Silniki elektromagnetyczne: opis i zasada działania

Konstrukcje silników elektromagnetycznych zdobywają jedynie sławę, nie są powszechnie stosowane. Do dziś temat nieustających ruchów podnieca projektantów z całego świata. Koszt energii elektrycznej jest dość niski w porównaniu z benzyną lub olejem napędowym. Każda osoba chce mieć pod ręką wieczne urządzenie, które zadziała, nie wymagając opieki i dużej ilości paliwa. Silniki z zaworami elektromagnetycznymi (spalanie wewnętrzne) pracują wydajniej, ale aby osiągnąć wysoką wydajność i obniżyć koszty energii nadal nie działają.

Bazując na swoich projektach, inżynierowie wybierają magnesy trwałe. Mają ogromną energię, którą tylko trzeba umieć wykorzystać. Silniki wyprodukowane przy użyciu takich technologii są dość łatwe do wyprodukowania. Ale teraz jest mało prawdopodobne, aby każdy mógł wycisnąć maksymalną ilość energii w domu. Przyczyn tego jest wiele, a głównym jest złożoność struktur.

Energia stałego magnesu

Każdy magnes trwały ma bardzo silne pole, które ma wysoką energię. Dlatego wielu twórców silników elektromagnetycznych próbuje przekształcić pole magnetyczne w energia mechaniczna zmuszanie wirnika do ciągłego obracania się. Dla porównania:

1. Podczas spalania węgiel jest w stanie uwolnić około 33 J / g energii.
2. W przypadku oleju wskaźnik ten wynosi 44 J / g.
3. Radioaktywny uran ma 43 miliardy J / g.

Teoretycznie magnes trwały może przydzielić około 17 miliardów dżuli na gram (co stanowi około jednej trzeciej tego samego parametru dla uranu). Ale sprawność magnesu nie będzie równa 100%. Magnesy zasobów oparte na ferrytach - nie więcej niż 70 lat. Ale dzieje się tak pomimo faktu, że nie wpływają na nią duże spadki temperatury, obciążenia fizyczne i magnetyczne. Oczywiście, jednostka benzynowa V8 nie zastąpi silnika elektromagnetycznego, ale może być używana w lekkich pojazdach.

Przemysł produkuje obecnie magnesy wykonane z metali rzadkich. Są dziesięć razy silniejsze niż zwykłe ferryty. W konsekwencji efektywność ich użycia jest znacznie wyższa. Jeśli taki stały magnes traci swoją moc, wówczas można go łatwo naładować. Aby to zrobić, wystarczy oddziaływać na nią za pomocą pola magnetycznego z wielką siłą. Mogą być stosowane w silnikach z zaworami elektromagnetycznymi. Nie mają wałka rozrządu, elektronika przejmuje jego funkcje.

Patenty na maszyny elektromagnetyczne

Wielu inżynierów opatentowało już swoje konstrukcje silników. Ale nikt jeszcze nie był w stanie zrealizować działającej maszyny perpetuum mobile. Takie urządzenia nie zostały jeszcze opanowane, są rzadko wprowadzane do wyposażenia, jest mało prawdopodobne, że zostaną znalezione w sprzedaży. Zawory elektromagnetyczne są znacznie powszechniejsze (silniki Diesla są bardziej sterowane elektronicznie i mogą zapewnić większą moc). Niektórzy projektanci są pewni, że silniki elektromagnetyczne nie są produkowane seryjnie, ponieważ wszystkie prace są klasyfikowane. A większość problemów w takich silnikach nadal nie jest w pełni rozwiązana.

Przegląd znanych konstrukcji

Wśród dużej liczby projektów silników magnetycznych są:

1. Silniki magnetyczne typu Kalinin. Konstrukcja jest całkowicie nieczynna, ponieważ mechanizm kompensacji sprężyny nie jest brany pod uwagę.
2. Projekt silnika magnetyczno-mechanicznego Dudyshev. Jeśli dokonasz właściwego dostrojenia, silniki te mogą działać prawie na zawsze.
3. "Odnowienie" - silniki elektromagnetyczne, wykonane zgodnie z klasycznym schematem. Kompensator jest zainstalowany na wirniku, ale nie jest w stanie pracować bez przełączania podczas przechodzenia przez punkt martwy. Aby wirnik przeszedł przez martwy środek ładowni, możliwe jest przełączanie na dwa sposoby - za pomocą elektromagnesu i urządzenia mechanicznego. Ten projekt nie może rościć sobie tytułu "perpetum mobile". Tak, i proste silnik indukcyjny moment elektromagnetyczny będzie znacznie wyższy.
4. Silniki elektromagnetyczne zaprojektowane przez Minato. Wykonywany zgodnie z klasycznym schematem, jest to zwykły silnik elektromagnetyczny, który ma bardzo wysoką wydajność. Biorąc pod uwagę, że projekt nie może osiągnąć wydajności 100%, nie działa jako "ruch perpetumowy".
5. Johnson Motors są odpowiednikami "Odnowionych", ale mają mniej mocy.
6. Generatory motoryczne Shkonda są strukturą, która działa za pomocą magnetycznego odpychania. Kompensatory w silnikach nie są używane. Nie mogąc pracować w "perpetum mobile", wydajność nie przekracza 80%. Projekt jest bardzo złożony, ponieważ zawiera kolektor i zestaw szczotek.
7. Najbardziej zaawansowanym mechanizmem jest konstrukcja silnika-generatora Adams. Jest to bardzo znany projekt, działa na tej samej zasadzie co silnik Shkondin. To w przeciwieństwie do tego drugiego, odpychanie następuje od końca elektromagnesu. Konstrukcja urządzenia jest znacznie prostsza niż w przypadku Shkondina. Sprawność może wynosić 100%, ale w przypadku, gdy wykonasz uzwojenie przełączające elektromagnesu za pomocą krótkiego impulsu o dużej intensywności z kondensatora. W "perpetum mobile" nie może działać.
8. Typ odwracalny silnika elektromagnetycznego. Wirnik magnetyczny znajduje się na zewnątrz, stojan jest zainstalowany wewnątrz z elektromagnesów. Wydajność jest bliska 100%, ponieważ obwód magnetyczny jest otwarty. Taki elektromagnetyczny silnik elektromagnetyczny może działać w dwóch trybach - silnik i generator.

Inne projekty

Istnieje wiele innych struktur, w tym funkcjonalne, ale są one budowane zgodnie z powyższymi schematami. Generatory silników typu elektromagnetycznego zyskują ogromną popularność wśród entuzjastów, a niektóre projekty są już wprowadzane do seryjnej produkcji. Ale są to zazwyczaj najprostsze mechanizmy. Ostatnio motocyklowe konstrukcje Shkondina były często używane na rowerach elektrycznych. Ale do normalnej pracy dowolnego silnika elektromagnetycznego, musisz mieć źródło energii. Nawet elektromagnetyczny silnik elektromagnetyczny nie może działać bez dodatkowej mocy.

Takie mechanizmy nie mogą obejść się bez baterii. Konieczne jest zasilanie uzwojenia elektromagnesu w celu utworzenia pola i obrócenia wirnika do minimalnej częstotliwości. W rzeczywistości okazuje się elektromagnetycznym silnikiem prądu stałego, który jest w stanie odzyskać energię. Innymi słowy, silnik pracuje tylko podczas przyspieszania, a podczas hamowania jest przenoszony do trybu generatora. Te cechy mają wszelkie elektryczne samochody, które można znaleźć w sprzedaży. Niektóre po prostu nie mają układu hamulcowego jako takiego, funkcje klocków są wykonywane przez silniki pracujące w trybie generatora. Im większe obciążenie uzwojenia, tym silniejsza będzie siła reakcji.

Konstrukcja generatora silnika elektromagnetycznego

Urządzenie składa się z następujących węzłów:

1. Silnik magnetyczny. Na wirniku znajduje się magnes stały i jest to elektryczny stojan.
2. Generator typu elektromechanicznego umieszczony w tym samym miejscu co silnik.

Elektromagnesy stojana typu statycznego są wykonywane na obwodzie magnetycznym w postaci pierścienia i wycinanych segmentów.

Konstrukcja ma także cewkę indukcyjną i przełącznik, który pozwala odwrócić prąd. Na wirniku zamontowany jest magnes stały. Musi być silnik ze sprzęgłem elektromagnetycznym, z pomocą którego wirnik jest podłączony do wału generatora. W projekcie musi być niezależny falownik, który pełni funkcję najprostszego regulatora.

Zastosowano schemat najprostszego autonomicznego mostka inwertera, który jest połączony z wyjściem uzwojenia indukcyjnego magnesu elektrycznego. Wejście zasilania łączy się z akumulatorem. Generator elektromagnetyczny jest podłączony do uzwojenia lub prostownika z akumulatorem.

Elektroniczny przełącznik mostkowy

Najprostsza konstrukcja przełącznika elektronicznego realizowana jest na czterech wyłącznikach mocy. W każdym ramieniu obwodu mostkowego znajdują się dwa potężne tranzystory, te same przełączniki elektroniczne z jednostronną przewodnością. Naprzeciwko wirnika silnika magnetycznego znajdują się dwa czujniki, które kontrolują położenie magnesu stałego na nim. Znajdują się one jak najbliżej wirnika. Funkcje tego czujnika są wykonywane przez najprostsze urządzenie, które może działać pod wpływem pola magnetycznego - kontaktronu.

Czujniki, które odczytują położenie stałego magnesu na wirniku, są umieszczone w następujący sposób:

1. Pierwszy znajduje się na końcu solenoidu.
2. Drugi znajduje się z przesunięciem o 90 stopni.

Wyjścia czujników są podłączone do urządzenia logicznego, które wzmacnia sygnał, a następnie dostarcza go do wejść sterujących tranzystorów półprzewodnikowych. Za pomocą takich obwodów działa również zawór elektromagnetyczny do zatrzymywania silnika spalinowego.

Na uzwojeniach generatora elektrycznego zainstalowany ładunek. W obwody mocy cewka i przełącznik to elementy zaprojektowane do sterowania i ochrony. Za pomocą automatycznego przełącznika można odłączyć baterię tak, aby cała maszyna była zasilana przez generator elektryczny (tryb samodzielny).

Cechy konstrukcji silnika magnetycznego

W porównaniu z podobnymi urządzeniami powyższy projekt ma następujące cechy:

1. Stosowane są bardzo ekonomiczne elektromagnesy.
2. Na wirniku znajduje się magnes trwały, który obraca się wewnątrz elektromagnesu łukowego.

W szczelinach elektromagnesu stale zmienia się biegunowość. Wirnik jest wykonany z materiałów niemagnetycznych i pożądane jest, aby był ciężki. Pełni on funkcję bezwładnościowego koła zamachowego. Ale w konstrukcji zaworu elektromagnetycznego, aby zatrzymać silnik, musisz użyć rdzenia materiałów magnetycznych.

Obliczanie elektromagnesu

Aby dokonać przybliżonego obliczenia elektrycznego magnesu, należy określić siłę pociągową wymaganą dla silnika. Załóżmy, że chcesz obliczyć magnes elektryczny o sile ciągnącej 100 N (10 kg). Teraz można obliczyć parametry konstrukcji elektromagnesu, jeśli różnica wynosi 10-20 mm. Siła trakcji, która wytwarza elektromagnes, jest uważana za następującą:

1. Mnożenie indukcji w szczelinie powietrznej i obszarze bieguna. Indukcję mierzy się w Tesli, w obszarze - w metrach kwadratowych.
2. Uzyskaną wartość należy podzielić przez wartość przenikalności magnetycznej powietrza. Jest równa 1,266 x 10 ^ -6 GN / m.

Jeśli ustawisz indukcję na 1,1 T, możesz obliczyć pole przekroju obwodu magnetycznego:

1. Siła trakcji jest zwielokrotniona przez przenikalność magnetyczną powietrza.
2. Wynikowa wartość musi być podzielona przez kwadrat indukcji w szczelinie.

Dla stali transformatorowej, która jest używana w obwodach magnetycznych, indukcja wynosi średnio 1,1 Tl. Korzystając z krzywej magnetyzacji stali niskowęglowej, można określić średnią wartość pola magnetycznego. Jeśli prawidłowo skonstruujesz elektryczny magnes, osiągniesz maksymalną siłę przepływu. Ponadto pobór mocy uzwojenia będzie minimalny.

Parametry magnesów stałych

Aby stworzyć silnik elektromagnetyczny własnymi rękami, musisz podnieść wszystkie elementy. I najważniejsze są magnesy trwałe. Mają trzy główne cechy:

1. Resztkowy indukcja magnetyczna co pozwala określić wielkość przepływu. W przypadku, gdy na generatorze zainstalowane są magnesy zainstalowane na stałe z bardzo dużą indukcją, napięcie wyjściowe uzwojeń proporcjonalnie wzrośnie. W konsekwencji wzrasta wydajność agregatu prądotwórczego.
2. Produkt energetyczny umożliwia "przebicie" przepływu szczelin powietrznych. Im większa wartość produktu energetycznego, tym mniejsza wielkość całego systemu.
3. Siła koercyjna określa wielkość napięcia magnetycznego. Podczas używania magnesów o dużej sile koercyjnej w generatorach, pole łatwo pokona każdą szczelinę powietrzną. Jeśli w stojanie jest dużo zwojów, prąd zostanie utrzymany bez dodatkowego zużycia energii.

Rodzaje magnesów trwałych

Aby zatrzymać zawór elektromagnetyczny silnika, należy go zasilać z silnego źródła. Lub możesz użyć silnych magnesów. Dlatego pożądane jest stosowanie takich konstrukcji na mocnym sprzęcie. Aby niezależnie wytwarzać silnik-generator, zaleca się stosowanie magnesów ferrytowych lub neodymowych. Charakterystyka magnesów trwałych:

1. Ferryt-bar: indukcja w szczelinie powietrznej na poziomie 0,2-0,4 T; produkt energetyczny 10-30 kJ / cu. m; siła koercyjna 130-200 kA / m. Koszt od 100 do 400 rubli. za kilogram. Temperatura pracy wynosi nie więcej niż 250 stopni.
2. Ferryt-stront: indukcja w szczelinie powietrznej na poziomie 0,35-0,4 T; produkt energetyczny 20-30 kJ / cu. m; siła koercyjna 230-250 kA / m. Koszt od 100 do 400 rubli. za kilogram. Temperatura pracy wynosi nie więcej niż 250 stopni.
3. Magnesy neodymowe: indukcja w szczelinie powietrznej na poziomie 0,8-1,4 T; produkt energetyczny 200-400 kJ / cu. m; siła koercji 600-1200 kA / m. Koszt 2000 do 3000 rubli. za kilogram. Temperatura pracy nie przekracza 200 stopni.

Magnesy trwałe barowe są dwa razy tańsze niż magnesy neodymowe. Ale wymiary generatorów na takich magnesach są znacznie większe. Z tego powodu najlepiej stosować magnesy neodymowe w improwizowanych silnikach elektromagnetycznych. Silnik z hamulcem elektromagnetycznym, wykonany z takich materiałów, będzie w stanie odzyskać znacznie więcej energii po zatrzymaniu.

Silniki kurtynowe

Generatory wyposażone w elektromagnesy prądu przemiennego mogą być wykonane w inny sposób. Magnesy elektryczne mogą być również używane z powodzeniem. prąd stały I nie ma potrzeby instalowania przełącznika i urządzenia do ponownego polaryzacji końców w szczelinach przy użyciu bieżącej rewersji. Takie działania mogą znacznie uprościć cały zespół napędowy i sterowanie silnikiem magnetycznym.

Ale musisz zainstalować ekran magnetyczny, który zostanie przełączony mechanicznie. Konieczne jest synchroniczne osłanianie biegunów magnetycznych na stojanie i wirniku we właściwym czasie. Moc silnika elektromagnetycznego nie ucierpi z tego powodu, ponieważ praktycznie nie wystąpią straty podczas regulacji mechanicznej. Praca silnika z mechaniczną regulacją odbywa się w taki sam sposób, jak w przypadku elektroniki.

Dudyshev silnik kurtyny

Elektromagnes z nieruchomym pierścieniem jest zamontowany na stojanie, na którym znajduje się uzwojenie. Pomiędzy rdzeniem magnetycznym a wirnikiem istnieje mała szczelina. Na wirniku jest magnes stały i zasłony. Są to ekrany magnetyczne, znajdują się na zewnątrz i obracają się niezależnie od wirnika. Na wale silnika znajduje się koło zamachowe i rozrusznik-generator. Uzwojenie znajduje się na elektromagnesie stojana, który jest podłączony za pomocą prostownika do rozrusznika-generatora.

Uruchomienie tej konstrukcji odbywa się za pomocą rozrusznika, który znajduje się na tym samym wale z silnikiem. Po uruchomieniu silnika elektrycznego i przejściu do normalnej pracy, rozrusznik zaczyna działać jako generator, to znaczy generuje napięcie. Okiennice poruszają się na dysku, gdy wirnik obraca się tak synchronicznie, jak to możliwe. Zapewnia to cykliczne ekranowanie elektromagnesu o tych samych biegunach nazw.

Innymi słowy, konieczne jest zapewnienie za pomocą różnych środków technicznych takiego ruchu dysku z zasłonami i wirnikiem tak, że ekrany są umieszczone pomiędzy tymi samymi biegunami nieruchomego magnesu elektrycznego i stałą na wirniku. Możliwości działania elektrycznego silnika magnetycznego w stanie ustalonym:

1. Kiedy rotor jest zmuszony do obracania, możliwe jest generowanie elektryczności za pomocą generatora.
2. Jeśli podłączysz do niego uzwojenie indukcyjne, maszyna zostanie przeniesiona do trybu generator-silnik. W takim przypadku obrót jest przenoszony na połączony wał, działanie silnika elektromagnetycznego odbywa się w dwóch trybach.

Najprostsza konstrukcja generatora silnika

Moment silnika elektromagnetycznego może być prawie wszystkim. Jeśli zaimplementujesz prostą konstrukcję z małą mocą, można to zrobić za pomocą zwykłego licznika elektrycznego. To prawda, że ​​takie struktury nie są już wykorzystywane do kontrolowania zużycia energii elektrycznej. Ale możesz je znaleźć. Licznik energii elektrycznej jest gotowym mechanizmem silnika. Ma:

1. Magnes elektryczny z uzwojeniem indukcyjnym.
2. Wirnik z materiału niemagnetycznego.

Na wirniku i przełączniku są tylko magnesy stałe. Szczelina między dolną i górną częścią obwodu magnetycznego jest stosunkowo niewielka. Z tego powodu okazuje się, że zwiększa on moment obrotowy. Konieczne jest jednak, aby przerwa w obwodzie magnetycznym była wystarczająca, aby wirnik z magnesami stałymi przechodził przez nią.

Pożądane jest użycie od 3 do 6 mocnych magnesów, wysokość nie powinna przekraczać 10 mm. Konieczne jest zamontowanie ich na rotorze tak sztywno, jak to możliwe, za pomocą specjalnych klipsów wykonanych z materiałów niemagnetycznych. Rozdzielnica wykonana jest w formie falownika typu mostkowego i jest podłączona do uzwojenia wyjściowego elektrycznego magnesu. Po uruchomieniu silnik jest zasilany z akumulatora.