статистика Каталог@MAIL.RU - каталог ресурсов интернет

Автор документа неизвестен. Благодарим корреспондента Vlad за предоставленные материалы.

Macmep@Lab

2005 г



Движение намагниченного твердого тела вблизи постоянного магнита

Z - motor

 


В каких случаях возможна трансформация энергии магнитного поля в механическую энергию вращения твердого тела ? 

Для этого необходимо, чтобы характер сил (степень зависимости от расстояния), создающих вращательный момент по часовой стрелке на всей длине окружности отличался от характера сил,  создающих вращательный момент против часовой стрелки. Другими словами, если сила “F1”,  вращающая стержень против часовой стрелки, например  зависят от расстояния  “r” до магнита как  F1  =  k1 *mag / (r3) ,  а  сила   “F2” , вращающая стержень по часовой стрелке зависит от расстояния как F2 = k1*mag / (r1) , то моменты сил могут быть скомпенсированы только на расстоянии    r =1.   В этом случае F1 = F2.  Если мы увеличим расстояние между верхней и нижней пластинами магнитопровода, между которыми находится железный стержень, то вращение стержня  будет регулярно увеличиваться по часовой стрелки. Если мы уменьшим расстояние между пластинами, то вращение стержня будет регулярно импульсами увеличиваться против часовой стрелки.

(Это без учета краевых эффектов на дальних от магнита концах магнитопровода)

Возможно ли создать физически систему, имеющую не равный нулю суммарный  момент?  Действительно возможно, предложена модель в которой теоретически (без учета многих факторов) получается , что  момент может быть не скомпенсирован. Но для окончательного вывода необходим физический эксперимент.

 В качестве источника магнитного поля в этой модели используются не просто магниты, а магниты с магнитопроводами.  В магнитопроводе  поток магнитного поля затухает иначе (практически линейно от длины), чем в воздухе (не менее чем кубическая зависимость), за счет этого мы  получаем нескомпенсированный момент сил, действующих на металлический стержень. Расстояние между магнитопроводами должно быть минимально (нет ограничения по минимуму зазора, а значит и мощности), стержень двигающийся между магнитопроводами, должен закорачивать через себя практически весь основной поток силовых  линий магнитов. Движение и основной момент импульса стержень ротора получает при входе в магнитопровод со стороны расположения магнитов! Так как эта точка входа имеет максимальный градиент магнитного поля, далее движется по инерции, слегка тормозясь слабым градиентом магнитного поля между магнитопроводами. Оптимальность длины магнитопровода, делать его мах.длинным или мах.коротким - не исследовно.       

 

 

Расчет моделирующей программы:

Момент силы по часовой стрелке,  вращающий пропеллер из трех лопастей (стержней), расположенных под углом 120 градусов. На рисунке хорошо видны 6 отрицательных всплесков ( стремящихся повернуть пропеллер против часовой стрелки ). Причем, чем меньше зазор между ротором и статором, тем сильнее "всплески" момента сил против часовой стрелки и тем меньше по сравнению с ними суммарная тяга по часовой стрелке (сравниваются площади графика <+> и <->).

Примечание: После тестов было обнаружено, что основной "сложный" момент - это когда какой-либо сегмент ротора выходит из зацепления  элемента статора. Но это частично решается тем, что в это время уже подводится к магниту следующий элемент ротора - и он перехватывает большинство силовых линий на себя (слегка теряя в тяге, но кажется обойти можно).  Далее обнаружено, что регулируя расстояние между сегментами статора (зазор) можно убрать отрицательные влияния - но при этом в зазоре возникают аномалии, которые плохо удается теретически прогнозировать (может кто на современных компьютерных моделях сможет обыграть).    

 

Был проведен успешный тест, на немного упрощенной конструкции:

 

 

Как видно из рисунка, в качестве ротора применялся прямоугольный в сечении стержень из мягкого металла (кусок строительной арматуры 140 х 12 х 6 мм) посаженный за один конец на ось с подшипником, в качестве магнитопроводов использовались отрезки того-же прутка длиной 60 мм.  В качестве магнитов применялись таблетки диаметром 12мм  и толщиной 3 мм каких-то сильных магнитов (купленных на рынке с рук, стальной блеск и очень любят раскалываться когда схлопываются). В качестве подстроечного магнита применялся кусочек магнитной крошки 3 х 4 мм - им двигали вдоль ротора в пределах 1...3 см от оси. Ротор проходил над статорными пластинами на 3-5 мм (по кругу была разная высота - так уж получилось....) Зазор между пластинами ротора регулировался 5...10 мм во время настройки  конструкции в зависимости от неоднородности силы магнитных таблеток.

Настройка:  Довольно нудно и долго...  Сначала выставляли платформу горизонтально и проверяли ротор от зажима оси в подшипнике (меняли подшипник что бы не было никаких тормозов на малых усилмях). Дальше ставили первый сегмент статора (на клей), затем располагали второй и регулировали расстояние от предыдущего элемента (хвост магнитопровода без магнита) - так что бы при прохождении ротора над первым сегментом статора, ротор проскакивал на следущий сегмент и "ударялся" в конец второго сегмента статора (о пучностьмаг.линий). Затем приклеивали второй сегмент статора и ставили третий сегмент. При тестировании ротор запускали опять сначала с первого сегмента статора перед магнитом. Ротор удерживал деревянной линейкой и резко убирал ее, железный ротор начинал притягиваться к первому сегменту статора со стороны магнита, а затем по инерции двигался до конца сегмента и перепрыгивал на следующий сегмент статора...

После 3-х недельной  тщательной настройки всех сегментов статора - ротор вращался по кругу сам! со скоростью ~ 1 оборот/сек. Движение было рывками, энергии разгона от одного магнита хватало, чтобы перескочить на следующий сегмент. Констукция была очень капризная к горизонтальному расположению (магниты слабые, зазоры плавали 3..7мм). Часто клинил подшипник от магнитного перекоса ротора и мелкой ржавчины ( подшипник иногда клинило - даже рукой чуствовалось).- НО! ДОКАЗАТЬ САМОВРАЩЕНИЕ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ УДАЛОСЬ !!! - это и была основная задача модели.

( Любопытное наблюдение: - знакомый физик, когда его пригласили посмотреть как извлекается энергия из постоянного магнитного поля, где "работа по замкнутому контуру не равна нулю" - напрочь отказался смотреть и мне показалось был очень напуган! Дальше заниматься "глупостями" начальство запретило! эта разработка на том и закончилась....  Сама идея разработки появилась после чтения проекта "SMOT" )


 

Дальнейшее развитие конструкции вижу так:

Предлагается магниты статора обьединить в единый один магнит и посадить на ротор, статорные пластины магнитопроводов сделать двойные - на каждый полюс магнита и сделать единой пластиной для каждого полюса

 

                      

Вид на верхнюю пластину магнитопровода ротора (3-лопастный или 4-лопастный) , магнит изображен синим, северным полюсом вверх, а черные прямоугольники - статорные магнитные замыкатели магнитного потока. При большем колличестве лопастей на роторе вырезы придется делать уже кривыми... Ширина выреза дожна быть такой, чтобы магнитные поля практически не перескаивали через нее, а лезли все через "шейку". Ширина шейки - очень важный момент! - если она слишком большая, то большой магнитный поток не отпустит статорный замыкатель магнитных линий в конце хвоста лопасти, если слишком узкая - то тяга будет слишком малой.

           

 

 

Вариант изготовления 4-х лопастной конструкции:

1 Вырезается две нужной формы пластины из мягкого магнитного материала (лист простого! железа, который хорошо притягивается магнитом,но не имеет остаточного намагничивания, толщиной скажем 3-6мм). Форма пластин: "фашистский крест" вписанный в круг. Причем в центре должно быть технологическое отверстие, диаметр которого должен равнятся дырке используемого магнита.

2 Между пластинами вставляется магнит, например такой как у динамиков, с дыркой по середине, но внешний радиус магнитане должен касатся внешних хвостов железок. Для действия системы эта дырка несущественна, но она позволяет организовать механическое крепление по центру дырки на оси, так что-бы вся эта система из двух пластин железа и магнита между ними свободно вращалась на оси.

3 Крепление на оси и саму ось следует сделать максимально не магнитной, что бы магнитные минимально замыкались через эту ось. Правильность этой конструкции проверяется куском железа, который должен с силой притягиваться по краям этого двойного "диска", так как на разных пластинах организуется свой полюс магнита, а любая железка снаружи может их замыкнуть(прилипнуть). В итоге это есть ротор устройства.

4 Теперь этот ротор необходимо жестко закрепить так, что бы он свободно вращался, но не бил в подшипниках. (Биения убираются
напильником или еще чем...)

5 Закрепить снаружи ротора короткие стержни(прямоугольного сечения) расположенные паралельно оси ротора, но с равномерным шагом по окружности. Что бы легче представить: прилепить их равномерно по окружности к ротору(магнит ротора их притянет к железкам) и отодвинуть их от ротора на минимальный зазар, что бы ротор их не касался при вращении. Это магнитные замыкатели статора. Колличество таких магнитных замыкателей должно быть таким, что бы два или более таких замыкателей попадпли в зону одного "хвоста фашистского креста" из железа.

Принци действия:

Рассмотрим только два рядом рассположенные магнитных замыкателя и будем рассматриать только один хвост "фашистского креста".
Первый момент все м/замыкатели вне действия магнитных сил " Г-образного хвоста 2 железок,но один замыкатель расположен достаточно близко около хвоста со стороны(это важно) шейки хвоста, через которую он крепится к магниту и получает силовые линии.

1 В какой позиции система начинает вращаться? Что бы первый магнитный замыкатель оказался на минимальном зазоре от двух магнитных пластин ион начинает притякивать ротор, чтобы замкнуть ближайшие магнитные полюса. Точка старта ротора с места только эта, или же крутануть ротор на 2..3 сектора.

2 Как только он окажется в минимальном зазоре, ротор продолжает вращаться по инерции, так как по силам эта точка несимметрична, из-за хвоста железок и магнитные линии продолжают замыкатся уже через часть хвоста (обратная тяга есть, но очень слабая). Ротор продолжает поворачиваться до того времени, пока увеличивающаяся обратная тяга не "сьест" всю полученную энергию при начальном притяжении маг.замыкателя.

3 До того, как ротор закончит вращаться по инерции к хвосту железных пластин ротора приближается следующий маг.замыкатель и он притягивается хвостом пластины, НО!! при этом практически все магнитные линии переключаются на работу второго м/замыкателя, так что первый практически никакой силой уже не притягивается к концу хвоста "фашистского крета" железок

4 Эта позиция практически аналогична первой и цикл повторяется.


Эта конструкция капризна по размеру заазоров между хвостами фашистского креста, но их легко расчитать или практическим путем
подобрать ширину и толщину магнитных замыкателей. Это проверяется так: один замыкатель прилепить к одному хвосту фашистского креста у самой его шейки крепления к магниту(через зазар), а второй попробовать прилепить к конц этого-же хвоста и он должен практически НЕ "ПРИЛИПАТЬ"! Если он все-же прилепает, необходимо или уменьшить силу магнита, или уменьшить сечение шейки хвостов, или увеличить сечение всех замыкателей, или уменьшить зазор для всех замыкателей.


Энергия этого устройства получается за счет охлаждения рабочей зоны хвостов железки, так как там получается магнитное охлаждение вещества, за счет медленного намагничивания и быстрого сброса, причем охлаждение очень незначительное, так что я думаю, что большая часть энергии берется все-таки из магнитного поля.