RU2587978C2

RU2587978C2 - Apparatus for investigating rotary movement of magnetic field

Info

Publication number: RU2587978C2
Application number: RU2014117756/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Фёдорович Меньших
Original assignee: Олег Фёдорович Меньших
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2016-06-27

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering. Proposed device comprises rotor and stator made as pieces of concentric cylinders from ferromagnetic material. Rotor magnetizing winding is connected to controlled DC source, fixed on stator non-contact to rotor magnet core located in it. In toroidal magnetic gap there is part of operating winding in form of frame from conductor, mechanically connected with controlled drive of its movement inside magnetic gap with measurement of movement value. Outputs of frame are connected to input of direct current amplifier. Closing of "rotor-stator" magnetic circuit is performed by means of cylindrical element of rotor on its opposite end relative to winding of rotor magnetic biasing closely located to tubular magnetic conductor of the stator, which is device housing, in which rotor axis of rotation is fixed through bearing pair, mechanically connected to synchronous motor. On its electric inputs alternating voltage is supplied from controlled frequency AC generator. Data outputs of measuring movement of frame, controlled DC source and controlled frequency AC generator, as well as direct current amplifier output are connected to inputs of processing device and display unit.

EFFECT: technical result consists in possibility of detecting physical structure and behaviour of magnetic field between magnetic poles, one of which rotates relative to each other.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области физики магнетизма и предназначено для ответа на вопрос, какая из гипотез, объясняющих вращение магнитного поля в системе «вращающийся намагниченный ротор - неподвижный статор», оказывается справедливой в случае, когда между намагниченным ротором и статором, магнитные полюсы которых представляют взаимно концентрические отрезки цилиндров, образуется радиально-симметричное квазиоднородное магнитное поле.The invention relates to the field of physics of magnetism and is intended to answer the question of which of the hypotheses explaining the rotation of the magnetic field in the “rotating magnetized rotor - stationary stator” system is valid when the magnetized poles are mutually concentric between the magnetized rotor and the stator pieces of cylinders, a radially symmetric quasihomogeneous magnetic field is formed.

Известна указанная конфигурация магнитного поля в электромагнитных акустических динамиках, в которых звуковая катушка, закрепленная с диффузором динамика, размещена в тороидальном магнитном зазоре постоянного магнита. Витки звуковой катушки оказываются перпендикулярными векторам магнитной индукции, поэтому переменный ток звуковой частоты, протекающий в звуковой катушке, приводит ее в колебательное движение по правилу «левой руки» под действием возникающих сил Лоренца.The specified configuration of the magnetic field in electromagnetic acoustic speakers is known, in which a voice coil fixed to the speaker diffuser is located in the toroidal magnetic gap of the permanent magnet. The turns of the voice coil are perpendicular to the magnetic induction vectors, therefore, the alternating current of the sound frequency flowing in the voice coil leads it to oscillate movement according to the “left hand” rule under the action of the emerging Lorentz forces.

В известных коллекторных двигателях постоянного тока в неподвижном магнитном поле двухполюсного статора находится наложенная на роторе многополюсная обмотка, связанная с коллектором, осуществляющим переключение источника постоянного тока к последовательности обмоток ротора так, чтобы подключенная к источнику секция обмотки была почти ортогональна вектору магнитной индукции, создаваемой статором - его постоянным магнитом или электромагнитом. В этом случае магнитное поле статора является неподвижным.In known DC collector motors in a stationary magnetic field of a two-pole stator there is a multi-pole winding superimposed on the rotor connected to a collector that switches the DC source to the sequence of rotor windings so that the winding section connected to the source is almost orthogonal to the stator magnetic induction vector - its permanent magnet or electromagnet. In this case, the stator magnetic field is stationary.

Также известны так называемые вентильные двигатели постоянного тока, ротор который представляет прямой двухполюсный постоянный магнит, а статор содержит многополюсную обмотку, секции которой последовательно по ходу вращения ротора-магнита подключаются к источнику постоянного тока с помощью переключающей транзисторной схемы с заданной тактовой частотой f=F n, где F - частота вращения ротора (об/с), n - число пар полюсов в статорной обмотке. При этом возникает в статоре скачкообразно вращающееся магнитное поле, за которым тянется ротор, поворачиваясь синхронно с вращающимся магнитным полем.Also known are the so-called DC DC motors, the rotor which represents a direct bipolar permanent magnet, and the stator contains a multipolar winding, sections of which are connected in series along the rotation of the magnet rotor to the DC source using a switching transistor circuit with a given clock frequency f = F n where F is the rotor speed (r / s), n is the number of pole pairs in the stator winding. In this case, an abruptly rotating magnetic field arises in the stator, behind which a rotor stretches, turning synchronously with the rotating magnetic field.

Использование коллекторных двигателей (генераторов) постоянного тока приводит к износу коллектора и щеток-токосъемников, что снижает надежность таких двигателей. Кроме того, переключение тока в многосекционных обмотках ротора вызывает переходные процессы, что снижает быстродействие таких двигателей.The use of DC collector motors (generators) leads to wear of the collector and current collector brushes, which reduces the reliability of such motors. In addition, current switching in multi-sectional windings of the rotor causes transients, which reduces the speed of such motors.

При работе вентильных двигателей постоянного тока невозможно получить высокие пусковые моменты (как это имеет место в коллекторных двигателях постоянного тока), а сама работа эквивалентна синхронным двигателям переменного тока, частота вращения ротора которых не может изменяться при изменении момента присоединенной нагрузки, как это характерно для коллекторных двигателей постоянного тока. В вентильных двигателях также возникают переходные процессы, снижающие быстродействие работы таких двигателей.It is impossible to obtain high starting torques during the operation of DC DC motors (as is the case in DC collector motors), and the operation itself is equivalent to synchronous AC motors, the rotor speed of which cannot change with a change in the torque of the connected load, as is typical for collector motors DC motors. In valve motors, transients also occur that reduce the speed of operation of such engines.

Указанные недостатки известных коллекторных или вентильных двигателей постоянного тока устраняются в многовитковых униполярных машинах постоянного тока без скользящих контактов. В них используется цилиндрический намагниченный ротор и концентрически расположенный к ротору цилиндрический статор, обмотка подмагничивания ротора и рабочая обмотка, выполненная тороидально на статоре, часть каждого из витков которой размещается в тороидальном магнитном зазоре между ротором и статором и ортогонально расположена к векторам магнитной индукции. При протекании тока I в рабочей обмотке к каждой такой части витков действует сила Лоренца, пропорциональная произведению вектора магнитной индукции В в тороидальном магнитном зазоре, длины L проводника указанной части витка рабочей обмотки и протекающего тока I. Эта сила по третьему закону Ньютона вызывает равную и противоположно направленную силу противодействия, составляющие которой прикладываются к магнитным полюсам - к ротору и статору. Составляющая силы противодействия, приложенная к статору, работы не производит, а приложенная к ротору составляющая силы противодействия по касательной к роторному цилиндру-полюсу вызывает вращательный момент. Поскольку эти вращательные моменты складываются от действия каждого из витков рабочей обмотки, число которых равно N, результирующий вращательный момент, приложенный к ротору, вычисляется как М=k В L N I, где 0<k<1 - коэффициент, определяемый разложением силы противодействия на составляющие, определяемый расположением указанной выше части витка рабочей обмотки между ротором и статором. Так, если этот проводник витка расположен посередине между ротором и статором, то k=0,5. Если проводник расположить ближе к ротору и дальше от статора, то k>0,5. Такие многовитковые униполярные машины не имеют ни коллекторов, ни каких-либо скользящих контактов, чем выгодно отличаются от известных коллекторных или вентильных двигателей постоянного тока [1, 2]. Ток в рабочей обмотке является постоянным, что повышает быстродействие работы таких двигателей (из-за отсутствия переходных процессов). Пусковые моменты в них являются весьма высокими.These shortcomings of the known collector or valve DC motors are eliminated in multi-turn unipolar DC machines without sliding contacts. They use a cylindrical magnetized rotor and a cylindrical stator concentrically located to the rotor, a magnetization winding of the rotor and a working winding made toroidally on the stator, a part of each of which is placed in the toroidal magnetic gap between the rotor and the stator and orthogonally located to the magnetic induction vectors. When the current I flows in the working winding, each such part of the turns has a Lorentz force proportional to the product of the magnetic induction vector B in the toroidal magnetic gap, the length L of the conductor of this part of the coil of the working winding and the flowing current I. This force, according to Newton’s third law, causes equal and opposite directional reaction force, the components of which are applied to the magnetic poles - to the rotor and stator. The counter-force component applied to the stator does not work, and the counter-force component applied to the rotor tangentially to the rotor cylinder-pole causes a torque. Since these rotational moments add up to the action of each of the turns of the working winding, the number of which is N, the resulting rotational moment applied to the rotor is calculated as M = k V LNI, where 0 <k <1 is the coefficient determined by the decomposition of the reaction force into components, determined by the location of the above part of the coil of the working winding between the rotor and the stator. So, if this coil conductor is located in the middle between the rotor and the stator, then k = 0.5. If the conductor is positioned closer to the rotor and further from the stator, then k> 0.5. Such multi-turn unipolar machines have neither collectors nor any sliding contacts, which compares favorably with the known collector or DC DC motors [1, 2]. The current in the working winding is constant, which increases the speed of operation of such motors (due to the absence of transients). Starting points in them are very high.

Многовитковая униполярная машина рассмотренного типа может работать и как генератор постоянного тока (не пульсирующего, как в коллекторных генераторах постоянного тока!). Возникающая в рабочей обмотке э.д.с. индукции Е=В L N v, где v=рωR_POT - линейная скорость движения вращающегося магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре относительно неподвижных частей проводников рабочей обмотки, где ω - угловая скорость вращения ротора радиуса R_POT, а безразмерный коэффициент р определяет угловую скорость ω_M вращения магнитного поля ω_M=рω, где р≈0,5 - согласно одной гипотезе или 0<р<1 - согласно другой гипотезе о физической сущности вращения магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре при вращающемся намагниченном роторе и неподвижном статоре.A multi-turn unipolar machine of the considered type can also work as a direct current generator (not pulsating, as in collector direct current generators!). The emf arising in the working winding induction Е = В LN v, where v = рωR _POT is the linear velocity of the rotating magnetic field in the toroidal magnetic gap relative to the fixed parts of the conductive winding conductors, where ω is the angular velocity of the rotor of radius R _POT , and the dimensionless coefficient p determines the angular velocity ω _M magnetic field rotation ω _M = pω, where p≈0.5 - according to one hypothesis or 0 <p <1 - according to another hypothesis about the physical nature of magnetic field rotation in a toroidal magnetic gap with a rotating magnetized rotor and a stationary stator.

Рассмотрим первую из гипотез. Как известно, ферромагнетики состоят из магнитных доменов, каждый из которых представляет собой прямой микромагнитик с собственным магнитным моментом. При взаимодействии двух магнитных полюсов разной полярности (N и S) магнитные силовые линии, «вмороженные» в поверхностные домены ферромагнетика одного полюса стремятся по кратчайшему пути через магнитный зазор соединиться с поверхностными доменами ферромагнетика другого полюса. При этом вращение (или сдвиг) одного полюса относительно другого неподвижного полюса приводит сначала к некоторому искривлению и вытягиванию связанных попарно доменов этих магнитных полюсов, а затем к вынужденному разрыву этих связей и перебросу магнитных силовых линий на ближайшие к ним домены другого магнитного полюса. Поскольку вероятность таких срывов можно считать приблизительно одинаковой, то в рассматриваемой системе «ротор-статор» коэффициент р≈0,5 в силу малости магнитного зазора h между концентрическими ротором и статором по сравнению с радиусом ротора R_POT>>h, и угловая скорость вращения магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре приблизительно равна половине угловой скорости вращения намагниченного ротора.Consider the first of the hypotheses. As you know, ferromagnets consist of magnetic domains, each of which is a direct micromagnet with its own magnetic moment. When two magnetic poles of different polarity (N and S) interact, magnetic field lines “frozen” into the surface domains of the ferromagnet of one pole tend to connect via the shortest path through the magnetic gap to the surface domains of the ferromagnet of the other pole. In this case, the rotation (or shift) of one pole relative to another fixed pole leads first to a certain curvature and elongation of coupled domains of these magnetic poles, and then to a forced break of these bonds and transfer of magnetic field lines to the domains of the other magnetic pole closest to them. Since the probability of such breakdowns can be considered approximately the same, in the considered rotor-stator system, the coefficient p≈0.5 due to the small magnetic gap h between the concentric rotor and the stator compared to the radius of the rotor R _POT >> h, and the angular velocity of rotation the magnetic field in the toroidal magnetic gap is approximately equal to half the angular velocity of rotation of the magnetized rotor.

Это приводит к тому, что э.д.с. Е в два раза меньше той его величины, которая была бы при вращении магнитного поля со скоростью вращения ротора или, что то же в силу принципа относительности движения, вращения проводника в тороидальном радиально-симметричном и неподвижном магнитном поле с угловой скоростью ω (то есть при р≈0,5). Это выгодно потому, что мощность при работе двигателя Р=ωМ=Е I ≈ k I В L N ω R_POT, так как kω/ω_M≈1.This leads to the fact that the emf E is two times less than its value that would be upon rotation of the magnetic field with the rotor speed or, which is the same due to the principle of relativity of motion, rotation of the conductor in a toroidal radially symmetric and stationary magnetic field with an angular velocity ω (i.e., for p≈0.5). This is advantageous because the power when the engine is running is P = ωМ = Е I ≈ k I В LN ω R _POT , since kω / ω _M ≈1.

Согласно второй гипотезе магнитное поле можно представить в виде квантованной среды с виртуальными свойствами вязкой жидкости. Известно, что поток жидкости в трубе имеет распределение скоростей - в центре трубы поток имеет наибольшую скорость, а на стенках трубы жидкость вообще не перемещается, как бы прилипая к стенкам трубы. Если магнитное поле обладает аналогичными свойствами, то скорость вращения магнитного поля в тороидальном зазоре между магнитными полюсами, один из которых - ротор - вращается с угловой скоростью ω, а другой - статор - остается неподвижным, то в поперечном сечении магнитного зазора шириной h угловая скорость соответствующих дифференциальных слоев магнитного поля распределена по линейному закону ω_M(х)=ω(1-х/h), где координата х отсчитывается от поверхности ротора в радиальном направлении к статору и лежит в диапазоне 0≤х≤h.According to the second hypothesis, a magnetic field can be represented as a quantized medium with virtual properties of a viscous fluid. It is known that the fluid flow in the pipe has a velocity distribution - in the center of the pipe, the flow has the highest speed, and the liquid does not move at all on the pipe walls, as if sticking to the pipe walls. If the magnetic field has similar properties, then the rotation speed of the magnetic field in the toroidal gap between the magnetic poles, one of which - the rotor - rotates with an angular velocity ω, and the other - the stator - remains stationary, then the angular velocity of the corresponding cross section of the magnetic gap of width h the differential layers of the magnetic field is linearly distributed ω _M (x) = ω (1-x / h), where the x coordinate is counted from the surface of the rotor in the radial direction to the stator and lies in the range 0≤x≤h.

По любой из указанных гипотез расположение проводника с током посередине магнитного зазора между ротором и статором приводит к выражению ω_M≈ω/2.According to any of these hypotheses, the location of the conductor with the current in the middle of the magnetic gap between the rotor and the stator leads to the expression ω _M ≈ω / 2.

Проверка одной из этих гипотез является задачей (целью) заявляемого технического решения, позволяющего выявить физическую структуру и поведение магнитного поля.Testing one of these hypotheses is the task (goal) of the claimed technical solution, allowing to identify the physical structure and behavior of the magnetic field.

Данная цель достигается в устройстве для исследования вращательного движения магнитного поля, содержащем ротор и статор, а также обмотку подмагничивания ротора, отличающемся тем, что ротор и статор выполнены в виде отрезков концентрически расположенных цилиндров из ферромагнетика, обмотка подмагничивания ротора, подключенная к регулируемому источнику постоянного тока, закреплена на статоре бесконтактно к расположенной в ней части магнитопровода ротора, в тороидальном магнитном зазоре размещена часть рабочей обмотки в виде рамки из проводника, механически связанной с управляемым приводом перемещения этой части рамки внутри магнитного зазора с измерением величины перемещения, выводы рамки подключены к входу усилителя постоянного тока, замыкание магнитной цепи «ротор-статор» осуществлено с помощью цилиндрического элемента ротора на его противоположном конце относительно обмотки подмагничивания ротора, близко расположенного к трубчатому магнитопроводу статора, являющемуся корпусом устройства, в котором через подшипниковую пару закреплена ось вращения ротора, механически связанная с синхронным двигателем, на электрические входы которого подано переменное напряжение от перестраиваемого по частоте генератора переменного тока, например трехфазного, причем информационные выходы измерителя перемещения рамки, регулируемого источника постоянного тока и перестраиваемого по частоте генератора переменного тока, а также выход усилителя постоянного тока подключены к входам устройства обработки и отображения информации, например персонального компьютера.This goal is achieved in a device for studying the rotational motion of a magnetic field containing a rotor and a stator, as well as a magnetizing winding of a rotor, characterized in that the rotor and stator are made in the form of segments of concentrically arranged cylinders of a ferromagnet, a magnetizing winding of the rotor connected to an adjustable constant current source , mounted on the stator contactlessly to the part of the rotor magnetic circuit located in it, a part of the working winding is placed in the toroidal magnetic gap in the form of a frame of a conductor mechanically connected with a controlled drive for moving this part of the frame inside the magnetic gap with measuring the magnitude of the movement, the terminals of the frame are connected to the input of the DC amplifier, the magnetic circuit of the rotor-stator is closed using a cylindrical rotor element at its opposite end relative to the magnetizing winding of the rotor close to the stator tubular magnetic circuit, which is the body of the device, in which the axis of rotation of the rotor is fixed through a bearing pair, m mechanically connected to a synchronous motor, the electrical inputs of which are supplied with alternating voltage from a frequency-tunable alternator, for example a three-phase one, and the information outputs of a frame displacement meter, an adjustable direct current source and frequency-tuned alternator, as well as the output of a DC amplifier to the inputs of a device for processing and displaying information, such as a personal computer.

Достижение поставленной цели объясняется возможностью измерения э.д.с. индукции в рамке из проводника, совмещаемой с различными слоями вращающегося магнитного поля в сечении тороидального магнитного зазора при разных измеряемых угловых скоростях вращения ротора и регулируемого тока подмагничивания ротора. Это позволяет выявить действие той или иной гипотезы о природе вращения магнитного поля, когда вращается намагниченный ротор относительно неподвижного статора, являющихся полюсами магнитной системы из двух концентрически расположенных с некоторым зазором цилиндрических ферромагнетиков.Achieving this goal is explained by the ability to measure emf induction in a frame made of a conductor, combined with various layers of a rotating magnetic field in the cross section of a toroidal magnetic gap at different measured angular rotational speeds of the rotor and the controlled magnetization current of the rotor. This makes it possible to reveal the effect of one or another hypothesis about the nature of the rotation of the magnetic field when a magnetized rotor rotates relative to a fixed stator, which are the poles of a magnetic system of two cylindrical cylindrical ferromagnets concentric with some clearance.

Устройство понятно из рассмотрения представленных рисунков.The device is clear from the consideration of the presented drawings.

На рис. 1 показан центральный разрез измерительного устройства и его связи с остальными элементами и блоками устройства:In fig. 1 shows a central section of a measuring device and its connection with other elements and units of the device:

1 - намагниченный ротор,1 - magnetized rotor,

2 - ось вращения ротора,2 - axis of rotation of the rotor,

3 - статор, концентрически расположенный относительно цилиндрического ротора,3 - a stator concentrically located relative to the cylindrical rotor,

4 - обмотка подмагничивания ротора, закреплена в теле статора бесконтактно к ротору,4 - winding of the magnetization of the rotor, is fixed in the stator body without contact to the rotor,

5 - регулируемый источник постоянного тока I,5 - adjustable constant current source I,

6 - рамка из тонкого проводника с N витками с длиной L рабочей части каждого витка,6 - frame of a thin conductor with N turns with a length L of the working part of each coil,

7 - усилитель постоянного тока с малым дрейфом (операционный усилитель),7 - DC amplifier with low drift (operational amplifier),

8 - регулируемый привод перемещения рамки 6 внутри магнитного зазора шириной h,8 - adjustable drive to move the frame 6 inside the magnetic gap of width h,

9 - блок управления приводом перемещения рамки с измерителем перемещения, 10 - синхронный двигатель переменного тока, механически связанный с осью вращения 2,9 - control unit drive the movement of the frame with a displacement meter, 10 - synchronous AC motor, mechanically connected with the axis of rotation 2,

11 - регулируемый по частоте гаренатор переменного тока, например трехфазный,11 - frequency-controlled alternator, for example three-phase,

12 - устройство обработки и отображения информации, например персональный компьютер.12 is a device for processing and displaying information, for example a personal computer.

Магнитный поток указан в зазорах пунктирными стрелками, а в теле ротора фигурной стрелкой между магнитными полюсами S и N.The magnetic flux is indicated in the gaps by dashed arrows, and in the rotor body by a curved arrow between the magnetic poles S and N.

На рис. 2 показан вид сверху на разрез по А (рис.1) концентрически расположенных ротора и статора, а на рис. 3 дан график распределения угловой скорости вращения магнитного поля в различных слоях в сечении магнитного зазора по координате х, совмещенной с одним из радиусов системы «ротор-статор».In fig. Figure 2 shows a top view of the section along A (Fig. 1) of the concentrically located rotor and stator, and in Fig. Figure 3 shows a graph of the distribution of the angular velocity of rotation of the magnetic field in different layers in the cross section of the magnetic gap along the x coordinate, combined with one of the radii of the rotor-stator system.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.Consider the action of the claimed device.

При вращении намагниченного обмоткой подмагничивания 4 с током I ротора 1 в тороидальном магнитном зазоре шириной h между ротором и статором 3 возникает радиально симметричное квазиоднородное магнитное поле с индукцией В. Это поле увлекается ротором в направлении его вращения со скоростью, либо приблизительно равной половине скорости вращения ротора ω_M≈0,5ω, либо с переменной угловой скоростью ω_M=рω, где р=1 - х/h.When the magnetization of the magnetization by the winding 4 with the current I of the rotor 1 in a toroidal magnetic gap of width h between the rotor and stator 3, a radially symmetric quasihomogeneous magnetic field with induction B. ω _M ≈0.5ω, or with a variable angular velocity ω _M = pω, where p = 1 - x / h.

В рамке из N тонких проводников длиной L каждый в магнитном поле с индукцией В, движущейся с линейной скоростью v(x)=ω_M(х)(R_POT+х), индуцируется э.д.с. величиной Е, равной Е=В L N ω_M(х) (R_POT+х), значение которой усиливается в усилителе постоянного тока 7 и анализируется в устройстве 12 при вариации смещения х рамки 6 внутри магнитного зазора. Если значение э.д.с. практически мало изменяется при смещениях рамки 6 приводом перемещения 8, то можно говорить с правомерности применения первой из гипотез, при которой имеем ω_M≈0,5 ω. Если э.д.с. линейно уменьшается в функции координаты х при отсчете от поверхности ротора 1, то справедливой является гипотеза о представлении вращающегося магнитного поля в виде квантованной среды со свойствами виртуальной вязкой жидкости.In a frame of N thin conductors of length L each in a magnetic field with induction B moving with a linear velocity v (x) = ω _M (x) (R _POT + x), an emf is induced the value of E, equal to E = B LN ω _M (x) (R _POT + x), the value of which is amplified in the DC amplifier 7 and analyzed in the device 12 when varying the offset x of the frame 6 inside the magnetic gap. If the value of the emf practically does not change much when the frame 6 is displaced by the displacement drive 8, then we can speak with the legitimacy of applying the first of the hypotheses, in which we have ω _M ≈0.5 ω. If the emf linearly decreases as a function of the coordinate x when counting from the surface of the rotor 1, the hypothesis that the rotating magnetic field is represented as a quantized medium with the properties of a virtual viscous fluid is valid.

Точность анализа повышается при выполнении рабочей части рамки в виде цилиндра из тонких проводников (ПЭВ-2 диаметром 0,05 мм) с диаметром порядка 0,5 мм. При этом сечение такого цилиндра имеет величину около 0.2 мм². При сечении проводника рамки 0,002 мм² число витков N=100. Если L=15 мм=0,015 м, а магнитная индукция В=0,1 Тл, то при скорости v(x)=1 м/с получим э.д.с. индукции Е=0,1*0,015*100*1=0,15 В. Величина магнитного зазора при этом должна быть приблизительно на порядок больше диаметра рабочей части рамки 6, то есть h=5 мм. Число витков обмотки подмагничивания 4 и ток подмагничивания I легко задать для получения магнитной индукции в рабочем тороидальном зазоре величиной В=0,1 Тл. Для снижения магнитных потерь противоположный полюс ротора выполняется в виде отрезка цилиндра, максимально близко расположенного к трубке магнитопровода статора (зазор около 0,5 мм). Если радиус ротора R_POT=25 мм, то при линейной скорости движения магнитного поля v(x)=1 м/с относительно рамки 6 с тонким проводником, расположенной посередине магнитного зазора между ротором и статором, угловая скорость вращения ротора ω должна быть выбрана равной ω=2*1000 мм/с /25 мм=80 рад/с = 12,74 об/с = 764 об/мин. Синхронный двигатель 10 с понижающим редуктором в отношении 5:1 при этом подключен к трехфазному генератору переменного тока 11 с регулируемой частотой в диапазоне 50…70 Гц. Можно использовать также стандартную трехфазную сеть 50 Гц (то есть без регулировки частоты).The accuracy of the analysis increases when the working part of the frame is made in the form of a cylinder of thin conductors (PEV-2 with a diameter of 0.05 mm) with a diameter of about 0.5 mm. The cross section of the cylinder has a magnitude of about 0.2 mm ^2. When the cross-section of the conductor of the frame is 0.002 mm ^{2, the} number of turns N = 100. If L = 15 mm = 0.015 m, and the magnetic induction B = 0.1 T, then at a speed v (x) = 1 m / s we get an emf induction E = 0.1 * 0.015 * 100 * 1 = 0.15 V. The magnitude of the magnetic gap in this case should be approximately an order of magnitude larger than the diameter of the working part of the frame 6, that is, h = 5 mm. The number of turns of the magnetization winding 4 and the magnetization current I can easily be set to obtain magnetic induction in the working toroidal gap of B = 0.1 T. To reduce magnetic losses, the opposite pole of the rotor is made in the form of a segment of a cylinder located as close as possible to the tube of the stator magnetic circuit (clearance of about 0.5 mm). If the radius of the rotor is R _POT = 25 mm, then at a linear velocity of the magnetic field v (x) = 1 m / s relative to the frame 6 with a thin conductor located in the middle of the magnetic gap between the rotor and the stator, the angular velocity of rotation of the rotor ω should be chosen equal to ω = 2 * 1000 mm / s / 25 mm = 80 rad / s = 12.74 rpm = 764 rpm. Synchronous motor 10 with a reduction gear in a ratio of 5: 1 is connected to a three-phase alternator 11 with an adjustable frequency in the range of 50 ... 70 Hz. A standard 50 Hz three-phase network can also be used (i.e. without frequency control).

Каждая из выдвинутых гипотез позволят понять, какие физические процессы определяют структуру и взаимодействие магнитного поля с магнитными полюсами, один из которых перемещается (вращается) относительно другого неподвижного полюса. В частности, в таких процессах проявляется эффект магнитного трения.Each of the hypotheses put forward will make it possible to understand which physical processes determine the structure and interaction of the magnetic field with magnetic poles, one of which moves (rotates) relative to the other fixed pole. In particular, in such processes the effect of magnetic friction is manifested.

ЛитератураLiterature

1. Меньших О.Ф. Бесколлекторный двигатель постоянного тока. Патент РФ № 2391761, опубл. в бюлл. № 16 от 10.06.2010.1. Smaller O.F. Brushless DC motor. RF patent No. 2391761, publ. in the bull. No. 16 dated 06/10/2010.

2. Меньших О.Ф. Прибор для измерения спектра сигнала индукции в магнитно-связанной системе. Патент РФ № 2467464, опубл. в бюлл. № 32 от 20.11.2012.2. Smaller O.F. A device for measuring the spectrum of an induction signal in a magnetically coupled system. RF patent No. 2467464, publ. in the bull. No. 32 dated 11/20/2012.

Claims

A device for studying the rotational motion of a magnetic field containing a rotor and a stator, as well as a magnetizing winding of the rotor, characterized in that the rotor and stator are made in the form of segments of concentrically arranged cylinders of a ferromagnet, the magnetizing winding of the rotor connected to an adjustable constant current source is fixed to the stator contactless to the part of the rotor magnetic circuit located in it, a part of the working winding is placed in the toroidal magnetic gap in the form of a conductor frame, mechanically connected connected with a controlled drive to move this part of the frame inside the magnetic gap with measuring the displacement, the conclusions of the frame are connected to the input of the DC amplifier, the magnetic circuit of the rotor-stator is closed using a cylindrical rotor element at its opposite end relative to the magnetizing winding of the rotor, located close to the tubular stator magnetic circuit, which is the body of the device, in which the axis of rotation of the rotor mechanically connected with a chronic engine, the electrical inputs of which are supplied with alternating voltage from a frequency-tunable alternator, for example a three-phase, and the information outputs of a frame displacement meter, an adjustable constant current source and frequency-tunable alternator, as well as the output of a DC amplifier are connected to the inputs of the device processing and displaying information, such as a personal computer.