Использование: в качестве привода вращения. В магнитном вращающемся устройстве, на роторе, закрепленном на вращающемся валу, расположено несколько постоянных магнитов по направлению вращения таким образом, что одинаковые магнитные полюса обращены наружу. Таким же образом расположены на роторе балансиры для уравновешивания этого ротора. Каждый из постоянных магнитов размещен с наклоном по отношению к линии радиального направления ротора. На внешней периферии ротора электромагнит расположен навстречу ротору, и прерывисто возбуждается согласно вращению ротора. В заявленном магнитном вращающемся устройстве с постоянных магнитов можно эффективно получать энергию вращения. Это становится возможным благодаря уменьшению, насколько это возможно, подаваемого к электромагнитам тока так, что только потребное количество электроэнергии подается на электромагниты. В этом заключается технический результат. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к магнитному вращающемуся устройству и, в частности, к магнитному вращающемуся устройству, которое использует многократно пульсирующие силы, возникающие между постоянным магнитом и электромагнитом. В обычных электрических моторах якорь в качестве ротора состоит из витков проволоки, а электрическое поле в качестве статора состоит из постоянного магнита. В таких обычных электромоторах, однако, ток обычно следует подавать к обмотке якоря, который вращается. Когда подают ток, то генерируется тепло, что вызывает тот недостаток, что в действительности получается не так много движущей силы. Это в свою очередь приводит к тому, что нельзя получить достаточно эффективные силы магнитного поля от постоянного магнита. Кроме того, в обычном электродвигателе, поскольку конструкция якоря такова, что он состоит из обмоток, момент инерции не может быть очень высоким, так что достаточный крутящий момент не получается. Для того чтобы преодолеть указанные выше недостатки такого обычного электромотора, было предложено в японской заявке N 61868-1993 (патент-аналог США N 4751486) магнитное вращающее устройство, в котором расположено вдоль двух роторов соответственно несколько постоянных магнитов с заранее заданным углом и в котором электромагнит расположен на одном из роторов. В сконструированном, как правило, обычном электромоторе существует предел, до которого можно повышать эффективность преобразования энергии. В дополнение к этому, нельзя получить достаточно высокий крутящий момент электромотора. По приведенным выше причинам в настоящее время различные усовершенствования были проведены на существующих электромоторах без какого-либо успеха. Сконструированный таким образом электромотор обеспечивает удовлетворительные характеристики. В магнитном вращающемся устройстве, раскрытом в японской заявке N 61868-1993 (патент США N 4751486), вращается пара роторов. Следовательно, необходимо, чтобы каждый из роторов имел высокую точность и в дополнение к этому должны быть выполнены измерения для более легкого управления вращением. Наиболее близким к предложению по технической сущности и максимальному количеству сходных признаков является вращающееся устройство, содержащее вращающийся вал, ротор, который закреплен на вращающемся валу, постоянные магниты, расположенные на роторе, и средства для уравновешивания вращения, которые выполнены из немагнитного материала в виде немагнитного ротора, при этом постоянные магниты выполнены плоскими и расположены таким образом, что несколько магнитных полюсов одного типа полярности расположены по внешней периферийной поверхности в направлении вращения и несколько магнитных полюсов другого типа полярности расположены на внутренней периферийной поверхности, причем каждая пара соответствующих магнитных полюсов одной и другой полярности расположены наклонно по отношению к радиальной линии, электромагнитные средства расположены навстречу ротору для развития магнитного поля, которое обращено к магнитному полю ротора, детекторные средства для определения положения вращающего ротора, чтобы обеспечить возбуждение электромагнитных средств (см. заявку WO 94/01924, H 01 N 11/00, 1994). С точки зрения описанных выше проблем, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать магнитное вращающееся устройство, в котором энергию вращения можно эффективно получить от постоянного магнита при минимальном количестве затрат электроэнергии и в котором регулирование вращения можно проводить относительно просто. Согласно одному аспекту изобретения предлагается магнитное вращающееся устройство, содержащее закрепленный на вращающемся валу ротор с расположенными на нем постоянными магнитами, при этом постоянные магниты расположены таким образом, что их магнитные полюса одной полярности расположены вдоль внешней периферийной поверхности в направлении вращения, а их магнитные полюса другой полярности расположены вдоль внутренней периферийной поверхности, причем каждая пара соответствующих магнитных полюсов и другой полярности расположена наклонно по отношению к радиальной линии; детекторные средства для прерывистого возбуждения электромагнитного средства, взаимодействующего с ротором, электромагнитное средство расположено лицевой поверхностью навстречу ротору для возбуждения магнитного поля противоположной его полюсам полярности с того места, где опережающий постоянный магнит по условию вращения ротора проходит лицевую поверхность электромагнитного средства в направлении вращения, а ротор содержит балансиры для уравновешивания его вращения. Постоянные магниты могут быть выполнены в виде плоских магнитов. Балансиры для уравновешивания вращения ротора выполнены из немагнитного материала. Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается магнитное вращающееся устройство, содержащее закрепленный на вращающемся валу первый ротор с расположенными на нем постоянными магнитами, при этом постоянные магниты первого ротора расположены таким образом, что несколько магнитных полюсов одной полярности расположены вдоль его внешней периферийной поверхности в направлении вращения, а несколько магнитных полюсов другой полярности расположены вдоль его внутренней периферийной поверхности, причем каждая пара соответствующих магнитных полюсов одной и другой полярности расположена наклонно по отношению к радиальной линии детекторного средства для возбуждения первого электромагнитного средства, взаимодействующего с ротором, причем второй ротор, который вращается вместе с первым ротором и закреплен на вращающемся валу, имеет несколько расположенных на нем постоянных магнитов, при этом постоянные магниты второго ротора расположены одной магнитной полярностью вдоль внешней периферийной поверхности в направлении вращения, а другой магнитной полярностью вдоль внутренней периферийной поверхности, причем каждая пара соответствующих магнитных полюсов из одной и другой полярности расположена наклонно относительно радиальной линии, второе электромагнитное средство соединено магнитной связью с первым электромагнитным средством так, что при намагничивании стороны, обращенной к роторам, противоположны по полярности друг другу и создают магнитное поле, идентичное по полярности соответствующим постоянным магнитам роторов так, что они отталкиваются друг от друга, причем электромагнитные средства возбуждаются, когда начальная точка, расположенная между опережающим и последующим постоянными магнитами ротора, сравнивается с центральной точкой первого и второго электромагнитного средства, и обесточиваются, когда проходит последний магнит, причем оба ротора имеют несколько балансиров для уравновешивания. Описание чертежей:

Фиг. 1 - пространственный вид, схематически изображающий вращающееся устройство согласно настоящему изобретению;

Фиг. 2 - вид сбоку магнитного вращающегося устройства, изображенного на фиг. 1;

Фиг. 3 - вид в плане на ротор магнитного вращающегося устройства, изображенного на фиг. 1 и 2;

Фиг. 4 - электрическая схема цепи в магнитном вращающемся устройстве, показанном на фиг. 1;

Фиг. 5 - вид сверху, показывающий распределение магнитного поля, образованного между ротором и электромагнитом (электромагнитным средством) в магнитном вращающемся устройстве, представленном на фиг. 1 и 2;

Фиг. 6 - пояснительная схема, изображающая крутящий момент, который вызывает вращение ротора в магнитном вращающемся устройстве по фиг. 1 и 2. Магнитное поле, развиваемое электромагнитными средствами, и магнитное поле от постоянных магнитов взаимно отталкиваются друг от друга. В дополнение к этому магнитное поле от постоянных магнитов сглаживается магнитными полями от других расположенных по соседству постоянных магнитов и электромагнитных средств. Следовательно, между ними создается крутящий момент, достаточный для вращения ротора. Поскольку ротор обладает высокой инерционной силой, когда ротор начинает вращаться, то его скорость растет под действием инерционной силы и поворачивающей силы. Магнитное вращающееся устройство, соотнесенное с одним примером осуществления настоящего изобретения, будет далее описано со ссылками на следующие чертежи. Фиг. 1 и 2 представляют собой схематическое изображение магнитного вращающегося устройства, соотнесенного с одним примером осуществления настоящего изобретения. По всему описанию термин "магнитное вращающееся устройство" включает в себя электрический двигатель, и в соответствии с его основным назначением получения вращающей силы от магнитных сил постоянных магнитов он относится к вращающимся устройствам, использующим силы магнитного поля. Как показано на фиг. 1, в магнитном вращающемся устройстве, относящемся к одному примеру осуществления настоящего изобретения, вращающийся вал 4 закреплен с возможностью вращения на раме 2 с подшипниками 5. На валу 4 закреплены первый магнитный ротор 6 и второй магнитный ротор 8, оба они создают вращающие силы; и вращаемая масса 10, которая имеет несколько смонтированных на ней стержнеобразных магнитов 9 для получения вращающих сил в качестве энергии. Они закреплены таким образом, чтобы иметь возможность вращаться с вращающимся валом 4. У первого и второго магнитных роторов 6 и 8 расположены, как это будет подробно описано ниже со ссылками на фиг. 1 и 2, первый электромагнит 12 и второй электромагнит 14 соответственно, которые возбуждаются одновременно с вращением первого и второго магнитных роторов 6 и 8, оба они обращены друг к другу и каждый расположен с магнитным зазором. Первый и второй электромагниты 12 и 14 смонтированы соответственно на кронштейне 16, они образуют линию магнитной индукции. Как показано на фиг. 3, каждый из первого и второго магнитных роторов 6 и 8 имеет несколько расположенных на их дискообразной поверхности плоских магнитов 22A - 22H для развития магнитного поля и создания вращающих сил и несколько балансиров 20A - 20H, изготовленных из немагнетиков, для уравновешивания магнитных роторов 6 и 8. Согласно примеру осуществления первый и второй магнитные роторы 6 и 8, каждый, имеют расположенные по дискообразной поверхности 24 с равными промежутками восемь плоских магнитов 22A - 22H на половине внешней периферийной поверхности и восемь балансиров 20A - 20H вдоль другой половины внешней периферийной поверхности. Как показано на фиг. 3, каждый из плоских магнитов 22A - 22H расположен таким образом, что продольная ось 1 составляет угол D относительно радиальной осевой линии 11 дискообразной поверхности 24. В этом примере осуществления для угла D установлены углы 30 и 56 o . Подходящий угол, однако, может быть установлен в зависимости от радиуса дискообразной поверхности 24 и количества плоских магнитов 22A - 22H, которое следует расположить на дискообразной поверхности 24. Как изображено на фиг. 2, с точки зрения эффективного использования магнитного поля предпочтительно, чтобы плоские магниты 22A - 22H на первом магнитном роторе 6 располагались таким образом, чтобы их N-полюса выступали наружу, в то время как плоские магниты 22A - 22H на втором магнитном роторе 8 расположены таким образом, что их S-полюса выступают наружу. Снаружи от первого и второго магнитных роторов 6 и 8 расположены первый и второй электромагниты 12 и 14, обращенные навстречу первому и второму роторами 6 и 8 соответственно с магнитным зазором. Когда первый и второй электромагниты 12 и 14 возбуждаются, они создают магнитное поле, идентичное по полярности соответственным им плоским магнитам 22A - 22H, так, что они отталкиваются один от другого. Другими словами, как показано на фиг. 2, поскольку плоские магниты 22A - 22H на первом магнитном роторе 6 имеют свои N-полюса, обращенные наружу, то первый электромагнит 12 возбуждается таким образом, что сторона, обращенная к первому магнитному ротору 6, создает N-полярность. Подобным образом, поскольку плоские магниты 22A - 22H на втором магнитном роторе 8 имеют свои S-полюса, обращенные наружу, то второй электромагнит 14 возбуждается таким образом, что сторона, обращенная к плоским магнитам 22A - 22H, создает S-полярность. Первый и второй электромагниты 12 и 14, которые магнитным образом соединены с помощью кронштейна 16, намагничиваются таким образом, что стороны, обращенные к их соответственным роторам 6 и 8, противоположны по полярности относительно друг друга. Это означает, что магнитные поля электромагнитов 12 и 14 могут быть эффективно использованы. Чувствительный элемент, такой как микровыключатель 30, предусмотрен на одном любом из роторов, первом магнитном роторе 6 или втором магнитном роторе 8, для определения положения вращения магнитных роторов 6 и 8. Это означает, как показано на фиг. 3, что при направлении вращения плоских магнитов 22A - 22H первый и второй магнитные роторы 6 и 8 соответственно возбуждаются, когда проходит опережающий плоский магнит 22A. Другими словами, при направлении 32 вращения электромагнит 12 или 14 возбуждается, когда начальная точка S 0 , расположенная между опережающим плоским магнитом 22A и последующим плоским магнитом 22B, сравняется с центральной точкой R 0 либо электромагнита 12, либо электромагнита 14. В дополнение к этому при направлении 32 вращения плоских магнитов 22A - 22H первый и второй магнитные роторы 6 и 8 обесточиваются, когда проходит последний плоский магнит 22A. В этом примере осуществления конечная точка E 0 установлена симметрично от начальной точки S 0 на вращающейся дискообразной поверхности 24. Когда конечная точка E 0 сравняется с центральной точкой R 0 электромагнита 12 либо электромагнита 14, то электромагнит 12 или 14 соответственно обесточивается. Как будет показано ниже, при центральной точке R 0 электромагнита 12 или 14, установленного произвольно между начальной точкой S 0 и конечной точкой E 0 , магнитные роторы 6 и 8 начинают вращаться, если электромагниты 12 и 14 и их плоские магниты 22A - 22H обращены друг к другу. Когда используется микровыключатель, такой как чувствительный элемент 30, для определения положения вращения, то допускается, чтобы точка контакта микровыключателя проскользила по поверхности вращающейся дискообразной поверхности 24. Предусматривается такой шаг для начальной S 0 и конечной точки E 0 , что контакт микровыключателя замыкается между начальной точкой S 0 и конечной точкой E 0 . Зона вдоль периферии между ними выступает за другие периферийные зоны вращающейся дискообразной поверхности 24. Очевидно, что может быть использован фотодатчик или подобные ему элементы вместо микровыключателя вроде чувствительного элемента 30 для определения положения вращения. Как показано на фиг. 4, обмотки электромагнитов 12 и 14 подсоединены к источнику 42 энергии на прямом токе через подвижный контакт реле 40, который подключен к серии с обмотками. Последовательная цепь, включающая реле 40 (соленоид) и чувствительный элемент 30, или микровыключатель, подключена к источнику 42 энергии на прямом токе. Кроме того, с точки зрения преобразования энергии, к источнику 42 энергии на постоянном токе подключен переключатель 44, такой как солнечный элемент. Предпочтительно, чтобы источник 42 энергии на постоянном токе имел возможность постоянно заряжаться, используя солнечную энергию или тому подобное. В магнитном вращающемся устройстве, показанном на фиг. 1 и 2, распределение магнитного поля, представленное на фиг. 5, образовано между плоскими магнитами 22A - 22H, расположенными на каждом из магнитных роторов 6 и 8, и электромагнитами 12 и 14, которые обращены к ним соответственно. Когда электромагнит 12 или 14 возбуждается, магнитное поле плоского магнита на плоских магнитах 22A - 22H вблизи электромагнита 12 или 14 искажается в продольном направлении в соответствии с направлением вращения. В результате этого между ними возникает пульсирующая сила. Как это очевидно из деформации магнитного силового поля, пульсирующая сила имеет большую составляющую в продольном или перпендикулярном направлении и создает крутящий момент, как показано по стрелке 32. Подобным образом магнитное поле плоского магнита на плоских магнитах 22A - 22H, которые затем входят в магнитное поле электромагнита 12 или 14, деформируется, поскольку оно перемещается к противоположному полюсу предыдущего плоского магнита в плоских магнитах 22A - 22H, то есть магнитное поле искажается в большей степени и благодаря этому сглаживается. Это означает, что пульсирующая сила, возникающая между плоскими магнитами в плоских магнитах 22A - 22H, которые уже вошли в магнитное поле электромагнитов 12 или 14 больше, чем пульсирующая сила, создаваемая между следующими входящими плоскими магнитами в плоских магнитах 22A - 22H и электромагнитами 12 или 14. Соответственно вращающая сила, показанная стрелкой 32, действует на вращающуюся дискообразную поверхность 24. Вращающаяся дискообразная поверхность 24, которой уже была сообщена сила, продолжает вращаться благодаря инерционным силам, даже тогда, когда она уже обесточена после того, как конечная точка E 0 прошла касание с центральной точкой R 0 электромагнита 12 или 14. Чем больше инерционная сила, тем плавнее вращение. На начальном этапе вращения угловой момент, как изображено на фиг. 6, сообщается вращающейся дискообразной поверхности 24. Это значит, что в начале вращения, как показано на фиг. 6, когда полюс М плоского магнита слегка смещен в направлении вращения от полюса M" электромагнита, пульсирующая сила вступает в действие между обоими полюсами M и M" плоского магнита у вращающейся стороны и электромагнитом у неподвижной стороны соответственно. Следовательно, исходя из соотношения, изображенного на фиг. 6, угловой крутящий момент T возникает на основании формулы T = Fa cos(-), где "a" есть величина постоянная. Этот угловой момент запускает вращение вращающейся дискообразной поверхности 24. После того как вращающаяся дискообразная поверхность 24 начала вращениe, скорость ее вращения постепенно растет вследствие инерционного момента, что позволяет создавать большую вращающую и движущую силу. После того как создано устойчивое вращение вращающейся дискообразной поверхности 24, то можно развивать необходимую электродвижущую силу в катушке электромагнита (не показано) путем вынесения ее наружу вблизи вращающейся массы 10, которая предназначена вращаться вместе с вращающейся дискообразной поверхностью 24. Эта электромагнитная энергия может быть использована по другому назначению. Этот принцип вращения основан на принципе вращения магнитного вращающегося устройства, уже раскрытого в японской патентной заявке 61868 (1993) (патент-аналог США N 4751486 H 01 F 7/14) изобретателем. Это значит, что даже если электромагнит, предусмотренный на одном из роторов магнитного вращающегося устройства в такой патентной заявке, закреплен, то он вращается в соответствии с принципом вращения, раскрытым здесь. Количество плоских магнитов 22A - 22H не ограничивается до "8", как показано на фиг. 1 и 3. Может быть использовано любое количество магнитов. В описанном выше примере осуществления, хотя плоские магниты 22A - 22H расположены вдоль одной половины периферийной зоны дискообразной поверхности 24, а балансиры 20A - 20H расположены вдоль другой половины периферийной зоны, плоские магниты также могут быть расположены вдоль других зон дискообразной поверхности 24. Предпочтительно, чтобы балансиры в дополнение к магнитам были предусмотрены вдоль части периферийной зоны дискообразной поверхности. Противовесы, которые не надо собирать в один блок, могут быть выполнены в виде одного листа пластины, которая проходит по внешней периферийной зоне дискообразной поверхности. В дополнение к этому в описанном примере осуществления, в то время как конструкция выполнена такой, что позволяет возбуждать электромагниты в течение заданного промежутка времени за каждый оборот вращающейся дискообразной поверхности, можно сконструировать электрическую цепь таким образом, чтобы при увеличенном числе оборотов разрешить возбуждение электромагнитов за каждый оборот вращающейся дискообразной поверхности, начиная со второго ее оборота вперед. Далее в описанном выше примере осуществления для постоянных магнитов были использованы плоские магниты, но могут быть использованы и другие типы постоянных магнитов. В действительности, любой тип магнита может быть использован в качестве постоянного магнита настолько, насколько можно расположить несколько магнитных полюсов одного типа вдоль внешней поверхности внутренней периферии и несколько магнитных полюсов другого типа расположить вдоль внутренней периферийной поверхности дискообразной поверхности так, чтобы пара соответствующих магнитных полюсов одной и другой полярности была расставлена с наклоном по отношению к радиальной линии II, как показано на фиг. 3. Хотя в приведенном выше примере осуществления плоские магниты 22A - 22H смонтированы на магнитных роторах 6 и 8, они могут быть электромагнитами. В этом случае электромагниты 12 и 14 могут быть альтернативно электромагнитами или постоянными магнитами. Согласно магнитному вращающемуся устройству по настоящему изобретению можно эффективно получить энергию вращения от постоянных магнитов. Это становится возможным благодаря уменьшению, по возможности намного, тока, подаваемого к электромагнитам, настолько, что лишь потребное количество электроэнергии расходуется на электромагниты. Следует иметь в виду, что для специалиста в данной техники становятся очевидными многие изменения и поправки изобретения, и оно предназначено включить такие очевидные модификации и замены в объем формулы изобретения, представленной здесь.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Магнитное вращающееся устройство, содержащее закрепленный на вращающемся валу ротор с размещенными на нем постоянными магнитами, при этом постоянные магниты расположены таким образом, что их магнитные полюса одной полярности расположены вдоль внешней периферийной поверхности в направлении вращения, а их магнитные полюса другой полярности расположены вдоль внутренней периферийной поверхности, причем каждая пара соответствующих магнитных полюсов одной и другой полярности расположена наклонно по отношению к радиальной линии, детекторные средства для прерывистого возбуждения электромагнитного средства, взаимодействующего с ротором, отличающееся тем, что электромагнитное средство расположено с лицевой поверхностью навстречу ротору для возбуждения магнитного поля противоположной его полюсам полярности с того места, где опережающий постоянный магнит по условию вращения ротора проходит лицевую поверхность электромагнитного средства в направлении вращения, а ротор содержит балансиры для уравновешивания его вращения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что постоянные магниты выполнены в виде плоских магнитов. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что балансиры для уравновешивания вращения ротора выполнены из немагнитного материала. 4. Магнитное вращающее устройство, содержащее закрепленный на вращающемся валу первый ротор с расположенными на нем постоянными магнитами, причем постоянные магниты первого ротора расположены таким образом, что несколько магнитных полюсов одной полярности расположены вдоль его внешней периферийной поверхности в направлении вращения, а насколько магнитных полюсов другой полярности расположены вдоль его внутренней периферийной поверхности, причем каждая пара соответствующих магнитных полюсов одной и другой полярности расположена наклонно по отношению к радиальной линии, детекторное средство для возбуждения первого электромагнитного средства, взаимодействующего с ротором, отличающееся тем, что оно снабжено вторым электромагнитным средством и вторым ротором, который вращается вместе с первым ротором, закреплен на вращающемся валу и имеет несколько расположенных на нем постоянных магнитов, при этом постоянные магниты второго ротора расположены одной магнитной полярностью вдоль внешней периферийной поверхности в направлении вращения, а другой магнитной полярностью - вдоль внутренней периферийной поверхности, причем каждая пара соответствующих магнитных полюсов одной и другой полярности расположена наклонно относительно радиальной линии, второе электромагнитное средство соединено магнитной связью с первым электромагнитным средством так, что при намагничивании стороны, обращенные к роторам, противоположны по полярности друг другу и создают магнитное поле, индентичное по полярности соответствующим постоянным магнитам роторов, так, что они отталкиваются друг от друга, причем электромагнитное средство возбуждаются, когда начальная точка, расположенная между опережающим и последующим постоянными магнитами ротора, сравнивается с центральной точкой первого или второго электромагнитного средства, и обесточиваются, когда проходит последний магнит, причем оба ротора имеют несколько балансиров для уравновешивания их вращения. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что постоянные магниты выполнены в виде плоских магнитов, а средства для уравновешивания ротора выполнены из немагнитного материала.

Изучая диск Фарадея и т.н. "парадокс Фарадея", провел несколько простых опытов и сделал несколько интересных выводов. В первую очередь о том, на что следует обращать больше всего внимания для того, чтобы лучше понять процессы происходящие в этой (и подобных) униполярной машине.

Понимание принципа работы диска Фарадея помогает понять также то, как работают вообще все трансформаторы, катушки, генераторы, электродвигатели (в т.ч. униполярный генератор и униполярный двигатель) и т.п.

В заметке рисунки и подробное видео с разными опытами, иллюстрирующими все выводы без формул и подсчетов, "на пальцах".

Все нижеизложенное - попытка осмысления без претензий на академическую достоверность.

Направление силовых линий магнитного поля

Главный вывод который я для себя сделал: первое, на что стоит всегда обращать внимание в подобных системах - это геометрия магнитного поля , направление и конфигурация силовых линий.

Только геометрия силовых линий магнитного поля, их направление и конфигурация могут внести определенную ясность в понимание процессов, происходящих в униполярном генераторе или униполярном двигателе, диске Фарадея, а также любом трансформаторе, катушке, электродвигателе, генераторе и т.п.

Я для себя распределил степень важности так - 10% физики, 90% геометрии (магнитного поля) для понимания происходящего в этих системах.

Более подробно все описано в видео (см. ниже).

Надо понимать что диск Фарадея и внешняя цепь со скользящими контактами так или иначе образуют хорошо известную со школьных времен рамку - ее образует участок диска от его центра к месту соединения со скользящим контактом у его края, а также вся внешняя цепь (подходящие к контактам проводники).

Направление силы Лоренца, Ампера

Сила Ампера - частный случай силы Лоренца (см. Википедию).

Ниже на двух картинках показана сила Лоренца действующая на положительные заряды во всей цепи ("рамке") в поле магнита типа "бублик" для случая когда внешняя цепь жестко соединена с медным диском (т.е. когда скользящие контакты отсутствуют, и внешняя цепь напрямую припаяна к диску).

1 рис . - для случая когда вся цепь вращается внешним механическим усилием ("генератор").
2 рис . - для случая, когда через цепь подается постоянный ток от внешнего источника ("двигатель").

Нажмите на один из рисунков, чтобы увеличить.

Сила Лоренца проявляется (генерируется ток) только в участках цепи, ДВИГАЮЩИХСЯ в магнитном поле

Униполярный генератор

Итак, поскольку сила Лоренца, действующая на заряженные частицы диска Фарадея или униполярного генератора, будет действовать противоположно на разных участках цепи и диска, то для получения тока из этой машины следует приводить в движение (вращать) только те участки цепи (по возможности), направление силы Лоренца в которых будет совпадать. Остальные участки должны быть либо неподвижны, либо исключены из цепи, либо вращаться в противоположную сторону .

Вращение магнита не изменяет однородность магнитного поля вокруг оси вращения (см. последний раздел), поэтому стоит магнит или вращается - не играет роли (хотя идеальных магнитов не бывает, и неоднородность поля вокруг оси намагниченности, вызванная недостаточным качеством магнита , тоже оказывает некоторое влияние на результат).

Здесь важную роль играет то, какая часть всей цепи (включая подводящие провода и контакты) вращается, а какая неподвижна (т.к. только в движущейся части возникает сила Лоренца). А главное - в какой части магнитного поля находится вращающаяся часть, и из какого участка диска производится съем тока.

Например, если диск будет выступать далеко за пределы магнита, то в выступающей за край магнита части диска можно снять ток направления противоположного току который можно снять в части диска расположенной непосредственно над магнитом.

Униполярный двигатель

Все вышесказанное о генераторе справедливо и для режима "двигатель".

Подавать ток надо по возможности в те части диска, в которых сила Лоренца будет направлена в одну сторону. Именно эти участки надо освободить, предоставив возможность им свободно вращаться и "разорвать" цепь в соответствующих местах, поставив скользящие контакты (см. рисунки далее).

Остальные участки надо по возможности либо исключить, либо минимизировать их влияние.

Видео - опыты и выводы

Время разных этапов этого видео:

3 мин 34 сек - первые опыты

7 мин 08 сек - на что обращать главное внимание и продолжение опытов

16 мин 43 сек - ключевое объяснение

22 мин 53 сек - ГЛАВНЫЙ ОПЫТ

28 мин 51 сек - 2 часть, интересные наблюдения и еще опыты

37 мин 17 сек - ошибочный вывод одного из опытов

41 мин 01 сек - о парадоксе Фарадея

Что от чего отталкивается?

Мы с товарищем-электронщиком долго обсуждали эту тему и он высказал мысль построенную вокруг слова "отталкивается ".
Мысль, с которой я согласен - если что-то начинает движение, то оно от чего-то должно отталкиваться. Если что-то движется, то оно движется относительно чего-то.

Упрощенно говоря, можно сказать, что часть проводника (внешняя цепь или диск) отталкивается от магнита! Соответственно на магнит (через поле) действуют силы отталкивания. Иначе вся картина рушится и теряет логику. Про вращение магнита - см. раздел ниже.

На рисунках (можно кликнуть для увеличения) - варианты для режима "двигатель".
Для режима "генератор" работают те же принципы.

Здесь действие-противодействие происходит между двумя главными "участниками":

• магнит (магнитное поле)
• разные участки проводника (заряженные частицы проводника)

Соответственно, когда диск вращается, а магнит неподвижен , то действие-противодействие происходит между магнитом и частью диска .

А когда магнит вращается вместе с диском, то действие-противодействие происходит между магнитом и внешней частью цепи (зафиксированными подводящими проводниками). Дело в том, что вращение магнита относительно внешнего участка цепи - это тоже самое, что вращение внешнего участка цепи относительно неподвижного магнита (но в противоположную сторону). В этом случае медный диск в процессе "отталкивания" почти не участвует.

Выходит так, что в отличие от заряженных частиц проводника (которые могут двигаться внутри него), магнитное поле жестко связано с магнитом. В т.ч. вдоль окружности вокруг оси намагниченности.
И еще один вывод: сила притягивающая два постоянных магнита - не какая-то загадочная сила перпендикулярная силе Лоренца, а это сила Лоренца и есть. Все дело во "вращении" электронов и той самой "геометрии ". Но это уже другая история...

Вращение "голого" магнита

В конце видео есть забавный опыт, и вывод о том, почему часть электрической цепи можно заставить вращаться, а заставить вращаться магнит "бублик" вокруг оси намагниченности - не получается (при неподвижной электрической цепи постоянного тока).

Проводник можно разорвать в местах противоположного направления силы Лоренца, а магнит разорвать нельзя

Дело в том что магнит и весь проводник (внешняя цепь и сам диск) образуют связанную пару - две взаимодействующие системы , каждая из которых замкнута внутри себя . В случае с проводником - замкнута электрическая цепь , в случае с магнитом - "замкнуты" силовые линии магнитного поля .

При этом, в электрической цепи проводник можно физически разорвать , не нарушая самой цепи (поставив диск и скользящие контакты ), в тех местах, где сила Лоренца "разворачивается" в обратном направлении, "отпустив" разные участки электрической цепи двигаться (вращаться) каждый в свою, противоположную друг другу сторону, а разорвать "цепь" силовых линий магнитного поля или магнита, так чтобы разные участки магнитного поля "не мешали" друг другу - видимо невозможно (?). Никаких подобий "скользящих контактов" для магнитного поля или магнита кажется еще не придумали.

Поэтому и возникает проблема с вращением магнита - его магнитное поле представляет собой цельную систему, которая всегда замкнута в себе и неразрывна в теле магнита. В ней противоположные силы на участках, где магнитное поле разнонаправленно, взаимно компенсируются, оставляя магнит неподвижным.

При этом, работа силы Лоренца, Ампера в неподвижно зафиксированном проводнике в поле магнита, уходит видимо не только на нагрев проводника, но и на искажение силовых линий магнитного поля магнита.

КСТАТИ! Интересно было бы провести опыт, в котором через неподвижный проводник, находящийся в поле магнита, пропустить огромный ток , и посмотреть - как будет реагировать магнит. Нагреется ли магнит, размагнитится ли, или может быть он просто разломается на куски (и тогда интересно - в каких местах?).

Все вышеизложенное - попытка осмысления без претензий на академическую достоверность.

Вопросы

Что осталось не до конца ясным и требует проверки:

1. Можно ли все-таки заставить вращаться магнит отдельно от диска?

Если дать возможность и диску, и магниту, свободно вращаться независимо друг от друга , и подать ток на диск через скользящие контакты, то будут ли и диск, и магнит вращаться? И если да, то в какую сторону будет вращаться магнит? Для эксперимента нужен большой неодимовый магнит - его у меня пока нет. С обычным магнитом не хватает силы магнитного поля.

2. Вращение разных частей диска в разные стороны

Если сделать свободно вращающимися независимо друг от друга и от неподвижного магнита - центральную часть диска (над "дыркой бублика" магнита), среднюю часть диска, а так же часть диска выступающую за край магнита, и подать ток через скользящие контакты (в т.ч. скользящие контакты между этими вращающимися частями диска) - будут ли центральная и крайняя часть диска вращаться в одну сторону, а средняя - в противоположную?

3. Сила Лоренца внутри магнита

Действует ли сила Лоренца на частицы внутри магнита, магнитное поле которого искажается внешними силами?

ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

Ценным свойством всех многофазных систем переменного тока является простота получения вращающегося магнитного поля. Это постоянное по величине магнитное поле, вращающееся внутри электри­ческой машины вокруг ее оси. На использовании вращающегося маг­нитного поля основано устройство самых распространенных электро­двигателей - асинхронных двигателей трехфазного тока, а также имеющих большое практическое значение, синхронных двигателей.

Воздействие на положение магнитной стрелки изменением

Направления постоянных токов в двух катушках.

Кроме того, посредством вращающегося магнитного поля приводятся в действие многие измерительные приборы и аппараты регулирования и управления.

Путем последовательного изменения направления постоянного тока в двух катушках, оси которых образуют угол 90°, можно заставить магнитную стрелку поворачиваться в пределах 360°. Но пе­реключаемый постоянный ток легко заменить переменным током, который сам будет изменять направление. При этом необходимо, чтобы изменения направления тока в двух катушках происходили не одно­временно. Этому требованию удовлетворят два переменных тока, сдви­нутых по фазе друг по отношению к другу на четверть периода.

На рисунке показана система из двух одинаковых катушек, оси которых образуют угол 90°. Для придания большей равномерности магнитному полю каждая из катушек разделена на две части.

Так как токи относительно сдвинуты по фазе на четверть периода, то маг­нитные индукции в полях, ими возбуждаемых, должны быть также сдвинуты по фазе по отношению друг к другу. Этому условию сдвига по фазе удовлетворяют синусоида и косинусоида. В соответствии с чем индукция поля первой катушки B A == B m sin wt, а индукция поля второй катушки B B = B m cos wt.

Схема получения двухфазного вращающегося магнитного поля.

Накладываясь в середине устройства, два переменных магнитных поля образуют результирующее магнитное поле, индукция в котором будет B рез = , так как направления полей катушек взаимно перпендикулярны. Подставив в выражение В рез значения В А и В В как функции времени, получим:

Следовательно, результирующее магнитное поле устройства по­стоянно по величине, хотя оно и складывается из двух переменных магнитных полей.

Определим теперь положение результирующего поля в простран­стве. По отношению к вертикальной оси это поле образует угол a, определяемый условием

т. е. поле делает полный оборот.

В секунду поле делает f оборотов, а число оборотов поля в минуту n=f"60. Таким образом, при стандартной промышленной частоте

Значительно выгоднее получение вращающегося магнитного поля по­средством трехфазной системы токов, как это было предложено М.О.Доливо-Добровольским. Для получения трехфазного вращающегося поля нужны три одинаковые катушки, оси которых образуют углы по 120°. Мгновенные значения ин­дукции в поле катушек, питаемых трехфазной системой токов, будут:

В общей части поля эти магнитные индукции складываются векторно, образуя магнитную индукцию результирующего поля.

Это поле удобно определить через составляющие по двум взаимно перпендикулярным осям. С этой целью построим в пространстве такие оси Х и Y, проходящие через поле катушек, причем оси Х дадим на­правление оси катушки А.

Определим теперь составляющую результирующего поля по оси X. Она будет равна алгебраической сумме проекций на эту ось мгновен­ных значений трех индукции:

Подставив теперь выражения индукций как синусоидальных вели­чин, получим:

Составляющая результирующего магнитного поля по оси Y будет

или после подстановки значений индукций как синусоидальных величин

Результирующая магнитная индукция

т. е. результирующее поле постоянно по величине, а угол a, образуе­мый им с осью Y, определяется из условия

Магнитное поле вращается в плоскости осей катушек с угловой скоростью w 0 . Оно последовательно совпадает по направлению с осью той из катушек, ток в которой достигает максимального значения, т. е. оно вращается в направлении последовательности фаз трехфазной системы токов, питающих катушки.

Сопоставим теперь условия двухфазного и трехфазного вращаю­щихся полей. При двухфазной системе необходимы два провода, рассчитанных на силу тока I, и третий провод, рассчитанный на силу тока I 0 = Ö2 I. Магнитная индукция во вращающемся двухфазном поле Вт. При трехфазной системе необходимы три одинаковых про­вода, рассчитанных каждый на силу тока I, а индукция во вращаю­щемся поле здесь 1,5 Вт.

Следовательно, для двухфазной системы нужно большее сечение проводов, а вращающееся поле создается в 1,5 раза слабее, чем в трех­фазной системе. По этим причинам двухфазный ток, изобретенный раньше трехфазного (инженером Тесла), в настоящее время приме­няется только в некоторых специальных устройствах.

Подвижное устройство, помещенное во вращающееся магнитное поле,

может вращаться в нем асинхронно или синхронно.

Поместим во вращающееся магнитное поле металлическую рамку на осях так, чтобы ось вращения рамки совместилась с осью вращения поля. Поле будет пересекать рамку и индуктировать в ней э. д. с. тем большую, чем быстрее поле пересекает рамку, так как согласно закону электромагнитной индукции:

Направление э. д. с., индуктируемых в двух сторонах рамки, можно определить по правилу правой руки. Только необходимо учесть, что движение магнитного, поля по отношению к проводнику эквивалентно движению проводника в про­тивоположную сторону. Следователь­но, определяя направление э.д.с., нужно поставить ладонь навстречу магнитным линиям, а отставленный большой палец направить против дви­жения магнитного поля, тогда вытя­нутые четыре пальца укажут на­правление индуктированной э.д.с. Электродвижущие силы, индуктируемые в двух сторо­нах рамки, направлены в витке, ко­торый образует рамка, согласно, т. е. они складываются.

Так как рамка представляет собой замкнутый виток, то индуктирован­ные в ней э.д.с. вызывают некоторый индуктированный ток i. Воздействие вращающегося магнитного поля на этот ток создает две силы f = Bil, приложенные к двум сторонам рамки. Направление этих сил можно определить по правилу левой руки. Они образуют пару сил и создают вращающий момент, воздействующий на рамку. Под действием этого момента рамка должна вращаться в направлении вращения поля.

Однако чем быстрее будет вращаться рамка, тем относительно медленнее будут пересекать ее стороны линии магнитного вращаю­щегося поля, т. е. будет уменьшаться скорость v движения поля по отношению к рамке. Вследствие этого будет уменьшаться сила тока i, индуктируемого в рамке. В свою очередь это вызывает ослабление вращающего момента, воздействующего на рамку. Если рамка дого­нит вращающееся поле, то э.д.с. и ток в ней исчезнут, так как пре­кратится пересечение сторон рамки вращающимся магнитным полем, вследствие чего станет равным нулю и вращающий момент, воздей­ствующий на рамку.

По этим причинам рамка вращается с асинхронной скоростью [от греческого слова «асинхронос» неодновременный] медленнее поля, т. е. рамка делает оборот неодновременно с оборотом поля. Скорость вращения рамки п оборотов в ми­нуту устанавливается автоматически такой, чтобы вращающий момент, создаваемый индуктированным током, равнялся тормозящему моменту, обусловленному трением в осях, трением о воздух и т. п. Чем больше механические силы, тормозящие рамку, тем медленнее она будет вращаться и тем больше будет сила тока, индуктируемого в ней.

При асинхронном вращении поле делает п 1 оборотов в минуту, а подвижная часть, называемая обычно ротором, только п оборотов в минуту. Относительное отставание ротора от поля характеризуется скольжением:

Металлическая рамка во вращающемся магнитном поле.

Постоянный магнит во вращающемся магнитном поле.

Если во вращающееся магнитное поле поместить очень легкую магнитную стрелку, то она будет вращаться вместе с полем с син­хронной скоростью (греческое слово «синхронос» - совпадающий по времени), т. е. поле и стрелка будут совершать один оборот за одно и то же время. Магнитные силы, стре­мясь установить стрелку по направлению поля, будут поддерживать это вращение.

Но если подвижный магнит относительно тяжел, то под действием вращающегося поля он не стронется с места. Воздей­ствуя на такой неподвижный магнит, вращающееся поле в течение половины оборота будет создавать вращающий момент, а в течение вто­рой половины оборота - тормозящий момент, так как магнитные силы будут тянуть магнит то в сторону вращения поля, то в противополож­ную сторону.

Если же с помощью какого-либо приспособления разогнать магнит до скорости поля, т. е. до синхронной скорости, то, войдя, в синхро­низм, магнит будет вращаться со скоростью поля. Он сохранит эту синхронную скорость и когда ему придется преодолевать какую-либо тормозящую силу, но в этом случае магнит будет отставать от вращаю­щегося поля на некоторый постоянный угол. Этот угол будет тем больше, чем больше будет тормозящая сила. Если же эта сила станет слишком большой, то магнит остановится -выпадет из синхронизма. Вращаться медленнее поля он не может.

Синхронное вращение используется в синхронных двигателях, применяемых главным образом в тех случаях, когда нужен двигатель значительной мощности, вращающийся с постоянной скоростью.

Сегодня постоянные магниты находят полезное применение во многих областях человеческой жизни. Порой мы не замечаем их присутствия, однако практически в любой квартире в различных электроприборах и в механических устройствах, если внимательно приглядеться, можно обнаружить . Электробритва и динамик, видеоплеер и настенные часы, мобильный телефон и микроволновка, дверца холодильника наконец - всюду можно встретить постоянные магниты.

Они применяются в медицинской технике и в измерительной аппаратуре, в различных инструментах и в автомобильной промышленности, в двигателях постоянного тока, в акустических системах, в бытовых электроприборах и много-много где еще: радиотехника, приборостроение, автоматика, телемеханика и т. д. - ни одна из этих областей не обходится без использования постоянных магнитов.

Конкретные решения с применением постоянных магнитов можно было бы перечислять бесконечно, тем не менее, предметом данной статьи станет краткий обзор нескольких применений постоянных магнитов в электротехнике и электроэнергетике.

Со времен Эрстеда и Ампера широко известно, что проводники с током и электромагниты взаимодействуют с магнитным полем постоянного магнита. На этом принципе основана работа многих двигателей и генераторов. За примерами далеко ходить не надо. Вентилятор в блоке питания вашего компьютера имеет ротор и статор.

Крыльчатка с лопастями представляет собой ротор с расположенными по кругу постоянными магнитами, а статор - это сердечник электромагнита. Перемагничивая статор, электронная схема создает эффект вращения магнитного поля статора, за магнитным полем статора, стремясь к нему притянуться, следует магнитный ротор - вентилятор вращается. Аналогичным образом реализовано вращение жесткого диска, и подобным образом работают .

В электрогенераторах постоянные магниты также нашли свое применение. Синхронные генераторы для домашних ветряков, например, - одно из прикладных направлений.

На статоре генератора по окружности располагаются генераторные катушки, которые в процессе работы ветряка пересекаются переменным магнитным полем движущихся (под действием дующего на лопасти ветра) постоянных магнитов, закрепленных на роторе. Повинуясь , пересекаемые магнитами проводники генераторных катушек направляют в цепь потребителя ток.

Такие генераторы используются не только в ветряках, но и в некоторых промышленных моделях, где вместо обмотки возбуждения на роторе установлены постоянные магниты. Достоинство решений с магнитами - возможность получить генератор с низкими номинальными оборотами.

В проводящий диск вращается в поле постоянного магнита. Ток потребления, походя через диск, взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита, и диск вращается.

Чем больше ток - тем выше частота вращения диска, поскольку вращающий момент создается силой Лоренца, действующей на движущиеся заряженные частицы внутри диска со стороны магнитного поля постоянного магнита. По сути, такой счетчик - это небольшой мощности с магнитом на статоре.

Для измерения слабых токов применяют - очень чувствительные измерительные приборы. Здесь подковообразный магнит взаимодействует с маленькой токонесущей катушкой, которая подвешена в зазоре между полюсами постоянного магнита.

Отклонение катушки в процессе измерения происходит благодаря вращающему моменту, который создается из-за магнитной индукции, возникающей при прохождении тока через катушку. Таким образом, отклонение катушки оказывается пропорционально значению результирующей магнитной индукции в зазоре, и, соответственно, току в проводе катушки. Для малых отклонений шкала гальванометра получается линейной.

Наверняка на вашей кухне есть микроволновка. И в ней есть целых два постоянных магнита. Для генерации СВЧ-диапазона, в микроволновке установлен . Внутри магнетрона электроны движутся в вакууме от катода к аноду, и в процессе движения их траектория должна искривляться, чтобы резонаторы на аноде возбуждались достаточно мощно.

Для искривления траектории электронов, сверху и снизу вакуумной камеры магнетрона установлены кольцевые постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов искривляет траектории движения электронов так, что получается мощный вихрь из электронов, который возбуждает резонаторы, которые в свою очередь генерируют электромагнитные волны СВЧ-диапазона для разогрева пищи.

Чтобы головка жесткого диска точно позиционировалась, ее движения в процессе записи и считывания информации должны очень точно управляться и контролироваться. Снова на помощь приходит постоянный магнит. Внутри жесткого диска, в магнитном поле закрепленного неподвижно постоянного магнита, перемещается катушка с током, связанная с головкой.

Когда на катушку головки подается ток, магнитное поле этого тока, в зависимости от его значения, отталкивает катушку от постоянного магнита сильнее или слабее, в ту или иную сторону, таким образом головка приходит в движение, причем с высокой точностью. Этим движением управляет микроконтроллер.

В целях повышения эффективности энергопотребления, в некоторых странах для предприятий сооружают механические накопители электроэнергии. Это электромеханические преобразователи, работающие на принципе инерционного накопления энергии в форме кинетической энергии вращающегося маховика, называемые .

Так например, в Германии компания ATZ разработала кинетический накопитель энергии на 20 МДж, мощностью 250 кВт, причем удельная энергоемкость составляет примерно 100 Вт-ч/кг. При весе маховика в 100 кг, при вращении со скоростью 6000 об/мин, цилиндрической конструкции диаметром 1,5 метра нужны были качественные подшипники. В итоге нижний подшипник был изготовлен, конечно, на основе постоянных магнитов.

Эта статья посвящена рассмотрению моторов, работающих на постоянных магнитах, с помощью которых предпринимаются попытки получить КПД>1 путем изменения конфигурации схемы соединений, схем электронных переключателей и магнитных конфигураций. Представлено несколько конструкций, которые можно рассматривать в качестве традиционных, а также несколько конструкций, которые представляются перспективными. Надеемся, что эта статья поможет читателю разобраться в сущности данных устройств перед началом инвестирования подобных изобретений или получением инвестиций на их производство. Информацию о патентах США можно найти на сайте http://www.uspto.gov .

Введение

Статья, посвященная моторам, работающим на постоянных магнитах, не может считаться полной без предварительного обзора основных конструкций, которые представлены на современном рынке. Промышленные моторы, работающие на постоянных магнитах, обязательно являются двигателями постоянного тока, так как используемые в них магниты постоянно поляризуются перед сборкой. Многие щеточные моторы, работающие на постоянных магнитах, подключаются к бесщеточным электродвигателям, что способно снизить силу трения и изнашиваемость механизма. Бесщеточные моторы включают в себя электронную коммутацию или шаговые электромоторы. Шаговый электромотор, часто применяемый в автомобильной промышленности, содержит более длительный рабочий вращающий момент на единицу объема, по сравнению с другими электромоторами. Однако обычно скорость подобных моторов значительно ниже. Конструкция электронного переключателя может быть использована в переключаемом реактивном синхронном электродвигателе. В наружном статоре подобного электродвигателя вместо дорогостоящих постоянных магнитов используется мягкий металл, в результате чего получается внутренний постоянный электромагнитный ротор.

По закону Фарадея, вращающий момент в основном возникает из-за тока в обкладках бесщеточных двигателей. В идеальном моторе, работающем на постоянных магнитах, линейный вращающий момент противопоставлен кривой частоты вращения. В моторе на постоянных магнитах конструкции как внешнего, так и внутреннего ротора являются стандартными.

Чтобы обратить внимание на многие проблемы, связанные с рассматриваемыми моторами, в справочнике говорится о существовании «очень важной взаимосвязи между моментом вращения и обратной электродвижущей силой (эдс), чему иногда не придается значения». Это явление связано с электродвижущей силой (эдс), которая создается путем применения изменяющегося магнитного поля (dB/dt). Пользуясь технической терминологией, можно сказать, что «постоянная вращающего момента» (N-m/amp) равняется «постоянной обратной эдс» (V/рад/сек). Напряжение на зажимах двигателя равняется разности обратной эдс и активного (омического) падения напряжения, что обусловлено наличием внутреннего сопротивления. (Например, V=8,3 V, обратная эдс=7,5V, активное (омическое) падение напряжения=0,8V). Этот физический принцип, заставляет нас обратиться к закону Ленца, который был открыт в 1834г., через три года после того, как Фарадеем был изобретен униполярный генератор. Противоречивая структура закона Ленца, также как используемое в нем понятие «обратной эдс», являются частью так называемого физического закона Фарадея, на основе которого действует вращающийся электропривод. Обратная эдс - это реакция переменного тока в цепи. Другими словами, изменяющееся магнитное поле естественно порождает обратную эдс, так как они эквивалентны.

Таким образом, прежде чем приступать к изготовлению подобных конструкций, необходимо тщательно проанализировать закон Фарадея. Многие научные статьи, такие как «Закон Фарадея - Количественные эксперименты» способны убедить экспериментатора, занимающегося новой энергетикой, в том, что изменение, происходящее в потоке и вызывающее обратную электродвижущую силу (эдс), по существу равно самой обратной эдс. Этого нельзя избежать при получении избыточной энергии, до тех пор, пока количество изменений магнитного потока во времени остается непостоянным. Это две стороны одной медали. Входная энергия, вырабатываемая в двигателе, конструкция которого содержит катушку индуктивности, естественным образом будет равна выходной энергии. Кроме того, по отношению к «электрической индукции» изменяемый поток «индуцирует» обратную эдс.

Двигатели с переключаемым магнитным сопротивлением

При исследовании альтернативного метода индуцированного движения в преобразователе постоянного магнитного движения Эклина (патент № 3,879,622) используются вращающиеся клапаны для переменного экранирования полюсов подковообразного магнита. В патенте Эклина №4,567,407 («Экранирующий унифицированный мотор- генератор переменного тока, обладающий постоянной обкладкой и полем») повторно высказывается идея о переключении магнитного поля путем «переключения магнитного потока». Эта идея является общей для моторов подобного рода. В качестве иллюстрации этого принципа Эклин приводит следующую мысль: «Роторы большинства современных генераторов отталкиваются по мере их приближения к статору и снова притягиваются статором, как только минуют его, в соответствии с законом Ленца. Таким образом, большинство роторов сталкиваются с постоянными неконсервативными рабочими силами, и поэтому современные генераторы требуют наличия постоянного входного вращающего момента». Однако «стальной ротор унифицированного генератора переменного тока с переключением потока фактически способствует входному вращающему моменту для половины каждого поворота, так как ротор всегда притягивается, но никогда не отталкивается. Подобная конструкция позволяет некоторой части тока, подведенного к обкладкам двигателя, подавать питание через сплошную линию магнитной индукции к выходным обмоткам переменного тока…» К сожалению, Эклину пока не удалось сконструировать самозапускающуюся машину.

В связи с рассматриваемой проблемой стоит упомянуть патент Ричардсона №4,077,001, в котором раскрывается сущность движения якоря с низким магнитным сопротивлением как в контакте, так и вне его на концах магнита (стр.8, строка 35). Наконец, можно привести патент Монро №3,670,189, где рассматривается схожий принцип, в котором, однако, пропускание магнитного потока игается с помощью прохождения полюсов ротора между постоянными магнитами полюсов статора. Требование 1, заявленное в этом патенте, по своему объему и детальности кажется удовлетворительным для доказательства патентоспособности, однако, его эффективность остается под вопросом.

Кажется неправдоподобным, что, являясь замкнутой системой, мотор с переключаемым магнитным сопротивлением способен стать самозапускающимся. Многие примеры доказывают, что небольшой электромагнит необходим для приведения работы якоря в синхронизированный ритм. Магнитный двигатель Ванкеля в своих общих чертах может быть приведен для сравнения с представленным типом изобретения. Патент Джаффе №3,567,979 также может использоваться для сравнения. Патент Минато №5,594,289, подобный магнитному двигателю Ванкеля, является достаточно интригующим для многих исследователей.

Изобретения, подобные мотору Ньюмана (патентная заявка США №06/179,474), позволили обнаружить тот факт, что нелинейный эффект, такой как импульсное напряжение, благоприятен для преодоления эффекта сохранения силы Лоренца по закону Ленца. Кроме того, сходным является механический аналог инерциального двигателя Торнсона, в котором используется нелинейная ударная сила для передачи импульса вдоль оси перпендикулярно плоскости вращения. Магнитное поле содержит момент импульса, который становится очевидным при определенных условиях, например, при парадоксе диска Фейнмана, где он сохраняется. Импульсный способ может быть выгодно использован в данном моторе с магнитным переключаемым сопротивлением, при условии, если переключение поля будет производиться достаточно быстро при стремительном нарастания мощности. Тем не менее, необходимы дополнительные исследования по этой проблеме.

Наиболее удачным вариантом переключаемого реактивного электромотора является устройство Гарольда Аспдена (патент №4,975,608), который оптимизирует пропускную способность входного устройства катушки и работу над изломом B-H кривой. Переключаемые реактивные двигатели также объясняются в .

Мотор Адамса получил широкое признание. Например, в журнале Nexus был опубликован одобрительный отзыв, в котором это изобретение называется первым из когда-либо наблюдавшихся двигателей свободной энергии. Однако работа этой машины может быть полностью объяснена законом Фарадея. Генерация импульсов в смежных катушках, приводящих в движение намагниченный ротор, фактически происходит по той же схеме, что и в стандартном переключаемом реактивном моторе.

Замедление, о котором Адамс говорит в одном из своих Интернет сообщений, посвященных обсуждению изобретения, может объясняться экспонентным напряжением (L di/dt) обратной эдс. Одним из последних добавлений к этой категории изобретений, которые подтверждают успешность работы мотора Адамса, является международная патентная заявка №00/28656, присужденная в мае 2000г. изобретателям Бритс и Кристи, (генератор LUTEC). Простота этого двигателя легко объясняется наличием переключаемых катушек и постоянного магнита на роторе. Кроме того, в патенте содержится пояснение о том, что «постоянный ток, подводимый к катушкам статора, производит силу магнитного отталкивания и является единственным током, подводимым снаружи ко всей системе для создания совокупного движения…» Хорошо известным является тот факт, что все моторы работают по этому принципу. На странице 21 указанного патента содержится объяснение конструкции, где изобретатели выражают желание «максимизировать воздействие обратной эдс, которое способствует поддержанию вращения ротора/якоря электромагнита в одном направлении». Работа всех моторов данной категории с переключаемым полем направлена на получение этого эффекта. Рисунок 4А, представленный в патенте Бритс и Кристи, раскрывает источники напряжения «VA, VB и VC». Затем на странице 10 приводится следующее утверждение: «В это время ток подводится от источника питания VA и продолжает подводиться, пока щетка 18 не перестает взаимодействовать с контактами с 14 по 17». Нет ничего необычного в том, что эту конструкцию можно сравнить с более сложными попытками, ранее упомянутыми в настоящей статье. Все эти моторы требуют наличия электрического источника питания, и ни один из них не является самозапускающимся.

Подтверждает заявление о том, что была получена свободна энергия то, что работающая катушка (в импульсном режиме) при прохождении мимо постоянного магнитного поля (магнита) не использует для создания тока аккумуляторную батарейку. Вместо этого было предложено использовать проводники Вейганда , а это вызовет колоссальный Баркгаузеновский скачок при выравнивании магнитного домена, а импульс приобретет очень четкую форму. Если применить к катушке проводник Вейганда, то он создаст для нее достаточно большой импульс в несколько вольт, когда она будет проходить изменяющееся внешнее магнитное поле порога определенной высоты. Таким образом, для этого импульсного генератора входная электрическая энергия не нужна вовсе.

Тороидальный мотор

По сравнению с существующими на современном рынке двигателями, необычную конструкцию тороидального мотора можно сравнить с устройством, описанным в патенте Лангли (№4,547,713). Данный мотор содержит двухполюсный ротор, расположенный в центре тороида. Если выбрана однополюсная конструкция (например, с северными полюсами на каждом конце ротора), то полученное устройство будет напоминать радиальное магнитное поле для ротора, использованного в патенте Ван Гила (№5,600,189). В патенте Брауна №4,438,362, права на который принадлежат компании Ротрон, для изготовления ротора в тороидальном разряднике используются разнообразные намагничивающиеся сегменты. Наиболее ярким примером вращающегося тороидального мотора является устройство, описанное в патенте Юинга (№5,625,241), который также напоминает уже упомянутое изобретение Лангли. На основе процесса магнитного отталкивания в изобретении Юинга используется поворотный механизм с микропроцессорным управлением в основном для того, чтобы воспользоваться преимуществом, предоставляемым законом Ленца, а также с тем, чтобы преодолеть обратную эдс. Демонстрацию работы изобретения Юинга можно увидеть на коммерческом видео «Free Energy: The Race to Zero Point». Является ли это изобретение наиболее высокоэффективным из всех двигателей, в настоящее время представленных на рынке, остается под вопросом. Как утверждается в патенте: «функционирование устройства в качестве двигателя также возможно при использовании импульсного источника постоянного тока». Конструкция также содержит программируемое логическое устройство управления и схему управления мощностью, которые по предположению изобретателей должны сделать его более эффективным, чем 100%.

Даже если модели мотора докажут свою эффективность в получении вращающегося момента или преобразования силы, то из-за движущихся внутри них магнитов эти устройства могут остаться без практического применения. Коммерческая реализация этих типов моторов может быть невыгодной, так как на современном рынке существует множество конкурентоспособных конструкций.

Линейные моторы

Тема линейных индукционных моторов широко освещена в литературе. В издании объясняется, что эти моторы являются подобными стандартным асинхронным двигателям, в которых ротор и статор демонтированы и помещены вне плоскости. Автор книги «Движение без колес» Лэйтвайт известен созданием монорельсовых конструкций, предназначенных для поездов Англии и разработанных на основе линейных асинхронных моторов.

Патент Хартмана №4,215,330 представляет собой пример одного из устройств, в котором с помощью линейного мотора достигнуто перемещение стального шара вверх по намагниченной плоскости приблизительно на 10 уровней. Другое изобретение из этой категории описано в патенте Джонсона (№5,402,021), в котором использован постоянный дуговой магнит, установленный на четырехколесной тележке. Этот магнит подвергается воздействию со стороны параллельного конвейера с зафиксированными переменными магнитами. Еще одним не менее удивительным изобретением является устройство, описанное в другом патенте Джонсона (№4,877,983) и успешная работа которого наблюдалась в замкнутом контуре в течение нескольких часов. Необходимо отметить, что генераторная катушка может быть размещена в непосредственной близости от движущегося элемента, так чтобы каждый его пробег сопровождался электрическим импульсом для зарядки батареи. Устройство Хартмана также может быть сконструировано как круговой конвейер, что позволяет продемонстрировать вечное движение первого порядка.

Патент Хартмана основывается на том же принципе, что и известный эксперимент с электронным спином, который в физике принято называть экспериментом Стерна-Герлаха. В неоднородном магнитном поле воздействие на некий объект с помощью магнитного момента вращения происходит за счет градиента потенциальной энергии. В любом учебнике физики можно найти указание на то, что этот тип поля, сильный на одном конце и слабый на другом, способствует возникновению однонаправленной силы, обращенной в сторону магнитного объекта и равного dB/dx. Таким образом, сила, толкающая шар по намагниченной плоскости на 10 уровней вверх в направлении, полностью согласуется с законами физики.

Используя промышленые качественные магниты (включая сверхпроводящие магниты, при температуре окружающей среды, разработка которых в настоящее время находится на завершающей стадии), будет возможна демонстрация перевозки грузов, обладающих статочно большой массой, без затрат электричества на техническое обслуживание. Сверхпроводящие магниты обладают необычной способностью годами сохранять исходное намагниченное поле, не требуя периодической подачи питания для восстановления напряженности исходного поля. Примеры того положения, которое сложилось на современном рынке в области разработки сверхпроводниковых магнитов, приведены в патенте Охниши №5,350,958 (недостаток мощности, производимой криогенной техникой и системами освещения), а также в переизданной статье, посвященной магнитной левитации .

Статический электромагнитный момент импульса

В провокационном эксперименте с использованием цилиндрического конденсатора исследователи Грэм и Лахоз развивают идею, опубликованную Эйнштейном и Лаубом в 1908 году, в которой говорится о необходимости наличия дополнительного периода времени для сохранения принципа действия и противодействия. Цитируемая исследователями статья была переведена и опубликована в моей книге , представленной ниже. Грэм и Лахоз подчеркивают, что существует «реальная плотность момента импульса», и предлагают способ наблюдения этого энергетического эффекта в постоянных магнитах и электретах.

Эта работа является вдохновляющим и впечатляющим исследованием, использующим данные, основанные на работах Эйнштейна и Минковского. Это исследование может иметь непосредственное применение при создании, как униполярного генератора, так и магнитного преобразователя энергии, описанного ниже. Данная возможность обусловлена тем, что оба устройства обладают аксиальным магнитным и радиальным электрическим полями, подобно цилиндрическому конденсатору, использовавшемуся в эксперименте Грэма и Лахоза.

Униполярный мотор

В книге подробно описываются экспериментальные исследования и история изобретения, сделанного Фарадеем. Кроме того, уделяется внимание тому вкладу, которое привнес в данное исследование Тесла. Однако в недавнем времени был предложен ряд новых конструкторских решений униполярного двигателя с несколькими роторами, который можно сравнить с изобретением Дж. Р.Р. Серла.

Возобновление интереса к устройству Серла также должно привлечь внимание к униполярным двигателям. Предварительный анализ позволяет обнаружить существование двух различных явлений, происходящих одновременно в униполярном двигателе. Одно из явлений можно назвать эффектом «вращения» (№1), а второй - эффектом «свертывания» (№2). Первый эффект может быть представлен в качестве намагниченных сегментов некоего воображаемого сплошного кольца, которые вращаются вокруг общего центра. Примерные варианты конструкций, позволяющих произвести сегментацию ротора униполярного генератора, представлены в .

С учетом предложенной модели может быть рассчитан эффект №1 для силовых магнитов Тесла, которые намагничиваются по оси и распологаются вблизи одиночного кольца с диаметром 1 метр. При этом эдс, образующаяся вдоль каждого ролика, составляет более 2V (электрическое поле, направленное радиально из внешнего диаметра роликов к внешнему диаметру смежного кольца) при частоте вращения роликов 500 оборотов в минуту. Стоит отметить, что эффект №1 не зависит от вращения магнита. Магнитное поле в униполярном генераторе связано с пространством, а не с магнитом, поэтому вращение не будет оказывать влияния на эффект силы Лоренца, имеющий место при работе этого универсального униполярного генератора .

Эффект №2, имеющий место внутри каждого роликового магнита, описан в , где каждый ролик рассматривается как небольшой униполярный генератор. Этот эффект признается чем-то более слабым, так как электричество вырабатывается от центра каждого ролика к периферии. Эта конструкция напоминает униполярный генератор Тесла , в котором вращающийся приводной ремень связывает внешний край кольцевого магнита. При вращении роликов, имеющих диаметр, приблизительно равный одной десятой метра, которое осуществляется вокруг кольца с диаметром 1 метр и при отсутствии буксировки роликов, вырабатываемое напряжение будет равно 0,5 Вольт. Конструкция кольцевого магнетика, предложенная Серлом, будет способствовать усилению B-поля ролика.

Необходимо отметить, что принцип наложения применим к обоим этим эффектам. Эффект №1 представляет собой однородное электронное поле, существующее по диаметру ролика. Эффект №2 - это радиальный эффект, что уже было отмечено выше . Однако фактически только эдс, действующая в сегменте ролика между двумя контактами, то есть между центром ролика и его краем, который соприкасается с кольцом, будет способствовать возникновению электрического тока в любой внешней цепи. Понимание данного факта означает, что эффективное напряжение, возникающее при эффекте №1 составит половину существующей эдс, или чуть больше 1 Вольт, что примерно в два раза больше, чем вырабатываемое при эффекте №2. При применении наложения в ограниченном пространстве мы также обнаружим, что два эффекта противостоят друг другу, и две эдс должны вычитаться. Результатом этого анализа является то, что примерно 0,5 Вольт регулируемой эдс будет представлено для выработки электричества в отдельной установке, содержащей ролики и кольцо с диаметром 1 метр. При получении тока возникает эффект шарикоподшипникового двигателя , который фактически толкает ролики, допуская приобретение роликовыми магнитами значительной электропроводности. (Автор благодарит за данное замечание Пола Ла Виолетте).

В связанной с данной темой работе исследователями Рощиным и Годиным были опубликованы результаты экспериментов с изобретенным ими однокольцевым устройством, названным «Преобразователем магнитной энергии» и имеющим вращающиеся магниты на подшипниках. Устройство было сконструировано как усовершенствование изобретения Серла. Анализ автора этой статьи, приведенный выше, не зависит от того, какие металлы использовались для изготовления колец в конструкции Рощина и Година. Их открытия достаточно убедительны и детальны, что позволит возобновить интерес многих исследователей к этому типу моторов.

Заключение

Итак, существует несколько моторов на постоянных магнитах, которые могут способствовать появлению вечного двигателя с кпд, превышающим 100%. Естественно, необходимо принимать во внимание концепции сохранения энергии, а также должен исследоваться источник предполагаемой дополнительной энергии. Если градиенты постоянного магнитного поля претендуют на появление однонаправленной силы, как это утверждается в учебниках, то наступит момент, когда они будут приняты для выработки полезной энергии. Конфигурация роликового магнита, который в настоящее время принято называть «преобразователем магнитной энергии», также представляет собой уникальную конструкцию магнитного мотора. Проиллюстрированное Рощиным и Годиным в Российском патенте №2155435 устройство является магнитным электродвигателем-генератором, который демонстрирует возможность выработки дополнительной энергии. Так как работа устройства основана на циркулировании цилиндрических магнитов, вращающихся вокруг кольца, то конструкция фактически представляет собой скорее генератор, чем мотор. Однако это устройство является действующим мотором, так как для запуска отдельного электрогенератора используется вращающий момент, вырабатываемый самоподдерживающимся движением магнитов.

Литература

1. Motion Control Handbook (Designfax, May, 1989, p.33)

2. «Faraday’s Law - Quantitative Experiments», Amer. Jour. Phys.,

3. Popular Science, June, 1979

4. IEEE Spectrum 1/97

5. Popular Science (Популярная наука), May, 1979

6. Schaum’s Outline Series, Theory and Problems of Electric

Machines andElectromechanics (Теория и проблемы электрических

машин и электромеханики) (McGraw Hill, 1981)

7. IEEE Spectrum, July, 1997

9. Thomas Valone, The Homopolar Handbook

10. Ibidem, p. 10

11. Electric Spacecraft Journal, Issue 12, 1994

12. Thomas Valone, The Homopolar Handbook, p. 81

13. Ibidem, p. 81

14. Ibidem, p. 54

Tech. Phys. Lett., V. 26, #12, 2000, p.1105-07

Томас Валон Integrity Research Institute, www.integrityresearchinstitute.org

1220 L St. NW, Suite 100-232, Washington, DC 20005