Электромагнитный моторчик. Как сделать реально работающий магнитный двигатель. Шторочный двигатель Дудышева

Электромагнитные двигатели - это устройства, которые работают по принципу индукции. Некоторые люди называют их электромеханическими преобразователями. Побочным эффектом данных устройств считается обильное выделение тепла. Существуют модели постоянного и переменного типа.

Также устройства различают по типу ротора. В частности, есть короткозамкнутые и фазные модификации. Сфера применения электромагнитных двигателей очень широкая. Встретить их можно в бытовых приборах, а также промышленных агрегатах. Активно используются они и в самолетостроении.

Схема двигателя

Схема электромагнитного двигателя включает в себя статор, а также ротор. Коллекторы, как правило, применяются щеточного типа. Ротор состоит из вала, а также наконечника. Для охлаждения системы часто устанавливаются вентиляторы. Для свободного вращения вала имеются роликовые подшипники. Также существуют модификации с магнитопроводами, которые являются неотъемлемой частью статора. Над ротором располагается контактное кольцо. В мощных модификациях используется втягивающее реле. Непосредственно подача тока осуществляется через кабель.

Принцип работы двигателя

Как говорилось ранее, принцип действия построен на При подключении модели образуется магнитное поле. Затем на обмотке возрастает напряжение. Под силой действия магнитного поля в действие приводится ротор. Частота вращения устройства в первую очередь зависит от количества магнитных полюсов. Коллектор в данном случае играет роль стабилизатора. Подача тока в цепь происходит через статор. Также важно отметить, что для защиты двигателя используются кожухи и уплотнители.

Как сделать своими руками?

Сделать обычный электромагнитный двигатель своими руками довольно просто. В первую очередь следует заняться ротором. Для этого придется найти металлический стержень, который будет играть роль вала. Также потребуется два мощных магнита. На статоре должна находиться обмотка. Далее останется лишь установить щеточный коллектор. Электромагнитные двигатели-самоделки подсоединяются к сети через проводник.

Модификации для машин

Электромагнитные изготавливаются только коллекторного типа. Мощность их в среднем составляет 40 кВт. В свою очередь, параметр номинального тока равняется 30 А. Статоры в данном случае используются двухполюсные. У некоторых модификаций имеется Для охлаждения системы применяются вентиляторы.

Также в устройствах предусмотрены специальные отверстия для циркуляции воздуха. Роторы в двигателях устанавливаются с металлическими сердечниками. Для защиты вала используются уплотнители. Статор в данном случае находится в кожухе. Электромагнитные двигатели для машин с втягивающими реле встречаются редко. В среднем диаметр вала не превышает 3.5 см.

Устройства для самолетов

Работа двигателей данного типа построена на принципе электромагнитной индукции. Для этого статоры применяются трехполюсного типа. Также электромагнитные двигатели летательных аппаратов включают в себя бесщеточные коллекторы. Клеммные коробки в устройствах располагаются над контактными кольцами. Неотъемлемой частью статора является якорь. Вал вращается благодаря роликовым подшипникам. У некоторых модификаций применяются щеткодержатели. Также важно упомянуть о различных типах клеммных коробок. В данном случае многое зависит о мощности модификации. Электромагнитные двигатели для самолетов с целью охлаждения оборудуются вентиляторами.

Двигатели-генераторы

Электромагнитные двигатели-генераторы выпускаются со специальными бендиксами. Также схема устройства включает в себя втягивающие реле. Для запуска ротора применяются сердечники. Статоры в устройствах используются двухполюсного типа. Непосредственно вал у них крепится на роликовых подшипниках. У большинства двигателей имеется резиновая заглушка. Таким образом, ротор изнашивается медленно. Еще есть модификации с щеткодержателями.

Модели с короткозамкнутым ротором

Электромагнитный двигатель с короткозамкнутым ротором часто устанавливается в бытовых приборах. Мощность моделей в среднем равняется 4 кВт. Непосредственно статоры используются двухполюсного типа. Роторы крепятся в задней части двигателя. Вал у моделей применяется небольшого диаметра. На сегодняшний день чаще всего выпускаются асинхронные модификации.

Клеммные коробки в устройствах отсутствуют. Для подачи тока используются специальные полюсные наконечники. Также схема двигателя включает в себя магнитопроводы. Крепятся они возле статоров. Еще важно отметить, что выпускаются устройства с щеткодержателями и без них. Если рассматривать первый вариант, то в данном случае устанавливаются специальные Таким образом, статор ограждается от магнитного поля. Устройства без щеткодержателя имеют уплотнитель. Бендиксы в двигателях устанавливаются за статором. Для их фиксации применяются шпонки. Недостатком данных устройств считается быстрый износ сердечника. Возникает он из-за повышенной температуры в двигателе.

Модификации с фазным ротором

Электромагнитный двигатель с фазным ротором устанавливается на станки и часто используется в тяжелой промышленности. Магнитопроводы в данном случае имеются с якорями. Отличительной чертой устройств принято считать большие валы. Непосредственно напряжение на обмотку подается через статор. Для вращения вала используется щеткодержатель. В некоторых из них установлены контактные кольца. Также важно отметить, что мощность моделей в среднем составляет 45 кВт. Непосредственно питание двигателей может осуществляться только от сети с переменным током.

Коллекторный электромагнитный двигатель: принцип работы

Коллекторные модификации активно применяются для электроприводов. Принцип действия у них довольно простой. После подачи напряжения в цепь задействуется ротор. запускает процесс индукции. Возбуждение обмотки заставляет вал ротора вращаться. Тем самым приводится в действие диск устройства. Для уменьшения силы трения используются подшипники. Также важно отметить, что в моделях устанавливаются щеткодержатели. В задней части устройств часто имеется вентилятор. Для того чтобы вал не терся об уплотнитель, применяется защитное кольцо.

Бесколлекторные модификации

Бесколлекторные модификации в наше время не являются распространенными. Используются они для вентиляционных систем. Отличительной их особенностью считается бесшумность. Однако следует учитывать, что модели выпускаются небольшой мощности. В среднем указанный параметр не превышает 12 кВт. Статоры в них часто устанавливаются двухполюсного типа. Валы используются короткие. Для ограждения ротора применяются специальные уплотнители. Иногда двигатели заключаются в кожух, у которого имеются вентиляционные каналы.

Модели с независимым возбуждением

Модификации данного типа отличаются клеммными магнитопроводами. В данном случае устройства работают в сети только с переменным током. Непосредственно напряжение в первую очередь подается на статор. Роторы у моделей изготавливаются с коллекторами. У некоторых модификаций мощность достигает 55 кВт.

По типу якорей устройства отличаются. Щеткодержатели часто устанавливаются на стопорном кольце. Также важно отметить, что коллекторы в устройствах используются с уплотнителями. Диски в данном случае располагаются за статорами. У многих двигателей бендиксы отсутствуют.

Схема двигателя с самовозбуждением

Электромагнитные двигатели данного типа способны похвастаться высокой мощностью. В данном случае обмотки имеются высоковольтного типа. Подача напряжения происходит через клеммные контакты. Непосредственно ротор крепится за щеткодержателем. Уровень рабочего тока в устройствах составляет 30 А. В некоторых модификациях применяются якоря с щеткодержателями.

Также есть устройства с однополюсными статорами. Непосредственно вал находится в центре двигателя. Если рассматривать устройства большой мощности, то у них применяются вентилятор для охлаждения системы. Также на кожухе располагаются небольшие отверстия.

Модели с параллельным возбуждением

Электромагнитные двигатели данного типа изготавливаются на базе щеточных коллекторов. Якоря в данном случае отсутствуют. Вал в устройствах крепится на роликовых подшипниках. Также для уменьшения силы трения используются специальные лапы. У некоторых конфигураций есть магнитопроводы. Подключаться модели могут только к сети с постоянным током.

Еще важно отметить, что на рынке в основном представлены трехтактные модификации. Щеткодержатели в устройствах выполнены в форме цилиндров. По мощности модели отличаются. В среднем параметр рабочего тока на холостом ходе не превышает 50 А. Для усиления электромагнитного поля применяются роторы с высоковольтной обмоткой. У некоторых конфигураций используются наконечники на магнитопроводах.

Устройства последовательного возбуждения

Принцип работы двигателей данного типа довольно простой. Непосредственно напряжение подается на статор. Далее ток проходит по обмотке ротора. На данном этапе происходит возбуждение первичной обмотки. Вследствие этого приводится в действие ротор. Однако следует учитывать, что работать двигатели способны только в сети с переменным током. Наконечники в данном случае применяются с магнитопроводом.

Некоторые устройства оснащены щеткодержателями. Мощность моделей колеблется от 20 до 60 кВт. Для фиксации вала используются стопорные кольца. Бендиксы в данном случае располагаются в нижней части конструкции. Клеммники отсутствуют. Также важно отметить, что вал устанавливается различного диаметра.

Двигатели смешанного возбуждения

Электромагнитные двигатели данного типа могут использоваться только для приводов. Ротор здесь чаще всего устанавливается с первичной обмоткой. В данном случае показатель мощности не превышает 40 кВт. Номинальная перегрузка системы составляет около 30 А. Статор в устройствах применяется трехполюсного типа. Подключать указанный двигатель можно только в сеть с переменным током. Клеммные коробки у них используются с контактами.

Некоторые модификации оснащены щеткодержателями. Также на рынке представлены устройства с вентиляторами. Уплотнители чаще всего располагаются над статорами. Действуют устройства по принципу электромагнитной индукции. Первичное возбуждение осуществляется на магнитопроводе статора. Также важно отметить, что в устройствах применятся высоковольтная обмотка. Для фиксации вала используются защитные кольца.

Устройства переменного тока

Схема модели данного типа включает статор двухполюсного типа. В среднем мощность устройства равняется 40 кВт. Ротор здесь применяется с первичной обмоткой. Также есть модификации, у которых имеются бендиксы. Устанавливаются они у статора и играю роль стабилизатора электромагнитного поля.

Для вращения вала применяется ведущая шестерня. В данном случае лапы устанавливаются для уменьшения силы трения. Также используются полюсные наконечники. Для защиты механизма применяются кожухи. Магнитопроводы у моделей устанавливаются лишь с якорями. В среднем рабочий ток в системе поддерживается на уровне 45 А.

Синхронные устройства

Схема включает в себя двухполюсный статор, а также щеточный коллектор. В некоторых устройствах применяется магнитопровод. Если рассматривать бытовые модификации, то в них используются щеткодержатели. В среднем параметр мощности составляет 30 кВт. Устройства с вентиляторами встречаются редко. У некоторых моделей применяются зубчатые передачи.

Для охлаждения двигателя на кожухе имеются вентиляционные отверстия. В данном случае стопорное кольцо устанавливается у основания вала. Обмотка используется низковольтного типа. Принцип работы синхронной модификации построен на индукции электромагнитного поля. Для этого в статоре устанавливаются магниты разной мощности. При возбуждении обмотки вал начинается вращаться. Однако частотность у него невысокая. Мощных модели имеют коллекторы с реле.

Схема асинхронного двигателя

Асинхронные модели являются компактными и часто используются в бытовых приборах. Однако в тяжелой промышленности они также являются востребованными. В первую очередь следует отметить их защищенность. Роторы в устройствах применяются только однополюсного типа. Однако статоры устанавливаются с магнитопроводами. В данном случае обмотка применяется высоковольтного типа. Для стабилизации электромагнитного поля есть бендикс.

Крепится он в устройстве благодаря шпонке. Втягивающее реле в них располагается за якорем. Вал устройства вращается на специальных роликовых подшипниках. Также важно отметить, что есть модификации с бесщеточными коллекторами. Используются они в основном для приводов различной мощности. Сердечники в данном случае установлены удлиненные, и располагаются они за магнитопроводами.

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.

Российский изобретатель Владимир Чернышов представил на суд публики описание модели двигателя на основе постоянного магнита, КПД которого превышает 100%.

Давно уже не секрет, что двигатели с КПД больше 100% считаются невозможными. Их существование противоречит основному закону физики - закону о сохранении энергии.

Энергия не может появиться ниоткуда и исчезнуть в никуда. Она лишь может преобразовываться из одного вида энергии в другую. Например, из электрической в световую (с помощью электрической лампы) или из механической в электрическую (с помощью электрогенератора тока).

Конечно, это справедливо. Любому двигателю нужен источник энергии. Двигателю внутреннего сгорания - бензин, электродвигателю - источник электроэнергии, например, аккумуляторы. Но бензин не вечен, его запас нужно постоянно пополнять, да и аккумуляторы требуют периодической подзарядки.

Однако если использовать источник энергии, который бы не нуждался в пополнении, то есть неисчерпаемый источник энергии , двигатель с КПД больше 100% вполне мог бы иметь право на существование.

На первый взгляд существование такого источника в природе невозможно. Однако это только на первый, неподготовленный, взгляд.

Возьмем, к примеру, гидроэлектростанцию. Вода, собранная в огромное водохранилище, падает с большой высоты плотины и вращает гидротурбину, которая, в свою очередь, вращает электрогенератор. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию.

Вода падает под действием гравитации Земли. При этом совершается работа по выработке электроэнергии, хотя гравитация Земли, являясь источником энергии притяжения, не уменьшается. Затем вода под действием излучения Солнца и все той же гравитации снова возвращается в водохранилище. Солнце, конечно, не вечное, но на пару миллиардов лет его хватит. Ну а гравитация опять совершает работу, вытягивая влагу из атмосферы, и опять не уменьшаясь ни на йоту. По своей сути гидроэлектростанция является гидроэлектрогенератором с КПД больше 100%, только громоздким и дорогим в обслуживании. Тем не менее, работа гидроэлектростанций наглядно показывает то, что создание двигателя с КПД больше 100% вполне осуществимо, ведь не только гравитация может служить источником неисчерпаемой энергии.

Как известно, постоянный магнит ниоткуда не получает энергию, а его магнитное поле не расходуется, когда им что-либо притягиваешь. Если постоянный магнит притянул к себе железный предмет, он тем самым совершил работу, но его сила при этом не уменьшилась. Это уникальное свойство постоянного магнита позволяет использовать его в качестве источника неисчерпаемой энергии.

Конечно, создание двигателя с КПД больше 100% на основе постоянного магнита очень смахивает на создание пресловутого «вечного двигателя», модели коего заполонили страницы интернета, но это не так. Магнитный двигатель не вечный, но даровой. Рано или поздно его детали износятся и потребуют замены. При этом сам источник энергии - постоянный магнит - практически вечен.

Правда, некоторые специалисты утверждают, что постоянный магнит постепенно теряет свою притягивающую силу в результате так называемого старения. Это утверждение неверно, но даже если бы это было так, он не изнашивается механически и вернуть его в прежнее, рабочее состояние можно всего одним магнитным импульсом. А производители современных постоянных магнитов гарантируют их неизменное состояние в течение как минимум 10 лет.

Двигатель, требующий перезарядки один раз в десять лет и при этом дающий чистую и безопасную энергию, вполне может претендовать на роль спасителя человеческой цивилизации от неизбежного энергетического Армагеддона.

Попытки создания магнитного двигателя с КПД больше 100% делались неоднократно. К сожалению, пока никому не удалось создать чего-либо серьезного. Хотя потребность в таком двигателе в наше время растет с небывалой скоростью. А если есть спрос, то предложения обязательно будут.

Одна из моделей такого двигателя и предлагается на суд специалистов в области электротехники и энтузиастов альтернативной энергетики.

В принципе, ничего сложного в модели магнитного двигателя нет. Однако создание такой модели весьма не просто. Требуются достаточно серьезное станочное оборудование и высокое качество производства.

На рисунке схематически

На схеме изображена конструкция магнитного двигателя с КПД больше 100%.

Постоянные магниты неодим-железо-бор с максимально возможной индукцией магнитного поля.
Немагнитный, диэлектрический ротор. Материал ротора - текстолит или стеклотекстолит.
Статор. Или подшипниковые щиты. Материал - алюминий.
Контактные кольца. Материал - медь.
Электромагнитные катушки. Соленоиды, навитые тонким медным проводом.
Контактные щетки. Материал электрографит.
Диск управления подачи электрического импульса на электромагнитные катушки.
Оптопары на просвет. Датчики управления подачи электрического импульса на электромагнитные катушки.
Шпильки статора, регулирующие зазор между постоянными магнитами и электромагнитными катушками.
Вал ротора. Материал - сталь.
Замыкающие магнитопроводы. Кольца из мягкого железа, усиливающие силу постоянных магнитов.

Постоянные магниты расположены в подшипниковых щитах по диаметру с чередующейся полярностью. Электромагнитные катушки расположены в роторе аналогичным способом.

Принцип работы магнитного двигателя основан на взаимодействии постоянного и электромагнитного полей.

Если по катушке намотанной медным проводом (соленоидом) пропустить электрический ток, то в нем возникнет магнитное поле, которое станет взаимодействовать с магнитным полем постоянных магнитов. Другими словами, катушка втянется в зазор между постоянными магнитами.

Если ток выключить, катушка выйдет из зазора между постоянными магнитами без сопротивления.

По своей сути магнитный двигатель является синхронным электромагнитным двигателем, только многополюсным, без использования железа в электромагнитных катушках. Железо хоть и усиливает магнитную силу электромагнитной катушки, в этом двигателе использоваться не может, поскольку остаточная индукция неодимовых магнитов достигает 1,5 Тл, и на перемагничивание железных сердечников электромагнитных катушек, которые намагничиваются под действием постоянных магнитов, затрачивается огромное количество энергии.

А катушка без сердечника будет взаимодействовать с постоянным магнитом при любых (даже самых малых) значениях электрического тока. И будет абсолютно инертна к постоянным магнитам, если тока в катушке не будет.

Конечно, конструкция электромагнитного двигателя, в котором применяются катушки медного провода без железного сердечника, не нова. Есть масса вариантов и масса оригинальных конструкций, в которых используется принцип взаимодействия постоянного тока и электромагнитной катушки без сердечника. Но ни одна конструкция не имеет КПД больше 100%. Причина этого не в конструкции двигателя, а в неправильном понимании природы как постоянного магнита, так и электрического тока.

Дело в том, что до сих пор магнитное поле постоянного магнита считается сплошным и однородным. И электромагнитное поле соленоида также считается однородным и сплошным. К сожалению, это большое заблуждение. Так называемое магнитное поле постоянного магнита в принципе не может быть сплошным, поскольку сам магнит имеет составную структуру из множества спрессованных в одно тело доменов (элементарных магнитов).

По своей сути домены - это те же магниты, только очень маленькие. А если взять два обычных магнита, положить их на стол одноименными полюсами вниз и попытаться сблизить, то нетрудно заметить, что они отталкиваются друг от друга. Так же отталкиваются и их магнитные поля. Так как же магнитное поле постоянного магнита может быть сплошным? Однородным да, но не сплошным.

Магнитное поле постоянного магнита состоит из множества отдельных магнитных полей размером порядка 4 микрон. Их называют силовыми линиями магнитного поля, и еще из школьной программы по физике все знают, как их обнаружить с помощью железных опилок и листа бумаги. На самом деле железные опилки сами становятся доменами и продолжают постоянный магнит. Но поскольку они не закреплены механически, как в толще постоянного магнита, они расходятся веерообразно, что еще раз подтверждает утверждение о том, что магнитное поле постоянного магнита не является сплошным.

Но если магнитное поле постоянного магнита состоит из множества магнитных полей, то и электромагнитное поле соленоида тоже не может быть сплошным. Оно так же должно состоять из множества отдельных магнитных полей. Однако в катушке медного провода нет доменов, есть проводник и электрический ток. А электрический ток - это поток свободных электронов. Каким образом этот электронный поток может создавать магнитное поле?

Магнитный момент электронов обусловлен собственным вращением электронов - спином. Если электроны вращаются в одном направлении и в одной плоскости, их магнитные моменты суммируются. Поэтому они ведут себя подобно доменам в постоянном магните, выстраиваясь в электронные столбы и создавая отдельное электромагнитное поле. Количество таких электромагнитных полей зависит от напряжения электрического тока, приложенного к проводнику.

К сожалению, пока не установлена количественная связь между напряжением и числом магнитных полей. Нельзя сказать, что напряжение в 1 Вольт создает одно поле. Над решением этой задачи еще предстоит поломать голову ученым. Но то, что связь есть, установлено определенно. Определенно установлено и то, что одно магнитное поле постоянного магнита может соединиться только с одним магнитным полем соленоида. Причем наиболее эффективна эта связь будет тогда, когда толщина этих полей совпадет.

Толщина магнитных полей постоянного магнита составляет порядка 4 микрон, поэтому площадь магнитного полюса не должна быть большой, иначе придется пускать на обмотку соленоида слишком большое напряжение.

Возьмем, например, магнит, у которого площадь полюса равна 1 квадратному сантиметру. Разделим его на 4 микрометра. 1/0,0004=2500.

То есть для эффективной работы катушки с магнитом, у которого площадь магнитного полюса 1 квадратный сантиметр, необходимо подать на эту катушку электрический ток с напряжением 2500 Вольт. При этом сила тока должна быть очень маленькой - примерно 0,01 Ампера. Точные значения силы тока еще не установлены, но известно одно: чем меньше сила тока, тем выше КПД. Очевидно, причиной этому является то обстоятельство, что электрическая энергия переносится электронами. Однако один электрон не может перенести большое количество энергии. Чем больше энергии переносит электрон, тем больше потерь от столкновения электронов с атомами в кристаллической решетке проводника электротока.

Если же в работе участвует множество слабо возбужденных электронов, то энергия между ними распределяется поровну и электроны гораздо свободнее проскальзывают между атомами кристаллической решетки проводника. Вот почему по одному и тому же проводнику ток малой силы и высокого напряжения можно передать с гораздо меньшими потерями на сопротивление, чем ток малого напряжения и большой силы.

Таким образом, для эффективного взаимодействия электромагнитной катушки без сердечника с постоянным магнитом необходимо навить катушку тонким проводом (порядка 0,1 мм) с большим количеством витков (около 6 000) и подать на эту катушку электроток большого напряжения. Только при таких условиях двигатель получит возможность иметь КПД больше 100%. Причем чем меньше сила тока в электромагнитных катушках, тем выше КПД. Более того, электрический ток на катушку можно подавать короткими импульсами - в тот момент, когда катушка приблизилась к постоянному магниту на минимальное расстояние. Это еще больше повысит эффективность работы двигателя. Но самую большую эффективность двигатель приобретет в том случае, когда электромагнитные катушки закольцевать с конденсаторами, создав некоторое подобие колебательного контура, широко применяемого в радиоэлектронике для создания электромагнитных волн. Ведь по закону о сохранении энергии электроток не может исчезнуть бесследно. В колебательном контуре он всего лишь перемещается из электромагнитной катушки в конденсатор и обратно, создавая при этом электромагнитные волны. При этом потери электроэнергии минимальные и обусловлены только сопротивлением материала. А на создание электромагнитных волн энергия практически не тратится. По крайней мере, так утверждает учебник по физике. И если использовать это явление на взаимодействие с постоянными магнитами, получим механическую энергию, практически не потратив на это электрическую.

В общем, можно констатировать, что секрет двигателя с КПД больше 100% не в конструкции двигателя, а в принципе взаимодействия постоянного магнита и электромагнитной катушки с электрическим током.

Возьмем, к примеру, автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Есть автомобили, двигатели которых имеют простейшую конструкцию и потребляют 20 литров топлива на 100 километров пути, при этом обладая мощностью каких-то 70 лошадиных сил. А есть автомобили, двигатели которых увешаны электроникой, потребляющие всего 10 литров топлива на 100 километров пути, но имеющие мощность до 200 лошадиных сил. Хотя принцип действия у всех автомобилей одинаков. Разница лишь в том, как используется этот принцип действия. Можно просто залить порцию топлива в цилиндр двигателя и как попало поджечь его, а можно подготовить высококачественную топливную смесь, вовремя впрыснуть е в цилиндр и вовремя поджечь.

В электромагнитном двигателе цилиндром служит электромагнитная катушка, а топливом - электрический ток. Но для двигателей внутреннего сгорания придуманы различные виды топлива. От дизельного до высокооктанового. И для каждого типа двигателя предназначен свой тип топлива. Двигатель, рассчитанный на работу с высокооктановым бензином, не может работать на дизельном топливе. И даже работая на низкооктановом бензине, он не сможет дать тех технических возможностей, которые от него требуют.

У электрического тока тоже два параметра - cила тока и напряжение. Электрический ток высокого напряжения можно сравнить с высокооктановым бензином. Пуская на катушку электрический ток высокого напряжения, необходимо следить, чтобы смесь не была слишком обогащенной. То есть сила тока должна быть достаточной, но не превышала необходимой, иначе излишняя энергия просто вылетит в трубу и значительно уменьшит КПД двигателя.

Конечно, сравнивать электромагнитный двигатель с двигателем внутреннего сгорания не совсем уместно. Повысить мощность двигателя внутреннего сгорания можно, увеличив давление в камере сгорания. С электромагнитным двигателем такой фокус не удастся. Можно увеличить длину импульса в электромагнитной катушке. Мощность, конечно, увеличится, но и КПД упадет.

Увеличивать мощность электромагнитного двигателя следует лишь путем увеличения количества полюсов. Это словно собачья упряжка: одно животное, конечно, реальной силы не имеет, но два десятка - это уже что-то весьма серьезное. Поэтому в двигателе применяется многополюсная система, все катушки в которой подключены параллельно. В мощных двигателях количество полюсов может исчисляться сотнями.

В небольшой модели двигателя гораздо эффективнее применять систему, в которой электромагнитные катушки расположены в роторе. В данном случае катушка работает одновременно с двумя магнитами. Это в два раза увеличивает эффективность работы катушки даже при том, что импульс на катушки предается через щеточный узел.

В больших двигателях с многороторной системой гораздо эффективнее применять систему с постоянными магнитами на роторе. Конструкция упрощается, а катушки, которые работают только на одну сторону, находятся только на крайних статорах. Катушки же внутренних статоров работают сразу на две стороны.

В природе самым сильным животным является слон, но он много ест и вес, который он способен поднять, значительно меньше его собственного веса. Поэтому КПД его работы очень низок.

Маленький муравей ест очень мало, а вес, который он может поднять, превышает его собственный вес в 20 раз. Чтобы получить упряжку с большим КПД, нужно запрягать в нее не слона, а кучу муравьев!

Владимир Чернышов

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

В этом видео показан электромагнитный двигатель Radial Solenoid Engine, изготовленный своими руками. Это радиальный электромагнитный мотор, проверяется его работа в разных режимах. Показано, как расположены магниты, которые не приклеены, они прижаты диском и обмотаны изолентой. Но при больших оборотах все же происходит смещение и они склонны к тому, чтобы отойти от конструкции.

В данном тесте участвуют три катушки, которые соединены последовательно. Напряжение АКБ 12V. Положение магнитов определяется с помощью датчика Холла. Ток потребления катушки измеряем при помощи мультиметра.

Проведем тест на определение количества оборотов на трех катушках. Скорость вращения приблизительно 3600 оборотов в минуту. Схема собрана на макетной плате. Питание от аккумулятора 12 вольт, в схему включены стабилизатор, два светодиода, подключенные к датчику холла. 2-канальный датчик холла AH59, причем один канал открывается при прохождении рядом южного и северного полюсов магнита. Светодиоды периодически моргают. Управляющий мощный полевой транзистор IRFP2907.

Работа датчика Холла

На макетной плате расположены два светодиода. Каждый подключен к своему каналу датчика. На роторе стоят неодимовые магниты. Их полюса чередуются по схеме север – юг – север. Южный и северный полюса проходят поочередно рядом с датичком Холла. Чем выше частота вращения ротора, тем чаще мигают светодиоды.

Регулировка частоты вращения осуществляется датчиком Холла. Мультиметр определяет ток потребления на одной из катушек, перемещая датчик Холла. Изменяется количество оборотов. Чем выше обороты мотора, тем выше ток потребления.

Теперь все катушки соединены последовательно и участвуют в тесте. Мультиметр также снимет ток потребления. Измерение частоты оборотов ротора показало максимум 7000 оборотов в минуту. Когда все катушки подключены старт происходит плавно и без внешнего воздействия. Когда три катушки подключены, нужно помогать рукой. При торможении ротора рукой ток потребления увеличивается.

Подключены шесть катушек. Три катушки в одной фазе, три в другой. Прибор снимает ток. Каждой фазой управляет полевой транзистор.

Измерение количества оборотов ротора. Стартовые токи выросли и номинальный ток тоже возжрос. Двигатель быстрее достигает предельных оборотов приблизительно 6900 оборотов в минуту. Затормозить мотор рукой очень сложно.

К трем катушкам подключено питание 12 вольт. Другие 3 катушки замкнуты проводом. Двигатель набирать обороты стал медленнее. Прибор снимает ток потребления. К трем катушкам подключено питание 12 вольт. Данные три катушки замкнуты проводом. Ротор раскручивается более медленно, но доходит до максимальных оборотов и работает нормально.

Мультиметр снимает ток замыкания с трех катушек. Ток короткого замыкания. Четыре катушки соединены последовательно. Их сердечники находятся параллельно магнитам ротора.

Прибор измеряет ток потребления. Разгоняется медленнее, но у этого расположения катушек нет момента залипания. Ротор вращается свободно.