Явление динамического сверхнамагничивания ферромагнетика

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЯВЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО СВЕРХНАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА

О.Ф. Меньших

1. Вводная часть

Известно, что в магнитном поле происходит намагничивание любых веществ (явление открыто Фарадеем в 1845г.), которое особенно ощутимо в ферромагнетиках.

Ампером было введено понятие об элементарном магните - круговом токе, циркулирующим внутри атома или молекулы в форме движения электронов - заряженных элементарных частиц. Процесс намагничивания тел при этом заключается в выстраивании магнитных моментов отдельных атомов и молекул вещества, образуемых амперовыми токами, вдоль магнитных силовых ли-ний внешнего магнитного поля. С другой стороны, известно, что само магнитное поле создаётся благодаря движению заряженных частиц - электронов или ионов. Опытами Роуланда и Эйхенвальда было также установлено образование магнитного поля вокруг движущегося заряженного тела.

Ферромагнетик характеризуется множеством свойств - магнитной восприимчивостью ч, безразмерное значение которой изменяется с изменением внешнего магнитного поля Н согласно кривой Столетова, индукцией насыщения ВS = мO (ч + 1)HH [вб/м2], где мO = 1,256.10 - 6 [Гн/м] - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, НН - напряжённость насыщающего магнитного поля [A/м], магнитной вязкостью с постоянной релаксации ф [с], значение которой можно задавать в чрезвычайно широких пределах, например, с помощью введения в ферромагнетик различного рода примесей, магнитокалорической активностью k [град/Дж], характеризующей степень охлаждения ферромагнетика при его размагничивании, то есть при изменении его внутренней энергии. Кроме ферромагнетиков, имеющих доменную структуру, известны ферримагнетики и антиферромагнетики, также обладающие указанными свойствами, но имеющие отличную от ферромагнитной доменную структуру. Ферромагнетики подразделяются на магнитомягкие, не имеющие остаточной намагниченности, и магнитотвердые, используемые как постоянные магниты и имеющие достаточно высокую остаточную намагниченность после помещения их в насыщающее магнитное поле [1-3].

Известен также магнитокалорический эффект - изменение температуры магнитного вещества (ферромагнетика) при его адиабатическом намагничивании и размагничивании.

В условиях адиабатичности магнетик не поглощает и не отдаёт теплоту дQ = 0, поэтому энтропия S магнетика не меняется: dS = дQ / T = 0. При объяснении магнитокалорического эффекта в рамках термодинамики энтропию рассматривают как функцию температуры Т, давления р и напряжённости Н внешнего магнитного поля, S = S(T, р, Н), откуда в условиях адиабатичности

dS = (?S / ?T)p,H dT + (?S / ?p)H,T dp + (?S / ?H)T,p dH = 0.

При постоянном давлении (р = const) dp = 0 и dS = (?S / ?T)p,H dT + (?S / ?H)T,p dH = 0 .

В записи для конечных изменений величин изменение температуры ферромагнетика ?T при изменении напряжённости магнитного поля ?H записывается как

?T = [(?S / ?H)T,p / (?S / ?T)p,H]* ?H. (1)

Соотношение (1) позволяет найти зависимость ?T от ?H, если раскрыть значение входящих в него частных производных. Производная (?S / ?T)p,H = Ср,Н / Т , где Ср,Н - теплоёмкость ферромагнетика. Производная (?S / ?H)T,p может быть преобразована на основе соотношения взаимности частных производных внутренней энергии ферромагнетика

(?S / ?H)T,p = (?J / ?Т)p,Н

где J - его намагниченность. Таким образом, получим соотношение:

?T = [(?J / ?Т)p,Н / (Ср,Н / Т)] * ?H. (2)

Поскольку (Ср,Н / Т) > 0, изменение температуры ферромагнетика - охлаждение (?T < 0) или нагрев (?T > 0) - зависит от знака производной (?J / ?Т)p,Н и изменения внешнего магнитного поля (?H > 0 - намагничивание, ?H < 0 - размагничивание). .

Особенно больших значений магнитокалорический эффект парапроцесса достигает вблизи точки Кюри, , где намагниченность J резко уменьшается при нагревании магнетика [производная (?J / ?Т)p,Н очень велика]. Магнитокалорический эффект в ферромагнетиках был подробно исследован П. Вейсом, Р. Форрером и К. П. Беловым.

Важно отметить, что охлаждение ферромагнетика при его размагничивании из состояния магнитного насыщения происходит не обязательно в адиабатическом процессе, когда отсутствует теплопередача с внешней средой, то есть в квазиадиабатическом процессе, когда система не является замкнутой, и тогда dS = дQ / T > 0. Это обстоятельство, в частности, используется при построении холодильных установок.

Из выражения (2) при условии, что [(?J / ?Т)p,Н = АМ - некоторая константа для данной температуры Т ферромагнетика, имеем ?T = АМ Т ?H Ср,Н , откуда получаем зависимость вида ?T / ?H = АМ Т / Ср,Н, из которой видно, что отношение ?T / ?H остаётся постоянным при заданной температуре Т до возникновения фазового перехода 1-го рода (то есть при отсутствии магнитного насыщения ферромагнетика) с одной величиной, а также с другой большей величиной отношения ?T / ?H после наступления фазового перехода 1-го рода (то есть в насыщающем магнитном поле), и изменение величины отношения (?T / ?H) происходит скачком после достижения напряжённости магнитного поля ННАС, действующего на ферромагнетик, некоторого критического уровня.

Одним из интересных физических свойств ферромагнетиков является их магнитная вязкость - магнитное последействие - отставание по времени намагниченности ферромагнетика от изменения напряжённости магнитного поля. В наиболее простых случаях изменение намагниченности ДJ в зависимости от времени t описывается формулой

ДJ(t) = J(t) - J0 = (J? - J0) [1 - exp(- t/ф)], (3)

где J0 и J? - соответственно значения намагниченности непосредственно после изменения напряжённости Н магнитного поля в момент t = 0 и после установления нового равновесного состояния, ф - константа, характеризующая скорость процесса и называемая постоянной времени релаксации. Значение ф зависит от природы магнитной вязкости и в различных материалах может изменяться от 10 - 9 с до нескольких десятков часов. В общем случае для описания процесса последействия одного значения ф недостаточно.

2. Приоритет открытия

На основе заявляемого явления динамического сверхнамагничивания ферромагнетика (ДСФ) автором создан ряд запатентованных устройств и способов [4-7]. Наиболее ясно физическая сущность данного явления изложена в работе автора [7]. Приоритет заявляемого открытия следует исчислять по дате первоначально поданной заявки на изобретение [4] на «Способ получения энергии и устройство для его реализации», в которой использовано это явление, то есть с 14.12.2006.

До этой даты в каких-либо источниках информации заявляемое явление ДСФ описано не было. Окончательно сформулировано это явление в настоящей заявке.

3. Сущность открытия

Явление ДСФ представляет собой взаимосвязанную совокупность ряда известных физических свойств ферромагнетиков, таких как их доменная структура, магнитная вязкость, зависимость магнитной восприимчивости от напряжённости внешнего магнитного поля и др.

Динамическое сверхнамагничивание ферромагнетика, возникающее при переходе ферромагнетика квазискачком из состояния с наибольшей магнитной восприимчивостью, обусловленной действием соответствующего внешнего магнитного поля, в состояние глубокого насыщения действием сильного внешнего насыщающего магнитного поля в течение времени, существенно меньшего постоянной времени релаксации магнитной вязкости ферромагнетика, объясняется запаздывающей во времени перегруппировкой магнитных силовых линий доменов ферромагнетика, образующих его внешнее магнитное поле магнитосвязанных доменных цепей и состояние сверхнамагниченности, во внутреннее магнитное поле каждого из магнитных доменов в отдельности. Перегруппировка магнитных силовых линий доменов, предложенная автором и рассматриваемая ниже, объясняет, в частности, уменьшение магнитной восприимчивости ферромагнетика при повышении напряжённости внешнего магнитного поля, действующего на ферромагнетик, в области парапроцесса (когда Н > ННАС). Указанный механизм дополняет известные физические объяснения природы магнитной вязкости.

Известно, что при помещении ферромагнетика в насыщающее магнитное поле его намагниченность в парапроцессе достигает наибольшей возможной величины, называемой намагниченностью насыщения, и не увеличивается практически при дальнейшем увеличении напряжённости насыщающего магнитного поля [8]. Это объясняется тем, что все магнитные домены в насыщении ориентированы строго в одном направлении, и ферромагнетик просто не может получить дополнительный прирост намагниченности в выделенном направлении, поскольку уже нет дополнительных «не задействованных» носителей магнитного момента. Каждый из доменов представляет собой микроэквивалент прямого постоянного магнита, который имеет произвольную ориентацию в отсутствии внешнего магнитного поля и разворачивается по магнитному полю, преодолевая тепловые флуктуации, стремящиеся ориентировать магнитные моменты доменов хаотически в теле магнитомягкого ферромагнетика. Скорость установления магнитного домена вдоль вектора внешнего магнитного поля определяется так называемой постоянной магнитной вязкости ферромагнетика [9-11], величина которой варьирует в весьма широких пределах - от долей микросекунды до нескольких часов и может быть управляемой, например, введением в ферромагнетик при его синтезе различного рода присадок.

Явление ДСФ имеет определённое физическое обоснование, связанное с поведением магнитных доменов ферромагнетика в зависимости от изменения напряжённости внешнего магнитного поля, в частности, объясняется запаздывающей во времени перегруппировкой магнитных силовых линий, одна группа которых для каждого из доменов замыкается внутри ферромагнетика (в каждом из его доменов), а другая - образует структуру внешних силовых линий, образующихся на магнитных полюсах ферромагнитных образцов. Действительно, о намагниченности ферромагнетика мы судим по его внешним магнитным свойствам (например, по силе притяжения намагниченного ферромагнетика), не учитывая магнитных силовых линий, замыкающихся внутри тела ферромагнетика и являющихся собственными линиями каждого данного домена. Правильнее говорить не о числе магнитных силовых линий в указанных группах, а об относительной (безразмерной) плотности магнитного потока - внешнего у1 и внутреннего у2 для каждой доменной цепи, ориентированной по внешнему магнитному полю.

Общая плотность магнитного потока, исходящая из домена какого-либо сорта ферромагнетика, равна сумме плотностей у0 = у1 + у2, и величина у0 сопоставляется и отражает значение максимальной магнитной восприимчивости чМАХ данного ферромагнетика при соответствующем внешнем магнитном поле Н* (разном для разных ферромагнетиков), так что можно записать чМАХ = в у0, где в - некоторый безразмерный коэффициент. Текущие значения магнитной восприимчивости ч(Н) в зависимости от напряжённости магнитного поля Н выражаются соотношением е = у1 / у0. Чем больше. отношение е, тем больше магнитная восприимчивость ч данного сорта ферромагнетика. Так, при действии на ферромагнетик внешнего магнитного поля с напряжённостью Н* имеем, например, у1 = у0, и значение е = 1. Для начальной магнитной восприимчивости (Н = 0) и при насыщающих магнитных полях (Н = НН) значение е < 1. На рис.1 условно показана доменная цепь ферромагнетика при разных величинах напряжённости внешнего магнитного поля - Н < Н* (рис.1а), Н* (рис.1б) и НН (рис.1в). Видно, что при увеличении или уменьшении напряжённости магнитного поля относительно величины Н* величина внутренней относительной плотности магнитного потока у2 растёт, а внешней у1 падает, что и приводит к уменьшению ч относительно чМАХ.

Перегруппировка отношения е в ту или иную сторону при вариации напряжённости внешнего магнитного поля Н происходит с временной задержкой экспоненциально с постоянной ф магнитной вязкости данного сорта ферромагнетика. Именно поэтому и возникает явоение кратковременного ДСФ, когда число магнитных силовых линий доменов, выходящих наружу от ферромагнетика максимально (при ч = чМАХ), и от действия насыщающего магнитного поля не успевает мгновенно снизиться до величины, соответствующей её стационарному значению чМIN при Н >> ННАС > Н*.

Явление ДСФ может существовать только при скачкообразном изменении внешнего магнитного поля, в которое помещён ферромагнетик, от величины Н* до Н >> ННАС > Н*, причём за время такого перехода ?tПЕР, существенно меньшее постоянной релаксации магнитной вязкости ф ферромагнетика (то есть когда ?tПЕР << ф), например, на порядок. Этот эффект является кратковременным, и намагниченность ферромагнетика достаточно быстро экспоненциально уменьшается до своей статической величины намагниченности насыщения JНАС с постоянной времени магнитной вязкости ф.

Таким образом, сущность заявляемого открытия можно сформулировать в следующей редакции; «Установлено ранее неизвестное и теоретически обоснованное явление динамического сверхнамагничивания ферромагнетика, возникающее при переходе ферромагнетика квазискачком из состояния с наибольшей магнитной восприимчивостью, обусловленной действием соответствующего внешнего магнитного поля, в состояние глубокого насыщения действием сильного внешнего насыщающего магнитного поля в течение времени, существенно меньшего постоянной времени релаксации магнитной вязкости ферромагнетика, объясняемое запаздывающей во времени перегруппировкой магнитных силовых линий доменов ферромагнетика, образующих его внешнее магнитное поле магнитосвязанных доменных цепей и состояние сверхнамагниченности, во внутреннее магнитное поле каждого из магнитных доменов в отдельности».

4. Теоретические доказательства достоверности открытия

Обратимся сначала к описанию рисунков к заявке, на основе которых поясняется сущность заявляемого явления ДСФ на примере работы устройства для исследования этого явления, на которое автором подана заявка на изобретение № 2012123273/28 (035441) на «Способ исследования динамики намагничивания ферромагнетика, быстро вводимого в насыщающее сверхсильное магнитное поле» с приоритетом от 05.06.2012.

На рис.1 дано наглядное объяснение явления ДСФ, имеющего доменную структуру, домены в которой образуют магнитосвязанные цепи, ориентируемые по внешнему магнитному полю. На рис.1а представлена цепь из трёх магнитосвязанных доменов А, В и С (в каждой цепи может быть огромное количество доменов) при магнитном поле Н < Н*, на рис.1б - те же домены, но при напряжённости магнитного поля Н*, а на рис.1в - при насыщающем магнитном поле НН. Более подробно о различии этих рисунков будет указано ниже.

На рис.2 представлены следующие элементы и узлы:

1 - первый ферромагнитный образец,

2 - второй ферромагнитный образец,

3 - плёночный пьезоэлектрический датчик,

4 - электромагнит,

5 - обмотка подмагничивания электромагнита,

6 - регулируемый источник постоянного тока,

7 - диэлектрический диск,

8 - ось вращения диэлектрического диска,

9 - трёхфазный синхронный электродвигатель,

10 - регулируемый по частоте трёхфазный генератор,

11 - кольцевые токосъёмники, связанные с электродами плёночного пьезоэлектрического датчика,

12 - скользящие контакты,

13 - усилитель сигнала с плёночного пьезоэлектрического датчика,

14 - блок обработки информации и индикации.

На рис.3 показан магнитный зазор - основной с насыщающим магнитным полем ННАС и дополнительный с магнитным полем Н*, при котором достигается максимум магнитной восприимчивости чМАХ у ферромагнетика, и два ферромагнитных образца с плёночным пьезоэлектрическим датчиком между ними. На рис.1 и 2 выводы этого датчика не показаны.

На рис.4 представлен график зависимости магнитной восприимчивости ферромагнетика от времени при заданной скорости протяжки ферромагнитных образцов 1 и 2 в обоих магнитных зазорах с определённой скоростью, зависящей от постоянной магнитной вязкости ферромагнетика и длины магнитных зазоров. В начальный момент времени, когда ферромагнитные образцы начинают входить в магнитное поле Н*, у ферромагнетика имеется начальная магнитная восприимчивость чНАЧ, по мере продвижения в дополнительном магнитном зазоре с магнитным полем Н* магнитная восприимчивость доходит до максимального значения чМАХ, а когда ферромагнетик попадает в насыщающее магнитное поле НН, то магнитная восприимчивость экспоненциально уменьшается до величины чMIN за время 2 ?t = 2 L / V = 2 L / щ R, где - щ угловая скорость вращения диэлектрического диска 7, R - радиус этого диска, на краю которого закреплены два ферромагнитных образца 1 и 2 и плёночный пьезоэлектрический датчик 3 между ними.

На рис.5 приведён график зависимости намагниченности двух ферромагнитных образцов 1 и 2 от времени при их движении со скоростью V в дополнительном и основном магнитных зазорах электромагнита 4. В первой части этого зазора намагниченность ферромагнетика достигает уровня J*(?t) = мO чMAX H*, при переходе в начало основного магнитного зазора с насыщающим магнитным полем НН намагниченность аномально возрастает до величины JMAX = мO чMAX HH, поскольку НН >> Н*, после чего намагниченность спадает экспоненциально до уровня намагниченности насыщения JНАС. = мO чMIN HH, величина которой больше намагниченности J*(?t). Сверхнамагниченность ферромагнетика при переходе его из магнитного поля с напряжённостью Н* к магнитному полю с напряжённостью НН >> Н* обусловлена свойством магнитной вязкости ферромагнетика, благодаря которому его магнитная восприимчивость не может уменьшиться скачком.

Пунктирной кривой на рис.5 показан ход намагничивания ферромагнетика при помещении его из ненамагниченного состояния в насыщающее магнитное поле при плавном увеличении напряжённости магнитного поля, и тогда эффект динамического сверхнамагничивания не возникает (известная зависимость магнитной индукции в ферромагнетике от напряжённости магнитного поля с учётом зависимости последней от времени).

Рассмотрим действие заявляемого способа с использованием реализующего его устройства (рис.2) с линейной развёрткой его магнитной части на рис.3.

Пусть с помощью трёхфазного синхронного двигателя 9 с осью вращения 8 приводится во вращательное движение с круговой частотой щ диэлектрический диск 7, на краю которого, то есть на радиусе R, укреплены первый 1 и второй 2 ферромагнитные образцы с плёночным пьезоэлектрическим датчиком 3 между ними. Ферроматериал этих образцов имеет постоянную магнитной вязкости ф. Оба ферромагнитных образца с плёночным пьезоэлектрическим датчиком проходят внутри магнитного зазора электромагнита 4 с обмоткой подмагничивания 5, подключённой к регулируемому источнику постоянного тока 6. Регулировка тока подмагничивания необходима для того, чтобы задавать напряжённость магнитного поля Н* в первой части магнитного зазора при использовании различных ферромагнетиков. Скорость протяжки ферромагнитных образцов V = щ R в магнитном зазоре с общей длиной 2 L согласована с постоянной магнитной вязкости ф по оптимизированной формуле

V = L / e ф

где е = 2,718 - основание натурального логарифма. При известных значениях L, R и ф частоту F вращения трёхфазного синхронного электродвигателя 9 следует задавать равной F = L / 2 р e R ф, на эту частоту настраивают регулируемый по частоте трёхфазный генератор 10. При этом время пребывания ферромагнитных образцов в каждом из половин магнитного зазора равно ?t = L / щ R.

Электрический сигнал с плёночного пьезоэлектрического датчика 3 поступает через кольцевые токосъёмники 11 и скользящие контакты 12 к усилителю 13, а с его выхода усиленный сигнал подаётся на первый вход блока обработки информации и индикации 14, на второй вход которого поступает сигнал с дополнительного выхода регулируемого по частоте трёхфазного генератора 10, частота F которого позволяет рассчитать скорость V протяжки ферромагнитных образцов в магнитном зазоре электромагнита 4. В блоке обработки и индикации 14 осуществляется переработка данных, поступающих на его входы, с получением искомых значений намагниченности J(t) в функции времени или координат нахождения ферромагнитных образцов в магнитном зазоре. Эта зависимость отображается на экране дисплея в виде графиков и запоминается в блоке, в качестве которого может выступать персональный компьютер.

Сигнал с выхода плёночного пьезоэлектрического датчика 3 пропорционален оказываемому на него давлению, образующемуся при намагничивании первого 1 и второго 2 ферромагнитных образцов, которые во внешнем магнитном поле становятся магнитами, притягиваемыми друг к другу с силой, пропорциональной намагниченности этих образцов при практически неизменном расстоянии между магнитными полюсами этих образцов, равном толщине плёночного пьезоэлектрического датчика 3. Известно, что сила притяжения полюсов двух магнитов при малом расстоянии между полюсами пропорциональна величине В2 S / 2 мO ? мO ч2 H2 S / 2 = J(t)2 S / 2 мO, где S - площади полюсов магнитов (одинаковые) [4], а знак приблизительного равенства установлен при соблюдении неравенства м >> 1, справедливого для ферромагнетиков, и при этом м = ч + 1. При соответствующей калибровке сигнала плёночного пьезоэлектрического датчика 3 в блоке обработки информации и индикации 14 можно определять искомую намагниченность и, в частности, исследовать динамическую сверхнамагниченность ферромагнетика, а также уточнять значение его магнитной вязкости по виду временной функции J(t), отображаемой на дисплее.

Погрешность оценки J(t), связанная с влиянием постоянной релаксации плёночного пьезоэлектрического датчика 3 и масс ферромагнитных образцов 1 и 2, легко учитывается в программе обработки информации в блоке 14 (персональном компьютере).

По мере продвижения ферромагнитных образцов в первой части магнитного зазора с действующей в нём напряжённостью магнитного поля Н* происходит возрастание магнитной восприимчивости ферромагнетика до максимальной величины чМАХ согласно кривой Столетова за время ?t = L / щ R = e ф. Затем ферромагнетик попадает скачкообразно в насыщающее магнитное поле НН >> Н*. Поскольку магнитная восприимчивость ферромагнетика не изменяется скачком, а из-за магнитной вязкости снижается экспоненциально, как это указано на рис.3, то намагниченность ферромагнетика быстро доходит почти до максимального значения JMAX = мO чMAX HH, а затем экспоненциально убывает до стационарного значения намагниченности насыщения JHAC = мO чMIN HH за время ?t, как это видно на рис.4. Следует иметь в виду, что одновременно с быстрым возрастанием намагниченности ферромагнетика при его вхождении во вторую часть магнитного зазора с насыщающим магнитным полем происходит относительно медленное снижение величины магнитной восприимчивости. Поэтому указанное выше максимальное значение намагниченности, строго говоря, не достигается, хотя и близко к нему.

Явление ДСФ имеет определённое физическое обоснование, связанное с поведением магнитных доменов ферромагнетика в зависимости от изменения напряжённости внешнего магнитного поля, в частности, объясняется запаздывающей во времени перегруппировкой магнитных силовых линий, одна группа которых для каждого из доменов замыкается внутри ферромагнетика (в каждом из его доменов), а другая - образует структуру внешних силовых линий, образующихся на магнитных полюсах ферромагнитных образцов. Действительно, о намагниченности ферромагнетика мы судим по его внешним магнитным свойствам (например, по силе притяжения намагниченного ферромагнетика), не учитывая магнитных силовых линий, замыкающихся внутри тела ферромагнетика и являющихся собственными линиями каждого данного домена. Правильнее говорить не о числе магнитных силовых линий в указанных группах, а об относительной (безразмерной) плотности магнитного потока - внешнего у1 и внутреннего у2 для каждой доменной цепи, ориентированной по внешнему магнитному полю.

Общая плотность магнитного потока, исходящая из домена какого-либо сорта ферромагнетика, равна сумме плотностей у0 = у1 + у2, и величина у0 сопоставляется и отражает значение максимальной магнитной восприимчивости чМАХ данного ферромагнетика при соответствующем внешнем магнитном поле Н* (разном для разных ферромагнетиков), так что можно записать чМАХ = в у0, где в - некоторый безразмерный коэффициент. Текущие значения магнитной восприимчивости ч(Н) в зависимости от напряжённости магнитного поля Н выражаются соотношением е = у1 / у0. Чем больше. отношение е, тем больше магнитная восприимчивость ч данного сорта ферромагнетика. Так, при действии на ферромагнетик внешнего магнитного поля с напряжённостью Н* имеем, например, у1 = у0, и значение е = 1. Для начальной магнитной восприимчивости (Н = 0) и при насыщающих магнитных полях (Н = НН) значение е < 1. На рис.1 условно показана доменная цепь ферромагнетика при разных величинах напряжённости внешнего магнитного поля - Н < Н* (рис.5а), Н* (рис.5б) и НН (рис.5в). Видно, что при увеличении или уменьшении напряжённости магнитного поля относительно величины Н* величина внутренней относительной плотности магнитного потока у2 растёт, а внешней у1 падает, что и приводит к уменьшению ч относительно чМАХ.

Перегруппировка отношения е в ту или иную сторону при вариации напряжённости внешнего магнитного поля Н происходит с временной задержкой экспоненциально с постоянной ф магнитной вязкости данного сорта ферромагнетика. Именно поэтому и возникает эффект кратковременного сверхнамагничивания, когда число магнитных силовых линий доменов, выходящих наружу от ферромагнетика максимально (при ч = чМАХ), и от действия насыщающего магнитного поля не успевает мгновенно снизиться до величины, соответствующей её стационарному значению.

Обратимся теперь к рассмотрению работы устройства с неоднородным магнитным насыщающим полем в рабочем зазоре, изображённого на рис.6-27 (с новой для них нумерацией обозначений).

Эффект динамического сверхнамагничивания ферромагнетика может существовать только при скачкообразном изменении внешнего магнитного поля, в которое помещён ферромагнетик, от величины Н* до Н >> ННАС > Н*, причём за время такого перехода ?tПЕР, существенно меньшее постоянной релаксации магнитной вязкости ф ферромагнетика (то есть когда ?tПЕР << ф), например, на порядок. Этот эффект является кратковременным, и намагниченность ферромагнетика достаточно быстро экспоненциально уменьшается до своей статической величины намагниченности насыщения JНАС с постоянной времени магнитной вязкости ф.

Однако наличие всплеска намагниченности до величины JМАХ > JНАС может быть использовано при реализации устройств [14-21], в которых преобразуется теплота внешней среды, в частности, водных бассейнов, в механическую работу. Одна из возможных моделей такого преобразования представлена на рис.6 (вид сбоку) и рис.7 (вид сверху), на которых указаны следующие элементы и узлы:

1 - ферромагнитное кольцо, вид сбоку на часть кольца в линейной развёртке этой части ферромагнитного кольца,

2 - ось вращения с элементами её крепления с ферромагнитным кольцом, 3 - дополнительный цилиндрический магнит с тонким боковым разрезом для пропуска элементов крепления ферромагнитного кольца с осью вращения, показан в диаметральном разрезе, 4 - рабочий постоянный магнит из двух косонамагниченных параллелепипедов 4а и 4б, (по аналогии [27-28] - применительно к ферромагнитным тороидам), обращённых друг к другу одноименными магнитными полюсами в магнитном зазоре и с наклоном векторов намагниченности в сторону вращения ферромагнитного кольца под острым углом относительно граней магнитных полюсов; магнитопровод элементов 4а и 4б, замыкающий магнитные силовые линии последних, на рисунке не показан. На рис.7 дана схема устройства с двумя рабочими постоянными магнитами 4 и 5 (последний состоит из пары 5а и 5б) и двумя дополнительными цилиндрическими магнитами 3 и 6, причём рабочие постоянные магниты 4 и 5 по магнитной цепи последовательно связаны через магнитопроводы 7 и 8 (магнитопровод 8 на схеме не виден, так как находится под магнитопроводом 7 при виде сверху на устройство). В теле этих магнитопроводов встроены подшипники 9 и 10 оси вращения 2. На схеме невидимые элементы 8 и 10 указаны в скобках.

Ферромагнитное кольцо (диск) с осью вращения, помещённое в магнитный зазор с насыщающим магнитным полем, под действием возникающей силы продолжает неограниченно долго вращаться, охлаждаясь при этом за счёт магнитокалорического эффекта для неизолированной системы. Восполнение теряемой внутренней тепловой энергии в ферромагнитном кольце (диске) осуществляется притоком тепловой энергии из внешней среды. При этом соблюдается закон сохранения и превращения энергии. Таким образом, теплота внешней среды превращается в механическую работу, что представляет принципиально новый способ получения энергии.

Известная кривая Столетова аналитически с достаточной степенью приближённости может быть задана непрерывной функцией вида ч(Н), указанной ранее в виде:

ч(Н) = чНАЧ ехр (- Н / Н*) + [чМАХ - чНАЧ ехр (- Н / Н*)] sin [р H / H + H*] (4)

Такая аппроксимация согласуется с видом кривой магнитной индукции с учётом формы кривой магнитного насыщения ферромагнетика, представленной на рис.5, включающей так называемый парапроцесс. Здесь под напряжённостью поля Н понимается текущее значение этой величины внутри магнитного зазора рабочего постоянного магнита 4 с его элементами 4а и 4б, векторы намагниченности которых обращены в сторону движения ферромагнитного вещества в этом магнитном зазоре. При этом нетрудно понять, что напряжённость магнитного поля Н(х) является квазилинейно возрастающей, как это следует из рис.14. Поскольку в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита 4 имеется неоднородное продольное магнитное поле, которое имеет аналитический вид:

Н(х) = Н* + х (НМАХ - Н*) / L, (5)

где 0 ? х ? L, L - длина магнитного зазора в направлении оси х,

то намагниченность J (x) ферромагнитного вещества, находящегося в магнитном зазоре, вычисляется на основе рекуррентных соотношений. Для этого разобьём промежуток L на

n малых и одинаковых отрезков, величину отношения х / L = о обозначим индексом i , а отношение (НМАХ - Н*) / Н* обозначим через в, тогда выражение (5) запишется в индексной форме как:

Нi = Н* [1 + i в / n], (6)

Поскольку состояние ферромагнетика к началу его взаимодействия с магнитным полем рабочего постоянного магнита уже сформировалось, и магнитная восприимчивость доведена до наибольшего значения чМАХ с помощью дополнительного цилиндрического магнита 3 с напряжённостью магнитного поля Н*, то при анализе намагниченности ферромагнетика внутри магнитного зазора рабочего постоянного магнита следует учитывать в выражении (4) только его ниспадающую часть кривой Столетова в индексном представлении:

ч(х) = чi = чМАХ ехр (- i ?t / n ф) sin [р (n - i) / (2 n - i)], (7)

где ?t = L / V = L / щ R, щ - угловая скорость вращения ферромагнитного диска (кольца) радиуса R.

Поскольку намагниченность дифференциального объёма ферромагнитного кольца dv = S dx, находящегося на какой-либо координате х в интервале 0 ?х ? L в произвольный момент времени, определяется как

J (х) = µО ч[Н(x)] Н(х)

где Н(х) задана выражением (6), то, учитывая (3), отмечаем, что для её нахождения необходимо найти её предыдущее значение на координате (х - dx) или, что то же самое при достаточно большом числе разбиений отрезка L на n равных частей, для нахождения намагниченности в i--ом интервале, надо сначала её найти на (i - 1) интервале, тогда имеем:

Ji = J(i - 1) + (Ji - J(i- 1)) exp (- i ?t / n ф), (8)

Но чтобы найти значение J(i- 1) необходимо сначала найти значение J(i- 2) и т.д. до J1, величина которого определяется просто:

J1 = JO + (J1 - JO) exp (-?t / n ф), JO = µО чMAX H*, (9)

Отметим, что в скобках выражений (8) и (9), а также последующих аналогичных выражений для разностей (Ji - J(i- 1)) используются установившиеся значения этих величин, а не мгновенные значения в текущем времени.

Тогда приходим к системе рекуррентных уравнений вида:

J1 = JO + (J1 - JO) exp (-?t / n ф),

J2 = J1 + (J2 - J1) exp (-2?t / n ф),

J3 = J2 + (J3 - J2) exp (-3?t / n ф),

Jк = Jк-1 + (Jк - J(к - 1)) exp (- к ?t / n ф),

Jn = Jn-1 + (Jn - J(n - 1)) exp (- ?t / ф), (10)

На основании (10) общее выражение для намагниченности в к-ом интервале промежутка 0 ? х ? L (или, что то же, 0 ? о ? 1 - для безразмерного обозначения переменной) можно записать в виде:

K

JK = µО чMAX H* {1 + У exp (-i ?t / n ф) [1 - exp (-i ?t / n ф)] *

i = 1

* [1 + i в / n] sin [р (n - i) / (2 n - i)]}, (11)

В выражении (11) известный сомножитель µО чMAX H* - величина постоянная, поэтому представляет интерес безразмерная функция, стоящая в фигурных скобках, и равная:

K

f (K) = 1 + У exp (-i ?t / n ф) [1 - exp (-i ?t / n ф)] [1 + i в / n] sin [р (n - i) / (2 n - i)]

i = 1 (12)

Для вычисления распределения этой функции в интервале i = 1, 2, 3,… n с использованием компьютерной программы Мathcad необходимо представить эту функцию в интегральном виде, то есть с использованием непрерывных функций параметра о = х / L. Тогда получим:

о

f (о) = 1 + ? exp (- б о) [1 - exp (- б о)] [1 + в о] sin [р (1 - о) / (2 - о)] d о. (13)

График функции f (о) приведён на рис.6 для одного из примеров реализации для параметров б = ?t / ф = 1,23 и в = (НМАХ - Н*) / Н* = 9, при Н* = 1000 А/м. Анализ показал, что значение б = 1,23 отвечает максимуму функции f (о) и мало изменяется (отличие в сотых долях) при вариации значения в в диапазоне в = 10…50, в котором реально работает заявляемое устройство. Из приведённого графика следует, что намагниченность растёт к концу магнитного зазора в 1,83 раза, хотя напряжённость магнитного поля растёт в 10 раз, Это приводит к тому, что центр намагниченности ферромагнитного материала ХJ, находящегося в любой произвольный момент времени при угловой скорости вращения ферромагнитного кольца

щО = L / 1,23 R ф = 0,82 L / R ф , (14)

отстаёт от центра магнитного притяжения ХО в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита, то есть ХО > ХJ по ходу движения ферромагнитного вещества в динамике, то есть при угловой скорости ферромагнитного кольца, определённой в (14). Если в силу каких--либо причин эта скорость изменяется, то и положение указанных центров также изменяется, в частности, на холостом ходу оно уменьшается, а при повышении присоединённой нагрузки, наоборот, несколько увеличивается, увеличивая тем самым возникающую в ферромагнитном кольце касательную силу и вращательный момент. Это обстоятельство иллюстрируется графиком относительной (безразмерной) силы тяги в функции скорости вращения ферромагнитного кольца на рис.11. Максимум вращательного момента достигается при угловой скорости, заданной выражением (14). Кривую относительной силы тяги пересекают три кривые линии, характеризующие три разные присоединённые к оси вращения 2 (рис.7) нагрузки, наибольшая из которых соответствует более крутой кривой обратной связи. Точки пересечения относительной силовой характеристики с нагрузочными кривыми, имеющими производные обратных знаков по отношению к производной от силовой характеристики, как известно из основ автоматического регулирования, отвечают устойчивым состояниям системы, при которых ферромагнитное кольцо вращаются с постоянной угловой скоростью, определяемой величиной присоединённой нагрузки - чем выше нагрузка, тем меньше установившееся значение угловой скорости. Поэтому работа системы всегда осуществляется при угловых скоростях выше оптимальной, то есть когда щ > щО.

Учитывая квазилинейный характер изменения продольного магнитного поля в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита, легко находим положение его центра магнитного притяжения ХО из выражения (при в = (НМАХ - Н*) / Н*):

ХО = {[в / (в - 2)]2 + 2 (в - 1) / (в - 2)}1/2 - в / (в - 2), (15)

откуда находим для в = 9 значение ХО = 0,705.

Для расчёта положения центра намагниченности ХJ ферроматериала в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита в произвольный момент времени при условии, что соблюдается условие (14), приходим к выражению:

1 ХJ

2 ХJ - 1 = ? f (о) dо - ? f (о) dо , (16)

ХJ 0

где функция f (о) задана в (13). Нахождение координаты ХJ согласно (16) находится по программе Мathcad методом последовательных приближений, и для заданных значений б = 1,23 и в = 9 (то есть при Н(L) / Н* = 10) находим значение ХJ = 0,5385.

Сравнивая значения ХО и ХJ, находим, что центр намагниченности ферроматериала действительно отстаёт от центра магнитного притяжения на положительную величину, равную ?Х = ХО - ХJ = 0,1665.

Поскольку сила втягивания F ферромагнитного тела с магнитным моментом М, как известно, равным М = v J (где v - объём тела, J - его однородная намагниченность), определяется по формуле

F = v J grad HX, (17)

но намагниченность ферроматериала в разных его частях внутри магнитного зазора рабочего постоянного магнита разная, то необходимо рассматривать распределение силы притяжения разных (всех) дифференциальных объёмов dv = S dx этой части ферромагнетика в направлении к центру магнитного притяжения ХО с учётом знака дифференциальных сил (положительных до центра ХО и отрицательных после него). Тогда получим выражения для результирующей силы тяги F следующего вида:

хО L

F = µО чMAX (H*)2 в S {? f (о) dо - ? f (о) dо}, (18)

0 хО

в котором постоянный множитель µО чMAX (H*)2 в S имеет размерность силы (в ньютонах), а выражение, заключённое в фигурные скобки, при заданных значениях б = ?t / ф = 1,23,

Н* = 1 кА/м и НМАХ = 10 кА/м при ХО = 0,705 и при угловой скорости вращения ферромагнитного кольца, определяемого выражением (14), равно {…} = 0,371. Таким образом, для заданных параметров результирующая сила тяги F = 3,393 µО чMAX (H*)2 S (н).

5. Область научного и практического значения

Для пояснения научного и практического значения явления ДСФ продолжим рассмотрение действия устройства, представленного на рис.6 и 7.

На рис.8 представлена картина распределения магнитной восприимчивости кромки ферромагнитного диска (кольца), находящейся в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита 4 вдоль оси х (оси движения ферромагнитного материала в магнитном зазоре). Такая картина имеет место постоянно во времени при вращении ферромагнитного диска (кольца) с угловой скоростью щО (оптимальное значение) и может несколько трансформироваться при вариации этой скорости. В частности, такая картина соответствует величинам начальной магнитной восприимчивости ферромагнетика чНАЧ = 800, максимальной магнитной восприимчивости чМАХ = 3000 при напряжённости магнитного поля НО, создаваемого в ферромагнетике от действия дополнительного цилиндрического магнита 3, равном НО = 1000 А/м (12,5 Э). Кривая Столетова на рис.8 аппроксимирована подобранной специально непрерывной функцией, о которой сообщается ниже и которая согласуется с функцией магнитной индукции насыщающегося ферромагнетика.

На рис.9 представлен график насыщения ферромагнитного вещества в магнитном поле рабочего постоянного магнита, максимальная напряжённость магнитного поля НМАХ в котором (на его выходном конце) не менее, чем на порядок больше напряжённости магнитного поля НО вблизи его входного конца (в начальной стадии парапроцесса при напряжённости магнитного поля НМАХ более 10 кА/м).

На рис.10 изображён график функции распределения намагниченности дифференциальных объёмов dv = S dx ферромагнетика, находящегося в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита, где S - поперечное сечение кромки ферромагнитного кольца, связанной с магнитным зазором, в диапазоне 0 ? х ? L. Координатная ось х совпадает с вектором скорости V протяжки ферромагнетика в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита.

На рис.11 представлен график относительной силы для примера реализации устройства в зависимости от скорости вращения ферромагнитного диска (кольца) и три нагрузочные кривые, отличающиеся величинами нагрузочных моментов (наиболее крутая нагрузочная характеристика отвечает большей присоединённой нагрузке).

На рис.12 представлена одна из возможных схем объединения модуля заявляемого устройства (рис.6 и 7) в единый блок с общей осью вращения 2, включающей несколько одинаковых ферромагнитных колец 1. Кроме ранее указанных элементов, этот блок включает:

11 - редуктор,

12 - электрогенератор,

13 - герметичный корпус блока с радиатором нагревания (рёбрами на корпусе),

14 - нагревающая ферромагнитные кольца жидкая среда,

15 - насос для прокачки нагревающей жидкости (например, водяной).

Рисунки с 13-го по 18-ый относятся к приложению, в котором указывается способ организации косого намагничивания ферромагнитных параллелепипедов, используемых в качестве элементов рабочего постоянного магнита устройства по схеме на рис.6 и 7.

На рис.13 приведена электрическая схема указанного вида намагничивания. Образец магнитотвёрдого ферромагнетика 4а и 4б, используемого в качестве постоянного магнита и имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, помещают в соленоид 16, создающий магнитное поле вдоль оси z. На указанный образец наматывают катушку 17, которую последовательно соединяют с обмоткой соленоида 16. Ось этой катушки ортогональна к оси z и направлена, например, вдоль оси х. Через указанные обмотки с определённым соотношением витков (это соотношение определяет угол наклона векторов намагничивания образца относительно его грани, параллельной плоскости ху) пропускают намагничивающий мощный импульс однонаправленного тока, доводя ферромагнетик образца до глубокого насыщения (эту операцию следует несколько раз повторить для более полного намагничивания образца). Источником импульсного тока намагничивания является высоковольтный импульсный конденсатор 18, заряжаемый через ограничивающий резистор 19 от высоковольтного источника тока 20. Импульс тока возникает при электрическом пробое в разряднике 21, а однонаправленность протекания тока обеспечивается установкой в цепи высоковольтного силового диода 22 (гасящего э.д.с. индукции в катушке соленоида 16 и в катушке 17) намагничивающего тока. В цепи намагничивания использованы два двойных переключателя 23 и 24, с помощью которых можно изменять расположение векторов намагниченности относительно граней ферромагнитного параллелепипеда, являющихся его магнитными полюсами S и N.

На рис.14 приведены все четыре возможных комбинации косого намагничивания по схеме рис.13. По каждой из комбинаций указано, какие переключатели 23 и 24 и в каком из положений («а» или «b») должна быть осуществлена коммутация.

На рис.15 и 16 указаны выбранные пары косо намагниченных параллелепипедов, каждая из которых создаёт продольное неоднородное магнитное поле в зазоре между ними в том или ином направлении вдоль оси х, а также указано, какие из образцов, указанных на рис.14, должны быть для этого использованы.

На рис.17 и 18 соответственно даны графики напряжённости продольного неоднородного магнитного поля, создаваемого парами образцов, указанных на рис.14. Неоднородное продольное магнитное поле в зазоре создаётся накоплением магнитных силовых линий. направленных в одну сторону внутри зазора.

Рассмотрим операционную сущность заявляемого способа и работу реализующего способ устройства, для чего обратимся к схеме на рис.6 и 7.

Заявляемое техническое решение основано на использовании динамического взаимодействия ферромагнитного вещества с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами. Ферромагнитное вещество характеризуется достаточно сложной зависимостью его магнитной восприимчивости ч от величины действующего на него магнитного поля напряжённостью Н согласно известной кривой Столетова. В отсутствие магнитного поля ферромагнитное вещество имеет начальную магнитную восприимчивость чНАЧ, а по мере увеличения напряжённости магнитного поля сначала магнитная восприимчивость возрастает, доходит до своей максимальной величины чМАХ при напряжённости магнитного поля Н*, после чего вновь уменьшается, и в области насыщения магнитной индукции (при парапроцессе) её произведение с величиной напряжённости магнитного поля остаётся практически неизменным, определяя намагниченность насыщения

JНАС = µО ч(Н) ННАС ? const (H) при ННАС = const

где µО = 1,256. 10 - 6 Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость вакуума.

Другим важным свойством ферромагнетиков является его магнитная вязкость, характеризуемая постоянной релаксации ф, о которой было указано выше. Отставание намагниченности ферромагнетика от приложенного магнитного поля характеризуется ранее приведённой экспоненциальной функцией (3). Основной задачей при построении действующего энергетического устройства является обеспечение отставания центра намагниченности находящегося в магнитном зазоре рабочего постоянного магнита ферромагнитного вещества (кромки ферромагнитного кольца от центра магнитного притяжения этого рабочего постоянного магнита по ходу протяжки ферромагнитного вещества внутри магнитного зазора. Это отставание обеспечивает возникновение силы тяги ферромагнитного вещества в направлении его протяжки, что способно самоподдерживать такую протяжку. В случае применения ферромагнитного кольца указанная сила приводит его во вращательное движение, если возникающий в нём вращательный момент превосходит момент трения и присоединённой нагрузки на ось вращения ферромагнитного кольца. Как будет показано ниже, энергозатраты, связанные с вращением ферромагнитного кольца, восполняются тепловой энергией внешней среды, которую теряет ферромагнитное вещество, охлаждаясь при размагничивании в силу известного магнитокалорического эффекта. Это обеспечивает соблюдение закона сохранения и превращения энергии.

Работа устройства, представленного на рис.6 и 7, заключается в предварительном повышении магнитной восприимчивости ферромагнетика кольца 1 до максимальной её величины чМАХ, для чего используется дополнительный цилиндрический магнит 3 с тонким боковым разрезом для пропуска элементов крепления ферромагнитного кольца с осью вращения 2, после чего осуществляется процесс магнитного втягивания ферровещества в магнитный зазор рабочего постоянного магнита 4, намагничивание до насыщения ферромагнетика, а по его выходе из магнитного зазора - его размагничивание с понижением магнитной восприимчивости до начальной величины чНАЧ с охлаждением, после чего ферромагнитное вещество (вне действия магнитного поля) вновь нагревается тепловой энергией из внешней среды в механизме теплопроводности, и цикл действия повторяется вновь и вновь, обусловливая непрерывное вращение ферромагнитного кольца.

Рассмотрим энергетику данного модуля при ранее указанных параметрах:

ферромагнетик намагниченность магнитный поле

чMAX =3000, H* = 1 кА/м, НМАХ = 10 кА/м.

При условии, что S = 6.10 - 5 м2 и ф = 5.10 - 4 сек и R = 0,1 м, так что частота вращения ферромагнитного кольца приблизительно равна N = = щО / 2р ? 50 об/с при длине магнитного зазора L = 0,02 м, получим касательную силу F = = 0,754 н. Это соответствует вращательному моменту 0,075 н.м и мощности вращательного движения Р = F R щО = 0,075*314 = 23,55 Вт. При тех же параметрах, но при увеличении магнитного поля в зазоре рабочего постоянного магнита до НМАХ = 5.104 А/м = 625 Э, получим мощность Р = 588,7 Вт. В этих пределах Р = 23 … 590 Вт может работать данный энергетический модуль, объём которого имеет порядок 1,25 куб.дм, то есть удельная энергетическая эффективность данного технического решения составляет диапазон 18,4 … 470 кВт/м3.

Рассматриваемые модули можно объединять, устанавливая на единую ось вращения несколько ферромагнитных колец, как это показано на рис.8. При этом каждое ферромагнитное кольцо снабжается парой диаметрально расположенных рабочих постоянных магнитов, как это видно на рис.3 с соответствующей парой дополнительных цилиндрических магнитов. Это практически почти удваивает энергетику блока, хотя связано с повышенными требованиями подвода тепловой энергии из внешней среды к ферромагнитным кольцам, испытывающим охлаждение во время работы блока.

В мощных энергетических блоках можно предусмотреть водяное нагревание ферромагнитных колец, вращающихся с относительно небольшой скоростью, чтобы не создавалось значительных потерь на трение дисков в водной среде. В этом случае в блоке следует использовать повышающий редуктор 11 между осью вращения 2 и электрогенератором 12 (рис.8). Прокачка нагревающей жидкости осуществляется принудительно насосом 15 или самотёком при наличии достаточного перепада уровней воды между забором воды и её сливом. Возможно и воздушное нагревание жидкости, для чего корпус 14 блока снабжён оребрением с достаточно большой поверхностью.

В случае использования двух рабочих постоянных магнитов на одно ферромагнитное кольцо, которые располагают диаметрально (это уменьшает вдвое время нагревания ферромагнитного кольца в цикле его работы и соответственно снижает энергетику модуля, но менее, чем вдвое), в одной паре косонамагниченных параллелепипедов 4а и 4б к ферромагнитному кольцу обращены одноименные полюсы N, а в другой паре 5а и 5б (рис.2) - одноименные полюсы S, что позволяет эти две пары косонамагниченных параллелепипедов магнитно соединять магнитопроводами 7 и 8, снижая тем самым магнитные потери.

Другим техническим решением построения магнитовязких двигателей с автоматическим регулированием частоты генерируемых электрических колебаний рассматривается устройство, известное из патента автора [7].

Устройство содержит следующие элементы и узлы:

1 - ферромагнитное кольцо,

2 - ось вращения ферромагнитного кольца 1,

25 - сильный постоянный магнит с обмоткой подмагничивания,

26 - катушку подмагничивания сильного постоянного магнита 2,

27 - траверсы крепления ферромагнитного кольца с его осью вращения,

28 - тахогенератор, измеряющий частоту вращения ферромагнитного кольца,

29 - генератор переменного тока, например, трёхфазного,

30 - фазочувствительный выпрямитель,

31 - фильтр нижних частот (или интегратор),

32 - блок управления подмагничиванием (мощный усилитель постоянного тока),

33 - генератор опорного напряжения (с частотой, соответствующей стабилизируемой частоте вращения оси 2 или вала электрогенератора при использовании повышающего редуктора),

34 - трёхфазный выпрямитель (по схеме Ларионова) с фильтром пульсаций.

Ось вращения 2 механически связана с тахогенератором 28 и генератором переменного тока 29, что на рис.19 показано жирным пунктиром. Приток тепловой энергии Q на ферромагнитное кольцо условно показан стрелками. Боковой разрез магнитного зазора сильного постоянного магнита 25 показан вместе с частью ферромагнитного диска 1 на рис.20.