Глава 10 Использование постоянных магнитов в генераторах энергии

Начнем эту обширную тему с истории развития электромагнитного генератора Джона Серла (John Roy Robert Searl). Джон в возрасте 14 лет поступил учеником электромонтера на завод в английском городе Бирмингеме. Работая с постоянными магнитами для электросчетчиков, он в 1946 году открыл новый эффект электромеханики, о котором в школе не рассказывают. В быстро вращающемся диске появлялась радиальная электродвижущая сила с вертикальным вектором. Для увеличения эффекта, Джон сначала намагничивал диски, а затем стал использовать постоянные магниты.

Однажды его модель, состоящую из нескольких соединённых вместе колец, испытывали во дворе. При малых оборотах, в кольцах появилась большая радиальная разность потенциалов, что проявилось по характерному треску электрических разрядов и запаху озона. Затем произошло совсем необычное: блок колец оторвался от раскручивающего их мотора и завис на высоте 1,5 метра, постоянно увеличивая обороты вращения. Вокруг вращающегося объекта появилось розовое свечение – показатель активизации воздуха при падении давления. Объект начал подниматься. Наконец, вращение достигло такой скорости, что объект быстро исчез из виду в вышине.

Вдохновлённый своими результатами, Джон, в период с 1950 по 1952 год создал и испытал свыше десятка моделей левитирующих дисков. В дальнейшем он научился управлять «разгоном» этих дисков.

Уверенный в том, что общество будет с благодарностью принимать его открытия, он в 1963 году разослал приглашения на презентацию своей модели «летающей тарелки» в Королевский Дом и высшим министерским чинам. Но никто на приглашения не откликнулся. Обескураженный Джон на некоторое время перестал работать, потом, в 1967 году обратился к английским учёным, но те лишь высмеяли «неуча-электрика».

Как обычно, признание к изобретателю пришло из-за рубежа. Сначала от японцев, а значительно позже и от ученых других стран. В 1968 году произошло событие, которое, задержало развитие этих научных исследований. 30 июля 1968 года Джон испытывал аппарат «Р-11» весом почти 500 кг. При демонстрации аппарат опять перестал управляться, а затем взлетел и скрылся из виду на большой высоте в небе.

Власти оперативно «отреагировали» на это событие. Местные электрики предъявили изобретателю счет за использование электроэнергии в течении прошлых 30 лет, хотя Джон имел собственную электростанцию. Он не имел возможности уплатить огромную сумму, поэтому его арестовали, судили, и посадили в тюрьму на 15 месяцев. Все оборудование и приборы уничтожили, а дом сожгли. В 1980-е годы о нем было много шума в прессе, как об «отце летающих тарелок». Потом все разговоры об этом талантливом изобретателе прекратились, как будто кто-то дал такую команду.

В настоящее время, Джон Серл открыт для контактов, о нем снимают фильмы и пишут книги. Он действительно заслуживает того, чтобы изучить его теорию и технологию. Необходимо отметить, что Джон Серл сделал фундаментальное открытие природы магнетизма, которое заключается в том, что добавление небольшой составляющей слабого переменного тока (примерно 100 милиампер) высокой частоты (около 10 MГц) в процессе изготовления постоянных магнитов придает им новые и неожиданные свойства. На основе этих магнитов Джон создал свои генераторы. Полагаю, что суть данной технологии состоит в создании магнитного материала, имеющего прецессию магнитных моментов. Данная концепция подробно рассмотрена в моей книге «Новые космические технологии», 2012.

Основной интерес разработчика был в создании «летающих дисков», и это у него получалось с большим успехом, так как в его генераторах, кроме эффекта самовращения, создается эффект осевой активной силы. К продаже генераторов энергии, Серл и его коллеги готовы давно, иногда они давали рекламу, но до серийного выпуска развитие их проекта не дошло. Возможно, отсутствие серийного производства – это компромисс за то, что они сейчас еще имеют возможность продолжать исследования.

На фото рис. 109 показана фотография небольшой экспериментальной установки в современной лаборатории Джона Серла. Слева на фото ролики не вращаются, а справа на фото показаны вращающиеся ролики. Фото публикуется с разрешения Джона Серла. Он прислал письмо в январе 2011 года, с пожеланиями успехов в исследованиях.

Рис. 109. Один из современных генераторов Серла

В интернет есть много фильмов с его презентациями и пояснениями о том, «как это работает». Официально, проектами занимается компания DISC Direct International Science Consortium Inc. Они ставят задачи коммерческого освоения космоса, в том числе.

Технические подробности данного изобретения имеют аналогии с другими проектами. Эффект Серла, обнаруженный в магнитных взаимодействиях, проявляется в необычном поведении роликов, находящихся в области постоянного поля кольцевого магнита с осевой намагниченностью. Ролик, установленный на свое место «на орбите», после небольшого толчка влево или вправо, начинает движение по орбите с вращением вокруг своей оси, причем с постоянным увеличением орбитальной скорости. Этот эффект может быть объяснен явлением «запаздывания взаимодействия», которое, при перемагничивании, в особых материалах, возникает даже на небольших скоростях взаимного движения магнитов.

На рис. 110 показана схема с несколькими кольцами и несколькими орбитами роликов-магнитов.

Рис. 110. Схема Серла с несколькими магнитами

Команда последователей Джона Серла продолжает его проекты, создавая новые конструкции и применяя современные материалы.

Для более детального обсуждения конструкции, можно обратиться к схеме Рощина и Година, которые в 1992 году в Институте Высоких Температур, Москва, построили и успешно испытали аналогичный генератор. Проект назывался «Астра». Схема экспериментальной установки показана на рис. 111.

В данной конструкции, периферийные магниты (ролики с осевой намагниченностью) вращаются вокруг центрального магнита, имеющего форму кольца с осевой намагниченностью.

Вращение создает электродвигатель с внешним питанием. Некоторые отличия от проектов Серла состоят в том, что магниты, в данном случае, не являются свободными, а установлены на общем роторе (элемент 3 на рис. 111), хотя ролики также имеют свободу вращения вокруг своей оси. Диаметр магнитной системы рабочего тела конвертора Година и Рощина в проекте «Астра» был около 1 метра.

При оборотах более 500 оборотов в минуту, начиналось самовращение, и машина переключалась от первичного привода на генератор с нагрузкой до 7 киловатт. Интересно, что в процессе работы также отмечалось наличие осевой вертикальной силы, и создается радиальное электрическое поле. В затемненном помещении, вокруг работающего генератора наблюдается коронный разряд в виде голубовато-розового свечения и характерный запах озона. При этом, облако ионизации охватывает статор и ротор, и имеет тороидальную форму.

Вокруг установки отмечаются концентрические «магнитные стены», то есть области изменения величины магнитного поля и температуры среды. Расстояние между данными «магнитными стенами» было около 50–60 см, толщина «стен» примерно 5–8 см. Температура внутри «стен» была ниже окружающей примерно на 6–8 градусов. Концентрические «магнитные стены» и сопутствующие тепловые эффекты начинали проявляться, заметным образом, примерно с 200 об/мин, и линейно нарастали по мере увеличения числа оборотов. Подробнее, читайте о данном проекте в статье В. Година и С. Рощина «Экспериментальное исследование нелинейных эффектов в динамической магнитной системе», журнал Новая Энергетика, www.faraday.ru

Метод запатентован в России: «Устройство для выработки механической энергии и способ выработки механической энергии», Рощин В.В., Годин С.М., патент РФ 2155435 от 27.10.1999 г. Несмотря на это, есть серьезные критические замечания, а также сомнения в корректности постановки и данного эксперимента и оценке его результатов.

Эти явления могут быть реализованы не только путем специального намагничивания, по технологии Серла, но и другими методами.

Например, простым способом, обеспечивающим режим работы магнитного генератора под нагрузкой без торможения, или даже с ускорением, является конструктивно создаваемое динамическое смещение полюсов магнита ротора и полюсов генераторных катушек. Эта концепция самоускоряющихся приводов с постоянными магнитами проверена мной в нескольких вариантах, и она получила название «задержка реакции в явлениях электромагнитной индукции».

Рассмотрим суть предлагаемого метода. Обычно, приближение магнита ротора к полюсу катушки генератора вызывает его торможение полем индуцированного тока, а в фазе удаления ротора вторичное поле притягивает его, и тоже тормозит. Создав сдвиг фазы нужной длительности, получаем «задержку реакции» . Этот эффект может быть создан различными методами, например, свойствами материала сердечника. В результате, сближение полюса магнита не вызывает реакции (гистерезисная задержка), а удаление вызывает отталкивание, поскольку статор реагирует на удаление, как на сближение. На рис. 112 показана схема из статьи Профессора Лайтвайта (Professor Eric Laithwaite of Queens College, London).

Рис. 112. Принцип «задержки реакции»

Насколько я понимаю, при конструировании подобных устройств, необходимо найти требуемое сочетание скорости вращения ротора и длительности задержки реакции (перемагничивания или переполяризации). Эта точка рабочего режима напоминает резонанс. При скорости меньшей, чем «резонансная», статор успевает дать реакцию отталкивания на сближение с ротором. При номинальной «резонансной» скорости вращения ротора, статор реагирует «в нужное время, и в нужном месте», отталкивая удаляющийся ротор. При скорости больше, чем надо, статор не реагирует на ротор или «не попадает в такт».

Отличную от известных, концепцию явления «самовращения» развивает профессор В. Эткин в книге «Энергодинамика. Синтез теорий переноса и преобразования энергии» (СПб, «Наука», 2008 г., 409 с.). Он объясняет это явление, как следствие «запаздывания потенциала» при деформации силовых полей, вызванной взаимным движением полеобразующих тел. В частном случае относительного движения магнитных полюсов это проявляется в неравенстве сил их притяжения и отталкивания вследствие конечной скорости (гистерезиса) процесса намагничивания.

Для диэлектриков, применяемых в других конструкциях, необходимы условия запаздывания переполяризации, что мы рассматривали ранее, как «эффект Герца-Квинке-Сумото», рис. 72. Аналогии всегда дают пищу для размышлений, и поиска новых конструктивных решений.

Следующий пример конструкции магнитного мотора, который в 2010 году был показан на Всемирной Выставке в Шанхае, и его видели около 70 миллионов человек, это изобретение Ванга (Wang). Проект развивался более 40 лет. На фото рис. 113 показано устройство небольшой мощности с вращающимся ротором, и ротор отдельно. Автор на фото рис. 113, показан еще «в молодости», он держит в руках мотор мощностью 1 кВт. Внутри мотора применяется феррофлюид, то есть магнитная жидкость.

Рис. 113. Ванг и его магнитный мотор

В конце 2010 мне удалось связаться с изобретателем, и он уточнил, что в Китае для развития его проекта создана компания с большими финансовыми возможностями, которой поставлена задача внедрить эту технологию на объектах общей мощностью 10 тысяч мегаватт. По сообщениям в прессе, в Китае начата реконструкция устаревших угольных электростанций. Автор готов рассматривать сделку по продаже его технологии в Россию, и начале серийного производства, но при серьезном уровне переговоров, с участием партийных и военных структур. К сожалению, в 2011 году, мы не смогли организовать дела с китайцами на должном уровне, и контакты с автором прекратились. Возможно, изменилась и ситуация в Китае.

Проект другого мотора на магнитах, был нам известен как «планируемый к продажам на рынке мотор ПЕРЕНЕДЕВ», серийное производство которого планировалось в Европе. Патент получен WO/2006/045333 04.05.2006, хотя его схема очень напоминает бразильский патент BR 8900294 (A), автор которого Malafaia Mauro Caldeira. Отметим, что бразильский патент был выдан после того, как автор Калдейра предоставил рабочий образец в патентный офис. Автор Майк Бреди (Mike Brady) широко рекламировал возможности его мотора PERENDEV, но за много лет мы не нашли позитивных откликов от покупателей. В 2009 мы пытались организовать визит к нему для проверки и покупки моторов мощностью 100 кВт. Однако демонстрация мотора под нагрузкой, так сказать «товар в действии», раз за разом откладывалась. Новости 2010 года прибавили пессимизма: Майкл Бреди был отправлен в Германию на суд, так как он не обеспечил поставки оплаченного товара и его клиенты были «разочарованы».

Патент Майкла Бреди WO2006045333A1 и схема его мотора известны, рис. 114. Магниты статора и ротора расположены под углом, в положении взаимного отталкивания. Многие попытки разных энтузиастов данного направления конструирования повторить конструкцию ПЕРЕНДЕВ были успешны, но надо отметить, что серийное производство так и не началось.

Рис. 114. Схема мотора на магнитах ПЕРЕНДЕВ (PERENDEV)

Поэтому мы можем предположить, что версия «чисто магнитного мотора» в исполнении фирмы ПЕРЕНДЕВ была не совсем удачной. Автор сообщал мне в 2005 году, что 16 машин небольшой мощности (5–6 кВт), проданных в Европе для бета-тестирования, имели недостатки в эксплуатации (магниты размагничивались). Поэтому мощные машины 100 кВт и 300 кВт планировались к производству с использованием электромагнитов. Поведение Майкла Бреди по отношению к заказчикам было явно некорректным. Вместо организации широкой демонстрации своих изобретений, он предпочитал работать в скрытной манере, хотя заявки в публикациях давал многообещающие. В таких случаях, происходит спекуляция на повышенном спросе. Инвесторы и покупатели таких машин, учитывая возможность хорошо заработать при выводе нового продукта на рынок, готовы поверить и платить аванс. Я полагаю, что нормальный путь развития новых технологий идет через академическую среду, то есть при организации открытых демонстраций технологии, экспертной проверке и нормальном техническом сопровождении продаваемой продукции (гарантии возврата денег, гарантии по техобслуживанию), все сертификаты, включая электро– и пожаробезопасность, а также медицинские сертификаты. Согласитесь, что покупать такую продукцию, даже если она работает, может быть опасно по причине возможных неизвестных медико-биологических эффектов. Магнитные моторы, например, создают низкочастотные электромагнитные поля, которые трудно экранировать.

Рассмотрим пример нормального пути развития аналогичной технологии. Для этого, перейдем к более известной в 2010 году конструкции – мотору фирмы Steorn. Заявленная мощность в прототипе мотора и генератора Стеорн (Steorn) не превышает несколько ватт.

Компания Стеорн работает в Ирландии, уровень специалистов в ней очень серьезный, академический. Используется дорогостоящее оборудование для измерений параметров работы их экспериментальных устройств. За 6 лет работы в компанию привлекли 8 миллионов Евро инвестиций. На продаже лицензий, то есть «ноу-хау», они уже заработали более 4,5 миллионов Евро.

Необходимо отметить, что тема изучается «со всех сторон», и, первоначально планировали создать прототип мотора на постоянных магнитах, показанный на рис. 116. Схема очень похожа на вариант ПЕРЕНДЕВ. Сегодня фирма Steorn демонстрируют прототип с аккумулятором, тороидальными катушками и импульсным питанием, причем аккумулятор постоянно подзаряжается в ходе работы генератора.

Компания серьезно подошла к изучению проблемы: на первом этапе, убедительно показала экспертам, что взаимодействие магнитов, при наличии частичного экранирования, может давать превышение мощности на выходе над потребляемой мощностью, рис. 115. Эксперты записывались в очередь, чтобы иметь возможность посетить лабораторию (более 300 визитов в год). На рис. 116 показана версия «чисто магнитного мотора» ОРБО, но она не получила развития. Версия мотора-генератора Steorn 2010 года представлена на рис. 117. На оси установлены два ротора. Нижний ротор с магнитами выполняет функции мотора, причем катушки статора в нем имеют вид тороидальных катушек. Верхний ротор с магнитами и катушки в статоре являются обычным электрогенератором.

Рис. 115. Тестирование сил магнитного притяжения и отталкивания, компания Steorn

Рис. 116. Мотор на магнитах ОРБО, компания Steorn 2007 год

Рис. 117. Демонстрационная модель мотора-генератора Steorn 2010 года

По принципу работы, у меня нет официальной информации от разработчиков, поэтому мы можем предположить следующее объяснение: В фазе сближения с тороидальным сердечником, магнит притягивается к нему за счет сил магнитного притяжения, затем, система управления подает импульс тока на тороидальную катушку, ее сердечник переводят в насыщение, поэтому он «перестает быть магнитным». При такой ситуации, вращающийся постоянный магнит, после точки максимального сближения, «легко» уходит от «временно немагнитного» сердечника. Далее, цикл повторяется.

В демонстрационной версии, авторами из компании Steorn показано, что работу мотора – генератора обеспечивает один небольшой аккумулятор, причем, после разгона и достижения номинальных оборотов, ток идет не из аккумулятора, а на заряд аккумулятора. Расход меньше, чем генерируемая мощность.

На сайте www.steorn.com можно найти предложение от авторов приобрести лицензию, цены небольшие. Однако, их современный уровень развития технологии представляет ценность только для образовательных целей. Развивать его до промышленных масштабов предлагается самостоятельно. В качестве перспективной технологии, компания Steorn разрабатывает генератор на аналогичных принципах, но без вращения. В нем, тороидальный сердечник, периодические меняющий магнитное состояние до уровня насыщения, обуславливает изменение магнитного потока в области генераторной катушки, что создает электродвижущую силу и мощность в нагрузке. Эти конструкции мы рассмотрим позже в главе о твердотельных генераторах энергии, при изучении схемы МЭГ (магнитного транзистора).

Другим известным примером в области высокоэффективных моторов с постоянными магнитами является мотор Роберта Адамса. Схема представлена на рис. 118. В роторе мотора Адамса использованы постоянные магниты, которые, сближаясь с металлическими сердечниками катушек, ускоряют ротор. Отметим, что магниты и сердечники генераторных катушек имеют большую площадь поверхности полюса, поэтому они испытывают большие силы взаимного притяжения в фазе сближения. В точке их максимального сближения, срабатывает механический контактор (в современных схемах – электронный датчик Холла), в катушки подается импульс тока, отталкивающий магниты и ротор продолжает вращаться далее.

Рис. 118. Рисунок из патента Адамса

Генераторные катушки могут быть установлены на этом же роторе или отдельно. Многие последователи Адамса не получили ожидаемую эффективность, хотя их моторы вращались на большой скорости. Конструирование мотора-генератора должно учитывать пределы технической возможности по извлечению мощности из процесса намагничивания-размагничивания сердечников катушек.

С точки зрения традиционной электротехники, мотор-генератор Адамса не имеет замкнутого магнитопровода, и не может быть эффективен, так как поле «рассеивается». Тем не менее, именно открытый магнитопровод позволяет, при определенной потребляемой мощности, работать практически без торможения ротора. В определенном режиме, при малом токе потребления, не превышающем критического тока, основную роль в процессах играет фактор намагничивания и размагничивания сердечника статора в поле постоянного магнита ротора. При этом, наблюдается полная аналогия с явлением электрической индукции, то есть «электризацией влиянием», как говорили раньше (диэлектрик поляризуется).

Трансформаторного эффекта, влияющего на торможение ротора, в данном случае, почти нет.

Рис. 119. Фазы вращения ротора с магнитами в моторе Адамса

На рис. 120 показан один из вариантов современного мотора Адамса, в схеме используется датчик Холла, определяющий момент включения и длительность импульса тока.

Рис. 120. Вариант магнитного мотора Адамса. www.free-energy-info.com

Электронная схема обеспечивает подзаряд аккумулятора в процессе работы. Отметим, что при данном способе взаимодействия магнитов и катушек, превышение величины тока в цепи нагрузки более некоторого критического значения тока, создаст такое индуцированное вторичное поле, которое будет тормозить ротор. Моторы большой мощности, создаваемые по данной схеме, будут иметь большие массо-габаритные характеристики.

Известна компания в Австралии, которая много лет развивает похожий магнитный мотор ЛЮТЕК (LUTEC). На фото рис. 121 показан их маленький прототип, мощность не более 300 ватт, на рис. 122 показана лаборатория, а на фото рис. 123 – одна из мощных машин, созданных в 2010 году. Эффективность генераторов ЛЮТЕК более 400 %, они способны работать в автономном режиме.

Рис. 121. Генератор LUTEC, использующий постоянные магниты

Рис. 122. Генератор LUTEC в лаборатории

Рис. 123. Мощный генератор LUTEC

Разработка фирмы «LUTEC» хорошо защищена патентами, и уже проданы лицензии почти во всем страны мира, начата подготовка к серийному производству автономных источников электроэнергии. Первичный запуск, как и в схеме Адамса, требует наличия аккумуляторов. В процессе работы, аккумуляторы подзаряжаются.

Мотор с постоянными магнитами, который предлагала украинская фирма ДРВЕРАНО, город Одесса, тоже назывался «вертикальный генератор Адамса» ВЕГА. На фото рис. 124 и рис. 125 показан генератор, заявленный изобретателями в 2010 году для использования в режиме автономной работы под нагрузкой мощностью 2 кВт.

Рис. 124. Генератора Адамса – ВЕГА. Фирма ДРВЕРАНО

Рис. 125. Генератор Адамса-ВЕГА в корпусе

Руководство компании ДПВЕРАНО было открыто для общения, их сайт www.dpverano.com содержал техническую информацию и приглашение на презентации их продукции. По данным ноября 2011 года, эта компания предлагает новую продукцию: умножители мощности, которые, по заявлениям производителя, позволяют в 10 раз снизить потребление от сети, например, включить на выход умножителя нагрузку 10 кВт при потреблении от сети 1 кВт. Должен заметить, что мы не располагаем позитивными отзывами покупателей генераторов данного производителя. В общем, отношение к данной продукции пока очень скептическое и осторожное. Будем надеяться на успехи украинской фирмы в этом направлении автономной энергетики.

Еще один из современных проектов – генератор Бедини (John Bedini). Патент США № 6,392,370. Подробности его проектов и новые версии генераторов обсуждаются на сайте http://johnbedini.net

На схеме из патента Бедини, показано, что магниты ротора создают изменения потока магнитной индукции через область генераторных катушек «опосредованно», так как с другой стороны сердечника всегда есть постоянные магниты. На мой взгляд, важны «пропорции», то есть соотношение величины индукции магнита в статоре (слева) и величины изменений магнитной индукции, вносимых магнитами ротора. Магнит ротора увеличивает поток индукции, проходящий через область генераторных катушек, но реакция в виде магнитного поля индуцированного тока, при определенных условиях, уже не влияет на торможение ротора. Видимо, критичным является точка насыщения сердечника.

Схема работы генераторов Бедини включает аккумулятор, подзаряжаемый в процессе вращения ротора с магнитами. В настоящее время, серийно генераторы не производят, но автор продает наборы для самостоятельной сборки демонстрационных устройств.

В 2010 году, на выставке в США, Бедини показал машину с ротором более 4 метров.

Рис. 126. Рисунок из патента Бедини

Рис. 127. Схема генератора Бедини

Рис. 128. Лаборатория Бедини

Вариант мотора с постоянными магнитами, который представлен публике в виде самовращающегося привода без аккумуляторов, известен как мотор «Бедини – Коле» (Bedini – Cole) или «window motor». Слово «window» означает «окно», соответственно форме рамки провода. На рис. 129 показана схема, а на рис. 1 30 фото такого магнитного мотора. Контактор механический, слева на оси, сделан из полоски фольги, наклеенной на ось, и замыкающей два контакта в нужный момент поворота ротора.

Рис. 129. Мотор с магнитами и рамкой

В конструкции, показанной на фото рис. 130, мотор имеет накопитель энергии в виде конденсатора. Батарейки в схеме нет. Согласитесь, что когда такой маленький мотор раскручивается рукой, ускоряется, и затем самостоятельно работает, то это производит большее впечатление, чем другие, даже более мощные, машины с аккумуляторами. Видеозапись работы этого генератора мы разместили на сайте www.faraday.ru

Рис. 130. Экспериментальная модель мотора Бедини – Коле (работает без аккумулятора)

Признаюсь, что несмотря на простоту данной конструкции, получить нужное сочетание напряжения на выходе и затрат на импульс, толкающий магнитный ротор, в своих экспериментах 2010 года, мне не удалось. Увеличив число витков, получаем нужное напряжение на выходе, но при этом не удается создать короткий и сильный импульс, так как обмотка приобретает большую индуктивность. В рамке нужен достаточно толстый провод 0.5–0.8 мм, а для уменьшения потерь надо минимизировать длительность импульса. При этом, ток в импульсе нужен максимальный. С другой стороны, при этом, падает напряжение на выходе. Возможно, нужны более мощные магниты. Конструирование устройств такого типа, хотя и не имеет большого практического смысла, но увлекательно и полезно для популяризации идеи самовращающегося генератора электроэнергии.

Не менее, чем моторы Бедини, известны моторы-генераторы Джозефа Ньюмана, США (Joseph W. Newman), один из его патентов был получен в ЮАР, South African Patent Application # 831,296, в нем достаточно ясно показан принцип генерации энергии, рис. 131.

Рис. 131. Мотор Ньюмана

На первый взгляд, в конструкции Ньюана и Бедини применяется все та же пара: магнит и катушка, а они ничем не отличается от первых «игрушек» Майкла Фарадея. Кстати, он так и сказал на первой демонстрации его электромотора в Королевской Академии Наук Великобритании. В ответ на вопрос: «Какое применение найдет это изобретение?» Майкл Фарадей ответил: «Не уверен, наверное, в каких-либо игрушках». С этих игрушек и началась эпоха электромоторов.

Итак, в чем отличие моторов Ньюмана от других похожих конструкций? Обычно, у Ньюмана на катушке две обмотки: выше и ниже оси вращения. Одна из катушек выполняет роль привода ротора, вторая катушка является генераторной обмоткой. На рис. 132 показан один из вариантов такой конструкции и большой мотор-генератор Ньюмана диаметром более метра, рядом стоит автор.

Рис. 132. Мотор-генератор Ньюмана

Ньюман в своих книгах указывает на то, что для успешной работы его мотора необходим особый режим, а катушки мотора и генератора должны содержать много витков. Можно допустить, что причиной эффективной работы такого генератора может быть эффект задержки реакции индуцированного поля на движение ротора, который мы ранее рассматривали (задержка перемагничивания). Без этого нюанса ротор должен тормозиться полем индуцированного тока и высокой эффективности не будет. Результаты Ньюмана достаточно убедительны, например, в 2004 его мотор показал непрерывную работу под нагрузкой, обеспечивая мощность 10 кВт в течении 8 часов.

Другой известный генератор с магнитами, известен как генератор Эклина-Брауна. Джон Эклин (John W. Ecklin) описал свою схему в патенте США № 3,879,622, рис. 133.

Рис. 133. Схема генератора Эклина

В первоначальном варианте, генератор Эклина производит механическую работу при периодическом экранировании силы отталкивания магнитов (движущийся элемент 57 на рис. 133). Известны работы Калинина и Идельбаева, по созданию конструкции автономного источника энергии с постоянными магнитами и движущимся или вращающимся экранирующим «шунтом». В других конструкциях, аналогичный метод применяют для создания электродвижущей силы, получения тока и мощности в полезной нагрузке, рис. 134.

Рис. 134. Схема генератора Эклина-Брауна

Основная особенность генератора Эклина-Брауна в том, что конструктивно удается уменьшить мощность привода, требуемую для вращения оси. Обычно, привод должен преодолеть точку максимального притяжения магнита и ротора. В генераторе Эклина-Брауна применяются два экранирующих элемента, справа и слева на оси. Они повернуты относительно друг друга на 90 градусов, и когда одна пластина входит в зазор между магнитами, другая пластина выходит из зазора. Это устраняет проблему торможения ротора в точке максимального сближения магнита и пластины.

Развитие этой идеи на новом уровне происходит в работах Даниеля Куалле (Dan Qualle), схема его генератора показана на рис. 135.

Рис. 135. Схема генератора Даниеля Куалле

В данной схеме, включение электрической нагрузки в цепь генераторной катушки, почти не оказывает влияния на первичный привод, и ток потребления привода не растет.

Из схемы прохождения магнитных потоков, рис. 136, понятна особенность индуцирования тока в генераторных катушках: ротор периодически меняет условия суммирования магнитных полей от магнитов статора, которые расположены навстречу друг другу одинаковыми полюсами. Таким образом, входя в зазор между магнитом и полюсом катушки, ротор не увеличивает поток магнитной индукции в области катушки, и ее магнитное поле индуцированного тока не тормозит ротор. Индукционный эффект организован таким образом, чтобы не мешать созданию изменений поля. Например, «шунт» входит в зазор слева от катушки, в ней увеличивается поток магнитной индукции от правого магнита, и, соответственно, в ответ на это изменение создается индукционный ток. В другой фазе вращения, «шунт» входит в зазор справа от катушки, поле левого магнита проникает в сердечник катушки, она реагирует соответственно.

Рис. 136. Магнитные потоки в схеме Даниеля Куалле

Аналогичные схемы альтернаторов были мной разработаны еще в 1992 году. Попытка получить ускорение ротора при взаимодействии с полем индуцированного тока, тогда, не удалась.

На фото рис. 137 показан вариант реализации генератора по схеме Куалле, который был изготовлен и проверен нами в 2010 году, в Санкт-Петербурге, ЗАО «Резонанс». Привод (электромотор) на фото не показан. Кольцевые магниты расположены одинаковыми полюсами друг к другу. При испытаниях было доказано, что нагрузка (ток в цепи генераторной катушки) незначительно влияет на скорость вращения ротора.

Рис. 137. Генератор Фролова, по схеме Куалле

«Шунт» в роторе был цельнометаллический, поэтому при вращении создавались значительные потери на токи Фуко.

Дан Куалле, и другие авторы, называют такие разработки «no-Lentz effect» то есть «генератор без эффекта Ленца». Правило Ленца, которое мы знаем как закон индукции Фарадея, действительно, можно конструктивно обойти, чтобы получить возможность вращения ротора генератора под нагрузкой без торможения. Более того, в ряде конструкций предлагается получать ускорение ротора полем индуцированного тока. Такие задачи решаются различными методами.

Например, а 1998 я работал по Договору с частной компаний из Новосибирска. Был построен макет маломощного устройства, включающего электромотор, ротор, два магнита и генераторную катушку. Включение нагрузки в цепь генераторной катушки приводило к ускорению ротора, и падению тока потребления примерно на 10 %. До патентования дело не дошло, насколько я помню, заказчик из Новосибирска уехал в США. Позже, в 2003 году, я подавал патентную заявку по данной теме. Суть изобретения состоит в том, что предлагается получать ускорение ротора полем индуцированного тока. Для этого, в фазе сближения ротора с полюсом катушки генератора, создаются условия для уменьшения потока магнитной индукции, проходящего через витки катушки, а в фазе удаления – условия для увеличения потока магнитной индукции, проходящей через витки катушки генератора. Соответственно обычным законам индукции, в фазе сближения индуцированное поле притягивает ротор, а в фазе удаления – отталкивает его. Обе части цикла идут с ускорением. Патент был отклонен, поэтому я заинтересован в продолжении данного направления исследований с заказчиком, имеющим техническую базу для развития проектов «самовращающихся» электрогенераторов.

Схема, показанная на рис. 138, является схемой обычного альтернатора, в ней применяется ферритовый материал для «шунта», прерывающего магнитный поток. В левой части рисунка, магнитный поток постоянных магнитов проходит через воздушный зазор и через сердечник генераторной катушки.

Рис. 138. Схема альтернатора Фролова

Дисковый ротор изготовлен из диэлектрика, в нем есть сегменты – «шунты». В правой части рисунка, «шунт» в роторе замыкает магнитный поток магнита, и он проходит через «шунт», не попадая в область сердечника генераторной катушки.

Особенность конструкции в материале «шунта». Я применил слоистые сердечники, изготовленные из множества тонких пластин трансформаторного железа, причем, каждый слой разделил слоем тонкой бумаги. Это создает эффект «поворота» магнитного потока в нужном направлении. «Шунт» из сплошного железа, попадая в зазор, уменьшает его магнитное сопротивление, а поэтому увеличивает величину магнитного потока, проходящего через сердечник генераторной катушки, а в таком случае, мы получаем обычное торможение ротора. Слоистый «шунт», при входе в зазор, поворачивает магнитный поток, и, тем самым, уменьшает величину магнитного потока, проходящего через сердечник генераторной катушки.

Разумеется, слоистый материал «шунта» не единственное решение. Существуют материалы с магнитной проницаемостью менее единицы, например, висмут. Более интересны, но труднее выполнимы, идеи некоторых авторов по применению плазмы в роторе, поскольку плазма также имеет магнитную проницаемость менее единицы. При всем разнообразии технических решений, цель состоит в получении такого силового взаимодействия ротора и магнитного поля индуцированного тока, чтобы ротор ускорялся этим полем.

Важно выбрать правильное расположение «шунта» и плоскости ротора в воздушном зазоре. Исходя из моих экспериментальных данных, могу рекомендовать разместить плоскость ротора ближе к магнитам, примерно на 2/3 общего расстояния между полюсом магнита и полюсом катушки.

На рис. 139 показана общая схема конструкции и фото модели генератора, изготовленного в нашем ООО «ЛНТФ», 2003 год.

Рис. 139. Альтернатор Фролова, 2003 год

Данная тема активно развивается, например, в США известен автор – разработчик Алан Франкуер (Alan Francouer), и его генератор «The Interference disk electric generator». Слово «интерференция», в данном случае, означает «прерывание». Первый генератор такого рода, работающий автономно, Аллан построил еще в 2001 году. На фото рис. 140 показана схема его конструкции, а на рис. 141 фото одного их генераторов.

Рис. 140. Генератор Франкуера

Рис. 141. Фото генератора Франкуера

Отметим, что его «шунт» цельнометаллический, поэтому мы имеем различие в концепции схемы и принципах работы данной машины. Катушки в генераторе Франкуера расположены между двумя «звездочками», которые шунтируют магнитный поток постоянных магнитов. Аллан предлагает 10-лучевые «звездочки» и 12 магнитов, причем левый и правый шунт, как и в схеме Эклина-Брауна, сдвинуты по фазе. Тем самым, обеспечивается плавное вращение ротора, без торможения в месте максимального сближения с полюсом магнита.

Подробнее, о работах Франкуера, можно прочитать в журнале «Новая Энергетика» или в Интернет.

Рассмотрим еще одно интересное изобретение, в данном случае, японское. Патент США № 5,594,289, 14 января 1997 года, автор Кохей Минато, Япония. На роторе закреплено множество постоянных магнитов, расположенных одинаковыми полюсами в направлении вращения ротора. рис. 142.

Рис. 142. Конструкция генератора Минато, Япония

Каждый из закрепленных на роторе постоянных магнитов расположен под углом относительно радиального направления ротора. Возле внешней окружности ротора, вплотную к нему, расположены электромагниты, в которых, периодически создается мощный импульс поля. Внедрение этого изобретения уже приносит автору и его партнерам большую прибыль, так как они начали производство вентиляторов, потребляющих в три раза меньше энергии, чем обычные вентиляторы той же производительности потока воздуха, рис. 143.

Рис. 143. Фото вентилятора с приводом по схеме Минато, Япония

Интересно отметить, что мы пытались организовать сделку по приобретению данной технологии и развитию производства в России. В 2006 были проведены переговоры, уже готовились документы для поездки в Японию для демонстрации технологии, но Минато и его компаньоны выдвинули условия по приобретению у них большой партии обычных вентиляторов. Кроме того, они отметили, что технология привода «повышенной эффективности» относится к «стратегическим интересам страны», и продаваться не будет. В общем, переговоры отложили на неопределенное время.

По принципу действия схемы магнитного мотора автора Кохей Минато, можно добавить, что в ней избыточная энергия (автор заявлял 300 %) обусловлена сочетанием геометрии магнитов ротора и эффекта импульсного «ударного» взаимодействия, которое мы отмечали во многих конструкциях. Очевидно, что и в этом случае, мы имеем дело с передачей взаимодействия через эфир, поскольку магнитное поле может рассматриваться, как потоки эфирной среды. Избыточная энергия обусловлена изменениями энергии среды. При «медленном» нарастании «толкающего» импульса, эффективность работы снижается до 100 % и менее.

В таком случае, простая конструкция с коленвалом и поршнем, на котором укреплен магнит, тоже имеет перспективы развития и получения автономного режима, рис. 144. В случае мощного импульса тока, поле электромагнита отталкивает магнит, закрепленный на «поршне» с силой, которая зависит от величины магнитных полей тока и магнита. Затраты тока первичного источника будут минимальны при малой длительности импульса. Источником избыточной энергии, как и в случае с мотором Кохей Минато, является эфирная среда, поскольку взаимодействие передается через среду.

Рис. 144. Генератор с электромагнитом и постоянным магнитом

Рассмотрим другое изобретение, которое нашло свое применение, и есть надежда его внедрения. Речь идет о магнитном моторе Флина (Flynn), подробнее на сайте www.flynnresearch.net

Суть принципа переключения магнитного потока по методу Флина показана на рис. 145. Подавая сигнал управления на катушки, магнитный поток от постоянных магнитов переключается из одной ветки магнитопровода в другую, что производит полезную механическую работу в моторе.

Рис. 145. Принцип «параллельных путей потока»

На левом рисунке рис. 145 показана ситуация, когда тока в обмотке нет. Оба подвижных элемента слева и справа притягиваются одинаково, с силой, условно равной единице.

На правом рисунке рис. 145 показана ситуация, при наличии тока в обмотке. В левой части конструкции, поле тока обмотки и поле постоянного магнита складываются, притягивая подвижный элемент с силой, условно равной четырем. В правой части конструкции, подвижный элемент не испытывает силового воздействия. При изменении направления тока, ситуация для левого и правого подвижного элемента, соответственно, меняется.

Рис. 146. Мотор Флинна

Компания FlynnResearch имеет контракты от многих заказчиков на моторы повышенной эффективности, мощностью от 5 ватт до 10 кВт, в том числе от военных заказчиков. Технология «параллельных магнитных путей», предложенная Флином, развивается другими исследователями. Например, автор Хильденбанд (Jack Hilden-Brand) построил мотор по схеме Флина. Мощность на входе не более 180 ватт, мощность на выходе – около 380 ватт. Серьезные планы по внедрению магнитных моторов на транспорте, для автомобилей, в первую очередь, имеют американская компания Millennial Motors, Inc., и австралийская фирма Cycclone Inc., которая еще в 2003 году поставила магнитный мотор на автомобиль и показала его в действии телерепортерам. Характерно, что после этого уровня проекта, его развитие идет почти незаметно для публики и новых сообщений нет.

Необходимо отметить, что существуют и российские разработки в данной области, например, группа под руководством Георгия Михайловича Корнилова, Ростов-на-Дону, разрабатывает высокоэффективный мотор с магнитами и переключением потока. По данным 2011 года, при 1200 ватт на входе, мощность на валу мотора достигает 3 кВт.

Создан прототип мощностью 5 кВт, и планируются конструкторские работы по созданию мотора мощность 100 кВт. На фото рис. 147 показан мотор Корнилова.

Рис. 147. Мотор Корнилова

Об эффективности таких моторов можно говорить после их испытаний, хотя авторы планируют получать механической мощности на валу в несколько раз больше мощности, затрачиваемой в цепях управления. Такие моторы, в сочетании с обычными электрогенераторами, смогут стать основной автономных электростанций.

Теоретические основы работы моторов с постоянными магнитами могут быть разными, но во многих случаях мы имеем дело с ускорением ротора или линейного подвижного элемента, которое обусловлено градиентом магнитного взаимодействия. Именно изменение силы магнитного притяжения или отталкивания, которая зависит от расстояния до полюса магнита, обуславливает движение намагниченного тела. В простейшем случае, линейный градиент может создавать условия постоянного ускорения. Например, в моем эксперименте, 2009 год, шарик массой 12 грамм с ускорением поднимался по наклонной поверхности в высоту на 14 мм, а затем падал на исходный уровень. Схема эксперимента показана на рис. 148. Видеозапись есть на сайте http://alexfrolov.narod.ru

Рис. 148. Линейное ускорение в условиях градиента магнитного поля

Особенность конструкции линейного магнитного ускорителя Фролова в том, что движение шарика до точки максимального сближения с магнитами не допускается. В поднятой части направляющего профиля, в его дне сделано «окно» для того, чтобы шарик мог упасть. Точка «выхода из цикла ускорения» зависит от сочетания зазора между магнитами, веса шарика и его скорости в конце цикла. Цикл можно повторять бесконечно, хотя этот вариант линейного ускорения не очень практичный, и проще сделать аналогичный вариант с ротором.

Американские эксперименты в данной области, примерно с 1997 года, проводит Грег Ватсон (Greg Watson), устройства с шариком называются SMOT. В продаже есть наборы для экспериментов, включая «большую железную дорогу» размером с комнату, по «рельсам» которой двигается шарик, поднимаясь и опускаясь от цикла к циклу. Ускорение шарика подбирается таким, чтобы ему хватало энергии пройти «одну ступень» и попасть в точку старта следующей ступени. Эксперимент интересный, но непрактичный. Градиент магнитного поля при минимальных расстояниях (зазоре между магнитом и ускоряемым телом), дает намного больше мощности и перспектив коммерциализации. Известный пример такой схемы – мотор Текко (Kure Tekkosho Co. «Permanent Magnet Prime Mover», патент Японии № 55144783), рис. 149.

Рис. 149. Градиентный магнитный мотор Кюре Текко

Впервые, данная схема появилась в журнале Popular Science 1979 год. В роторе имеется постоянный магнит, а расстояние от полюса магнита до статора меняется. Магниты ротора и статора отталкиваются. В роторе используется мощный кобальтовый магнит, а в статоре – менее мощные неэлектропроводящие ферритовые магниты. Видимо, это уменьшает потери на индукционные токи Фуко в статоре.

Этот принцип называется «магнитный градиент». За счет данного градиента, на участке движения ротора с ускорением, при изменении расстояния от полюса ротора до магнитов статора, создается крутящий момент, без затрат от внешнего источника энергии. В точке минимального зазора в статоре расположен электромагнит, который в импульсном режиме помогает ротору пройти «мертвую точку», и снова начать цикл ускорения.

Конструктивные особенности, а именно, масса ротора, сила магнита, импульсное управление электромагнитом и другие нюансы очень важны при конструировании. Например, малая масса ротора не позволит в полной мере накопить кинетическую энергию, создаваемую при ускорении ротора в градиентном магнитном поле. Ротор должен иметь свойства маховика.

Другой ротор с градиентом, известный как магнитный мотор Соукупа (George Soukup) Германия, или V-gate в США, (Calloway V-gate) представлен многими авторами в различных вариантах конструкции.

На рис. 150 показано фото ротора немецкого изобретателя Соукупа. В роли нагрузки, автор использовал винт пропеллера. Статор представляет собой несколько магнитов, соединенных последовательно в столбик. В конструкции Соукупа, статор имеет несколько «столбиков» магнитов.

Рис. 150. Магнитный мотор Соукупа

На рис. 151 показана конструкция похожего мотора с градиентом по схеме V-gate (V-ворота), с одним «магнитом – статором», который является не совсем обычным статором.

Рис. 151. Магнитный мотор V-gate

Отметим, что Г-образная перекладина, на которой сверху установлен магнит статора, может двигаться вдоль вертикальной направляющей оси, и делает это каждый раз, при прохождении ротором «мертвой точки». Белая деталь в форме полумесяца, закрепленная на оси в нужном положении, при прохождении «мертвой точки», поднимает перекладину с магнитом статора, а затем вновь начинается цикл ускорения за счет градиента магнитного поля. На прозрачном диске установлены резиновые шайбы, выполняющие роль амортизаторов.

Еще один градиентный магнитный мотор, спорной конструкции, известен как «концепция FM», по инициалам автора. Фото показано на рис. 152. Внизу – статор.

Рис. 152. Магнитный мотор FM

Автор данного мотора использует различные «хитрости» для того, чтобы ротор мог преодолеть «мертвую точку»: наклон магнитов в начале цикла, или их частичное экранирование полуцилиндрическими экранами из железа. В моих экспериментах с данной конструкцией, был сделан вывод о необходимости наличия осевой свободы перемещения ротора, для преодоления «мертвой точки».

Аналогично конструкции V-gate, после цикла ускорения, ротору необходимо сохранить набранную кинетическую энергию, а для этого надо пройти «мертвую точку» без потерь. Это возможно при изменении линейной траектории, путем сдвига вдоль оси вращения. Данный тип моторов весьма капризен в настройке.

Прекрасный пример простой и работоспособной конструкции – мотор Вальтера Торбай, запатентованный в Аргентине, №P040103029, Walter Torbay, 2004 год.

Автор сделал модель из дерева, магниты маломощные. На рис. 153 показаны основные узлы его мотора. Детально конструкция описана в патенте. Отметим, что магниты статора, по-очереди циклично поднимаются и опускаются, позволяя ротору проходить точки максимального сближения без торможения. Напоминает работу мотора V-gate и мотора Соукупа.

Рис. 153. Магнитный мотор Торбай

Градиент, в сочетании с экранированием, встречается во многих конструкциях. На рис. 154 показан вариант простого магнитного мотора.

Рис. 154. Магнитный мотор с экранированием части цикла

В данной схеме, магнит статора скрыт от приближающегося магнита ротора железным экраном. Расстояние между магнитом ротора и железным элементом статора меняется, как и в конструкции Кюре Текко. Притяжение – результат градиента силы между магнитом ротора и железным статором, который также выполняет роль экрана. Этот градиент создает крутящий момент. После прохождения «мертвой точки», магниты отталкиваются, и цикл повторяется. Данных о практической реализации не имеется.

Другое известное изобретение из области магнитных моторов, описано в патенте Говарда Джонсона (Howard Johnson) Патент США № 4,151,431, выдан в 1979 году, показан на рис. 155.

Рис. 155. Схема расположения магнитов мотора Джонсона

Суть изобретения Джонсона состоит в особой изогнутой форме магнита, который, при определенных условиях, получает постоянный однонаправленный импульс тяги, находясь рядом с магнитами статора. Важно отметить: для ускорения нужен градиент, поэтому зазор между магнитами статора не постоянный, он меняется, как показано на рис. 155. На рис. 156 показано другое изобретение Джонсона.

Рис. 156. Тележка с магнитом, схема из патента Джонсона

В данной концепции, магнит на тележке проходит внутри стационарных магнитов с ускорением, причем этот цикл можно замкнуть. Пресса рекламировала его разработки, были известны проекты 1980-х годов по созданию прототипа мощностью 5 кВт, однако, производственные планы в США по выпуску генераторов Джонсона не были реализованы.

Рис. 157. Фото Джонсона рядом с его экспериментальной установкой с «тележками на рельсах»

Схема на рис. 158 показывает одну их схем роторных конструкций Джонсона. На рис. 158 показаны изогнутые магниты (элемент 68) и статорные магниты. Мои рекомендации по конструированию заключаются в советах по намагничиванию изогнутых магнитов. Обычно магнитный материал заготовки, на заводе, помещают в линейное поле мощного соленоида, поэтому, независимо от формы заготовки, ее намагниченность получается линейной. Изогнутые магниты в моторе Джонсона должны иметь угол наклона линий магнитного поля, по отношению к оси магнита. Для выполнения данного условия, целесообразно намагничивать их под соответствующим углом. Это требует изготовления нестандартной оснастки для изготовления постоянных магнитов. Отметим также еще раз, градиент поля в статоре (зазор между магнитами статора меняется).

Рис. 158. Схема мотора Джонсона

Из современных известных проектов, стоит отметить мотор Троя Рида (Troy Reed). На фото рис. 159 показан автор и его «маленький мотор».

Рис. 159. Трой Рид в лаборатории

Трой Рид строил разные машины, мощностью от 7 кВт до 70 кВт, его идеи подробно описаны в патенте WO 9010337 (A1) от 7 сентября 1990 года. Рисунок рис. 160 показывает основные части мотора Рида.

Рис. 160. Схема мотора Рида. Патент WO 9010337 (A1)

Магниты ротора (элемент 22) и магниты статора (элемент 18) отталкиваются друг от друга, создавая вращение коленвала. Автор объяснял, что в его конструкции магниты взаимодействуют таким образом, чтобы не создавать «мертвых точек». Вал мотора легко вращается рукой, без «залипания». Более подробно, принцип работы его генераторов не известен. Работали они хорошо, и даже нашли практическое применение. В 1994–1995 Трой Рид демонстрировал автомобиль, который приводился в движение его магнитным мотором. рис. 161.

Рис. 161. Автомобиль с магнитным мотором Троя Рида

Очень интересное изобретение Муаммера Илдиза (Muammer Yildiz), патент WO 2009019001 (A2), было показано недавно в Университете Delft University of Technology, Нидерланды. В качестве полезной нагрузки, автор установил на ось вентилятор.

Рис. 162. Магнитный мотор Илдиза

Более мощная версия другого магнитного мотора, около 300 л.с., разработана южно-корейской компанией Shinean Corp. рис. 163.

Рис. 163. Магнитный мотор компании Shinean Corp.

Схема пока неизвестна, но в конструкции есть коленвалы и постоянные магниты. Более подробно мы рассматривать конструкцию не будем, так как недостаточно информации о схеме, хотя в интернет есть убедительные видеоматериалы. Серьезный подход корейских авторов обещает интересные перспективы развития технологии.

Вы видите, что информации по магнитным моторам очень много. Давно созрела необходимость ее осмысления и построения надежной теории для развития практических направлений, в том числе, для энергоснабжения. Известным российским автором в данной области является Михаил Федорович Остриков, Санкт-Петербург. Он работал в Военно-Космической Академии имени Можайского, в 2001 издал книгу «Общая теория единого мира». Остриков впервые (еще в 1991 году) показал особые точки в структуре магнитного поля кольцевого магнита, где оно меняет направление, и назвал их «балдж». На рис. 164 эти особые точки обозначены 1 и 2. Проводя опыты с вращением поля, а также другие эксперименты, Михаил Федорович нашел много полезных технических решений, описанных в его патентах, например «Линейный генератор электрической энергии», № 2051462. Интересные предложения Остриков делает в книге «Технические приложения новых проявления магнетизма», СПб., 1997 г. Ряд его экспериментов напоминает работы Джона Серла, но эти авторы имеют разную теоретическую основу для изучения явлений магнетизма.

Рис. 164. Структура магнитного поля кольца, открытие Михаила Федоровича Острикова

Особые проявления «продольного магнетизма» нам известны по работам российского ученого Николаева Г.В., г. Томск. В его книгах подробно описана теория и эксперименты, и показаны эффекты, полезные для конструирования преобразователей энергии, использующих эти новые свойства магнитных полей.

Известным примером, играющим важную роль для популяризации магнитных моторов, является демонстрационная машина Финсруда (Reidar Finsrud), установленная в норвежском музее, фото на рис. 165.

Рис. 165. Машина Финсруда

Принцип работы показан на рис. 166. Металлический шар движется по кольцевой направляющей, ускоряясь на участке сближения с магнитом. В нужный момент, шар своим весом нажимает на рычаг, и это усилие отодвигает магнит с его пути, чтобы шар мог без торможения пройти точку максимального сближения с магнитом. Далее, шар двигается по инерции, повторяя цикл.

Рис. 166. Схема работы устройство Финсруда

Один из моторов с постоянными магнитами, который многие пытались воспроизвести в виде действующей модели, показан на рис. 167.

Рис. 167. Мотор с двумя роторами

В данной конструкции не нужны сильные магниты, но требуется обеспечить синхронность вращения роторов, а также нужное положение экрана, который устанавливается между роторами. В нижней части, оба ротора должны притягиваться к экрану, а в верхней части – они отталкиваются друг от друга. Синхронность можно обеспечить шестеренками или ременным шкивом. Большую роль в данной схеме играет инерциальность ротора (маховика).

На фото рис. 168 показана часть другого магнитного мотора, расчетная мощность 5 кВт. Это один из проектов, который был начат в нашей лаборатории ООО «ЛНТФ» в 2003 году, но не был завершен по ряду объективных причин.

Рис. 168. Детали магнитного мотора, ООО «ЛНТФ»

Известные аналоги имеют дисковый прерыватель магнитного потока, например, генератор Франкуера, показанный на рис. 140. В предлагаемой мной конструкции «барабанного генератора», показанного на рис. 168, предполагалось получать мощность в неподвижных генераторных катушках, расположенных напротив соответствующих неподвижных постоянных магнитов, при вращении цилиндрического ротора в зазоре между катушками и магнитами. На цилиндрическом роторе мы установили металлические «шунты» магнитного потока, которые при вращении, периодически перекрывали магнитный поток, и создавали в области генераторных катушек изменения потока магнитной индукции. Ротор вращался внешним приводом, но мы не смогли набрать нужные обороты, и не вышли на расчетную мощность. Основной проблемой было качество изготовления ротора, при зазорах плюс – минус 3 мм между «шунтами» и магнитами. Он деформировался, поэтому возникало торможение. Отметим, что магниты в данной конструкции были размещены на цилиндре статора по траектории винтовой спирали.

Интересное изобретение, которое было реализовано на уровне 200 кВт (по сообщениям Алана Стерлинга www.peswiki.com) описано в патенте США № 5,710,731, 20 января 1998 года, автор Андрей Аболафия (Andrew Abolafia). На рис. 169 показана схема данной конструкции, включающая магнит и катушку.

Рис. 169. Генератор Аболафия

Особенность конструкции в том, что магнит помещен в центре катушки, а вокруг него вращается полусфера, сделанная из сверхпроводящего материала, чем обеспечивается изменение магнитного поля и индукционный эффект в катушке. В общем, принцип такой же, как в любом альтернаторе, но используется сверхпроводящий «шунт» полусферической формы.

Мне понравилось чувство юмора автора данного изобретения, который пишет в тексте патента о том, что «все мы знаем законы индукции Фарадея… но обычно их применяем неэффективным способом, затрачивая много энергии на создание изменений магнитного поля. Предлагаемый метод намного лучше, так как почти нет затрат на создание изменений магнитного поля».

Отметим, что в интернет можно найти много рекламных предложений по продаже схем – чертежей магнитных генераторов, которые, якобы, «смогут обеспечить Ваш дом независимым энергоснабжением». Предложения заманчивые, но приобретение схем не гарантирует успешную работу экспериментальной конструкции, которую Вы сами сможете собрать. Я смотрел эти проекты, они требуют наличия опыта и «домашней лаборатории». В целом, магнитные моторы, по сравнению с другими конструкциями генераторов свободной энергии, уже нельзя назвать оптимальным решением. Во-первых, некоторые из них, при работе создают низкочастотное магнитное поле, которое почти не экранируется. Во-вторых, все роторные конструкции уступают «неподвижным» преобразователям энергии по многим потребительским качествам. В-третьих, длительная экспериментальная работа с сильными магнитами приводит к изменениям в составе крови, и повышенному давлению.

Мы рассмотрели малую часть генераторов с постоянными магнитами, которые уже широко известны. Развитие этого направления экспериментальных проектов идет во всем мире, и будет давать нам новые данные для изучения.

Постоянный магнит - производство, изготовленный из ферромагнитного материала, способного сохранять остаточную намагниченность после выключения внешнего магнитного поля. Свойства магнита определяются характеристиками розмагничуемои участка петли магнитного гистерезиса материала магнита: чем выше остаточная индукция В и коэрцитивная сила F, тем выше намагниченность и стабильность магнита. Характерные поля, созданные постоянными магнитами - до 1 Тл. Как показали долгосрочные исследования, коэрцитивная сила постоянных магнитов со временем изменяется крайне незначительно (в пределах от нуля для магнитов из редкоземельных материалов до 3% для магнитов "Апнико" за 104 часов испытаний). Это означает, что если постоянный магнит хранится вдалеке от линий электропередачи, других магнитов, высоких температур и других факторов, которые неблагоприятно на него влияют, он навсегда сохранит свои магнитные свойства.

Способность постоянных магнитов совершать полезную внешнюю работу (например, поднимать металлические предметы) была известна давно. Однако только недавно постоянные магниты стали использоваться в качестве преобразователей энергии. В качестве примера на рис. 21.1. Показан самый маятниковый магнито-гравитационный двигатель с двумя магнитами. На этом Рис. 1 - подвижные магниты; 2 - возвратно-поступательное пружина; 3 - пустая немагнитная трубка; 4 - упоры; 5 - неподвижные постоянные магниты. Под действием сил отталкивания одноименных магнитных полюсов подвижный магнит 1 начинает делать циклические колебания в вертикальной плоскости. На левой части рисунка показано положение элементов этой простейшей магнитомеханическое системы в верхней точке подъема маятника за счет

Рис. 21.1.

энергии магнитных полей силами отталкивания двух магнитов 1 и 5. Сначала левая часть устройства поднимается вместе с пустой трубой 3 вверх, и, отталкивается от магнита 5. При этом он одновременно взвода пружину внутри трубы (крайнее положение левого магнита 1 и сжатой пружины 2. далее, под действием силы тяжести труба снова направляется вниз и при распрямлении пружины вновь возрастает сила отталкивания магнитов, и процесс циклически повторяется. Таким образом, данный магнито - гравитационный устройство делает комбинированное колебательное и обратно поступательное перемещение магнита 1 по магнита 6, то есть делает прямое преобразование магнитной энергии в механическую энергию. Еще одна конструкция магнито - гравитационного двигателя вращения показано на рис. 21.2. устройство содержит не магнитный цилиндр - 1, закрепленный на горизонтальной оси вертикальной опоры - 5. Внешне этой оси и внутри обода расположен цилиндрический магнит - 2 из радиальной намагниченностью и осью магнитного экватора, что совпадает с вертикальной осью опоры - 5. Внутри обода ротора размещен дуговой постоянный магнит - 3, который имеет с внутренний радиус, примерно равна внешнему радиусу магнита 2. На подвижных радиальных осях - 4, закрепленные металлические шары - 5. Для повышения энергетической эффективности такого мотора вводится еще и пружинный накопитель механической энергии - размещаемый на оси 4 между ободом 1 и магнитом 3. пружинный накопитель на Рис. 21.2. Не показан. Количество таких пружинно-магнитных штоков может быть и больше. В этом случае они размещаются на ободе 1 симметрично. Такая конструкция только повысит мощность мотора при неизменных габаритах. Для запуска этого мотора необходимо сделать несколько начальных оборотов обода 1 пусковым устройством. Далее мотор работает уже автономно. Вращения ротора обусловлено тем, что момент вращения

Рис. 21.2.

дискового ротора, обусловленный суммой сил гравитации и магнитного отталкивания магнитов на разгонном левой участке траектории ротора, более тормозящий момент при подъеме груза 5. Разница моментов возникает из - за различных радиусов вращения грузов 5- на левом полуобороте обода 1 шток 4 выдвигается, а на правом полуобороте обода 1 шток выдвигается. Регулирование мощности и скорости ротора достигается поворотом центрального цилиндрического магнита вокруг оси или изменением рабочих зазоров между магнитами. Чем больше магнитная индукция постоянных магнитов и выше их масса - тем выше механическая мощность такого мотора. Естественно, суммарная механическая мощность и вырабатываемая суммарная энергия генератора не превышают мощности и энергии взаимодействия магнитов и гравитационных сил. Однако приведенные устройства служат лишь для демонстрации возможности использования постоянных магнитов. Для преобразования потенциальной энергии постоянного магнита в электрическую энергию разработано и предложено много вариантов двигателей, использующих в качестве рабочих тел постоянные магниты. Генерация электрической энергии, в таких устройствах, основанная на использовании энергии магнитного поля ферромагнетиков в процессах намагничування- размагничивания магнитной цепи. В качестве ферромагнетика могут быть использованы ферриты, электротехническая сталь, сплавы, аморфное Многочисленные исследования показали, что силовое взаимодействие ферромагнитного сердечника и постоянного магнита может быть в значительной степени промоделирована управляющим сигналом небольшой мощности, вызывающих изменение магнитной проницаемости. Это можно использовать для создания двигателей, использующих в качестве рабочих тел постоянные магниты. В качестве примера рассмотрим устройство, показанный на рис. 21.3. Где 1 - постоянный магнит, расположенный в корпусе из немагнитного материала; 2 - обкладка; 3 - ферромагнитного сердечника; 4 - кривошипно-шатунный механизм; 5 - вал электрогенератора; 6- электрогенератор. Как видно из рисунка, постоянный магнит, цилиндрической формы, закрепленный на кривошипно-шатунный механизм. Сближение магнита и ферромагнитного сердечника происходит за счет магнитного взаимодействия, без затрат мощности от первичного источника железо, порошки из доменов постоянного магнита и др.

После прохождения магнитом "верхней мертвой точки", материал ферромагнитного сердечника перемагничивается импульсом тока от схемы управления. Изменение направления магнитного поля сердечника обеспечивает ускоренное движение магнита вниз. Генератор, соединенный с валом кривошипно шатунного механизма, обеспечивающего получение электрической мощности. Габариты не более 900 × 400 × 200 мм. Одним из первых устройств, использующих энергию постоянных магнитов, был "генератор Грамма". В нем в полюсах недвижимого постоянного магнита размещался вращающийся кольцевой ротор с тороидальной обмоткой, которая касалась двух диаметрально расположенных контактных щеток. "Асимметрия" процессов намагничивания и размагничивания кольцевого ротора достигалась смещением момента подачи напряжения на тороидальную обмотку. Много позже (в 1996 году) российский инженер А. Фролов усовершенствовал генератор Грамма. Упрощенный устройство этого генератора показано на Рис. 21.4. В его конструкции недвижимым было кольцо - 1 с обмотками L 2 и L 3 , а в качестве источника переменного магнитного поля использовалась еще одна обмотка L 1 , расположенная в центре. При этом два магнитные потоки от двух катушек нагрузки взаимно компенсируются, и, таким образом, в первичной цепи реакция отсутствует. В 2003г. С. Хартман сконструировал тороидальный генератор, ток на выходе которого составлял - 40 А при напряжении 6,5 В. В литературе достаточно широко описаны генераторы тока, основанные на использовании эффекта "самоподдерживающегося вращения". В 50-х годах прошлого столетия Дж. Серл

Рис. 21.3.

Рис. 21.4.

проявил недюжинную взаимодействие постоянного магнита с магнитными роликами, расположенными на его поверхности отражается в самопроизвольном качении роликов после придания одному из них небольшого импульса. Этот эффект с позиций енергодинамикы может быть объяснен явлением "запаздывания потенциалов", которое в средах с перемагничиванием и переполяризации возникает уже при относительно небольших скоростях взаимного движения магнитов. Он обусловлен отличием сил притяжения и отталкивания магнитов при их относительном движении. На этом эффекте сконструировано генератор, который может рассматриваться как электродвигатель, состоящий только из постоянных магнитов цилиндрической формы и неподвижного кольца. На Рис. 21.4. Показан генератор простейшей формы, состоящий из неподвижного кольцевого магнита - 1, называемого основанием, и некоторого количества цилиндрических магнитов, или роликов - 2. В процессе работы каждый ролик вращается вокруг своей оси и одновременно вращается вокруг основания таким образом, что любой которая фиксированная точка на боковой поверхности ролика описывает циклоиду с целым числом лепестков. Для снятия энергии, по окружности основания размещены электромагнитные преобразователи в виде С - образных магнитов с обкладкой, при пересечении которых магнитными роликами возникает электродвижущая сила. Измерения показали, что возникает электрический потенциал в радиальном направлении. Основание заряжается положительно, а ролики - отрицательно. В принципе, генератор не нуждается в какой-либо арматуре для поддержки механической целостности, так как ролики притягиваются к кольцу. Однако, при использовании генератора механической работы должны использоваться валы для передачи момента. Более того, если генератор смонтирован в корпусе, ролики должны быть немного короче высоты основания для предотвращения задевания о корпус или другие части. При работе создаются зазоры в результате электромагнитной

Рис. 21.5.

взаимодействия между кольцом и роликами, предотвращающие механический и гальванический контакт между основанием и роликами, и уменьшают трение в незначительной величины. Эксперименты показали, что выходная мощность увеличивается с ростом количества роликов и для достижения плавного и надежного вращения, отношение диаметра основания к диаметру ролика должно быть целым положительным числом, большим, чем 12. Более сложная конфигурация может быть образована путем добавления дополнительных секций, состоящих из основного кольца и соответствующих роликов.

В России эффект Серла исследовался в Институте высоких температур РАН. Сотрудники этого института В. Рощин и С. Часов в 1992г. Построили подобный серловському генератор, который они назвали "Магнитодинамический конвертором". Он представлял собой статор с секторными постоянными магнитами и кольцевой ротор с вращающимися магнитными роликами. Диаметр ротора составлял 1 м., А его масса - 500 кг. Сегменты ротора выполнены на основе редкоземельных магнитов с остаточной индукцией 0,85 Тл. Они намагничивались путем разряда батареи конденсаторов через индуктор. Сцепление роликов с кольцевым магнитом ротора осуществлялось по принципу шестерен размещением в статоре и роликах поперечных магнитных вставок с Ndfeb с остаточной индукцией 1,2 Тл. Между поверхностью статора и роликами был оставлен воздушный зазор 1 мм. По окружности ротора были также размещены электромагнитные преобразователи в виде С - образных магнитов с обмоткой, которые замыкались роликами, при пересечении которыми магнитопроводов возникала электродвижущая сила (ЭДС). Одновременно на валу ротора был установлен обычный электрогенератор, а также электродвигатель для первичного раскрутки ротора. Установка запускалась в действие путем раскрутки ротора с помощью электродвигателя. Максимальная мощность уделяется, в

Рис. 21.6.

установке составила 7 кВт. Недавно швейцарская фирма SEG объявила о выпуске на рынок генератора, работающего на эффекте Серла. Это компактный, 15-ти киловаттный генератор, с размерами примерно 46 × 61 × 12 см, который можно настроить для выработки постоянного или переменного токи различного напряжения в диапазоне от 12 до 240 В. Каждый такой генератор способен выработать 60 МВт / ч энергии, прежде чем появится необходимость в его перемагничивании. Предлагаемая модель генератора "D15AP" состоит из трех четырехслойных концентрических колец, каждое из которых изготовлено из композита. Эти кольца расположены по отношению друг к другу концентрически и прикреплены к основанию. Вокруг каждого кольца свободно вращаются ролики в количестве 10 штук вокруг первого кольца, 25 - вокруг второго и 35 - вокруг третьего. По роликами, расположенными по диаметру внешнего кольца, находятся катушки, соединенные различными способами, что дает возможность производить или постоянный, или переменный ток различного напряжения. Выходные катушки должны быть рассчитаны таким образом, чтобы напряжение на выходе составляла 240 В, при 15 кВт мощности. Генератор представляет собой своего рода набор свободных от трения подшипников и одновременно систему из трех вращающихся трансформаторов в одном корпусе, на выходе которого высокое напряжение. Внешний вид генератора показано на рис. 21.6. Интересная конструкция магнитного двигателя, предложенная Алексеенко В., была запатентована в России. Устройство этого двигателя показано на Рис. 21.7. Где: 1 - постоянный магнит-статор; 2,3 - постоянные магниты-роторы; 4 - вращающийся диск; 5 - шток; 6 - опора вращения. Как видно из рисунка, двигатель состоит из диска (маховика), закрепленного на оси вращения. На нем закреплены два подковообразных постоянных магнита ротора, которые вместе с диском (маховиком) могут свободно вращаться вокруг оси. Параллельно диске (маховике) двигателя на штоке закреплен неподвижно цилиндрический постоянный магнит статора, который вместе со штоком может перемешаться в зону действия магнитных полей постоянных магнитов ротора, расположенных на рабочем диске. Все магниты обращены друг к другу одноименными полюсами.

Рис. 21.6.

При введении магнита 1 с помощью штока в зону действия магнитов (2 и 3) их магнитные поля полюсов N вступают во взаимодействие. Они складываются и их результирующий действующий момент усиливается. При этом возникают в горизонтальной плоскости силы отталкивания у магнита 1 (статора), направленные радиально к поверхностям конических торцов полюсов N магнитов 2 и 3 (ротора). В связи с тем, что диск с магнитами 2 и 3 имеет степень свободы и может свободно вращаться вокруг оси, то под влиянием отталкивающей силы магнита N1 (статора), действующей на поверхности конических торцов полюсов N магнитов (ротора) диск вращается по кругу. Вследствие этого и происходит непрерывное вращение диска, то есть (ротора) вокруг оси. Двигатель работает от энергии сильных магнитных полей постоянных магнитов за счет разности потенциалов магнитной энергии на полюсах магнитов ротора и их нейтральных зонах. На Рис. 21.7. Изображен второй вариант магнитного двигателя Алексеенко В. На этом Рис. показан магнит 1 (статор), имеющий форму круга закрепленного на опоре 4. Параллельно магнита 1 расположен

Рис. 21.7.

подковообразный магнит 2 (ротор), который закреплен на диске со штоком. Полюса N и S магнита 2 имеют конусообразную форму под углом 40-45 градусов.

В зоне полюсов магнитов статора установлены контакты, подключенные к источнику тока. Магнитные элементы ротора выполнены в виде пары тяговых валиков, оснащенных индукционными катушками и сдвоенными контактами. Контакты ротора подключены к катушек валиков и расположены на концах оси с возможностью периодической взаимодействия с контактами статора.

Оборудование двигателя показано на Рис. 21.8. На этом Рис.: 1 - вал; 2 - поперечная ось; 3 - тяговые валики; 4 - индуктивные катушки; 5 - сдвоенные контакты; 6 - аккумулятор; 7 - пусковая кнопка; 8 - коллекторные контакты; 9 - магниты; 10 - кольцевой статор. Как видно из приведенного рисунка, двигатель содержит кольцевой статор, выполненный в виде пластины с диамагнитного материала с закрепленными на ней с двух сторон постоянными магнитами. Через отверстие статора проходит ротор, состоящий из вала для отбора мощности. Также, по крайней мере одна поперечная ось, на концах которой, с возможностью качения по магнитах статора, установленное по два тяговые валики. На Рис. 21.8. Показан ротор с двумя поперечными осями, расположенными перпендикулярно друг другу по разные стороны статора, и двумя парами валиков. В зоне полюсов магнитов статора установлены колектори- контакты, подключенные к источнику тока. Тяговые валики имеют индукционные катушки, подключенные к сдвоенных контактов. Принцип работы этого двигателя показано на Рис. 21.9. Для запуска двигателя через пусковую кнопку подается электроэнергия на катушки тяговых валиков. При этом валики намагничиваются таким образом, что на их концах образуются полюса, одноименные полюсам магнитов статора.

Рис. 21.8.

Одноименные полюса отталкиваются, в то же время другая пара валиков, находясь под влиянием противоположного полюса магнита потока, притягивается к полюсам магнитов статора. В результате валики катятся по магнитах, а вал начинает вращаться. При вращении вала, связанные с ним контакты периодически взаимодействуют со стационарными контактами. При этом, кратковременного взаимодействия контактов оказывается достаточно для изменения знаков магнитных полюсов, так как в то время, когда контакты разомкнуты, ротор продолжает вращаться по инерции без остановки. Крутящий момент вала с помощью промежуточных узлов используется для привода различных машин и механизмов: электрогенераторов, транспортных средств, станков и т.д. Недостатками этого двигателя, по мнению некоторых экспертов, являются: сложная конструкция и значительные габариты. Вполне ясно, что известные и предлагаемые конструкции магнитных двигателей - генераторов и их энергетика, несмотря на наличие патентов, пока еще несовершенны. Более того, в литературе практически отсутствуют данные о КПД описанных конструкций. Однако, следует отметить, что при оценке перспективности устройств на постоянных магнитах, недопустимо считать, что магнитная энергия с "дармовой" - ее себестоимость требует такого же учета затрат, как и для любых других энергоустановок на возобновляемых источниках энергии. Эффективность описанных выше двигателей зависит от типа используемых магнитов. Новейшим добавлением к ранее известных ферритовым (керамическим) и алюминиево никель-кобальтовой (типа "Алника") магнитным материалам является испеченные с редкоземельных элементов - самарий-кобальтовые (Smco) и неодимовые (Ndfeb) магниты. В них достигается уровень магнитной энергии до 45-50 (в мега гаусс эрстедах). Говоря об использовании постоянных магнитов и об энергии магнитного поля, следует отметить технологию магнитного охлаждения. Работы, посвященные магнитном охлаждению, ведутся во многих лабораториях и университетах Европы, США, Канады, Китая и России. Технология магнитного охлаждения основана на способности любого магнитного материала

Рис. 21.9.

изменять свою температуру под воздействием магнитного поля, как это происходит при сжатии или расширении газа или пара в традиционных холодильниках. Такое изменение температуры (или энтропии) магнитного материала при изменении напряженности магнитного поля, в котором он находится, называется магнитокалоричним эффектом. Изменение температуры магнитного материала происходит в результате перераспределения внутренней энергии магнитной вещества между системой магнитных моментов его атомов и кристаллической решеткой. Максимальной величины магнитокалоричний эффект наблюдается в магнитоупорядоченных материалах, таких как ферромагнетики, антиферромагнетики и т.п., при температурах магнитных фазовых переходов - температурах магнитного упорядочения. Главное преимущество устройств для магнитного охлаждения связана с высокой плотностью материала - твердого тела - по сравнению с плотностью пара или газа. Изменение энтропии на единицу объема в жестких магнитных материалах в 7 раз выше, чем в газе. Это позволяет делать значительно более компактные холодильники, используя в качестве рабочего тела магнитный материал. Именно магнитное рабочее тело служит аналогом хладагентов, используемых в традиционных парогазовых холодильных установках, а процесс размагничивания намагничивания - аналогом циклов сжатия - расширения. Рабочий прототип предлагаемого бытового магнитного холодильника действует в области комнатных температур и использует в качестве источника поля постоянный магнит. В этом прототипе магнитного холодильника используется вращающаяся колесная конструкция. Она состоит из колеса, содержащего сегменты с порошком гадолиния, а также мощного постоянного магнита. На Рис. 21.10. Показана сильно упрощенная конструкция магнитного холодильника. На этом Рис.: 1 - постоянный магнит; 2 - магнитопровод; 3 - горячий теплообменник; 4 - холодный теплообменник; 5 - колесо с магнитным порошком; 6 - ось вращения.

Конструкция спроектирована таким образом, что колесо вращается через рабочий зазор магнита, в котором создана наибольшая концентрация магнитного поля. При вхождении сегмента с гадолинием в магнитное поле в гадолиния возникает магнитокалоричний эффект - он нагревается. Это тепло отводится теплообменником, охлаждаемым водой. Когда гадолиний выходит из зоны магнитного поля, возникает магнитокалоричний эффект противоположного знака и материал дополнительно охлаждается, охлаждая теплообменник с циркулирующим в нем вторым потоком воды. Этот поток собственно и используется для охлаждения холодильной камеры магнитного холодильника. Это устройство является компактным и работает практически бесшумно и без вибраций, что выгодно отличает его от холодильников, используемых сегодня, с парогазовым циклом.

Dragons" Lord

В предыдущей статье по этой теме я рассказал, в основном, те вещи, которые, обычно, излагают в курсе физики на уровне высшего учебного заведения, лишь давая несколько иную интерпретацию, всем известных, явлений. Здесь я продолжу знакомить Вас с другими, наиболее интересными и менее известными фактами, связанными с магнитом и магнетизмом, как таковыми.

Признаться, очень хочется забыть о существовании электромагнетизма и за центральную фигуру повествования принять постоянный магнит. Но, статическая сущность "постоянника", не позволяет проводить исследования его действия и механизма его работы. В чём сущность любой серии опытов? - В ИЗМЕНЕНИИ параметров испытываемой системы, измерений, и последующего анализа изменения либо КПД, либо любой иной физико-механической сущности процесса. В модели постоянного магнита, изменить какой бы то ни было показатель, не представляется возможным, ибо на то он и ПОСТОЯННЫЙ. Всё исследование постоянника заключается в измерении мощности его магнитного излучения (намагниченности), и на этом заканчивается (в представлении, именно, магнетизма). Электромагнитные системы удобны в том плане, что можно менять мощность магнитного поля во времени, практически, неограниченно менять конфигурацию самого создаваемого поля, легко моделировать модели любого масштаба (в разумных пределах) и т.д... НО! И это главное, - изучив действие и свойства магнитного поля в полной мере, необходимо вернуться, и применить знания именно на постоянных магнитах. Рассматривая постоянный магнит, как источник дармовой энергии (вечной и без топливной), и только его, - можно строить системы с КПД более единицы. И только так!

И даже, если Вы так не считаете, всё равно, Вам будет интересно почитать эту статью, в которой я постарался в лёгкой и занимательной форме (как говорили раньше, - в научно-популярной) изложить исторические, но не очень известные факты, и некоторые размышления с ними связанные.

Геркулесов камень

Величина магнитного поля в международной системе единиц СИ измеряется в теслах (Тл). В 1 Тл содержится 1000 мТл. Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет в среднем 0,05...0,10 мТл; магниты ускорителей создают в зазоре поле порядка 2 Тл. Физики часто (гораздо чаще, чем можно было бы подумать) пользуются нестандартной системой единиц СГС, в ней интенсивность магнитного поля, или индукция, измеряется много более мелкими единицами - гауссами (10 Гс = 1 мТл). Можно поиронизировать, что, мол, в гаусах достижения современных "магнитостроителей" гораздо больше;) .

Обычный природный магнитный железняк (магнетит) является достаточно слабым магнитом. Поле на его поверхности - не больше 5...10 мТл. Уже на расстоянии 1 м стрелка компаса перестает замечать его существование. Природные магниты (химический состав 31% FeO и 69% Fe 2 O 3), не везде назывались магнитами в разных странах их называли по-разному: китайцы называли его чу-ши; греки - адамас и каламита, геркулесов камень; французы - айман; индусы - тхумбака; египтяне - кость Ора, испанцы - пьедрамант; немцы - магнесс и зигельштейн; англичане - лоудстоун. Добрая половина этих названий переводится как любящий, любовник. Так поэтическим языком древних описано свойство магнетита притягивать, "любить" железо.

Самые старые "документальные" свидетельства о знакомстве людей с магнитами пришли к нам из Центральной Америки. На городской площади гватемальского городка Демокрасия стоит дюжина древних фигур, найденных при раскопках городища ольмеков. "Толстые мальчики", как их называли за округлость и массивность, - символы сытости, благополучия, плодовитости. Эти скульптуры более трех тысяч лет назад высечены из глыб магнитной породы. Интересно, что магнитные силовые линии как бы выходят из живота "толстяков"!

Из других древнейших упоминаний о магнитах следует выделить рассказ о часовне Магомета с магнитным сводом, под которым парит железный сундук с прахом пророка. Однако европейским путешественникам ни разу не удалось увидеть этой диковины, посему можно считать это выдумкой, хоть и оригинальной. Гораздо более определенно можно ссылаться на европейские источники. О магните в той или иной связи писали до нашей эры Пифагор, Гиппократ, Платон, Эпикур, Аристотель и Лукреций, потом Плиний, Плутарх, Гален и Птолемей.

Название "магнит", как утверждает Платон, дано магнетиту Еврипидом, называвшим его в своих драмах "камнем из Магнезии". По другой, значительно более красивой и известной, но менее правдоподобной притче Плиния (заимствованной им у Никандра) название дано в честь сказочного волопаса Магниса, гвозди от сандалий и железная палка которого прилипали к неведомым камням. По-видимому, слово "магнит" действительно происходит от названия провинции Магнезия (в Греции), жителей которой звали магнетами. На основании древних текстов, можно сделать вывод, что древние отлично понимали главное. Кроме магнита есть нечто, его окружающее. Конечно, это магнитное поле.

Интересно заметить, что учёные мужи той эпохи выделяли не только материалы, прилипающие к магниту, но и отталкивающиеся от него, - феамеды (антимагниты). Как показало время, таких материалов нет, хотя, если брать очень маленькие и незначительные взаимодействия, то древние были, как ни странно, правы. Сегодня хорошо известно, что есть материалы, которые магнитом отталкиваются (а Вы не знали?). К их числу, например, принадлежит медь. Такие вещества называют диамагнетиками.

Вещества, притягивающиеся к магниту, называют парамагнетиками и ферромагнетиками. Свойство притяжения в наибольшей степени присуще ферромагнетикам, и в первую очередь железу, никелю и кобальту. Причиной магнитных свойств единодушно считают вращение заряженных электронов вокруг ядра атома и собственное вращение электрона вокруг оси (спин). Всякое движение заряда - это электрический ток, а каждый ток создает магнитное поле. Об этом, скажем мягко, весьма сомнительном объяснении я уже писал в прошлой статье, поэтому повторяться не буду. Магнитные свойства атомов, так же как и все их свойства, находят отражение в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Изменению номера элемента в таблице Менделева соответствует изменение структуры электронных оболочек атома. Структуры оболочек ферромагнитных атомов таковы, что все электроны, грубо говоря, вращаются в одну сторону, создавая сильный суммирующий магнитный момент. В неферромагнитных же атомах магнитные моменты электронов направлены в разные стороны, что приводит к их взаимной компенсации.

Отмечу, лишь, что для того, чтобы магнит не растерял своё свойство его не надо трясти и сильно нагревать. Ладно, с этим проехали. Остаётся открытым вопрос: Почему же намагниченные тела притягиваются? Скажу сразу, достойного ответа до сих пор НЕ СУЩЕСТВУЕТ, но я приведу здесь классическое определение, дабы очистить свою совесть и дать Вам то, что надо опровергнуть или изменить и уточнить со временем.

Теория утверждает, что всякая система пытается принять такое положение, в котором ее потенциальная энергия будет минимальной. "Добрые" и сильно умные дяди-теоретики нагородили архисложные формулы, говорящие о том, что суммарная энергия двух магнитов, касающихся один другого, меньше, чем энергия магнитов, разнесенных на некоторое расстояние. Поскольку система должна занять энергетически наиболее "низкое" положение, магниты притягиваются. То же самое можно сказать о магните и куске железа. Вот такие пироги. Замечу, и это не однократно проявлялось на практике, что теоретически можно доказать ВСЁ, ЧТО УГОДНО, даже то, что не существует и быть, вообще, не может.

Рукотворные магниты

Теперь плавно переходим в позднее средневековье. Говорят, настоятель Оксфордского собора никак не мог взять в толк, что от него хочет этот знаменитый Фарадей. Он пришел просить, чтобы ему отдали на исследование железную палку флюгера собора. Сняв оную и произведя "обмер" верхнего и нижнего концов железного стержня, Фарадей впервые обнаружил тот факт, что бывший ранее немагнитный материал можно намагнитить, т.е. сам факт намагничивания и создания искуственного магнита. Хотя, если по совести, то намагничивать умели на много веков ранее того момента. Но мне почему-то хочется считать именно так;) .

Искусственные магниты, полученные методом натирания, стали изготовлять в Англии еще в XVIII веке. При изготовлении магнитов не все сорта железа вели себя одинаково - в одном случае быстро получали желаемый результат, в другом - намагниченность была ничтожной. Легконамагничивающиеся вещества, как правило, так же легко и размагничиваются (чистое железо); труднонамагничивающиеся вещества (сталь) остаются сильнонамагниченными и после удаления внешнего магнитного поля. Первые вещества обычно называют магнитомягкими, вторые - магнитожесткими.

Один из самых сильных естественных магнитов был, по преданию, у Ньютона - в его перстень был вставлен магнит, поднимавший предметы, масса которых была в 50 (!) раз больше массы самого магнита. В конце прошлого века заметили, что добавка к железу 3% вольфрама примерно в 3 раза улучшает свойства искусственных магнитов. Добавка кобальта улучшает свойства еще в 3 раза. Лучшим предвоенным магнитным сплавом был сплав альнико на базе алюминия, никеля и кобальта. С помощью магнитов из альнико можно было поднимать железные предметы массой, в 500 раз превышающей массу самого магнита. При измененной технологии (при спекании порошкообразного альнико) удалось поднять предмет, масса которого превосходила массу магнита в 4450 раз.

Еще более сильные магниты изготовляют из сплава магнико, в состав которого входят железо, кобальт, никель и некоторые другие добавки. Созданные на основе этого сплава "порошковые" магниты могут поднимать груз железа массой, более чем в 5000 раз превышающей их собственную. Еще более сильными являются так называемые оксидно-бариевые магниты. Вас ещё не мутит от таких мощностей?...

Сплав ЮНКД-ЗБТ, например, кроме железа содержит алюминий (Ю), никель (Н), кобальт (К), медь (Д), титан (Т). Пропорции подобраны таким образом, чтобы слитки разной формы обладали наибольшей магнитной индукцией, их структуру можно по заказу делать то однородной, то анизотропной, в ней проращиваются в заданном направлении игольчатые кристаллы, тепловые и электромагнитные волны помогают металлофизикам варьировать свойства заготовок, добиваясь объемного распределения их качеств. В итоге удается создать магниты с весьма высокой подъемной силой. Сплав кобальта с редкоземельными элементами позволяет, например, поднять груз 200 г на 1 г массы магнита. Самый большой в мире постоянный магнит весит 2 т. С его помощью создается магнитное поле интенсивностью 0,11 Тл в объеме примерно 10 л. Такой магнит применяют во вспомогательном оборудовании ядерного реактора Чикагского университета.

Искусственные магниты можно также получить, натирая куском магнитного железняка в одном направлении железные бруски или просто прислоняя ненамагниченный образец к постоянному магниту. Интересно, что этим способом можно получить искусственные магниты гораздо более сильные, чем исходные.

Дальше рассказ мой будет переплетаться с фактами чисто электрическими, ибо не легко разорвать две силы, - электрические и магнитные. Ничего плохого я в этом не вижу, так как узнать об электричестве, что нибудь новенькое (или хорошо забытое старенькое), - весьма и весьма, для современного естествоиспытателя, не безинтересно.

У современных ученых есть некоторые основания утверждать, что "придумано было электричество" три-четыре тысячи лет назад и что "придумали золотить и серебрить электричеством" в то же самое время. Доказательством, возможно, могут служить "странные" предметы, найденные археологами в засохшем и отвердевшем иле неподалеку от берегов Тигра, южнее Багдада.

Что представляли собой эти странные предметы? И, собственно, чем они странны? Дело в том, что археологи долгое время не могли понять их назначения. Небольшие сосуды из отожженной глины имели весьма необычную "начинку" - разъеденные медные цилиндрики и железные бруски. Исследовав цилиндрики, археологи пришли к выводу, что разъедание, скорее всего, результат воздействия или уксусной, или лимонной кислот, хорошо известных в то время. Однако самое неожиданное находилось на дне сосудов - это был небольшой и невзрачный на вид слой битума, того самого битума, который и сегодня иногда используют в качестве электрической изоляции.

Ученые рассуждали так: если в сосуд с кислотой помещали медную и железную пластины, разделенные изоляцией (битумом), то это было не что иное, как древнейший химический источник тока. Источник, честь открытия которого отдана нами человеку, жившему на три тысячи лет позже! По мнению некоторых ученых, золотое покрытие вавилонских украшений сделано настолько тонко, что всякий метод нанесения золота, кроме гальванического, исключается!

Принято считать, что об электричестве человечество узнало в тот момент, когда дочь Фалеса из Милета, наблюдателя и философа-материалиста, пытаясь очистить свое янтарное веретено от приставших к нему мелких пылинок и ниточек, заметила, что, счищенные, они снова спешат прильнуть к нему... Видимо, свойство янтаря притягивать мелкие тряпочки, нитки, солому было весьма хорошо известно и до Фалеса, и не только в Милете. Этим притяжением объясняются, очевидно, и названия янтаря у разных народов: электрон - притягивающий к себе (Греция), харпакс - грабитель (Рим); кавуба - притягивающий к себе мякину (Персия) и т.п.

Гилберт разъединяет

Вильям Гилберт (1540 г.р.) делает ряд ценных открытий, впрочем, оказывается не в силах их объяснить (знакомо, да?). Что было известно до Гилберта? Пьер Перегрин (1269 г.) впервые говорит о полюсах магнитов, о притяжении ("совокуплении") разноименных полюсов и отталкивании одноименных, об изготовлении искусственных магнитов путем натирания железа естественным природным магнитом, о проникновении магнитных сил через стекло и воду, о компасе. Ибн-Рушда (Аверроэса) высказал мнение, что естественный магнит искажал ближайшее к нему пространство в соответствии с его формой, то есть отсыл на то, что магнит имеет, окружающее его, магнитное поле.

До Гилберта было известно и явление "старения магнитов". Так, алхимик Гебер (XII век) документально засвидетельствовал этот факт. К другим важнейшим догильбертовским событиям можно отнести открытие в XIV веке магнитного склонения, обнаруженные Колумбом в 1492 г. изменения склонения магнитной стрелки на одной и той же параллели, а также открытие магнитного наклонения Георгом Гартманом (Нюрнберг, 1544 г.).

В течение 18 лет Гилберт на собственные деньги ставит бесчисленное количество опытов. Именно он, впервые в истории, задолго до Бэкона, провозгласил опыт критерием истины и все положения проверял в процессе специально поставленных экспериментов. Изготовив из магнетита шар-терреллу ("маленькую Землю"), Гилберт заметил, что этот шар по магнитным свойствам сильно напоминает Землю. У терреллы так же, как и терры (Земли), оказались северный и южный полюсы, экватор, изолинии, магнитное наклонение. Эти свойства позволили Гилберту провозгласить Землю "большим магнитом". До Гильберта о магнетизме Земли никто не подозревал.

Он открыл, что при нагревании магнита выше некоторой температуры его магнитные свойства исчезают; впоследствии эта температура (588°С) была названа точкой Кюри, в честь Пьера Кюри. Гилберт открыл, что, когда приближают к одному полюсу магнита кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее (изобретатели, обратите внимание на это свойство!). Он первым сказал, что магнит со "шлемом" или "носом", т.е. магнит, вправленный в арматуру из мягкого железа, притягивает гораздо сильнее. Эта идея была запатентована лишь через 250 лет после смерти Гилберта. Гилберт открыл, что предметы из мягкого железа, в течение долгого времени лежащие неподвижно, приобретают намагниченность в направлении север - юг. Процесс намагничивания ускоряется, если по железу постукивать молотком.

Гилберт открыл экранирующее действие железа (читайте об этом эффекте в статье об альтернаторах, я провёл довольно доскональное исследование этого вопроса). Гилберт высказал гениальную мысль о том, что действие магнита распространяется подобно свету. Очень важным в учении Гилберта представляется то, что он, по-видимому, первым отличил электрические явления от магнитных, вскрыв их различную природу. Гилберту удалось разделить магнитные и электрические явления, которые с тех пор стали исследовать раздельно.

Франклин, Ломоносов, Араго изучают

Гилберт обнаружил довольно много веществ, которые, как и янтарь, могут притягивать мелкие кусочки материи и пылинки. Манипулируя с этими и подобными веществами, любознательный бургомистр немецкого города Магдебурга Отто фон Герике изготовил странную машину - это был шар из серы, приводимый во вращение несложным механизмом. Вращающийся шар касался металлической цепочки, присоединенной к длинному металлическому бруску, подвешенному на веревках. Если шар при вращении придерживали ладонями, то на нем накапливался значительный электрический заряд, отводимый цепочкой к бруску. Шары из серы изготовляли следующим образом: из стекла выдували тонкий шарообразный сосуд, в который заливали расплавленную серу. Когда сера остывала, стекло разбивали и получали шар из серы. (К сожалению, Герике слишком уважал ученых своего времени, чтобы вращать просто стеклянный шар. Ему нужен был шар из серы, поскольку именно о ней писал Гилберт. Об электрических свойствах стекла было тогда известно очень мало. А ведь если бы бургомистр попробовал тереть ладонями стеклянный шар, он бы получил более мощную машину!) С помощью шара из серы Отто фон Герике удалось провести очень эффектные опыты: при трении шара о ладони между руками и бруском проскакивали искры, причем некоторые из них были довольно крупными. Машина Герике получила сразу же очень широкое распространение, и неудивительно, что с ее помощью удалось обнаружить много электрических эффектов.

Один из необычных случаев произошел в знаменитой Лейденской лаборатории. Студент по имени Канеус использовал машину Герике для того, чтобы "зарядить электричеством" воду в стеклянной колбе, которую он держал в ладонях. Зарядка осуществлялась при помощи цепочки, подсоединенной к бруску машины. Цепочка спускалась через горлышко колбы в воду. По истечении некоторого времени Канеус решил убрать свободной рукой цепочку - вынуть ее из сосуда. Прикоснувшись к цепочке, он получил страшный электрический удар, от которого чуть не умер. Оказалось, что в сосудах такого типа электричество может накапливаться в очень больших количествах. Таким образом была открыта так называемая лейденская банка - простейший конденсатор.

И на родине Гильберта продолжались исследования электричества. Этим занимался Ньютон, его лаборант научился передавать заряд лейденской банки по влажной веревке. Наиболее дальновидному исследователю пришла в голову мысль о том, что и сверкающая молния, раскалывающая грозовое небо, - это грандиозная электрическая искра, полученная с помощью исполинской лейденской банки... Этим исследователем оказался американец Бенджамин Франклин (1706...1790). Пользуясь словами батарея, конденсатор, проводник, заряд, разряд, обмотка, мы вряд ли помним о том, что Франклин был первым, кто дал названия всем этим предметам и явлениям. Всего семь лет он занимался физикой (с 1747 по 1753 г.), но его вклад в науку оказался огромным.

Француз Далибар первым получил "молнию с небес", установив громоотвод на горе (10 мая 1752 г.), но ясно, что первооткрывателем был Франклин. В 1753 г. Франклин поставил и свой знаменитый эксперимент с воздушным змеем. В том же году аналогичные эксперименты провели М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман. Рихман хотел количественно оценить явление электризации при разряде молнии. Неосторожно наклонившись слишком близко к стержню своей "громовой машины", Рихман был поражен молнией в голову (ох, берегите парни головы;) .

Много позднее итальянец Вольта на опыте показал, что пламя свечи создает столб теплого воздуха, электропроводность которого повышена. Сам ученый построил эффектный электрометр со свечой, вдохновляясь, как он говорил, примером древнеегипетских жрецов. Кто бы мог подумать, что именно электричество порождает столь разные и столь могучие эффекты - и молнию, и магнетизм?

Правильное направление мыслям ученых о природе магнетизма, как и в случае электричества, дала молния. В начале XIX столетия французский ученый Франсуа Араго выпустил книгу "Гром и молния". В этой книге содержится несколько любопытнейших записей, некоторые из них, быть может, и привели к тому, что приятель Араго, французский физик Андре-Мари Ампер, впервые дал устоявшееся объяснение магнетизму.

Вольта скептически относился к теории "животного электричества" Гальвани (1780 г.). Иногда его можно было увидеть за странным занятием: он брал две монеты или два кружочка - обязательно из разных металлов - и... клал их себе в рот: одну на язык, другую под язык. Если после этого монеты или кружочки соединяли проволочкой, Вольта чувствовал солоноватый вкус - тот самый вкус, но гораздо слабее, что можем почувствовать мы, лизнув одновременно два контакта батарейки. Из опытов, проведенных раньше с машиной Герике и электрофором, Вольта знал, что такой вкус вызывается электричеством. Положив один на другой множество кружков (свыше ста), Вольта получил довольно мощный источник электричества - вольтов столб. Присоединив к верхнему и нижнему концам столба проводнички и взяв их в рот, Вольта убедился в том, что этот источник, в отличие от машины Герике и электрофора, действует длительно.

Вслед за этим Вольта сделал еще одно изобретение - он создал электрическую батарею, пышно названную "короной сосудов" и состоявшую из многих последовательно соединенных цинковых и медных пластин, опущенных попарно в сосуды с разбавленной кислотой. 20 марта 1800 г. Вольта сделал доклад о своих исследованиях в Лондонском Королевском обществе. Можно считать, что с этого дня источники постоянного электрического тока - вольтов столб и батарея стали известны многим физикам и их начали широко применять.

В России тоже довольно быстро узнали об открытии Вольта. Одна из самых гигантских и мощных электрических батарей того времени, состоящая из 3000 "кружков", была построена русским профессором В.В. Петровым, открывшим с помощью этой батареи прославившую его электрическую дугу. Уже в 1808 г. известный английский физик сэр Гемфри Дэви осуществил электрическое дуговое освещение на практике. Электричество начало свое победное шествие по всему миру. Особенно быстро развивалось электрическое освещение.

Очень близко к решению проблемы подошел Дэви. Ему удалось установить, что электрическая дуга отклоняется под действием магнита. Это уже была связь, но связь робкая, тонкая, связь, которой не придали должного значения. Магнитная стрелка впервые повернулась под действием тока в опытах итальянского физика Романьози: в 1802 г. Романьози заметил, что при поднесении компасной стрелки к вольтову столбу она чуть заметно отклоняется. Иногда никакого эффекта не наблюдалось. Романьози не смог понять того, что стрелка отклонялась лишь тогда, когда вольтов столб замкнут на нагрузку, другими словами, лишь тогда, когда по нему течет ток. Открыть это выпало на долю Ганса Христиана Эрстеда.

Эрстед объединяет

Когда 43-летний копенгагенский профессор Ганс Христиан Эрстед (1777...1851) разослал европейским коллегам свой ставший сразу знаменитым "Памфлет" о действии электрического тока на магнитную иглу - всего четыре странички на латинском языке - и когда многие ученые смогли с ним познакомиться, их удивлению не было границ. Неужели ток действует на магнит столь странно?

Идея всеобщей связи не давала Эрстеду покоя. В 1813 г. во Франции выходит его труд "Исследования идентичности химических и электрических сил". В нем Эрстед впервые высказывает идею о связи вольтова электричества и магнетизма. Он пишет: "Следует испробовать, не производит ли электричество... каких-либо действий на магнит..." Его соображения были - простыми: электричество рождает свет - искру, звук - треск, наконец, оно может производить тепло - проволока, замыкающая зажимы лейденской банки, нагревается. Не может ли электричество производить магнитных действий? Говорят, Эрстед не расставался с магнитом.

Идея связи электричества и магнетизма носилась в воздухе, и многие лучшие умы Европы были ею увлечены. Еще Франц Ульрих Теодор Эпинус подмечал их сходство, а француз Франсуа Араго потратил много лет для сбора таинственных, на первый взгляд, историй о кораблях, сокровищах и необычных небесных явлениях, в которых он тоже видел эту ускользающую связь. Араго, собравший множество фактов, свидетельствующих о связи молнии с магнетизмом, чувствовал, что он на пороге нового открытия. Радость и досада - вот, возможно, те чувства, которые он испытал, когда узнал решение долго не дававшейся ему задачи, решение, найденное Эрстедом.

15 февраля 1820 г. Эрстед, читал студентам лекции по физике. На лабораторном столе находились вольтов столб, провод, замыкающий его, зажимы и компас. В то время, когда Эрстед замыкал цепь, стрелка компаса вздрагивала и поворачивалась по направлению к проводу. Это было первое непосредственное подтверждение связи электричества и магнетизма. Это было то, что так долго искали все европейские и американские физики. Решение проблемы было потрясающе просто.

Следует сказать, что отклонение стрелки компаса в лекционном опыте было весьма незначительным, и поэтому в июле 1820 г. Эрстед снова повторил эксперимент, используя более мощные батареи. Эффект был значительно сильнее, причем тем сильнее, чем толще проволока, которой он замыкал контакты батареи. (Чем больше диаметр проволоки, тем меньше ее сопротивление и, стало быть, больше ток короткого замыкания.) Кроме того, он выяснил одну странную вещь, не укладывающуюся в ньютоновские представления о действии и противодействии. Выражаясь его же словами, "магнитный эффект электрического тока имеет круговое движение".

То, что открылось ему, было новой тайной, не укладывающейся в рамки ньютоновских законов и прямо нарушающей третий из них: направления возмущающей силы - электричества (определяемого направлением провода) и силы реакции - магнетизма (определяемого направлением магнитной стрелки) были у Эрстеда перпендикулярны. Ученые, сгрудившиеся у лабораторного стола Эрстеда, впервые видели "противодействие", не противоположное по направлению "действию".

Памфлет Эрстеда вышел в свет 21 июля 1820 г. Я не случайно точно указываю дату. Дальнейшие события развивались в весьма непривычном для неторопливой тогда науки темпе. Уже через несколько дней памфлет появился в Женеве, где в то время находился с визитом Араго. Первое же знакомство с опытом Эрстеда показало ему, что найдена разгадка задачи, над которой бился и он, и многие другие. Араго возвращается в Париж потрясенный. На первом же заседании Академии, на котором он присутствовал сразу по возвращении, 4 сентября 1820 г. он делает устное сообщение об опытах Эрстеда. Записи, сделанные в академическом журнале рукой протоколиста, свидетельствуют, что академики просили Араго уже на следующем заседании, 11 сентября, т.е. через неделю, показать всем присутствующим опыт Эрстеда.

Сообщение Араго слушал и внезапно побледневший академик Ампер. Он, должно быть, почувствовал в тот момент, что пришла его пора перед лицом всего мира принять из рук Эрстеда эстафету открытия. Он долго ждал этого часа, успел состариться, превратиться из юноши в солидного профессора. И вот час пробил - 4 сентября 1820 г. Ампер понял, что должен действовать. Через две недели он сообщил о рождении электродинамики.

Железо обзаводится "помощником"

До XVIII века cлова "магнит" и "железо" были синонимами. Затем на авансцену уверенно вышел электрический ток, он стал хозяином положения. А железо? Уже "мягкое", а не "жесткое", оно превратилось в своеобразный усилитель магнитного поля, повышая его в сотни раз! Мало кому заметный, но поистине радикальный переворот от железа к железу с током совершился в 20-е годы прошлого столетия в лабораториях ученых.

После опубликования памфлета Эрстеда многие заинтересовались проблемами электромагнетизма: в том же 1820 г. Араго продемонстрировал проволоку с током, облепленную железными опилками, а Ампер доказал, что спираль с током - соленоид - обладает всеми свойствами природного магнита, притягивая мелкие железные предметы. Что касается первого электромагнита, т.е. катушки, обтекаемой током и содержащей внутри железный сердечник, то его изобретения пришлось ждать еще пять лет. Это устройство создал Вильям Стерджен.

Первый в мире электромагнит, продемонстрированный Стердженом 23 мая 1825 г. Обществу искусств, представлял собой согнутый в подкову лакированный железный стержень длиной 30 и диаметром 1.3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электроэнергией он снабжался от гальванической батареи (вольтова столба). Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стерджена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г. В 1828 г. лондонский часовой мастер Воткинс изготовил электромагнит, который поднимал 30 кг. Тогда же профессор Молл из Утрехта, взяв за основу конструкцию Воткинса, изготовил магнит, "поднимавший наковальню массой 60 кг".

В 1832 г. Стерджен изготовил магнит, поднимавший 160 кг, но уже в том же году Марш создал магнит, способный поднять более 200 кг. Однако Стерджен не собирался терять первенства. По его заказу в 1840 г. был выполнен электромагнит, способный поднять уже 550 кг! К тому времени у Стерджена нашелся очень сильный соперник за океаном. В апреле 1831 г. профессор Йельского университета Джозеф Генри (его именем названа единица индуктивности) построил электромагнит массой около 300 кг, поднимавший около 1 т. Все эти магниты по конструкции представляли собой подковообразные стержни, обмотанные проволокой.

Джоуль в ноябре 1840 г. создал магнит собственной конструкции, в виде толстой стальной трубы, разрезанной вдоль оси. Сечение этого магнита было очень большим, магнит оказался компактным и поднимал 1,3 т. В то же время Джоуль построил магнит совершенно новой конструкции - притягиваемый груз испытывал действие не двух полюсов, как обычно, а значительно большего количества, что позволило резко увеличить поднимаемый груз. Магнит массой 5,5 кг удерживал груз массой 1,2 т.

В то время немецкий учитель Георг Симон Ом выдумывает свой гениальный "закон Ома". Первый вклад в теорию расчета электромагнитов внесли русские ученые Э.X. Ленц и Б.С. Якоби, указавшие на связь подъемной силы электромагнита и произведение силы тока в катушках на число витков обмотки.

После Ленца и Якоби крупный вклад в теорию расчета магнитов внесли англичане братья Гопкинсоны, которые предложили метод учета насыщения - явления, давно замеченного проектировщиками магнитов и заключающегося в том, что в магните заданной формы после некоторого предела увеличением тока в катушках нельзя повысить его подъемную силу. Современная теория связывает это явление с тем, что при достижении некоторого намагничивающего тока элементарные магнитики (диполи) железа (ферромагнетика), ранее расположенные беспорядочно, в основном ориентированы в одном направлении и при дальнейшем усилении намагничивающего тока существенного увеличения числа магнитиков, ориентированных в одном направлении, не происходит. Насыщение стали привело к тому, что индукция магнитного поля первых магнитов не превышала 2 Тл.

Дальнейшее повествование я позволю себе опустить, по причине практической ненадобности сего материала "практикам" альтернативной физики. Всё, что происходило и происходит после 20-х годов нашего столетия, - бесконечная гонка, абсолютно не нужно естествоиспытателям. Позволю себе назвать лишь несколько фамилий, внёсших беспорный вклад в развитие электромагнетизма. Это такие учёные, как Капица, Резерфорд, Костенко, Ландау, Курчатов и многие другие.

Сверхпроводимость

Отдельно стоит упомянуть о Гейке Камерлинг-Оннесе (1853...1926), открывшем эффект сверхпроводимости. Весной 1911 г. Камерлинг-Оннес (он учился у знаменитых Кирхгофа (правила Кирхгофа) и Бунзена (горелка Бунзена)) заморозил ртуть в сосуде Дьюара, содержащем жидкий гелий. Затем он пропустил через ртуть ток и наблюдал за стрелками измерительных приборов, показывающих сопротивление, которое, как и следовало ожидать, постепенно снижалось по мере падения температуры. Такое соотношение между сопротивлением и температурой сохранялось до тех пор, пока температура не снизилась до 4,12 К. Внезапно электрическое сопротивление ртути исчезло; не осталось даже сопротивления, обусловленного столкновениями электронов с дефектами и примесями решетки.

Камерлинг-Оннес повторил эксперимент. Он взял очень загрязненную ртуть, у которой остаточное сопротивление, вызываемое примесями, должно быть очень явно выражено. Однако вблизи той же температуры (4,12 К) сопротивление ртути почти также внезапно исчезло. Как увеличить сопротивление столбика ртути, довести его до того значения, которое было бы зарегистрировано приборами? Очевидно, нужно увеличить длину столбика и уменьшить его сечение. Камерлинг-Оннес изготовил столбик ртути толщиной менее человеческого волоса и длиной 20 см. Измерив теперь сопротивление, он поразился: стрелки приборов не сдвинулись с места. Нуль. Открыта сверхпроводимость!

Наиболее известное и, видимо, ценное свойство сверхпроводников - отсутствие электрического сопротивления постоянному току. Результаты прямых измерений говорят о том, что оно меньше сопротивления металлов при нормальной температуре по крайней мере в 1023 раз.

Как показал американский ученый Купер, электроны в сверхпроводящем состоянии образуют пары. Образование этих пар становится возможным, когда взаимодействие электронов проводимости, имеющих антипараллельные спины (грубо говоря, вращающиеся в разные стороны), с решеткой приводит к возникновению между ними сил притяжения, преодолевающих силы электрического отталкивания. На основании предположения Купера были разработаны теория сверхпроводимости БКШ, названная по фамилиям авторов Дж. Бардина, Купера, Шриффера, и теория Н.Н. Боголюбова. На разрыв куперовских пар требуется затратить некоторую энергию. В результате этого энергия сверхпроводящих электронов на некоторое значение меньше энергии нормальных электронов. Эту разницу называют энергетической щелью. Это так называемый фотонный механизм образования куперовских пар. Расчеты показывают, что такой механизм может обеспечить сверхпроводимость при температурах, ни в коем случае не превышающих 50 К.

После, гораздо позже, были найдены и другие материалы проводников, "включающие" свою сверхпроводимость при температуре 20 Кельвинов. Рекорд перехода в сверхпроводящее состояние у сплава ниобия с германием (24 К) продержался почти 10 лет. В апреле 1986 г. ученые Цюрихского филиала фирмы IBM в Швейцарии Дж. Беднорц и А. Мюллер, исследуя керамику при низких температурах, обнаружили в ней сверхпроводимость при 30 К! Настоящий бум начался в начале 1987 г. Из лабораторий США, КНР, СССР с лихорадочной скоростью стали поступать новые и новые сверхсенсационные сообщения. Температура сверхпроводящего перехода росла буквально на глазах! 35... 40... 92 К. Это уже выше температуры кипения жидкого азота.

11 марта 1987 г. советскими физиками на одном из образцов керамики удалось получить температуру сверхпроводящего перехода 102 К. Перейден рубеж, еще полгода назад казавшийся немыслимым! Впервые обнаружен нефотонный механизм образования куперовских пар, предсказанный четверть века назад. Ученые штурмуют "комнатные температуры" - около 0°С.

Не беря во внимание керамику, оказалось, что сплавы гораздо лучше подходят для явления сверхпроводимости, чем чистые металлы. В 1961 г. американский физик Дж. Кунцлер, исследует сплав ниобия с оловом; уже через несколько лет открытие Кунцлером сверхпроводимости у Nb 3 Sn. Хорошие свойства наблюдаются у таких сплавов, например, как Nb 3 Ge, V 3 Ga и др.

Отмечу, что основной проблемой в данной области, является "отключение" сверхпроводящих свойств проводника при воздействии на него сверхбольших магнитных полей. Известный физик Кеезом, бывший в то время директором Лейденской лаборатории, объявил, что максимальные токи, которые при наличии магнитного поля выключают сверхпроводимость в сплаве свинца с висмутом, ничтожно малы. Приговор был вынесен.

В истории сверхпроводящих магнитов произошло, быть может, самое драматическое событие. Впоследствии оказалось, что Кеезом сделал то, чего не имел права делать: он экстраполировал данные, полученные им в слабых полях, на область сильных полей. К несчастью, Кеезом был слишком авторитетен. Едва узнав о его результатах, физики оставили надежду построить сверхпроводящий магнит и занялись другими проблемами. Между тем в настоящее время известно, что критический ток для сплава свинец-висмут в полях до 2 Тл достаточно высок для того, чтобы создать довольно мощные сверхпроводящие магниты. Авторитет Кеезома стоил физике очень дорого: постройка сверхпроводящих магнитов была отложена почти на 30 лет. Лишь после того, как в 1961 г. Кунцлер и его сотрудники объявили, что кусочек проволоки из сплава ниобия с оловом (Nb3Sn) оставался сверхпроводящим в поле 8,8 Тл, даже в том случае, когда одновременно по этой проволоке пропускали ток плотностью 1000 А/мм 2 , началась новая эра в истории сверхпроводимости.

Среди современных материалов есть, например, такие сплавы, как ниобий-цирконий-титан и ниобий-титан. Они хорошо поддаются обработке и из них сравнительно легко получить проволоку. Однако наиболее перспективные сверхпроводящие материалы (сплавы ниобий-олово и ванадий-галлий) чрезвычайно хрупки (например, сплав ванадий-галлий легко растирается в порошок пальцами). Поэтому такие соединения приходится упаковывать в гибкие трубки или наносить на гибкую подложку.

Я не претендую на полное авторство всего вышесказанного. Данная статья написана по материалам книги Владимира КАРЦЕВА "Магнит за три тысячелетия", который, в свою очередь перерыл не один десяток других интересных книжек. Я, со свойственной мне практичностью, капитально отлил воды, и оставил только самое нужное и интересное, попутно разбавляя своими комментариями, и временами, изменяя точку зрения рассказчика, на мою собственную. Надеюсь, Вы узнали многое из того, что бы Вам хотелось узнать;) .

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

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

Сколько энергии спрятано в постоянном магните и откуда она там?

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

КРАТКИЙ ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ГЕНЕРАТОРОВ

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

Классификация и краткий анализ некоторых известных МД

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

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

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

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

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

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

Описание конструкции и электрической схемы модернизированного ЭМДГ

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

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

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

Отметим основные конструктивные особенности такого МД по сравнению с аналогами:

1. Применен многовитковый экономичный низкоамперный дуговой электромагнит.

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

Обратимый электромагнитный двигатель с внешним ПМ на роторе

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

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

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

Обозначения:

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

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

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

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

Запуск и разгон магнитного ротора ЭМДГ до установившейся скорости

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

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

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

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

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

Полностью автономный режим («вечный двигатель») ЭМДГ

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

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

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

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

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

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

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

5. согласование электрических параметров электрогенератора и обмотки электромагнита.

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

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

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

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

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

К объяснению алгоритма работы электромагнита ЭМД:

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

По основной кривой намагничивания для низкоуглеродистой стали, находим среднее значение магнитной напряженности H c в стали магнитопровода. H c = 600. При правильном конструировании электромагнита можно достигнуть максимума его силы магнитного силового взаимодействия его магнитных полюсов с сильными постоянными магнитами ротора ЭМДГ при минимуме электропотребления обмоткой данного электромагнита, что и обеспечивает избыточную мощность на валу нашего электромагнитного ЭМДГ.

О выборе постоянных магнитов для ротора «вечного» ЭМДГ . Наиболее важными элементами данного устройства «вечного двигателя». безусловно являются постоянные магниты, которые по сути и являются источником энергии для всей этой системы. Поэтому от их правильного выбора зависит работоспособность этой системы и ее энергетические показатели. Постоянные магниты характеризуются тремя основными параметрами: остаточной магнитной индукцией Вr, коэрцитивной силой Нc и энергетическим произведением BH.

Вr определяет величину магнитного потока. Если в генератор поставить магниты с большей магнитной индукцией, то пропорционально (грубо говоря) увеличится напряжение на обмотках, а значит и мощность генератора.

Нc определяет магнитное напряжение. Если в генератор поставить магниты с большей коэрцитивной силой, то магнитное поле сможет преодолевать большие воздушные зазоры. И сможет «поддержать ток» в большем числе виков статора. При переделке промышленного генератора на постоянные магниты мотать добавочные витки обычно некуда, поэтому повышенная коэрцитивная сила полезна при изготовлении самодельных генераторов со статором не имеющим железа. Чтобы «пробить» значительные воздушные промежутки без большой Нc не обойтись. Редкоземельные магниты лидеры по этому показателю. BH вычисляется в расчете на 1 м3 магнитов, Это произведение получается меньше чем просто произведение Вr на Нc. По величине BH можно судить о том, насколько будут малы габариты магнитной системы.

Теперь о том, какие бывают магниты. Для изготовления самодельных магнитных моторов-генераторов целесообразно применять только два вида магнитов: ферритовые, которые используются в динамиках и самые мощные в настоящее время РЗМ (редкоземельный металл) магниты из неодима. Ориентировочные характеристики их такие (учтите, что разброс параметров очень большой, даны некие средние цифры):

Феррит-бариевые магниты:
4500 кг/м3; Вr = 0,2 – 0,4 Тл; Нc = 130 – 200 кА/м; BH = 10 – 30 кДж/м3; цена 100 – 400 руб/кг; максимальная температура 250 градусов.

Феррит-стронциевые магниты:
4900 кг/м3; Вr = 0,35 – 0,4 Тл; Нc = 230 – 250 кА/м; BH = 20 – 30 кДж/м3; цена 100 – 400 руб/кг; максимальная температура 250 градусов.

РЗМ магниты Nd-Fe-B:
7500 кг/м3; Вr = 0,8 – 1,4 Тл; Нc = 600 – 1200 кА/м; BH = 200 – 400 кДж/м3; цена 2000 – 3000 руб/кг; максимальная температура 80 – 200 градусов.

Если посчитать стоимость одного кубометра магнита и затем разделить на BH, на количество запасенных там джоулей, то окажется, что бариевые магниты раза в два дешевле неодимовых по стоимости энергии, имеющейся в магнитах. Но этот выигрыш «съедается» большими габаритами генератора и более тяжелой обмоткой, железом. Поэтому применять в самодельном электромагнитном мотор-генераторе дорогие неодимовые магниты довольно выгодно. А по мере того, как они дешевеют, то неодимовые магниты становятся вне конкуренции.

Выбор типа электрогенератора для использования его в “вечном” ЭМДГ

Возникает вопрос – какой же электрогенератор выбрать для применения в этом необычном электромагнитном мотор-генераторе? Например, на этапе его реального макетирования? Вполне логично взять для этих целей, по-видимому, стандартный автомобильный электрогенератор с готовым п/п выпрямителем,системой управления и узлом согласования его параметров с параметрами бортовой автомобильной аккумуляторной батареи (АБ)и скоростью вращения ПМ ротора ЭМД.

ВЕЧНЫЙ ШТОРОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР С ЭЛЕКТРОМАГНИТОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Описанная в настоящей статье конструкция вечного электромагнитного мотор-генератора с электромагнитом переменного тока может быть выполнена и на электромагните постоянного тока без электронного коммутатора и без его электромагнитной переполюсовки магнитных полюсов торцов электромагнита в рабочем зазоре за счет реверса направления тока в катушке электромагнита.

Это существенно упрощает электрику и электронику данного ЭМДГ, но взамен требует введения в его конструкцию вращающегося магнитного экрана с механическим коммутатором магнитного поля на валу магнитного ротора, который и обеспечивает синхронную экранировку магнитных полей статора и ротора в нужные моменты времени, по мере вращения магнитного ротора для обеспечения однонаправленного электромагнитного момента вращения ПМ ротора. Анимация его работы показана ниже.

Описание конструкции шторочного «вечного» ЭМДГ Дудышева

Этот вечный электромагнитный МДГ состоит из статорного неподвижного кольцевого электромагнита 1 с обмоткой 6 на магнтопроводе 1 с рабочим зазором, магнитного ротора на постоянном магните 9 и диска со шторками –магнитными экранами 2., с внешним расположением шторочного обода относительно ПМ ротора и независимым вращение концентрично с ним. Кроме того, на общем выходном валу этого электромагнитного двигателя размещен маховик 5 и обратимый электромотор -стартер-генератор 7, а на статорном электромагните 1 размещена индуктивная обмотка 6, электрически присоединенная через выпрямитель к индуктивными обмотками эл стартер–генератора.

Описание работы шторочного «вечного» ЭМДГ Дудышева

Этот вечный мотор запускается в работу от электрической машины 7, связанной общим валом 10 валом с ПМ ротором 9 и диском 2 со шторками – магнитными экранами после этого данная Эл машина переходит в генераторный режим.

Алгоритм работы такого МД должен обеспечивать взаимосвязанное перемещении шторок на диске 2 и магнита ротора 9 так, чтобы при повороте магнитного ротора 9 и шторочного диска 2 с магнитными экранами обеспечивать циклическую магнитную экранировку одноименных магнитных полюсов 3,4 статорного электромагнита 1 (или дугового магнита) от одноименных магнитных полюсов магнитного ротора 9 в моменты их прохождения ПМ ротора.

Т.е. необходимо обеспечивать техническими средствами такое взаимное перемещение магнитного ротора 9 и диска с шторками 2 , что эти магнитные экраны –шторки оказывались точно между их одноименными магнитными полюсами этого неподвижного электромагнита статора 1 и магнита ротора 9 в тот момент когда совпадают одноименные магнитные полюса статорного и роторного ПМ –магнитов.

При самовращении магнита ротора 9 в таком шторочном МД в индуктивной обмотке электромагнита и обмотке электрогенератора 7 будет наводиться электродвижущая сила -эдс Фарадея, которая будет использоваться для получения электроэнергии внешним электропотребителям (не показаны).

Отметим возможность двух режимов работы электрической машины 7 после выхода шторочного МД в установившийся режим работы:

1. При принудительном вращения ротора эл мотора 7 он может работать эл. генератором
2. В случае электрического присоединения к нему – мотору 7 – обмоток индуктивной обмотки 6 – он работает в режиме электромотор–генератора, передающего момент вращения на общий вал 10 шторочного МД.

Вечный электромагнитный мотор–генератор на обычном индуктивном электросчетчике

Наиболее просто реализовать простой действующий макет такого »вечного» электромагнитного двигателя на обычном индуктивном электросчетчике. В конструкции такого индуктивного электросчетчика уже есть готовый электромагнит с многовитковой индуктивной обмоткой и есть немагнитный ротор, т.е. уже есть практически все, что нужно для полноценной конструкции нашего вечного МД кроме коммутатора и постоянных магнитов на этом роторе. .Конструкция этого индуктивного электросчетчика показана на рис.6 Благодаря малому зазору между верхними и нижними частями магнитопровода стандартного трансформатора напряжения этого электросчетчика достигается значительная напряженность магнитного поля в этом зазоре, что способствует повышению момента вращения постоянных магнитов ротора, в отличии от конструкции МД с полярным вращением этих ПМ ротора. Естественно, этот рабочий зазор в магнитопроводе должен быть достаточным по высоте для прохода ротора с размещенными на нем ПМ, при его вращении. В качестве постоянных магнитов ротора рекомендуем использовать 3-6 дисковых сильных магнитов на основе ниобиевых сплавов, высотой не более 10 мм с жестким закреплением их на роторе в специальных немагнитных обоймах. Электронный коммутатор в виде автономного мостового инвертора присоединен в выходам обмотки электромагнита, а электропитание коммутатор в режиме запуска ЭМД получает от малогабаритной аккумуляторной батареи (на рис. не показана).

Сравнение энергетической эффективности электромагнитного мотор- генератора Дудышева с аналогами – ЭМДГ Адамса и Шкондина

В указанных аналогах ЭМДГ Адамса и Шкондина для вращения постоянных магнитов ротора производится их импульсное электромагнитное отталкивание в момент прохождении ими над полюсами электромагнитов. .А в остальное время при обороте ПМ ротора эти катушки работают в генераторном режиме, производят электроэнергию, которая возвращается в бортовой аккумулятор. В результате, на значительной части траектории при вращении ПМ ротора испытывает торможение, причем из-за этого несовершенного алгоритма управления электромагнитами статора ПМ ротора не получает достаточный вращающий момент, т.е. недоиспользуется его скрытая магнитная энергия. Поэтому на серийных китайских электровелосипедах, и на иных электровелосипедах с электромагнитным мотор-колесом Шкондина максимальная скорость движения ограничена скоростью всего порядка 25км/час. Это возникает потому что они одновременно с работой в двигательном режиме начинают одновременно работать и в генераторном режиме т.е. ПМ ротора конкретно начинают тормозиться. В нашем электромагнитном моторе – генераторе с электромагнитом такого тормозного режима нет, поскольку за счет правильного алгоритма управления обмоткой электромагнита, ПМ магнитного ротора испытывают непрерывно ускоряющий момент вращения как от магнитных сил отталкивания так и от притяжения –ПМ ротора и магнитных полюсов статорного электромагнита,поскольку частота переключения(реверса) тока в обмотке электромагнита в два раза превышает частоту вращения ПМ ротора. Поэтому ПМ ротора в предлагаемом варианте ЭМДГ работает на полную силу и магнитные силы непрерывно подкручивают ПМ ротора в отличии от мотор колес Шкондина и в отличии от магнитного мотор генератора Адамса Нагрузка вала ЭМД осуществляется именно стандартным электрогенератором вращения Однако если заменить этот стандартный электрогенератор на оригинальный электрогенератор с ПМ на роторе и с бифилярными индуктивными статорными обмотками, то можно существенно устранить влияние противоэдс и в разы снизить механическую нагрузку на вал ЭМД.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложены и разработаны по конструкции и электрической части оригинальные электромагнитные мотор -генераторы, некоторые из которых уже ранее испытаны.

2. Энергетические показатели предлагаемого электромагнитного мотор- генератора с электромагнитом переменного тока существенно выше чем у сравниваемых аналогов из-за намного более полного использования скрытой внутренней магнитной энергии постоянных магнитов ротора.. Поэтому удельная мощность на валу магнитного ротора такого предлагаемого ЭМДГ будет намного (в разы)выше чем в известных совмещенных ЭМДГ Адамса и Шкондина.

3. Именно предлагаемый ЭМДГ способен работать в режиме «вечного двигателя», поскольку электромагнитный мотор с ПМ на роторе вырабатывает избыточную механическую мощность на валу, а требуемую электрическую энергию для.работы его электромагнита с избытком вырабатывает электрический генератор, размещенный на его валу.

Литература:

1. Дудышев В.Д. Революционные открытия, изобретения и технологии для решения глобальной эколого-энергетической проблемы цивилизации –«Новая Энергетика»,1/2005 г. http://www.dudishev2.narod.ru/technology.html

2.Дудышев В.Д. Явление прямого преобразования энергии магнитных полей постоянных магнитов в иные виды энергий – «Новая энергетика»3/2004 г.

3..Дудышев В.Д. Методы преобразования магнитной энергии постоянных магнитов и принципы работы преобразователей энергии магнитного поля – «Новая Энергетика»4/2004 г, http://www.dudishev2.narod.ru/menergy.html

От Фарадея с его дисковым генератором и до настоящего времени, людей интересует проблема получения электрической энергии без затрат топливных ресурсов, то есть без превращения вещества в энергию, в том числе и в атомных электростанциях.

Источником энергии может быть любая сила от движущегося, твердого, жидкого или газообразного вещества.

В качестве природных источников такой силы уже используются: вода в гидроэлектростанциях и ветер в ветрогенераторах. Такой же природной силой является и сила магнитного поля постоянных магнитов. Однако эффективность получения электрической энергии из такого поля в индукторных генераторах изучена недостаточно и бытующее утверждение о возможности получения в таких генераторах коэффициента полезного действия более 100% требует экспериментального подтверждения. Целью настоящих исследований и было проведение экспериментов по оценке энергетической эффективности работы таких генераторов и опровержение возможности получения в них КПД более 100%.

Рассмотрим индукторный генератор теоретически, как преобразователь механической энергии на его валу в электрическую энергию нагрузки. Как известно, механическая входная мощность на валу генератора определяется выражением:

где F — вращающая сила
r — радиус действия этой силы
ω — угловая скорость вращения

Электрическая же выходная мощность генератора определяется выражением:

(2) P = (B l r ω)(B l r ω) / R

где B — магнитная индукция в генераторе
l — общая длина проводников обмотки генератора
ω — угловая скорость вращения ротора генератора
r — радиус ротора генератора
R — активное сопротивление нагрузки генератора

Чтобы оценить энергетическую преобразовательную эффективность гомополярного генератора, нам необходимо знать соотношение электрической и механической мощностей. Для этого надо выражение (2) разделить на выражение (1). После такого деления и сокращений одинаковых значений «ω, и «r, получаем некий коэффициент преобразования — К, назовем его коэффициентом преобразования энергий/коэффициентом получения энергии, сокращено КПЭ.

Поскольку нас интересуют только изменяемые (переменные) величины КПЭ, то можно не учитывать постоянные значения величин — B, l, r и R. Тогда мы получим интересующее нас расчетное значение коэффициента — К:

Эта формула подтверждает, что существует прямопропорциональная зависимость КПЭ от скорости вращения ротора генератора и обратнопропорциональная от усилия вращающей силы. Однако рассчитать теоретически коэффициент «К» по этой формуле не представляется возможным, поскольку даже для постоянной угловой скорости вращения этот коэффициент будет зависеть от конструкции генератора, величины воздушного зазора в магнитной цепи и напряженности магнитного поля создаваемого постоянными магнитами. Поэтому и возникла необходимость экспериментального определения коэффициента «К» на опытном образце гетерополярного генератора. Можно сделать некоторый общий вывод о значении этого коэффициента на основании анализа соотношений один и два. Во-первых, следует сказать, что для создания магнитной индукции поля в постоянном магните не требуется затрат электрической энергии, как в электромагните — магнит сам является источником энергии. Во-вторых, механическая мощность на валу генератора линейно возрастает с ростом угловой скорости вращения ротора, о чем говорит первое соотношение, а электрическая на выходе имеет квадратичную возрастающую зависимость от угловой скорости вращения, ибо она прямо пропорциональна квадрату генерируемого напряжения, а оно линейно зависит от угловой скорости ротора при любом вращающем усилии. То есть электрическая мощность всегда возрастает гораздо быстрее механической, и это говорит о том, что она всегда больше механической, и тем больше, чем больше угловая скорость. Другими словами, если принять механическую мощность на валу за единицу, то коэффициент повышения энергии всегда будет больше единицы, и никогда не не станет равным ей, ибо это означало прекращение вращения ротора генератора. Но по какому закону будет расти КПЭ с увеличением угловой скорости вращения ротора теоретически рассчитать не представляется возможным, поскольку вращающее механическое усилие на валу генератора зависит от электрической нагрузки, изменяющейся в свою очередь также. Но при постоянной электрической нагрузке это возможно сделать экспериментально: можно утверждать, что этот закон будет нелинейно возрастающим с КПЭ всегда большим единицы.
Для проведения таких экспериментальных исследований был разработан специальный испытательный стенд и создан дисковый двенадцатиполюсный гетерополярный генератор переменного тока. Фотография этого стенда изображена на фото №1, а магнитный диск генераторa на фото №2. На фото №1 можно увидеть диск с плоскими катушками генератора, установленный на динамометрическом диске, цифровой динамометр для измерения усилий на радиусе динамометрического диска и цифровые электроизмерительные приборы. На фото № 2 показаны двенадцать магнитов, радиально расположенных по периметру дискового магнитопровода. Диаметр магнитного диска 6 дюймов (магниты имеют дюймовые размеры), а толщина диска с магнитами чуть больше дюйма. Неодимовые магниты №42 — 13200 Гаус имеют размеры 2 дюйма на 0,5 дюйма, и размещены в два слоя, воздушный зазор в генераторе 0,3 мм. Приводной двигатель постоянного тока серии S001 на 2,5 лс., напряжением 130 Вольт и током до 10 Ампер. На стенде размещены: портативный цифровой динамометр с точностью до 0,01 кгс, цифровые вольтметры и амперметры типа DT9205A, установленные на пределах 200 Вольт и 20 Ампер. Обороты магнитного диска измерялись цифровым лазерным тахометром типа GM1A. Динамометрический диск диаметром 160 мм установлен на шариковых подшипниках, но все же создавал до начала своего движения усилие в 0,5 кгс.
По данным силы, измеренной на радиусе динамометрического диска и числу оборотов магнитного диска, рассчитывалась механическая мощность на валу генератора в Ваттах. Электрическая мощность измерялась на постоянном токе при постоянной нагрузке в 5,6 Ом после выпрямления и фильтрации переменного напряжения генератора. В процессе испытаний обороты магнитного диска изменялись в пределах от 150 до 2000 (в пределах механической прочности крепления магнитов на диске). Все данные полученных замеров сводились в таблицу, по которой и строились графические зависимости входной механической и выходной электрической мощностей генератора от его оборотов. На рис.1 представлены зависимости этих мощностей под названиями Рвх и Рвых от оборотов генератора. Эти зависимости имеют нелинейный характер с преобладанием выходной электрической мощности над входной механической во всем диапазоне скоростей от 150 до 2000 оборотов в минуту. Это преобладание сохраняется и далее, по мере увеличения числа оборотов. Характерно для данного гетерополярного генератора то, что примерно до 1000 оборотов в минуту, такое преобладание относительно невелико, однако затем кривые мощностей сильно расходятся, крутизна кривой электрической выходной мощности резко возрастает и отношение выходной мощности к входной увеличивается. Неоспорим тот факт, что это отношение не может быть не только меньше единицы, но даже равным ей, поскольку это означало бы остановку генератора. Но это же отношение может быть и гораздо больше единицы, по мере увеличения числа оборотов генератора. Так при 2000 оборотах в минуту КПЭ равен шести, и кривые мощностей продолжают все более расходиться с все большим преобладанием выходной электрической мощности над входной механической и стремлением её к бесконечности. Это указывает на то, что реально КПЭ может доходить до десяти и более, в пределах механической прочности крепления магнитов на диске генератора, если ротором является магнитный диск. Кривые же механического усилия Fвх и КПЭ, наоборот, имеют сходящийся характер. Для получения более высоких КПЭ требуется все меньшее механическое усилие Fвх, создающее вращающий момент в генераторе. Что касается коэффициента полезного действия генератора (КПД), то он может быть рассчитан по выходной мощности генератора и потерям энергии от тока в его обмотках с известным сопротивлением в 1,4 Ома. Для сравнения с кривой КПЭ на рис.1 приведена и кривая КПД генератора. В отличие от КПЭ, кривая КПД имеет линейную зависимость, и как для обычных маломощных электрических машин, КПД изменяется от 68% при 340 оборотах в минуту до 77% при 2000 оборотах в минуту(потери в стали не учитывались, поскольку обмотки генератора не имеют сердечников, а магнитное поле постоянных магнитов было неизменным). При мощности генератора в 250 Ватт наблюдался допустимый нагрев его обмоток, а магниты вообще не нагревались.
Для изучения изменений токов с перспективой возможности самовращения генератора избыточной выходной мощностью, заменим механическую мощность на валу генератора гипотетическим электрическим двигателем той же мощности с КПД равным 100%. На рис.2 представлены расчетные графики изменений мощности такого двигателя «Рдв» и мощности генератора «Рген». Характерно, что эти графики нелинейны и имеют слабо сходящийся характер, практически идут параллельно, но в начальной области малых оборотов генератора наблюдается значительная нелинейность в кривой мощности двигателя. В токах «Iген» и токах «Iдв» также наблюдается значительная нелинейность в области малых оборотов, но затем эта нелинейность уменьшается, и в токах «Iген» и «Iдв» наблюдается расхождение, аналогичное кривым мощностей на рис.1. Характерно, что если мощность генератора всегда больше мощности двигателя, то токи «Iдв» и «Iген» ведут себя по-разному. Примерно до 500 оборотов в минуту и выходном напряжении генератора около 9 Вольт, ток двигателя преобладает над током генератора, а затем происходит перелом в их соотношениях — токи генератора становятся больше токов двигателя. Это говорит о том, что генератор достаточно раскручен и может уже обеспечить током как собственный двигатель, так и создавать, при дальнейшем увеличении оборотов, полезную мощность в нагрузке. Такое поведение токов двигателя и генератора объясняется тем, что мощность на валу двигателя зависит от тока в его обмотках, а мощность генератора от вырабатываемого им напряжения. Конечно, цифра в 500 оборотов в минуту весьма условна и будет зависеть от конструкции генератора и применяемых магнитов, то есть от его способности развивать при данных оборотах мощность, обеспечивающую ток самовращения генератора. Однако непосредственный пуск такого двигателя от генератора без его предварительной раскрутки (для данного образца до 500 оборотов в минуту) оказался невозможен.
При оценке энергетической эффективности гомополярных генераторов не следует путать их КПД с КПЭ — это разные энергетические характеристики. Иными словами, если КПД характеризует потери энергии, то КПЭ её получение(извлечение). Если КПД не может быть больше единицы, то КПЭ наоборот, всегда больше единицы и не может быть равен ей. Графики на рисунках 1 и 2 показывают, что в зависимости от числа оборотов, опытный образец данного генератора (при его самовращении) может выдавать в нагрузку полезную мощность в пять раз большую, чем он потребляет сам, даже при 2000 оборотах в минуту, и рост этого соотношения возможен при еще больших оборотах. В энергетической характеристике гомополярного генератора следует указывать эти оба энергетических параметра.
Не следует считать такую электроэнергию бесплатной, редкоземельные постоянные магниты стоят дорого и производство таких генераторов не будет дешевым. Кроме того, индукторные генераторы не следует относить и к «вечным двигателям» , ибо постоянные магниты теряют свою силу примерно 1% в год. Такие генераторы могут найти применение в неэлектрофицированных районах Земли и в космосе, во всех тех случаях, где требуется автономный, мобильный источник электроэнергии, например в различных экспедициях, палатке бедуина, юрте эскимоса или яранге чукчи. Не следует также путать понимание полезной мощности в термине КПД с полезной мощностью генератора на постоянных магнитах в режиме самовращения и КПЭ большем единицы. Оба коэффициента характеризуют разность между электрической и механической мощностями, но в самовращающемся генераторе часть выходной электрической мощности тратится на его вращение и преобразование электрической энергии в механическую, поэтому его полезная мощность будет равна разности между электрической выходной мощностью и электрической мощностью затраченной на его вращение. Проведение полномасштабных исследований данных устройств предполагают наличие хороших и оснащенных помещений, а найти такие, всегда большая проблема. Но вот например V IP аре нда офисов в Санкт-Петербурге, Вас ждет на