RU2539290C2 - Magnetic friction study device - Google Patents
Magnetic friction study device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539290C2 RU2539290C2 RU2013123288/07A RU2013123288A RU2539290C2 RU 2539290 C2 RU2539290 C2 RU 2539290C2 RU 2013123288/07 A RU2013123288/07 A RU 2013123288/07A RU 2013123288 A RU2013123288 A RU 2013123288A RU 2539290 C2 RU2539290 C2 RU 2539290C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic
- frequency
- stator
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к физике магнетизма ферромагнетиков и может быть использовано при исследовании физической природы так называемого магнитного трения и его связи с магнитной восприимчивостью ферромагнетика, помещенного в изменяющееся внешнее магнитное поле.The invention relates to the physics of magnetism of ferromagnets and can be used to study the physical nature of the so-called magnetic friction and its relationship with the magnetic susceptibility of a ferromagnet placed in a changing external magnetic field.
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.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.
Считается, что при взаимодействии двух намагниченных ферромагнетиков выходящие из доменов магнитные силовые линии одного из них (с северного магнитного полюса Ν) 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 относительно другдруга 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 Ν) 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 respectively lengthen or shorten, which leads to a change in the magnetic resistance of the magnetic circuit, similar to the well-known Ohm's law for a 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 флуктуаций 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 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, настраиваемом на частоту F.A technical solution is known [2] for detecting fluctuations in magnetic flux during the mutual movement 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 ferromagnet used, and the wall thickness h of the cylindrical ends of the magnetic poles is many times smaller than the diameter D, for example, two orders of magnitude, and the ends of the magnetic the rotor and stator poles are located at a small distance s from each other, 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 dispersion 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. Это устройство можно принять в качестве ближайшего технического решения (прототипа) заявляемому. Это устройство позволяет исследовать спектр квазипериодических флуктуаций магнитного потока, обусловленных срывами связей магнитных доменов между ротором и статором, зазор между которыми сохраняется постоянным при вращении ротора. Средняя частота F таких срывов в спектре флуктуаций пропорциональна угловой скорости вращения ротора Ω и радиусу R ротора, что позволяет при заданном значении размера доменов d найти среднее значение числа m=dF/ΩR, которое определяет среднюю величину удлинения магнитных силовых линий Δp для каждой пары доменов системы «ротор-статор» от величины ε, равной постоянному зазору между ротором и статором, до величины p*=(ε2+m2d2)1/2. Это удлинение равно Δp=p*-ε, которое приводит к увеличению магнитного сопротивления магнитной цепи и, следовательно, к возбуждению в обмотке, связанной с магнитопроводом э.д.с. индукции на средней частоте F.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 gap constant value. 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 to the same rotation, but in the absence of magnetization. This device can be taken as the closest technical solution (prototype) of the claimed. This device allows you to study the spectrum of quasiperiodic fluctuations of the magnetic flux due to breakdowns in the bonds of the magnetic domains between the rotor and stator, the gap between which remains constant during rotation of the rotor. The average frequency F of such stalls in the fluctuation spectrum is proportional to the angular velocity of the rotor rotation Ω and the radius R of the rotor, which allows for a given value of the domain size d to find the average value of the number m = dF / ΩR, which determines the average value of the elongation of the magnetic field lines Δp for each pair of domains the rotor-stator system from ε equal to the constant gap between the rotor and the stator to p * = (ε 2 + m 2 d 2 ) 1/2 . This elongation is Δp = p * -ε, which leads to an increase in the magnetic resistance of the magnetic circuit and, consequently, to excitation in the winding associated with the magnetic circuit of the emf induction at a medium frequency F.
К недостатку прототипа следует отнести невозможность исследования магнитного трения в различных режимах вращения ротора и выявления зависимости такого трения от значения магнитной восприимчивости ферромагнетика χ, изменяющейся при изменении напряженности Η магнитного поля, действующего на ферромагнетик.The disadvantage of the prototype is the impossibility of studying magnetic friction in various modes of rotor rotation and identifying the dependence of such friction on the value of the magnetic susceptibility of the ferromagnet χ, which changes with changing magnetic field strength действ acting on the ferromagnet.
Указанные недостатки прототипа устранены в заявляемом техническом решении.These disadvantages of the prototype are eliminated in the claimed technical solution.
Целью изобретения является обеспечение возможности исследовании магнитного трения в ферромагнетиках, в частности зависимости магнитного трения от величины приложенного к ферромагнетику внешнего магнитного поля.The aim of the invention is to enable the study of magnetic friction in ferromagnets, in particular the dependence of magnetic friction on the magnitude of the external magnetic field applied to the ferromagnet.
Указанная цель достигается в заявляемом устройстве для исследования магнитного трения, содержащем намагниченные вращающийся ротор и неподвижный статор, выполненные из исследуемого ферромагнитного вещества, катушку подмагничивания, подключенную через токовую обмотку высокочастотного трансформатора к регулируемому источнику постоянного тока, установленную осесимметрично ротору и закрепленную неподвижно в теле статора, электромагнитный датчик угловой скорости вращения ротора с противовесом, закрепленный на оси вращения последнего и подключенный через измеритель частоты к первому входу блока управления и обработки информации, например к компьютеру, а также вторичную обмотку высокочастотного трансформатора, подсоединенную ко второму входу блока управления и обработки информации через последовательно включенные широкополосный малошумящий усилитель и спектроанализатор, отличающимся тем, что в него введены связанный с осью вращения ротора синхронный двигатель, подключенный к регулируемому по частоте источнику переменного тока через прибор измерения потребляемой синхронным двигателем мощности, выход последнего подключен к третьему входу блока управления и обработки информации, который выходом связан с регулируемым источником постоянного тока, величина тока подмагничивания ротора передается на четвертый вход блока управления и обработки информации, дополнительный управляющий выход которого связан с входом регулируемого по частоте источника переменного тока, а вращающийся ротор выполнен в виде симметричной конструкции с двумя одинаковыми цилиндрическими полюсами, зазор которых относительно цилиндрического статора не менее чем на два порядка меньше радиуса цилиндрических полюсов ротора.This goal is achieved in the inventive device for the study of magnetic friction, containing a magnetized rotating rotor and a stationary stator made of the studied ferromagnetic substance, a magnetizing coil connected through a current winding of a high-frequency transformer to an adjustable constant current source, mounted axisymmetrically to the rotor and fixed motionless in the stator body, electromagnetic counterweight of rotor angular rotational speed with counterweight mounted on the axis of rotation of the last and connected through a frequency meter to the first input of the control and information processing unit, for example, to a computer, as well as the secondary winding of a high-frequency transformer connected to the second input of the control and information processing unit through series-connected low-noise amplifier and spectrum analyzer, characterized in that a synchronous motor connected to the axis of rotation of the rotor, connected to a frequency-controlled source of alternating current through a meter output by the synchronous motor of power, the output of the latter is connected to the third input of the control and information processing unit, which is connected to an adjustable DC source by the output, the magnetization bias current of the rotor is transmitted to the fourth input of the control and information processing unit, the additional control output of which is connected to the frequency-controlled input AC source, and the rotating rotor is made in the form of a symmetrical design with two identical cylindrical poles, the clearance of which is no cylindrical stator by at least two orders of magnitude smaller than the radius of cylindrical rotor poles.
Достижение указанной цели объясняется одновременным автоматическим управлением током подмагничивания ротора и частотой его вращения, а также автоматической переработкой информации, поступающей от регулируемого источника постоянного тока и перестраиваемого по частоте источника переменного тока, а также от прибора измерения потребляемой синхронным двигателем мощности с помощью блока управления и обработки информации, на основе сравнения потребляемой синхронным двигателем мощности при заданном токе подмагничивания ротора с мощностью потребления при заданной скорости вращения ротора в отсутствии подмагничивания ротора при условии, что напряженность магнитного поля Η в магнитном зазоре выбрана пропорциональной угловой скорости ω вращения ротора при возможности вариации коэффициента пропорциональности β такой связи Η=β ω (коэффициент β является размерным в единицах Ампер ∗ сек/метр).Achieving this goal is due to the simultaneous automatic control of the magnetizing current of the rotor and its rotational speed, as well as the automatic processing of information from an adjustable DC source and frequency-tunable AC source, as well as from a device for measuring the power consumed by a synchronous motor using a control and processing unit information based on a comparison of the power consumed by a synchronous motor at a given bias current of the rotor with power the consumption at a given rotor speed in the absence of magnetization of the rotor, provided that the magnetic field strength Η in the magnetic gap is selected proportional to the angular velocity ω of the rotor rotation with the possibility of variation of the proportionality coefficient β of such a connection Η = β ω (the coefficient β is dimensional in units of Ampere ∗ sec / meter).
Изобретение поясняется прилагаемыми рисунками.The invention is illustrated by the accompanying drawings.
На рис. 1 представлена блочно-конструктивная схема устройства, состоящая из следующих элементов и блоков:In fig. 1 presents a block structural diagram of the device, consisting of the following elements and blocks:
1 - двухполюсный цилиндрический ротор с симметричной конструкцией полюсов,1 - bipolar cylindrical rotor with a symmetrical pole design,
2 - цилиндрический двухполюсный статор,2 - cylindrical bipolar stator,
3 - верхняя крышка датчика с подшипником,3 - top cover of the sensor with a bearing,
4 - нижняя крышка датчика с подшипником,4 - bottom cover of the sensor with a bearing,
5 - синхронный двигатель переменного тока,5 - synchronous AC motor,
6 - ось вращения ротора 1, общая для датчика и встроенного в статор 2 синхронного двигателя переменного тока 5,6 - the axis of rotation of the
7 - катушка подмагничивания ротора 1, закрепленная в теле статора 2,7 - magnetization coil of the
8 - изоляторы выводов катушки подмагничивания 7,8 - insulators of the conclusions of the
9 - токовая обмотка высокочастотного трансформатора,9 - current winding of a high-frequency transformer,
10 - магнитопровод высокочастотного трансформатора (стержневой или кольцевой),10 - magnetic circuit of a high-frequency transformer (rod or ring),
11 - регулируемый источник постоянного тока,11 is an adjustable constant current source,
12 - регулируемый по частоте источник переменного тока,12 - frequency-controlled AC source,
13 - прибор измерения мощности, потребляемой синхронным двигателем 5,13 is a device for measuring the power consumed by a
14 - электромагнитный датчик угловой скорости вращения ротора,14 - electromagnetic sensor of the angular velocity of rotation of the rotor,
15 - противовес датчика 14,15 is a counterweight to the
16 - измеритель частоты вращения вала 6,16 -
17 - вторичная обмотка высокочастотного трансформатора,17 - the secondary winding of a high-frequency transformer,
18 - широкополосный малошумящий усилитель,18 is a broadband low noise amplifier,
19 - спектроанализатор,19 is a spectrum analyzer,
20 - блок управления и обработки информации, например персональный компьютер.20 - control unit and information processing, for example a personal computer.
На рис. 2 даны графики зависимости магнитной восприимчивости χ ферромагнетика - кривая 21 и его намагниченности J в функции от напряженности Η приложенного к нему магнитного поля - кривая 22.In fig. Figure 2 shows plots of the magnetic susceptibility χ of a ferromagnet -
На рис. 3 даны графики потребляемой синхронным двигателем мощности Ρ(ω) при отсутствии намагничивания ротора - наклонная прямая 23 и при подмагничивании ротора в заданном диапазоне угловых скоростей ω его вращения при соблюдении условия Η=β ω, где размерный коэффициент β - величина постоянная и может варьироваться в зависимости от типа исследуемого ферромагнетика - немонотонная кривая 24.In fig. Figure 3 shows graphs of the power Ρ (ω) consumed by a synchronous motor in the absence of magnetization of the rotor — an inclined
На рис. 4 дано наглядное представление природы изменения магнитной восприимчивости ферромагнетика при вариации напряженности Η внешнего магнитного поля.In fig. Figure 4 gives a visual representation of the nature of the change in the magnetic susceptibility of a ferromagnet with variations in the intensity Η of the external magnetic field.
Рассмотрим действие заявляемого устройства (рис. 1).Consider the action of the claimed device (Fig. 1).
С помощью управления от блока 20 синхронный двигатель 5 приводит во вращение ротор 1 от регулируемого по частоте источника переменного тока 12 без подачи постоянного тока в катушку подмагничивания 7 (Н=0) от регулируемого источника постоянного тока 11. При этом снимается характеристика 23 (рис. 3) зависимости потребляемой синхронным двигателем 5 мощности ΡO(ω) в отсутствие намагничивания ротора 1 (Н=0) от угловой скорости вращения ротора, измеряемой измерителем частоты 16 при работе электромагнитного датчика 14, связанного с осью вращения 6, при наличии постоянного по величине момента трения MTP O, так что ΡO(ω)=ω ΜTP O, то есть эта характеристика является линейной функцией при условии, что ΜTP O=const(ω), что обычно имеет место.Using control from
Затем производится измерение потребляемой синхронным двигателем 5 мощности Р(ω) при намагничивании ротора 1 током в катушке намагничивания 7 от регулируемого источника постоянного тока 11 при различных значениях угловой скорости вращения ротора 1. При этом важно указать, что в блоке управления и обработки информации 20 реализуется условие одновременного изменения тока в катушке намагничивания 7, то есть напряженности магнитного поля Η(ω), и изменение угловой скорости вращения ротора 1 при выполнении условия Η(ω)=β ω, где β - размерная константа, значение которой можно изменять.Then, the power P (ω) consumed by the
Ясно, что при наличии магнитного трения, связанного с вращением намагниченного ротора относительно магнитного полюса неподвижного статора при сохранении неизменным магнитного зазора между цилиндрическими полюсами «ротор-статор» в обеих парах полюсов ротора 1 сила такого магнитного трения FTP(ω) создает момент магнитного трения ΜTP(ω), равный ΜTP(ω)=FTP(ω) R, и тогда дополнительно потребляемая синхронным двигателем 5 мощность ΡTP(ω)=ω ΜTP(ω)=FTP(ω) ω R, где ω R=V - линейная скорость перемещения доменов ферромагнитного кольца 25 ротора 1 относительно связанных доменов ферромагнитного кольца 26 статора 2 (рис. 5). При V=0 эта мощность PTP(0)=0, а при увеличении V эта мощность PTP(0)>0. Полная потребляемая синхронным двигателем 5 мощность ΡΣ(ω) равна сумме ΡΣ(ω)=ΡO(ω)+ΡTP(ω)=ω[MTP O+FTP(ω)R], и поэтому график 24 для мощности ΡΣ(ω) располагается выше наклонной прямой 23 на рис. 3, ассимпотически приближаясь к ней на начальном и конечном участках (априорное утверждение).It is clear that in the presence of magnetic friction associated with the rotation of the magnetized rotor relative to the magnetic pole of the fixed stator while maintaining the magnetic gap between the cylindrical poles of the rotor-stator in both pairs of
На заключительном этапе осуществляется сравнение зависимостей ΡO(ω) и ΡΣ(ω), что позволяет определить величину магнитного трения FTP(ω) простейшим вычислением по формуле FTP(ω)=[ΡΣ(ω)-ΡO(ω)]/ω R, где R - наружный радиус ферромагнитного кольца 25, закрепленного на полюсах ротора 1 (рис. 5) при малом зазоре ε<<<R между ферромагнитными кольцами 26 системы «ротор-статор» в обеих одинаковых парах, как это видно на рис. 1.At the final stage, the dependences Ρ O (ω) and Ρ Σ (ω) are compared, which allows one to determine the magnetic friction F TP (ω) by a simple calculation using the formula F TP (ω) = [Ρ Σ (ω) -Ρ O (ω )] / ω R, where R is the outer radius of the ferromagnetic ring 25 mounted on the poles of the rotor 1 (Fig. 5) with a small gap ε <<< R between the ferromagnetic rings 26 of the rotor-stator system in both identical pairs, like this seen in fig. one.
Априорное утверждение о немонотонности характеристики FTP(ω) с максимумом в точке ω=ω*, для которой напряженность магнитного поля Н*, создаваемого в магнитных зазорах током подмагничивания в катушке 7 и воздействующего на ферромагнитный материал и равная Η*=β ω*, является предметом исследования, подлежащего экспериментальной проверке на основе заявляемого технического решения.An a priori assertion about the nonmonotonicity of the characteristic F TP (ω) with a maximum at the point ω = ω *, for which the magnetic field strength H * created in the magnetic gaps by the magnetization current in the
Ток подмагничивания I от регулируемого источника постоянного тока 11 создает в роторе 1 магнитный поток Φ (указан фигурной стрелкой на рис. 1), создающий индукцию В, определяемую площадью магнитного полюса статора S, так что Φ=В S. Тогда напряженность магнитного поля Н, действующего на ферромагнетик, равна Η=Β/µO(χ+1)=Φ/µO(χ+1)S, причем значение магнитного потока Φ определяется конструкцией катушки подмагничивания, ее числом витков и током I по известным формулам электротехники, а площадь магнитного полюса ротора S=π R h, где h - ширина магнитного полюса.The bias current I from the regulated constant
Поводом считать, что максимум функции FTP(ω) соответствует напряженности магнитного поля Η*=β ω*, при которой магнитная восприимчивость χ ферромагнетика, достигает максимальной величины согласно кривой Столетова 21 (рис. 2), является представление о перераспределении магнитных потоков каждого из магнитных доменов ферромагнетика между потоком, выходящим наружу ферромагнетика в виде связанных магнитных потоков группы связанных доменов, и потоком, замыкающимся для каждого из доменов внутри тела ферромагнетика, как это наглядно представлено на рис. 4.The reason to consider that the maximum of the function F TP (ω) corresponds to the magnetic field strength Η * = β ω *, at which the magnetic susceptibility χ of the ferromagnet reaches its maximum value according to the Stoletov curve 21 (Fig. 2), is the idea of the redistribution of the magnetic fluxes of each of magnetic domains of a ferromagnet between a flow exiting the ferromagnet in the form of coupled magnetic fluxes of a group of connected domains and a flux closing for each of the domains inside the body of a ferromagnet, as is graphically represented in fig. four.
Автором предлагается модель этого процесса, объясняющая поведение ферромагнетика в магнитном поле. На рис. 4 представлены цепи магнитных доменов А, В, С, … при трех разных значениях напряженности магнитного поля Η=0, Н* и HHAC, магнитная восприимчивость ферромагнетика при которых имеет соответственно значения χНАЧ, χМАХ и χ(HHAC)=JMAX/µO HHAC при HHAC>Η*, где JMAX - намагниченность насыщения (рис. 2), µO - магнитная постоянная (µO=1,256∗10-6 Гн/м).The author proposes a model of this process explaining the behavior of a ferromagnet in a magnetic field. In fig. Figure 4 shows the chains of the magnetic domains A, B, C, ... for three different values of the
В восходящей ветви кривой Столетова при 0≤Η≤Н* 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≤Η≤H *, the action of an external magnetic field on the ferromagnet 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 σO=σ1+σ2. Отношение ψ=σ1/σO определяет степень указанной перегруппировки магнитного потока домена. В магнитном поле с напряженностью Н* все магнитные силовые линии домена образуют внешние магнитные цепи и значение ψ=1, а при иных напряженностях магнитных полей значение ψ<1, как это показано на рис. 4.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 1 + σ 2 . The ratio ψ = σ 1 / σ O determines the degree of the indicated 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 ψ = 1, and for other magnetic field strengths, the value ψ <1, as shown in Fig. four.
Из рассмотрения модели физического объяснения изменения магнитной восприимчивости ферромагнетика под УПРАВЛЕНИЕМ внешним магнитным полем 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 трения, препятствующего взаимному перемещению ротора относительно статора без изменения расстояния между ними (без изменения величины магнитного зазора ε). 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 в магнитном зазоре электромагнита 1 (рис. 1).From a consideration of the model of the physical explanation of the change in the magnetic susceptibility of a ferromagnet under the CONTROL of an external magnetic field, it can be argued that the magnetic field lines that virtually describe the corresponding partial magnetic fluxes of the domains are really “frozen” into these domains, that is, they are isolated from the magnetic fluxes of 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 the stator with the shortest distance between the domain pairs. Then it becomes clear the effect of magnetic friction, 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 ε). 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 used when the rotor moves from the stator in the magnetic gap of electromagnet 1 (Fig. 1).
Наличие устойчивых связей пар доменов ротора и статора при действии намагничивания от катушки 7 с постоянным током и вынужденный разрыв этих связей при вращении ротора, происходящий после некоторого удлинения магнитных силовых линий до критической величины p*=(ε2+m2d2)1/2>ε, регистрируется в форме возбуждения э.д..с. индукции во вторичной обмотке 17 высокочастотного трансформатора вследствие флуктуации магнитного поля из-за скачкообразного изменения магнитного сопротивления магнитной цепи «ротор-статор» и связи катушки подмагничивания 7 с токовой обмоткой 9 высокочастотного трансформатора с магнитопроводом 10. После усиления этой э.д.с. в широкополосном малошумящем усилителе 18 и преобразовании усиленного сигнала в спектроанализаторе 19 данные поступают на блок управления и обработки информации 20, что позволяет получить важную дополнительную информацию о структуре исследуемого ферромагнетика.The presence of stable couplings of pairs of domains of the rotor and stator under the action of magnetization from the
При таком представлении сила трения FTP(ω) действительно достигает максимума FTP* при ω=ω*, при которой согласно выполнению ранее указанного условия Η*=β ω*, магнитная восприимчивость ферромагнетика достигает максимума χMAX, поскольку ψ=σ1/σO=1, то есть когда магнитные потоки доменов, выходящие наружу ферромагнетика, максимальны.With this representation, the friction force F TP (ω) really reaches the maximum F TP * at ω = ω *, at which, according to the above condition Η * = β ω *, the magnetic susceptibility of the ferromagnet reaches the maximum χ MAX , since ψ = σ 1 / σ O = 1, that is, when the magnetic fluxes of the domains exiting the ferromagnet are maximum.
Использование заявляемого устройства расширяет границы нашего познания происходящих в ферромагнетиках явлений.Using the inventive device expands the boundaries of our knowledge of the phenomena occurring in ferromagnets.
ЛитератураLiterature
1. Рудяк В.М. Эффект Баркгаузена, УФН″, 1970, т. 101, с. 429.1. Rudyak V.M. The Barkhausen effect, UFN ″, 1970, v. 101, p. 429.
2. Меньших О.Ф. Магнитопараметрический генератор, патент РФ №2359397, опубл. в бюл. №17 от 20.06.2009.2. Smaller O.F. Magnetoparametric generator, RF patent No. 2359397, publ. in bull. No. 17 dated 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 O.F. A 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.
Данные патентного поискаPatent Search Data
RU 2467342 С1, 20.11.2012; RU 2451945 С1, 27.05.2012;RU 2467342 C1, 11/20/2012; RU 2451945 C1, 05.27.2012;
RU 2357240 С1, 27.05.2009; RU 2357241 С1, 27.05.2009;RU 2357240 C1, 05.27.2009; RU 2357241 C1, 05.27.2009;
RU 2338216 С1, 10.11.2008; US 2009009157 А1, 08.01.2009;RU 2338216 C1, 11/10/2008; US2009009157 A1, January 8, 2009;
RU 2309527 С1, 27.10.2007; RU 2291546 С1, 10.01.2007;RU 2309527 C1, 10.27.2007; RU 2291546 C1, 01/10/2007;
JP 20011255305 А, 21.09.2001; JP 63180851 А, 25.07.1988.JP 20011255305 A, 09/21/2001; JP 63180851 A, 07.25.1988.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013123288/07A RU2539290C2 (en) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Magnetic friction study device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013123288/07A RU2539290C2 (en) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Magnetic friction study device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013123288A RU2013123288A (en) | 2014-11-27 |
| RU2539290C2 true RU2539290C2 (en) | 2015-01-20 |
Family
ID=53288632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013123288/07A RU2539290C2 (en) | 2013-05-21 | 2013-05-21 | Magnetic friction study device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539290C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657465C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-06-14 | Олег Фёдорович Меньших | Method for detecting magnetic friction |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS568573A (en) * | 1979-07-02 | 1981-01-28 | Nippon Steel Corp | Measuring method of magnetic flux distribution |
| JPH0315780Y2 (en) * | 1984-03-19 | 1991-04-05 | ||
| RU2007105938A (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-27 | Владимир Иванович Пудов (RU) | METHOD FOR MAGNETIZATION AND MEASUREMENT OF MAGNETIC PROPERTIES OF A FERROMAGNETIC PRODUCT |
| RU2357240C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-05-27 | Олег Федорович Меньших | Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetics |
| RU2359397C1 (en) * | 2008-05-27 | 2009-06-20 | Олег Федорович Меньших | Magneto-parametric generator |
| EP1602936B1 (en) * | 2003-02-25 | 2012-06-06 | Samsung Electronics Co., Ltd | Magnetic field detecting element and method for manufacturing the same |
| RU2467342C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-11-20 | Олег Фёдорович Меньших | Device to measure dynamic distribution of magnetic susceptibility of ferromagnetic |
-
2013
- 2013-05-21 RU RU2013123288/07A patent/RU2539290C2/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS568573A (en) * | 1979-07-02 | 1981-01-28 | Nippon Steel Corp | Measuring method of magnetic flux distribution |
| JPH0315780Y2 (en) * | 1984-03-19 | 1991-04-05 | ||
| EP1602936B1 (en) * | 2003-02-25 | 2012-06-06 | Samsung Electronics Co., Ltd | Magnetic field detecting element and method for manufacturing the same |
| RU2007105938A (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-27 | Владимир Иванович Пудов (RU) | METHOD FOR MAGNETIZATION AND MEASUREMENT OF MAGNETIC PROPERTIES OF A FERROMAGNETIC PRODUCT |
| RU2357240C1 (en) * | 2007-11-26 | 2009-05-27 | Олег Федорович Меньших | Method of measuring magnetic viscosity of ferromagnetics |
| RU2359397C1 (en) * | 2008-05-27 | 2009-06-20 | Олег Федорович Меньших | Magneto-parametric generator |
| RU2467342C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-11-20 | Олег Фёдорович Меньших | Device to measure dynamic distribution of magnetic susceptibility of ferromagnetic |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2657465C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-06-14 | Олег Фёдорович Меньших | Method for detecting magnetic friction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013123288A (en) | 2014-11-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2649913C1 (en) | Stabilized axial-radial direct current generator | |
| CN103174746A (en) | Active magnetic suspension bearing system and control circuit | |
| Khushrushahi et al. | Ultrasound velocimetry of ferrofluid spin-up flow measurements using a spherical coil assembly to impose a uniform rotating magnetic field | |
| RU2539290C2 (en) | Magnetic friction study device | |
| RU2467464C1 (en) | Instrument for measurement of spectrum of induction signal in magnetically linked system | |
| RU2561143C1 (en) | Bridge diagram for check of rotational magnetodynamic effect | |
| US20150084467A1 (en) | Reduced Reaction Rotary Alternating Current Generator | |
| Tatevosyan et al. | The study of the electromagnetic field of the synchronous magnetoelectric generator | |
| Spałek | Levitation of conductive and magnetically anisotropic ball | |
| RU2338216C1 (en) | Device for magnetic viscosity measurement in ferromagnets | |
| RU2642129C2 (en) | Device for investigating electric curl field | |
| Qiao et al. | Analysis of Magnetic Properties of AlNiCo and Methods of Mitigating Dynamic Voltage Limits in the Combined-Magnetic-Pole Memory Motor | |
| RU2657465C1 (en) | Method for detecting magnetic friction | |
| Virtič | Variations of permanent magnets dimensions in axial flux permanent magnet synchronous machine | |
| RU2562390C2 (en) | Device to measure angular speed of magnetic field rotation | |
| Murakami et al. | Development of magnetic levitation synchronous motor with high-Tc superconducting bearing | |
| RU2013142101A (en) | STABILIZED AC GENERATOR | |
| RU2537051C1 (en) | Device to inspect magnetic engagement | |
| Cao et al. | Modeling of Levitation Force for a Wireless-Moving-Levitating Light with Multiple Magnetic Fields | |
| RU162212U1 (en) | MAGNETIC STRUCTURE SCOPE | |
| RU2563884C2 (en) | Controlled magnetic bearing on permanent magnets and their control method | |
| Ida et al. | Faraday’s law and induction | |
| RU47531U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LOSS OF ENERGY ON ROTARY HYSTERESIS | |
| RU2619142C1 (en) | Magnetic amplifier | |
| Milykh et al. | Theory and practice of analysis of electromagnetic quantities and their phase relationships in a three-phase magnetic field inductor |