Содержание

Узнаем что учесть, делая магнитный двигатель своими руками

 

Как ни странно, но даже в таком громадном хранилище информации, как Рунет, вы не скоро найдете серьезную информацию о том, как сделать магнитный двигатель своими руками. Несомненно, вам сразу попадутся на глаза простенькие конструкции этого устройства. Но вот серьезную информацию, объяснение принципов его работы придется поискать. Если вы набрали в поисковике фразу «как сделать магнитный двигатель своими руками» и наткнулись на эту статью, вам, возможно, в какой-то степени повезло. Далее – об особенностях работы данного устройства и пример его простейшей модели.

Мощность такого двигателя напрямую зависит от магнитной массы – чем сильнее магнит, тем мощнее будет двигатель. Однако это правило относительно. Можно привести один пример – гигантский магнит объемом в кубический метр. Масса его – от 8 до 12 тонн. Он сам по себе создает громадное силовое поле, поэтому даже подходить к нему опасно и. Кстати, в реальной жизни такое явление практически невозможно. Такой магнит способен связать в узел рельсы поезда, который будет его транспортировать, скомкать вагон и накрепко прилипнуть к нему. Итак, что видно из этого примера? С одной стороны, чем больше магнитная масса, тем лучше. Однако до определенного предела. Слишком большая масса магнита – это снижение КПД двигателя и дополнительные проблемы.

При составлении схемы устройства стоит учитывать несколько моментов. Во-первых, элемент, который используется в качестве движимой части, не может проскользнуть через магнитное поле. Движущая сила возникает из-за неравномерности поля – нет движущих сил в постоянном поле. Устройства, работающие под воздействием вышеуказанного явления, малоэффективны. Это нужно учитывать, если вы желаете изготовить магнитный двигатель на постоянных магнитах своими руками. Мощность такого устройства зависит от ряда причин. В первую очередь – от замыкания магнитного поля на рабочий зазор, без магнитопровода эффективность конструкции будет весьма низкой. Из-за того, что «вольные изобретатели» двигателя часто не принимают во внимание эти правила, у них, как правило, либо ничего не получается, либо их творение работает неудовлетворительно. Самое главное при изготовлении такого устройства – это правильно определить движущий момент.

А сейчас поговорим непосредственно о том, как сделать магнитный двигатель своими руками. Вниманию читателя будет представлена самая простая его модель. Вам потребуется маленький магнит, изготовленный из редкоземельного сплава, который будет главной деталью конструкции. Чем он меньше, тем лучше. В этом магните должно быть небольшое отверстие.

Кстати, после этого эксперимента магнит полностью потеряет свои свойства, поэтому используйте тот, который вам будет не жалко потерять. Еще вам пригодится проволока – толстая стальная и тонкая медная. Также вам придется подобрать свечу нужных размеров. Из проволоки сделайте основание для качели-маятника в виде перевернутой буквы П (основание для него не должно быть деревянным). На нем подвесьте магнит. Для этого в него нужно продеть тонкую медную проволоку.

Сбоку внутри конструкции подвесьте обычный магнит послабее, чтобы маленький тянулся к нему, но чтобы при этом угол отклонения маятника был небольшим, недостаточным для того, чтоб маленький магнит коснулся большого сбоку, но достаточным для того, чтобы пламя свечи, которую вы поставите под него, его не коснулось, когда он примет вертикальное положение. При обращении с последней соблюдайте осторожность. Итак, свечу вы должны поставить таким образом, чтобы она оказалась под маленьким магнитом в тот момент, когда он станет притягиваться к большому.

Огонь размагничивает его, и он при этом теряет свои свойства, и за счет этого маятник занимает строго вертикальное положение. Когда маленький магнит охлаждается, то снова начинает тянуться к большому. Этот цикл колебаний маятника не остановится, пока не догорит свеча либо пока ее не уберут.

Чтобы сделать более «серьезный» магнитный двигатель своими руками, стоит изучить схемы, подобрать нужные для этого детали. Но и не менее важно знать то, благодаря чему работает такое устройство. Двигатель своими руками произвести не так уж и трудно, практически любой сможет это сделать.

 

Как сделать магнитный нагреватель своими руками

Вихревые токи, возникающие в проводнике при воздействии магнитного поля, можно использовать как источник тепла. Доказательством этого является несложный нагреватель. Такой прибор легко собрать в домашних условиях, достаточно просто иметь неодимовые магниты и небольшой электромотор.

Материалы:

  • Тонкая фанера;
  • неодимовые магниты – http://ali.pub/4yy1yd
  • электродвигатель;
  • медная трубка;
  • доска.

Процесс изготовления магнитного нагревателя

Из фанеры необходимо выпилить диск диаметром 15-25 см. Его нужно разметить для ровного размещения магнитов по окружности. Затем под них просвечивается посадочные места, и магниты вклеиваются в отверстия с чередованием полярности. В центре диска предусматривается отверстие, в которое вклеивается втулка для его размещения на валу электромотора.

Двигатель нужно закрепить вертикально валом вверх. Это можно сделать, установив шпильки, и прикрутив их к доске. На двигатель надевается диск с магнитами.

Затем из медной трубки выгибается кольцо. Края трубки заворачиваются в сторону. Диаметр кольца должен быть таким, чтобы при размещении над диском магниты оказывались строго под ним по всей окружности.

Кольцо из медной трубки размещается над диском с магнитами с зазором в 2 мм. Для его крепления нужно сделать стойку из доски, и закрепить ее на подошву. Теперь при запуске двигателя трубка разогреется от магнитного поля. Чем быстрее обороты, тем сильнее нагрев.

Также вместо кольца можно разместить над магнитами медную полосу. Так как она меньше и шире, то способна разогревается до температуры плавления припоя. Таким образом, тепловой мощности магнитного поля достаточно не только для демонстрации этого явления, но и для практического применения.

Данная модель вполне может найти свое применение в мастерской для различных нужд.

Смотрите видео

Как сделать магнитный уголок для сварки своими руками

1 / 1

Наличие в продаже недорогих, легких и качественных сварочных аппаратов стало причиной того, что теперь сварочные работы выполняются самостоятельно многими домашними умельцами. В отличие от заводских условий, домашние мастера не могут позволить себе множество сложной универсальной оснастки. Да и лишние руки (в смысле помощника) зачастую взять негде.

Для чего нужен магнитный угольник для сварки

Добрая проверенная струбцина не может считаться универсальной оснасткой, да и требует много времени и усилий для применения. Возникла острая необходимость в создании чего-то очень удобного, универсального и не дорогого. Еще лучше, если это можно было бы сделать своими руками. Решением проблемы стал магнитный уголок (угольник) для сварки.

Подавляющее большинство свариваемых конструкций требуют строгой выдержки углов между соединяемыми элементами. Ранее это достигалось применением простых приспособлений в виде тисков, струбцин и даже специальной оснастки. Появление большого количества держателей на основе постоянных магнитов сильно упростило этот процесс. Имея в арсенале набор такой оснастки, можно собирать конструкции любой сложности самостоятельно не прибегая к посторонней помощи.

Конечно, существует множество подобных изделий, изготовленных промышленным способом, но сварщики умеют обращаться с металлом и стараются сделать самодельные приспособления. Какой вариант предпочтительнее? Ответ на этот вопрос вы найдете в этой статье.

Виды магнитных уголков

Для полного понимания вопроса необходимо различать две принципиальные разновидности магнитных уголков, применяющихся в сварочных работах: угловые (постоянного действия) и отключаемые.

Наибольшее распространение получили угловые магнитные держатели. Основные их достоинства – это простота в применении и небольшая стоимость. Они выпускаются промышленностью для удержания металлических элементов конструкции различных размеров и под различными углами. Конечно, необходимо понимать, что уголок не может удержать балку весом 1000кг. В основном, речь идет о килограммах и десятках килограммов, чего хватает с избытком. Количество предлагаемых углов – шесть, чего тоже более чем достаточно.

Отключаемые уголки стоят в разы дороже, но и являются наиболее универсальными и удобными в работе. Сущность этого изделия состоит в том, что магнитное поле можно отключать по желанию пользователя. Физически это делается одним движением руки, переводя поворотный рычаг из одного положения в другое. Работа становится более быстрой и комфортной, не нужно прикладывать усилий для того, чтобы снять уголок с конструкции. Цены и полный ассортимент магнитных угольников можно посмотреть в каталоге сайта производителя КЕДР.

Для решения вопроса о том, какому виду отдать предпочтение, следует исходить из следующих соображений:

  • насколько часто вы занимаетесь сваркой металлических конструкций;

  • насколько критичным для вас является производительность труда;

  • готовы ли вы заплатить за комфорт или согласны потерпеть неудобства.

Как сделать магнитный уголок для сварки своими руками

Многие считают, и мы поддерживаем это мнение, что для домашнего пользования можно сделать магнитный уголок самому. Каждый умелец знает, какие детали и под каким углом ему приходиться сваривать чаще всего. Именно под эти условия можно сделать один – два уголка, которые обойдутся в незначительную сумму, ведь для их изготовления не требуется ни особых материалов, ни особого умения.

Необходимые материалы и инструменты

Список инструмента для изготовления магнитного угольника:

  • болгарка;

  • сверлильный станок;

  • дрель;

  • струбцины, тиски;

  • штангенциркуль;

  • линейка, угольник.

     Это максимальный список инструментов. При необходимости, можно обойтись намного меньшим набором. При отсутствии болгарки, из двухмиллиметрового листа можно вырубить заготовки зубилом. Все отверстия просверлить дрелью, да и точность штангенциркуля может оказаться избыточной. В общем, каждый мастер сам может подобрать инструмент из числа имеющегося.


Предлагаем набор материалов, необходимых для изготовления магнитного угольника. Нетрудно догадаться, что этот перечень весьма условен, и, в случае отсутствия конкретного материала, его можно заменить подобным.

Материалы:

  • магнит кольцевой;

  • стальной прут Ф24 мм;

  • стальной лист толщиной 2 мм;

  • стальная трубка Ф15 мм;

  • болты, гайки, шайбы M6.

Кольцевые магниты чаще всего добывают из мощных советских динамиков. Хотя, где взять эти динамики, умалчивают. Это может стать проблемой, особенно если угольник нужен не один, а два – три. В таком случае могут выручить мощные неодимовые магниты, которые можно найти на рынке.

Процесс и порядок изготовления

В соответствии с чертежом, делаем разметку деталей. Вырезаем треугольники болгаркой, три втулки отрезаем ножовкой от стальной трубки. Для точности сверления, сверлим две заготовки одновременно, предварительно стянув их струбцинами. Нам достался магнит с отверстием в центре, поэтому крепим его при помощи цилиндра соответствующего диаметра, отрезанного от кругляка. Полученные детали зачищаем, красим и начинаем собирать.

Сборка

Сборка готового изделия не представляет особых трудностей и не нуждается в детальном описании. Вкратце процесс происходит следующим образом:

  • В три угловых и одно центральное отверстия вдеваем болты.

  • На болты, выходящие из углов треугольника, надеваем втулки, а на болт в центре, надеваем цилиндр (если не забыли просверлить в нем отверстие).

  • Надеваем магнит на цилиндр.

  • Ставим на четыре болта второй треугольник и закрепляем конструкцию гайками, предварительно подложив под них шайбы.

Сборка закончена, изделие готово к применению.

Преимущества использования самодельного магнитного уголка

Главным преимуществом самодельного уголка следует считать его дешевизну. Металл можно выбрать из любых доступных марок. Это позволяет иметь в арсенале сварщика не один вид, а достаточное количество разнообразных уголков, обеспечив ими весь спектр производимых работ. Вторым, не менее важным, преимуществом можно считать возможность изготовления для своих нужд не стандартных образцов, а изделий, которые в полной мере соответствуют характеру выполняемых Вами работ.

Как сделать маятник для биолокации своими руками. Что учесть, делая магнитный двигатель своими руками Как сделать маятник для часов своими руками

Для ребенка, а при добротной сборке можно развить идею до, например, офисного сувенира.

Основу игрушки составляет простейшая нависная схема (хотя конечно лучше сделать на плате), состоящая из транзистора, диода и особо намотанной катушки, скрытая в дне. “Сиденье” качели – магнит, лучше выбрать неодимовый, их сейчас полно, хотя вполне сойдет и обычный.

Катушка мотается двойным проводом сечением каждый примерно 0.25-0.3 около 1500 витков, т.е. параллельно берутся 2 медных провода и мотаются на катушку. На схеме видно, что конец первого провода соединяется с началом второго. Форму катушки выбрал из логических соображений овальной, т.к. магнит, проходящий над ней, будет лучше взаимодействовать по длине большей диагонали эллипса. Сердечник не использовал, так что можете поэкспериментировать с ним. Мотать лучше аккуратно, виток к витку, но не обязательно.

Транзистор прямой проводимости, можно взять МП39…42, диод любой, батарейка обычная на 1.5 вольт. Для удобства лучше сделать выключатель.

Прошу прощения за кустарную сборку, но я делал ее в школьные годы на голом энтузиазме по схеме из старого отцовского блокнота со схемами, так что толком неизвестно, откуда она взялась, и хотел просто как можно скорей увидеть, как она работает.

Запускается просто, включаете устройство и толкаете магнит, через пару секунд вы заметите, как интенсивно начнет колебаться маятник. Система будет лучше работать, если получится создать резонанс, т.е. равенство частот работы схемы и собственной частоты маятника, которая высчитывается по формуле. Здесь это достигается подгонкой всех параметров маятника. Закрепить шатун лучше на 2-х подшипниках, а не на 1-м как у меня.

Далеко не у всех из нас есть способность предсказывать будущее, узнавать факты из прошлого и настоящего, получать ответы на вопросы, которые не лежат на поверхности. Однако зачатки таких способностей есть в каждом из нас.

Нужно развивать их, чтобы достичь успеха или можно воспользоваться вспомогательными атрибутами для помощи в магических делах. В это статье пойдет разговор о таком полезном атрибуте, как магический маятник, который можно сделать дома самому.

Изготовление маятника

Маятник можно купить в специализированном магазине магических предметов, но никаких сверхспособностей он сам по себе не содержит. Ведь главное не инструмент, а умение и опыт его использования. По сути магический маятник – это обычный маятник, изготовленный из нитки или тонкой веревки с привязанным грузом. Если вы собрались сделать маятник в домашних условиях, то в качестве груза может использоваться обычная гайка, колечко, камень, строительный отвес или любой другой маленький предмет. Главное, чтобы он был симметричным, не перевешивал в какую-либо сторону, висел на нитке вертикально.
Длину нити можно делать любую, но для новичков лучше использовать нить длиной 20-30 сантиметров. На другом конце нити лучше всего завязать узелок, за который будет удобно держаться. Чтобы использовать такой маятник, нужно научиться с ним работать, получать информацию.
Получение информации от маятника
Есть большое количество методик по работе с маятником. С помощью маятника можно диагностировать болезни, искать воду, утерянные вещи, определять различные виды энергии в жилище и т.д. Мы рассмотрим простейший случай – получение ответа на заданный вопрос. Для этого сначала нужно определить как маятник будет показывать вам «да» и «нет». Постарайтесь уединиться, привести душу и тело в спокойное состояние. Возьмите маятник за нитку, чтобы груз на другом конце свободно свисал. Когда груз перестанет колебаться и замрет на месте, попросите маятник: «Покажи мне ответ ДА«. Ваш маятник начнет колебаться из стороны в стороны или крутиться по кругу в одну из сторон. Запомните это движение, таким движением маятник будет отвечать положительно на ваши вопросы. Аналогичным образом спросите у маятника «Покажи мне ответ НЕТ«. Тоже запомните это движение. После этого, когда вы с маятником договорились между собой как он будет отвечать на ваши вопросы, начните задавать ему вопросы, требующие ответа ДА или НЕТ. Начните с простых, конкретных вопросов из прошлого, чтобы проверить ваш маятник. Когда у вас будет получаться, переходите к более сложным вопросам, к вопросам о будущем.
Успехов вам в работе с маятником! И не забывайте, что успех зависит от того, верите вы в то, что делаете или нет. Ведь даже приметы сбываются только те, в которые вы верите, потому что все мысли материальны.

Основный элементом обычных механических часов является маятник или баланс, которые приводятся в движение гирей или пружиной. Такие часы требуют регулярного и частого подзавода, что создает определенные неудобства.

Многие конструкторы долгое время работали над проблемой создания часов без гири и пружины, в результате появились электромеханические часы. В них маятник приводится в движение электромагнитом, который питается от источника электрического тока. Когда маятник приближается к положению равновесия (рис. 1), контакты, связанные с ним, замыкаются, и по обмотке электромагнита протекает ток. На маятнике укреплен якорь из мягкого железа, который притягивается неподвижным электромагнитом.


Рис. 1. Устройство электрических контактных часов.

Электромеханические часы очень экономно расходуют энергию батареи и обладают хорошей точностью хода. Но и у них есть слабое место – контакты, замыкающие цепь электромагнита. Ведь только за один год им приходится замыкаться миллионы раз, поэтому через некоторое время электрические часы начинают работать неточно. А если часы совсем маленькие, например наручные, то миниатюрные контакты в них работают еще более ненадежно.. С появлением транзисторов оказалось возможным создать бесконтактные электрические часы.

Схема электрических бесконтактных часов на транзисторе показана на рис. 2. На маятнике укреплен постоянный магнит, при движении которого в витках неподвижной катушки наводится эдс. Одна из обмоток катушки включена между базой и эмиттером транзистора, вторая — в цепь коллектора.


Рис. 2. Электрическая схема часов на транзисторе.

Центр маятника (магнита) пересекает ось катушки в положении равновесия. При колебаниях маятника в катушке L1 наводится эдс, форма которой иллюстрируется кривой 1 (рис. 3). На этом рисунке кривые, проведенные сплошной чертой, представляют эпюры напряжений и токов, возникающих при движении маятника слева направо, а пунктиром – справа налево. Концы обмотки катушки L1 включены так, что, когда маятник подходит к положению равновесия, на базе транзистора появляется отрицательное относительно эмиттера напряжение. Оно возникает при приближении магнита к катушке, вследствие увеличения магнитного потока, пересекающего ее витки. В положении равновесия магнитный поток через катушку достигает максимума. В этот момент напряжение становится равным нулю. Далее магнитный поток начинает уменьшаться и эдс меняет знак на обратный. Когда магнит отходит далеко от катушки, напряжение на ее концах почти исчезает. Во время второго полупериода картина повторяется: при приближении магнита к катушке в обмотке L1 наводится такая эдс, что на базе напряжение отрицательно. Под действием этого импульса напряжения в цепи базы проходит ток (кривая 2) и транзистор отпирается (рис. 3).


Рис.3. Эпюры напряжения, тока а анергии маятника для схемы часов, приведенной на рис. 2.
А – амплитуда колебаний маятника,
О – положение равновесия.

Направление витков катушки L2, включенной в цепь коллектора, таково, что, когда по ней проходит ток коллектора (кривая 3) магнит притягивается к катушке. Его движение ускоряется.

Частота колебаний маятника как и в обычных часах почти полностью определяется его физическими параметрами: длиной и распределением массы. Масса маятника в основном определяется магнитом и деталями его крепления. С маятником связывают стрелочный механизм с циферблатом, и часы готовы.

Конструкция часов. Для изготовления часов на транзисторе вполне пригодны любые маятниковые часы или “ходики”. В них необходимо лишь переделать спусковое устройство и, конечно, удалить пружину или гирю; их функции будет выполнять батарея.

В обычных часах спусковое устройство, приводящее в движение маятник, имеет вид, показанный на рис. 4,а. Его надо переделать так, как показано на рис. 4,б. На ось 1 напаивают коромысло 2, на котором свободно подвешена серьга 3. При движении маятника влево серьга скользит по скошенной стороне зубца храпового колеса 4 и под действием своей тяжести соскакивает с его вершины в промежуток между зубцами. При движении маятника вправо серьга упирается в крутую сторону зубца и поворачивает храповое колесо влево на один зуб. Чтобы зафиксировать положение колеса и не дать ему поворачиваться вправо, на нем сверху лежит одним краем лепесток-собачка 5. Второй край лепестка свободно поворачивается вокруг оси 6. При вращении храпового колеса влево лепесток скользит по скошенным краям зубцов и, соскакивая с их вершин, упирается в крутые края зубцов.


Рис. 4. Устройство спускового механизма обычных часов (а).
Устройство механизма часов на транзисторе для преобразования колебательного движения маятника во вращательное движение стрелок (б).

Собранный механизм часов, изготовленных из обычных “ходиков”, показан на рис. 5. Коромысло, серьга и лепесток-собачка в этих часах изготовлены из жести. Магнит может быть использован любой. Его объем не должен быть менее 3-4 см 3 , так как он должен удерживать груз 100-200 г. В описываемой конструкции использован кольцевой магнит от громкоговорителя диаметром 35 мм. Для регулировки хода часов крепление магнита должно предусматривать его перемещение вверх и вниз. Если часы спешат, то маятник (магнит) необходимо опустить.


Рис.5. Собранный механизм часов.

В часовом генераторе (рис.2) могут работать любые сплавные транзисторы, например, типа П13-П15. Работа генератора не зависит от величины коэффициента усиления транзистора по току. Диод Д1 можно применить типа Д7Б-Д7Ж. Вместо диода можно использовать эмиттерный или коллекторный переход германиевого сплавного транзистора, у которого оторвался вывод эмиттера или коллектора. Если в генераторе (рис.2) применен транзистор с проводимостью n-p-n, то полярность включения батареи и диода Д1 следует изменить на обратную.

Катушку электромагнита можно намотать на пластмассовом или бумажном каркасе с внутренним диаметром 20, наружным 48 и шириной 8 мм. Наматывать катушку нужно в два провода внавал до заполнения. Диаметр провода – 0,09-0,15 мм. После намотки необходимо проверить нет ли замыканий между полученными двумя обмотками. Начало одной обмотки соединяют с концом другой и к этой точке подключают вывод эмиттера транзистора.

Смотрите другие статьи раздела .

(рис.1) может быть построен с применением разных физических магнитных эффектов в сочетании с эффектом гравитации. Для компенсации потерь на трение и создания незатухающих колебаний в обычном гравитационном маятнике предлагается дополнительно использовать попеременно силовое взаимодействие двух постоянных магнитов. Изменение характера силового 1, 2 осуществляется преобразователем 6.Он должен обеспечить притягивание постоянных магнитов 1, 2 маятника на спусковом полупериоде качания маятника, в момент их силового отталкивание после прохождения нижней точки траектории маятника. Этот (маятник) может быть построен на различных принципах и физических эффектах:

а) С использованием механического разворота неподвижного магнита 1 на 180 градусов при переходе маятника через нижнюю точку – например: пружинного типа с кулачком ;

б) Путем скачкообразного перемагничивания неподвижного магнита 1 в нижней точке магнита 2 (магнитный эффект Баркгаузена), причем электроэнергию и магнитное поле достаточное для перемагничивания магнита 1 получаем от индуктивной обмотки, размещенной на магните 1 и соединенной с накопителем электроэнергии;

в) С использованием комбинации эффекта Баркгаузена и термомагнитного эффекта Кюри. В этом случае в нижней точке траектории магнита маятника 1размагничиванием импульсным нагревом магнит 1 выше точки Кюри с импульсным перемагничиванием его (эффект магнитного триггера Баркгаузена) -при достижении магнитом 2 верхней точки траектории;

г) Механическое одного из магнитов на определенных участках траектории качания магнита маятника;

Parazit kotoryj mozhet ubity – Srochno

д) Электромагнтное управление магнитным полем магнита 1 -(усиление-ослабление) – магнитоэлектрический механический маятник -дополнение устройства индуктивной обмоткой, обвитой вокруг неподвижного магнита 1 с конденсатором и частотой колебаний контура равной частоте механических колебаний и регулируемой фазой колебаний этим колебательным электрическим контуром посредством индуктивности встречного магнитного поля компенсирующего магнитное поле магнита 1 на тормозных участках траектории с усилением его магнитного поля на разгонный траектории маятника магнита 2.

Другие оригинальные виды часов. Предлагаемые в этой инструкции часы хоть и тоже электронные, но используют для отсчёта времени колебательное движение маятника. Это так называемые часы со свободным маятником.

Точность таких часов зависит от конструкции его маятника, от минимизации влияния температуры, от способа подвода энергии, поддерживающей колебательное движение маятника и получения энергии от маятника. В классических механических часах отвечает за это механизм захвата и набор зубчатых колес.

Чтобы точность часов была как можно лучше, маятник должен колебаться абсолютно свободно, не обременённый механизмами. А энергия передаваться очень маленькими порциями в момент, когда маятник находится в нижнем положении и только в том случае, когда амплитуда колебаний маятника уменьшается ниже допустимой величины. Передача энергии в слишком больших дозах, вызывает увеличение амплитуды колебаний, что приводит к снижению точности. Амплитуда колебаний маятника не должна превышать нескольких градусов.

Принципиальная схема часов

Основой маятниковых часов выступает конструкция с прикрепленным на конце подшипником с неодимовым магнитом. В основании размещена индукционная катушка. В результате движение маятника непосредственно над катушкой, в катушке индуцируется напряжение, которое передается в микропроцессор PIC12F683, что анализирует наведённое напряжение и в нужный момент подает на катушку импульс напряжения, поддерживающий движение маятника.

  • Когда магнит на конце маятника приближается к катушке — в катушке наведенное напряжение отрицательное,
  • когда он проходит над серединой катушки — напряжение имеет нулевое значение,
  • когда отходит — положительное значение.

Амплитуда импульсов индуцированных в катушке зависит от скорости перемещения магнита над катушкой, а, следовательно, и от амплитуды колебаний маятника. Путем измерения напряжения после строго определенного времени прохода через маятник точки равновесия, можно оценить какова амплитуда колебаний, а следовательно, следует ли предоставить импульс стимулятору колебаний, или нет. Чем выше будет добротность системы, тем реже будет нужно создавать этот импульс.

Для отображения времени применён кварцевый механизм часов, приводимый в действие батареей 1,5 В. В нём снимаем пластину с кварцевым резонатором и схемой, используя только сам механизм. Выводы двигателя-катушки подключаем к портам микроконтроллера. МК генерирует импульс каждую секунду по очереди то на одном, то на втором выводе катушки.

Всего было сделано несколько разных часов с различной длиной маятника. Самый большой был маятник с длинной 1000 мм, где полупериод колебаний составлял ровно 1 секунду. Еще были с полупериодом колебаний 1/3 секунды (110 мм) и 1/4 секунды (60 мм). Таким образом, импульс для шагового двигателя был сформирован, соответственно, на первое, третье или четвертое прохождение маятника над точкой равновесия.

Часы питаются литий-ионным аккумулятором типа 18650, их хватит на несколько месяцев работы. Для процессора используется стабилизатор LM385-1.2, дающей напряжение 1,2 вольта. Когда процессор обнаруживает, что напряжение аккумулятора упало ниже 3,28 В, это сигнализируется каждые две секунды. Таймер может работать и с батареей севшей до 2 В, но следует избегать такого глубокого разряда из-за возможности порчи батареи.

Индукционная катушка должна иметь несколько тысяч витков. В данных часах мотали 2000-3000 витков провода 0,12. Катушки не имеют сердечника и намотаны на каркасе диаметром 6 мм. Стержень маятника необходимо выполнить из материала с возможно малым коэффициентом теплового расширения, хорошо подходит удилище из углеродного волокна. Длинну маятника следует подобрать так, чтобы получить требуемый период колебаний. Следует учитывать возможность точной настройки периода колебаний, чему служит дополнительный груз размещенный на маятнике — латунная гайка, поворот которой меняет распределение массы на маятнике.

Внимание: рядом с магнитом на конце маятника не должны находиться ферромагнитные материалы — стальные гвозди и винты. Также будьте осторожны с латунными и медными элементами. Движущийся в их непосредственной близости магнит возбуждает в них вихревые токи, которые тормозят движение магнита. Поэтому основу часов стоит делать из дерева, пластика, ламината, мрамора и т. д.

Электронная схема содержит только процессор в подставку, стабилитрон через резистор 100 ком и разъемы для батареи, катушки и шагового двигателя. Собрана схема на небольшой печатной плате, вырезанной из универсальной пластины. Файлы hex, содержащие прошивку процессора — .

Как сделать маятник для биолокации своими руками. Самодельный электрический маятник Электромагнитный маятник своими руками

На свойствах электромагнита основана работа огромного количества приборов и машин. Большинство маятников в современных электрических часах также работает под действием электромагнита. Попробуем разобраться в причинах, которые заставляют неутомимо раскачиваться электрический маятник, и сделаем сами его небольшую модель.

Для этого нам понадобятся: самодельный электромагнит, такой же, какой мы изготовили при устройстве электрического звонка, жесть, одна-две батарейки или понижающий трансформатор.

Маятник вырезывается из жести по выкройке, изображенной на рисунке 1. Внутреннее отверстие выбивают стамеской по линиям чертежа, ударяя молотком по ее ручке. Для этого жесть с нанесенным на ней чертежом кладется на ровную доску твердой породы дерева. Затем, зачистив напильником острые заусеницы отверстия, вырезаете всю фигурку маятника обычными ножницами по внешнему контуру. После этого снова прошлифуйте мелким напильником все края, а нижнюю полоску – язычок – сверните в небольшую трубочку. В свернутом виде она будет служить обычным утяжеленным концом маятника. В верхней части фигурки просверлите или пробейте стальным шилом маленькое отверстие, края которого надо тщательно зашлифовать мелкой наждачной шкуркой. Это небольшое отверстие служит для того, чтобы надеть маятник на стальную толстую иголку или отрезок вязальной спицы, забитый в верхнюю часть вертикальной стойки С (рис. 2).
Маятник надо повесить на иглу так, чтобы его нижняя часть, свернутая трубочкой, приходилась как раз над концами выступающих полюсов магнита, почти касаясь их, но
при раскачивании не задевала бы выступающие концы сердечника.
Чтобы избежать трения маятника о деревянную стоечку, наденьте на ось небольшой отрезок медной трубочки с хорошо отшлифованными краями. По бокам верхнего выступа маятника надо установить два медных гвоздика. Они будут удерживать маятник от слишком больших размахов.
Электрический ток подводится от батарейки или трансформатора (4 – 6 вольт), по схеме, указанной на рисунке 2. Все места соединений проволочек должны быть хорошо зачищены и припаяны.
На рисунке 2 вы видите тоненькую, упругую проволочку-прерыватель П. Прерыватель обеспечивает беспрерывное раскачивание маятника. Первый размах маятника надо сделать легким движением пальца, доведя его боковую часть до прерывателя. При этом электрическая цепь замкнется через один из верхних шпеньков, ток побежит по обмотке электромагнита, и его сердечник мгновенно притянет нижний утяжеленный конец якоря. Как только нижняя часть маятника потянется вниз, цепь разомкнется и маятник перейдет на противоположную сторону. Здесь другую боковую сторону маятника снова встретит прерыватель, который заставит магнит притянуть маятник вниз.
Так будет раскачиваться маятник до тех пор, пока вы не отсоедините всю модельку от источника тока – трансформатора или батарейки.
Очень занятную модель электромаятника можно сделать в виде качелей, а на сиденье их укрепить фигурку Буратино, вырезанную из бумаги или пробки. Маленький человечек – любимый герой ребят – будет взлетать и опускаться вниз самым загадочным образом.

Далеко не у всех из нас есть способность предсказывать будущее, узнавать факты из прошлого и настоящего, получать ответы на вопросы, которые не лежат на поверхности. Однако зачатки таких способностей есть в каждом из нас.

Нужно развивать их, чтобы достичь успеха или можно воспользоваться вспомогательными атрибутами для помощи в магических делах. В это статье пойдет разговор о таком полезном атрибуте, как магический маятник, который можно сделать дома самому.

Изготовление маятника

Маятник можно купить в специализированном магазине магических предметов, но никаких сверхспособностей он сам по себе не содержит. Ведь главное не инструмент, а умение и опыт его использования. По сути магический маятник – это обычный маятник, изготовленный из нитки или тонкой веревки с привязанным грузом. Если вы собрались сделать маятник в домашних условиях, то в качестве груза может использоваться обычная гайка, колечко, камень, строительный отвес или любой другой маленький предмет. Главное, чтобы он был симметричным, не перевешивал в какую-либо сторону, висел на нитке вертикально.
Длину нити можно делать любую, но для новичков лучше использовать нить длиной 20-30 сантиметров. На другом конце нити лучше всего завязать узелок, за который будет удобно держаться. Чтобы использовать такой маятник, нужно научиться с ним работать, получать информацию.
Получение информации от маятника
Есть большое количество методик по работе с маятником. С помощью маятника можно диагностировать болезни, искать воду, утерянные вещи, определять различные виды энергии в жилище и т. д. Мы рассмотрим простейший случай – получение ответа на заданный вопрос. Для этого сначала нужно определить как маятник будет показывать вам «да» и «нет». Постарайтесь уединиться, привести душу и тело в спокойное состояние. Возьмите маятник за нитку, чтобы груз на другом конце свободно свисал. Когда груз перестанет колебаться и замрет на месте, попросите маятник: «Покажи мне ответ ДА«. Ваш маятник начнет колебаться из стороны в стороны или крутиться по кругу в одну из сторон. Запомните это движение, таким движением маятник будет отвечать положительно на ваши вопросы. Аналогичным образом спросите у маятника «Покажи мне ответ НЕТ«. Тоже запомните это движение. После этого, когда вы с маятником договорились между собой как он будет отвечать на ваши вопросы, начните задавать ему вопросы, требующие ответа ДА или НЕТ. Начните с простых, конкретных вопросов из прошлого, чтобы проверить ваш маятник. Когда у вас будет получаться, переходите к более сложным вопросам, к вопросам о будущем.
Успехов вам в работе с маятником! И не забывайте, что успех зависит от того, верите вы в то, что делаете или нет. Ведь даже приметы сбываются только те, в которые вы верите, потому что все мысли материальны.

Как ни странно, но даже в таком громадном хранилище информации, как Рунет, вы не скоро найдете серьезную информацию о том, как сделать своими руками. Несомненно, вам сразу попадутся на глаза простенькие конструкции этого устройства. Но вот серьезную информацию, объяснение принципов его работы придется поискать. Если вы набрали в поисковике фразу «как сделать магнитный двигатель своими руками» и наткнулись на эту статью, вам, возможно, в какой-то степени повезло. Далее – об особенностях работы данного устройства и пример его простейшей модели.

Мощность такого двигателя напрямую зависит от магнитной массы – чем сильнее магнит, тем мощнее будет двигатель. Однако это правило относительно. Можно привести один пример – гигантский магнит объемом в кубический метр. Масса его – от 8 до 12 тонн. Он сам по себе создает громадное силовое поле, поэтому даже подходить к нему опасно и. Кстати, в реальной жизни такое явление практически невозможно. Такой магнит способен связать в узел рельсы поезда, который будет его транспортировать, скомкать вагон и накрепко прилипнуть к нему. Итак, что видно из этого примера? С одной стороны, чем больше магнитная масса, тем лучше. Однако до определенного предела. Слишком большая масса магнита – это снижение КПД двигателя и дополнительные проблемы.

При составлении схемы устройства стоит учитывать несколько моментов. Во-первых, элемент, который используется в качестве движимой части, не может проскользнуть через магнитное поле. Движущая сила возникает из-за неравномерности поля – нет движущих сил в постоянном поле. Устройства, работающие под воздействием вышеуказанного явления, малоэффективны. Это нужно учитывать, если вы желаете двигатель на постоянных магнитах своими руками. Мощность такого устройства зависит от ряда причин. В первую очередь – от замыкания магнитного поля на рабочий зазор, без магнитопровода эффективность конструкции будет весьма низкой. Из-за того, что «вольные изобретатели» двигателя часто не принимают во внимание эти правила, у них, как правило, либо ничего не получается, либо их творение работает неудовлетворительно. Самое главное при изготовлении такого устройства – это правильно определить движущий момент.

А сейчас поговорим непосредственно о том, как сделать магнитный двигатель своими руками. Вниманию читателя будет представлена самая простая его модель. Вам потребуется маленький магнит, изготовленный из редкоземельного сплава, который будет главной деталью конструкции. Чем он меньше, тем лучше. В этом магните должно быть небольшое отверстие.

Кстати, после этого эксперимента магнит полностью потеряет свои свойства, поэтому используйте тот, который вам будет не жалко потерять. Еще вам пригодится проволока – толстая стальная и тонкая медная. Также вам придется подобрать свечу нужных размеров. Из проволоки сделайте основание для качели-маятника в виде перевернутой буквы П (основание для него не должно быть деревянным). На нем подвесьте магнит. Для этого в него нужно продеть тонкую медную проволоку.

Сбоку внутри конструкции подвесьте обычный магнит послабее, чтобы маленький тянулся к нему, но чтобы при этом угол отклонения маятника был небольшим, недостаточным для того, чтоб маленький магнит коснулся большого сбоку, но достаточным для того, чтобы пламя свечи, которую вы поставите под него, его не коснулось, когда он примет вертикальное положение. При обращении с последней соблюдайте осторожность. Итак, свечу вы должны поставить таким образом, чтобы она оказалась под маленьким магнитом в тот момент, когда он станет притягиваться к большому.

Огонь размагничивает его, и он при этом теряет свои свойства, и за счет этого маятник занимает строго вертикальное положение. Когда маленький магнит охлаждается, то снова начинает тянуться к большому. Этот цикл колебаний маятника не остановится, пока не догорит свеча либо пока ее не уберут.

Чтобы сделать более «серьезный» магнитный двигатель своими руками, стоит изучить схемы, подобрать нужные для этого детали. Но и не менее важно знать то, благодаря чему работает такое устройство. Двигатель своими руками произвести не так уж и трудно, практически любой сможет это сделать.

Основный элементом обычных механических часов является маятник или баланс, которые приводятся в движение гирей или пружиной. Такие часы требуют регулярного и частого подзавода, что создает определенные неудобства.

Многие конструкторы долгое время работали над проблемой создания часов без гири и пружины, в результате появились электромеханические часы. В них маятник приводится в движение электромагнитом, который питается от источника электрического тока. Когда маятник приближается к положению равновесия (рис. 1), контакты, связанные с ним, замыкаются, и по обмотке электромагнита протекает ток. На маятнике укреплен якорь из мягкого железа, который притягивается неподвижным электромагнитом.


Рис. 1. Устройство электрических контактных часов.

Электромеханические часы очень экономно расходуют энергию батареи и обладают хорошей точностью хода. Но и у них есть слабое место – контакты, замыкающие цепь электромагнита. Ведь только за один год им приходится замыкаться миллионы раз, поэтому через некоторое время электрические часы начинают работать неточно. А если часы совсем маленькие, например наручные, то миниатюрные контакты в них работают еще более ненадежно.. С появлением транзисторов оказалось возможным создать бесконтактные электрические часы.

Схема электрических бесконтактных часов на транзисторе показана на рис. 2. На маятнике укреплен постоянный магнит, при движении которого в витках неподвижной катушки наводится эдс. Одна из обмоток катушки включена между базой и эмиттером транзистора, вторая — в цепь коллектора.


Рис. 2. Электрическая схема часов на транзисторе.

Центр маятника (магнита) пересекает ось катушки в положении равновесия. При колебаниях маятника в катушке L1 наводится эдс, форма которой иллюстрируется кривой 1 (рис. 3). На этом рисунке кривые, проведенные сплошной чертой, представляют эпюры напряжений и токов, возникающих при движении маятника слева направо, а пунктиром – справа налево. Концы обмотки катушки L1 включены так, что, когда маятник подходит к положению равновесия, на базе транзистора появляется отрицательное относительно эмиттера напряжение. Оно возникает при приближении магнита к катушке, вследствие увеличения магнитного потока, пересекающего ее витки. В положении равновесия магнитный поток через катушку достигает максимума. В этот момент напряжение становится равным нулю. Далее магнитный поток начинает уменьшаться и эдс меняет знак на обратный. Когда магнит отходит далеко от катушки, напряжение на ее концах почти исчезает. Во время второго полупериода картина повторяется: при приближении магнита к катушке в обмотке L1 наводится такая эдс, что на базе напряжение отрицательно. Под действием этого импульса напряжения в цепи базы проходит ток (кривая 2) и транзистор отпирается (рис. 3).


Рис.3. Эпюры напряжения, тока а анергии маятника для схемы часов, приведенной на рис. 2.
А – амплитуда колебаний маятника,
О – положение равновесия.

Направление витков катушки L2, включенной в цепь коллектора, таково, что, когда по ней проходит ток коллектора (кривая 3) магнит притягивается к катушке. Его движение ускоряется.

Частота колебаний маятника как и в обычных часах почти полностью определяется его физическими параметрами: длиной и распределением массы. Масса маятника в основном определяется магнитом и деталями его крепления. С маятником связывают стрелочный механизм с циферблатом, и часы готовы.

Конструкция часов. Для изготовления часов на транзисторе вполне пригодны любые маятниковые часы или “ходики”. В них необходимо лишь переделать спусковое устройство и, конечно, удалить пружину или гирю; их функции будет выполнять батарея.

В обычных часах спусковое устройство, приводящее в движение маятник, имеет вид, показанный на рис. 4,а. Его надо переделать так, как показано на рис. 4,б. На ось 1 напаивают коромысло 2, на котором свободно подвешена серьга 3. При движении маятника влево серьга скользит по скошенной стороне зубца храпового колеса 4 и под действием своей тяжести соскакивает с его вершины в промежуток между зубцами. При движении маятника вправо серьга упирается в крутую сторону зубца и поворачивает храповое колесо влево на один зуб. Чтобы зафиксировать положение колеса и не дать ему поворачиваться вправо, на нем сверху лежит одним краем лепесток-собачка 5. Второй край лепестка свободно поворачивается вокруг оси 6. При вращении храпового колеса влево лепесток скользит по скошенным краям зубцов и, соскакивая с их вершин, упирается в крутые края зубцов.


Рис. 4. Устройство спускового механизма обычных часов (а).
Устройство механизма часов на транзисторе для преобразования колебательного движения маятника во вращательное движение стрелок (б).

Собранный механизм часов, изготовленных из обычных “ходиков”, показан на рис. 5. Коромысло, серьга и лепесток-собачка в этих часах изготовлены из жести. Магнит может быть использован любой. Его объем не должен быть менее 3-4 см 3 , так как он должен удерживать груз 100-200 г. В описываемой конструкции использован кольцевой магнит от громкоговорителя диаметром 35 мм. Для регулировки хода часов крепление магнита должно предусматривать его перемещение вверх и вниз. Если часы спешат, то маятник (магнит) необходимо опустить.


Рис.5. Собранный механизм часов.

В часовом генераторе (рис.2) могут работать любые сплавные транзисторы, например, типа П13-П15. Работа генератора не зависит от величины коэффициента усиления транзистора по току. Диод Д1 можно применить типа Д7Б-Д7Ж. Вместо диода можно использовать эмиттерный или коллекторный переход германиевого сплавного транзистора, у которого оторвался вывод эмиттера или коллектора. Если в генераторе (рис.2) применен транзистор с проводимостью n-p-n, то полярность включения батареи и диода Д1 следует изменить на обратную.

Катушку электромагнита можно намотать на пластмассовом или бумажном каркасе с внутренним диаметром 20, наружным 48 и шириной 8 мм. Наматывать катушку нужно в два провода внавал до заполнения. Диаметр провода – 0,09-0,15 мм. После намотки необходимо проверить нет ли замыканий между полученными двумя обмотками. Начало одной обмотки соединяют с концом другой и к этой точке подключают вывод эмиттера транзистора.

Смотрите другие статьи раздела .

Колыбель Ньютона.


Здравствуйте. На днях решил я смастерить, что ни будь интересное и познавательное для сына, остановилось мое внимание на маятнике Ньютона или как его еще некоторые называют колыбель Ньютона (а иногда даже шары Ньютона).

Он представляет собой механическую систему, которую изобрел английский актёр в 1967 году, звали его Саймон Преббл.

Этот маятник Вы, конечно же, видели в кабинете физики, учитель на его примере объясняет детям, как преобразуется энергия различная по виду, друг в друга, например потенциальная энергию в кинетическую и обратно.

Инструменты, которыми я пользовался:
1) Плоскогубцы.
2) Молоток.
3) Бородок.
4) Напильник.
5) Паяльник.
6) Кусачки.
7) Пинцет.
Из материалов для изготовления маятника мне понадобились лишь:
1) Подшипник.
2) Канифоль.
3) Припой.
4) Медная проволока (тонкая).
5) Толстая медная проволока (четыре квадратных миллиметра).
6) Нитки.
7) Клей.

Для начала хотелось бы немного рассказать о том, как я изымал шарики из подшипника. Просто мне один дружище рассказывал, как они с товарищем их вытаскивал не совсем безопасным, можно сказать даже совсем не безопасным методом и чуть не лишились своих глаз. Он говорил, что ставил подшипник на твердую поверхность, ударил молотком по обойме и шарики разлетелись (два шарика потеряли). Я не стал так рисковать и начал разбирать его.
Сначала я снял сальники.


Затем уперев бородок на сепаратор (там, где заклепки) легким движением молотка расклепал и выгнул на другую сторону сепаратор в нескольких местах и демонтировал его плоскогубцами.


Далее сгруппировав все шарики, плоскогубцами сместил внутреннее кольцо к внешнему кольцу.


Такими нехитрыми манипуляциями у меня легко получилось вытащить шарики, не повредив ничего себе и окружающим. Причем не один шарик не уходил из поля моего зрения.


Дальше я напильником почистил место, куда буду запаивать колечко.


Хорошенько полудил это место канифолью.


Нашел в закромах кусок многожильного провода маленького сечения. Вытянул плоскогубцами одну жилку.

И сделал из него колечки.
Запаял колечки на шарик. Старался держать как можно ровнее.


Как говориться первый шарик комом. Передержал жало паяльника на шарике, и он потемнел (получил термический ожог:wink:).


Колечки, чтобы были хоть чуть-чуть похожи друг на друга, сверял с уже готовым. Потом проделал те же манипуляции с остальными шариками.

В итоге у меня получились семь не совсем красивых (заляпанных канифолью) чебурашек, причем один из них стал негроидной расы.


После обработки войлоком с пастой гой. (Даже афроамериканец стал блестеть). Как я понял на испытаниях, мне не следовало помещать шарики на магните, они намагнитились, и пришлось их размагничивать. Делал я это при помощи бескаркасной магнитной катушки снятого с нерабочего старого телевизора. Информация для тех, кто захочет, что-то размагнитить эти катушки есть только на телевизорах старого образца с электронно-лучевой трубкой, в прочем подходит почти любая бескаркасная катушка. И еще одна деталь, напряжение, подаваемое на катушку должно быть переменным.


Дальше долгое и мучительное продевание нитки сквозь кольца.


Очистив от изоляции провод сечением четыре квадратных миллиметра начал делать каркас будущего маятника.


Сначала я сделал каркас как на нижнем фото, но он был малоэффективным, получился слишком низким (не хватало разгона) и он принимал часть энергии шариков (усики державшие шарики раскачивались).


И было решено сделать более крепкую и чуть повыше конструкцию.
Нитки привязывал, делая несколько оборотов. Это сделано, чтобы при регулировке расположение шариков проворачиванием нитки, она не прокручивалась обратно под весом привязанных к нему шариков. С начала просто привязал нитки на одну сторону получившегося каркаса.


Затем (регулируя при этом) привязывал на другую балку.
И под конец я отрегулировал шарики (закручиванием нитки на балку) так, что они выстроились в один ряд как можно точнее, ведь от этого тоже очень сильно зависит, как долго он будет щелкать. После точечной настройки я поверх ниток привязанных к балке нанес небольшое количество клея, тем самым зафиксировав их от прокручивания и перемещения по балке.

Кольцевой магнитный двигатель


Материал предоставлен нам для публикации автором Xintrea (сетевой ник) 24.06.2006 http://xi.net.ru/ macmep.lab
Экспериментальная проверка кольцевого магнитного двигателя.

Краткое описание.

КОЛЬЦЕВОЙ МАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (МД) Конструкция такого простого магнитного двигателя (МД) показана на рис 1 (вид сверху). МД состоит из центрального неподвижного кольцевого магнита с радиальной намагниченностью и двух кольцевых магнитов с осевой намагниченностью 2,3, размещенных жестко на штанге 4 соосно с кольцевым магнитом 1.

Магниты ротора 2,3 при выбранном расположении их полюсов взаимодействуют с кольцевым магнитом 1 по разному и создают магнитный момент вращения штанги 4.

Известно, что механический момент магнита во внешнем магнитном поле равен М=[Р,В], где Р – вектор намагниченности магнита, В – внешнее магнитное поле пронизывающее магнит. Возьмем в качестве статора кольцевой магнит радиальной намагниченности Рс (см рис 1). Поместив в центр магнитное кольцо и закрепим на ней магниты 2,3 как показано на рис 1. мы создаем условия для вращения магнитов 2,3 вокруг магнита 1. Магниты ротора находятся в одной плоскости с кольцом, и, следовательно с полем статора Вс. Согласно нашей формуле, на магниты (и следовательно на штангу) будут действовать моменты М – на магниты Мр – суммарный момент на весь ротор/штангу.

Сборка кольцевого магнита.

Так как найти цельный кольцевой магнит не удалось, была предпринята попытка собрать кольцевой магнит из магнитиков от дверных защелок. Скажу сразу – эти магниты полное гавно, они обладают разной степенью намагниченности и имеют большой разгул в размерах – экземляры могут иметь различия по длине или ширине в 3-4 мм, при среднем габаритном размере 22x10x5 мм.

Экспериментально было установлено, что намагниченость магнита от дверной защелки имеет такую картину

Где красным и синим обозначены условные полюса. Перед сбором кольцевого магнита, на каждом магните был промаркирован синий полюс по методу “паровозика”. 🙂 То есть магниты ставятся друг за другом в длинный “пакет”, передняя поверхность магнита маркируется и магнит переставляется в хвост пакета.

Фото сего действия

Магниты были помещены в круглую коробку из-под CD-дисков. Магниты располагались так, чтобы один и тот же полюс смотрел наружу, а другой смотрел внутрь. При установке таким образом, магниты отталкивались боковыми гранями, т.к. стыковалисть одноименными полюсами (см рисунок, на рисунке показан вид сверху).

Отталкивание

Магниты устанавливались втугую между стенкой круглой коробки и внутренним пластиковым кольцом от канализационной трубы ДУ 100 мм. Таким образом, магниты, несмотря на то, что отталкивались, были уложены в нужный кольцевой пакет.

Казалось бы, теперь достаточно подцепить пару магнитов на вращающейся каретке, и ВД будет вращаться пока не иссякнет намагниченность постоянных магнитов. Что и было проделано.

Результат – двигатель не вращается. 🙂 Что и следовало ожидать.

У двигателя оказались несколько точек равновесия, в которых он останавливался и неплохо удерживался при попытке повернуть каретку в одну или в другую сторону. То есть, напряженность магнитного поля не кольцевая, а какая-то хитро перекошенная, с обширными зонами “синей” намагниченности, которые несколько раз смыкаются на кольце. На следующем фото видны обозначения мест равновесия.

Точки равновесия

Всего получилось 10 точек равновесия (была еще одна очень слабая, я решил ее не маркировать, так как в ней возможно и небыло равновесия, просто было слабое взаимодействие полей, сила которого не превышало силу трения на шпинделе). Видно, что точки равновесия располагаются неравномерно по кольцу, а имеют сильно перекошенную конфигурацию.

Пояснения к фото “полной сборки”. На фото видно, что магниты на каретке есть только с одной стороны, и к тому же их два. Фото было сделано в процессе экспериментов. Вначале была попробована конфигурация по одному магнитику на каждом конце каретки. Потом с одного конца магнитик убрал, так как в этом случае точек равновесия с разной степенью “фиксации”, было достаточно много – из за несимметричности поля. Затем, для усиления взаимодействия, с одной стороны вместо одного магнитика было подвешено два магнита, которые образовывали один составной магнит. Именно этот момент и заснят на фото полной сборки.

ВЫВОДЫ

1. Магниты от дверных мебельных защелок – полная гадость, и собрать на них магнитное поле любой конфигурации – нереально.

2. Если найти нормальный магнит с радиальной намагниченностью, как показано в описании двигателя, то потенциально двигатель должен вращаться. Гуру говорят, что магниты такие существуют, только их сложно достать.3. Выход энергии при вращении такого двигателя должен быть достаточно сильным, что позволяет сделать модель без тонкой подгонки элементов, кустарным способом. 4. Если я не достану магниты с радиальной намагниченностью, я попробую использовать лепешку из двух классических магнитов от динамиков и металлической вставкой между ними для усиления магнитного поля той полярности, которая находится в середине лепешки. Такую конструкцию посоветовал Specter на форуме offtop.ru, раздел “”Нетрадиционная энергетика””, тема “”Практика””.

5. Однако надо не забывать, что даже если я найду магнит с радиальной намагниченостью, двигатель завращается с вероятностью 50/50 – то есть либо будет вращаться, либо нет.:) Потому что очень может быть, что и в случае хорошего радиального магнита, будут существовать точки равновесия, которые образуются вследствие неравномерности магнитного поля, т.к. идеальных магнитов не бывает. Загнать двигатель в равновесие может какая-нибудь несимметричная силовая линия, как показано на рисунке

Идеальный магнит Неидеальный магнит

В общем, опыт надо повторить с более другим магнитом. Если у кого есть пожелания и замечания, оставляйте сообщения на форуме, или пишите на мой любимый емайл [email protected]

Засим откланиваюсь. Удачи вам в поисках вечного движения.

Xintrea 24.06.2006

http://xi.net.ru


Добавить комментарий

Сверхлегкая ракета – двигатель на батарейках

07.07.2020

В обход идти, понятно, не очень-то легко,
довольно неприятно и очень далеко
Айболит 66 

Продолжение, начало – статьи 1, 2, 3, 4, 5, 6

В первой, второй и третьей публикациях цикла было рассказано о потенциальном рынке сверхлегких ракет-носителей (СЛРН). В четвертой и пятой статьях были рассмотрены некоторые нетрадиционные решения, которые пытались применять в проектах СЛРН. В шестой статье рассмотрены широкодиапазонные двигатели. В настоящей статье изучается вопрос замены турбонасосного агрегата (ТНА) на электрический привод насосов (ЭН) с питанием от аккумуляторных батарей (АКБ). Статья скучноватая, картинок мало, но полезная, ссылок много.

Зачем ракете батарейки

Единственный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) с ЭН, слетавший в космос, это Резерфорд (Rutherford) ракеты RocketLab Electron (рис.1-а). Он оснащен раздельным приводом насосов горючего и окислителя, что позволяет гибко дросселировать его мощность. Но такая схема не является обязательной, привод может быть и общим (рис.1-б). Обзор ЖРД Rutherford приведен в статьях [1],[2]. Каждый ЖРД снабжен двумя гидроцилиндрами (синие на рис.1-а), которые позволяют качать его по двум осям, обеспечивая таким образом управление ракетой. Питание ЭН осуществляется от АКБ. Следует отметить, что АКБ давно и широко применяются на ракетах-носителях (РН) и космических аппаратах [3], но для питания электрических приводов насосов ЖРД они использованы на СЛРН Electron впервые.


Рисунок 1 - ЖРД Rutherford с индивидуальным электрическим приводом насоса окислителя и горючего (а) и альтернативная схема с насосами на одном валу и приводом от общего электрического двигателя

Основной причиной, почему в ракете Electron применены ЭН, является недоступность на рынке коммерческих ТНА. Лидер в области разработки и производства ТНА фирма Barber&Nichols [4] фактически является единственной, кто поставляет ТНА отдельно от ЖРД. Однако она не выпускает ТНА для ЖРД малой тяги. Насосы же и высокооборотные электрические двигатели являются серийной коммерческой продукцией, доступной на рынке, АКБ используются особые, но они тоже серийные.

Пожалуй, единственным подходящим по размерности для СЛРН является ТНА водородного воздушно-реактивного двигателя НК-88, устанавливавшегося в конце 80-х годов на экспериментальный самолёт Ту-155. Данный ТНА при частоте вращения 50 тыс. об/мин может использоваться на водородном НК-88, а при 20 тыс. об/мин – на метановом НК-89. Ценой немалых переделок этот ТНА можно приспособить для метанового ЖРД тягой 1,5 – 2,2 тс [5],[6].

АКБ – революция закончилась

Химические источники тока основаны на окислительно-восстановительной реакции между элементами.

Литий-ионные батареи – лучший выбор при времени работы до 5 мин. Литий является металлом с предельными характеристиками: самой низкой массой, самым низким электродным потенциалом (–3,05 В) и самой высокой токовой нагрузкой (3,83 А·ч/г). Литий-ионные аккумуляторы появились на рынке в начале 90-х годов, история их создания изложена в статье [7], а разновидности и перспективны развития – в статье [8]. Возможность применения литий-ионных АКБ для питания ЭН ЖРД рассмотрена в работе [9]. Показано, что необходимо учитывать одновременно два параметра: удельную емкость E/m и удельную мощность P/m (m-масса элемента). Кроме того, важен ток разрядки, т.е. то, как быстро батарея может отдать накопленную энергию (C-rate), т.к. вращение электродвигателя зависит от силы тока. Емкость по току измеряется в С=ампер·час. В настоящее время на литий-ионных серийных АКБ одновременно достигнуты E/m =220 Вт·ч/кг и P/m=2 кВт/кг, полная картина сочетания этих параметров представлена на рисунке 2.


Рисунок 2 – Характеристики современных АКБ различных типов

В отдельных тестах достигнуты удельная энергоемкость литий-ионных элементов порядка 1,5 кВт·ч/кг и рекордный ток 20 кА/кг массы электродов [10]. Их гибриды с литий-оксидными Li-Ο2 (которые сами по себе недостаточно мощные, но теоретически могут обладать рекордной емкостью до 5 кВт·ч/кг [11]) лидируют среди перспективных аналогов по обоим параметрам [12], но внедрены они могут быть не ранее, чем в течение 10 лет. Это связано с тем, что подача кислорода воздуха в ячейку, содержащую легко воспламеняющийся литий, требует сложных технологических решений, кроме того, имеются проблемы с электродами с высокой плотностью тока. С применением новых материалов анода, например, кремния, можно ожидать дальнейшего прогресса, однако этому препятствуют трудности: разрушение и разуплотнение элементов кремниевого слоя, а также рост литиевых дендритов через электролит.

На режимах высоких нагрузок литиевые батареи начинают перегреваться. Например, на токе 15С (характерный ток разрядки АКБ в ЖРД с ЭН) литий-ионные элементы выходят из строя за 600 с [13]. Также, в условиях стратосферы при нагреве может закипеть растворитель электролита, т.к. ячейки не защищены от падения давления и начинают разбухать. Безопасной считается эксплуатация АКБ при температуре элементов ниже 100°С, иначе могут инициироваться экзотермические реакции [14]. Максимум отдачи энергии наблюдается при температуре 35-41ºС. В сухих сборках без принудительного охлаждения теплоотвод осуществляется медленнее в несколько раз, поэтому высокомощные сборки элементов требуется защищать от перегрева даже для длительности пуска 150-200 с. Ожидается, что контроль температуры батарей хладагентом поможет на 20% повысить их энергоотдачу.

Литий-серные батареи имеют отличные показатели удельной энергии (до 1,6 кВт·ч/кг для малых токов разряда), поэтому их можно рассматривать при длительности работы от 10 мин. Напомним, у СЛРН Electron время работы первой ступени – 2,5 мин, второй ступени – 6,5 мин, т.е. применение литий-серных АКБ потребует изменения траектории выведения на более пологую, что попутно уменьшит гравитационные потери. В литий-серных батареях используются различные степени окисления серы в составе полисульфид-иона, что, вероятно, позволяет достигать множества стабильных промежуточных состояний серного электрода. Максимальный задокументированный ток разряда в лабораторных условиях – 3С для удельной энергии порядка 1 кВт·ч/кг [15].

Другие авторы полагают, что у потенциально реализуемых изделий ток разряда не превысит 0,2С [16]. В работе [17] для литий-серных АКБ приняты следующие параметры: 1,2 кВт/кг и 350 Вт·ч/кг, приведено их сравнение с литий-ионными и литий-ионными с полимерным электролитом АКБ (литий-полимерных). Сделан вывод, что для применения на СЛРН литий-серные АКБ хуже литий-полимерных.

Для литий-серных лабораторных тестовых микросборок, использующих структурированные наноуглеродные электроды, значение удельной мощности может достигать 10 кВт/кг, как у коммерческих суперконденсаторов, но это, как всегда с нанотехнологиями, дело отдаленного будущего.

Другие типы АКБ – серебряно-цинковые, никель-кадмиевые и никель-металлогидридные, литий-титанатные по отдельным характеристикам могут превосходить литий-полимерные элементы, но по интегральным показателям уступают им (см. рис.2).

Прекрасными разрядными характеристиками обладают АКБ на базе титаната лития: они быстро заряжаются и дают мощную отдачу по току, что делает привлекательным их применение в общественном транспорте. Но они очень тяжелые, и это закрывает им путь в космос.

К литий-ионным близки и отчасти их превосходят серебряно-цинковые элементы с емкостью до 0,22 кВт·ч/кг и током разряда до 50C (т. е. удельной мощностью до 10 кВт/кг) [18].

Ближайшими к ним серийно выпускаемыми бюджетными элементами являются никель-кадмиевые и никель-металлогидридные с мощностью разряда до 1 кВт/кг и удельной энергией в пределах до 0,11 кВт·ч/кг [19].

Гибрид суперконденсатора и элемента питания – «supercapattery» с использованием наноматериалов является перспективным направлением исследований. Сами по себе суперконденсаторы обладают максимально возможной мощностью разряда, превосходящей все известные элементы питания, но их удельная энергоемкость не превышает 10 Вт·ч/кг [20], что является крайне низким показателем (см. рисунок 3).


Рисунок 3 - Соотношение удельной емкости и удельной мощности у источников энергии различных типов, серым показаны области преимущественного использования

Таким образом, их применение целесообразно при времени разряда в несколько секунд, например, при страгивании с места автомобиля в городской среде или других транспортных средств с тяжелым грузом – тепловозов, электровозов, тягачей и т. п. На СЛРН суперконденсаторы могут быть использованы для раскрутки ЭН при запуске ЖРД.

Представляется также целесообразным объединить АКБ и суперконденсаторы в одну сборку. Удельная энергия таких систем в лабораторных условиях уже достигает 200 Вт·ч/кг, а удельная мощность 3 кВт/кг [21]. При использовании ионных жидкостей в качестве электролита уже сейчас достигнута емкость на уровне 90 Вт·ч/кг при комнатной температуре и 136 Вт·ч/кг при 80ºС [22] с перспективой увеличения до 230 Вт·ч/кг при использовании в качестве электролита LiClO4. Удельная мощность теоретически может достигать 10-20 кВт/кг, что выше, чем у турбокомпрессора.

Для СЛРН гибриды суперконденсаторов с АКБ – supercapattery сегодня уже лучше литий-ионных АКБ, но эта технология находится в самом начале пути своего развития. Кроме того, supercapattery тяготеют к периодичности функционирования заряд/разряд.

Можно сделать заключение, что в обозримом будущем на традиционной ракете могут быть применены только литий-ионные АКБ, причем, наиболее вероятно, с полимерным электролитом. Не следует ожидать улучшения их характеристик более, чем на 25%. Другие типы батарей и топливных элементов не имеют перспектив на классических ракетах-носителях.

При этом необходимо учитывать, что масса элементов – это еще не вся масса АКБ. Так, на гибридных автомобилях масса элементов составляет 0,55 массы АКБ. В перспективе, с учетом возможностей новых материалов и «высоких» аэрокосмических технологий, прогнозируется увеличение этого показателя до 0,7-0,8.

Перспективным направлением исследования являются гибриды supercapattery.

Альтернативные источники питания – а если попробовать в обход?

Как будет показано в следующей статье цикла, даже при самых оптимистичных характеристиках АКБ, ракета с ЭН существенно уступает ракете с ТНА по весовому совершенству. Не существует ли иных обходных путей, которые позволили бы получать электричество на борту в количестве и с параметрами тока, достаточными для привода ЭН?

Топливные элементы (ТЭ) фосфатных, карбонатных, щелочных классов и твердооксидные (ТОТЭ) обладают существенно большей эквивалентной удельной энергоемкостью по сравнение с лучшими АКБ. Как сообщает портал GasWorld [23], дрон на топливных элементах компании MetaVista с баком жидкого водорода и двигателем FCPM производства Intelligent Energy провел в небе 10 часов 50 минут. Удельная энергоемкость системы составила 1865 Вт·ч/кг. Для сравнения: энергоемкость систем на основе Li-Ion аккумуляторов редко превышает 200 Вт·ч/кг.

ТЭ не могут быть мгновенно введены в действие из-за необходимости разогрева до температур порядка 200-1000ºС, что не является для СЛРН серьезным недостатком. Время подготовки ракеты к старту, в любом случае, составляет несколько часов. Большинство ТЭ требуют подачи чистого водорода, что затрудняет их применение в ЖРД, работающих на углеводородном горючем.

К сожалению, достигнутая удельная мощность серийных ТЭ составляет около 1 кВт/кг, максимум – 1,25 кВт/кг, т.е. существенно ниже, чем у лучших литий-полимерных АКБ. Именно невысокая удельная мощность ограничивает применение ТЭ на борту СЛРН.

Интересными свойствами и способностью работать не только на водороде, но и на углеводородном горючем, высоким КПД преобразования химической энергии в электрическую обладают ТОТЭ и родственные им протон-керамические ТЭ [24], но они еще тяжелее обычных.

Таким образом, как и в случае литий-серных батарей, применение ТЭ может быть обоснованным при времени работы больше 10 минут, что потребует запуска СЛРН по пологой траектории.

Интересной идеей является прокачка водорода через протонообменную мембрану под давлением [25], предложенная компанией HyPoint, что позволяет прокачивать через ТЭ в три раза больше водорода, чем в традиционной конструкции – соответственно,  увеличивается в три раза его удельная выходная мощность (см. рис.4).

 

Рисунок 4 - Топливный элемент с воздушным охлаждением и принудительной прокачкой водорода под давлением фирмы HyPoint

Глава компании Алекс Иваненко заявляет, что достигнута удельная мощность 2 кВт/кг. Смущает только то, что компания, перебравшаяся из Сколково в Кремниевую долину, «прославилась» тем, что совместно с небезызвестной сколковской фирмой Бартини под камеры прессы в первом же публичном показе отправила своё чудо техники мордой в сугроб [26]. Очевидная безграмотность конструкции беспилотника Бартини, негативная реакция прессы и насмешки в социальных сетях вызвали специальный пресс-релиз Ассоциации «Аэронет», смысл которого был в том, что профессионалы к этим самодельщинам никакого отношения не имеют.

Сама же идея прокачки водорода под давлением на СЛРН может быть вполне продуктивной, тем более что на борту есть, чем охлаждать ТЭ.

Безгенераторные ТНА в ряде случаев могут быть альтернативой ЭН на АКБ. В безгенераторных водородных ЖРД рекордная энергия теплоотведения водорода, получаемая при охлаждении камеры сгорания и сопла, достаточна для привода турбины ТНА даже на ЖРД малой тяги. Низкие давления и температура перед турбиной позволяют выполнить её конструкцию надежной и легкой.

Так, в КБХА были разработаны безгенераторные ТНА для привода отдельно насоса водорода и отдельно насоса кислорода в ЖРД РД-0146 (см. рисунок 5), а также для первого в мире безгенераторного кислородно-водородного ЖРД Пратт-Уитни Рокетдайн RL10 (США, 1963 г), у которого насосы находятся на одном валу и связаны через редуктор (рисунок 6) [27]. Применение нового ТНА позволяет расширить диапазон использования двигателя RL10 по тяге – от 5 до 15,6 т вместо 6,7– 11,0 т.

Применение на таких ЖРД ЭН, АКБ и ТЭ лишено всякого смысла. Однако с уменьшением размерности турбины КПД её стремительно падает, площадь, с которой собирается энергия за счет охлаждения камеры сгорания, тоже уменьшается, а технические сложности нарастают.

1 – ТНА водорода, 2 – ТНА кислорода, 3 – БТНА водорода, 4 – БТНА кислорода, 5 – камера

Рисунок 5 – Схема системы питаний водородного ЖРД РД-0146 (КБХА) безгенераторного типа (а) и ротор ТНА подачи водорода (б)

Рисунок 6 – Схема системы питаний водородного ЖРД RL-10 (а), ротор водородного насоса (б) и разрез блочного ТНА (в)

Получение водорода для ТЭ прямо на борту. На ЖРД с углеводородным горючим для питания ТЭ необходимо использовать дополнительный источник водорода. Для применения в краткосрочных пусках от 5 минут может рассматриваться пара «цинк-перекись водорода» [28]. Экспериментальная сборка достигает плотностей мощности 1,2 Вт/см2 (как в коммерческих топливных элементах), топливом служит цинковый порошок, окисляемый на аноде. Однако такая конструкция ТЭ уступает известным ТНА, работающим за счет реакции разложения перекиси водорода в газогенераторе. Кроме того, позиция Роскосмоса – применение на борту СЛРН перекиси водорода в любых видах нежелательно. Существуют различные твердые порошки, содержащие водород, например, аминоборан и борогидрид лития, которые отдают при нагревании до 300ºС от 13% до 15% по массе водорода. Но они не конкурентоспособны с АКБ по энергоемкости.

Более перспективны жидкие вещества, которые можно использовать для охлаждения камеры сгорания и сопла ЖРД, например – метанол, который при нагревании до 300-350ºС разлагается на синтез-газ (СО+H2). Метанол имеет сравнительно слабые характеристики теплоотбора и как топливо неинтересен.

Аммиак весьма перспективен. Рассматриваются кислородно-керосиново-аммиачные ЖРД [29], в которых доля аммиака может достигать 35% без потери удельного импульса по сравнению с парой керосин-кислород (см. рис.7). При этом температура горения снижается почти на 600 – 1000ºС из-за невысокой теплотворной способности аммиака (меньше, чем у керосина на 30-33%), что упрощает охлаждение камеры сгорания.


Рисунок 7 – Зависимость идеального удельного импульса в пустоте (Iу,п) от массового соотношения кислородно-керосиновых компонентов топливной смеси (Km) и доли аммиака (в процентах от суммарного расхода топлива)

Такие характеристики являются следствием высокого значения газовой постоянной у продуктов сгорания смеси керосин-аммиак-кислород, которая на 10% больше, чем у керосина с кислородом. А удельный импульс Iу.и. ∽ (RT)½, где R – газовая постоянная, T – температура. При использовании в паре с жидким кислородом пустотный удельный импульс аммиака составляет порядка 2900 м/с, т.е. чуть меньше, чем у керосина, но в смеси с керосином удельный импульс не ниже.

По интенсивности теплоотбора (при паровой конверсии до 6 МДж/кг) аммиак уступает только водороду, хотя и сильно. Но все остальные углеводородные топлива он превосходит в четыре и более раза (паровая конверсия керосина – 1121 кДж/кг, что соответствует теплосъему 0,7 МВт/м2). По теплопроводности аммиак превосходит керосин в 40 и более раз.

Как хладагент аммиак превосходит и жидкий метан. В последнее время стали появляться публикации, что содержащейся в тугоплавких сплавах никель способствует пиролизу метана уже при температуре около 700ºС [30], что сопровождается образованием сажи. В упомянутой работе предлагается защищать охлаждаемую поверхность инертным материалом, например, графитом, что достаточно сложно для регенеративного охлаждения с внутренними каналами сложной формы.

Таким образом, аммиак – отличный хладагент: разлагаясь, он дает водород. При температуре 500-600ºС аммиак разлагается на водород и азот в пропорции 1:3. Высокая газовая постоянная и сравнительно низкая температура парогазовой смеси позволяют сделать турбину ТНА простой и эффективной. Аммиак можно использовать и внутри камеры сгорания и сопла для организации завесного охлаждения, при этом он также в 5-6 раз эффективнее керосина. Расчеты показывают, что при умеренных значениях давления в камере сгорания (80-100 атм) и применении турбины ТНА с перепадом давления πт>2, возможно организовать безгенераторную схему с использованием в качестве рабочего тела парогазовый смеси уже на первой ступени, тем более, на высотных и широкодиапазонных соплах.

Аммиак относится к 4 группе опасности, т.е. мало опасен, его утечки благодаря резкому запаху легко обнаруживаются, в этом отношении он гораздо безопаснее водорода. Он летуч, и его разливы вызывают меньшие экологические последствия, чем разливы керосина. Продукты сгорания содержат окислы азота, но в связи с отсутствием в нем углерода, подбор режимов, при которых выбросы NOx минимальные, не представляет проблемы. Следовательно, аммиак можно считать сравнительно безопасной для экологии и персонала добавкой к топливу.

Ацетам – аммиачно-ацетиленовый раствор. Ацетам имеет удельный импульс до 4200 м/с в пустоте и до 4000 м/с на уровне моря. Зависимость удельного импульса от концентрации аммиака в готовой топливной смеси с кислородом и от соотношения окислителя и горючего (Km) приведены на рисунке 8 [31], где видно, что ацетам существенно превосходит керосин, а при доле аммиака в топливной смеси 15% требует такого же количества кислорода.


Рисунок 8 - Зависимость идеальных значений удельного пустотного импульса для продуктов сгорания в кислороде ацетилено-аммиачного горючего различного процентного состава от Km при степени расширения сопла r = 10,3, (pк = 166 кгс/см2 , Km  массовое отношение кислорода к ацетилену/керосину в топливной смеси), процентное содержание аммиака в топливе

Ацетам – высокоэнергетическое топливо, уступающее только водороду. Оно может храниться при температуре минус 40ºС и давлении около 3 атм, что хорошо соответствует условиям наддува баков СЛРН по условиям прочности, когда стартовая тяговооруженность составляет порядка 2. Именно такая тяговооруженность является оптимальной для ракеты с корпусом из углепластика. Можно использовать аммиак для охлаждения, а затем смешивать его с ацетамом. Переход от окислительного газа к нейтральному парогазу снимает целый ряд острых технических проблем и повышает безопасность эксплуатации ЖРД, в том числе при многоразовом использовании. Вдобавок к химической нейтральности, лучше у аммиачной смеси также и работоспособность – газовая постоянная около 60 Дж/кг·град, тогда как для окислительного турбогаза она не превышает 30 Дж/кг·град. Следовательно, смешиваемый с ацетамов парогаз также может использоваться для получения электроэнергии на борту в ТЭ или в качестве рабочего тела для безгенераторного ТНА.

К сожалению, ацетам плохо изучен. Достоверно известно, что относительно безопасными могут быть смеси с парциальным давлением ацетилена в газовой смеси не более 10 атм. Растворимость ацетилена в жидком аммиаке нелинейно расчет с уменьшением температуры. Соответственно, при сжатии раствора, выделяться в газовую фазу будет больше ацетилена. Газообразный ацетилен непредсказуем, коварен и чрезвычайно взрывоопасен. Поскольку он детонирует при сжатии, а также и при нагреве до 500ºС, то совершено непонятно, как поведет его смесь с аммиаком в топливных насосах. Все эти вопросы требуют тщательного изучения и экспериментальной отработки.

С другой стороны, даже смесь ацетилена с аммиаком в пропорции 50-50% превосходит керосин по всем показателям как ракетное горючее и как хладагент. Ацетам является весьма перспективным для применения в ротационно-детонационном двигателе, который при работе на ацетаме и давлении в камере сгорания до 150 атм вообще не требует насосов.

Комбинированная схема с генератором электроэнергии для подзарядки АКБ может быть использована на классической ракете для вариантов, когда отбираемой за счет охлаждения энергии не хватает для привода ТНА. Поскольку удельная мощность электрогенератора в зависимости от частоты вращения составляет 3-5 кВт/кг, то выгоднее использовать для получения энергии генератор, а не ТЭ, в тех случаях, когда требуется высокая удельная мощность, т.е. при классическом вертикальном старте с большим ускорением. Следовательно, мощный электрический генератор, работающий через высокорейтинговые АКБ или, в идеале, через supercapattery, является оптимальным источником тока.

Вполне интересным может быть вариант с термоэмиссионным охлаждением (ТэО), кратко рассмотренным в шестой статье. Напомним, что в типичном случае, термоэмиссионное покрытие может генерировать электрическую мощность 250 кВт/м2 при температурах более 1500К. Защищаемая конструкция охлаждается при этом на 500-700 гр. С нагреваемых участков собирается электроэнергия с КПД преобразования в электричество порядка 50%. Её можно использовать для подзарядки АКБ.

Заключение

В настоящей статье были рассмотрены аккумуляторные батареи различных типов. Показано, что для традиционной сверхлегкой ракеты с быстрым вертикальным стартом наилучшим вариантом на обозримую перспективу являются литий-полимерные элементы. Наиболее перспективным направлением исследований являются гибриды суперконденсаторов и аккумуляторных батарей – supercapattery.

Переход на водород исключает потребность в электронасосах, т.к. безгенераторная схема с использованием паров водорода из рубашки охлаждения ЖРД генерирует достаточно энергии для привода насосов. Применение в качестве горючего смеси керосина с аммиаком и ацетилена с аммиаком представляется хорошей альтернативой водороду. В этом случае может быть реализована безгенераторная схема, в том числе, с выработкой водорода на борту для питания топливных элементов, но более привлекательным с точки зрения удельной массы выглядит привод от турбины электрического синхронного генератора, подзаряжающего аккумуляторные батареи. Данная схема отличается наибольшей гибкостью, поскольку частоты вращения турбины и насосов могут изменяться независимо друг от друга.

Для подзарядки батарей могут использоваться элементы термоэмиссионного охлаждения, которые уступают по эффективности теплоотбора регенеративным системам, использующим керосин, но преобразуют энергию непосредственно в электричество с КПД порядка 50%.

В следующей статье будет приведен весовой анализ ракет с электрическими насосами и турбонасосными агрегатами. Будут рассмотрены варианты различных топлив в сочетании с электрическим приводом.

Благодарности

Автор благодарит за помощь в подготовке статьи и предоставленные материалы сотрудников Научно – Исследовательской Лаборатории Беспилотных авиационно-космических систем (НИЛ БАКТС) БГТУ «Военмех»: Станислава Колосенка, Алексея Колычева и Александра Никитенко.



[1] https://thealphacentauri. net/25345-o-dvigatele-rutherford/

[2] https://habr.com/ru/post/404025/

[3] http://jurnal.vniiem.ru/text/171/14-23.pdf

[4] https://www.barber-nichols.com

[5] Иванов А.И., Борисов А.В. Кислородно-водородный ЖРД для разгонных блоков ракет-носителей легкого класса с использованием водородного ТНА, разработанного для авиационного ГТД. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, №3(34), 2012, с.302-306.

[6] Иванов А.И., Косицын И.П., Борисов В.А. Анализ схем жидкостного ракетного двигателя небольшой тяги с авиационным турбонасосным агрегатом на метане // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2016. Т. 15, No 4. С. 75-80. DOI: 10.18287/2541-7533- 2016-15-4-75-80.

[7] https://habr. com/ru/company/toshibarus/blog/455513/

[8] https://habr.com/ru/company/toshibarus/blog/462185/

[9] Rachov, A. Pavlov, P & Tacca, H.E. & Lentini, Diego. “Electric Feed Systems for Liquid-Propellant Rockets,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 29, No. 5, 2013, pp. 1171-1180.
doi: 10.2514/1.B34714.

[10] Linpo Yu, George Zheng Chen, “Supercapatteries as High‑Performance Electrochemical Energy Storage Devices”, Electrochemical Energy Reviews, 2020.

[11] Grande L, Paillard E, Hassoun J, et al. The lithium/air battery: still an emerging system or a practical reality? Adv Mater. 2015;27:784–800. doi: 10.1002/adma.201403064.

[12] L. An, T.S. Zhao et al., “A low-cost, high-performance zinc-hydrogen peroxide fuel cell”, Journal of Power Sources 275 (2015) 831e.

[13] X T. Dong, P. Peng, F. Jiang, “Numerical modeling and analysis of the thermal behavior of NCM lithium-ion batteries subjected to very high C-rate discharge/charge operations”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 117, February 2018, pp. 261-272.

[14] Yang Yang, Yishen Xue, et al., “A Facile Microfluidic Hydrogen Peroxide Fuel Cell with High Performance: Electrode Interface and Power-Generation Properties”, ACS Appl. Energy Mater., 2018, 1, 10, 5328-5335.

[15] Zhan Lin, Chengdu Liang “Lithium-Sulfur Batteries: from Liquid to Solid Cells”, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 936-958.

[16] Zhu Kunlei, Wang Chao, Chi Zixiang, Ke Fei, Yang Yang, Wang Anbang, Wang Weikun, Miao Lixiao, “How Far Away Are Lithium-Sulfur Batteries From Commercialization?” , Frontiers in Energy Research, vol. 7, 2019, p.123.

[17] Kaan Gegeoglu, Mehmet Kahraman, Arif Karabeyoglu. Assessment of Using Electric Pump on Hybrid Rockets. Conference: AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum. DOI: 10.2514/6.2019-4124.

[18] Thomas P. J. Crompton, Battery Reference Book, Elsevier, Mar 20, 2000.

[19] Siraj Sabihuddin, Aristides E. Kiprakis and Markus Mueller, “A Numerical and Graphical Review of Energy Storage Technologies”, Energies 2015, 8, 172-216.

[20] М.Сизов, “Устройство для выравнивания напряжений на элементах батареи суперконденсаторов”, Современная Электроника, № 1, 2013, c 40-43.

[21] Linpo Yu, George Zheng Chen, “Supercapatteries as High‑Performance Electrochemical Energy Storage Devices”, Electrochemical Energy Reviews, 2020.

[22] Yu LP., Chen GZ. High energy supercapattery with an ionic liquid solution of LiClO4. Farad Discuss. 2016;190:231–240. doi: 10.1039/C5FD00232J.

[23] https://www.gasworld.com/hydrogen-powered-uav-sets-record-in-the-sky/2016427.article

[24] Duan C, Kee RJ, Zhu H, Karakaya C, Chen Y, Ricote S, et al. Highly durable, coking and sulfur tolerant, fuel-flexible protonic ceramic fuel cells. Nature 2018;557:217–22. doi:10.1038/s41586-018-0082-6.

[25] https://naukatehnika.com/turbo-toplivnyie-elementyi-evtol.html

[26] https://nplus1.ru/news/2018/12/08/bartini

[27] А. И. Дмитренко, А. В. Иванов, В. С. Рачук. Развитие конструкций турбонасосных агрегатов для водородных ЖРД безгенераторной схемы, разработанных в КБХА. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. No 4 (24) 2010 г., с.38-48.

[28] L. An, T.S. Zhao et al., “A low-cost, high-performance zinc-hydrogen peroxide fuel cell”, Journal of Power Sources 275 (2015) 831e.

[29] В.И. Архангельский, В.Н. Хазов. Кислородно-Керосино-Аммиачные топливные композиции в ЖРД. http://lpre.de/resources/articles/83121926.pdf.

[30] R. Minato, K. Higashino, M. Sugioka and Y. Sasayama. Control of LNG Pyrolysis and Application to Regenerative Cooling Rocket Engine. https://www.intechopen.com/books/heat-exchangers-basics-design-applications/control-of-lng-pyrolysis….

[31] Хазов, В.Н. Ацетилено-аммиачные растворы как высокоэффективное горючее кислородных ЖРД [Teкст] / В.Н. Хазов // Труды НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко. – 2008. – No 26. – С. 48-67.

#Аэроспейснет, #ракета, #космос

Обсуждение классического магнитного двигателя.

Интересно, как развивается идея. На рисунке справа показано Рисунок Криса Ченга, изображающий его идею в простой форме. Северный полюс в центре ничего полезного не делал. Цилиндрический щит прикреплен к S-полюсу так, чтобы S-полюс “видел” через окно в щите, видя N полюсов немного “впереди”, поэтому привлекательный сила имеет поступательную составляющую на ротор. Диаграмма Криса также показал N полюсов снаружи, без явного указания S полюса этих магнитов.Никто и никогда не делал магнитных монополей, поэтому мы должны решить, как расположить магниты так, чтобы эти S-полюса не ухудшать работу двигателя.

Чтобы использовать оба полюса магнита внутри экрана, Ввел щит с двумя окошками (цветное фото). Вы можете легко представить себе другие способы добиться этого. Это версия, размещенная в виде головоломки на моей веб-странице.

В наши дни многие изобретатели ПМ возятся с магнитами на колесах.Почему увлечение магнетизмом? Я думаю, это потому, что большинство людей, даже те, у кого были курсы физики и инженерии, все равно немного озадачены тем, как работают магниты, поэтому они с меньшей вероятностью увидеть недостатки в конструкции магнитного двигателя. Один из таких изобретателей пытался убедите меня, что магниты имеют неограниченную запасенную энергию или могут неограниченная энергия «откуда-то». «Вы только посмотрите на эти магниты на ваш холодильник, — сказал он. — Они обеспечивают себя, выполняя работу против силы тяжести навсегда , так что они должны обладают бесконечным запасом энергии.” Это простое непонимание силы и работы. Сила должна сдвинуть объект, чтобы совершить над ним работу. Сила магнита на холодильник ничего не двигает, и ни на что не действует. [4]

Эта конкретная головоломка с магнитным двигателем привлекает многих внимания в последнее время от людей, которые говорят, что у них были похожие идеи. Некоторые люди жалуются мне, что решение не было опубликовано в течение длительного времени. Другие, в основном физиков и инженеров, красноречиво рассказывают о теории поля и мне кажется, что я упускаю суть упражнения.

Многие предложения PM имеют несколько недостатков. Вы можете сказать, что они могут потерпеть неудачу на многих уровнях. Они имеют несколько режимов отказа. Некоторые дефекты может быть исправлено более совершенным проектированием. Точно так же, как мы позволяем предположим, что трение отсутствует, чтобы выявить более фундаментальные недостатки, мы также можем, один за другим, исправлять мелкие недостатки лучше техники, пока не останется одна серьезная и непреодолимая.

В этом движке некоторые корреспонденты указали на мелкие проблемы:

  1. Поле из-за симметричного массива внешние магниты будут равны нулю в центре массива.Однако полюса вращающегося магнита не находятся в центре. Помимо, эти полюса предположительно защищены от воздействия большинства внешних магнитов.
  2. Вращающийся магнит может «видеть» как северный, так и южный полюса внешнего массива, через щитовые окна. Конечно, полюса N доминируют, будучи ближе, но система кажется несколько неэффективной.
  3. Конечный набор внешних магнитов создает поле, которое варьируется в прочность с углом поворота. Вращающийся узел может просто найти положение относительного равновесия и просто сидеть там, как колесо в дорожная колея. Итак, мы поместили больше магнитов во внешний массив, чтобы выровнять поле. На самом деле это не проблема, потому что если мы дадим ротору хватает начальной скорости, едет по неровностям поля.
  4. Идея магнитных экранов, действующих как световые экраны (просто блокирование линий поля) слишком упрощенно. Это правда. Смотри ниже.
Чтобы ответить на возражение 2, мы улучшим конструкцию, изменив положение магнитов. добавление еще одного вращающегося узла на тот же вал и защита магнитов в каждом роторе от «видения» любых полюсов неправильной полярности.

Второй ротор должен быть ориентирован на валу так, чтобы действующие на него силы стремились повернуть вал в том же направлении, что и первый ротор. (ЕСЛИ он вращается!) Мы можем даже расположить второй ротор на валу таким образом, чтобы сгладить «бугристые» эффекты полей. Посмотрите, что может сделать небольшая инженерная модернизация? [Построить эту диаграмму было достаточно сложно. Не ожидайте, что я подробно покажу опорную раму, опору вала и средства передачи вращения вала чему-то другому для выполнения полезной работы.]

Мы признаем, что возражение 4 серьезное. Однако в обычном для нас духе Справедливости ради изобретатели, допустим, что каким-то образом мы изобретаем щит который действует таким простым образом, блокируя влияние любого магниты, которые не находятся в прямой видимости через окна щита. Эта задача может быть ничуть не менее сложной, чем создание любой машины ПМ. Но, сделав эту уступку и временно отложив в сторону проблему изготовления такого щита, мы можем выявить другие фундаментальные проблемы этой конструкции.

Краткий ответ.

Во-первых, давайте посмотрим на поле, создаваемое круговым кольцом полюсов магнитов одной полярности, лежащих на плоскости. Из-за симметрии и векторной природы силы их суммарное поле в центре круга равно нулю. Но как насчет их объединенного поля в другом месте плана? Удивительный результат состоит в том, что комбинированное поле почти равно нулю в любой точке плоскости внутри круга. [1] На самом деле, если бы кольцо было непрерывным распределением полюсов, поле было бы равно нулю в любом месте внутри круга и в плоскости круга.Это непрерывное распределение является полезной моделью для дальнейшего анализа.

Первоначальная форма двигателя имела магниты, лежащие в плоскости. Это эквивалентно одному кругу из N полюсов и большему кругу из S полюсов. Каждый круг вносит почти нулевое поле в любом месте меньшего круга, поэтому суммарное поле от всех магнитов почти равно нулю где-либо в пределах меньшего круга и в той же плоскости. [2]

Таким образом, вращающийся магнит и экран «видят» почти нулевое поле от внешних магнитов.Поэтому эти магниты не действуют на ротор. Нет ничего, что могло бы заставить ротор двигаться, независимо от того, прикреплены к нему экраны или нет. [3]

Более широкие последствия.

За поведением магнитов часто интересно наблюдать, поскольку они воздействуют друг на друга и на металлические предметы. Возникает искушение думать, что их движение связано с их «запасенной» магнитной энергией, и если бы вы могли сконструировать устройство, превращающее эту накопленную энергию в полезную работу, вы бы добились если не вечного движения, то, по крайней мере, чего-то очень полезного. .Такова привлекательность магнитов для искателей вечного движения. Даже если они понимают, что внутренняя энергия магнита не извлекается, они предполагают, что магниты являются каким-то проводником энергии, хранящейся в вакууме или где-то еще.

Магнитная энергия, запасенная в магните, ничтожна. Его легко «извлечь» резкими ударами по магниту или нагреванием магнита. Такие действия нарушают выравнивание магнитных доменов внутри магнита. После этого магнит больше не намагничивается.При отсутствии таких процессов движение магнитов в моторном или генераторном устройстве не происходит за счет накопленной ими магнитной энергии. Такие движения полностью являются результатом первоначальной механической энергии, которую вы сообщаете магнитам, когда размещаете их в нужном положении относительно друг друга. (Возможно очень небольшое размагничивание из-за термических и других нагрузок, когда магнит является частью двигателя или генератора.)

Вы видели те игрушки с магнитными маятниками, которые эротически движутся в поле неподвижных магнитов, расположенных под ними. Трение маятника очень мало, поэтому устройство движется довольно долго, прежде чем остановится. Но это движение не использовало энергию, хранящуюся в магнитах, ни капли. Вы можете оттянуть маятник в сторону (придав ему первоначальную энергию) и запустить его снова, и он будет работать так же долго, как и раньше. Вы можете повторять это раз за разом, день за днем, и никогда не извлекать энергию, хранящуюся в магнитах. Единственная энергия, которая ему нужна, это то, что вы отдали ее, когда сначала оттянули магнит в сторону, и когда она израсходована, он останавливается.

Эти устройства также не извлекали энергию из неизвестных источников. Если вы тщательно измерите и учтете механическую энергию, которую вы вкладываете в систему, и механическую энергию, которая рассеивается в тепловую энергию, вы обнаружите, что вся энергия полностью учтена. Магнитные машины не извлекают энергию из вакуума, эфира, четвертого измерения или любого другого магического царства.

Примечания:

[1] Читателю предлагается разработать аккуратное математическое доказательство без явного использования исчисления. Вы можете сделать это, рассмотрев простую «полюсную» модель магнита, где полюса притягиваются или отталкиваются в соответствии с законом обратных квадратов. Мы работаем в двухмерной плоскости, так что это сильно упрощает работу. Затем введите скалярный потенциал, который подчиняется обратному закону первой степени. Теперь используйте геометрический аргумент, чтобы показать, что скалярный потенциал постоянен где угодно внутри и в плоскости круга полюсов. Следовательно, сила, вытекающая из этого потенциала, должна быть равна нулю в любом месте этой плоскости и внутри круга.

[2] Если вас беспокоит «почти» нуль, вы можете возразить, что поле, хотя и небольшое, на самом деле имеет периодическое изменение напряженности в зависимости от угла, имея M периодов на 360°, если имеется M магнитов. Это не помогает делу вечного движения. Если вы придадите ротору вращение, толкнув его достаточно сильно, он будет двигаться с переменной скоростью с тем же периодическим изменением, пока силы трения не остановят его в одном из M положений равновесия сил. Такое поведение наблюдается при попытке создать вечный двигатель с магнитным двигателем.Верующие в вечное движение называют это «камнем преткновения» и представляют, что если бы липкие точки можно было устранить путем редизайна, они достигли бы вечного движения или даже сверхединичной производительности.

[3] Другими словами, потенциальная энергия ротора по отношению к магнитам статора периодически изменяется по кругу. Ротор остановится в положении относительно минимальной потенциальной энергии. Чтобы вывести его из такой «потенциальной ямы», требуется приложить силу, достаточную для придания ему дополнительной энергии, равной энергии соседнего потенциального пика.Но это всего лишь старое доброе энергосбережение в действии.

Магнитный экран оказывается отвлекающим фактором, не имеющим значения в этом устройстве. Большинство респондентов пошли на многое, чтобы доказать, что идеальный магнитный экран сам по себе является невозможным устройством, или постулировать, как экран искажает магнитные поля, не понимая, что экран совершенно не имеет отношения к этой версии устройства. [5]

Проверьте галерею приложений Музей неэкранированного магнитного двигателя с другим методом обман.

[4] Очевидно, это заблуждение более распространено, чем я думал. Я редко читаю интернет-форумы и дискуссионные группы, потому что слишком много людей там тратят время на необоснованные мнения или разглагольствуют о физике, как будто они действительно ее понимают. Корреспондент указал мне на один такой случай, когда кто-то уверенно заявил, что мой комментарий о магните на холодильник был неправильным:

Здесь [так в оригинале] кое-что не так.Одно из них было сказано человеком, создавшим сайт.

ЦИТАТА: Сила должна двигать объект, чтобы совершить над ним работу. Сила магнита на холодильник ничего не двигает, и он не работает.

Магнит совершает работу, поддерживая себя. Скажем, у нас была металлическая комната (черный металл). Вы можете прикрепить постоянный магнит к потолку, и он останется там. По словам человека, который сделал этот сайт, магнит не работает, потому что ничего не движется? Подойдите к турнику и повисните там на руках. Не двигайся, просто виси. Скажи мне, что ты [так в оригинале] не работаешь и что ты [так в оригинале] бредишь. Магнитный двигатель, который они там показывают, не будет работать, я скажу это, но не по причинам, которые они приводят. Снимите экран и изогните магнит. Поместите изогнутый магнит снаружи в фиксированное положение, а остальные магниты положите на вал. О, подождите… Это двигатель Говарда Джонсона с постоянными магнитами.

В физике определение работы таково: «Работа, совершаемая силой, действующей на тело, равна произведению величины этой силы на расстояние, пройденное телом, и умножению на косинус угла между силой и расстоянием. .«[И сила, и расстояние являются векторами.] Или W = F x cos θ . (x — расстояние, на которое перемещается тело. θ — угол между векторами F и x.) Таким образом, нет движения, нет пройденного расстояния ,ноль работы.Невежественная душа,которая так уверена что я не прав,приводит в пример человека висящего на перекладине,поддерживая собственный вес. Этот человек безусловно расходует энергию в этом процессе,поскольку мышечное усилие задействует мышцы волокна сокращаются и расслабляются, выполняя микроскопическую работу внутри тела.Эта работа рассеивается в виде тепла. Но он не делает макроскопической работы на перекладине или чем-то еще вне своего тела. Если бы его приговорили к повешению на петле до смерти, его безжизненное тело так же висело бы там, не выполняя никакой работы.

Наш магнит на холодильник также не совершает никакой работы, ни внешней, ни внутренней, так как он неподвижно стоит на стенке холодильника, поддерживая собственный вес.

Это всего лишь еще один пример из многих, который показывает, что непонимание фундаментальной, элементарной физики является топливом, которое мотивирует вечных двигателей.Большинство из этих людей не в состоянии проводить анализ силы и крутящего момента систем с помощью диаграмм свободного тела, а это навыки, которые предполагается освоить в первой половине первого семестра элементарного курса физики.

[5] Декабрь 2007 г. Джейкоб Бэйлесс, студент инженерного факультета Университета Британской Колумбии, хотел вернуться к вопросу, который мы отложили в долгий ящик, — магнитному экрану. Он указывает, что магнитный экран не совсем не имеет отношения к этому устройству. Он присылает хороший анимированный GIF-файл, показывающий очень простой вечный двигатель, который воплощает в себе самое простое применение идеи, лишенной сложностей, вызванных таким количеством магнитов.От устройства Джейкоба нельзя отказаться, не проанализировав силы на щитах. Я заметил, что самые оригинальные и гениальные проекты присылают мне люди, которые чертовски хорошо знают, что они не могут работать, и знают, почему. Они просто развлекаются творчески, представляя себе преодоление невозможностей физики.

Вращающийся магнит имеет экран (показан темно-серым цветом) с открытыми отверстиями возле каждого полюса. Геометрия позволяет этому магниту взаимодействовать с полюсом N неподвижного магнита в правом нижнем углу.Синие стрелки показывают, когда притяжение или отталкивание сильнее. Просто дайте ротору толчок, и он будет вращаться вечно!

Дизайн и анимация Джейкоба Бэйлесса. © 2007.

Обратите внимание, что отверстия экрана имеют разные размеры и форму для полюсов N и S. Тонкий момент, но свидетельствует о хорошем инженерном замысле. Это обеспечивает максимальный крутящий момент вращающейся системы. (!)

Суть в том, что полевые щиты никогда не бывают “волшебными” в своей работе.Они по-прежнему должны подчиняться третьему закону Ньютона, который гарантирует, что когда на экран действуют силы, связанные с другими частями системы, то экран, в свою очередь, оказывает одинаковое по величине и противоположно направленное воздействие на эти части системы. Разработчики вечных двигателей редко даже учитывают третий закон Ньютона, но именно закон природы обрекает их усилия на провал.

[Январь 2009] Мне нравится оставлять некоторые вопросы без ответа, чтобы расстроить читателей. Один читатель сообщил мне, что приведенный выше ответ не совсем ясен.Вот еще.

Обратите внимание, что Джейкоб не включает моменты времени, когда полюс S неподвижного магнита «виден» через одно из окон экрана, и в этих случаях силы замедляют предполагаемое движение колеса. Правда, из-за дополнительного расстояния они несколько слабее тех, что мигают на экране синим цветом. Кроме того, силы не проявляются в течение большей части времени, когда окна не направлены на неподвижный столб. Но в это время все еще существуют силы притяжения и отталкивания, в основном отталкивания.Магнитные экраны не излучают поля, как луч фонарика. Поля раскинулись. На самом деле сильные силовые линии все время проходят от северного до южного полюса вращающегося магнита. И оказывается, что силы, создаваемые краевым полем, в большинстве своем таковы, что тормозят любое движение ротора. Конечно, это описание предполагает наличие вращательного движения. Может быть, на короткое время, но ротор быстро найдет положение устойчивого равновесия и остановится там.

И наконец.Если экран эффективно изменяет поле вращающегося магнита, он делает это, создавая собственное поле в ответ на поле от маленького магнита (третий закон Ньютона), и это поле экрана противоположно по размеру и направлении (в основном) в тех областях, где он эффективно «отменяет» поле магнита. Теперь, если он делает это, то он должен также делать то же самое для фиксированного (большего) магнита в правом нижнем углу. (Экраны не различают.) И здесь вступает в действие закон Ленца (магнитный результат третьего закона Ньютона), так что движению магнитного экрана противодействует больший магнит.На моей демонстрационной странице по физике у меня есть демонстрация закона Ленца, в которой сильный магнит падает на алюминиевую трубку. Когда это сделано, движущееся поле магнита индуцирует ток в алюминии, поля которого препятствуют изменению движения магнита. Таким образом, это уменьшает нисходящее ускорение магнита, и он быстро достигает медленной конечной скорости и достигает дна трубы намного позже, чем если бы он находился в свободном падении на том же расстоянии.

Я надеялся, что какой-нибудь компьютерный гений, имеющий доступ к программному обеспечению, которое динамически моделирует магнитные поля, сможет запустить это через компьютер и посмотреть, что получится.Довольно много энтузиастов вечного двигателя сделали это для своих изобретений и сообщают, что их идея «многообещающая». Но никто не проглотил наживку и не смоделировал этот. Программное обеспечение, которое я видел, которое выполняет такие симуляции, обычно имеет распространяющиеся вычислительные ошибки, которые могут обмануть вас, заставив думать, что существует «небольшая тенденция к поддержанию вращательного движения». Очень незначительно. Кроме того, эта программа не предназначена для расчета сил на магнитном экране.

Это когда программное обеспечение настроено должным образом.Но обычно эти люди не настраивают его правильно и опускают некоторые «мелкие детали», которые они не считают важными.

Здесь нам нужно еще раз напомнить себе, что не существует известного идеального магнитного экрана для статических или квазистатических магнитных полей. Но даже если мы допустим такой идеальный экран для анализа (так же, как мы допускаем подшипники без трения), эти магнитные двигатели, использующие экраны, не будут иметь производительность, превышающую единицу.

Вернитесь в Музей неисправных устройств.

как построить магнитный двигатель – ресторан и пиццерия Blue Monkey

как построить магнитный двигатель

Как построить магнитный двигатель?

Начало предлагаемого клипа

Конец предлагаемого клипа

Вы захотите коснуться изогнутой частью провода верхней части аккумулятора. Затем мы хотим согнуть. Еще вам нужно коснуться согнутой частью провода верхней части аккумулятора. Далее мы хотим согнуть два конца нашей проволоки. Так что они будут проходить прямо через середину магнитов.

Можете ли вы сделать двигатель только с магнитами?

Таким образом, идея двигателя, приводимого в движение только постоянными магнитами, вполне осуществима и не может быть отклонена как нарушение закона сохранения энергии. Двигатель с постоянными магнитами будет , а не производить энергию и не будет вечным двигателем.

Как сделать двигатель с постоянными магнитами?

Как вы генерируете магнитную энергию?

Просто обернув проволоку, по которой течет электрический ток, вокруг гвоздя , можно сделать электромагнит.Когда электрический ток движется по проводу, он создает магнитное поле. Если вы намотаете проволоку вокруг и вокруг, это усилит магнитную силу, но она все равно будет довольно слабой.

Можно ли получить бесплатное электричество с помощью магнитов?

Самый простой генератор состоит всего лишь из катушки с проволокой и стержневого магнита. Когда вы проталкиваете магнит через середину катушки, в проводе возникает электрический ток. … Если удерживать магнит внутри катушки абсолютно неподвижно, ток вообще не генерируется .

Закончилась ли магнитная энергия?

Когда атомы выровнены, создаются северный и южный полюса, что приводит к магнетизму. Атом теряет силу, когда атомы выходят из строя. … Следовательно, магнит никогда не потеряет свою силу , если только его не уронить или не испытать какую-либо другую силу, которая смещает атомы.

Почему не используется магнитная энергия?

Поскольку магниты не содержат энергии — , но они могут помочь контролировать ее… «Когда эти заряженные частицы движутся мимо магнитов внутри турбин, они создают вокруг себя поле, которое воздействует на другие заряженные частицы», — говорит Коэн-Тануги.

Почему в двигателе не используется постоянный магнит?

Причина, по которой постоянные магниты не используются широко, заключается в том, что они не подходят для двигателей, которые приводят в движение нагрузки с чрезвычайно высокими крутящими моментами . Также мало контроля над полем, создаваемым постоянным магнитом.

Электродвигатель с постоянными магнитами переменного или постоянного тока?

Двигатель с постоянными магнитами (ПМ) — это двигатель переменного тока , в котором используются магниты, встроенные или прикрепленные к поверхности ротора двигателя.… Управление скоростью двигателей переменного тока в большинстве случаев осуществляется с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Как я могу сделать свой собственный мотор?

Можно ли использовать магниты для вращения турбины?

Магниты важны для электрических генераторов , потому что вращение магнита рядом с катушкой провода производит электричество. Например, ветряная турбина использует ветер для вращения магнита, гидроэлектростанция делает то же самое, но с силой движущейся воды.Магнит характеризуется двумя полюсами; Север и юг.

Может ли магнит питать лампочку?

Зажечь лампочку с помощью просто магнита невозможно но если у вас есть проводник помимо магнитного поля и если вы можете создать потокосцепление для получения постоянного тока, вы наверняка сможете зажечь лампочку.

Производят ли сильные магниты больше электричества?

Вы получите более сильную ЭДС , если у вас есть более сильное магнитное поле или если вы заставите магнитное поле изменяться быстрее, потому что у вас будет больший поток, который создаст большую силу на электронах.Остальное зависит от материала, в котором вы пытаетесь создать ток.

Через какое время магнит теряет свою силу?

Ответ зависит от магнита. Временный магнит может потерять свою намагниченность менее чем за 1 час . Неодимовые магниты теряют менее 1% своей прочности за 10 лет. Постоянные магниты, такие как спеченные магниты Nd-Fe-B, остаются намагниченными на неопределенный срок.

Можно ли привести дом в действие с помощью магнита?

Магнитный генератор способен обеспечить необходимое количество энергии для всего дома.Непотребляемую нагрузку для дома можно накапливать за счет аккумуляторов, заряжая их, которые подключены к генератору.

как построить магнитный двигатель

Могут ли магнит и медная проволока производить электричество?

Можно ли получить электричество из магнитов? Да, точно так же, как мы можем делать магниты из электричества, мы также можем использовать магниты для получения электричества . … Если вы быстро проведете магнит через катушку из медной проволоки, электроны будут двигаться — это производит электричество.

Как сделать магнит сильнее?

Если вы можете найти очень сильный магнит, несколько раз проведите им по ослабленному магниту . Сильный магнит перестроит магнитные домены внутри ослабленного магнита [источник: Luminaltech]. Складывание магнитов Один из способов сделать слабые магниты сильнее — сложить их вместе.

Разряжаются ли магниты?

Магнитное поле в постоянном магните имеет тенденцию к затуханию со временем , но не с предсказуемым периодом полураспада, как в случае с радиоактивностью. … В течение более длительного периода времени случайные колебания температуры, блуждающие магнитные поля и механическое движение приведут к ухудшению магнитных свойств.Однако этот эффект очень медленный.

Почему магниты со временем становятся слабее?

Так называемые постоянные магниты состоят из материалов, состоящих из магнитных доменов, в которых атомы имеют электроны, спины которых выровнены друг с другом. Это выравнивание со временем повреждается, главным образом в результате нагрева и паразитных электромагнитных полей , и это ослабляет уровень магнетизма.

Вечны ли магниты?

Итак, как долго должен работать мой постоянный магнит? Ваш постоянный магнит должен терять не более 1% своей магнитной силы в течение 100 лет при условии, что он указан и за ним правильно ухаживают. Есть несколько вещей, которые могут привести к тому, что ваш магнит потеряет свою силу: ТЕПЛО.

Работают ли магниты в космосе?

Магниты можно использовать в космосе . … В отличие от многих других предметов, которые вы можете принести в космос и для работы которых требуются дополнительные инструменты или оборудование, магнит будет работать без дополнительной помощи. Магнитам не нужна гравитация или воздух. Вместо этого их сила исходит от электромагнитного поля, которое они генерируют сами по себе.

Как долго будет работать магнитный двигатель?

С середины 20 века ряд изобретателей утверждали, что сконструировали различные магнитные двигатели.В 1954 году немецкий инженер-механик Фридрих Люлинг заявил, что создал двигатель, который мог работать с постоянными магнитами от 10 до 20 лет без перерыва.

Для чего используются магнитные двигатели?

Заказные магниты для двигателей переменного и постоянного тока с постоянными магнитами

Двигатели переменного тока с постоянными магнитами имеют упрощенный ротор, который обеспечивает более высокий КПД при небольших нагрузках по крутящему моменту и возможности работы на высоких скоростях. Такие двигатели переменного тока используются в насосах , вентиляторах, воздуходувках, измельчителях, смесителях и конвейерах .

Что такое PMDC?

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом (двигатель постоянного тока с постоянными магнитами) — это тип двигателя постоянного тока, в котором используется постоянный магнит для создания магнитного поля, необходимого для работы двигателя постоянного тока. … Таким образом, двигатель постоянного тока с постоянными магнитами используется там, где нет необходимости контролировать скорость двигателя (что обычно делается путем управления магнитным полем).

Почему Tesla использует двигатель переменного тока?

IMHO, компания AC Propulsion (Tesla Motors) использует AC , потому что двигатель постоянного тока с механической коммутацией, который соответствует высокому коэффициенту «диапазона» для транспортных средств, является более сложным, чем двигатель переменного тока с электронной коммутацией . Без такого высокого диапазона изменения физический размер двигателя, производящего только необработанный крутящий момент, был бы непомерно высоким.

Использует ли Тесла двигатели с постоянными магнитами?

В последних моделях Tesla с двумя двигателями используется комбинация двигателя с постоянными магнитами сзади и традиционного асинхронного двигателя спереди. Двигатели с постоянными магнитами более эффективны, чем асинхронные двигатели или двигатели с обмотками возбуждения, для некоторых высокоэффективных приложений, таких как электромобили.

Имеют ли двигатели с постоянными магнитами щетки?

Щеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами содержит постоянные магниты в статоре , что устраняет необходимость во внешнем токе возбуждения.Эта конструкция меньше, легче и более энергоэффективна, чем другие типы щеточных двигателей постоянного тока; он широко используется в маломощных приложениях мощностью примерно до 2 л.с.

Как работает магнитная проволока?

Магнитопровод можно найти в электродвигателях, которые преобразуют электрическую энергию в механическое движение посредством взаимодействия магнитных полей и проводников с током . Эти электродвигатели содержат медные катушки, которые создают магнитные поля.

Как сделать мотор из подручных средств?

Возьмите скрепку и зубочистку или другой кусок дерева.Воткните зубочистку в скрепку рядом со средней кривой и согните скрепку, чтобы получилась небольшая петля. Повторите этот шаг, чтобы у вас было две опоры для двигателей.

Могут ли двигатели производить электричество?

Вы можете использовать практически любой двигатель для выработки электрического тока , если он правильно подключен и вы следуете определенным правилам его использования. Современные асинхронные двигатели переменного тока довольно просто подключить в качестве генераторов переменного тока, и большинство из них начнет генерировать электричество при первом использовании.

Как бесплатно вырабатывать электроэнергию дома?

Производство электроэнергии в домашних условиях

Об авторе
администратор
Обнаружен блокировщик рекламы

Наш веб-сайт стал возможен благодаря показу онлайн-рекламы нашим посетителям. Пожалуйста, поддержите нас, отключив блокировщик рекламы.

Внутренние двигатели с постоянными магнитами Применение силовых тяговых двигателей

На протяжении десятилетий двигатели с поверхностными постоянными магнитами (SPM) доминировали на рынке двигателей с постоянными магнитами.Однако в последние годы развивающийся рынок гибридных автомобилей и, в некоторой степени, рост цен на редкоземельные магниты повысили спрос на двигатели с внутренними постоянными магнитами (IPM). Обладая такими преимуществами, как почти постоянная мощность в широком диапазоне скоростей и конструкция с удерживанием магнита, двигатели IPM представляют собой хорошее решение для таких приложений, как тяговые двигатели и станки. Давайте посмотрим поближе.

В простейшем случае роторный двигатель состоит из ротора и статора, один из которых неподвижен, а другой совершает работу.Хотя существует множество модификаций, для целей этой статьи мы будем говорить о конструкциях с внешним неподвижным ротором и внутренним цилиндрическим ротором, соединенным с выходным валом. Статор представляет собой набор медных катушек, на которые последовательно подается напряжение для создания магнитного потока. Поток статора взаимодействует с ротором, который установлен внутри статора таким образом, что он может вращаться в соответствии с полями, создаваемыми катушками. Эта сила выравнивания создает крутящий момент, поворачивая ротор так, что он перемещает вал и, следовательно, нагрузку.

Вращающая сила, приложенная к ротору, может возникать из нескольких источников. В случае двигателей с постоянными магнитами основной источник крутящего момента возникает из-за взаимодействия между потоком статора и северным/южным полюсами магнитов. Как следует из названия, двигатель SPM представляет собой пластины магнитного материала, нанесенные на поверхность ротора с помощью клея и, в некоторых случаях, с помощью механических ремней или корпусов. Ротор двигателя ИПМ состоит из набора металлических пластин с проштампованными прорезями, так что пакет образует полость, параллельную оси двигателя. Магниты вставляются в эти пазы, обеспечивая точное выравнивание без использования специальных инструментов и удерживая магниты даже в условиях сильного удара, вибрации и центробежной силы (см. рис. 1).

Двигатели

IPM производят крутящий момент на основе двух разных механизмов. Первый – это крутящий момент постоянного магнита, который создается потокосцеплением между полем ротора с ПМ и электромагнитным полем статора. Это тот же крутящий момент, создаваемый двигателями SPM. Конструкции IPM создают вторую силу, известную как крутящий момент сопротивления.Форма и расположение прорезей в пластинах ротора предназначены для направления магнитного потока таким образом, что даже если прорези оставить в виде воздушных зазоров, ротор будет испытывать силу, чтобы совместить линии магнитного потока с линиями, создаваемыми катушками статора. Поскольку эти катушки запитываются последовательно, чтобы создать вращающуюся серию чередующихся магнитных полюсов север-юг, ротор будет следовать этой последовательности, создавая момент сопротивления и заставляя его постоянно вращаться.

Поскольку конструкция двигателя IPM увеличивает крутящий момент постоянного магнита за счет реактивного момента, магниты, используемые в двигателях, могут быть тоньше.Это важно на современном рынке. Хотя цены на оксиды редкоземельных элементов (РЗЗ) значительно снизились по сравнению с их пиковым значением в августе 2011 года, редкоземельные магниты по-прежнему представляют собой значительный источник затрат при разработке двигателей с постоянными магнитами, поэтому конструкции IPM могут обеспечить экономию средств.

Конструкции обмотки
Двумя распространенными вариантами двигателей IPM являются конструкции с распределенной обмоткой и конструкции с сосредоточенной обмоткой. Распределенная конструкция обмотки имеет несколько катушек на полюс магнита (например, 24 слота на 4 полюса), тогда как сосредоточенная обмотка имеет только несколько катушек (например, 6 слотов на 4 полюса; см. рис. 2).Конструкции распределенных обмоток позволяют создавать реактивный крутящий момент, тогда как концентрированные обмотки этого не делают. «Строго говоря, это машина с внутренним магнитом, но оказывается, что магниты двигателя намеренно спроектированы так, чтобы больше походить на машину с поверхностными постоянными магнитами, поэтому по этой причине вы не получаете от них большого крутящего момента». — говорит Дэвид Фултон, директор по передовым технологиям Remy International.

В результате реактивного крутящего момента IPM-двигатели с распределенной обмоткой могут создавать больший крутящий момент, чем концентрированные аналоги.Поскольку распределенные обмотки имеют более длинные концевые витки, они страдают от более высоких потерь в меди, и их может быть сложнее изготовить с помощью автоматизированных методов намотки. Они также могут быть более уязвимы для шорт. «Есть области, где эти фазы перекрываются в пространстве и не касаются какой-либо изоляции, — говорит Фултон. возможности для этого режима отказа нет в концентрированных типах ветра.

Концентрированные конструкции поддаются автоматизированному производству, но они должны изготавливаться с более жесткими допусками. Неудивительно, что они также демонстрируют большую пульсацию крутящего момента, чем их распределенные аналоги.

Сосредоточенные обмотки находят все более широкое применение в гибридных транспортных средствах с поперечным расположением двигателей. В поперечном двигателе и двигатель, и трансмиссия должны располагаться между передними колесами автомобиля. IPM с концентрированной обмоткой короче своих распределенных аналогов, что делает их хорошо подходящими для этих конструкций.

Поиск компромиссов
Текущие области применения двигателей IPM включают тяговые двигатели для всех видов транспортных средств и высокоскоростных станков, таких как шпиндели с ЧПУ.

Возможно, самым большим преимуществом конструкций IPM, которое дает им преимущество в транспортных средствах, таких как тяговые двигатели, является высокая скорость работы. Кривая зависимости мощности от скорости для двигателей SPM является примерно гиперболической, поднимаясь до области квазипостоянной мощности в узком диапазоне скоростей, а затем падая.

Двигатели

IPM, напротив, обеспечивают гораздо более широкий диапазон более или менее постоянного крутящего момента. Используя технику, называемую ослаблением поля, разработчики могут подавать ток для изменения характеристик. По мере увеличения скорости постоянные магниты и двигатель генерируют более высокое напряжение. На очень высоких скоростях обратная ЭДС двигателя, умноженная на скорость, может превышать напряжение батареи, что ограничивает ток привода и крутящий момент. Ослабление поля по существу включает в себя настройку магнитного поля статора, чтобы частично противодействовать эффекту постоянных магнитов.Процесс включает в себя схему управления, известную как прямое (D) и квадратурное (Q) управление током по оси. Ось D проходит через центр полюса ротора, а ось Q лежит между двумя соседними полюсами ротора в центре. «Разбивая вектор статора на два вектора и подавая один ток на квадратурную ось, а другой — на прямую ось, они контролируют фазовый угол тока между ними, что позволяет гораздо более широкое управление постоянной мощностью», — объясняет разработчик двигателей и научный сотрудник IEEE Джим. Хендершот, соавтор книги «Бесколлекторные двигатели с постоянными магнитами и конструкция генератора ».

Для транспортных средств этот метод обеспечивает большие преимущества по сравнению с двигателями SPM. «Конфигурация IPM позволяет лучше контролировать намагничивание магнитной цепи», — говорит Хендершот. 

Это не означает, что ослабление поля невозможно и в конструкциях СЗМ, но из-за размера воздушного зазора этот метод требует гораздо более высоких токов. «Из-за ограничений тока инвертора по тепловым ограничениям двигателя вы не можете достаточно ослабить его поле для создания крутящего момента на высоких скоростях», — говорит Фултон.

На низких скоростях двигатель SPM и двигатель IPM одинакового размера обычно могут создавать примерно одинаковый крутящий момент, или конструкция SPM может даже немного больше, пока они не достигнут угловой точки RPM. На скоростях выше, чем обороты в минуту в угловой точке, крутящий момент от конструкций SPM быстро падает. «Если оба они имеют базовую скорость 3000 об/мин, двигатель SPM, вероятно, будет иметь нулевой крутящий момент при 5000 об/мин, в то время как IPM может продолжаться до 10 000 или 12 000 об/мин», — говорит Фултон. Такое поведение делает двигатели IPM подходящими для тяговых двигателей. приложений, которые, как правило, требуют высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей.«С конструкциями IPM вы получаете лучшее из обоих миров — вы можете получить очень хорошее ускорение на низких скоростях, а затем работать на очень высоких скоростях, почти с тем же уровнем мощности».

Конструкции

SPM могут быть более щадящими в отношении производственных допусков. Двигатели IPM требуют наименьшего возможного воздушного зазора между ротором и статором, чтобы максимизировать реактивный момент. Однако жесткие допуски могут увеличить стоимость производства. Проекты с ограниченным бюджетом, пытающиеся минимизировать производственные затраты, могут выбрать двигатель SPM, хотя любые затраты и выгоды должны быть сбалансированы с увеличением содержания магнитов. Однако в контексте более широкий воздушный зазор может быть большим преимуществом.

«Это позволяет вам использовать большие допуски, что может быть полезно, если вы делаете двигатель с прямым приводом от двигателя, — говорит Фултон. количество допусков, и они складываются. Вы также, как правило, испытываете сильную вибрацию двигателя, которая может привести к тому, что ротор создаст [избыточное трение] между ротором и статором».

Конструкции различаются и по управлению температурным режимом.В конструкциях СЗМ в магнитах выделяется значительное количество тепла, что может вызвать размагничивание. Добавление небольшого количества диспрозия к материалу магнита может значительно повысить теплостойкость, но в настоящее время диспрозий дорог.

Машины

IPM с распределенными обмотками обычно не выделяют значительного количества тепла в роторе — примерно 90 % потерь в двигателе имеют место в статоре, который можно легко охлаждать с помощью теплоотвода, масляного или водяного охлаждения.

Учитывая широкий спектр доступных конструкций, делать обобщения может быть опасно. Тем не менее, при сравнении яблок с яблоками — тот же размер, то же энергопотребление — двигатель SPM будет обеспечивать более высокую плотность крутящего момента. Однако есть компромиссы. «Двигатели с поверхностными постоянными магнитами могут иметь самую высокую плотность крутящего момента, но вы платите больше из-за дополнительного материала постоянного магнита, — говорит Фултон. не нужно использовать постоянные магниты, чтобы получить весь крутящий момент.”

Конструкции

SPM также демонстрируют более высокую противо-ЭДС, чем двигатели IPM. Это вступает в игру на системном уровне — инвертор в системе может выдерживать только определенное количество противо-ЭДС, прежде чем ему потребуются переключатели и IGBT с более высоким номинальным напряжением — и более высокая стоимость.

Для высокоскоростных устройств, таких как тяговые двигатели и шпиндели станков, хорошо подходит двигатель IPM. «Вы используете меньше магнитного материала, потому что вы получаете часть крутящего момента от выступающего ротора, плюс у вас есть превосходный контроль намагниченности магнитной цепи за счет управления током по осям D и Q, что позволяет вам очень эффективно работать в течение очень широкий диапазон скоростей», — говорит Хендершот.«Тот факт, что ротор прочный, является бонусом». .

 

Возможен ли двигатель с постоянными магнитами?

Недавнее открытие потенциально может привести к созданию двигателя с постоянными магнитами. Не путать с вечными двигателями, которые физически невозможны. Магниты уже являются неотъемлемой частью многих двигателей, нужно просто выяснить, как заставить эти магниты выполнять работу за нас.

Ваш средний электродвигатель

Типичный электродвигатель использует внешний источник питания, проходящий через поле ротора, который служит электромагнитом, притягивающимся к постоянному магниту, заставляя двигатель вращаться. Чтобы поддерживать это вращение, поле ротора меняет полярность магнитного поля электромагнита, вызывая тем самым отталкивание, которое, в свою очередь, приводит в движение электромагнит.

Двигатель с постоянными магнитами

С другой стороны, вместо электромагнитов, вызывающих вращение за счет притяжения к постоянному магниту, двигатель с постоянными магнитами использует постоянные магниты для создания магнитных полей, которые взаимодействуют с полями ротора для создания крутящего момента.Этот метод устраняет потребление энергии за счет устранения необходимости питания статора.

В двигателях с постоянными магнитами используются редкоземельные магниты, которые могут быть в два раза мощнее, чем традиционные ферритовые магниты. Эти магниты используются в аппаратах МРТ, портативных электронных устройствах, гистерезисных муфтах и ​​акселерометрах.

Было предпринято много попыток создать двигатель, который опирается исключительно на постоянные магниты для создания магнитных полей как для статора, так и для ротора. И хотя это открытие может привести к коммерческому созданию двигателя с постоянными магнитами, этого пока не произошло.Что стоит на пути?

Выпуск

Доктор Кеннет Козека объясняет, что, хотя два магнита, притягиваясь друг к другу, могут выполнять для нас работу, как вращение двигателя, эта энергия затем должна быть потрачена на то, чтобы разъединить два магнита, чтобы начать процесс заново. Сможем ли мы когда-нибудь победить эту проблему?

Хотя двигатель с постоянными магнитами был бы невероятным достижением в технологии, многие ученые считают его невозможным, поскольку он противоречит законам физики.Как вы думаете? Возможен ли двигатель с постоянными магнитами? Поделитесь своими мыслями с нами в Twitter и Facebook! И не забудьте прочитать о других магнитных открытиях в остальной части нашего блога.

(PDF) Конструкция двигателя с постоянными магнитами

IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия 732 (2020) 012090

Рис. 7. Конструкция двигателя с постоянными магнитами Чарльза «Джо» Флинна.

Конструкция относительно проста, сила тяги исходит от трех магнитов, обозначенных синим

и желтым цветом.нижнее положение магнита в виде диска. неподвижный магнит статора расположен на

диске из немагнитного материала (серого оттенка), в который встроены два магнита. Этот диск

представляет собой ротор и прикреплен к центральному вертикальному валу. Обычно ротор не вращается, но между

двумя дисками есть кольцо из семи катушек, которое используется для изменения магнитного поля и создания сильного вращения

.

В 1980-х годах Китай открыл технологию магнитного поля и преуспел в создании устройства свободной энергии

с блоком размером 150 см x 120 см x 80 см, которое могло производить примерно 5 кВт мощности

.В работе этого двигателя свободной энергии в качестве основной движущей силы используются только магниты, эти устройства

без батарей, без электричества и без какого-либо топлива могут непрерывно двигаться на высокой скорости,

стабильны и очень сильны в своей движущей силе. или аттракцион, так что в состоянии играть электрическая динамо-машина с

мощностью от 1000 Вт до 5000 Вт.

Роберт А. Нельсон разработал электродвигатели, генераторы и нагреватели, которые работают на постоянных магнитах

.Одно устройство поглощает 100 Вт электроэнергии от источника и производит 100 Вт на

перезарядок источника, а также производит тепло в количестве более 140 БТЕ за две минуты [9].

Томас Э. Берден и др. изготовила две модели электрических трансформаторов с постоянными магнитами.

Устройство использует входную электрическую мощность 6 Вт для управления траекторией магнитного поля, выходящего из постоянного магнита

. Направляя магнитное поле сначала на выходную катушку, а затем на выходную катушку,

секунд, делая это, продолжает производить 96 Вт электрической мощности без каких-либо движущихся частей.

Бирден назвал это устройство подвижным электромагнитным генератором (МЭГ) или, другими словами, стационарным магнитным генератором

. Он продублировал инструмент, сделанный Берденом во Франции. Основной принцип

этого инструмента был впервые раскрыт Фрэнком Ричардсоном из США в 1978 году. Он сделал специальную модель

магнитного вентилятора, которая нагревалась при вращении вентилятора. Устройство поглощает одинаковое количество

энергии для вращения вентилятора, независимо от того, производит он тепло или нет [10].

3. Конструкция двигателя с магнитом

Целью данной конструкции является повышение эффективности выходной мощности двигателя с постоянным магнитом

. Постоянный магнит двигателя состоит из двух основных частей, а именно движущегося поля и фиксированного поля. Мощность магнитного двигателя генерируется постоянным магнитом, который размещен на трех полях

(внешний диаметр, правая сторона и левая сторона), которые движутся с тремя фиксированными полями. Выходная мощность

генерируется за счет силы отталкивания и силы притяжения между постоянным магнитом, находящимся в подвижном поле

, и двумя полями, которые находятся рядом и покрывают поле.

Выходная мощность, определяемая оборотами двигателя. Вращение двигателя с постоянным магнитом

производится с трех сторон поля, а именно: Сила отталкивания и тяга между постоянным магнитом

, который находится в плоскости цилиндра, движется с постоянным магнитом по двум сторонам

поля (правая сторона и левая сторона). Сила отталкивания и притяжения между постоянным магнитом, который

и

находится на внешнем диаметре подвижного цилиндрического поля, и постоянным магнитом на внутреннем диаметре.

Постоянный магнит против асинхронного двигателя: крутящий момент, потери, материал

Поскольку электрификация автомобилей продолжается ускоренными темпами, многие задаются вопросом, какой тип двигателя лучше всего подходит для современной электрической трансмиссии.

Может ли это быть трехфазный асинхронный двигатель или двигатель с постоянными магнитами? Оба двигателя в настоящее время используются в электромобилях. Оба обеспечивают высокую эффективность и надежную работу. Но что лучше?

Существует веский аргумент в пользу того, что двигатель с постоянными магнитами превосходит асинхронный двигатель.Неотъемлемые преимущества порошковой металлургии — потенциал для повышения производительности двигателя и снижения общей стоимости — могут быть эффективным инструментом в производстве этих приводных систем.

Давайте проведем несколько сравнений эффективности асинхронных двигателей и двигателей с постоянными магнитами, чтобы увидеть их преимущества и потенциальные недостатки:

  • Стоимость
  • КПД — крутящий момент, потери в сердечнике, управление частотой и скоростью двигателя
  • Материальные возможности
  • Использование

Мелкие детали конструкции электродвигателя более сложны, чем описано ниже, но это отличный старт для тех, кто взвешивает усовершенствование конструкции:

Двигатель с постоянными магнитами по сравнению сКПД асинхронного двигателя

Как следует из названия, в двигателе EV с постоянными магнитами на роторе используются постоянные магниты (см. рисунок ниже). Переменный ток, подаваемый на статор, приводит во вращение ротор. Поскольку магниты намагничены постоянно, ротор может работать синхронно с переменным током переключения. Проскальзывание, необходимое в асинхронных двигателях, устранено, повышает вашу тепловую эффективность.

Собственный КПД двигателя с постоянными магнитами выше, чем у асинхронного двигателя.Оба двигателя имеют трехфазную конструкцию благодаря полностью оптимизированной производительности. Однако асинхронные двигатели были разработаны для работы в основном на частоте 60 Гц. По мере увеличения частоты в высокочастотных асинхронных двигателях потери на вихревые токи будут намного больше, чем в хорошо сделанных двигателях с постоянными магнитами.

Конструкция бесщеточных двигателей с постоянными магнитами обеспечивает удельную мощность (крутящий момент) в 2-3 раза выше, чем у асинхронных двигателей, при этом потери в сердечнике примерно на 50 % меньше. Независимо от того, как вы изгибаете или формируете асинхронный двигатель, хорошо спроектированный синхронный двигатель с постоянными магнитами обеспечит увеличенный диапазон, лучшую производительность и так далее.

Материалы для двигателей с постоянными магнитами

В постоянном магните ротор теперь может быть цельной деталью, изготовленной из магнитного материала порошковой металлургии методом прессования и спекания (например). Вы можете спроектировать ротор таким образом, чтобы магниты были приклеены к внешнему диаметру или заключены внутри ротора, как показано ниже:

( Сравнение конструкции асинхронного двигателя переменного тока и двигателя с постоянными магнитами)

Не обязательно из пластин электротехнической стали! Ротор из порошкового металла может иметь пазы, которые вы видите на изображении выше, разработанные с использованием сетчатой ​​формы порошкового металла, что устраняет необходимость в дорогостоящей механической обработке.Используя спеченный магнитомягкий материал, ротор из порошкового металла для двигателя с постоянными магнитами может достичь прочности, аналогичной конкурирующим процессам.

Однако материал ротора

для асинхронных двигателей по-прежнему состоит из пластин из штампованной электротехнической стали. Процесс штамповки приводит к гораздо большему количеству брака, чем при порошковой металлургии, а потери в сердечнике увеличиваются по мере того, как вы укладываете больше листов.

Использование постоянных магнитов в двигателях

Постоянный двигатель мощностью 50 кВт (около 70 л.с.), обычно , весит менее 30 фунтов. (Обратите внимание, что вам все равно понадобится инвертор постоянного тока в переменный, чтобы генерировать достаточное напряжение и частоту.)

Использование двигателей с постоянными магнитами в автомобильной промышленности включает Chevy Volt (в настоящее время снято с производства), Chevy Bolt и растущее число Teslas:.

  • Модель Chevy Bolt представляет собой двигатель мощностью 200 л.с. с магнитами внутри ротора. В нем используется односкоростной редуктор 7,05: 1 для привода колес. Никаких оценок веса в открытом доступе нет.
  • Tesla Model 3 также использует двигатель с постоянными магнитами с магнитами, расположенными в массиве Хальбаха. Этот массив фокусирует магнитные линии потока для оптимизации эквивалента MPG.
  • Более крупные автомобили Tesla, Model S и Model X , переключили свои меньшие передние двигатели на постоянные магниты, увидев впечатляющий запас хода Model 3. Эти модели используют передний привод во время движения и полный привод при ускорении и при низкой тяге.

Зачем переделывать только передние двигатели? Асинхронные двигатели по-прежнему производят большую мощность благодаря отличному контролю магнитных полей.Однако при малой мощности управление скоростью синхронных двигателей с постоянными магнитами более эффективно.

Скорость двигателя с постоянными магнитами такая же, как и у его асинхронного аналога:

  • Ns = 120 * частота / число полюсов

(Ns — синхронная скорость. Количество полюсов — это общее количество полюсов на фазу, включая северный и южный полюса.)

Помните, что ротор не будет проскальзывать относительно рабочей частоты статора.

Стоимость против.Производительность

Одним из основных соображений, касающихся двигателей с постоянными магнитами, является стоимость магнитов. Если вы использовали высокоэнергетические магниты (например, железо-неодим-бор), вы почувствовали боль в своем бюджете (или ваш босс). Возможные потери при штамповке материала для ламинирования только усугубляют проблему.

Возможности для порошковой металлургии обильны в этих типах двигателей. Роторы двигателя с постоянными магнитами могут быть изготовлены из спеченного порошкового металла, независимо от того, какой метод проектирования вы выбрали: внутренний или внешний.Статор также может быть изготовлен из магнитомягких композитов. При ожидаемых высоких частотах переключения потери в SMC ниже, чем в ламинированном 3% кремниевом железе , что еще больше повышает эффективность этой конструкции. Проще говоря, магнитомягкие композиты созданы специально для высоких частот.

Металлический порошок может обеспечить дополнительную эффективность двигателя с постоянными магнитами по сравнению с асинхронным двигателем. Возможности трехмерного формообразования в порошковой металлургии позволяют формировать статор так, чтобы вся проволока была полностью заключена в магнитомягкий композит, чтобы исключить потери на конце витка..

Это лишь некоторые из многих преимуществ, которые предлагает порошковый металл — как спеченные магнитомягкие материалы, так и SMC.

(Связанный ресурс: кривая эффективности двигателя с постоянными магнитами в сравнении с асинхронными двигателями. Эта диаграмма производительности была разработана при частоте сети около 60 Гц. По мере повышения частоты ожидается дальнейшее улучшение производительности. )

Вышеприведенное обсуждение было сосредоточено на рассмотрении двигателей с постоянными магнитами, использующих конструкцию статора, аналогичную конструкции асинхронного двигателя переменного тока.Тем не менее, было сделано основных разработок в конструкции новых типов двигателей , в которых также используются постоянные магниты для повышения эффективности электродвигателей.

Например,

Linear Labs разработала новый высокоэффективный синхронный двигатель с постоянными магнитами. Это устраняет некоторые из дорогих редкоземельных магнитов, с которыми вы застряли в течение многих лет.

Мы думаем, что двигатель с постоянными магнитами — это волна будущего. Для полноты картины давайте рассмотрим конструкцию асинхронного двигателя, которую в настоящее время используют 90% инженеров.

Эффективность трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

Никола Тесла задумал асинхронный двигатель в 1883 году. По сути, это та же базовая конструкция статора, что и у постоянного двигателя, но без постоянных магнитов.

Его основной принцип работы заключается в том, что магнитное поле, создаваемое в статоре, создает противоположный ток в стержнях ротора. Затем индуцированный ток ротора создает магнитное поле в пластинах ротора. Это противодействующее поле заставляет ротор вращаться — при переключении тока статора ротор всегда отстает и заставляет ротор вращаться.

Преимущество этого индуцированного магнитного поля заключается в том, что конструкция ротора асинхронного двигателя больше не требует щеток и обмотки ротора. Управление переменной скоростью и крутящим моментом асинхронного двигателя проще во время ускорения, поскольку напряжение может быть снижено на высокой скорости.

Двигатели этого типа также:

  • Надежный
  • Прочный
  • Малообслуживаемый

Посмотрите на эту типичную конфигурацию асинхронного двигателя. Обратите внимание, что ротор имеет пластины в сердечнике и электропроводящий материал (медь или алюминий) в пазах ротора, так называемые стержни ротора.

Для большинства промышленных применений (более 1 л.с.) и автомобильных трансмиссий конструкция трехфазного асинхронного двигателя настолько распространена, насколько это возможно. три фазы намотаны на статор таким образом, что обеспечивается более плавная работа и высокая эффективность. Трехфазные двигатели переменного тока запускаются автоматически при подаче напряжения на обмотки статора. Во многих случаях так называемые стержни ротора расположены под углом для обеспечения более высокого крутящего момента.

Эффективность асинхронного двигателя переменного тока на практике

Использование трехфазного двигателя в промышленных условиях относительно просто, поскольку входное напряжение уже является трехфазным.Однако в автомобильных приложениях вам необходимо преобразовать питание постоянного тока батареи в трехфазное питание переменного тока. Это происходит через преобразователь постоянного тока в переменный.

Теперь, как мы можем контролировать скорость асинхронного двигателя?

При работе с асинхронными двигателями переменного тока необходимо учитывать скорость вращения ротора по отношению к частоте поступающего переменного тока. Первоначально это определяется так называемой синхронной скоростью. Для асинхронного двигателя переменного тока синхронная скорость рассчитывается следующим образом:

  • Ns = 120 * частота / число полюсов

(Помните, Ns — синхронная скорость. Количество полюсов — это общее количество полюсов на фазу, включая северный и южный полюса.)

Для двухполюсного асинхронного двигателя переменного тока, работающего на частоте 60 Гц, синхронная скорость двигателя составит 3600 об/мин. Однако, если бы ротор вращался со скоростью 3600 об/мин в этой конфигурации, у вас был бы нулевой крутящий момент от двигателя. В идеале должно быть некоторое проскальзывание ротора относительно частоты; обычно это около 5%. Таким образом, эти двигатели считаются асинхронными двигателями.

КПД трехфазных асинхронных двигателей может варьироваться от 85% до 96%. См. приведенную ниже диаграмму зависимости крутящего момента от проскальзывания.

(Типичная зависимость крутящего момента от скольжения для асинхронных двигателей переменного тока — любезно предоставлено All About Circuits )

Не могли бы вы построить трехфазный асинхронный двигатель с низким напряжением и высоким крутящим моментом/скоростью? Технически да. .. но нет.

Вам нужно управлять этим маленьким батарейным блоком с большой силой тока. Мощная низковольтная электромагнитная конструкция не только нуждалась бы в огромных (и тяжелых) медных стержнях в качестве обмоток, но и выделяла бы чрезмерное тепло.

Асинхронные двигатели мощностью 50-100 л.с. для промышленного применения различаются по массе от 700 до 1000 фунтов. Слишком тяжелый для автомобилей, верно?

Некоторые модели асинхронных двигателей Tesla весят всего 70 фунтов. и может генерировать 360 л.с. при 18 000 об/мин. Общий вес двигателя и инвертора составляет около 350 фунтов. – все еще намного легче, чем средний двигатель внутреннего сгорания.

Этот двигатель представляет собой трехфазную конструкцию с восемью полюсами на фразу, что означает, что частота переменного тока, используемая для выработки этой мощности, составляет около 1200 Гц.На этих рабочих частотах вихретоковый нагрев материала ламината будет достаточно высоким. Этот автомобильный двигатель Tesla требует значительного охлаждения, чтобы предотвратить его перегрев.   Также немного иронично, что GM дебютировала со своим автомобилем EV1 в середине 90-х годов с асинхронным двигателем, который был ограничен тем, что он использовал свинцово-кислотные батареи вместо ионно-литиевых аккумуляторов.

Стоимость асинхронных двигателей

Основным преимуществом асинхронных двигателей переменного тока для электромобилей является стоимость. Их относительно дешево построить.  

В индукционных конструкциях переменного тока

используются стальные пластины как в статоре, так и в роторе; их можно штамповать почти одновременно из одного и того же листа материала. Другими словами, уровень брака намного ниже, чем в среднем по штамповке.

Однако уникальный дизайн автомотора Tesla стоит немного дороже. Трудно найти точную цену в Интернете, но вариант с полным приводом для Tesla добавляет около 4000 долларов к общей стоимости автомобиля. Вы также должны учитывать повышенные требования к охлаждению на этих высоких частотах переменного тока.

Индукция Против. Эффективность двигателя с постоянными магнитами: победителем стал …

Несмотря на преимущества использования порошковых материалов для электродвигателей в конструкции с постоянными магнитами (SMC не являются фактором в индукционных конструкциях), выбор типа двигателя для вашей трансмиссии затруднен. У каждого есть преимущества и недостатки.

Несмотря на то, что асинхронный двигатель переменного тока был впервые разработан более 100 лет назад, он по-прежнему актуален благодаря повышению эффективности и производительности в 20-м и 21-м веках.Двигатель с постоянными магнитами является относительным новичком, но обещает более высокую производительность и, возможно, меньший вес.  

Основным камнем преткновения при использовании двигателей с постоянными магнитами является потенциально высокая стоимость магнитов. К счастью, на горизонте есть многообещающие разработки, которые могли бы устранить этот недостаток.

Мы пользуемся услугами уважаемого разработчика двигателей, чтобы помочь клиентам с подобными проектами. Если вам нужна помощь в разработке компонентов, чтобы в полной мере использовать весь потенциал порошковой металлургии для проектирования электродвигателей переменного или постоянного тока с постоянными магнитами, см. наш центр ресурсов:


(Примечание редактора: эта статья была первоначально опубликована в апреле 2020 года и недавно была обновлена.)

Двигатель с постоянными магнитами

– обзор

6.5.3 Шаговый двигатель

Шаговый двигатель или шаговый двигатель производит вращение на равные углы, так называемые шага , для каждого цифрового импульса, подаваемого на его вход. Например, если с таким двигателем 1 входной импульс производит поворот на 1,8°, то 20 входных импульсов дадут поворот на 36,0°, 200 входных импульсов – один полный оборот на 360°. Таким образом, его можно использовать для точного углового позиционирования. При использовании двигателя для привода непрерывной ленты угловое вращение двигателя преобразуется в линейное движение ленты, что обеспечивает точное линейное позиционирование. Такой двигатель используется с компьютерными принтерами, плоттерами x и , роботами, станками и самыми разнообразными инструментами для точного позиционирования.

Существует два основных типа шаговых двигателей: двигатель типа с постоянными магнитами типа с ротором на постоянных магнитах и ​​тип с переменным магнитным сопротивлением типа с ротором из мягкой стали.На рис. 6.35 показаны основные элементы типа постоянного магнита с двумя парами полюсов статора.

Рисунок 6.35. Основные принципы работы двухфазного шагового двигателя с постоянными магнитами с шагом 90°.

Каждый полюс двигателя с постоянными магнитами активируется током, проходящим через соответствующую обмотку возбуждения, причем катушки расположены так, что противоположные полюса возникают на противоположных катушках. Ток подается от источника постоянного тока. источник к обмоткам через переключатели. С токами, переключаемыми через катушки так, чтобы полюса были такими, как показано на рисунке 6.35, ротор будет двигаться, чтобы выровняться со следующей парой полюсов, и остановится на этом. Для рис. 6.35 это будет угол 45°. Если затем ток переключится так, чтобы полярность поменялась местами, ротор переместится на шаг, чтобы выровняться со следующей парой полюсов под углом 135 °, и остановится на этом. Полярности, связанные с каждым шагом:

3 Полюс 45

7 юг

Шаг Полюс 2 Полюс 2 Полюс 4
1
1 North юг к северу
2 South North South North
3 South North North South
4 North South North South
5 Повторение шагов 1–4

Таким образом, в этом случае возможны четыре положения ротора: 45°, 135°, 225° и 315°.

На рис. 6.36 показана базовая форма шагового двигателя с переменным сопротивлением . При такой форме ротор выполнен из мягкой стали и не является постоянным магнитом. Ротор имеет ряд зубцов, причем это число меньше числа полюсов на статоре. Когда к противоположной паре обмоток на полюсах статора подключен ток, создается магнитное поле с силовыми линиями, которые проходят от полюсов статора через ближайший набор зубцов на роторе. Поскольку силовые линии можно рассматривать как эластичную нить, которая всегда пытается укоротиться, ротор будет двигаться до тех пор, пока зубья ротора и полюса статора не выровняются.Это называется позицией минимального нежелания. Таким образом, переключая ток на последовательные пары полюсов статора, можно заставить ротор вращаться ступенчато. При числе полюсов и зубьев ротора, показанном на рис. 6.36, угол между каждым последующим шагом будет равен 30°. Угол можно уменьшить, увеличив количество зубьев на роторе.

Рисунок 6.36. Основные принципы работы трехфазного шагового двигателя с переменным сопротивлением.

Существует еще одна версия шагового двигателя, это гибридный шаговый двигатель .Он сочетает в себе характеристики как двигателей с постоянными магнитами, так и двигателей с переменным сопротивлением. У них есть ротор с постоянными магнитами, заключенный в железные колпачки, у которых есть зубья. Ротор устанавливается в положение минимального реактивного сопротивления в ответ на возбуждение пары катушек статора.

Следующие термины обычно используются при описании шаговых двигателей:

1.

Фаза

Количество независимых обмоток на статоре, т.е.грамм. четырехфазный двигатель. Ток, необходимый для каждой фазы, а также ее сопротивление и индуктивность будут указаны так, чтобы был указан коммутационный выход контроллера. На рис. 6.35 приведен пример двухфазного двигателя, такие двигатели, как правило, используются в легких режимах. На рис. 6.36 показан пример трехфазного двигателя. Четырехфазные двигатели, как правило, используются для приложений с более высокой мощностью.

2.

Угол шага

Это угол, на который ротор поворачивается за одно переключение катушек статора.

3.

Удерживающий крутящий момент

Это максимальный крутящий момент, который может быть приложен к приводному двигателю без перемещения его из исходного положения и вращения шпинделя.

4.

Втягивающий момент

Это максимальный крутящий момент, при котором двигатель запускается при заданной частоте импульсов и достигает синхронизма без потери шага.

5.

Момент вытягивания

Это максимальный крутящий момент, который может быть приложен к двигателю, работающему с заданной скоростью без потери синхронизма.

6.

Скорость втягивания

Это максимальная скорость переключения или скорость, при которой нагруженный двигатель может запуститься без потери шага.

7.

Скорость выдергивания

Это частота переключения или скорость, при которой нагруженный двигатель будет оставаться синхронизированным при снижении скорости переключения.

8.

Диапазон поворота

Это диапазон скоростей переключения между втягиванием и вытягиванием, в пределах которого двигатель работает синхронно, но не может запускаться или реверсировать.

На рис. 6.37 показаны общие характеристики шагового двигателя.

Рисунок 6.37. Характеристики шагового двигателя.

Шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением не содержит магнита, что позволяет сделать его дешевле и легче, а значит, ускорять его быстрее. Однако это отсутствие магнита означает, что, когда на него не подается питание, нечему удерживать ротор в фиксированном положении. Двигатель с постоянными магнитами имеет тенденцию иметь больший угол шага, 7,5 ° или 15 °, чем двигатель с переменным сопротивлением. Гибридный двигатель обычно имеет 200 зубьев ротора и вращается с шагом 1,8°. Они имеют высокий статический и динамический крутящий момент и могут работать с очень высокой частотой шагов. Как следствие, они очень широко используются.

Для привода шагового двигателя, чтобы он шаг за шагом обеспечивал вращение, необходимо, чтобы каждая пара катушек статора включалась и выключалась в требуемой последовательности, когда на вход подается последовательность импульсов (рис. 6.38). Схемы драйвера доступны для правильной последовательности и Рис. 6.39 показан пример SAA1027 для четырехфазного униполярного шагового двигателя. Двигатели называются униполярными , , если они подключены так, что ток может течь только в одном направлении через любую конкретную клемму двигателя, , биполярной , если ток может течь в любом направлении через любую конкретную клемму двигателя. Шаговый двигатель будет вращаться на один шаг каждый раз, когда вход триггера переходит от низкого уровня к высокому. Двигатель вращается по часовой стрелке, когда вход вращения низкий, и против часовой стрелки, когда высокий.Когда на выводе set устанавливается низкий уровень, выход сбрасывается. В системе управления эти входные импульсы могут подаваться микропроцессором.

Рисунок 6.38. Вход и выход для системы привода шагового двигателя.

Рисунок 6.39. Схема драйвера SAA1027 для 12 В 4-фазного шагового двигателя.

В некоторых случаях требуются очень маленькие углы шага. Хотя угол шага можно сделать небольшим, увеличив количество зубьев ротора и/или количество фаз, обычно не используют более четырех фаз и 50–100 зубьев.Вместо этого используется метод, известный как мини-шаг , при котором каждый шаг делится на несколько подэтапов одинакового размера с использованием разных токов в катушках, так что ротор перемещается в промежуточные положения между нормальными положениями шагов. Например, этот метод можно использовать так, чтобы шаг в 1,8° был разделен на 10 равных шагов.

В разделе 4.4.2 показано применение шагового двигателя для управления положением инструмента. Данные производителя шагового двигателя включают: 12 В, 4 фазы, однополярный, угол шага 7.5°, подходящий драйвер SAA1027.

Пример

Шаговый двигатель должен использоваться для привода каретки принтера через систему ремней и шкивов (рис. 6.40). Лента должна перемещать массу 500 г, которую нужно довести до скорости 0,2 м/с за время 0,1 с. Трение в системе означает, что для перемещения каретки требуется постоянная сила 2 Н. Шкивы имеют эффективный диаметр 40 мм. Определить требуемый крутящий момент.

Рисунок 6.40. Пример.

Сила F , необходимая для ускорения массы, составляет

F=ma=0,500×(0,2/0,1)=1,0 Н.

Общая сила, которую необходимо преодолеть, представляет собой сумму указанной выше силы и силы трения. Таким образом, общая сила, которую необходимо преодолеть, составляет 1,0+2=3 Н.

Эта сила действует в радиусе 0,020 м, поэтому крутящий момент, который необходимо преодолеть для запуска, т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.