CC BY
266
А. В. Богданов, Э. В. Лапшин
Возможности применения в энергетике и механике явления прямого
преобразования энергии магнитного поля постоянных магнитов.
Аннотация. Глобальный и все более нарастающий экологический и энергетический кризисы планеты побуждает ученых и инженеров активно искать новые альтернативные экологически чистые эффективные источники энергии, в том числе, и на основе постоянных магнитов и электретов.
Ключевые слова: Постоянный магнит, гравитация, магнетизм, двигатель, маятник, вращение, притяжение.
Abstract. Global and increasingly growing environmental and energy crises of the planet encourages scientists and engineers search for new alternative clean efficient energy sources, including, and based on permanent magnets and electrets.
Keywords: Permanent magnet, gravity, magnetism, engine, swingarm, rotation, gravity.
Введение.
Создание магнитно-гравитационного двигателя с КПД>1 могло бы стать одним из возможных решением этой проблемы. Известно бесчисленное множество попыток спроектировать “чисто” магнитный двигатель, работа
которого была бы основана на взаимодействии постоянных магнитов - их отталкивании и (или) притяжении. Известные магнитные двигатели (МД) Серла, Минато, Флойда пока весьма несовершенны, к сожалению, однако начало истории с возникновением и развитием МД уже положено. Несмотря на то, что природа магнетизма еще не полностью разгадана, уже сейчас постоянные магниты реально приближают нас к революции в энергетике и механике. Мощный прогресс в сфере постоянных магнитов позволяет надеяться на создание магнитных моторов - генераторов и иных полезных устройство на их основе -мощностью до 100-200 кВт уже в недалеком будущем.
Основная часть.
Начнем рассмотрение путей создания чисто магнитных моторов с простейших магнитно-гравитационных двигателей (МГД)- магнитных маятников и вращательных МГД, чертежами и схемами которых сейчас так пестрит интернет.
Магнитный маятник
На рис. 1 показан простейший маятниковый магнитно-гравитационный двигатель с двумя магнитами - неподвижным постоянным магнитом 6 и подвижным магнитом 1, размещенным одноименным магнитным полюсом на отталкивание с минимальным зазором в полой немагнитной трубе 3 с возвратной пружиной 2 и упором 5. Под действием сил отталкивания одноименных магнитных полюсов подвижный магнит 1 начинает совершать циклические
колебания в вертикальной плоскости. На левой части рисунка показано положение элементов этой простейшей магнитомеханической системы «магнитный маятник» в верхней точке подъема маятника 3 за счет энергии магнитных полей силами отталкивания двух магнитов 1 и 6. Вначале левая часть приподымается вместе с полой трубой 2 вверх и отталкиваясь от магнита 6 - он одновременно взводит пружину внутри нее (крайнее положение магнита 1-1 и сжатой пружины 2-1 после возврата маятника в нижнюю точку до основания 5). Далее, под действием силы тяжести - труба вновь устремляется вниз и при распрямлении пружины вновь возрастает сила отталкивания магнитов, и процесс циклически повторяется. Таким образом, данное магнитно-гравитационное устройство совершает комбинированное колебательное и возвратно поступательное перемещение магнита 1 относительно магнита 6, т.е. совершает прямое преобразование магнитной энергии в механическую энергию.
Магнитно-гравитационный двигатель с вращением магнитов-шариков на штоке
Более совершенная конструкция магнитно-гравитационного двигателя вращения (МГД) показана на рис. 2. Он состоит из немагнитного цилиндра-обода 1, закрепленного на горизонтальной оси, на вертикальной опоре 6. Снаружи этой оси и внутри обода 1 размещен цилиндрический магнит 2 с радиальной намагниченностью и осью магнитного экватора, совпадающего с вертикальной осью опоры 5. Внутри обода - ротора 1 размещен также дуговой постоянный магнит 3 с внутренним радиусом, равным внешнему радиусу магнита 2, на подвижной радиальной оси 4, на конце которой закреплен металлический шар 5. Для повышения энергетической эффективности такого мотора можно ввести также пружинный накопитель механической энергии - размещаемый на оси 4 между ободом 1 и магнитом 3. Пружина на рис. 2 не показана. Количество таких пружинно-магнитных штоков может быть и более 1. В этом случае они размещены на ободе 1 симметрично. Такая конструкция только повысит мощность мотора при неизменных габаритах. Для запуска этого МГД в работу необходимо сделать несколько начальных оборотов обода 1 пусковым устройством. Далее мотор работает уже автономно. Вращение ротора
1 обусловлено тем, что момент вращения дискового ротора 1 от суммарной сила гравитации и сила магнитного отталкивания магнитов на разгонном левом участке траектории ротора - обода 1 больше чем тормозящий момент при подъеме груза 5. Потому что разные радиусы вращения груза 5 из-за силы магнитного отталкивания магнитов 1 и 3 на левом полуобороте обода 1(шток 4 выдвигается). А на возвратном полуцикле-полуобороте обода 1 -правом- магниты 2,3 стремятся притянуться и поэтому радиус и момент вращения груза 5 на этом интервале становится меньше.
Регулирование мощности и скорости ротора - обода 1 достигается поворотом центрального цилиндрического магнита 2 вокруг оси или иными способами, например, изменением рабочих зазоров между магнитами, длиной штока 4. При правильном выборе магнитов 2,3 и груза-шара 5 устройство работает устойчиво. Оно может быть выполнено на различные мощности. Чем больше магнитная индукция постоянных магнитов и выше их масса - тем выше механическая мощность такого мотора.
Если установить такой магнитно-гравитационный мотор на плоскую плавучую платформу и снабдить этот ротор лопастями, то она будет разгоняться без видимых для внешнего наблюдателя причин. Механическая мощность на валу лопастного барабанного МГД и скорость судна обеспечивается за счет исключительно магнитной и гравитационной энергии данного оригинального мотора - а точнее за счет импульсов тяги притягивания и отталкивания магнитов ротора относительно статорного магнита. Причем такой бестопливный МГД может одновременно, и генерировать электроэнергию переменного тока в нагрузку, в случае размещения на его ободе 1 еще и индуктивных обмоток. Естественно, суммарная механическая мощность и вырабатываемая суммарная энергия мотора - генератора не превышают мощности и энергии взаимодействия магнитов и гравитационных сил. Они напрямую зависят от размеров конструкции МГД, массы и свойств магнитов 2,3 и шарика - груза 5.
Рис. 2
Магнитно-гравитационный двигатель «юла» с сегментами экранами и перемещением магнитов в вертикальной плоскости
Всем известная детская игрушка «юла» - оказывается - вполне может стать - после некоторой модернизации - «вечным» магнитным двигателем. Такая конструкция МД - показана на рис. 3.
Рис. 3
Для наиболее эффективного использования силы гравитации в МГД предложена конструкция «магнитный юлы», в которой постоянные магниты совершают возвратно-поступательные движение (рис.6). Этот МГД состоит из горизонтального диска 8 секционированного магнитными экранами 7, и размещенного на вертикальной оси 11, пружинного механизма 9, связанного своим корпусом через рычаг 10 с подвижным постоянным магнитом 2, с грузом 6, размещенным в вертикальной немагнитной трубе 1, с вставленными в нее пары постоянных магнитов 2, 4 навстречу одноименными магнитными полюсами 3, 5 для отталкивания подвижного верхнего магнита 2 от неподвижного нижнего магнита 4. Принцип работы такого МГД состоит в том, что магнит 2 движется вверх под действием сил магнитного отталкивания от магнита 4, при отсутствии магнитного экрана 7 между ними. И, наоборот, в следующие полцикла работы МД - магнит 2 движется вниз под действием силы гравитации при экранировании магнитов 2, 4 шторкой -экраном 7 при вращении сегментного диска 8. Вращение диска осуществляется по принципу юлы путем циклического сжатия -распрямления пружины внутри цилиндрической обоймы 9 при возвратно -поступательном перемещении рычага 10 связанного механически с подвижным магнитом 2 и возвратной пружиной внутри обоймы 9. Скорость вращения диска зависит от конструктивных параметров МГД, массы и свойств используемых постоянных магнитов. На оси 11 может быть установлен электрический генератор 12. Достоинством этих МГД является полноценное использование магнитных сил отталкивания постоянных магнитов.
Полярные магнитные орбитальные двигатели
Рассмотрим иной метод прямого преобразования исключительно одной магнитной энергии постоянных магнитов (ПМ) в механическую энергию их взаимного вращения путем использования неоднородности их магнитных полей на магнитных полюсах и магнитном экваторе этих ПМ. Наиболее характерные варианты конструкций таких полярных МД показаны на рис. 4-6. Благодаря неоднородности магнитного поля центрального статорного магнита и магнита ротора, наличию моменту инерции магнита ротора и непрерывного чередования сил притяжения- отталкивания полюсов магнитов на разных участках траектории постоянного магнита ротора все эти устройства полярных МД, как показали эксперименты, вполне работоспособны:
а) магнитный двигатель-с подвижным в осевой плоскости магнитом ротора - рис. 4.
После исходного выведения ПМ ротора 2 вместе с ободом 3 в положение -зону между магнитным экватором и полюсом ПМ статора 1, исходной ориентации его полюсов на взаимное притяжение к противоположному магнитному полюсу центрального неподвижного магнита статора и начального толчка магнита 2 ротора в сторону ближайшего магнитного полюса центрального магнита 1 подвижный магнит - ротор 2 начинает ускоряться в верхней мертвой точке самопроизвольное осевое и орбитальное вращение вокруг центрального неподвижного постоянного магнита 1. По инерции он проходит зону над магнитным полюсом центрального ПМ и далее своими силовыми линиями отталкивается от одноименно полюса магнита 1 статора. После прохождения магнитного экватора ПМ 1 начинает разворачиваться на 180 градусов. Как показали опыты, подвижный магнит 2 иногда автоматически делает четыре и более осевых оборота на оси укрепленной платформе 4 за полный его орбитальный оборот. Но замечено неизменное его свойство автоматического разворота вокруг оси после прохождения линии магнитного экватора центрального неподвижного магнита 1 в пространстве на оси свою плоскость таким образом, чтобы устремиться противоположным полюсом к ближнему противоположному полюсу центрального ПМ по траектории его орбитального вращения вместе с ободом 3. По сути дела - это упрощенная физическая модель природного магнитного мотора в солнечной системе (взаимосвязанное самопроизвольное осевое и орбитальное вращение постоянного магнита относительно центрального постоянного магнита).
б) орбитальный магнитный двигатель с центральным составным магнитом и орбитальным вращающимся магнитом - рис. 5.
Впервые приложена конструкция полностью бесконтактного МД с составным магнитом (квазимонополем) обращенного статора. Поэтому магнит 2 ротора жестко сориентирован на ободе 3 по касательной к нему. Анализ взаимодействия магнитных сил подвижного магнита ротора 2 с суммарным магнитным полем квазимонополя 1 статора такого МД показывает на наличие неизменной ускоряющей силы магнита 2 на всех участках его орбиты. Действительно, магнит ротора из точки 2-1 магнитного экватора будет с
ускорением идти к точке магнитного полюса квазимонополя 1. В точке симметричного размещения полосового постоянного магнита ротора =как показано на рис -над полюсом центрального квазимонополя- перпендикулярно и симметрично относительно полярной оси квазимонополя - сила их магнитного притяжения равна нулю потому, что обе половинки магнита 2 размещены одинаково по дальности от этого полюса квазимонополя. Значит силовое взаимодействие полюсов-половинок магнита-ротора тоже одинаковое - но противоположно по знаку. Если бы магнит ротора был. В случае его подвижности на оси - магнит ротора начал бы разворачиваться по оси противоположным концом к полюсу квазимонополя 1 - но он жестко закреплен неподвижно на ободе - поэтому по инерции он проскочит вместе с ободом 3 этот полюс магнита
1.
Рис. 4
А вот как только по инерции ротор пройдет точку полюса квазимонополя -то тут же начинает действовать сила магнитного отталкивания - вплоть до точки пересечения с магнитным экватором квазимонополя 1. Далее после прохождения магнитом 2 линии магнитного экватора (МЭ) опять начинает действовать сила магнитного притяжения полюса магнита ротора к противоположному полюсу магнитного монополя - из-за неоднородности МП монополя и сгущения магнитных силовых линий в районе его второго магнитного поля, т.е. будет двигаться к противоположному полюсу в сторону сгущения. Таким образом, в данном МД чередуются силы притяжения и силы отталкивания этих магнитов. Сила притяжения магнитов 1,2 действует, начиная с точки 2-1 и до подхода магнита 2 ротора к противоположному полюсу квазимонополя. Эта сила притяжения магнитов в сторону повышения плотности магнитных силовых линий к противоположному полюсу квазимонополя - причем эта сила нелинейная и возрастает по мере приближения по траектории обода к полюсу квазимонополя и действует на участке от магнитного экватора до полюса квазимонополя. Далее
возникает сила отталкивания магнитов сразу после пересечения магнитом ротора магнитного полюса квазимонополя.
Рис. 5
Эта сила отталкивания одноименных полюсов магнитов действует на участке от полюса до магнитного экватора по второй половине траектории магнита 2 вокруг квазимонополя 1. По сравнению с начальной точкой 2-1 и она тоже не линейна и максимальна сразу за магнитным полюсом магнита 1-1 и потом убывает и равна нулю на магнитном экваторе.
Заключение.
Таким образом, конструкции магнитных двигателей, бесконтактных магнитных редукторов и подшипников открывают перспективу создания новой бестопливной и эффективной магнитной энергетики и механики. Точнее сказать «открывали бы». Ведь когда дело доходит до практики, эти многообещающие аппараты отказываются работать. Всё заканчивается остановкой в некотором равновесном положении, для вывода из которого требуется приложение значительного усилия. Таких положений на траектории движения (вращения) может быть несколько, и называются они условно “мертвыми точками”. Предложений решения этой проблемы можно найти приблизительно столько же, сколько и самих моделей МД, т.е. десятки, а то и сотни. Начиная от создания различных экранов, искажающих магнитные поля, шторок и изощрённых форм самих постоянных магнитов и заканчивая добавлением в конструкцию герконов и внешнего питания. Но, несмотря на это, если верить данным Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, не один из подобных двигателей до сих пор не запатентован. А уж связано это с невозможностью реализации на практике или с «байкой» о бойкотировании свободной энергии, как угрозы для мировой экономики, решать нам.
Список литературы
1. Питер А. Линдеманн «Свободная энергия в современном мире»
2. Дудышев В. Д. Метод извлечения внутренней энергии из веществ -«Новая Энергетика»
3. Г. В. Николаев «Тайны электромагнетизма и свободная энергия»
4. http: //www l.fips.ru
5. http://www.enetek.ru
Сведения об авторе.
Богданов Алексей Владимирович студент-магистр,
Пензенский государственный Университет
Bogdanov, Alexey a student-master, Penza State University
Лапшин Эдуард Владимирович д.т.н., профессор,
Пензенский государственный университет
Lapshin, Edward V. a Dr. Sci. Tech., the professor, the Penza State University
