Для того чтобы начать обсуждать принцип работы известного колеса Орфериуса, необходимо понимать такие понятия, как: передача упругого импульса и процессы ударного взаимодействия, природу гравитации, центростремительные и центробежные силы, силы Архимеда. Иметь представление о неравновесном состоянии механической и динамической систем.
Иоганн Бесслер – изобретатель родом из Германии 1660 года рождения. Будучи ещё молодым, он получил отличные навыки в изготовлении часовых механизмов и был признан гением механики. Дата создания первого изобретения не известна, но мир увидел настоящее «самодвижущееся колесо» в 1712 году в городе Гера. Это было тонкое колесо в диаметре 3 фута (≈92 см) и толщиной 4 дюйма (≈10 см). Вращалось колесо с постоянной скоростью примерно 60 об/мин. на горизонтальной оси и даже поднимало вес в несколько фунтов. Эта первая известная выставка принесла Бесслеру много неприятностей и врагов, а не прибыль и репутацию. Виной того служила скрытая внутренняя конструкция устройства. Люди, не видя механизм, считали, что их обманывают и колесо крутиться не само. Некоторые предполагали, что вращение колеса происходит за счёт скрытой верёвки, другие думали, что внутри бегают животные или существует какая-то невидимая глазу пружина.
Но уже через год Бесслер преподносит на суд зрителей новое, ещё большее колесо – диаметром 5 футов (≈153 см) и 6 дюймов толщиной (≈15 см). Скорость составляла 50 об/мин., а поднимаемый вес увеличился до 40 фунтов (≈18 кг).
В 1715 году было сконструировано третье колесо, больше предыдущего. Новая машина имела диаметр 6 футов (≈183 см) и толщину 12 дюймов (≈31 см). Модель ускорялась до 42 об/мин. Но Бесслер также предпочёл скрыть внутренний механизм.
Самодвижущиеся колёса не давали покоя скептикам, которых становилось всё больше. Иоганн Бесслер, постоянно подвергающийся нападкам и критике со стороны врагов и прессы, был вынужден созвать комитет из профессоров и уважаемых граждан. 11 человек должны были проверить изобретение на наличие мошенничества. В декабре того же года был подписан сертификат, который подтверждал, что колесо являлось настоящим вечным двигателем, вращающимся в любом направлении, поднимающим 70 фунтов (≈32 кг) на высоту более 8-ми метров и требующего малого усилия для старта, но большого для его остановки.
По неизвестным причинам в конце того же года Бесслер меняет себе имя на Орфериус, объясняя это тем, что имя это появлялось во время выстраивания букв алфавита по кругу. Буквам старого имени b,e,s,s,l,e,r диаметрально противоположными являлись o,r,f,f,y,r,e. Возможно, это было символическим изображением работы его «самодвижущегося колеса» или имело теологическое значение.
В начале 1716 года было построено последнее, самое внушительное колесо на территории замка принца Карла в небольшой комнате, имеющей стены толщиной примерно 4 фута (≈122 см) и только одну входную дверь. Всё эти обстоятельства облегчали строгие условия тестирования изобретения и его охрану. Колесо выглядело, как огромный барабан диаметром 12 футов (≈366 см) и толщиной 12 дюймов (≈31 см). Изготовлено колесо было из лёгкого дерева и весило около 200 футов (≈91 кг). Торец барабана во избежание показа механизма закрывался тканью. Колесо располагалось на двух деревянных столбах в центре помещения, на достаточном расстоянии от всех стен. Поддерживала колесо, опирающаяся в столбы однодюймовая железная горизонтальная ось. На концах, которой были установлены маятники. Орфериус пояснил, что их цель сделать вращение колеса плавным, и ограничить скорость его движения. Сделав 2-3 оборота барабан начинал вращаться со скоростью 26 об/мин. Во время каждого оборота было слышно, как внутри колеса падали восемь грузов и стукались о его корпус на той стороне колеса, в направлении которой оно вращалось. Изобретение проверяли в работе 2 дня, перемещая при этом в разные места комнаты. После было решено оставить его в работе на 14 дней в опечатанной комнате и приставленной к ней охраной. По истечению срока проверяющая комиссия обнаружила, что колесо продолжает вращаться с той же постоянной скоростью. Машину остановили, проверили и опять запустили. Через 40 дней колесо находилось в том же рабочем состоянии и вращалось те же 26 об/мин. Спустя день после окончания проверки Орфериус разобрал колесо.
Некоторые из участников комиссии, после завершения тестирования, писали письма, в которых описывали колесо, как элементарное и выдающееся изобретение. И приводили описания внешних частей конструкции, так как внутренности так не были увидены. Описывали, как к оси присоединяли Архимедов винт, для того чтобы поднять воду и что скорость колеса сокращалась до 20 об/мин. Остановить движение барабана было возможно при помощи двух рук. А если были попытки остановить колесо мгновенно, то оно поднимало человека над землёй.
Многие хотели купить секрет изобретения, но единственным человеком, кроме самого Орфериуса, кто видел изнутри загадочную конструкцию, был принц Карл. В записях он отмечал, что механизм очень прост и любой плотник может изготовить такой же. Секрет принципа работы механизма состоял в том, что грузы на одной стороне колеса находились дальше от оси, чем грузы на другой и упирались в небольшие выступы, мешающие возвращаться им в изначальное положение после прохождения верхней точки. Устройство внутри машины отвечает законам механического вечного движения в природе. Вследствие этого, приведённые в движение смещённые грузы создают и увеличивают силу за счёт собственного колебания. Вращение должно продолжаться до тех пор, пока грузы будут находиться в данной позиции. В отличие от часов, пружин и других устройств данный механизм будет работать вечно, так как никогда не найдёт точку равновесия.
О возможном жульничестве можно сказать следующее:
— Предполагалось, что в полой оси скрывался приводной ремень, что было не обоснованно, так как во время тестирования опору колеса перемещали по комнате;
— Считали, что внутри устройства бегает человек или животное, но первые колёса были слишком малы, для того чтобы поместить в себя кого-либо;
— Возможно, использовалась скрытая пружина, но принц Карл не обнаружил наличие данного механизма. Да и ни какой пружинный привод не мог разогнать колесо до такой постоянной скорости.
Итак, основной принцип работы «Самодвижущегося колеса» — это колебание грузов, т.е. особый режим работы, который сочетает центробежные, центростремительные и гравитационные силы.
Основные известные на сегодняшний день характеристики колёс Орфериуса:
— Колеса были изготовлены из дерева;
— Конструкции колес позволяли им вращаться в обоих направлениях;
— Работа совершалась за счёт колебания грузов, обеспечивающих неравновесное состояние;
— Колёса двигались плавно, их максимальную скорость ограничивали два противоположные маятника;
— Соотношение между естественной скоростью вращения колеса и их размерами имело значение;
— Механизмы приводились в движение за счёт минимального толчка;
— 2-3-х оборотов колёсам было достаточно для достижения ими максимальной скорости;
— При вращении колёс слышалось падение восьми мягко ударяющихся грузов о корпус на опускающуюся сторону и никаких посторонних звуков;
— Если механизм набирал слишком большую скорость, то мощность уменьшалась – это требовало регулятора скорости;
— В устройстве механизма были небольшие выступы для остановки колеблющихся грузов на поднимающейся стороне колеса, которые предотвращали их естественный поворот, и играющие важную роль после прохождения грузами своей верхней точки.
Так как оригинал изобретения Орфериуса не сохранился до наших дней, существуют предположительные схемы «Самодвижущегося колеса» (рис.1).
Рисунок 1
На рисунке 1 не изображены маятники, контролирующие скорость вращения. Возможно, что в I и II квадрантах каждый из восьми грузов опирался на край колеса. При увеличении скорости центробежная сила в IV квадранте мешала грузам занимать необходимую позицию, поэтому необходим регулятор скорости. Так же оси грузов могли быть гибкими, т.е. изготовленными из деревянной тонкой и упругой доски. Это объясняет работу механизма во время прохождения IV квадранта, что является важным моментом для поддержания постоянного неравновесия в системе. Но это — схема конструкции, противоречащая ранее высказанным описаниям очевидцев. Дело в том, что речь шла о 8-ми грузах, падающих на сторону колеса, в направлении которой оно вращалось, поэтому приведённый чертёж не соответствует оригиналу, так как смещение грузов происходит в поднимающейся части механизма, а не в опускающейся, как указывалось ранее .
Рисунок 2
На рисунке 2 представлена сегодняшняя действующая копия колеса с регулируемыми параметрами. В основе конструкции модели лежала идея обычных «П» — образных качелей, у которых имеются фиксирующие ползунки для крепления осей маятников, способных фиксироваться и передвигаться в необходимом положении. Сами «качели» соединялись ободом от колеса обычного велосипеда.
Рисунок 3
На рисунке 3 представлена репликация колеса Орфериуса.
Рисунок 4
В конструкции оригинального колеса так и осталось много не разгаданных вопросов. В частности длина самих маятников и расстояние от края колеса, на котором они были расположены, массу грузов и точный диаметр колеса.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Вечный двигатель - устройство, совершающее полезную работу без приложения механических усилий и сжигания топлива: история, неудачные конструкции; патенты и авторские свидетельства; известные изобретатели. Значение вечного двигателя как источника энергии.
презентация , добавлен 23.09.2012
Создание вечного двигателя. Вечный двигатель как воображаемый, но неосуществимый двигатель, который совершает работу неограниченно долгое время. Виды моделей вечного двигателя. Основа работы двигателя – энергия. Исключение создания перпетуум-мобиле.
контрольная работа , добавлен 17.11.2010
Сущность вечного двигателя. Самая древняя модель механизма такого типа. Описание особенностей конструкции мнимых вечных двигателей различных авторов и их основные ошибки. Теоретические соображения о принципиальной возможности разработки Рerpetuum mobile.
презентация , добавлен 16.01.2014
Рассмотрение идеи разных типов и видов вечных двигателей и суть их устройства. Исследование изобретений различных ученых-изобретателей и исторических личностей, связанных с вечным двигателем. Анализ типичных ошибок и заблуждений при их создании.
курсовая работа , добавлен 22.03.2011
История создания тепловых двигателей и общий принцип их действия. Виды тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Использование современных альтернативных источников энергии.
презентация , добавлен 23.02.2011
Система управления с шаговыми двигателями, контроллер шагового двигателя. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением. Двигатели с постоянными магнитами. Гибридные двигатели. Биполярные и униполярные модификации. Режимы работы и питание обмоток.
лекция , добавлен 20.11.2010
Общая теория электрических ракетных двигателей. Особенности двигательных установок с малой тягой. Электрические ракетные двигатели и перспективные двигательные установки других типов. Ионный двигатель и его основные элементы. Контактные ионные источники.
курсовая работа , добавлен 01.02.2010
Испокон веков люди мечтали об изобретении вечного двигателя. И хотя подобные попытки, как правило, оказывались провальными, а изобретателей нередко называли лжеучёными, современных изобретателей это не останавливает. В нашем обзоре 10-ка механизмов, которые должны были двигателем, который работает вечно.
1. Батарейка Карпена
В 1950 году румынский инженер Николае Василеску-Карпен изобрел батарею, которая работает уже 65 лет. Работающая до сих пор батарея сейчас хранится в Национальном техническом музее Румынии, но до сих пор никто не смог объяснить - каким именно образом и на каких принципах действует "термоэлектрическая батарея, работающая при постоянной температуре". После недавних измерений было установлено, что батарея выдает напряжение в 1 вольт, точно так же, как и в 1950 году. Может быть, когда ученые разгадают, что все же сделал Карпен, удастся сделать настоящий вечный двигатель.
2. Энергетическая машина Джо Ньюмана
В 1911 году Бюро патентов США приняло решение не выдавать патенты на "устройства вечного движения или свободной энергии", потому что "научно доказано, что невозможно создать такую вещь". Для некоторых изобретателей это стало дополнительным вызовом и стимулом продолжать работу. В 1984 году Джо Ньюман пришел на CBS Evening News, чтобы показать "то, что должно изменить мир" - вечный двигатель, который работал без использования энергии или производил больше энергии, чем использовал.
Национальное бюро стандартов испытало его устройство, которое состояло в основном из аккумулятора, заряжаемого с помощью магнита, вращающегося внутри катушки из проволоки. Оказалось, что все претензии Ньюмана беспочвенны.
3. Водяной винт Роберта Фладда
Роберт Фладд - ученый и алхимик, который написал множество трудов и опубликовал ряд изобретений на рубеже 17-го века. Его версия вечного двигателя - водяное колесо, которое может молоть зерно, работая благодаря постоянной рециркуляции воды. Фладд назвал его "водяным винтом". Появившиеся в 1660 году гравюры на дереве с описанием его идеи считаются первыми рисунками или иллюстрациями вечных двигателей. Излишне говорить, что устройство не работало.
4. Колесо Бхаскара
Одна из самых ранних ссылок на вечные двигатели датируется 1150 годом. Математик и астроном Бхаскара описал в своих трудах концепцию "вечно вращающегося колеса". Его устройство выглядело как колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Якобы оно должно было постоянно вращаться из-за разницы моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах. На протяжении веков появлялось множество вариантов колеса, которые основывались на идее Бхаскара. Концепция стала настолько популярной, что вечные двигатели в форме колеса были замечены в более поздних исламских и европейских трудах.
5. Часы Кокса
Когда знаменитый лондонский часовщик Джеймс Кокс построил свои "вечно идущие часы" в 1774 году, то он заявил, что их никогда не нужно будет заводить. Несмотря на столь грандиозное заявление, презентация этой новой технологии была проведена с использованием элементов мистики (так было модно на то время). Несмотря на то, что часы Кокса все же не являлись вечным двигателем, они имели без преувеличения гениальный механизм, который работал на основании перепадов атмосферного давления.
6. Тестатика Пауля Бауманна
Часовщик Пауль Бауманн основал духовное сообщество Месерница в 1950 году. Члены этой религиозной секты воздерживаются от алкоголя, наркотиков и табака, а также община полностью самодостаточна и экологически чистая. Чтобы достичь подобного, они якобы используют чудесный вечный двигатель, созданный их основателем. Тестатика предположительно может собирать неиспользуемую электрическую энергию и превращать ее в энергию для нужд коммуны.
Поскольку сообщество не допускает посторонних людей к машине, находящейся в закрытом здании, ученые не смогли изучить принципы работы этого агрегата, мощность которого составляет более 750 Киловатт. Схему Тестатики Пауль якобы получил во время таинственного озарения, отбывая тюремный срок в камере-одиночке. Попытки энтузиастов сделать подобные аппараты не привели ни к чему.
7. Колесо Бесслера
Иоганн Бесслер начал свои исследования концепции вечного движения, основываясь на концепции колеса Бхаскара. 12 ноября 1717 года Бесслер закрыл свое изобретение в комнате, запер дверь и поставил возле двери охрану. Когда комната была открыта две недели спустя, 3,7-метровое колесо по-прежнему вращалось. Комната снова была заперта, а следующий раз открыта в начале января 1718 года. Колесо все еще вращалось.
К сожалению, Бесслер был очень скрытен и неуравновешен. Когда один инженер прокрался поближе к колесу, чтобы взглянуть на него, Бесслер уничтожил свое изобретение. Впоследствии он как-то написал, что он уничтожил все доказательства, чертежи и рисунки своего вечно вращающегося колеса, но добавил, что любой, кто будет достаточно умен и смекалист, сможет понять его изобретение.
8. Двигатель НЛО Отиса Т. Карра
Изобретение OTC Enterprises, Inc. и его основателя Отиса Карра было включено в Реестр объектов авторских прав в 1958 году, несмотря на то, что Патентное ведомство США уже давно не принимало любые патенты на вечные двигатели, поскольку такие устройства не существуют. Карр зарегистрировал все изобретение как "бесплатную энергосистему". На самом деле это был "двигатель НЛО".
В 1959 году OTC Enterprises должен был провести первый рейс своего "космического аппарата, использующего четвертое измерение, с питанием от вечного двигателя". Двигательная установка якобы была способна бесконечно производить энергию, генерируя ее из окружающего пространства во время полета. Ни одной записи об испытании не сохранилось, а правительство США быстро заявило, что проект является фикцией.
Дреббель впервые продемонстрировал свою машину в 1604 году и поразил всех, в том числе королевскую семью Англии. Машина была чем-то вроде хронометра, но ее не нужно было заводить, а также она показывала дату и фазы Луны. В движение механизм приводился, подобно часам Кокса, разностью потенциалов температуры или атмосферного давления. Также Дреббель заявил, что в его устройстве использовался "огненный дух воздуха".
10. Антигравитационная машина Дэвида Хэмела
Дэвид Хэмел, простой плотник без формального образования, заявил, что он был избран, чтобы стать хранителем машины свободной энергии, которую можно использовать в космических кораблях. Информацию, "способную изменить мир, он получил после встречи с инопланетянами из планеты Клэден". Хэмел утверждает, что его вечный двигатель использует ту же энергию, которую паук использует, чтобы перейти с одного паутинки на другую. Якобы эти скалярные силы сводят на нет силу тяжести.
Вечный двигатель и инерциоид, продолжение поиска
В начале 90-х годов на выставке технического творчества молодежи висел плакат с надписью "Гравитационный двигатель", я остановился, разглядывая рисунок. Подошел организатор выставки, поговорили с ним о вечном двигателе, после чего он попросил меня убедить автора снять плакат. "А не то будешь разрабатывать документацию" пошутил он и пошел за автором. Было понятно, ссылкой на закон сохранения энергии не отделаться, шла информация о строительстве метафизических лабораторий, крякушек для разгона облаков и других новациях. Карандаша не было, пришлось доказывать "на пальцах", автор понял и снял плакат.
А я подумал, интересная вещь получается: окружающий нас мир находится в вечном движении, а мы не допускаем мысли о моделировании вечного движения. Наверное, поэтому не теряют актуальности слова Гёте: "Теория мой друг суха, но вечно зелено древо жизни".
Расчет устройств, показанных на рисунках 1 и 2 статьи "О существовании инерциоида, вечного двигателя и асимметрии", выполнен через 0,1 шага установки грузиков. При расчете через 0,05 шага полученные показатели снижаются примерно в два раза. То есть, показав способ расчета простых схем, я предложил осуществить поиск более эффективных вариантов. Например: ленту на больших шкивах провести по хорде, что даст снижение количества грузиков.
Расчет ротора рисунок 3 выполнен с достаточной точностью, чтобы принять решение. Для изготовления ротора потребуется около 3000 пузырьковых колб высокой чувствительности. И если расчетным путем удастся увеличить выделение момента силы в десять раз, без колб не обойтись. О чувствительности природы можно судить по следующему факту: В раковинах установленных противоположно в нескольких метрах от экватора, воронки при сливе воды вращаются в разные стороны.
О возможности использования ротора для получения энергии: При вращении ротора, в точках 0 и 180 градусов вертикальная скорость отсутствует. В точках 90 и 270 градусов вертикальная скорость равна линейной скорости, то есть по вертикали будет иметься ускорение, которое наложится на ускорение силы тяжести в результате чего будет изменяться давление пузырька на колбу, кроме того при вращении будет возникать центробежная сила и пузырек будет смещаться. Все это не позволит ротору набирать обороты, и он будет очень медленно вращаться, точнее самонеуравновешиваться или обладать асимметрией.
Поэтому рассчитывать на практическое применение ротора как "вечного двигателя" не приходится, а признание существования самонеуравновешенности - вопрос любознательности и времени. Чего нельзя сказать об инерциоиде которому пока не найдено альтернативы.
Для признания существования инерциоида необходимо экспериментирование. Схемы устройств, описанные в заметке "О выделении центробежной силы для получения тяги" указанной статьи имеют расчетную тягу до 3-х процентов от суммарной центробежной силы на полуокружности, но сложны в изготовлении. Не менее сложными могут оказаться и конструкции более эффективных устройств, что ставит под вопрос изготовление устройства кустарным способом, а разработка документации, изготовление экспериментальных образцов и лабораторного оборудования любителям не под силу.
Инженер на пенсии Пронота В.П.
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
- Магнито–механические магнитные моторы Дудышева /1-3/. При их конструктивной доводке вполне могут работать в режиме “вечных двигателей”.
- Двигатель МД Калинина – неработоспособный возвратно-поступательный МД с вращающимся магнитным экраном — МД по причине не доведенного до правильного конструктивного решения пружинного компенсатора.
- 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.
- 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.
- Мотор Джонсона — аналог электромагнитного мотора «Перендев» с компенсатором, но с еще более низкой энергетикой.
- 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.
- 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.
- 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