Вечен електромагнитен двигател-генератор

Тази статия е посветена на разработването и описанието на принципа на работа, дизайна и електрическата верига на прост оригинален "вечен" електромагнитен двигател-генератор от нов тип с електромагнит на статора и само един постоянен магнит (PM) на ротор, с въртенето на този PM в работната междина на този електромагнит.

ВЕЧЕН ЕЛЕКТРОМАГНИТЕН МОТОР-ГЕНЕРАТОР С ЕЛЕКТРОМАГНИТ НА СТАТОРА И МАГНИТ НА РОТОРА

1. Въведение
2. Колко енергия се крие в постоянния магнит и откъде идва?
3. Кратък преглед на електромагнитните двигатели и генератори с ФМ
4. Описание на конструкцията и електричеството на модернизирания електромагнитен двигател-генератор с електромагнит за променлив ток
5. Реверсивен електромагнитен двигател с външен PM на ротора
6. Описание на работата на "вечния" електромагнитен двигател-генератор
7. Необходими възли и алгоритми за управление на работата на този електромагнитен двигател-генератор в режим "вечно движение"
8. Алгоритъм за обратен електрически ток в намотката на електромагнита в зависимост от положението на магнетика
9. Избор и изчисляване на елементи и оборудване за ЕМДГ
10. Евтин електромагнит EMD (основи на дизайна и изчисляването)
11. Правилният избор на постоянни магнити на EMD ротора
12. Избор на електрогенератор за прототипиране на EMDG
13. Електромагнитен мотор-генератор с вечен затвор
14. Вечен електромагнитен двигател на конвенционален индукционен електромер
15. Сравнение на енергийните характеристики на новия EMDH с аналози
16. Заключение

ВЪВЕДЕНИЕ

Проблемът за създаването на машини за вечно движение в продължение на много векове вълнува умовете на много изобретатели и учени по света и все още е актуален.

Интересът към тази тема за "вечните двигатели" от страна на световната общност все още е огромен и расте с нарастването на енергийните нужди на цивилизацията и във връзка с предстоящото изчерпване на органичните невъзобновяеми горива и особено във връзка с настъпването на глобална енергийна и екологична криза на цивилизацията. При изграждането на обществото на бъдещето, разбира се, е важно да се разработят нови енергийни източници, които могат да отговорят на нашите нужди. И днес за Русия и много други страни това е просто жизненоважно. При бъдещото възстановяване на страната и предстоящата енергийна криза нови енергийни източници, базирани на революционни технологии, ще бъдат абсолютно необходими.

Очите на много талантливи изобретатели, инженери и учени отдавна са приковани към постоянните магнити (PM) и тяхната мистериозна и удивителна енергия. Нещо повече, този интерес към ПМ дори се е увеличил през последните години, поради значителния напредък в създаването на силни ПМ и отчасти поради простотата на предложените дизайни на магнитни двигатели (MF).

Колко енергия се крие в постоянния магнит и откъде идва?

Очевидно е, че съвременните компактни и мощни ФПМ съдържат значителна латентна енергия на магнитното поле. И целта на изобретателите и разработчиците на такива магнитни двигатели и генератори е да изолират и преобразуват тази латентна енергия на PM в други видове енергия, например в механичната енергия на непрекъснатото въртене на магнитния ротор или в електричество. Въглищата при горене отделят 33 J на грам, петролът, който след 10-15 години ще започне да свършва у нас, отделя 44 J на грам, грам уран дава 43 милиарда J енергия. Постоянният магнит теоретично съдържа 17 милиарда джаула енергия. за един грам. Разбира се, както при конвенционалните източници на енергия, ефективността на магнита няма да бъде сто процента, освен това феритният магнит има живот от около 70 години, при условие че не е подложен на силни физически, температурни и магнитни натоварвания, но , с такова количество енергия, съдържаща се в него енергия, това не е толкова важно. Освен това вече има серийни индустриални магнити от редки метали, които са десет пъти по-здрави от феритните и следователно по-ефективни. Магнит, който е загубил своята сила, може просто да бъде "презареден" със силно магнитно поле. Въпреки това въпросът „откъде идва толкова много енергия в PM“ остава открит в науката. Много учени смятат, че енергията в PM непрекъснато идва отвън от етера (физическия вакуум). А други изследователи твърдят, че той просто възниква сам по себе си поради магнетизирания материал на PM. Засега няма яснота.

КРАТЪК ПРЕГЛЕД НА ИЗВЕСТНИТЕ ЕЛЕКТРОМАГНИТНИ ДВИГАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРИ

В света вече има много патенти и инженерни решения за различни конструкции на магнитни двигатели - но в демонстрацията все още практически няма такива работещи МД в режим "вечно движение". И досега „вечните“ промишлени магнитни двигатели (IM) не са създадени и усвоени в серия и не се въвеждат в реалност, и още повече, те все още не са в открита продажба. За съжаление, добре известната информация в интернет за серийни магнитни мотор-генератори от Perendev (Германия) и Akoil-energy все още не е потвърдена в действителност. Има много възможни причини за бавния реален прогрес на метала в MD, но очевидно има две основни причини: или поради класификацията на тези разработки, те не са доведени до масово производство, или поради ниската енергийна ефективност на пилотните промишлени проби на MD. Трябва да се отбележи, че някои проблеми при създаването на чисто магнитни двигатели с механични компенсатори и магнитни екрани, например MD тип завеса, все още не са напълно решени от науката и технологиите.

Класификация и кратък анализ на някои известни МД

Магнито-механични магнитни двигатели Дудишев/1-3/. С тяхното конструктивно усъвършенстване те могат да работят в режим на „вечно движение“.
Двигател MD Kalinina- неработещ възвратно-постъпателен МД с въртящ се магнитен екран - МД поради недоведен до правилното конструктивно решение пружинен компенсатор.
Електромагнитен двигател "Перендев"- класически електромагнитен двигател с PM на ротора и компенсатор, неработещ без процеса на комутация в зоните, през които преминават мъртвите точки на задържане на ротора с PM. В него са възможни два вида превключване (позволяващо преминаване на "точката на задържане" на PM на ротора - механично и електромагнитно. Първият автоматично намалява проблема до зациклена версия на SMOT'a (и ограничава скоростта на въртене, и следователно мощността), втората е по-ниска.В "вечния двигател" не може да работи.
Електромагнитен двигател Minato- класически пример за електромагнитен двигател с PM ротор и електромагнитен компенсатор, който осигурява преминаването на магнитния ротор на „точката на задържане“ (според Минато, „точката на свиване“). По принцип това е просто работещ електромагнитен двигател с повишена ефективност. Максимално постижимата ефективност е приблизително 100% неработоспособна в режим „вечен“ MD.
Джонсън мотор- аналог на електромагнитния двигател Perendev с компенсатор, но с още по-ниска енергия.
Шкондин магнитен мотор-генератор- електромагнитен двигател с PM, работещ върху силите на магнитно отблъскване на PM (без компенсатор). Той е структурно сложен, има колекторно-четков възел, неговата ефективност е около 70-80%. Неработещ във вечния MD режим.
Електромагнитен мотор-генератор на Адамс- това всъщност е най-модерният от всички известни - електромагнитен двигател-генератор, който работи като мотор-колелото на Шкондин, само върху силите на магнитно отблъскване на ПМ от краищата на електромагнитите. Но този мотор-генератор, базиран на PM, е структурно много по-опростен от магнитния мотор-генератор на Shkondin. По принцип ефективността му може да се доближи само до 100%, но само ако намотката на електромагнита се превключва от кратък импулс с висока интензивност от зареден кондензатор. Неработоспособен в режим "вечен" MD.
Електромагнитен двигател Дудишев. Реверсивен електромагнитен двигател с външен магнитен ротор и електромагнит на централен статор). Ефективността му е не повече от 100% поради отвореността на магнитопровода /3/. Този EMD е тестван в експлоатация (снимката на оформлението е налична).

Известни са и други EMD, но те имат приблизително същите принципи на работа. Но въпреки това, развитието на теорията и практиката на магнитните двигатели в света все още постепенно продължава. И особено осезаем реален напредък в MD е очертан именно в евтините комбинирани магнитно-електромагнитни двигатели с използването на високоефективни постоянни магнити в тях. Тези най-близки аналози от такова значение за световната общност - прототипите на вечните магнитни двигатели се наричат - електромагнитни двигатели-генератори (EMDG) с електромагнити и постоянни магнити на статора или ротора. Освен това те вече наистина съществуват, непрекъснато се усъвършенстват и дори някои от тях вече се произвеждат масово. В интернет се появиха доста съобщения и статии за техния дизайн със снимки и техните експериментални проучвания. Известни са например ефективни, вече изпитани в метал, сравнително евтини електромагнитни мотор-генератори Адамс /1/. Освен това, някои от най-простите дизайни на комбинирани EMDG дори вече са достигнали серийно производство и масово внедряване. Това са например серийните електромагнитни мотор-колела на Shkondin, използвани на електрически велосипеди.

Въпреки това дизайнът и енергетиката на всички известни EMDG са все още доста неефективни, което не им позволява да работят в режим на "вечно движение", т.е. без външен източник на захранване.

Въпреки това има начини за конструктивно и радикално енергийно подобряване на известните EMDG. И точно такива по-енергийно усъвършенствани варианти могат да се справят с тази трудна задача - напълно автономна работа в режим на „вечен“ електромагнитен двигател-генератор - без потребление на електроенергия от външен източник и са разгледани в тази статия.

Тази статия е посветена на разработването и описанието на принципа на работа на оригиналния дизайн на прост електромагнитен двигател-генератор от нов тип с дъгов електромагнит на статора и само с един постоянен магнит (PM) на ротора, с полярно въртене на този PM в междината на електромагнита, което е доста работещо в режим "генератор на вечно движение".

Преди това и частично този дизайн на такъв необичаен полярен EMD в различна обратима версия вече е тестван върху съществуващите макети на автора на статията и е показал работоспособност и доста висока енергийна производителност.

Описание на дизайна и електрическата схема на модернизирана EMDG

Фиг.1 Електромагнитен двигател-генератор с PM на ротора, външен електромагнит за променлив ток на статора и електрически генератор на вала на магнитния ротор

Опростена конструкция на електромагнитен двигател-генератор (ЕМГ) от този тип и неговата електрическа част са показани на фиг. 1. Състои се от три основни блока - директно от DM с електромагнит на статора и PM на ротора и електромеханичен генератор на същия вал с DM. Устройството MD се състои от статичен електромагнит на статор 1, направен върху пръстеновиден сегмент с изрез или върху дъгова магнитна верига 2 с индуктивна намотка 3 на този електромагнит и електронен превключвател за обръщане на тока в намотката 3, прикрепена към него и постоянен магнит (PM) 4, твърдо поставен върху ротора 5 в работната междина на този електромагнит 1. Валът на въртене на ротора 5 на EMD е свързан чрез съединител към вала 7 на електрическия генератор 8. Устройството е оборудвано с най-простия регулатор - електронен ключ 6, (автономен инвертор), направен по схемата на прост мостов полууправляем автономен инвертор, електрически свързан към изхода към индуктивната намотка 3 електромагнити 2 и през входа на захранването - към автономен източник на електричество 10. Освен това, обратимата индуктивна намотка 3 на електромагнит 1 е включена в диагонала на променлив ток на този превключвател 6 и чрез веригата DC този превключвател 6 е свързан към буферен източник на постоянен ток 10, например, за да съгласува електрическият изход на генератора на електрическата машина 8 е свързан или директно към намотките на индуктивната намотка 3, или чрез междинен електронен токоизправител (не е показан) към буферен източник на постоянен ток (тип AB) 7.

Най-простият електронен превключвател на моста (автономен инвертор) е направен на 4 полупроводникови вентила, съдържа два мощни транзистора 9 и два неконтролируеми безконтактни ключа за еднопосочна проводимост (диод) 10 в рамената на моста.Два сензора 11 на позицията на PM магнита също се поставят върху електромагнитния статор 1 на този MD 5 на ротора 6, близо до траекторията на неговото движение 15, и като датчик за положение на PM-магнита 5 на ротора, прости контактни сензори на магнитния напрегнатост на полето - използват се рийд ключове. Тези сензори за положение 11 на магнита 4 на ротора 5 са поставени в квадратура - един сензор е разположен близо до края на соленоида с полюси, а вторият е изместен на 90 градуса (тръстикови превключватели), близо до пътя на въртене на PM5 на ротора 6. Изходите на тези сензори за положение 11 PM 5 на ротора са рийд превключватели релетата са свързани чрез усилващо логическо устройство 12 към управляващите входове на транзисторите 9. Полезен електрически товар 13 е свързан към изходната намотка на електрическият генератор 8 чрез превключвател (не е показан).превключване от DC стартовия модул към пълно захранване от електрическия генератор 8 (не е показан).

Отбелязваме основните характеристики на дизайна на такъв MD в сравнение с аналозите:

1. Използва се многооборотен икономичен нискоамперен дъгов електромагнит.

2. Постоянният магнит 4 на ротора 5 се върти в междината на дъговия електромагнит 1, именно от магнитните сили на привличане и отблъскване на PM 5. Поради промяната в магнитната полярност на магнитните полюси в междината на този електромагнит, когато посоката на тока в намотката 3 на електромагнит 1 команда на сензори за положение 11 PM на магнит 4 на ротор 5. Ние също така отбелязваме, че е препоръчително да се направи ротор 5 масивен от немагнитен материал, за да се извърши полезна функция на инерционен маховик.

Реверсивен електромагнитен двигател с външен PM на ротора

По принцип е възможна и обратима версия на дизайна на EMD, при която роторът с постоянен магнит PM на ръба е поставен извън електромагнита. Преди това такъв вариант на обратим EMD е разработен от автора на статията, създаден и успешно тестван в работата, и още през 1986 г. По-долу, на фиг. 2,3, има и опростен дизайн на такъв преди това тестван EMDG, описан по-рано в статиите на автора /2-3/

Дизайнът (непълен) на оформлението на най-простия EMD с външен постоянен магнит на ротора и с отстранен електромагнит на статора EMD е показан на снимката (фиг. 3). В действителност електромагнитът е редовно поставен в центъра на цилиндричен диелектричен немагнитен прозрачен цилиндър с горен капак, върху който е монтиран въртящият се вал на този EMD. На снимката не са показани превключвателя и другите електрически части.

Фиг.2 Реверсивен EMDG с външен MP-магнитен ротор (непълен дизайн)

Обозначения:

1. постоянен магнит (PM1)
2. постоянен магнит (PM2)
3. EMD пръстеновиден ротор (PM1.2 твърдо поставен върху ротора)
4. намотка на неподвижен електромагнит на статора (независимо окачване)
5. соленоидна магнитна верига
6. Сензори за положение на ротора на PM
7. вал на ротора (немагнитен лагер)
8. механична връзка спици на пръстеновидния ротор и неговия вал
9. носещ вал
10. подкрепа
11. захранващи магнитни линии на електромагнит
12. магнитни линии на постоянния магнит Стрелката показва посоката на въртене на ротора 3

Фиг.3 Снимка на най-простото оформление на EMDG (с премахнат електромагнит)

Описание на работата на "вечния" електромагнитен двигател-генератор (фиг. 1)

Устройството - този вечен електромагнитен двигател - генератор (фиг. 1) работи по следния начин.

Стартиране и ускоряване на магнитния ротор EMDG до постоянна скорост

EMDG се стартира чрез прилагане на електрически ток към намотката 3 на електромагнита 2 от захранващия блок 10. Първоначалното положение на магнитните полюси на постоянния магнит 4 на ротора е перпендикулярно на междината на електромагнита 2. Полярността на магнитните полюси на електромагнита се случва в този случай, така че постоянният магнит 4 на ротора 5 започва да се върти около своята ос на въртене 16, от магнитни сили, привличайки се от своите магнитни полюси към противоположния магнитен полюс на електромагнит 2. В този момент на съвпадение на противоположните магнитни полюси на магнит 4 и краищата в междината на електромагнит 2, токът в намотката 3 се изключва от командата на магнитното реле (или синусоидата на този ток преминава през нула) и по инерция масивният ротор преминава тази мъртва точка на траекторията си заедно с PM 4. След това посоката на тока в намотката 3 се променя и магнитните полюси на електромагнита 2 в тази работна междина стават същите като магнитните полюси на постоянния магнит 4. В резултат на това силите на магнитното отблъскване ia от същите магнитни полюси - постоянен магнит 4 на ротора и самият ротор получават допълнителен ускоряващ момент, действащ в посоката на въртене на ротора в същата посока. След достигане на позицията на магнитните полюси на ротора PM - докато се върти - по магнитния меридиан, в намотката 3 отново се променя посоката на тока по команда на втория магнитен датчик за положение 11, обръщането на магнитните полюси на електромагнита 2 отново се появява в работната междина и постоянният магнит 4 отново започва да се привлича към най-близките противоположни магнитни полюси на електромагнита 2 по посока на въртене в неговата междина. И след това процесът на ускоряване на PM 4 и ротора - чрез циклично обръщане на електрическия ток в намотката 3 чрез циклиране на транзисторите 8 на превключвателя 7 от сензорите за положение 11 на PM на ротора се повтаря многократно циклично. И в същото време, тъй като PM 4 и ротор 5 се ускоряват, честотата на обръщане на електрическия ток в намотката 3 автоматично се увеличава, поради наличието в тази електромеханична система на положителна обратна връзка по веригата през комутатора и сензорите за положение на PM 4 на ротора.

Обърнете внимание, че посоката на електрическия ток в бобина 3 (показана със стрелки на фиг. 1) се променя в зависимост от това кой от транзисторите 8 на превключвател 7 е отворен. Променяйки честотата на превключване на транзисторите, променяме честотата на променливия ток в бобината 3 на електромагнита и съответно променяме скоростта на въртене на PM 4 на ротора 5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: По този начин постоянният магнит на ротора за пълно завъртане около оста си почти непрекъснато изпитва еднопосочен ускоряващ момент от силовото магнитно взаимодействие с магнитните полюси на електромагнита, което го поставя във въртене и постепенно го ускорява и електрическия генератор на общ въртящ се вал до дадена постоянна скорост на въртене.

Директен метод за електрическо управление на намотката на статорния електромагнит EMDG в зависимост от положението на ротора PM

Допълнително нововъведение за осигуряване на такъв метод за управление на намотката на електромагнит 3 MD с променлив ток с необходимата честота и фаза директно от изхода на генератор за променлив ток в стабилен режим на работа е въвеждането в такава система на магнитен двигател - електрически генератор - паралелна резонансна L-C верига - във веригата има две индуктивности - от намотка 3 и статорна намотка на генератора и допълнителен електрически капацитет въвеждане на допълнителен електрически кондензатор 17 в изходната електрическа верига на генератора 8 за осигуряване на неговото самовъзбуждане и последващ електрически L-C резонанс, за намаляване на електрическите загуби и за изключително лесно управление на индуктивността 3 чрез променлив ток с желаното напрежение и фаза на тока директно от генератора 8.

Напълно автономен режим ("perpetuum mobile") EMDG

Съвсем очевидно е, че за да се осигури работата на това устройство в режим "вечно движение", е необходимо да се получи свободна енергия от постоянните магнити на ротора, достатъчна за генериране на електрически генератор на необходимия вал EMD за тази напълно автономна работа на системата – ел. енергия. Следователно най-важното условие е да се гарантира, че магнитният ротор на това MD има достатъчен въртящ момент за генериране на достатъчно количество електричество на неговия вал, което би било повече от достатъчно за захранване на електромагнитната намотка, полезен товар с дадена стойност и компенсиране за различни неизбежни загуби в такива електромеханични системи с PM на ротора. След като PM 4 се развие и роторът достигне 5 номинални оборота, ние превключваме захранването на намотката 3 директно от електрическия генератор или чрез допълнителен преобразувател на напрежение, а източникът на захранване на стартера е или напълно изключен, или поставен в режим на презареждане от електрическия генератор на вала на този EMD.

НЕОБХОДИМО СТРУКТУРНО СГЛОБЯВАНЕ И АЛГОРИТМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ ЗА РАБОТАТА НА ТОЗИ МОТОР-ГЕНЕРАТОР В РЕЖИМ „PPERP MOBILE“

Това важно условие за работата на DM в режим "вечно движение" може да бъде изпълнено само ако са изпълнени едновременно най-малко шест условия:

1. използването на съвременни силни ниобиеви постоянни магнити в MD, които осигуряват максимален въртящ момент на такъв ротор с минимални размери на PM.

2. използването на ефективна ултра-ниска цена MD електромагнитна верига на MD статора поради изключително големия брой навивки в намотката на електромагнита и правилния и ефективен дизайн на неговата магнитна верига и намотка.

3. необходимостта от пусково устройство и стартерен източник на електроенергия за стартиране и ускоряване на MD с захранването на електромагнитната намотка от превключвателя.

4. правилният алгоритъм за управление на електрическия ток в намотката на електромагнита по посока, величина, в зависимост от положението на ротора PM.

5. съгласуване на електрическите параметри на електрогенератора и намотката на електромагнита.

6. правилният алгоритъм за превключване на захранващите вериги на намотката на електромагнита, когато веригата на електрическия генератор е включена в захранващата верига на намотката на електромагнита и началният източник на електроенергия, например AB, се прехвърля от режима на разреждане към режима на електрическото му презареждане.

АЛГОРИТЪМ ЗА ПРЕВКЛЮЧВАНЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК В ЕЛЕКТРОМАГНИТНАТА БОБИНА В ЗАВИСИМОСТ ОТ ПОЛОЖЕНИЕТО НА ЕМД РОТОР PM (фиг. 1)

Нека разгледаме алгоритъма за превключване на електрическия ток в бобината при наличие на един прътов магнит на ротора EMD за един оборот на ротора (фиг. 3) За да се осигури ефективната работа на този EMD (дизайн на фиг. 1) , използвайки комбинираните диаграми на положението на ротора и посоката на протичане на ток в намотката 3 на статорния електромагнит 1. Както следва от тези диаграми, същността на правилния алгоритъм за управление на електромагнит 1 EMD е, че един пълен оборот на ротора на PM електрическият ток в индуктивната намотка 3 на електромагнита прави две пълни трептения .. Това е, с други думи, честотата на електрическото Ток, подаван към намотката 3 на електромагнита 1 посредством електронен ключ, прикрепен към него, управляван чрез командите на сензорите за положение на роторния PM, е равен на удвоената скорост на ротора, а фазата на този електрически ток е строго синхронизирана с положението на роторния PM. EMD. Тъй като превключвателят превключва посоката на тока в намотката 3 (обръщане на тока) се случва строго на магнитния екватор на PM, когато магнитните полюси на PM и магнитните полюси на краищата на магнитната верига съвпадат в работната междина на магнитната верига 2 на електромагнита 1, тогава в резултат на това за един пълен оборот на PM на ротора той постоянно изпитва ускоряващ се еднопосочен въртящ момент и два пъти от привличането на противоположни магнитни полюси на краищата на магнитната верига на електромагнита и PM на ротора, и два пъти - поради магнитните сили на отблъскване на техните еднакви магнитни полюси.

Фиг.4 Времедиаграма на работата на електронен превключвател за обръщане на тока в намотката на електромагнита на статора за един оборот на ротора PM

Фиг.5 Циклограма на редуването на магнитните полюси в междината на електромагнит за един оборот на PM на ротора EMDG

Към обяснението на алгоритъма на електромагнита EMD:

3.4 - магнитни полюси на краищата на дъговата магнитна верига 2 на електромагнита 1
Намотката с намотката 3 е поставена върху магнитната верига 2 на електромагнита 1
9. магнит на ротора