ГИБРИДНЫЙ МАГНИТ

Изобретение относится к магнитной энергетике и может быть использовано при разработке стабилизированных по частоте генерируемых колебаний на базе ферромагнитовязких двигателей. Известны также различные варианты построения ферромагнитовязких двигателей [1-6], преобразующих тепловую энергию внешней среды в механическую.

Известны ферромагнитовязкие генераторы со стабилизацией частоты генерируемых электрических колебаний [7-8], в которых используются постоянные магниты на основе намагниченных ферритов, например SmCo₃, на которых дополнительно наматывают катушку индуктивности, связанную с регулируемым источником постоянного тока для изменения напряженности магнитного поля в системе автоматического регулирования для поддержания угловой скорости вращения ферромагнитного диска при изменении присоединенной к его оси вращения нагрузки со стороны генератора электрического тока при изменении активной нагрузки, включенной к этому генератору.

Ближайшим техническим решением для заявляемого устройства является устройство автоматического управления электрогенератором [8] того же автора, которое содержит ферромагнитное кольцо, механически связанное с осью вращения через траверсы, часть ферромагнитного кольца помещена в насыщающее магнитное поле сильного постоянного магнита, снабженного катушкой подмагничивания, а другая его часть связана с тепловыделяющей средой, например, очищенной водой, забираемой из соответствующего водного бассейна, с осью вращения механически связан трехфазный генератор переменного тока, подключенный к трехфазному выпрямителю и к электрической нагрузке, выход трехфазного выпрямителя через блок управления подмагничиванием связан с катушкой подмагничивания сильного постоянного магнита, вход блока управления подмагничиванием подключен к выходу последовательно соединенных генератора опорного напряжения, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот (или интегратора), отличающееся тем, что с осью вращения ферромагнитного кольца механически связан тахогенератор, выход которого подключен ко второму входу фазочувствительного выпрямителя, а магнитный зазор сильного постоянного магнита выполнен из двух частей, первая из которых образует однородное магнитное поле с напряженностью, обеспечивающей на длине L этой части магнитного зазора доведение магнитной восприимчивости ферромагнетика до максимального значения, а вторая часть магнитного зазора длиной L образует насыщающее магнитное поле в начале этой части магнитного зазора и далее в направлении движения ферромагнитного кольца линейно возрастающее по напряженности магнитное поле к концу магнитного зазора, причем угловая скорость ω* вращения ферромагнитного кольца, соответствующая максимуму возникающего в нем вращательного момента, определена условием ω*=L/λ R τ, где λ=1,23 и R - средний радиус ферромагнитного кольца, τ - постоянная времени релаксации магнитной вязкости ферромагнетика, из которого выполнено ферромагнитное кольцо. Действие такого устройства объясняется динамической несимметрией магнитокалорического эффекта и явлением аномальной намагниченности ферромагнетика, движущегося в пространственно локализованном насыщающем магнитным поле [9].

Недостатком известного устройства является ограничение возможности увеличения напряженности магнитного поля за счет электрического подмагничивания магнитопровода ферритового постоянного магнита из-за недостаточного уровня индукции насыщения такого магнита, что ограничивает возможности авторегулирования частоты генерируемых колебаний в необходимых широких пределах изменения нагрузки.

Указанный недостаток известного устройства устранен в заявляемом техническом решении.

Целью изобретения является расширение диапазона перестройки напряженности магнитного поля в рабочем зазоре гибридного магнита (постоянного магнита с дополнительной обмоткой подмагничивания).

Указанная цель достигается в заявляемом гибридном магните, содержащем ферритовый намагниченный магнитопровод с дополнительной обмоткой подмагничивания, отличающемся тем, что ферритовый намагниченный магнитопровод выполнен в виде группы тонких пластин, перемежающихся с группой тонких пластин их магнито-мягкого ферроматериала с большой величиной индукции насыщения, например, железных, причем эти группы перемежающихся тонких пластин С-образной формы с линейно изменяющимся расстоянием между их магнитными полюсами склеены между собой и на них намотана дополнительная обмотка подмагничивания.

Достижение поставленной цели объясняется использованием в составе гибридного магнита магнито-мягких ферромагнитных пластин с большой величиной индукции насыщения. Использование тонких пластин из намагниченного ферромагнетика и магнито-мягкого ферромагнетика (железа), перемежающихся между собой, повышает равномерность возрастания магнитного поля в рабочем магнитном зазоре к его концу по ходу вращения в нем ферромагнитного кольца в устройстве генерирования, причем тем в большей степени, чем меньше толщина этих пластин.

На рис.1 представлена схема гибридного магнита, включающего:

1 - тонкие пластины из намагниченного ферроматериала,

2 - тонкие пластины из магнито-мягкого материала, например, железные,

3 - обмотка подмагничивания.

На рис.1 показана длина рабочего магнитного зазора L вдоль оси X.

На рис.2 представлены графики напряженности среднего значения магнитного поля Н(х) в рабочем магнитном зазоре при отсутствии подмагничивающего тока в обмотке подмагничивания 3 (жирная пунктирная прямая 1) и при максимальном токе подмагничивания (жирная пунктирная прямая 2). Нечетные пластины 1 из намагниченного ферромагнетика без тока подмагничивания создают магнитное поле, указанное пунктирной прямой (а), а при максимальном токе подмагничивания - пунктирной прямой (b). Четные пластины 2 из магнито-мягкого материала (железа) позволяют существенно расширить диапазон регулирования напряженности магнитного поля в рабочем магнитном зазоре.

Рассмотрим действие заявляемого устройства.

В том случае, если магнит выполнен только из намагниченного магнито-жесткого материала (феррита), то в отсутствии тока подмагничивания распределение напряженности магнитного поля Н(х) вдоль оси Х показано пунктирной прямой (а) на рис.2. При максимальном токе подмагничивания в обмотке 3 от регулируемого источника постоянного тока распределение Н(х) представляется пунктирной прямой (b). Наклон прямой (b) относительно прямой (а) отличается незначительно, поскольку остаточная намагниченность такого магнита находится вблизи намагниченности насыщения, поэтому увеличение подмагничивающего тока не способно заметно увеличить намагниченность такого магнита.

При введении в гибридный магнит чередующихся тонких пластин из намагниченного ферромагнетика 1 и из магнито-мягкого ферроматериала 2 с большой индукцией насыщения, например, из железа, намагниченность насыщения в таком гибридном магните может быть существенно увеличена, как это видно из сравнения расположений по высоте и наклонам жирных пунктирных прямых (1) и (2) с пунктирными прямыми (а) и (b) на рис.2.

Так, для магнита из намагниченного феррита диапазон перестройки Н(х) при изменении подмагничивающего тока в обмотке 3 от нуля и до максимума лежит между пунктирными линиями (а) и (b), в то время как диапазон перестройки Н(х) в этом же случае для гибридного магнита лежит между жирными пунктирными линиями (1) и (2). Таким образом, использование гибридного магнита существенно расширяет качество стабилизации частоты генерируемых колебаний в термомагнитных электрогенераторах, то есть допускает существенно более широкий диапазон электрических нагрузок на генератор при заданном минимальном разбросе частоты генерируемых колебаний.

Чем тоньше пластины 1 и 2, тем равномернее возрастает напряженность магнитного поля в рабочем магнитном зазоре переменной длины вдоль оси X. В отсутствие подмагничивающего тока в обмотке 3 пластины 2 из магнито-мягкого ферроматериала (железа) намагничиваются рядом расположенными постоянными магнитами, образованными тонкими пластинами 1 из намагниченного феррита, что снижает среднее значение возрастающей вдоль оси Х напряженности магнитного поля в рабочем магнитном зазоре, как это показано на рис.2 жирной пунктирной прямой (1).

Технология изготовления гибридного магнита сводится к напылению (или склеиванием) на тонкую железную пластину, например, толщиной 0,1…0,2 мм, с профилем, соответствующим форме магнита (подковообразного), ферромагнетика-феррита с прямоугольной петлей гистерезиса. После склеивания таких пар напыленных ферритовых и железных пластин формируется гибридный магнит. Толщина напыленного слоя феррита также варьируют в пределах 0,1…0,2 мм. Затем через обмотку 3 пропускают постоянный ток, величина которого доводит ферромагнетик-феррит до глубокого насыщения, и эти ферритовые пластины становятся постоянными магнитами. При снятии с обмотки этого тока тонкие железные пластины 2 намагничиваются за счет намагниченности ферритовых пластин 1, снижая намагниченность гибридного магнита как целого. Благодаря этому частичному размагничиванию расширяется общий диапазон перестройки Н(х) при действии в обмотке 3 подмагничивающего тока, как было указано выше, между жирными пунктирными прямыми (1) и (2), вместо диапазона, ограниченного пунктирными прямыми (а) и (b) для обычного ферритового магнита с подмагничивающей обмоткой.

Использование заявляемого устройства в ферромагнитовязких двигателях позволяет существенно повысить перспективность использования стабилизируемых по частоте электрогенераторов в системе энергоснабжения промышленных и бытовых потребителей.

Литература

1. Меньших О.Ф. Магнитовязкий маятник, Патент РФ №2291546, опубл. в бюлл. №01 от 10.01.2007.

2. Меньших О.Ф. Ферромагнитовязкий ротатор, Патент РФ №2309527, опубл. в бюлл. №30 от 27.10.2007.

3. Меньших О.Ф. Магнитный двигатель, Патент РФ №2310265, опубл. в бюлл. №31 от 10.11.2007.

4. Меньших О.Ф. Магнитовязкий ротатор, Патент РФ №2325754, опубл. в бюлл. №15 от 27.05.2008.

5. Меньших О.Ф. Способ получения энергии и устройство для его реализации, Патент РФ №2332778, опубл. в бюлл. №24 от 17.08.2008.

6. Меньших О.Ф. Ферромагнитовязкий двигатель, Патент РФ №2359398, опубл. в бюлл. №17 от 20.06.2009.

7. Меньших О.Ф. Устройство стабилизации частоты генератора. Патент РФ №2368073, опубл. в бюлл. №26 от 20.09.2009.

8. Меньших О.Ф. Устройство автоматического управления электрогенератором, Патент РФ №2444802, опубл. в бюлл. №7 от 10.03.1012.

9. Меньших О.Ф. Явление динамического сверхнамагничивания ферромагнетика, Internet, сайт Allbest, Физика и энергетика, 00276844_0.html.