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

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.

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.

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.