Содержание:

Современные инженеры регулярно проводят эксперименты по созданию устройств с нетрадиционной и нестандартной конструкцией, таких как, например, аппарат вращения на . Среди этих механизмов следует отметить и соленоидный двигатель, преобразующий энергию электрического тока в механическую энергию. Соленоидные двигатели могут состоять из одной или нескольких катушек - соленоидов.

В первом случае задействована всего лишь одна катушка, при включении и выключении которой происходит механическое движение кривошипно-шатунного механизма. Во втором варианте используется несколько катушек, включающихся поочередно с помощью вентилей, когда подача тока от источника питания осуществляется в один из полупериодов синусоидального напряжения. Возвратно-поступательные движения сердечников приводят в движение колесо или коленчатый вал.

Соленоидный двигатель принцип работы

В соответствии с основной классификацией, соленоидные двигатели бывают резонансными и нерезонансными. В свою очередь, существует однокатушечная и многокатушечная конструкции нерезонансных двигателей. Известны также параметрические двигатели, в которых сердечник втягивается в соленоид, но занимает нужное положение при достижении магнитного равновесия после нескольких колебаний. При совпадении частоты сети с собственными колебаниями сердечника может произойти резонанс.

Соленоидные двигатели отличаются компактностью и простотой конструкции. Среди недостатков следует отметить низкий коэффициент полезного действия этих устройств и высокую скорость движения. До настоящего времени эти недостатки не удалось преодолеть, поэтому данные механизмы не нашли широкого применения на практике.

Рабочая катушка однокатушечных устройств включается и выключается с помощью механического выключателя, за счет действия тела сердечника или полупроводниковым вентилем. В обоих вариантах обратный ход обеспечивается пружиной, обладающей упругостью. В двигателях с несколькими катушками рабочие органы включаются только вентилями, когда к каждой катушке по очереди подводится ток в промежутке одного из полупериодов синусоидального напряжения. Сердечники катушек начинают поочередно втягиваться, в результате, это приводит к совершению возвратно-поступательных движений. Эти движения через приводы передаются на различные двигатели, выполняющие функцию исполнительных механизмов.

Устройство соленоидного двигателя

Существуют различные типы механических и электрических устройств, работа которых основывается на преобразовании одного вида энергии в другой. Их основные типы широко используются во всех машинах и механизмах, применяемых на производстве и в быту. Существуют и нетрадиционные аппараты, работа над которыми осуществляется пока на уровне экспериментов. К ним можно отнести и соленоидные двигатели, работающие на основе магнитного действия тока. Его основным преимуществом считается простота конструкции и доступность материалов для изготовления.

Основным элементом данного устройства является катушка, по которой пропускается электрический ток. Это приводит к образованию магнитного поля, втягивающего внутрь плунжер, выполненный в виде стального сердечника. Далее, с помощью кривошипно-шатунного механизма, поступательные движения сердечника преобразуются во вращательное движение вала. Можно использовать любое количество катушек, однако, наиболее оптимальным считается вариант с двумя элементами. Все эти факторы нужно обязательно учитывать при решении вопроса как сделать соленоидный двигатель своими руками из подручных материалов.

Нередко рассматривается вариант с тремя катушками, отличающийся более сложной конструкцией. Тем не менее, он обладает более высокой мощностью и работает значительно равномернее, не требуя маховика для плавности хода.

Работа данного устройства осуществляется следующим образом.

• Из электрической сети ток попадает на распределитель через щетку соленоида, после чего поступает уже непосредственно в этот соленоид.
• После прохождения по обмотке, ток вновь возвращается в сеть через общие кольца и щетку, установленные в распределителе. Прохождение тока приводит к образованию сильного магнитного поля, втягивающего плунжер внутрь катушки к ее середине.
• Далее поступательное движение плунжера передается шатуну и кривошипу, осуществляющих поворот коленчатого вала. Одновременно с валом происходит поворот распределителя тока, запускающего в действие следующий соленоид.
• Второй соленоид начинает действовать еще до окончания работы первого элемента. Таким образом, он оказывает помощь при ослаблении тяги плунжера первого соленоида, поскольку уменьшается длина его плеча в процессе поворота кривошипа.
• После второго соленоида в работу включается следующая - третья катушка и весь цикл полностью повторяется.

Соленоидный двигатель своими руками

Лучшим материалом для катушек считается текстолит или древесина твердых пород. Для намотки используется провод ПЭЛ-1 диаметром 0,2-0,3 мм. Наматывание выполняется в количестве 8-10 тыс. витков, обеспечивая сопротивление каждой катушки в пределах 200-400 Ом. После намотки каждых 500 витков делаются тонкие бумажные прокладки и так до окончательного заполнения каркаса.

Для изготовления плунжера применяется мягкая сталь. Шатуны могут быть изготовлены из велосипедных спиц. Верхнюю головку нужно делать в виде небольшого кольцеобразного ушка с необходимым внутренним диаметром. Нижняя головка оборудуется специальным захватом для крепления на шейке коленчатого вала. Он изготавливается из двух жестяных полосок и представляет собой вилку, которая надевается на шейку кривошипа. Окончательное крепление вилки осуществляется медной проволокой, продеваемой через отверстия. Шатунная вилка надевается на втулку, выполненную из медной, бронзовой или латунной трубки.

Коленчатый вал делается из металлического стержня. Его кривошипы располагаются под углом 120 градусов относительно друг друга. На одной стороне коленчатого вала закрепляется распределитель тока, а на другой - маховик в виде шкива с канавкой под приводной ремень.

Для изготовления распределителя тока можно использовать латунное кольцо или отрезок трубки подходящего диаметра. Получается одно целое кольцо и три полукольца, расположенные по отношению друг к другу со сдвигом на 120 градусов. Щетки делаются из пружинных пластинок или слегка расклепанной стальной проволоки.

Крепление втулки распределителя тока производится на текстолитовый валик, надеваемый на один из концов коленчатого вала. Все крепления осуществляются с помощью клея БФ и шпонок, изготавливаемых из тонкой проволоки или иголок. Установка распределителя выполняется таким образом, чтобы включение первой катушки происходило при нахождении плунжера в самом нижнем положении. Если провода, идущие от катушек на щетки, поменять местами, то вращение вала будет происходить в обратном направлении.

Установка катушек производится в вертикальном положении. Они закрепляются разными способами, например, деревянными планками, в которых предусмотрены углубления под корпуса катушек. По краям крепятся боковины из фанеры или листового металла, в которых предусмотрены места под установку подшипников под коленчатый вал или латунных втулок. При наличии металлических боковин, крепление втулок или подшипников производится методом пайки. Подшипники рекомендуется устанавливать и в средней части коленчатого вала. С этой целью предусматриваются специальные жестяные или деревянные стойки.

Во избежание сдвига коленчатого вала в ту или иную сторону на его концы рекомендуется припаять кольца из медной проволоки, на расстоянии примерно 0,5 мм от подшипников. Сам двигатель должен быть защищен жестяным или фанерным кожухом. Расчеты двигателя выполняются исходя из переменного электрического тока, напряжением 220 вольт. В случае необходимости устройство может функционировать и при постоянном токе. Если же сетевое напряжение составляет всего 127 вольт, количество витков катушки следует снизить на 4-5 тысяч витков, а сечение провода уменьшить до 0,4 мм. При условии правильной сборки, мощность соленоидного двигателя составит в среднем 30-50 Вт.

Как сделать соленоидный двигатель в домашних условиях

Изобретение относится к энергомашиностроению и электротехнике, а именно к устройствам, использующим энергию постоянных и электромагнитов. Оно может быть использовано в качестве привода с широким диапазоном мощности для экологически чистых двигателей, электрогенераторов.

Задачей изобретения, является создание более простой конструкции электромагнитного двигателя, который обладает лучшими тяговыми характеристиками. Предлагаемая конструкция должна обеспечить более эффективное преобразование магнитного поля постоянных и электромагнитов в энергию движения. Еще одной задачей является расширение арсенала экологически чистых технических средств.

Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном двигателе, содержится по меньшей мере один подвижный и один неподвижный коаксиальные магнитные элементы, взаимодействующие их магнитными полями преимущественно вдоль их поверхностей с ускорением в направлении движения подвижного элемента на участке траектории.

Такой магнитный двигатель согласно изобретению отличается тем, что взаимодействующие магнитные элементы выполнены коаксиальными, что намного увеличивает площадь взаимодействия подвижных и неподвижных магнитных элементов. У коаксиальных магнитных элементов к тому же плотность взаимодействия магнитных полей больше чем у плоских пластинчатых магнитов, которые рассеяны в отличии от коаксиальных.

Магнитные элементы одной из групп установлены по окружности и связаны с осью вращения, совпадающей с осью окружности установки другой группы элементов, причем обе окружности совпадают, а одна группа магнитных элементов имеет продольные щели во внутреннем радиальном направлении, причем ширина щелей достаточна для прохождения элементов осевой связи другой группы магнитных элементов.

При этом элемент осевой связи одной из групп магнитных элементов может быть выполнен в виде диска.

Альтернативно элементы осевой связи одной из групп магнитных элементов выполнены в виде спиц или пластин.

В варианте конкретной реализации магнитный двигатель содержит подвижный элемент, например, в виде поверхности, имеющей возможность вращаться по окружности, на которой закреплено n-магнитных элементов, которые установлены с возможностью взаимодействия с m - магнитными элементами, установленными неподвижно. Если каждый из магнитных элементов, входящих в группу m, выполнен в виде постоянного магнита, то магнитные элементы группы n выполнены в виде электромагнита. Одна из групп магнитных элементов (m или n) состоит из магнитных элементов, каждый из которых выполнен со сквозным каналом, соединяющим торцы этого магнитного элемента и плоской щелью, соединяющей внешнюю поверхность магнитного элемента со сквозным каналом по всей длине. Другая группа магнитных элементов включает магнитные элементы, каждый из которых установлен таким образом, что он имеет возможность проходить через сквозной канал магнитного элемента из другой группы. Магнитные элементы одной из групп представляют собой электромагниты, витки которой(го) уложены таким образом, чтобы не перекрывать плоскую щель, соединяющую по всей длине сквозной канал с внешней поверхностью магнитного элемента.

В случае когда магнитные элементы одной из групп являются внешними элементами взаимодействующих коаксиальных магнитных элементов и являются электромагнитом, то их витки уложены таки образом, чтобы не перекрывать плоскую щель, соединяющую по всей длине сквозной канал с внешней поверхностью магнитного элемента. А внутренними элементами являются постоянные магниты из другой группы, взаимодействующих коаксиальных элементов и представляют собой слегка изогнутый стержень, форму которого лучше всего описывается как часть тела, имеющую тороидальную поверхность.

В другом случае когда магнитные элементы одной из групп являются внешними элементами взаимодействующих коаксиальных магнитных элементов и являются постоянными магнитами, то каждый из них имеют сквозной канал соединяющий торцы этого магнитного элемента и плоскую цель, соединяющий внешнюю поверхность магнитного элемента со сквозным каналом по всей длине. А внутренними магнитными элементами являются электромагниты, из другой группы взаимодействующих коаксиальных магнитных элементов и представляют собой слегка изогнутый стержень, форму которого лучше всего описывается как часть тела, имеющую тороидальную поверхность.

Принцип работы предлагаемого двигателя покажем в двух вариантах. В одном варианте одна из групп магнитных элементов, которые являются неподвижными электромагнитами, жестко закреплены на корпусе электродвигателя. Другая группа магнитных элементов закреплены на роторе электродвигателя с помощью держателей. Подвижные магнитные элементы представляющие собой постоянные магниты, которые могут свободно проходить через сквозные каналы неподвижных электромагнитов. В начальной стадии работы электродвигателя электрический ток подается на неподвижные электромагниты. В электромагнитах появляется электромагнитное поле которое втягивает подвижные постоянные магниты в свою полость. Подвижные постоянные магниты которым придано ускорение за счет взаимодействия магнитных полей на входе в каналы электромагнитов, продолжает движение по каналу и приближается к выходному отверстию электромагнита. Полярность этой части электромагнита совпадает с полярностью с приближающейся частью подвижного постоянного магнита. Однако резкого торможения подвижного постоянного магнита не происходит так как в это время автоматически с помощью электронного или механического коммутатора в электромагниты подается электрический ток противоположной полярности. В следствии чего подвижный постоянный магнит продолжает движение получив дополнительное ускорение и выходит из полости электромагнита и приближается к следующему неподвижному электромагниту расположенному на окружности. По мере приближения к следующему электромагниту приближаются и их взаимодействующие магнитные поля одинаковой полярности и в это время происходит последующая смена полярности неподвижного электромагнита. И подвижный постоянный магнит продолжает свое движение. Описанный процесс может непрерывно повторяться не только для одного постоянного магнита и электромагнита но для нескольких других подвижных и неподвижных магнитов.

Магнитные элементы могут быть выполнены, как в виде постоянных магнитов, так и в виде электромагнитов или их комбинаций, закрепленных на кольце или на ином роторе.

Другой вариант конструктивного выполнения электродвигателя приводится ниже.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется прилагаемыми графическими материалами:

На фиг. 1 изображен электромагнитный двигатель в варианте когда неподвижные магниты – электромагниты, а подвижные магниты – постоянные магниты.

На фиг. 2 –продольный разрез А-А электромагнитного двигателя с четырех роторной конструкцией.

На фиг. 3 – поперечный разрез В-В электромагнитного двигателя.

На фиг. 4 и фиг. 5 варианты электромагнитного двигателя с более большой площадью взаимодействия между магнитными элементами (взаимодействующие магнитные элементы вытянутой формы).

На фиг. 6 электромагнитный двигатель в варианте когда неподвижные магниты – постоянные магниты, а подвижные магниты – электромагниты.

Еще в одном варианте предлагаемый магнитный двигатель относится к одному из примеров предпочтительного осуществления изобретении. Он состоит из корпуса 1 (фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 6) и крышки корпуса 9 неподвижных постоянных магнитов 2 с плоской щелью, жестко закрепленные на корпусе 1. Подвижные электромагниты 3 жестко закрепленные на роторе 5 с помощью держателей 4. Ротор 5 жестко закреплен на вале 6 с возможностью вращения вместе с валом 6. Корпус 1, крышка корпуса 9, держатель 4 и вал 6 выполнены из материала, который не взаимодействует с магнитами. Неподвижный постоянный магнит 2 представляет собой часть тела тороидальной формы со сквозным каналом соединяющим торцы этого тела и полой щелью, соединяющей внешнюю поверхность со сквозным каналом по всей длине этого тела.

Подвижный электромагнит 3 представляет собой слегка изогнутый стержень, форма которого лучше всего описывается как часть тела, имеющего тороидальную поверхность. Концы катушек 7 электромагнитов 3 закреплены на элементах токосъема 8 и запитываются электрически током посредством скользящих пластин коммутатора (коммутатор-распределитель не показан). Коммутатор-распределитель меняет полярность подаваемого электрического тока в зависимости от места расположения электромагнита 3 относительно неподвижного постоянного магнита 2.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом. Как показано на фиг. 6 электромагниты 3 закрепленные в держателях 4 на вращающем роторе 5 могут проходить через каналы неподвижных постоянных магнитов 2. При подаче электрического тока на элементы токосъема 8 через коммутатор в электромагнитах 3, концы катушек 7, которые закреплены на токосъемах 8, возбуждается электромагнитное поле. Электромагнит 3 втягивается в сквозной канал постоянного магнита 2, так как полярность полюсов электромагнита 3 и постоянного магнита 2 в момент их приближения к друг другу противоположна. Электромагнит 3, которому придано ускорение взаимодействием магнитных полей на входе в канал, продолжает движение и приближается к другой части выходному отверстию канала постоянного магнита. Однако резкого торможения электромагнита 3 не происходит. Конструктивно обеспечено выполнение условия, при котором автоматически с помощью электронного или механического коммутатора в электромагниты 3 подается электрический ток противоположной полярности. В следствии чего постоянный магнит 2 выталкивает из своей полости электромагнит 3 так как меняется полярность электромагнита 3 на противоположную, взаимодействующие магнитные поля электромагнита 3 и постоянного магнита 2 в данном участке одноименные. Последующие перемещение электромагнита 3 вместе с ротором 5 и валом 6 обеспечивает приближение электромагнита 3 к следующему постоянному магниту 2, расположенному по окружности. По мере приближения взаимодействующих одноименных полюсов электромагнита 3 и постоянного магнита 2 происходит следующая смена полярности электромагнита 3. И электромагнит 3 продолжает свое движение. Описанный процесс непрерывно повторяется не только для описанного электромагнита 3, но и для каждого электромагнита из числа закрепленных таким же образом на роторе 5.

Так возможно исполнение предлагаемого двигателя с продолговатыми формами взаимодействующих магнитных элементов (фиг. 4), что увеличивает их площадь взаимодействия. Из чего следует увеличение мощности электродвигателя.

Следует иметь в виду, что для специалиста в данной области техники становится очевидным возможные изменения и модификации предлагаемого изобретения.

Еще одним направлением использования предлагаемого изобретения является возможность использования его в виде конструкций, каждая секция которых включает свой ротор с закрепленными магнитными элементами, взаимодействующими с неподвижными магнитными элементами.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа № 14»

Увеличение коэффициента полезного действия соленоидного двигателя

г. Прокопьевск, 2015

План исследований

Изучая на уроках физики различные физические явления, меня наиболее заинтересовал электромагнетизм. Я стала читать множество различной литературы. Изучая историю электромагнетизма, я прочитала об изобретении первого электродвигателя. Я стала изучать различные виды электромагнитных двигателей, и в одной из энциклопедий прочитала о соленоидном двигателе. Удивившись, насколько прост может быть принцип работы электромагнитного двигателя, я решила собрать его прототип. Для этого я начала искать комплектующие и детали. Вместо соленоида с ферримагнитным сердечником я решила использовать активатор для автомобильных дверей. Также для работы мне понадобились контакт, кулачок, проволока, маховик, подставки, крепежи. Первым этапом я собрала саму конструкцию двигателя. Затем я подключила электрическую схему и начала регулировку. Отрегулировав всю систему, я запустила двигатель. Двигатель рассчитан на напряжение 12 Вольт, но мне показалось, что для такого напряжения он выдает малое количество оборотов. Я решила измерить его коэффициент полезного действия. Для этого я изучила различные методы измерения КПД.

Измерю напряжение и силу тока на входе в двигатель, для этого использую амперметр и вольтметр. Таким образом, я найду мощность на входе двигателя. Затем я измерю число оборотов за 10 секунд и найду частоту вращения двигателя. Следующим этапом мне нужно рассчитать тормозящий момент, для этого подберу грузик, под тяжестью которого двигатель перестает работать. Найду силу, которая действовала на двигатель с помощью формулы: F= mg. И перемножу эту силу с радиусом маховика, на который подвешивала грузик. Вычислю мощность на выходе. Отношение мощности на выходе к мощности на входе двигателя и будет коэффициентом полезного действия.

Выполнив все эти расчеты, получила коэффициент полезного действия первого двигателя равным 0.2%. Я задумалась о причине столь маленького значения. Изучив литературу, я пришла к выводу, что хоть движение по инерции является равномерным, но в данном двигателе из-за большого трения, это движение можно назвать равнозамедленным. И так как ѕ всей работы двигателя происходит именно этот вид движения, коэффициент полезного двигателя очень низок. Поняв причину низкого кпд, я задумалась о частичном решении этой проблемы. Для этого нужно было уменьшить время движения по инерции. Это было возможно сделать, если каждый такт менять полярность на соленоид с ферромагнитным сердечником. Для этого я создала новую электрическую схему.

Рис.1 – Электрическая схема двигателя.

Теперь, в первом такте работы электрический ток, протекая через 1-й и 2-й контакт, подают плюс на W-сторону катушки, а минус на N - сторону. В катушке возникает магнитное поле, и она втягивает сердечник. Во втором такте работы, первые 2 контакта размыкаются, а 3-й и 4-й контакт замыкаются. При этом они подключены к схеме так, что плюс теперь подается на N-сторону а минус на W-сторону. В катушке снова возникает магнитное поле, но уже в противоположную сторону, сердечник отталкивается от катушки и все повторяется по тактам.

Рассчитав кпд усовершенствованной модели, я выяснила, что он составляет 1.1 % . Это по-прежнему очень низкое значение, но в 5.5 раз больше значения КПД в 1-м двигателе, а значит, благодаря новой электрической схеме и увеличенному числу контактов, можно увеличить кпд соленоидного двигателя.

Моя установка уже нашла свое применение. Она является достойным экспонатом школьного музея занимательной физики «Вечный двигатель».

Настоящая статья посвящена разработке и описанию принципа работы, конструкций и электрической схемы простого оригинального «вечного» электромагнитного двигателя –генератора нового типа с электромагнитом на статоре и всего с одним постоянным магнитом(ПМ) на роторе, с вращением этого ПМ в рабочем зазоре этого электромагнита.

ВЕЧНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР С ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ НА СТАТОРЕ И МАГНИТОМ НА РОТОРЕ

1. Введение
2. Сколько энергии спрятано в постоянном магните и откуда она там?
3. Краткий обзор электромагнитных двигателей и генераторов с ПМ
4. Описание конструкции и электрики модернизированного электромагнитного мотор-генератора с электромагнитом переменного тока
5. Обратимый электромагнитный двигатель с внешним ПМ на роторе
6. Описание работы «вечного» электромагнитного двигателя-генератора
7. Необходимые узлы и алгоритмы управления для работы данного электромагнитного мотор-генератора в режиме «вечного двигателя»
8. Алгоритм реверса электрического тока в обмотке электромагнита в зависимости от положения магнитного
9. Выбор и расчет элементов и оборудования для ЭМДГ
10. Малозатратный электромагнит ЭМД (основы конструирования и расчета)
11. Правильный выбор постоянных магнитов ротора ЭМД
12. Выбор электрогенератора для макетирования ЭМДГ
13. Вечный шторочный электромагнитный мотор- генератор
14. Вечный электромагнитный двигатель на обычном индукционном электросчетчике
15. Сравнение энергетических показателей нового ЭМДГ с аналогами
16. Заключение

ВВЕДЕНИЕ

Проблема создания вечных двигателей многие столетия будоражит умы многих изобретателей и ученых всего мира и является по-прежнему актуальной.

Интерес к этой теме «вечных двигателей» со стороны мирового сообщества по- прежнему огромный и все возрастающий, по мере роста потребностей цивилизации в энергии и в связи со скорым исчерпанием органического невозобновляемого топлива и особенно в связи с наступлением глобального энергетического и экологического кризиса цивилизации. При построении общества будущего, безусловно, важно заниматься разработкой новых источников энергии, способных обеспечить наши потребности. А сегодня для России и многих иных стран это просто жизненно необходимо. В будущем восстановлении страны и грядущем энергетическом кризисе новые источники энергии, основанные на прорывных технологиях, будут совершенно необходимы.

Взоры многих талантливых изобретателей, инженеров и ученых давно прикованы к постоянным магнитам (ПМ) и к их таинственной и удивительной энергетике. Причем этот интерес к ПМ даже усиливается в последние годы, в связи со значительным прогрессом в создании сильных ПМ, а отчасти, в связи с простотой предлагаемых конструкций магнитных двигателей (МД).

Сколько энергии спрятано в постоянном магните и откуда она там?

Очевидно, что современные компактные и мощные ПМ таят в себе значительную скрытую энергию магнитного поля. И цель изобретателей и разработчиков таких магнитных двигателей и генераторов состоит в выделении и преобразовании этой скрытой энергии ПМ в иные виды энергии, например, в механическую энергию непрерывного вращение магнитного ротора или в электроэнергию. Уголь при сгорании выделяет 33 Дж на грамм, нефть, которая через 10-15 лет у нас начнет подходить к концу, выделяет 44 Дж на грамм, грамм урана дает 43 миллиарда Дж энергии. В постоянном магните теоретически содержится 17 миллиардов Дж энергии. на один грамм. Конечно, как и у обычных источников энергии, КПД магнита не будет стопроцентным, к тому же у ферритового магнита срок жизни около 70 лет, при условии, что на него не действуют сильные физические, температурные и магнитные нагрузки, впрочем, при таком количестве заключенной в нем энергии, это не так уж и важно. К тому же, есть еще уже серийные промышленные магниты из редких металлов, которые в десять раз сильнее ферритовых и соответственно эффективнее. Потерявший силу магнит можно просто «перезарядить» сильным магнитным полем. Однако вопрос «откуда в ПМ столько энергии» — остается в науке пока открытым. Многие ученые считают, что энергия в ПМ непрерывно поступает извне от эфира (физического вакуума). А иные исследователи утверждают, что она просто возникает в нем самом из-за намагниченного материала ПМ. Пока ясности тут нет.

КРАТКИЙ ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ГЕНЕРАТОРОВ

В мире есть уже много патентов и инженерных решений различных конструкций магнитных двигателей – но практически пока нет в показе таких действующих МД в режиме «вечных двигателей». И до сих пор «вечные» промышленные магнитные двигатели (МД) так не созданы и не освоены в серии и не внедряются в реалии и тем более их нет пока в открытой продаже. К сожалению, известная информация в Интернете о серийных магнитных мотор-генераторах фирм «Перендев» (Германия) и «Акойл-энергия» пока в реалии не подтверждается. Возможных причин медленного реального в металле прогресса в МД много, но по-видимому главные причины две: или по причине засекречивания этих разработок они не доводятся до серийного производства или по причине низких энергетических показателей опытно-промышленных образцов МД. Следует отметить, что некоторые проблемы создания чисто магнитных двигателей с механическими компенсаторами и магнитными экранами, например, МД шторочного типа, наукой и техникой пока так полностью, и не решены.

Классификация и краткий анализ некоторых известных МД

1. Магнито–механические магнитные моторы Дудышева /1-3/. При их конструктивной доводке вполне могут работать в режиме “вечных двигателей”.
2. Двигатель МД Калинина – неработоспособный возвратно-поступательный МД с вращающимся магнитным экраном — МД по причине не доведенного до правильного конструктивного решения пружинного компенсатора.
3. Электромагнитный мотор «Перендев» – классический электромагнитный двигатель с ПМ на роторе и компенсатором, неработоспособный без процесса коммутации в зонах прохождения мертвых точек удержания ротора с ПМ. В нем возможны два вида коммутации (позволяющей проходить «точку удержания» ПМ ротора — механическая и электромагнитная. Первая автоматически сводит задачу к закольцованному варианту SMOT’a (и ограничивает скорость вращения, а значит и мощность), о второй ниже. В режиме «вечного двигателя» работать не может.
4. Электромагнитный Двигатель Минато — классический пример электромагнитного двигателя с ПМ ротора и электромагнитным компенсатором, обеспечивающим проход магнитного ротора «точки удержания» (по Минато «точка коллапса»). В принципе это просто рабочий электромагнитный мотор с повышенным кпд. Максимальный достижимый КПД — ориентировочно 100% неработоспособен в режиме «вечного» МД.
5. Мотор Джонсона — аналог электромагнитного мотора «Перендев» с компенсатором, но с еще более низкой энергетикой.
6. Магнитный мотор–генератор Шкондина – электромагнитный мотор с ПМ, работающий на силах магнитного отталкивания ПМ (без компенсатора). Конструктивно сложен, имеет коллекторно-щеточный узел, его к.п.д. порядка 70-80%. Неработоспособен в режиме вечного МД.
7. Электромагнитый Мотор–генератор Адамса – это по сути наиболее совершенный из всех известных — электромагнитный мотор–генератор, работающий как и мотор-колесо Шкондина, только на силах магнитного отталкивания ПМ от торцов электромагнитов. Но этот мотор-генератор на ПМ конструктивно намного проще магнитного мотора–генератора Шкондина. В принципе, его КПД может только приближаться к 100%, но только обязательно при условии коммутации обмотки электромагнита коротким высокоинтенсивным импульсом с заряженного конденсатора. Неработоспособен в режиме «вечного» МД.
8. Электромагнитный мотор Дудышева . Обратимый электромагнитный двигатель с внешним магнитным ротором и центральным статорным электромагнитом). КПД его не более 100% из-за разомкнутости магнитопровода /3/. Этот ЭМД проверен в работе (фото макета имеется).

Известны и другие ЭМД, но они примерно таких же принципов действия. Но тем не менее, развитие теории и практики магнитных двигателей в мире все же постепенно идет. И особенно ощутимый реальный прогресс по МД наметился именно по малозатратным совмещенным магнито-электромагнитным двигателям с применением в них высокоэффективных постоянных магнитов. Эти ближайшие аналоги столь важных для мирового сообщества — прообразы вечных магнитных двигателей называются — электромагнитные двигатели–генераторы (ЭМДГ) с электромагнитами и постоянными магнитами на статоре или роторе. Причем они уже реально существуют непрерывно совершенствуются и даже некоторые из них уже серийно выпускаются. Достаточно много появилось сообщений в Интернете и статей о их конструкциях с фото и их экспериментальных исследованиях. Например, известны эффективные, уже испытанные в металле — относительно малозатратные электромагнитные моторы–генераторы Адамса /1/. Причем некоторые простейшие конструкции совмещенных ЭМДГ даже уже дошли до серийного выпуска и массового внедрения. Это, например, серийные электромагнитные мотор-колеса Шкондина, применяемые на электровелосипедах.

Однако конструкции и энергетика всех известных ЭМДГ пока еще достаточно неэффективные, что не позволяет им работать в режиме «вечного двигателя», т.е. без внешнего источника электроэнергии.

Тем не менее, пути конструктивного и радикального энергетического совершенствования известных ЭМДГ есть. И именно такие более энергетически совершенные их варианты, которые могут справиться с этой непростой задачей – полностью автономной работы в режиме «вечного» электромагнитного мотор- генератора -вообще без потребления электроэнергии от внешнего источника и рассматриваются в настоящей статье.

Настоящая статья посвящена разработке и описанию принципа работы оригинальной конструкции простого электромагнитного двигателя –генератора нового типа с дуговым электромагнитом на статоре и всего с одним постоянным магнитом(ПМ) на роторе, с полярным вращением этого ПМ в зазоре электромагнита, которая вполне работоспособна и в режиме «вечного двигателя-генератора».

Ранее и частично данная конструкция такого необычного полярного ЭМД в ином обратимом варианте уже апробирована на действующих макетах автора статьи и показала работоспособность и достаточно высокие энергетические показатели.

Описание конструкции и электрической схемы модернизированного ЭМДГ

Рис.1 Электромагнитный мотор-генератор с ПМ на роторе, внешним электромагнитом переменного тока на статоре и электрогенератором на валу магнитного ротора

Упрощенная конструкция электромагнитного двигателя- генератора (ЭМДГ) такого типа и его электрическая часть приведены на рис. 1. Она состоит из трех основных узлов – из непосредственно МД с электромагнитом на статоре и ПМ на роторе и электромеханического генератора на одном валу с МД. Устройство МД состоит из статорного статического электромагнита 1, выполненного на кольцевом с вырезанным сегменте или на дуговом магнитопроводе 2 с индуктивной катушкой 3 этого электромагнита и присоединенным к ней электронным коммутатором реверса тока в катушке 3 и постоянного магнита (ПМ) 4, жестко размещенного на роторе 5 в рабочем зазоре этого электромагнита 1. Вал вращения ротора 5 ЭМД соединен муфтой с валом 7 электрогенератора 8. Устройство снабжено простейшим регулятором -электронным коммутатором 6, (автономным инвертором), выполненным по схеме простого мостового полууправляемого автономного инвертора, электрически присоединенного по выходу к индуктивной обмотке 3 электромагнита 2 а по входу электропитания — к автономному источнику электроэнергии 10. Причем реверсивная индуктивная обмотка 3 электромагнита 1 включена в диагональ переменного тока этого коммутатора 6 а по цепи постоянного тока этот коммутатор 6 присоединен к буферному источнику постоянного тока 10, например к аккумуляторной батарее (АБ) Электрический выход электромашинного генератора 8 присоединен либо непосредственно к обмоткам индуктивной катушки 3, либо через промежуточный электронный выпрямитель(не показан)к буферному источнику постоянного тока (типа АБ) 7.

Мостовой простейший электронный коммутатор (автономный инвертор) выполнен на 4-х полупроводниковых вентилях, содержит в плечах моста два силовых транзистора 9 и два неуправлямых бесконтактных ключа односторонней проводимости (диода) 10. На электромагнитном статоре 1 этого МД размещены также два датчика 11 положения магнита ПМ 5 ротора 6, вблизи траектории его движения 15 причем в качестве датчика положения ПМ-магнита 5 ротора использованы простые контактные датчики напряженности магнитного поля – герконы. Эти датчики положения 11 магнита 4 ротора 5 размещены в квадратуре — один датчик размешен возле торца соленоида с полюсами а второй- со сдвигом на 90 градусов (герконовые реле), вблизи траектории вращения ПМ5 ротора 6. Выходы этих датчиков положения 11 ПМ 5 ротора -герконовых реле присоединены через усилительно- логическое устройство 12 на управляющие входы транзисторов 9. К выходной обмотке электрогенератора 8 присоединена через выключатель (не показан) полезная электрическая нагрузка 13. В электрической цепи коммутатора 6 и цепи электропитания катушки 3 имеется элементы защиты и управления, в частности автоматический переключатель от пускового блока постоянного тока на полное электропитание от электрогенератора 8 (не показаны).

Отметим основные конструктивные особенности такого МД по сравнению с аналогами:

1. Применен многовитковый экономичный низкоамперный дуговой электромагнит.

2. Постоянный магнит 4 ротора 5 вращается в зазоре дугового электромагнита 1, именно магнитными силами притягивания – отталкивания ПМ 5. Вследствии изменения магнитной полярности магнитных полюсов в зазоре этого электромагнита при циклическом переключения (реверсе) направления тока в катушке 3 электромагнита 1 от коммутатора 5 по команде датчиков положения 11 ПМ магнита 4 ротора 5. Отметим также, что ротор 5 целесообразно делать массивным из немагнитного материала для выполнения им полезной функции маховика-инерциоида.

Обратимый электромагнитный двигатель с внешним ПМ на роторе

В принципе, возможен и обратимый вариант конструкции ЭМД, в котором ротор с постоянным магнитом ПМ на ободе размещен снаружи электромагнита. Ранее такой вариант обратимого ЭМД автором статьи был разработан, создан и успешно опробован в работе, причем еще в 1986 г. Ниже, на рис.2,3 приводится также упрощенная конструкция такого апробированного ранее ЭМДГ, описанная ранее в статьях автора /2-3/

Конструкция (неполная) макета простейшего ЭМД с внешним постоянным магнитом на роторе и со снятым электромагнитом статора ЭМД, показана на фото (рис.3). В реалии электромагнит размещен штатно в центре цилиндрического диэлектрического немагнитного прозрачного цилиндра с верхней крышкой, на которой крепится вал вращения данного ЭМД. Коммутатор и прочая электрика на фото не показаны.

Рис.2 Обратимый ЭМДГ с внешним МП- магнитным ротором (неполная конструкция)

Обозначения:

1. постоянный магнит (ПМ1)
2. постоянный магнит (ПМ2)
3. кольцевой ротор ЭМД(ПМ1,2 жестко размещены на роторе)
4. обмотка неподвижного статорного электромагнита (независимая подвеска)
5. магнитопровод электромагнита
6. датчики положения ПМ ротора
7. вал ротора (на немагнитном подшипнике)
8. спицы механической связи кольцевого ротора и с его валом
9. опорный вал
10. опора
11. силовые магнитные линии электромагнита
12. силовые магнитные линии постоянного магнита Стрелкой показано направление вращения ротора 3

Рис.3 Фото простейшего макета ЭМДГ (со снятым электромагнитом)

Описание работы «вечного» электромагнитного мотор — генератора (рис. 1)

Устройство – данный вечный электромагнитный мотор – генератор (рис.1) работает следующим образом.

Запуск и разгон магнитного ротора ЭМДГ до установившейся скорости

Запуск ЭМДГ осуществляем подачей электрического тока в катушку 3 электромагнита 2 от блока электропитания 10. Исходное положение магнитных полюсов постоянного магнита 4 ротора перпендикулярное зазору электромагнита 2 Полярность магнитных полюсов электромагнита возникает при этом такая, что постоянный магнит 4 ротора 5 начинает поворачиваться на своей оси вращения 16, магнитными силами, притягиваясь своими магнитными полюсами к противоположным магнитным полюсом электромагнита 2. В этот момент совпадения разноименных магнитных полюсов магнита 4 и торцов в зазоре электромагнита 2 ток в катушке 3 выключают по команде магнитного герконового реле (или синусоида этого тока проходит через ноль) и по инерции массивный ротор проходит эту мертвую точку его траектории вместе с ПМ 4. После этого изменяют направление тока в катушке 3 и магнитные полюса электромагнита 2 в этом рабочем зазоре становятся одноименными с магнитными полюсами постоянного магнита 4. В результате силами магнитного отталкивания одноименных магнитных полюсов –постоянный магнит 4 ротора и сам ротор получают дополнительный ускоряющий момент, действующий в направлении вращения ротора в ту же прежнюю сторону. После достижения положения магнитных полюсов ПМ ротора – по мере его вращения –вдоль магнитного меридиана, в катушке 3 вновь изменяют направления тока по команде второго магнитного датчика положения 11, вновь возникает реверс магнитных полюсов электромагнита 2 в рабочем зазоре и постоянный магнит 4 снова начинает притягиваться к ближайшим по направлению вращения разноименным магнитным полюсам электромагнита 2 в его зазоре. И далее процесс разгона ПМ 4 и ротора — путем цикличного реверса электрического тока в катушке 3 цикличным переключением транзисторов 8 коммутатора 7 от датчиков положения 11 ПМ ротора многократно повторяется циклично. Причем одновременно по мере ускорения ПМ 4 и ротора 5 автоматически возрастает и частота реверсов электрического тока в катушке 3, благодаря наличию в этой электромеханической системе положительной обратной связи по цепи через коммутатор и датчики положения ПМ 4 ротора.

Отметим, что направление электрического тока в катушке 3 (на рис. 1 показано стрелками) изменяется в зависимости от того, какой из транзисторов 8 коммутатора 7 открыт. Изменением частоты переключения транзисторов изменяем частоту переменного тока в катушке 3 электромагнита и соответственно изменяем и скорость вращения ПМ 4 ротора 5.

ВЫВОД: Таким образом, постоянный магнит ротора за полный оборот вокруг своей оси практически непрерывно испытывает однонаправленный ускоряющий момент от силового магнитного взаимодействия с магнитными полюсами электромагнита, который и приводит его во вращение и постепенно разгоняет его и электрический генератор на общем валу вращения до заданной установившейся скорости вращения.

Прямой метод электрического управления обмоткой статорного электромагнита ЭМДГ в зависимости от положения ПМ ротора

Дополнительным новшеством для обеспечения такого метода управления обмоткой электромагнита 3 МД переменным током требуемой частоты и фазы непосредственно с выхода электрогенератора переменного тока в установившемся режиме работы является введение в такой системе магнитный двигатель – электрогенератор параллельная резонансная L-C цепь – в контуре две индуктивности –от катушки 3 и статорной обмотки генератора и дополнительная электроемкость введение в выходную электроцепь электрогенератора 8 дополнительного электрического конденсатора 17 для обеспечения его самовозбуждения и последующего электрического L-C резонанса, для снижения электрических потерь и для предельно простого управления индуктивностью 3 переменным током с нужной фазой напряжения и тока непосредственно от генератора 8.

Полностью автономный режим («вечный двигатель») ЭМДГ

Совершенно очевидно, что для обеспечения работы данного устройства в режиме «вечного двигателя» необходимо получить от постоянных магнитов ротора свободную энергию, достаточную для выработки электрогенератором на валу ЭМД требуемой для этой полностью автономной работы системы- электроэнергии. Поэтому важнейшим условием является обеспечение достаточного по величине крутящего момента магнитного ротора этого МД для выработки электрогенератором на его валу достаточного количества электроэнергии, которого бы с избытком хватило и на электропитание катушки электромагнита,и на полезную нагрузку заданной величины и на компенсацию различных неизбежных потерь в такой электромеханической системы с ПМ на роторе. После раскрутки ПМ 4 и достижения ротором 5 номинальных оборотов, электропитание катушки 3 переключаем осуществляем уже непосредственно от электрогенератора или через дополнительный преобразователь напряжения а стартерный источник электроэнергии либо вообще отключаем либо переводим его в режим подзарядки от электрического генератора на валу этого ЭМД.

НЕОБХОДИМЫЕ УЗЛЫ КОНСТРУКЦИИ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ РАБОТЫ ДАННОГО МОТОР-ГЕНЕРАТОРА В РЕЖИМЕ “ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ”

Это важное условие работы МД в режиме «вечного двигателя» может быть выполнено только при одновременном выполнении как минимум шести условий:

1. применение в МД современных сильных ниобиевых постоянных магнитов, обеспечивающих максимальный момент вращения такого ротора при минимальных габаритах ПМ.

2. применение на статоре МД эффективной сверхмалозатратной схемы электромагнита МД за счет предельно высокого количества витков в обмотке электромагнита и правильного эффективного конструирования его магнитопровода и обмотки.

3. необходимость пускового устройства и стартерного источника электроэнергии для запуска и разгона МД с электропитанием катушки электромагнита от коммутатора.

4. правильный алгоритм управления электрическим током в обмотке электромагнита по направлению, величине в зависимости от положения ПМ ротора.

5. согласование электрических параметров электрогенератора и обмотки электромагнита.

6. правильный алгоритм коммутации цепей электропитания обмотки электромагнита при включения цепи электрогенератора в цепь электропитания обмотки электромагнита и перевода пускового источника электроэнергии, например АБ из режима разрядки в режим его электрической подзарядки.

АЛГОРИТМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В КАТУШКЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ ПМ РОТОРА ЭМД (рис.1)

Рассмотрим алгоритм переключения электрического тока в катушке при наличии одного полосового магнита на роторе ЭМД за один оборот ротора(рис.3).для обеспечения эффективной работы данного ЭМД (конструкция рис.1)с помощью совмещенных диаграмм положения ротора и направления протекания тока в обмотке 3 статорного электромагнита 1. Как следует из этих диаграмм, сущность правильного алгоритма управления электромагнитом 1 ЭМД состоит в том, что один полный оборот ПМ ротора электрический ток в индуктивной обмотке 3 электромагнита совершает два полных колебания.. Т.е., проще говоря, частота электрического тока, подаваемая в обмотку3 электромагнита 1посредством присоединенного к ней электронного коммутатора, управляемого по командам датчиков положения ПМ ротора, равна двойной частоте вращения ротора, а фаза этого электрического тока строго синхронизирована с положением ПМ ротора. ЭМД. Поскольку переключение коммутатором направления тока в обмотке 3 (реверс тока) происходит строго на магнитном экваторе ПМ при совпадении магнитных полюсов ПМ и магнитных полюсов торцов магнитопровода в рабочем зазоре магнитопровода 2 электромагнита 1, то в итоге, за один полный оборот ПМ ротора, он испытывает постоянно ускоряющий однонаправленный момент вращения, причем дважды от притяжения разноименных магнитных полюсов торцов магнитопровода электромагнита и ПМ ротора, и дважды – за счет магнитных сил отталкивания их одноименных магнитных полюсов.

Рис.4 Временная диаграмма работы электронного коммутатора для реверса тока в обмотке статорного электромагнита за один оборот ПМ ротора

Рис.5 Циклограмма чередования магнитных полюсов в зазоре электромагнита за один оборот ПМ ротора ЭМДГ

К объяснению алгоритма работы электромагнита ЭМД:

3.4 -магнитные полюса торцов дугового магнитопровода 2 электромагнита 1
Катушка с обмоткой 3 размещена на магнитопроводе 2 электромагнита 1
9. магнит ротора Стрелки показывают направление вращения ротора с ПМ а цифры в квадратах показывают картину при разных положениях ротора

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.

Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.

В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя. К нему подключены концы обмотки якоря.

Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами. Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.

Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи

Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.

Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого

Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.

Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый , то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.

Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.

Синхронный принцип работы электродвигателя на видео