Магнитное вращающееся устройство. Магнитный двигатель своими руками сделать возможно

Начало современного этапа в развитии электротехники относится к 90-м годам прошлого столетия, когда решение комплексной энергетической проблемы вызвало к жизни электропередачу электропривод. Электрификация началась тогда, когда оказалось возможным строить крупные электрические станции в местах, богатых первичными энергоресурсами, объединять их работу на общую сеть и снабжать электроэнергией любые центры и объект электропотребления.

Техническая сторона электрификации заключалась в разработ­ке многофазных систем, из которых практика сделала выбор в пользу системы трехфазной. Наиболее важным» и во всяком случае новыми элементами трехфазной системы были электродвига­тели, действие которых основано на использовании явления вращающегося магнитного поля.

Ранее упоминался опыт Араго, в котором диск и вращающийся магнит отражали принцип асинхронного электродвигателя с вра­щающимся магнитным полем. Од­нако это поле создавалось не неподвижным устройством, каким в современных машинах является статор, а вращающимся магнитом (рис. 4.2).

Долгое время явление, откры­тое Араго, не находило практиче­ского применения. Только в 1879 г. У. Бели (Англия) сконструиро­вал прибор (рис. 6.1), в котором пространственное перемещение магнитного поля осуществлялось с помощью неподвижного уст­ройства - путем поочередного намагничивания четырех расположснныхпо периферии круга электромагнитов. Намагничива­ние производилось импульсами постоянного тока, посылаемыми в обмотки электромагнитов специально приспособленным для этого коммутатором. Полярность верхних концов стержней из­менялась в определенной последовательности так, что через каждые восемь переключений коммутатора магнитный поток изменял свое направление п пространстве на 360. Над полюсами электромагнитов, как и в опытах Араго, был подвешен медный диск 2. Бели указывал, что при бесконечно большом числе элект­ромагнитов можно было бы обеспечить равномерное вращение магнитного поля. Прибор Бели не нашел никакого применения. Тем не менее, он был некоторым связующим звеном между опы­том Араго и более поздними исследованиями. С позиций сегод­няшнего дня представляется крайне простым осуществление вращающегося поля в установке Бели или в подобном прибо­ре иной конструкции путем питания электромагнитов синусои­дальными токами с различными начальными фазами. Однако в 80-х годах прошлого столетия на это ушло несколько лет ра­боты и поисков многих ученых, среди которых были француз­ский физик Марсель Депре, разработавший в 1883 г. систему синхронной связи двух движений, авторы одной из конструк­ций индукционных электросчетчиков Борель и Шалленбергер, изобретатель репульсионного двигателя И. Томсон, американский электротехник Ч. Бредли, немецкий инженер Ф. Хазельвандер и др. В связи с этим интересно привести фразу Илайю Томсона: «Трудно составить такую комбинацию из маг­нитов, переменного тока и кусков меди, которая не имела бы тенденции к вращению».

История открытия вращающегося магнитного поля и многофаз­ных систем до крайности запутана. В 90-е годы прошли многие су­дебные процессы, на которых разные фирмы, скупившие патенты изобретателей, пытались утвердить свои права на многофазные системы. Только американская фирма Вестингауз провела более 25 судебных процессов.

Однако исчерпывающие и получившие наибольшую извест­ность экспериментальные и теоретические исследования вращаю­щегося магнитного поля выполнили независимо друг от другавыдающиеся ученые итальянец Галилео Феррарис (1847-1897 гг.) и серб Цикола Тесла (1856-1943 гг.).

Г. Феррарис утверждал, что суть явления вращающегося магнитного поля он осознал еще в 1885 г., но доклад «Электродинами­ческое вращение, произведенное с помощью переменных токов» он сделал в Туринской академии (членом которой он состоял с 1880 г.) 18 марта 1888 г.

Н. Тесла в своей автобиографии рассказывал, что идея двух­фазного асинхронного двигателя родилась у него еще в 1882 г., когда он работал в Будапештской телеграфной компании. Гуляя в парке с другом, он, осененный идеей, «тростью сделал на песке на­бросок принципа, который изложил шесть лет спустя на конфе­ренции в Американском институте электроинженеров». Доклад в этом институте состоялся 16 мая 1888 г., т.е. на два месяца позд­нее доклада Феррариса. Но первую заявку на получение патента на многофазные системы Тесла подал еще 12 октября 1887 г., т.е. ранее выступления Феррариса.

Остановимся сначала на работе Г. Феррариса исходя не из при­оритетных соображений, а из того, что в его работе дан более об­стоятельный теоретический анализ и еще потому, что именно перевод доклада Феррариса в английском журнале попал в свое время в руки М. О. Доливо-Добровольскому и вызвал первый им­пульс в серии последующих замечательных изобретений. Галилео Феррарис был известным в Европе ученым, представ­лявшим Италию на разных международных выставках и конгрес­сах.

Профессор разрабатывал теорию переменных токов и умел в очень ясной форме объяснять трудные физические процессы. Вот как в переложении им было объяснено явление враща­ющегося магнитного поля.

Рассмотрим показанную на рис. 6.2. пространствен­ную диаграмму, на которой ось x: представляет собой положительное направление вектора магнитной индукций создаваемой одной из катушек, а ось у положительноенаправление поля другой катушки. Для момента времени, ког­да индукция одного поля в точке О изображается отрезком OA, а другого - ОВ, суммарная результирующая индукция изобразит­ся отрезком OR. При изменениях OA и ОБ точка R перемещается но кривой, форма которой определяется законами изменений во времени двух полей. Если два поля имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе на четверть периода, то геометрическим мес­том точки R станет окружность. Налицо вращение магнитного поля. Если фазу одного из полей или возбуждающего его тока изменить на 180 , то изменится и направление вращения резуль­тирующего поля. Если поместить в это поле снабженный валом и подшипниками медный цилиндр, то он будет вращаться. Позднее асинхронные двигатели с полым ротором в виде медного стакана получили название двигателей Фер­рариса.

Но как получить два переменных тока, сдвинутых относительно друг друга по фазе Феррарис предложил метод «расщепления фаз», при кото­ром искусственным путем создавался сдвиг по фазе при включении в цепи двух взаимоперпендикулярно распо­ложенных катушек фазосмещающих устройств. На рис. 6.3. показан внеш­ний вид модели двухфазного асинх­ронного двигателя, хранящейся в музее г. Турина, директором которого конца жизни был Галилео Феррарис.

В своем теоретическом анализе Феррарис, находясь в плену методов «слаботочной техники», предположил, что асинхронный Читатель должен работать в режиме, согласованном с источником "чтения, то есть в режиме передачи от источника к двигателю Максимальной мощности. Отсюда вытекало условие работы двига­ла при 50-процентном скольжении, и, как следствие, кпд такого двигателя мог быть только ниже 50 %. «Эти вычисления, - пола­гал Феррарис, - и экспериментальные результаты подтвержда­ет очевидное a priori заключение, что аппарат, основанный на этом принципе, не может иметь какого-либо практического значения...». Эта досадная и поучительная ошибка выдающегося уче­ною снижала ценность открытия и ограничивала область его при­менения только измерительными устройствами. Но именно эта злополучная для Феррариса фраза оказалась счастливой нахшкоЙ дл я Дат 11 по-Доб ронол и-кот.

Никола Тесла, одни из самых известных и плодовитых ученых в области электротехники, начинавший и 80-х подах прошлого ве­ка свою научную карьеру, получил только н области многофазных систем 41 патент. Некоторое время Тесла работал и Эднсоновской компании в Париже (1882-1884 гг.>, а затем переехал в США. В 1888 г. псе своп патенты по многофазным системам Тесла продал главе известной фирмы Джорджу Всстннгаузу, который в своих планах развития техники переменною тока (в противовес компа­нии Эдисона) сделал станку иа работы Тесла. Впоследствии Тесла мною внимания уделял технике высоких частот ("трансформатор Тесла") и идее передачи электроэнергии без проводов. Интересная деталь: прн решении вопроса о стандартизации промышленной частоты, а диапазон предложении был от 25 до 133 Гц, Тесла реши­тельно высказался за принятую им для своих опытных установок частоту 60 Гц. Тогда отказ инженерен Вестннгауза от предложе­ния Тесла послужили начальным импульсом для ученого, решив­шего расстаться с Вестингаулом. Но вскоре именно эта частота бы.1.1 принята н США в качестве стандартной.

В патентах Тесла были описаны различные варианты много­фазных систем, В отличие от Феррариса Тесла полагал, что мно­гофазные токи следует получать от многофазных источников, а не пользоваться фазосмещающими устройствами. Утверждая, что двухфазная система, являясь минимальным вариантом системы многофазной, окажется и наиболее экономичной, Тесла, а вслед за ним и фирма Вестннгауза, основное внимание сосредоточили именно на этой системе.

Схематически система Тесла в ее наиболее характерной фор­ме представлена на рис, 6.4, слепа изображен синхронный гене­ратор, справа - асинхронный двигатель. В генераторе между полюсами вращались две взаимно перпендикулярные катушку в которых генерировались дна тока, сдвинутые по фазе на 90. Концы каждой катушки были выведены на кольца, расположен­ные на валу генератора (на чертеже для ясности эти кольцаимеют различные диаметры).

Ротор двигателя тоже имел обмотку в виде двух расположенных под прямым углом друг к другу замкнутых на себя катушек. Основным недостатком двигателя Тесла, который впоследствии сделал его неконкурентоспособным, было наличие выступающих полюсов с сосредоточенной обмоткой. Эти двигатели имели боль­шое магнитное сопротивление и крайне неблагоприятное распре­деление намагничивающей силы вдоль воздушного зазора, что приводило к ухудшению характеристик машины. Таковы были следствия механического переноса в технику переменного тока конструктивных схем машины постоянного тока.

Конструкция обмотки ротора, как выяснилось позднее, тоже оказалась неудачной. Действительно, выполнение обмоток сосре­доточенными (а не распределенными по всей окружности ротора) при выступающих полюсах на статоре приводило к ухудшению пусковых условий двигателя (зависимость пускового момента от начального положения ротора), а то обстоятельство, что обмотки ротора имели сравнительно большое сопротивление, ухудшало ра­бочие характеристики.

Неудачным оказался и выбор двухфазной системы токов из всех возможных многофазных систем. Известно, что значитель­ную долю стоимости установки для передачи электроэнергии со­ставляют затраты на линейные сооружения и в частности на линейные провода. В связи с этим казалось очевидным, что чемменьше принятое число фаз, тем меньшим будет число прово­дов и тем, следовательно, экономичнее устройство электропе­редачи. Двухфазная система требовала применения четырех проводов, а удвоение числа проводов по сравнению с установ­ками постоянного или однофазного переменного токов пред­ставлялось нежелательным. Поэтому Тесла предлагал в некоторых случаях применять в двухфазной системе трехпроводную линию, то есть делать один провод общим. В этом слу­чае число проводов уменьшалось до трех. Однако расход металла на провода при этом снижался меньше, чем можно было ожидать, так как сечение общего провода должно быть примерно в 1,5 раза (точнее, в 2 раз) больше сечения каж­дого из двух других проводов.

Встретившиеся экономические и технические трудности за­держивали внедрение двухфазной системы в практику. Фирма Вестингауз построила несколько станций по этой системе, из которых наибольшей по масштабам была Ниагарская гидроэлект­ростанция.

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.

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.

Проблема изобретения вечного двигателя начала волновать конструкторов и механиков довольно давно. Наличие такого устройства в масштабных размерах могло бы очень сильно изменить жизнь во всех ее проявлениях и ускорить развитие большинства областей науки и промышленности.

Из истории изобретения магнитного двигателя

История первого появления магнитного двигателя начинается в 1969 году. Именно в этом году бал изобретен и сконструирован первый прототип этого механизма, который состоял из деревянного корпуса и нескольких магнитов.

Сила этих магнитов была настолько слаба, что ее энергии хватало лишь на вращение ротора. Этот магнитный двигатель своими руками создал конструктор Майкл Брэди. Большую часть своей жизни изобретатель посвятил конструированию двигателей. И в 90-х годах прошлого столетия он создал абсолютно новую модель, на которую и получил патент.

Первые шаги

Взяв за основу магнитный двигатель, своими руками и с участием помощника Брэди сконструировал электрогенератор, который имел небольшую мощность в 6 кВт. Источником энергии являлся силовой мотор, который работал исключительно на постоянных магнитах.

Но в этой модели был свой недостаток - обороты и мощность двигателя оставались неизменно постоянными.

Эта возникшая трудность подтолкнула ученых к созданию модели устройства, в котором можно было изменять силу момента вращения и скорость вращения ротора. Для этого понадобилось наряду с постоянными магнитами добавить в конструкцию магнитные катушки для усиления магнитного поля.

Так возможно ли сейчас, когда наука шагнула далеко вперед, и нас окружает большое количество уникальных по своей природе вещей, сконструировать двигатель на постоянных магнитах своими руками? Такой двигатель можно сконструировать, но КПД его будет довольно низким, а само изобретение будет выглядеть, скорее, как демонстрационная модель, нежели серьезный агрегат.

Что понадобится?

Для создания упрощенного прототипа магнитного двигателя понадобятся неодимовые магниты, пластиковый или другой диэлектрический обод, вал с наименьшим сопротивлением вращению, некоторые инструменты и прочие мелочи, которые всегда могут быть под рукой.

Процесс сборки

Начинать собирать магнитный двигатель своими руками следует с прочного закрепления неодимовых магнитов по всей окружности имеющегося обода. Магниты должны быть плоские и иметь максимальную площадь. Закрепить магниты можно при помощи клея, располагаться они должны максимально плотно друг к другу, чтобы создать непрерывное единое магнитное поле. Причем все магниты должны быть обращены наружу одинаковым полюсом.

Обод с прочно зафиксированными на нем магнитами стоит закрепить на горизонтальной плоскости, например, на листе фанеры или доске. В центре данной конструкции нужно расположить вращающийся вал, высотой немного больше, чем высота обода.

От верхней части вала должна отходить планка или трубка из непроводникового материала, длиной немного больше радиуса обода, на котором также будет зафиксирован магнит параллельно магнитному кольцу. Причем это магнит должен располагаться таким же полюсом к остальным магнитам, что и закрепленные на ободе.

Таким образом, придав небольшое ускорение магниту, располагающемуся на валу, можно наблюдать его вращение вокруг оси. При этом вращение будет постоянным, если вокруг обода образованно непрерывное магнитное поле. Такое вращение достигается путем взаимодействия одинаковых по знаку магнитных полей, а именно их отталкивания. Магнитное поле, созданное вокруг обода, является более сильным и старается вытолкнуть одиночный магнит за свои пределы, что и вызывает его вращение.

Даже если использовать более сильные магниты, то потенциал данного устройства будет очень малым и никакой практической функции нести не может. Если же попытаться воссоздать его в крупном масштабе, то создаваемое магнитное поле будет настолько мощным, что находиться в зоне его действия человеку будет очень опасно. Помимо этого, силы огромных магнитов может быть достаточно, чтобы возникли неразрешимые проблемы при их транспортировке, связанные с притяжением техники, рельс и прочих металлических предметов.

В будущее с вечным двигателем

Возможность изобретения вечного двигателя неоднократно опровергалась на протяжении многих десятков лет многими физиками, конструкторами и другими учеными. Невозможность его создания доказывалась теоретически и стимулировала возникновение различных законов и постулатов.

Надежда всегда остается, ведь в мире существует огромное количество необъяснимых явлений, секрет которых может послужить новым толчком в развитии науки. Ведь имея возможность сконструировать вечный двигатель и рационально его использовать, можно забыть раз и навсегда о большом количестве проблем, которые поглощают цивилизации в глобальных масштабах.

Можно раз и навсегда позабыть о проблеме добычи топливных ресурсов и, как следствие, об экологической проблеме, возникающей в результате их использования. Создание вечного магнитного двигателя позволит сохранить леса, водные ресурсы и больше никогда не возвращаться к вопросам, связанным с энергетической нестабильностью. Имена изобретателей этого шедевра могут вознестись на пик известности и почитания и быть вписанными в историю на многие века. Ведь эти люди будут достойны наивысших богатств, наград и почестей за свои достижения.

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?