ФЕРРОМАГНИТОВЯЗКИЙ ДВИГАТЕЛЬ
VISCOUS FERROMAGNETIC MOTOR

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при разработке нового класса магнитных двигателей, работа которых основана на ферромагнитном термодинамическом (ФМТД) эффекте.
ФМТД эффект заключается в возникновении силы, приложенной к ферромагнитному веществу в направлении его движения в пространственно локализованном насыщающем магнитном поле, объясняемый магнитокалорическим процессом адиабатического охлаждения ферромагнитного вещества при его размагничивании насыщающим магнитным полем, при котором центр притяжения указанного локализованного магнитного поля и центр намагниченности ферромагнитного вещества пространственно разделены в динамике движения ферромагнитного вещества со скоростью, согласованной с параметром магнитной вязкости ферромагнетика, при этом совершаемая под действием указанной силы механическая работа по перемещению ферромагнитного вещества и поддерживающая движение последнего происходит за счет притока тепловой энергии к ферромагнитному веществу из окружающей среды.
В настоящее время отсутствуют аналоги заявляемому техническому решению.
Целью изобретения является получение возможности прямого преобразования тепловой энергии среды в механическую работу в форме вращающегося ротора.
0
0
пуск
0
Достижение заявленной цели изобретения достигается в ферромагнитовязком двигателе, состоящем из ферромагнитного кольцевого ротора с осью вращения, внутри которого расположен неподвижно закрепленный магнит линейной формы, а снаружи - симметрично расположенные относительно полюсов указанного магнита линейной формы два постоянных магнита С-образной формы с одноименным расположением их магнитных полюсов относительно оси симметрии магнита линейной формы, причем постоянная магнитной вязкости τ ферромагнитного кольцевого ротора согласована с его радиусом R и угловой скоростью вращения ω согласно равенству τ=0,186 Х/ω R, где Х - среднее расстояние между полюсами постоянных магнитов С-образной формы, а запуск ферромагнитовязкого двигателя осуществляется путем раскручивания ферромагнитного кольцевого ротора внешним воздействием до угловой скорости ω>0,186 Х/τ R.
Другой целью изобретения является обеспечение автоматической подстройки угловой скорости вращения ферромагнитного кольцевого ротора на заданную величину.
Эта цель достигается в вышеописанном устройстве, отличающемся тем, что на ферромагнитном кольцевом роторе закреплен в определенном угловом положении датчик, связанный с приемником (магнитная или оптическая пара датчик-приемник), а на магнитах С-образной формы выполнены обмотки подмагничивания, последовательно включенные к регулируемому источнику постоянного тока, управляющий вход которого связан со схемой автоматического регулирования из последовательно соединенных с выходом указанного приемника формирователя импульсов, D-триггера, фазового детектора, фильтра нижних частот и усилителя постоянного тока, а ко второму входу фазового детектора подключена цепь опорного сигнала из последовательно соединенных опорного генератора и компаратора.
Вращение ферромагнитного кольцевого ротора в заявляемом техническом решении обеспечивается моментом силы, возникающим от действия тангенциальных сил в ферромагнитном материале ротора двигателя в двух промежутках между осью симметрии магнита линейной формы и одним из полюсов двух постоянных магнитов С-образной формы, внутри которых магнитные поля указанных магнитов направлены в одну и ту же сторону, в эту же сторону происходит вращение ротора. В соответствии с ФМТД-эффектом указанные силы возникают, если в насыщающем магнитном поле ферромагнитный материал движется с некоторой скоростью, согласованной с продольным размером области с насыщающим магнитным полем и постоянной времени магнитной вязкости ферроматериала. В отсутствие движения ферроматериала в насыщающем магнитном поле указанные тангенциальные силы не возникают. Поэтому для приведения двигателя в работу необходимо внешнее воздействие для раскрутки ферромагнитного кольцевого ротора.
Автоматическая стабилизация угловой скорости вращения ферромагнитного кольцевого ротора обеспечивается регулировкой величины насыщающего магнитного поля, что влияет на скорость изменения магнитной восприимчивости ферромагнитовязкого вещества ротора и, следовательно, на величины указанных выше тангенциальных сил, образующих вращательный момент ротора, уравновешиваемый моментами трения и нагрузки. В качестве стабилизирующего объекта использован опорный генератор, частота колебаний которого сравнивается в фазовом детекторе с колебаниями, частота которых, например, равна половине частоты вращения ферромагнитного кольцевого ротора, в статической системе авторегулирования.
Изобретение понятно из представленных чертежей.
На фиг.1 представлена схема ферромагнитовязкого двигателя (вид на конструкцию сверху), содержащая ферромагнитный кольцевой ротор 1 с осью 2 его вращения, неподвижно закрепленные магнит линейной формы 3 и два постоянных магнита 4 и 5 С-образной формы с обмотками подмагничивания 6 и 7 соответственно, последовательно подключенными к регулируемому источнику постоянного тока 8, закрепленный на ферромагнитном кольцевом роторе датчик (магнитный или оптический) 9, связанный с ним приемник 10, импульсный сигнал с выхода которого поступает на блок автоматического регулирования угловой скорости вращения ротора двигателя, который состоит из последовательно соединенных с выходом указанного приемника формирователя импульсов 11, D-триггера 12, фазового детектора 13, фильтра нижних частот 14 и усилителя постоянного тока 15, а ко второму входу фазового детектора 13 подключена цепь опорного сигнала из последовательно соединенных опорного генератора 16 и компаратора 17.
min
На фиг.2 дан график кривой намагничивания ферромагнитного материала - зависимость магнитной индукции В ферроматериала от напряженности магнитного поля Н в статическом состоянии. При напряженности H магнитного поля крутизна В(Н) достигает максимума.
max
min
max
min
нач
На фиг.3 приведен график зависимости магнитной восприимчивости χ от напряженности магнитного поля Н - известная кривая Столетова. Магнитная восприимчивость ферромагнетика достигает максимума χ при наибольшей крутизне maxdB/dH и начинает вновь падать с увеличением напряженности магнитного поля в области насыщения, в частности, достигает величины χ при напряженности магнитного поля H>H. При Н=0 магнитная восприимчивость ферромагнетика равна ее начальному значению χ.
0
0
На фиг.4 представлены статическая при ω=0 (фиг.4а) и динамическая при ω~ω(фиг.4б) характеристики зависимости относительной магнитной проницаемости µ(x) на участке насыщающего магнитного поля между осью симметрии магнита линейной формы, показанной штрихпунктирной линией на фиг.1, и полюсами постоянных магнитов С-образной формы (S-полюсами на фиг.1), где магнитные потоки этих магнитов складываются (указаны на фиг.1 стрелками с совпадающими направлениями). Длина этого участка равна Х/2.
0
0
1
0
С min
min
0
С max
С
С max
С min
2
1
2
0
C min
max
0
C max
C
C max
C min
1
1
2
2
max
min
1
1
2
2
max
min
2
1
=
На фиг.5 на кривой Столетова (см. фиг.3) отмечено положение рабочей точки для статического значения магнитной восприимчивости χ ферромагнитного материала при напряженности магнитного поля Н, действующего в нем и создаваемого только одним магнитом линейной формы 3, а также магнитные восприимчивости ферромагнетика при различных значениях напряженности магнитного поля в нем от совместного действия магнитных полей магнитов 3 и 4 (5). Так, в левой области относительно рабочей точки указаны напряженности магнитного поля H=Н-Н и H=Н-Н, где ΔН=Н-Н - перепад напряженности магнитного поля С-образного магнита 4 (5) при перепаде постоянного тока в его обмотке 6 (7) ΔI=I-I. В правой части относительно рабочей точки указаны напряженности магнитного поля Н=Н+Н и H=Н+Н, где ΔH=Н-H, как и в первом случае. Видно, что при малом токе I в обмотке 6 (7) значения статической магнитной восприимчивости ферромагнетика имеют значения χ и χ, а при токе I - соответственно значения χ и χ. При этом в первом случае перепад статических магнитных восприимчивостей составляет Δχ=χ-χ, а во втором - Δχχ-χ, и при этом, очевидно, что Δχ>χ.
1
2
0
0
min
max
На фиг.6 даны в относительном представлении графики зависимости вращательных моментов М(ω) от угловой скорости ω вращения ферромагнитного кольцевого ротора для двух разных значений токов подмагничивания I и I постоянных магнитов С-образной формы 4 и 5. Пересечение соответствующих пар графиков М(ω) с линиями обратной связи в отмеченных точках, лежащих на одной вертикали (указана пунктирной линией), соответствует устойчивым состояниям замкнутой системы автоматического регулирования с угловой скоростью ω* вращения ферромагнитного кольцевого ротора. Поясняется, что при повышении момента трения (нагрузки) в оси 2 ферромагнитного кольцевого ротора 1 для сохранения угловой скорости ω* вращения последнего неизменной и устойчивой требуется увеличить значение вырабатываемого вращательного момента М(ω), например, в пределах от начального значения M до значения M путем соответствующего увеличения тока I подмагничивания.
Рассмотрим действие заявляемого устройства.
Одним из важных свойств ферромагнитных материалов является их так называемая магнитная вязкость, магнитное последействие - отставание по времени намагниченности ферромагнетика от изменения напряженности магнитного поля. В наиболее простых случаях изменение намагниченности ΔJ в зависимости от времени t описывается формулой
0
∞
0
0
0
-9
-6
где J и J - соответственно значения намагниченности непосредственно после изменения напряженности Н магнитного поля в момент t=0 и после установления нового равновесного состояния, τ - константа, характеризующая скорость процесса и называемая постоянной времени релаксации. Значение τ зависит от природы магнитной вязкости и в различных материалах может изменяться от 10 с до нескольких десятков часов. Отметим, что намагниченность J определяется как J=В-µН (где В - магнитная индукция в ферромагнетике в поле Н) связана соотношением χ=J/µН=µ-1, где µ=1,256*10Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, µ - относительная магнитная проницаемость ферромагнетика. Следовательно, для магнитной восприимчивости χ ферромагнетика в изменяющемся магнитном поле справедливо уравнение, аналогичное (1).
Другое важное свойство ферромагнетиков состоит в уменьшении магнитной восприимчивости χ(Н) (или, что то же, - относительной магнитной проницаемости µ(Н)=χ(Н)+1, как это указано на фиг.4) ферромагнетика в насыщающих магнитных полях, что следует из кривой Столетова (фиг.3).
Эти два свойства используются совместно в заявляемом техническом решении.
нас
max
min
max
max
min
0
0
0
Как известно, действие магнитного поля на ферромагнетик приводит к его намагничению. Магнитная индукция В растет с увеличением напряженности магнитного поля Н (фиг.2) вплоть до насыщения В при напряженности поля H. При напряженности поля H крутизна характеристики магнитной индукции максимальна - max(dB/dH), и магнитная восприимчивость также достигает максимума χ (фиг.3), а при H становится равной χ. Статическая магнитная восприимчивость предполагает игнорирование эффекта магнитной вязкости, то есть в уравнении (1) t→∞ или t>>τ. Это представлено на фиг.4а, то есть когда ферромагнитный кольцевой ротор 1 (фиг.1) не вращается (ω=0). Однако в динамике вращения ротора изменения магнитной восприимчивости не успевает следовать за статическими значениями магнитной восприимчивости, что согласуется с выражением (1) и отражено на фиг.4б. Поэтому центр притяжения в промежутке от конца магнита линейной формы 3 (с полюсом N) до полюса постоянного магнита С-образной формы 4 с противоположным полюсом (полюсом S), где магнитные силовые линии обоих названных магнитов направлены в одном и том же направлении, находится, например, в точке Х/4 от начала отсчета в конце полюса магнита линейной формы 3, а центр намагничения ферромагнитного материала в указанном участке ротора 1 находится в точке X*, то есть отстает от центра притяжения на расстояние ΔХ=(Х/4)-X*>0, где Х - расстояние между полюсами S и N постоянного магнита С-образной формы 4 (5). Наличие этого несовпадения центров приводит к действию постоянной силы F, направленной по касательной к ферромагнитному кольцевому ротору 1, то есть в направлении увеличения напряженности магнитного поля в промежутке между полюсами постоянного магнита С-образной формы 4 (5), как это показано фигурной стрелкой на фиг.1 с угловой скоростью ω.
0
0
1
2
0
0
min
max
0
C
1
min
max
2
На фиг.1 стрелками показаны направления векторов магнитного поля, создаваемого магнитами 3, 4 и 5. Нетрудно видеть, что в одном из полупромежутков между полюсами постоянных магнитов С-образной формы 4 и 5 магнитные силовые линии направлены согласно, а в другом встречно. Это позволяет в одном из полупромежутков увеличить напряженность магнитного поля, а в другом, напротив, уменьшить ее на одну и ту же величину, соответствующую напряженности магнитного поля одного отдельно взятого постоянного магнита С-образной формы 4 (или 5) по сравнению с напряженностью магнитного поля Н, создаваемого только одним магнитом линейной формы 3 в ферромагнитном кольцевом роторе 1, величину которой принимают за рабочую точку, указанную на графике фиг.5. Изменяя напряженность магнитного поля в постоянных магнитах С-образной формы 4 и 5 под действием протекающего постоянного тока в их обмотках 6 и 7, в пределах от Н-H=Н-Н до Н-H=H-Н, то есть с размахом изменения ΔH=H-H=H-Н (см. фиг.5), можно соответственно изменять размах изменения магнитной восприимчивости ферромагнитного вещества в рабочем полупромежутке, указанном на фиг.4б, с наибольшей напряженностью магнитного поля. Отметим, что все указанные на фиг.5 точки находятся на ниспадающей части характеристики χ(Н), то есть в области насыщения ферромагнетика.
0
0
0
1
1
0
2
1
1
2
1
2
о
2
0
0
0
Прежде всего рассмотрим, как распределяются магнитные поля в магнитопроводе ферромагнитного кольцевого ротора. Магнитное поле магнита линейной формы 3 разделяется в магнитопроводе на две равные части с напряженностями магнитного поля в них, равными Н, что в статическом состоянии (при ω=0) создает в наиболее протяженных частях ротора 1 между постоянными магнитами С-образной формы 4 и 5 магнитную восприимчивость ферромагнетика, равную χ. Влияние магнитных полей постоянных магнитов С-образной формы 4 и 5 в этих участках магнитопровода отсутствует, поскольку эти магниты по отношению друг к другу включены встречно, то есть обращены друг к другу одноименными полюсами (N против N снизу и S против S сверху на фиг.1). Поэтому при вращении ферромагнитного кольцевого ротора входящее в магнитный зазор постоянного магнита С-образной формы 4 со стороны его полюса N ферромагнитное вещество с магнитной восприимчивостью, равной χ, в полупромежутке между этим полюсом и осью симметрии магнита линейной формы 3 (указана штрихпунктирной горизонтальной линией на фиг.1), где напряженность магнитного поля равна H, будет увеличивать свою магнитную восприимчивость по экспоненциальному закону до величины, близкой к χ, хотя и несколько меньшей этой величины, характерной для статического режима. Попадая в полупромежуток Х/2 между указанной осью симметрии и полюсом S постоянного магнита С-образной формы 4, магнитная восприимчивость ферромагнетика в магнитном поле с напряженностью H>H будет уменьшаться по экспоненциальному закону с величины, близкой к χ, значению χ<χ, характерному для статического режима (ω=0), хотя и несколько большему по величине значению, чем χ, из-за динамики движения (ω>0). В конце указанного полупромежутка, то есть вне зоны влияния полюса S постоянного магнита С-образной формы 4, ферромагнетик вновь попадает в зону с напряженностью магнитного поля Н, создаваемого только магнитом линейной формы 3, при этом магнитная восприимчивость ферромагнетика вновь увеличивается от величины, близкой к χ, к значению χ, практически соответствующему статическому состоянию, поскольку промежуток магнитопровода между магнитами 4 и 5 значительно превышает расстояние X при условии, что πR/Х>>1. То же самое можно наблюдать и для системы магнитов 3 и 5.
1
min
1
0
1
Ясно, что в динамике вращения ферромагнитного кольцевого ротора 1 относительно указанной конфигурации насыщающих магнитных полей те части ферромагнетика, которые в любой данный момент времени расположены в магнитном поле с напряженностью H, где H≤H≤Н, будут иметь магнитную восприимчивость, экспоненциально возрастающую до величины χ, существенно большей, чем магнитная восприимчивость ферромагнетика, стремящаяся к значению
2
2
0
2
max
1
2
TP
H
χ в той части ферромагнетика, которая в этот же момент времени расположена в магнитном поле с напряженностью Н, где Н≤Н≤H, то есть в любой момент времени имеем неравенство χ>χ, которое сохраняется постоянно. Это объясняет природу возникновения тангенциальной силы F, приложенной к ферромагнитному кольцевому ротору со стороны рассмотренной магнитной системы и поддерживающей при известных условиях режим вращательного движения. Условием сохранения этого режима вращательного движения является равенство возникающего под действием указанной тангенциальной силы вращательного момента M(ω)≈2FR сумме моментов трения M и полезной нагрузки M. Указанное уравновешивание происходит при определенной угловой скорости ω вращения ферромагнитного кольцевого ротора 1 с учетом того обстоятельства, что с увеличением угловой скорости вращения, в первом приближении, линейно растет момент трения. Кроме того, анализ действующей силы F показывает, что эта сила достигает максимума при соблюдении условия
0
τ=0,186 Х/ω R, определяемого конструкцией устройства и параметром магнитной вязкости ферроматериала, из которого выполнен ферромагнитный кольцевой ротор 1.
В известных электромагнитных двигателях - постоянного или переменного тока - вращение ротора обусловлено его магнитным взаимодействием с вращающимся относительно ротора магнитным полем, то есть также используется фактор отставания центра намагниченности ротора от центра притяжения магнитной системы, внешней по отношению к ротору. Однако такой же эффект в данном техническом решении достигается не за счет перемещения (вращения) внешнего магнитного поля, а за счет перемещения состояния намагниченности ферромагнитного кольцевого ротора в обратном направлении относительно статического (неподвижного в пространстве) внешнего магнитного поля, образованного магнитами 3, 4 и 5, но при обязательном условии, что указанный ротор 1 приведен во вращательное движение внешним (однократным) воздействием. Локальное перемагничивание соответствующих участков ферромагнитного кольцевого ротора 1 в магнитных полях магнитов 3-5 осуществляется непрерывно во времени по мере вращения этого ротора, и для наблюдателя, связанного с ротором, кажется, что это перемагничивание перемещается вдоль образующей кольцевого ротора в обратном направлении относительно направления вращения ротора, которое наблюдаемо из неподвижной системы координат. При таком толковании следует считать, что мы имеем дело с параметрическим двигателем, в котором заменено вращение внешнего магнитного поля, свойственное известным электромагнитным двигателям, на вращение (в обратную сторону) намагниченности ферроматериала ферромагнитного кольцевого ротора, то есть на пространственное перемещение параметров (магнитной восприимчивости) ферромагнетика.
1
1
2
2
2
∑
Δ
0
∑
Δ
Возникновение тангенциальной силы F, следовательно, объясняется тем, что ферромагнитное вещество с большей магнитной восприимчивостью χ, находящееся в магнитном поле с меньшей напряженностью H, стремится втянуться в область магнитного поля с большей напряженностью Н, а выходящее из-под этого поля Н ферромагнитное вещество этому не препятствует, так как при этом оно имеет меньшую магнитную восприимчивость χ. И такие условия формируются только при наличии вращательного движения ферромагнитного кольцевого ротора 1. При этом, как показывает анализ, сила втятивания F превышает силу торможения F на участке магнитной системы протяженностью Х/2 между осью симметрии магнита прямой формы 3 и полюсом S постоянного магнита С-образной формы 4, так что F=F-F, и при этом движущая тангенциальная сила F может быть представлена следующим выражением:
1
1
2
2
0
2
2
0
0
0
0
2
где h=χ(H)/χ(H)>>1 - относительный перепад магнитной восприимчивости ферроматериала в начале полупромежутка Х/2, где насыщающее магнитное поле максимально и равно Н, и в его конце, S - сечение ферромагнитного кольцевого ротора 1, связанное с магнитным полем, α=Δt/τ - отношение времени пребывания ферромагнитного вещества ферромагнитного кольцевого ротора 1 в полупромежутке магнитного поля с напряженностью магнитного поля H и равного Δt=X/2ωR, к постоянной магнитной вязкости ферромагнетика. Исследуя функцию (2) на экстремум по искомому параметру α, находим, что сила F достигает своего максимума при значении α*=2,69, что соответствует ранее указанному соотношению τ=0,186 Х/ω R. Это означает, что всякое изменение угловой скорости ω относительно ее оптимального значения ω=0,186 Х/τ R приведет к снижению величины силы F, поддерживающей указанное вращательное движение ферромагнитного кольцевого ротора 1, и увеличение этой силы возможно при соответствующем увеличении напряженности магнитного поля Н в постоянных магнитах С-образной формы за счет увеличения тока подмагничивания I в обмотках 6 и 7 со стороны регулируемого источника постоянного тока 8, что прямо следует из выражения (2). Таким образом, регулируя ток подмагничивания в катушках 6 и 7 магнитов 4 и 5, можно противостоять изменению угловой скорости вращения при изменении нагрузки на ось 2 ферромагнитного кольцевого ротора 1.
Выражение (2) приведено для вычисления силы F, возникающей в полупромежутке
0
2
0
1
1
2
2
1
0
1
2
1
2
1
2
Х/2, где действует магнитное поле с напряженностью Н и происходит отставание центра намагниченности ферромагнетика, связанного с этим участком, от центра притяжения магнитного поля. Однако необходимо также оценить силу, действующую в противоположном направлении на участке протяженностью Х/2, где действует магнитное поле с напряженностью H, и центр намагниченности, наоборот, опережает центр притяжения на этом участке магнитного поля. Совершенно очевидно, что эта сила существенно меньше по модулю, чем ранее рассмотренная сила F, поскольку, во-первых, магнитное поле в этом участке слабее (H<Н), а во-вторых, практически вдвое на этом участке перепад магнитной восприимчивости ферромагнетика меньше, чем на участке с напряженностью магнитного поля Н. Действительно, на участке с напряженностью магнитного поля H магнитная восприимчивость изменяется от χ до χ, а на главном рабочем участке с напряженностью поля H она изменяется от χ до χ, то есть вдвое больше, как это видно из фиг.5. В практически обоснованных расчетах сила торможения ферромагнитного кольцевого ротора 1 на участке с напряженностью магнитного поля H может составлять 10-15% относительно силы F, рассчитываемой согласно (2) для участка с напряженностью поля Н.
0
0
0
0
0
0
0
0
Задача поддержания угловой скорости вращения ферромагнитного кольцевого ротора неизменной и равной ω* с необходимой точностью разрешается с помощью системы автоматического регулирования статического типа, определяемого использованием в системе регулирования инерционного звена (при использовании вместо инерционного звена интегратора система становится астатической, то есть с нулевой остаточной ошибкой регулирования, но имеет при этом меньшее быстродействие). С помощью пары: датчик 9 - приемник 10 (магнитно или оптически связанных элементов) регистрируются импульсы на выходе формирователя импульсов 11, частота следования которых равна скорости вращения ω/2π ферромагнитного кольцевого ротора 1. Эти импульсы поступают на D-триггер 12, на выходе которого образуется меандровый сигнал частоты ω/4π, который поступает на первый вход фазового детектора 13, ко второму входу которого поступает меандровый сигнал с компаратора 17, на вход которого воздействует гармоническое колебание со стабилизированной частотой ω*/4π, в результате чего на выходе фазового детектора 13 образуется периодическая импульсная последовательность с частотой ≈ ω*/4π и длительностью импульсов, соответствующей разности фаз сравниваемых в фазовом детекторе колебаний, полярность которых определяется направлением отклонения частоты ω от частоты ω*, а именно при ω<ω* возникают импульсы положительной полярности, а при ω>ω*, наоборот, импульсы отрицательной полярности. Указанная последовательность импульсов на выходе фильтра нижних частот 14, например интегрирующей RC-цепочки, превращается в сглаженное постоянное напряжение с соответствующими действующим значением и полярностью. Это напряжение поступает на управляющий вход регулируемого источника постоянного тока 8, изменяя требуемым образом значение тока I подмагничивания постоянных магнитов С-образной формы 4 и 5, в частности, таким образом, что восстанавливается приблизительное равенство ω≈ω* с необходимой точностью. Величина остаточной ошибки автоматического регулирования Δω=ω-ω* определяется коэффициентом обратной связи для разомкнутой цепи авторегулирования. Чем выше этот коэффициент, тем меньше величина остаточной ошибки Δω, однако при чрезмерном увеличении указанного коэффициента система авторегулирования может оказаться неустойчивой, склонной к самовозбуждению, что надо учитывать при разработке.
0
min
max
0
0
0
На фиг.6 представлены результаты авторегулирования угловой скорости ω* вращения ферромагнитного кольцевого ротора 1 для двух крайних нагрузок на ось 2 - минимальной (режим холостого хода) и близкой к максимальному (к режиму критической нагрузки) для соответствующих вращательных моментов M и M. Следует отметить важное обстоятельство, что ω*<ω=0,186 Х/τ R, что вызывается необходимостью обеспечения в замкнутой системе автоматического регулирования необходимых запасов устойчивости ее функционирования при изменении нагрузок. Устойчивость состояний стабилизации определяется математически разностью знаков производных у функции обратной связи (гиперболические кривые на фиг.6) и у функции вращательного момента в точках пересечения этих кривых.
0
0
0
0
0
0
С другой стороны, чем круче указанные кривые в точке их пересечения, тем большее быстродействие системы авторегулирования и тем меньше остаточная ошибка Δω. Именно в силу этого обстоятельства и приходится выбирать угловую скорость вращения ω* ниже оптимальной угловой скорости ω, жертвуя при этом некоторой величиной мощности, которую можно было бы получать в качестве нагрузки без стабилизации угловой скорости вращения ω*. Однако при разработке предлагаемого двигателя выбор ферромагнетика следует проводить с учетом указанного соотношения ω=0,186 X/τ R>ω*.
0
пуск
0
Как следует из выражения (2) и графика для М(ω) на фиг.6, при малых угловых скоростях вращения ферромагнитного кольцевого ротора резко падает величина вращательного момента, что препятствует самораскручиванию ротора из его неподвижного состояния, поскольку момент трения даже без присоединенной нагрузки (то есть в режиме холостого хода) всегда не является нулевым. В зависимости от величины момента трения и с учетом присоединенной нагрузки, величина которой не превосходит критическую для данного типа двигателя, пуск последнего в работу должен осуществляться от внешнего источника раскручиванием ферромагнитного кольцевого ротора по крайней мере до величины угловой скорости, приблизительно равной ω* при замкнутой системе автоматического регулирования, а при неизвестной нагрузке - до гарантированной величины ω>0,186 Х/τ R, как об этом указано выше, если не используется режим холостого хода.
Учитывая указанное, целесообразно приводить в действие заявляемый ферромагнитовязкий двигатель при отключенной нагрузке - в режиме холостого хода - с последующим, желательно плавным, увеличением присоединенной нагрузки. Можно показать, что при увеличении присоединенной нагрузки выше критической ее величины вращение ферромагнитного кольцевого ротора прекращается, двигатель останавливается.