the beginning of this zone than at its end (for x = L), the magnetization center of the ferromagnet covered by the saturating magnetic field is always shifted to the beginning of the working zone, and therefore it experiences retracting force under the condition of rotational motion (ferromagnetic ring with a circular frequency ω ω *
Figure 00000022
why the ferromagnetic ring is first untwisted to this speed of rotation from an external source (for example, an electric motor). Under the action of this force, the ferromagnetic ring continues to rotate with an angular velocity ω, and the power P of such a "self-rotation" is determined by the heat flux P = dQ / dt entering the cooling ferromagnetic ring from the external environment. The angular velocity of rotation ω decreases with an increase in the connected load, but not to the critical value ω * determined by the equality ω * = L / eRτ. Since P = ωM, where M = fR is the rotational moment applied to the ferromagnetic ring under the action of a pulling force f, which constantly acts in time in the dynamics of its rotation, the action of the ferromagnetically viscous engine in accordance with the law of conservation and conversion of energy is determined by the intake of thermal energy from external environment, for example, from the water of the corresponding water basins, the stored thermal energy in which, constantly replenished by solar radiation, is practically inexhaustible. And the arising pulling force f is determined, in particular, by the gradient of magnetic susceptibility dχ / dx in the working zone of a saturating magnetic field of length L. As a first approximation, when linearizing the gradient grad χ = dχ / dx≈ (χ MAX- χ MIN ) / L for saturating the magnetic field H O in the working area we get the retraction force f = μ O H O 2 V g r a d χ μ O ( χ M A X - χ M I N ) H O 2 V / L
Figure 00000023
. Then the required heat flux to the ferromagnetic ring should be d Q / d t > μ O ( L / e R τ ) R * [ χ M A X - χ M I N ) H O 2 V / e τ
Figure 00000024
where V = (R MAX -R MIN ) L h is the volume of the part of the ferromagnetic ring located in the working area with a saturating magnetic field, R MAX and R MIN are the maximum and minimum radii of the ferromagnetic ring with thickness h, respectively, with R = (R MAX + R MIN ) / 2. The sign is larger in the expression for dQ / dt because it is real that ω> ω * in steady state with an attached load less than critical.

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 curve 8 for the magnetic susceptibility J (H) and the magnetization curve 9 J (H) of the studied ferromagnet as a function of the applied magnetic field with varying intensity H.

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 - inclined line 10 and a magnetizing current creating a strong saturating magnetic field - curve 11.

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 χ ( H ) * H c o n s t ( H )

Figure 00000025
. Строго говоря, темп роста величины H несколько превышает темп падения величины χ(H), что видно из кривой намагничивания 9 ферромагнетика для режима парапроцесса - практически прямой участок кривой намагничивания имеет очень малый положительный наклон в области магнитного насыщения ферромагнетика.As is known, the Stoletov curve 8 (Fig. 2) expresses a nonmonotonic dependence of the magnetic susceptibility χ of a ferromagnet on the intensity H of an external magnetic field. At H = 0, the initial value of the magnetic susceptibility is not equal to zero, and for various ferromaterials it can be several hundred or thousands. For example, the well-known ferrite rings of the type M2000NM-1 have an initial magnetic susceptibility χ NACH = 2000. As the magnetic field strength H increases, the magnetic susceptibility increases nonlinearly, and at H = H * it reaches its maximum value χ MAX , after which, with a further increase in the magnetic field strength H (H> H *), it begins to fall relatively slowly. At the same time, in the para process, i.e., at saturation, the previously indicated condition is approximately satisfied χ ( H ) * H c o n s t ( H )
Figure 00000025
. Strictly speaking, the growth rate of H slightly exceeds the rate of decrease of χ (H), which can be seen from the magnetization curve 9 of the ferromagnet for the para-process mode - the almost straight section of the magnetization curve has a very small positive slope in the region of magnetic saturation of the ferromagnet.

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 χ Н А Ч ,   χ MAX  и  χ (H Н А С ) = J Н А С / μ O  H НАС

Figure 00000026
.The author proposes a model of this process that explains the behavior of a ferromagnet in a magnetic field, in particular, the effect of dynamic anomalous magnetization. Figure 3 shows the chains of the magnetic domains A, B, V, ... for three different values of the magnetic field strength H = 0, H * and H NAS , the magnetic susceptibility of the ferromagnet at which has respectively χ N BUT H , χ MAX and χ (H N BUT FROM ) = J N BUT FROM / μ O H US
Figure 00000026
.

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 σ O = σ 1 + σ 2

Figure 00000027
. Отношение ε = σ 1 / σ 2
Figure 00000028
определяет степень указанной перегруппировки магнитного потока домена. В магнитном поле с напряженностью H* все магнитные силовые линии домена образуют внешние магнитные цепи и значение ε=1, а при иных напряженностях магнитных полей значение ε<1.We denote the total magnetic flux of the domain as σ O , the part of it that binds into the external magnetic circuit, we will designate as σ 1 , and its other part forming the internal circuit, we will designate as σ 2 . Then σ O = σ one + σ 2
Figure 00000027
. Attitude ε = σ one / σ 2
Figure 00000028
determines the degree of said rearrangement of the magnetic flux of the domain. In a magnetic field with intensity H *, all magnetic field lines of the domain form external magnetic circuits and the value ε = 1, and for other magnetic field strengths, the value ε <1.

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 χ M A X

Figure 00000016
, которая достигается при помещении ферромагнетика в магнитное поле H* до приложения к нему квазискачка магнитного поля до величины H M A X > > H *
Figure 00000029
. В этом случае приращение Δ J M A X = μ O H M A X [ χ M A X χ ( H M A X ) ]
Figure 00000030
. При этом важно соблюдать необходимое условие Δtск<<τ.The effect of dynamic anomalous magnetization is most pronounced in the case when, before the onset of a quasi-jump, the intensity of an external magnetic field acting on a ferromagnet, the latter has the maximum possible magnetic susceptibility χ M A X
Figure 00000016
, which is achieved by placing a ferromagnet in a magnetic field H * before applying a quasi-magnetic field to it to a value H M A X > > H *
Figure 00000029
. In this case, the increment Δ J M A X = μ O H M A X [ χ M A X - χ ( H M A X ) ]
Figure 00000030
. It is important to comply with the necessary condition Δt ck << τ.

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 M Т Р = c o n s t ( ω )

Figure 00000031
в достаточно широком диапазоне от ω=0 до ω>>ω*, то в случае отсутствия намагничивающего тока в обмотке электромагнита 3, то есть при H=0, зависимость мощности P Т Р = ω M Т Р
Figure 00000032
, потребляемой синхронным двигателем 4, от частоты вращения ферромагнитного кольца 3 будет строго линейной, как это видно из наклонной прямой 10 на рис.4.If we assume the friction moment M TP of the rotor relative to the stator, determined by the quality of the bearings, unchanged from the angular velocity ω of rotation (ferromagnetic ring 3, i.e. M T R = c o n s t ( ω )
Figure 00000031
in a fairly wide range from ω = 0 to ω >> ω *, then in the absence of a magnetizing current in the winding of electromagnet 3, that is, at H = 0, the power dependence P T R = ω M T R
Figure 00000032
consumed by the synchronous motor 4, the frequency of rotation of the ferromagnetic ring 3 will be strictly linear, as can be seen from the inclined line 10 in Fig. 4.

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 ω = ω *

Figure 00000033
кривая мощности P(ω) пересекает прямую 10 (см. рис.4), снижается относительно прямой 10, а затем с ростом частоты ω вновь растет и пересекает вторично прямую 10. Такой эффект немонотонной зависимости P(ω) для кривой 11 при действии на вращающееся ферромагнитное кольцо 3 насыщающего магнитного поля ω связан с возникновением в этом кольце втягивающей силы f, как об этом было указано выше. то есть с работой такой системы в режиме магнитовязкого ферромагнитного двигателя, компенсирующего частично потери на трение в подшипниках. Регистрация такой кривой 11 по сравнению с наклонной прямой 10, как это видно на рис.4, явно свидетельствует о правомерности принятой концепции об управлении внешним магнитным полем перераспределения магнитных силовых линий доменов на внешне выходящие и внутренне замыкающиеся в теле ферромагнетика, а также о «вмороженности» магнитных силовых линий, виртуально описывающих парциальные магнитные потоки доменов, в эти самые домены, функционирующие как совокупность микромагнитов. С учетом свойства магнитной вязкости ферромагнетиков становится также понятным эффект динамического аномального намагничивания ферромагнетиков, на основании которого и при участи магнитокалорического эффекта становится возможным построение тепловых ферромагнитовязких двигателей, превращающих теплоту внешней среды в механическую работу в квазиадиабатическом процессе.In the case when the electromagnet 1 creates in its magnetic gap a magnetic field with intensity H O , at which the field is saturating, the effect of magnetic coupling (additional friction, as in the presence of an attached load) occurs, and the power from the generator consumed by the synchronous motor 4 alternating current 6 and recorded by power meter 5, first grows faster than in the absence of a magnetic field, and at a frequency of rotation of the ferromagnetic ring ω = ω *
Figure 00000033
the power curve P (ω) intersects line 10 (see Fig. 4), decreases relative to line 10, and then again increases with frequency ω and intersects line 10 again. This effect of the nonmonotonic dependence P (ω) for curve 11 when acting on a rotating ferromagnetic ring 3 of a saturating magnetic field ω is associated with the occurrence of a pulling force f in this ring, as indicated above. that is, with the operation of such a system in the mode of a magnetically viscous ferromagnetic engine, partially compensating for the friction loss in the bearings. The registration of such a curve 11 in comparison with the inclined straight line 10, as can be seen in Fig. 4, clearly indicates the validity of the accepted concept of controlling the external magnetic field of the redistribution of the magnetic lines of force of domains to externally exiting and internally closed ferromagnets in the body, as well as of “freezing »Magnetic field lines that virtually describe the partial magnetic fluxes of domains into these same domains, functioning as a collection of micromagnets. Taking into account the magnetic viscosity property of ferromagnets, the effect of dynamic anomalous magnetization of ferromagnets also becomes clear, on the basis of which, with the participation of the magnetocaloric effect, it becomes possible to build thermal ferromagnetically viscous motors that convert the heat of the environment into mechanical work in a quasi-adiabatic process.

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)

Прибор для проверки магнитного трения, содержащий электромагнит с плоскопараллельными 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. A device for checking magnetic friction, containing an electromagnet with plane-parallel ends of the magnetic poles, connected to an adjustable DC 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 alternating current motor connected to 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 devices water-output of data on the magnetic field in the magnetic gap of the electromagnet by setting and measuring the magnetizing 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 that introduced between the alternating current generator with adjustable frequency and the synchronous AC motor a power meter of electrical vibrations, information from which about the consumption My power is supplied by the synchronous AC motor to the additional input of the control and information processing unit, in addition, the plane-parallel ends of the electromagnet are equipped with flat nozzles from the studied ferromaterial, for example, by gluing them.
RU2013120578/07A 2013-05-06 2013-05-06 Device to inspect magnetic engagement RU2537051C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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