Устройство для исследования магнитного трения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНОГО ТРЕНИЯ

Меньших О.Ф.

МПК H01F 13/00 (2006/01)

G01R33/00 (2006.01)

Реферат

Изобретение относится к физике магнетизма, в частности, к исследованию механизма магнитного трения при взаимном перемещении между собой магнитных полюсов с сохранением расстояния между ними, и может быть использовано при построении многовитковых униполярных машин без скользящих контактов.

Заявлено устройство для исследования магнитного трения, содержащее вращающийся ротор и неподвижный статор, отличающееся тем, что ротор выполнен как железное тело вращения в виде Х-образной конструкции с магнитными полюсами в форме тороидов, магнитносвязанных с телом ротора, на котором бесконтактно размещена катушка подмагничивания ротора, статор выполнен в форме магнитопроводящего цилиндра с тороидальными выступами на его концах, совмещёнными с тороидальными магнитными полюсами ротора, в рабочем магнитном зазоре между ротором и статором помещена измерительная катушка, часть проволочных витков которой находится в указанном магнитном зазоре, а другая её часть экранирована от действия магнитного поля в полости статора; катушка подмагничивания ротора соединена с регулируемым источником постоянного тока, ось вращения ротора механически связана с синхронным двигателем переменного тока, подключённого к генератору многофазного переменного тока с регулируемой частотой колебаний, а выход измерительной катушки связана со входом усилителя постоянного тока с малым дрейфом, а регулирование тока подмагничивания ротора и измерение этого тока, регулирование частоты генератора много фазного переменного тока и измерение этой частоты, также измерение постоянного напряжения на концах измеритель-ной катушки осуществляется блоком управления, измерения и отображения информации, например, с помощью персонального компьютера.

Технический результат - обеспечение возможности исследования магнитного трения, связанного с взаимным перемещением одного магнитного полюса относительно другого без изменения расстояния между ними, полагая магнитные полюсы разноименными.

На основе проводимых исследований с использованием заявляемого устройства открывается возможность построения бесколлекторных двигателей постоянного тока, обладающих высокой надёжностью функционирования и большим сроком службы, притом выполненных по простой схеме без использования сложных транзисторных систем управления, как это имеет место в так называемых вентильных двигателях постоянного тока. Такие двигатели перспективны для их применения в электромобилях и для железнодорожного транспорта в качестве мощных ТЭД, работающих на повышенном напряжении постоянного тока порядка 3 кВ.

Описание изобретения

Изобретение относится к физике магнетизма, в частности, к исследованию механизма магнитного трения при взаимном перемещении между собой магнитных полюсов с сохранением расстояния между ними, и может быть использовано при построении многовитковых униполярных машин без скользящих контактов.

Известно, что разноименные магнитные полюсы притягиваются друг к другу, и при малых расстояниях между полюсами площадью S сила притяжения равна:

F = B² S / 2 м_O,

где В - магнитная индукция, создаваемая магнитом,

м_O - магнитная постоянная (м_O = 1,256_*10-⁶ Гн/м).

При изменении расстояния между полюсами совершается работа под действием силы F(?), которая изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния ? между полюсами. Однако важно выяснить также вопрос, совершается ли работа при перемещении одного полюса относительно другого при неизменном расстоянии ? между ними за счёт сил магнитного трения. Существует ли магнитное трение? Какова его природа?

Известны работы [1-2] В.И. Кувыкина по проблеме магнитного трения. Под магнитным трением в этой работе понимаются процессы диссипации энергии при относительном движении твердого тела и источников магнитного поля в неконтактном подвесе. Магнитное трение вызывается вихревыми токами в проводящем материале твердого тела, гистерезисными явлениями в ферромагнитных материалах и сверхпроводниках. Однако, кроме электромагнитной природы взаимодействия, приводящих к магнитному трению, следует учитывать также и те силы трения, которые создаются из-за растяжения магнитных силовых линий, "вмороженных" в домены ферромагнитных полюсов при их взаимном перемещении без изменения расстояния ? между ними. Важность рассмотрения такого рода сил трения состоит в том, что это позволяет объяснить, как сам факт "вмороженности" магнитных силовых линий в домены ферромагнетика, так и физическую природу сложной зависимости магнитной восприимчивости ч последнего в функции напряжённости Н действующего на ферромагнетик внешнего магнитного поля. Кроме того, это позволит объяснить, как зависит скорость движения магнитного поля при перемещении одного магнитного полюса относительно другого без изменения расстояния между ними, а это, в свою очередь, важно для построения бесконтактных униполярных машин, намагниченный ротор которых вращается относительно неподвижного статора, образуя замкнутую магнитную цепь.

Работы по этой тематике среди рассмотренных [3-5 и др.] автору неизвестны (отсутствует прототип).

Целью заявляемого технического решения является обеспечение возможности исследования магнитного трения, связанного с взаимным перемещением одного магнитного полюса относительно другого без изменения расстояния между ними, полагая магнитные полюсы разноименными.

Указанная цель достигается в заявляемом устройстве для исследования магнитного трения, содержащем вращающийся ротор и неподвижный статор, отличающимся тем, что ротор выполнен как железное тело вращения в виде Х-образной конструкции с магнитными полюсами в форме тороидов, магнитносвязанных с телом ротора, на котором бесконтактно размещена катушка подмагничивания ротора, статор выполнен в форме магнитопроводящего цилиндра с тороидальными выступами на его концах, совмещёнными с тороидальными магнитными полюсами ротора, в рабочем магнитном зазоре между ротором и статором помещена измерительная катушка, часть проволочных витков которой находится в указанном магнитном зазоре, а другая её часть экранирована от действия магнитного поля в полости статора; катушка подмагничивания ротора соединена с регулируемым источником постоянного тока, ось вращения ротора механически связана с синхронным двигателем переменного тока, подключённым к генератору многофазного переменного тока с регулируемой частотой колебаний, а выход измерительной катушки связан со входом усилителя постоянного тока с малым дрейфом, причём регулирование тока подмагничивания ротора и измерение этого тока, регулирование частоты генератора многофазного переменного тока и измерение этой частоты, а также измерение постоянного напряжения на концах измерительной катушки осуществляется блоком управления, измерения и отображения информации, например, с помощью персонального компьютера.

Достижение указанной цели изобретения на основе заявляемого устройства объясняется построением магнитной цепи с двумя магнитными тороидально подобными магнитными зазорами, в которых образуется вращающееся магнитное поле при вращении ротора, при котором происходит взаимное перемещение одного полюса относительно другого в двух магнитных зазорах, но без изменения расстояний между этими парами полюсов. Под действием вращающегося магнитного поля в измерительной катушке, часть витков которой размещена в магнитном зазоре, а другая её часть не взаимодействует с вращающимся магнитным полем будучи экранирована от него в теле статора, возбуждается ЭДС, величина которой с точностью до постоянного множителя пропорциональна скорости вращения магнитного поля. Изменяя ток подмагничивания в катушке подмагничивания ротора и (или) частоту вращения ротора, можно отметить соответствующее изменение возбуждаемой ЭДС в измерительной катушке. Операции управления, измерения и отображения получаемой информации возложены на блок управления на основе персонального компьютера с дисплеем, работающего по соответствующей программе.

На рисунке 1 представлено заявляемое устройство. Оно состоит из:

1 - первой половины ротора,

2 - второй половины ротора,

3 - оси вращения ротора,

4 - жёстко скреплённых при сборке двух половин статора,

5 - катушки подмагничивания ротора, закреплённой на неподвижном статоре,

6 - регулируемого источника постоянного тока,

7 - измерительной катушки, размещённой частично в магнитном зазоре,

8 - усилителя постоянного тока с малым дрейфом (УПТ),

9 - синхронного двигателя переменного тока,

10 - генератора многофазного переменного тока с регулируемой частотой колебаний,

11 - блока управления, измерения и отображения информации (на основе персонального компьютера с дисплеем, работающего по заданной программе).

На рис. 2 показано силовое взаимодействие какого-либо домена А на подвижном полюсе магнита относительно двух произвольно расположенных доменов В и С на другом неподвижном полюсе магнита, полагая плоскости полюсов взаимно параллельными, а вектор скорости движения подвижного полюса (показано простой стрелкой) расположен в плоскости полюса этого магнита, что сохраняет расстояние d между полюсами магнита неизменным (расстоянию d на рис. 1 соответствует расстояние ?, но на рис. 1 форма поверхности полюсов концентрически кольцевая). Магнитная связь между доменами А и В указывает на растяжение магнитной силовой линии, "вмороженной" в домены А и В от начального положения доменов А и В при минимальном расстоянии между ними, равном d. По мере дальнейшего движения подвижного полюса магнита эта связь разрывается при некотором предельном значении смещения домена А относительно домена В, и магнитная силовая линия домена А связывает домены А и С. Расстояние между доменами В и С - есть то предельное смещение подвижного полюса магнита относительно неподвижного, при котором происходит переброс магнитных силовых линий между ранее связанными доменами (А и В).

На рис. 3 дан график распределения парциальных сил между произвольной точкой - доменом А и всеми точками справа и слева от него - доменами В и С на некотором представительном промежутке, большем длины отрезка ВС, Видно, что площадь под правым максимумом этой функции распределения существенно больше площади под левым максимумом, что и доказывает неуравновешенность результирующей тангенциальной силы, действующей между полюсами магнита при движении одного полюса относительно другого без изменения расстояния между ними, то есть наличие силы магнитного трения, действующей между полюсами.

В заявляемом устройстве использована конструкция с Х-образным ротором, собранным из двух жёстко скрепляемых половин 1 и 2 и с их осью вращения 3, это вызвано необходимостью установки на средней части тела железного ротора катушки подмагничивания 5. При отсутствии тока в этой катушке ротор не является магнитом, поскольку выполнен из магнитомягкого материала - железа, не обладающего остаточной намагниченностью. При протекании постоянного тока через катушку подмагничивания 5 ротор становится электромагнитом с магнитными полюсами S и N, как указано на рис. 1. Сечение магнитопровода в центре ротора, охваченное катушкой подмагничивания 5, имеет площадь:

S_С = р D_C² / 4,

где D_C - диаметр указанного сечения.

Магнитные полюса ротора выполнены в форме тороидов шириной h с радиусом круглой поверхности магнитных полюсов, равным R - ? / 2, где R радиус середины магнитного промежутка между полюсами ротора и статора 4, выполненного в виде жёстко скрепляемых двух цилиндров из магнитомягкого материала (железа) с тороидальными выступами, размещёнными оппозитно полюсам ротора, ? - величина магнитного зазора между полюсами ротора и статора - величина постоянная в силу концентричности тороидальных полюсов ротора и статора, как это видно на рис. 1. Считаем, что R > D_C и R "?, что позволяет, в первом приближении, считать, что R - радиус ротора на его полюсах S и N. Для полной передачи намагниченности с магнитной индукцией В как в сечении ротора S_С, так и на его полюсах, то есть в магнитном зазоре (так как имеется малый зазор между парами полюсов ротора и статора), необходимо при выполнении ротора соблюсти условие:

S_С = 2 р R h,

- равенство площадей сердцевины магнитопровода и поверхности каждого из тороидальных полюсов ротора), где h - ширина кольцевой поверхности полюсов ротора, или, что одно и то же:

h = D_C² / 8 R.

Так, при R = D_C получим связь величин:

h = 0,125 R.

Отметим, что с ростом величины R пропорционально растут величины D_C и h. Ось вращения 3 ротора закреплена подшипниковыми парами, установленными в крышках корпуса, выполненных из немагнитного материала (например, силумина или материала Д 16). Эта ось механически связана с осью вращения синхронного двигателя переменного тока 6, что на рис. 1 показано фигурными стрелками.

Рассмотрим работу заявляемого устройства. Пусть синхронный двигатель переменного тока 6, питаемый от генератора многофазного переменного тока 10 с регулируемой частотой колебаний, приводит во вращательное движение ротор из половин 1 и 2 по часовой стрелке (рис. 1). При соответствующей намагниченности ротора от тока в катушке подмагничивания 5 от регулируемого источника постоянного тока 6 возникает равнодействующая тангенциальная сила F - сила магнитного трения - между полюсами неподвижного статора 3 и полюсами вращающегося ротора с угловой скоростью щ, отвечающей линейной скорости перемещения подвижного полюса^

V = щ R,

как это представлено на линеаризованном макете, представленном на рис. 2.

Расстояние между доменами А и В, как видно на рис. 2,

r_O = d / sin ц,

где ц - - угол наклона кратчайшей прямой между "вмороженными" в домены магнитными силовыми линиями при перемещении полюса в направлении, противоположном вектору силы F (на рис. 2 сила показана фигурной стрелкой) со скоростью:

V = щ R

(в соответствие с рис. 1). Расстояние между доменами А и С, когда домен С расположен относительно вертикальной оси симметрии, проходящей через домен А, на текущем расстоянии х в пределах - L / 2 ? x ? L / 2 равно:

r(x) = (d² + x²)^1/2.

Важно иметь в виду при расчётах наличие диаграммы направленности для магнитного поля, излучаемого доменом как эквивалентом прямого магнита, - напряжённость поля вдоль его оси симметрии Н_¦ вдвое выше, чем напряжённость Н₊ в поперечном направлении [7], то есть Н_¦ = 2 Н₊ при одинаковых удалениях от полюса домена. Такому условию удовлетворяет диаграмма направленности для магнитного поля домена, определяемая аппроксимирующей функцией:

Н(б) = Н_¦ (1+ соs б) / 2,

где б - угол между исследуемым направлением на домен А и осью симметрии домена (как прямого магнита). Так, при б = 0 имеем Н(0) = Н_¦, а при б = р / 2 имеем:

Н (р / 2) = Н_¦ / 2 = Н₊.

Угол б для произвольно расположенного домена С на расстоянии х относительно указанной выше вертикали находится по простой формуле:

б = ц + arctg (¦x¦/ d)

- L / 2 ? x ? 0

для интеграла по переменной х в заданных пределах, то есть при отрицательных значениях х, а для положительных х имеем:

б = ц - arctg (x / d)

0 ? x ? L / 2.

Как известно, если магнитный момент домена равен М, то напряжённость магнитного поля Н (r) на расстоянии r(x) под углом б находится согласно выражению:

Н(х) = (Н(б) / Н_¦) М / 2 р м₀ r(x)³ = (1 + cos б) M / 4 р м₀ (d² + x²)^3/2.=

= [1 + cos (ц - arctg (x / d))]M / 4 р м₀ (d² + x²)^3/2. (1)

Поскольку домен А "видит" домен С под тем же углом б (так как плоскости развёрток полюсов являются взаимно параллельными), то сила взаимодействия между двумя доменами А и С вдоль направления соединяющего их отрезка r(x) равна:

F(x) = Ф ₁Ф ₂ / 4 р м₀ (d² + x²), (2)

Ф ₁ = Ф ₂ = м₀ q Н(х)

- магнитный поток с площадок q доменов А и С, и тогда:

F(x) = м₀ q² Н(х)² / 4 р (d² + x²) = q² [1 + cos (ц - arctg (x / d))]² M² / 64 р³ м₀ d ⁸ (1 + x²/ d²)⁴ (3)

Нетрудно понять, что в левой половине от вертикальной оси симметрии, то есть в промежутке - L / 2 ? x ? 0 возникают силы одного знака, а в правой, для 0 ? х ? L / 2, - силы другого знака в направлении фигурной стрелки на рис. 2.

Эти противоположно направленные силы F(x)_¦ являются проекциями сил F(x) на горизонтальную плоскость (плоскость полюса ротора, коллинеарны друг другу и встречно направлены). Проекции сил F(x) равны F(x)_¦:

F(x)_¦ = F(x) cos [arctg (d / x)]= F(x) / [1 + (d / x)²]^1/2. (4)

Обозначая постоянный множитель:

k = q² M² / 64 р³ м₀ d⁸ = const (x)

с размерностью этого коэффициента в ньютонах, получим из (3):

F(x)_¦ = k [1 + cos (ц - arctg (x / d))]² / [1 + (d / x)²]^1/2 (1 + x² / d²)⁴ = k ш(x). (5)

Постоянный множитель k нас не интересует, и при интегрировании мы его можем опустить, проверив, чему будет равен интеграл от ш(x) по всему промежутку - L / 2 ? x ? L / 2, поскольку нас интересуют только касательные составляющие сил F(x). Тогда получим распределение безразмерных относительных сил ш(x) на длине L в виде:

ш(x) = [1 + cos (ц - arctg (x / d))]² / [1 + (d² / x²)]^1/2 (1 + x²/ d²)⁴ (6)

График функции ш(x) представлен на рис. 3

Площадь под графиком в его левой части существенно меньше площади под графиком в его правой части, что означает, что относительные силы ускорения и торможения различаются по величине и противоположно направлены. При этом равнодействующая этих сил не равна нулю, что и определяет величину магнитного трения.

Примечание Построение графика по программе Mathcad привело к необходимости несущественных переобозначений: d = Д, ц = ф и х = в.

Для нахождения суммарной относительной силы I_?¦ необходимо проинтегрировать функцию ш(x) по всему промежутку L, задав известные величины d, L и ц. Задача решается корректно при условии d " L, что позволяет провести линеаризацию элементов частей ротора и статора для упрощения расчётов (вместо части концентрических окружностей, использовать параллельные прямые). При этом получим:

I_?¦ = ? { [1 + cos (ц - arctg (x / d))]² / [1 + (d² / x²)]^1/2 (1 + x²/ d²)⁴} dx. (7)

Например, при указанных на графике величинах d = 0,003 м и ц = р / 4 для промежутка L = 0,01 м интегрированием (7) получаем I_?:

I_?¦ = ?{{1 +cos [(р / 4) - arctg (x / 0,003)]}² / [1 + (0,003² / x²)]^1/2 (1 + x²/ 0,003²)⁴}dx-. ? {{1 + cos [(р / 4) - arctg (x / 0,003)]}² / [1 + (0,003² / x²)]^1/2 (1 + x²/ 0,003²)⁴} dx ? 0,005 ? 1,57.10-^3-7,585.10-⁴ = 8,119.10-⁴ > 0 (8)

Знак больше или равно в (8) установлен, так как первый интеграл в (8) до конца не вычислен (можно было бы задать больший верхний предел, что усматривается из графика на рис. 2). Из расчёта следует, что относительные силы ускорения и торможения различаются в 1,57.10^-3/7,585.10^-4 = 2,09 раза!

Все остальные домены, аналогичные домену А, ведут себя точно так же. Их число определяется площадью грани:

S_ГР = 2 р R h,

отнесённой к площади полюса домена q, и число доменов:

n = S_ГР / q

весьма велико. Так, если q = 10-¹⁰ м ², а площадь грани S_ГР полюса ротора при R = 0,1 м и при условии, что R = D_C, равна S_ГР = 2 р R h = р R² / 4 = 7,85.10-³ м ², то получаем n = 7,85.10 ⁷ (число групп магнитных силовых линий или число взаимодействующих пар доменов ротора и статора) и результирующая относительная сила n I_?¦ = 7,85_*811,9_*10 ⁶ = 6,37_*10 ⁹, и это число надо умножить на коэффициент:

k = q² M² / 64 р³ м₀ d⁸

для вычисления полной касательной силы F_?¦:

F_?¦ = (q S_ГР M² / 64 р³ м₀ d⁸) I_?¦ (9).

Таким образом, теоретически обосновано возникновение тормозящего момента, приблизительно равного произведению полученной силы из (9) на средний радиус R в заявляемой паре взаимно перемещающихся магнитных полюсов - вращение ротора относительно неподвижного статора.

Отметим, что в установившемся состоянии вращения ротора (щ = const) расположение доменов на поверхностях магнитных полюсов ротора и статора является наклонным к радиусу ротора, как это показано на рис. 2.

Величина весьма малого по величине коэффициента k с учётом малого поперечного сечения домена q и малости его магнитного момента М фактически отражает действующую в магнитном зазоре между ротором и статором магнитную индукцию В, значение которой находится из известного выражения:

0,8_*10 ⁶ В_* [(l_Ж / м) + ?]= I_M N,

где l - полная длина магнитопровода цепи "ротор-статор"м, например, для рассматриваемого примера: l_Ж = 0,4 м, м - относительная магнитная проницаемость железного магнитопровода, которая может быть задана величиной м = 2500 при индукции В = 1,2 Тл и при ? = 0,003 м. Для обеспечения указанной величины магнитной индукции количество ампер-витков в катушке подмагничивания 5 должно быть равно I_M N = 0.8_*10 ⁶_*1,2 _* 0,00316 = 3,03_*10 ³ А. Следовательно, при максимально допустимом токе в обмотке катушки подмаг-ничивания I_M = 8 А число витков N в этой катушке должно быть равно N ? 379 витков из медного изолированного провода ПЭВ-2 с диаметром 0,85 мм при плотности намотки не хуже 0,8 (плотность тока около 10 А/мм ²).

Регулировкой подмагничивающего тока I_M в диапазоне от 0 до 8 А от регулируемого источника постоянного тока 6 можно изменять магнитную индукцию в магнитных зазорах между ротором и статором в пределах 0 ? В ? 1,2 Тл.

В рассматриваемом примере принимаем R = 0,1 м и тогда при условии, что R = D_C, имеем h = 0,0125 м. Это позволяет определить величину постоянной ЭДС в измерительной катушке 7 по формуле:

E = 0,5 В l_ИЗМ V = В l_ИЗМ щ R,

l_ИЗМ = n h

- полная длина проводника, расположенного перпендикулярно вектору магнитной индукции В, n - число витков измерительной катушки, выполненной тонким изолированным медным проводником ПЭЛШО диаметром порядка 0,05… 0,1 мм. При h = 0,0125 м и при n = 100 витков получим ЭДС^

E = р В n h R f;

E = 0,3925 B f,

где f - частота вращения оси вращения 3 ротора, что то же самое - частота многофазного (например, трёхфазного) переменного тока, питающего синхронный двигатель переменного тока 9 от генератора многофазного генератора переменного тока 10 с регулируемой частотой колебаний.

Таким образом, регулировкой тока подмагничивания I_M изменяется вели-чина магнитной индукции В, а регулировкой частоты вращения ротора f можно также изменять значение ЭДС на концах обмотки измерительной катушки 7, значение которой после известного усиления измеряется в блоке управления, измерения и регистрации информации 11. Этим блоком осуществляется управление током подмагничивания I_M и частотой f, а также измерение этих величин и ЭДС E в измерительной катушке с учётом коэффициента усиления в УПТ 8. Полученные данные отображаются на дисплее персонального компьютера 11 и позволяют оперативно управлять параметрами В и f. устройство магнитное трение исследование

Проводимые исследования, в частности, позволяют утверждать, что линейная скорость вращения магнитного поля в магнитном зазоре приблизительно вдвое ниже линейной скорости V = щ R точек поверхности магнитного полюса ротора (коэффициент 0,5 указан в формуле для ЭДС Е). Это объясняется приблизительной равно вероятностью срывов "вмороженных" в домены групп магнитных силовых линий как от ротора, так и от статора, и вклад в формирование вращающегося магнитного поля в магнитных зазорах вносят только срывы с доменов магнитных полюсов неподвижного статора, но не с ротора. А без вращающегося магнитного поля в магнитных зазорах не возникала бы ЭДС в измерительной катушке 7. Сам факт генерирования постоянной ЭДС указывает на факт вращения магнитного поля в магнитных зазорах между неподвижным статором и вращающимся намагниченным ротором.

Момент магнитного трения:

М_ТР = F_?¦ R,

а, следовательно, сила трения F_?¦,

может быть определена опытным путём измерением мощности Р_ТР = М_ТР щ_,, которая, в свою очередь, рассчитывается через произведение питающих токов фаз синхронного двигателя 9 на приложенное к ним напряжение от генератора 10. Так, при отсутствии тока подмагничивания в катушке подмагничивания 5 имеем нулевую магнитную индукцию В = 0, и при этом Е = 0. При В > 0 отмечаем, что с ростом частоты f возрастает мощность Р_ТР. При этом можно сравнить графики Р_ТР как функции частоты f вращения ротора при В = 0 с графиками Р_ТР(f) при раз-личных значениях В > 0 из диапазона 0 ? В ? 1,2 Тл. Это сравнение с достоверностью покажет наличие магнитного трения и его зависимость от величин В и f.

Обнаружение магнитного трения и вращения магнитного поля при враще-нии намагниченного ротора по результатам измерений Р_ТР и ЭДС Е позволяет, во--первых, утверждать саму возможность построения многовитковой униполярной машины без скользящих контактов (поскольку рабочая обмотка при этом оказывается намотанной на статоре, частично находясь в магнитном зазоре между ротором и статором, то есть является неподвижной, что исключает применение скользящих контактов в известных униполярных машинах - генераторах и двигателях). Во-вторых, при этом доказывается фактор "вмороженности" групп магнитных силовых линий в соответствующие пары доменов ротора и статора и их переброс с одних доменов на другие при вращении ротора. Это также подтверждено ранними работами автора [8-9]по изучению спектров электрических колебаний, возбуждающихся в катушке индуктивности, намотанной на магнитопроводе системы "ротор-статор" при высокочастотной широкополосной вариации магнитного сопротивления, обусловленного растяжением длины магнитных силовых линий, "вмороженных" в пары доменов, в некоторых пределах до их срыва на другую пару доменов магнитных полюсов ротора и статора.

Наконец, проводимые с заявляемым устройством измерения позволяют обо-сновать физическую природу изменения магнитной восприимчивости ферромагнетика ч = м-1 при изменении напряжённости внешнего магнитного поля во всём диапазоне - от малых значений напряжённости до сверхбольших в области парапроцесса - согласно известной кривой А.Г. Столетова [10] в модели перераспределения магнитных силовых линий доменов внутри и снаружи намагничиваемого ферромагнетика [11]под управлением внешним магнитным полем.

На основе проводимых исследований с использованием заявляемого устройства открывается возможность построения бесколлекторных двигателей постоянного тока, обладающих высокой надёжностью функционирования и большим сроком службы, притом выполненных по простой схеме без использования сложных транзисторных систем управления, как это имеет место в так называемых вентильных двигателях постоянного тока. Такие двигатели перспективны для их применения в электромобилях и для железнодорожного транспорта в качестве мощных ТЭД, работающих на повышенном напряжении постоянного тока порядка 3 кВ [12].

Литература

1. Кувыкин В.И. Влияние магнитного трения на динамику твёрдого тела в неконтактном подвесе, дисс. д.ф.-м.н., Нижний Новгород, 2004.

2. Кувыкин В.И. Магнитный подвес, Авт. свид. № 1322751, 1987.

3. Дубков В.А. Фрумкин Э.П. Метод решения нелинейных задач о ферромагнитной цилиндрической области, находящейся во вращающемся магнитном поле // Некоторые вопросы электродинамики: Сборник / МГУ. М., 1973. С. 151-166.

4. Поливанов К.М. Электродинамика движущихся тел, М.: Энергоиздат, 1982, 192 с.

5. Moon F.C., Yanoviak M.M., Ware R., Hysteretic levitation forces in superconducting ceramics // Appl. Phys. Lett., 1988, v.52, No.18, p. 1534-1536.

6. Диков А.Г. Борисова Е.А., Зелинский В.В. Исследование влияния магнитного поля на трение и износ // Успехи современного естествознания, 2012, № 6, стр. 73-74.

7. Эберт Г. Краткий справочник по физике, пер. с 2-го нем. изд., под ред. К.П. Яковлева, ГИФМЛ, М., 1963, с. 420.

8. Меньших О.Ф. Магнитопараметрический генератор, Патент РФ № 2359397, опубл. в бюлл. № 17 от 20.06.2009.

9. Меньших О.Ф. Устройство автоматического управления электрогенератором, Патент РФ № 2444802, опубл. в бюлл. № 7 от 10.03.2012.

10. Бозорт Р. Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956.

11. Меньших О.Ф. Явление динамического сверхнамагничивания, Allbest, опубл. в Internet от 26.07.2013 (открытие заявлено в МААНО, 27.08.2012).

12. Меньших О.Ф. Бесколлекторный двигатель постоянного тока, заявка на изобретение № 2013124383/07 (035957) с приоритетом от 27.05.2013, М., ФИПС; опубл. в Аllbest в Internet от 08.12.2013.

Приложение. Формула изобретения

Устройство для исследования магнитного трения, содержащее вращающийся ротор и неподвижный статор, отличающееся тем, что ротор выполнен как железное тело вращения в виде Х-образной конструкции с магнитными полюсами в форме тороидов, магнитносвязанных с телом ротора, на котором бесконтактно размещена катушка подмагничивания ротора, статор выполнен в форме магнитопроводящего цилиндра с тороидальными выступами на его концах, совмещёнными с тороидальными магнитными полюсами ротора, в рабочем магнитном зазоре между ротором и статором помещена измерительная катушка, часть проволочных витков которой находится в указанном магнитном зазоре, а другая её часть экранирована от действия магнитного поля в полости статора; катушка подмагничивания ротора соединена с регулируемым источником постоянного тока, ось вращения ротора механически связана с синхронным двигателем переменного тока, подключённым к генератору многофазного переменного тока с регулируемой частотой колебаний, а выход измерительной катушки связан со входом усилителя постоянного тока с малым дрейфом, причём регулирование тока подмагничивания ротора и измерение этого тока, регулирование частоты генератора многофазного переменного тока и измерение этой частоты, а также измерение постоянного напряжения на концах измерительной катушки осуществляется блоком управления, измерения и отображения информации, например, с помощью персонального компьютера.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1



Размещено на Allbest.ru

...