Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к электротехнике, в частности к униполярным двигателям высокого напряжения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известны униполярные двигатели (генераторы)

Недостатком таких двигателей является то, что они работают при низких напряжениях (4 20 В)постоянного тока, вследствие чего для получения значительной мощности необходим большой ток. В связи с этим эти двигатели почти не используют.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является униполярный двигатель высокого напряжения Особенностью этого двигателя является то, что ротор выполнен в виде диска, его обмотка в виде радиально расположенных, последовательно соединенных проводников, находящихся в секторовидных участках с сильным и слабым магнитным полем, направление тока в которых (от оси ротора или в ней) обеспечивается коллектором, расположенным вблизи оси ротора. Подвод постоянного тока к коллектору обеспечивается контактными щетками, число которых равно числу секторовидных участков с сильным магнитным полем.

Главным недостатком этого двигателя-прототипа является сложность обмотки ротора, которая должна быть выполнена подобно тому, как она изготавливается в традиционных многополюсных машинах постоянного тока. В мощных двигателях эта обмотка очень трудоемка и нередко изготавливается вручную вследствие своей сложности.

Предлагаемый в вариант изготовления обмотки ротора в виде печатной схемы при сохранении конструктивной сложности упрощает изготовление обмотки, однако, делает двигатель маломощным, что является дополнительным недостатком.

Второй дополнительный недостаток двигателя-прототипа сложная конструкция коллектора, обусловленная сложностью обмотки ротора, изготавливаемого подобно коллекторам в традиционных многополюсных машинах постоянного тока.

Третьим дополнительным недостатком двигателя-прототипа является сложная конфигурация магнитного сердечника обмотки возбуждения, формирующего секторовидные участки с сильным и слабым магнитным полем.

Цель изобретения упрощение конструкции униполярного двигателя высокого напряжения (и устранение перечисленных недостатков) путем упрощения обмотки ротора, конструкции коллектора, конфигурации сердечника обмотки возбуждения и уменьшение числа контактных щеток до двух. Это обеспечивает создание униполярных двигателей высокого напряжения с упрощенной конструкцией, как большой так и малой мощности.

Это достигается тем, что униполярный двигатель (генератор) высокого напряжения, содержащий систему возбуждения статора с одинаковыми секторовидными участками сильного и слабого магнитных полей, установленный на валу двигателя дисковый ротор с обмоткой из радиальных проводников, соединенных последовательно, начало и конец обмотки соединены с коллектором и токоподводящими к нему щетками, отличается тем, что обмотка ротора выполнена таким образом, что проводники с противоположным направлением тока расположены соответственно в сильном и слабом магнитных полях системы возбуждения статора, а коллектор выполнен в виде двух групп пластин, расположенных по кругу, причем, число пластин в каждой группе равно удвоенному числу участков с сильным магнитным полем, пластины в каждой группу электрически соединены друг с другом и с одним из концов обмотки ротора, а расстояние между пластинами на 5 10% больше поперечного размера каждой из двух токоподводящих щеток, что необходимо, чтобы избежать короткого замыкания через щетки в момент переключения на коллекторе.

Униполярный двигатель (генератор) отличается тем, что система возбуждения статора выполнена в виде тороидальной обмотки и цилиндрических сердечников с секторовидными выступами, установленных с двух сторон ротора выступ к выступу.

Сущность изобретения состоит в том, что радиально расположенные и последовательно соединенные проводники, образующие обмотку дискового ротора, находятся в неоднородном магнитном поле в виде секторовидных участков с сильным и слабым магнитными полями. При этом обмотка может быть выполнена из одинаковых секторовидных катушек, токоподвод к коллектору осуществляется с помощью всего двух контактных щеток, а неоднородное магнитное поле создается двумя ферромагнитными сердечниками с секторовидными выступами.

Такой двигатель по конструкции проще двигателя-прототипа и по рабочим характеристикам близок к традиционным многополюсным машинам постоянного тока, но значительно проще их по конструкции.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого двигателя в продольном разрезе; на фиг. 2а принципиальная схема обмотки дискового ротора; на фиг. 2б схема конструкции коллектора; на фиг. 3 конструкция одного из двух ферромагнитных сердечников, создающих неоднородное магнитное поле в виде секторовидных областей с сильным и слабым полем.

Предлагаемое устройство (фиг. 1 3) содержит статор 1, тороидальную обмотку 2 возбуждения статора, два ферромагнитных сердечника 3 с секторовидными выступами фиг.3), ротор 4, обмотку 5 ротора, секторовидные области 6 слабого магнитного поля (фиг. 2), секторовидные области 7 7 7 сильного магнитного поля, коллектор 8, пластины 9 коллектора, контактные графитовые щетки 10, ось 11 ротора (вал двигателя).

Хорошо известно, что в соответствии с законом Ампера, сила, действующая на проводник с током в магнитном поле предлагаемого двигателя описывается уравнением (система СИ)

f IBl, (1) где I сила тока; l длина проводника, магнитная индукция.

Действие предлагаемого двигателя (генератора) основано на зависимости от .

Конструкция статора двигателя представлена на фиг. 1. Статор имеет общепринятый для униполярных двигателей вид. Это соленоид 2 в виде тороидальной катушки, на оси которой расположена ось двигателя 11. Внутри соленоида расположены два ферромагнитных сердечника 3. Как указано выше, принципиальная особенность конструкции статора состоит в том, что обмотка возбуждения должна создавать неоднородное магнитное поле, состоящее из секторовидных участков, где магнитная индукция имеет большую величину, и подобных же участков, где она в несколько раз меньше. Форма и расположение этих областей показаны на фиг.2а. Области с малым значением заштрихованы.

Для повышения мощности несколько описанных двигателей можно соединить общим валом с таким расчетом, чтобы переключения на коллекторах двигателей происходили в разные моменты времени, что обеспечит более равномерное вращение.

Предлагаемый двигатель имеет два основных преимущества по сравнению с ранее известными двигателями постоянного тока.

По сравнению со всеми ранее известными униполярными двигателями предлагаемый двигатель может работать при значительно более высоких напряжениях, и при этом двигатель будет иметь больший коэффициент полезного действия вследствие меньших потерь мощности на щетках, вследствие их меньшего количества. Двиатель будет иметь также очень широкий диапазон скоростей вращения. Изменение скорости вращения осуществляется так же, как в традиционных двигателях постоянного тока, а именно изменением величины в области с сильным магнитным полем посредством вариации тока в обмотке 2 возбуждения (фиг. 1). За счет большого значения N двигатель может быть низкооборотным, что дает возможность использовать двигатель без механического редуктора.

По сравнению с ранее известными коллекторными двигателями постоянного тока большим достоинством предлагаемого двигателя является простота обмоток возбуждения и ротора. Обмотка возбуждения состоит всего из одной тороидальной катушки. Обмотка ротора может состоять из 4 8 одинаковых секторовидных катушек. Проволока на эти катушки может наматываться на очень простых устройствах (например, на токарном станке), поэтому изготовление наиболее трудоемкой части двигателя постоянного тока (обмотки, которую часто делают вручную) значительно упрощается.

Очень важным дополнительным достоинством предлагаемого двигателя является очень простая конструкция коллектора.

Предлагаемый двигатель большой мощности может быть использован для привода на электрическом транспорте (трамваях, троллейбусах, электровозах, электромобилях, дизель-электроходах). Двигатель может быть применен для привода разнообразных маломощных устройств: магнитофонов, холодильников, стиральных машин и т. п.

Экономический эффект от использования предлагаемого двигателя будет значительным, но количественного его в настоящее время оценить трудно.

Формула изобретения

1. Униполярный двигатель (генератор) высокого напряжения, содержащий систему возбуждения статора с одинаковыми секторовидными участками сильного и слабого магнитных полей, установленный на валу дисковый ротор с обмоткой из радиальных проводников, соединенных последовательно, начало и конец обмотки соединены с коллектором и токоподводящими к нему щетками, отличающийся тем, что обмотка выполнена таким образом, что проводники с противоположным направлением тока расположены соответственно в сильном и слабом магнитных полях системы возбуждения статора, а коллектор выполнен в виде двух групп пластин, расположенных по кругу, причем число пластин в каждой группе равно удвоенному числу участков с сильным магнитным полем, пластины в каждой группе электрически соединены друг с другом и с одним из концов обмотки ротора, а расстояние между пластинами на 5 10% больше поперечного размера каждой из двух токоподводящих щеток.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система возбуждения статора выполнена в виде тороидальной обмотки и цилиндрических ферромагнитных сердечников с секторовидными выступами, установленных с двух сторон ротора выступ к выступу.

Имя изобретателя:
Имя патентообладателя: Цивинский Станислав Викторович
Дата начала отсчета действия патента: 1993.11.23

Первым двигателем постоянного тока и первой электрической машиной, в которой преобразование энергии осуществлялось в магнитном поле, был униполярный двигатель Фарадея, предложенный им в 1821 г. (рис. 11). В этом двигателе проводник с током 1 вращался вокруг постоянного магнита 2. Контакт вращающейся части электрической цепи с не­подвижной осуществлялся ртутью 3, налитой в чашку. Преобразо­вание энергии в простейшем по конструкции двигателе Фарадея и других униполярных машинах строго не описывается матема­тическими уравнениями электрических машин.

Униполярные машины в отличие от других электрических машин не получаются из обобщенной машины путем простых рас­суждений, так как в якоре ее протекает постоянный ток и нет преобразователя частоты, который применяется в обычных дви­гателях постоянного тока или вентильных двигателях.

В униполярных машинах как в обмотке возбуждения, так и в обмотке якоря протекает постоянный ток. Убедительным и, пожалуй, единственным объяснением работы униполярных машин может быть то, что при обходе электрической цепи она состоит из двух или нескольких подвижных и неподвижных частей, имеющих скользящий контакт. Нельзя построить бесконтактную униполярную машину.

Рис. 11. Двигатель Фарадея

В электромеханике получилось так, что развитие электрических машин началось не с первого изобретения - двигателя Фарадея, а с появившейся позже машины Пачинотти-Грамма. Двигатель Фарадея послужил началом истории униполярных машин, но как бы ни развивалась история электромеханики, первую электриче­скую машину с рабочим магнитным полем предложил Фарадей. На рис.12 представлена схема современной униполярной машины. На стальном роторе 1 в пазах расположены медные стержни 2, которые присоединены к кольцам 3. По кольцам сколь­зят щетки 4, с помощью которых осуществляется контакт и с ро­тора снимается постоянный ток. Магнитное поле создается обмот­кой возбуждения 5. Магнитный поток замыкается по цилиндри­ческому статору 6 и ротору 1, проходя через два воздушных зазора.

В униполярных машинах нет коллектора и нет механического преобразователя частоты. Они занимают особое место в электро­механике, но, как и во всех электрических машинах, энергия концентрируется в воздушном зазоре и к ним применимы уравне­ния электромеханического преобразования энергии.

Рис.12.Униполярная машина

В системе координат d, q моделирование уравнений происходит при протекании по обмоткам статора и ротора постоянных токов. Уравнения машин постоянного тока и синхронных машин широко применяются при исследованиях и почти всегда дают правильные ответы на возникающие вопросы. Конструктивным воплощением этой математической модели являются обычные синхронные ма­шины, машины постоянного тока и униполярные машины.

Конструкция униполярной машины, позволяющая наглядно рассмотреть процессы преобразования энергии, представлена на рис. 13. В этой машине ротор 1 выполняется из одной поковки с валом. Статор состоит из двух массивных полусфер 2, в которых помещаются катушки возбуждения 3. Магнитный поток Ф через два воздушных зазора замыкается по ротору и статору. Щетки 4 установлены на валу и внешней поверхности ротора. Ток замы­кается по внешней цепи и по диску ротора. Недостатком этой ма­шины являются плохие условия работы щеточного контакта на внешней поверхности ротора.

В униполярных машинах витки с током, роль которых выпол­няет массивный ротор, пересекают силовые линии магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения. Магнитный поток неподви­жен относительно обмотки возбуждения и щеток.

Рис. 13. Униполярная машина с дисковым ротором

Если щетки и обмотка возбуждения будут вращаться относительно ротора, то при частоте вращения ротора () и частоте вращения поля (), равной частоте вращения щеток (), == , эдс будет равна нулю (щетки вращаются в ту же сторону, что и ротор). Можно при неподвижном роторе и вращающихся щетках снять напряжение. При этом момент должен быть приложен к статору. При вращении ротора и статора вместе с обмоткой возбуждения и щетками в противоположные стороны напряжение зависит от относительной частоты вращения. При этом момент должен быть приложен к статору и ротору. Как и обычные электрические ма­шины, униполярные машины с вращающимся статором и ротором двухмерные электрические машины, имеющие при матема­тическом описании процессов преобразования энергии два урав­нения движения.

При неподвижной обмотке возбуждения и неподвижном роторе и вращающихся щетках напряжение на щетках и во внешней цепи равно нулю, так как силовые линии поля неподвижны отно­сительно контуров токов ротора.

Обычно униполярные машины строятся на низкие напряжения. Однако можно повысить напряжение, подводимое к униполярному двигателю, соединяя последовательно щетки и кольца. Как и в обычных двигателях постоянного тока, ток якоря создает реакцию якоря. Для компенсации реакции якоря в униполярных машинах применяют компенсационную обмотку, выполняемую на статоре.

Как уже отмечалось, для непрерывной работы униполярной машины необходимо, чтобы было два участка электрической цепи, соединенных между собой контактами. Для этого обмотка в унипо­лярных машинах должна состоять из стержней, а не образовывать витка, замыкающегося в магнитном поле, так как полярность при обходе якоря не изменяется (рис. 14). Индукция В направ­лена перпендикулярно плоскости витка, скорость движения витка v равномерная.

Нельзя выполнить обмотку с внешней длиной электрической цепи, равной нулю, так как при этом и стержень должен иметь длину, равную нулю (рис. 14, б), но внешней цепи может и не быть, тогда обмотку в виде секций в униполярной машине сделать нельзя (рис.14, а).

За полтора века, прошедших со времени изобретения Фарадеем униполярного двигателя, были созданы сотни оригинальных униполярных машин, но, пожалуй, самой замечательной унипо­лярной машиной является наша планета Земля. Магнитное поле Земли создается постоянными токами, протекающими в расплав­ленном ядре и радиационных поясах (рис. 15). В самом упрощен­ном виде магнитное поле Земли показано на рис. 15. Между тончайшей корой 1 на поверхности Земли и ядром 2 находится магма 3. Если представить, что есть относительные перемещения ядра относительно магмы и коры относительно магмы, то за счет ничтожных перемещений коры Земли могут наводиться токи I униполярной индукции (рис.15).

Как и в униполярных машинах, магнитное поле жестко связано с токами, а токи - с ядром Земли. Перемещения коры приведут к появлению токов, замыкающихся в коре и магме. В этой гигант­ской униполярной машине щетками являются тысячекилометровые слои магмы, практически неподвижные на расстояниях сотен километров. Индукция магнитного поля на поверхности Земли околоТ. Имея длину машины в тысячи километров, при относительных перемещениях в несколько сантиметров в минуту эдс может достигать нескольких вольт, а токи - огромных зна­чений.

Рис. 15. Униполярная машина - планета Земля.

Униполярные токи, по-видимому, замыкаются в приграничном слое между корой и магмой. Но они могут замыкаться и на по­верхности Земли, так как магма может иметь выходы на поверх­ность Земли в нескольких точках мирового океана, отстоящих на тысячи километров друг от друга. Униполярная машина - Земля - может работать в режиме генератора и двигателя. Изучение униполярной индукции в глобальных масштабах имеет важное значение и может оказаться полезным для практических применений.

Униполярная индукция в слабых магнитных полях может проявлять себя при больших скоростях и изменении площади, охватываемой контуром, в котором замыкаются токи. Примером может служить вхождение кометы или метеоритов в магнитное поле Земли. Если хвост кометы электропроводящий, то при быст­ром изменении ds/dt могут возникнуть значительные изменения потока Ф и эдс.

Униполярные двигатели и генераторы всегда привлекали внимание электромехаников своей сложностью и красотой, и их возможности далеко еще не исчерпаны.

Власов В.Н.

Вариант униполярного магнитного двигателя.

На своём сайте я недавно разместил две интересные статьи примерно на одну тему. Это «Вечный двигатель первого рода», автор Головко Владимир Павлович. И «Роторный униполярный магнитный двигатель », автор Калашников Юрий Яковлевич. И это сделано неспроста.

Оба автора примерно с одинаковых позиций показывают, что довольно простым способом можно сконструировать магнитный двигатель, который способен работать практически вечно, настолько долго, насколько долго будет сохраняться намагниченность магнитов. Оба автора предлагают при необходимости вместо постоянных магнитов использовать электромагниты. В этом случае это уже не будет «выглядеть» как вечный двигатель, но при подборе параметров можно добиться, что энергетические расходы на поддержание необходимого магнитного поля в электромагнитах будут меньше работы, совершаемой двигателем.

Головко В.П. совершенно правильно формулирует техническое задание, но, к сожалению, до конца дело не доводит, согласившись с тем, что магнитов с требуемыми для его двигателя параметрами не существует и предлагает свой способ намагничивания постоянных магнитов. К сожалению, дальше теории дело не пошло. А жаль.

Калашников Ю.Я. предлагает более совершенную конструкцию, которая неплохо показала себя в виде простого макета. Для своего двигателя, у которого магнитные поля роторных магнитов должны быть подобны магнитным полям проводников, по которым протекает электрический ток. На плоскости это концентрические окружности, а объемно это будут концентрические цилиндры. Взаимодействие постоянного магнитного поля статора с цилиндрическим магнитным полем магнитов ротора приводит к тому, что вокруг каждого роторного магнита возникает перепад напряженности магнитного поля с одной точки зрения и перепад эфирного давления с другой. В итоге на каждый роторный магнит действует постоянная сила, направленная именно так, как предлагает в своей статье Головко В.П. Таким образом, Калашников Ю.Я. не только сформулировал техническое задание, но и предложил простое решение.

Мои предложения в некотором смысле можно считать усовершенствованием того, что предложил Калашников Ю.Я. Дело в том, что решение Калашникова Ю.Я. хоть и красивое, но для его реализации необходимо составлять своеобразный бутерброд из двух плоских, длинных и особым образом намагниченных магнитов. Такие магниты технически, наверное, проще собрать из нескольких более коротких магнитов, закрепив их в пазах ротора друг над другом.

Вторым недостатком можно считать то, что когда такие составные магниты будут расположены на роторе близко друг от друга, то в итоге мы рискуем получить вместо множества цилиндрических магнитных полей несколько иную магнитную конфигурацию, в которой магнитные поля составных роторных магнитов, замкнутся так, что силовые линии этого итогового поля будут располагаться перпендикулярно силовым линиям магнитного поля статора. А такое магнитное поле уже не сможет вращать ротор вокруг оси. Значит надо как-то из кругового магнитного поля соорудить полукруговое магнитное поле, сохранив за ротором способность вращаться в итоговом магнитном поле.

Униполярным двигателям и генераторам, как в прошлом, так и в настоящем, уделяется большое внимание. Хотя используются такие моторы и генераторы в специфических условиях. Например, когда надо получить постоянный электрический ток большой величины, но при малом напряжении. Или получить мотор, работающий от мощных аккумуляторов с небольшим напряжением, таких как магнето на автомобилях, тракторах и т.п.

Униполярный электродвигатель - разновидность электрических машин постоянного тока . Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-ой токосъёмник у края диска.

Рис. 1. Простой униполярный двигатель.

Наглядная демонстрация работы униполярного электродвигателя. На головке шурупа находится постоянный магнит, сила которого удерживает шуруп притянутым к полюсу батарейки.

Первый униполярный двигатель, колесо Барлоу, создал Питер Барлоу , описав его в книге «Исследование магнитных притяжений», опубликованной в 1824 году . Колесо Барлоу представляло собой два медных зубчатых колеса, находящихся на одной оси. В результате взаимодействия тока, проходящего через колёса с магнитным полем постоянных магнитов колёса вращаются. Барлоу выяснил, что при перемене контактов или положения магнитных полюсов происходит смена направления вращения колёс на противоположное.

Униполярный генератор - разновидность электрической машины постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-й токосъёмник у края диска.

Рис.2. Диск Фарадея, первый униполярный генератор

С позиций электродинамики принцип действия униполярного генератора простой. Есть смысл его привести. На электроны, находящиеся в диске, действует Сила Лоренца , являющаяся векторным произведением напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником в результате вращения диска. Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем.

В отличие от других электрических машин, такой генератор имеет чрезвычайно низкую ЭДС (от долей до единиц вольт) при низком внутреннем сопротивлении и большом токе; равномерность получаемого тока, отсутствие необходимости коммутировать его коллектором ротора, или выпрямлять полученный другими машинами переменный ток внешними коммутирующими или электронным приборами; большие собственные потери энергии из-за протекающих по диску обратных токов, его бесполезно нагревающих. Эта проблема частично решается в конструкциях двигателей и генераторов с жидким проводящим токосъёмником по всему периметру диска; Сочетание этих свойств обусловило очень узкие сферы применения этого типа генераторов.

Чтобы принцип работы униполярного мотора и генератора был более понятным, воспользуемся рис.3. Данный рисунок составлен из двух рисунков, взятых с одного форума в Интернете.

Рис.3. Объяснение работы униполярного мотора и генератора.

Рис.4. Еще одна схема для ознакомления с принципами работы униполярного двигателя и генератора.

В данных схемах предполагается, что магнит одновременно является как носителем магнитного поля, так и проводником электрического тока. Хотя с таким же успехом функции магнита можно разделить между диском из материала с высокой проводимостью и отдельным магнитом для создания магнитного поля. В этом случае необязательно, чтобы магнитное поле покрывало весь диск, достаточно, чтобы магнитное поле присутствовало пространственно только над тем сектором диска, где будет протекать электрический ток в случае, если мы имеем мотор, или над тем сектором, с которого мы будет этот ток получать в случае, если будем использовать конструкцию в качестве генератора. Это позволяет упрощать конструкцию, обеспечивая над нужными участками вращающего диска магнитное поле нужной напряженности, использую магниты (электромагниты) меньших габаритов при той же напряженности создаваемого магнитного поля.

С другой стороны можно эффективно использовать как всю площадь диска (дисков), так и площадь магнита (магнитов). Почему дисков и магнитов? А потому, что диски и магниты можно насадить на одну общую ось по схеме магнит-диск-магнит-диск-…-магнит-диск-магнит. Такую модификацию униполярного двигателя предложил Тесла, при этом он предложил диски разделить на спиральные сектора, а ток снимать фактически со всей окружности дисков. Многих мучает желание понять, зачем Тесла обратил свое внимание на униполярный двигатель и генератор, ибо это как-то, похоже, не связано с его основным изобретением – трансформатором Тесла. Но это только на первый взгляд.

Рис.5. Трансформатор Николы Тесла с электромагнитным гасителем искры.

На рис.5. показана схема знаменитого трансформатора Николы Тесла. До настоящего времени идут споры о механизмах, которые позволяют создавать ударные эфирные волны и шаровые молнии. В дополнении к тому, что я уже постарался показать в предыдущих статьях о Тесла, хотелось бы отметить, возможно, очень важное. Болотов Б.В., интересный во всех отношения ученый Украины, высказал интересную мысль о возможности использования волн на поверхности водоема, но не от брошенного камня, а от обода, который располагают на поверхности воды, а затем по определенному закону слегка опускается в воду и поднимается из неё, без отрыва обруча от воды. В этом случае при подборе параметров обода, а также частоты принудительных колебаний можно внутри обода создать стоячую волну, которая будет периодически создавать в центре поверхности водного круга всплески, достигающие большой амплитуды. А если повезет, от этой центральной волны периодически будет вверх отрываться определенный объем воды шаровидной или торовидной формы. Наблюдательные люди давно заметили, что нечто похожее возникает на месте падения капли воды на водную поверхность, но этот эффект крайне непродолжительный, так как зона падения капли на поверхность воды не ограничена обручем.

А теперь посмотрите с этих позиций на схему трансформатора Николы Тесла. Первичная обмотка А аналогична колеблещемуся на воде обручу, который формирует во вторичной обмотке С стоячую электромагнитную (эфирную) волну с одной стороны, а с другой стороны не дает этой волне покинуть вторичную обмотку. Форма, частота, напряжение и сила тока в первичной обмотке выбирается такой, чтобы её параметры согласовывались с параметрами (индуктивность, способ намотки, материал, емкость), чтобы затраты энергии на создание стоячей волны были минимальные. Поэтому Тесла и говорил в одном своем интервью, что его трансформатор практически не рассеивает энергию, а использует её на 98-99% для создания энергетических объектов – плазмоидов или, иначе, шаровых молний. Вторичная обмотка выполняла не только роль формирователя стоячей волны, но и своеобразного аккумулятора. И когда энергия, образно говоря, начинала переливаться через край, происходил выброс плазмоида на пике напряжения в центре вторичной обмотки путем отрыва шаровой молнии от эфирного всплеска в центре вторичной обмотки.

Но какая связь между униполярным динамо и трансформатором Тесла? Дело в том, что по виткам первичной обмотки протекал достаточно большой ток, поэтому Тесла делал её из проводника большого диаметрас малым омическим сопротивлением. А там, где в селеноиде протекает большой ток, возникает сильное магнитное поле. И пусть это поле было в виде импульса, но напряженность его было высоким. Этот всплеск магнитного поля в первичной обмотке вызывал мощный импульс тока во вторичной обмотке, который волной распространялся по двум спиралям этой бифилярной обмотки, формирую в итоге стоячую волну напряжения (эфирного давления) над ней.

Как известно вынужденные колебания в колебательной системе, как правило, происходят с частотой вынужденных колебаний или его гармоник. Примем, что импульс тока в первичной обмотке и всплеск магнитного поля внутри её задавался Тесла в форме положительного прямоугольного импульса. Значит и колебания эфира над вторичной обмоткой задавались основной частотой колебаний в первичной обмотке, но вот форма этих стоячих волн определялась уже параметрами вторичной обмотки, а значит, что на одних частотах колебания усиливались, а на других могли заметно ослабевать. Это в итоге вело к тому, что солитонопорождающие колебания эфира над вторичной обмоткой уже не были похожи на прямоугольные импульсы, а определялись в заметной степени самой вторичной обмоткой. Не зря Тесла так тчательно относился к процессу выбора проводника для вторичной катушки и способу намотки. Кроме того изучающие наследие Тесла обратили внимание, что из математических методов он использовал проктически только преобразования Фурье. Тот, кто знает, что это такое понимает, что любой прямоугольный импульс в первичной обмотке ТТ можно промоделировать в виде суммы гармонических колебаний. Так вот, набор этих колебаний во вторичной обмотке будет представлен тем же набором гармоник, но уже с другими коэффициентами, что вызовет изменение формы стоячей волны во вторичной обмотке. И она вместо прямоуголной формы будет похожа на своеобразный пакет гармонических колебаний, амплитуда которых увеличивается от края к центру вторичной обмотки.

Получается, что вторичная обмотка в трансформаторе Тесла работала как оптический лазер, периодически выстреливая шаровые молнии или строго направленные локально ограниченные ударные волны. У лазера тоже ведь есть катушка для энергетической накачки, которая излучает когерентное излучение, энергия которого накапливается в кристалле, например рубине, длину которого подбирают очень строго, чтобы на ней могло уложиться целое число периодов выбранной световой волны, например красного цвета, а затем, когда энергии накапливается в достатке, «болтаясь» в виде стоячей волны вдоль всего кристалла от одного торца к другому, по достижению критического порога энергии стоячей световой волны кристалл выстреливает своеобразный световой солитон (волновой пакет) через один из своих торцов, который специально делают полупрозрачным.

Вот поэтому Тесла назвал свою вторичную бифилярную катушку катушкой для электромагнита. Только не «постоянного», а импульсного, в виде первичной катушки его любимого трансформатора.

Но вернёмся к униполярному динамо или мотору. Как для униполярного мотора, так и для униполярного генератора важно, чтобы вращался электропроводный диск, который должен обладать небольшим внутренним сопротивлением (золото, серебро, медь). Магнит может не вращаться или он может вращаться как вместе с диском, так и сам по себе, но исключительно параллельно вращающемуся диску.

Данное открытие было сделано А. Родиным. Им обнаружено, что реакция на цилиндрическом магните-статоре при вращающемся диске-роторе в униполярном двигателе полностью отсутствует (рис.6). С другой стороны вращение постоянного магнита никак не влияло на вращение диска. Важен лишь факт наличия магнитного поля, его напряженность и направление силовых линий. Проще говоря, наличие струй эфира, «вентилятором» для которых является магнит, у южного полюса он эфир «засасывает», а из северного полюса «выдувает». Так как в области северного полюса магнита создается зона с повышенным эфирным давлением, а возле южного полюса – с пониженным давлением, то «выдуваемый» из северного полюса эфир возвращается к южному полюсу, но уже обтекая магнит снаружи. Так магнитом формируется торовидный эфирный вихрь.

Рис. 6. Схема опытаА.Родина.

В рамках известных представлений явление не имеет корректного объяснения, так как находится в противоречии с законами механики. В действительности к магниту приложены скомпенсированные продольные силы F ║ от вращающегося диска и неподвижного проводника токоподвода, в результате чего суммарный момент на магните равен нулю и он остается в состоянии покоя. Роль статора выполняет неподвижный проводник токоподвода, на который передается реакция от магнита - поперечная сила F ┴ , однако непосредственного действия на вращающийся диск-ротор магнитное поле токоподводящего проводника-статора не оказывает. Таким образом, от токоподводящего проводника-статора вращающийся момент передается на магнит, а от магнита, в свою очередь, вращающийся момент передается на диск-ротор, при этом магнит выполняет роль активного передаточного тела, оставаясь все время неподвижным. Суммарный вращающий момент на магните всегда остается равным нулю.

С позиций эфиродинамики механизм вращения диска в униполярном моторе очень простой. Когда ток проходит в диске, находящемся в постоянном магнитном поле, направление силовых линий которого параллельно оси вращения диска, то данный ток создает вокруг себя круговое магнитное поле, направление вращения которого можно определить по правилу правой руки, которое и взаимодействует с постоянным магнитным полем. В результате с одной стороны от этой токовой «дорожки» магнитное поле усиливается, а с другой ослабляется. Или, если исходить из эффекта Магнуса для эфирных потоков, то с одной стороны токовой «дорожки» эфирное давление падает, а с другой возрастает. Разность эфирный давлений воздействует не на сам ток, а на носитель тока, коим является проводящий диск и проворачивает его вокруг оси на некоторый угол. Но токовая «дорожка» пространственно остается там же, на старом месте, поэтому вместе с ней остаются на месте зоны повышенного и пониженного эфирного давления, которые опять проворачивают токопроводящий диск. И так оборот за оборотом. Вот почему важно, чтобы магнитное поле достаточной напряженности располагалось как раз над (под) токовой «дорожкой». В другом месте магнитное поле бесполезно.

Объяснить работу униполярного генератора также можно с позиций эфиродинамики. При вращении токопроводящего диска электроны, как наиболее подвижные эфирные вихревые образования создают в диске концентрические токи, вокруг которых создается цилиндрическое магнитное поле. Это цилиндрическое магнитное поле взаимодействует с постоянным магнитным полем внешнего магнита, и в зависимости от направления вращения токопроводящего диска электроны будут либо оттесняться к периферии диска, либо собираться в центре диска. Разность концентраций электронов в центре и на периферии диска будут порождать напряжение. Но тут есть одна тонкость, на которую в известных мне материалах никто не обращает внимание.Дело в том, что на электроны будет действовать и центробежная сила, которая равноценна разности давлений эфира и напряжению. Поэтому важно, чтобы диск, направление токовой «дорожки» в пространстве и расположение магнитных полюсов внешнего магнита было таким, чтобы электроны оттеснялись на периферию диска как под действием центробежной силы, так и под действием силы Лоренца (эффекта Магнуса), что позволит обеим силам усиливать эффект друг друга.

В итоге между центром и периферией диска возникает напряжение, а в случае замыкания электродов на нагрузку через неё протекает электрический ток. И как в случае с униполярным мотором достаточно, чтобы магнитное поле было расположено над (под) линией, соединяющие электроды, с которых снимается напряжение. Это позволит использовать мощные, но небольшие по габаритам магниты (электромагниты).

Таким образом, с позиций эфиродинамики легко объясняются особенности работы униполярного двигателя или униполярного генератора. И самое главное, становится понятно, почему вращение магнита при наличии отдельного проводящего диска необязательно. Важно, что все эти эффекты связаны с характером взаимодействия эфирных полей – магнитного поля постоянного магнита и цилиндрических магнитных полей, динамически возникающих или протекающих меду электродами токов во вращающемся диске. В гидродинамике и аэродинамике этот эффект имеет аналога в виде эффекта Магнуса. Например, аналогом униполярного двигателя может служить ветрогенератор с лопастями, выполненных в виде принудительно вращающихся цилиндров. Несколько таких ветрогенераторов установлены в Белоруссии.

Пытаясь упростить решение, предлагаемое Калашниковым Ю.Я., я обратил внимание на давно известный вариант постоянного магнита как подковообразный (рис.7)

Рис.7. Подковообразный магнит.

В таком магните, как он изображен на рисунке, магнитные линии тоже будут слева замыкаться между северным (синий) и южным (красный) магнитными полюсами «по воздуху», но остальные участки магнитных линий (в правой части магнита) будут проходить внутри магнита, и, таким образом, будут защищены от воздействия магнитного поля такого же магнита, когда, например, два или более таких магнитов будут выстроенны в цепочку (рис.8).

Рис.8. Цепочка подковообразных магнитов.

Если подковообразный магнит расположить между полюсами мощного постоянного магнита как это показано на рисунке рис.9. то в результате враимодействия магнитных полей на подковообразный магнит начнет действовать сила, которая будет стремиться переместить подковообразный магнит вправо.

Рис.9. Подковообразный магнит в магнитном поле мощного магнита.

Причины, по которым на подковообразной магнит в магнитном поле мощного постоянного магнита будет действовать сила, объясняются точно так же, как это было сделано в статье Калашникова Ю.Я. В самом деле, магнитные силовые линии от северного полюса подковообразного магнита к южному будут описывать если не окружность, то кривую, похожую на эллипс. Направление этих силовых линий будет совпадать с направлением силовых линий «статорного» мощного магнита. В результате слева от подковообразного магнита будет наблюдаться повышение плотности магнитного поля, тогда как справа от подковообразного магнита плотность магнитного поля будет снижаться. Исходя из эфирных представлений можно считать, что слева от подковоорбразного магнита давление эфира будет выше, чем справа. Все это указывает на то, что на подковообразный магнит будет действать горизонтальная сила F , как это указано на рис.9.

Теперь, думаю, понятно, почему я указал, что данный способ является некоторым усовершенствованием способа, предложенного Калашниковым Ю.Я. Говоря простым языком, я предлагаю замкнуть, например, правые полюса составного магнита по его схеме обычным магнитопроводом, тем самым защитив эти полюса от воздействия соседних составных роторных магнитов.

Остальное уже дело техники. В качестве роторных и статорных магнитов можно будет использовать электромагниты, но для моторов малой мощности в несколько киловатт можно будет использовать магниты. Думаю, что особое внимание придется уделить подковообразному магниту, которому, по идее, можно придать более удобную форму, как в целях упрощения технологии, так и в целях формирования между его полюсами магнитного поля, магнитные линии которого будут максимально приближены к полуокружностям.

Но это еще не все. Если два таких подковообразных магнита соединить противоположными полюсами, то магниты образуют кольцо, в котором магнитное поле обоих магнитов соединится в кольцевое (закольцованное) магнитное поле. Такой магнит перестанет притягивать железные предметы, так как за пределы этого магнита не выйдет ни одна силовая линия. Но это не значит, что такой магнит, а точнее его закольцованное магнитное поле, не будет взаимодействовать с другими магнитными полями. А так как магнитное поле такого магнита будет представлять собой вращающееся в одну сторону эфирное кольцо, то такое поле при взаимодействии с внешним магнитным полем постоянного магнита поведет себя также как и магнитное поле проводника с током, а может даже и лучше. Такой магнит, если его правильно расположить во внешнем магнитном поле будет перемещаться как проводник с током.

Подтверждением этому может служить опыт В.Черникова. На проводник с током в магнитном поле постоянного магнита действует сила Лоренца (рис.10).Однако если проводник закрыть цилиндрическим экраном из магнитомягкого материала, то действие на проводник магнитного поля практически исчезает, но зато сила оказывается приложенной теперь к обесточенному экрану.

Рис.10. Схема опыта В.Черникова.

Явление объяснимо только при учете взаимодействия токов проводника и индуцированных эквивалентных токов экрана с полями векторного потенциала во внутренней полости экрана. Этот опыт прекрасно объясняестя с эфиродинамических принципов. В цилиндре под действием магнитного поля проводника с током возникает цилиндрическое закольцованное магнитное поле, цилиндр с таким магнитным полем будет взаимодействовать с учетом эффекта Магнуса так же как и проводник с током. При выбранных на рисунке параметрах цилиндр будет выталкиваться из магнитного поля N - S . В итоге получаем схему униполярного мотора (рис.11).

Рис.11. Схема униполярного мотора Власова В.Н.

Но раз из двух подковообразных магнитов можно получить «закольцованный магнит» или магнит с закольцованным магнитным полем, то, скорее всего, такие магниты с закольцованным магнитным полем внутри можно сразу готовить из кольцевой заготовки, которые используются, например, для изготовления аксиальных или радиальных магнитов.

Тут главное принцип работы и способ создания кругового, закольцованного магнитного поля. Теперь остается подумать как наиболее рационально реализовать этот принцип на практике. И тут могут быть варианты. В первом же случае, который приходит на ум, вдоль ротора располагаем трубки из таких магнитов, эти трубки из магнитов не будут мешать таким же соседним трубкам, так как их магнитное поле надежно спрятано. Чтобы магниты не разрушались, их можно «насаживать» на цилиндр как на шампур из непроводящего электрический ток материала. Что-то похожее на такую конструкцию (рис.12). Единственно, что надо обеспечить, чтобы длина статора над трубками из кольцевых магнитов на роторе была чуток больше длины трубкок. Иначе часть магнитов будет вращаться без толку.

Рис. 12. Униполярная машина.

В случае использования в качестве таких цилиндров, на которые будут «нанизываться» кольцевые магниты, алюминиевых или медных цилиндров (проводников) будет одновременно создаваться на концах цилиндров ЭДС, которую вроде бы можно будет задаром снимать и направлять в нагрузку. Но анализ порождаемого при этом магнитного поля по правилу правой руки показывает, что магнитное поле порождаемого тока будет закручиваться по часовой стрелке, тогда как магнитное поле в закольцованном магните закручено против часовой стрелки. В итоге у нас не будет ни двигателя, ни генератора. Но ничто не мешает посадить униполярный двигатель и униполярный генератор на одну ось, продумав их конструкции, чтобы иметь источник электрической энергии.

До сих пор не решена загадка движения униполярного двигателя Фарадея. Дело в том, что изобретенный им двигатель вращается вопреки физическим законам. Ученые не могут пока преодолеть парадокс движущей силы в его двигателе, в котором функционирует вращающийся магнит-ротор.

Взгляните на фото, как выглядит простой двигатель Фарадея, сделанный из винта, батарейки, провода, и магнитного диска.

Любой человек, знакомый с элементами электротехники, знает, что обычные электродвигатели состоят из неподвижного статора и вращающегося ротора. В качестве статора используются два вида магнитов: постоянный или электромагнит (постоянный или переменный). Как правило в моторах устанавливается переменный электромагнит. Вращение ротора происходит за счет притягивания и отталкивания его от статора, таким образом ротору передается непрерывное движение.

Если ротор притягивается к статору, то и статор притягивается к ротору. Если ротор отталкивается от статора, то и статор отталкивается от ротора. На двигателе Фарадея отсутствует статор. Ротору в этом случае не от чего отталкиваться. В соответствии с известными законами физики двигатель не должен вращаться. А он вращается.

Униполярный двигатель впервые был продемонстрирован Майклом Фарадеем в 1821 году в Королевском институте в Лондоне.

Рассмотрим несколько конструкций двигателей на неодимовых магнитах. На обычных магнитах такой двигатель не работает.

Первая модель одна из наиболее простейших, такой мотор можно сделать за минуту. В качестве ротора используется обыкновенный саморез и соединенный с ним неодимовый магнит. Ток подается непосредственно от одного полюса батарейки и через провод.

Вторая разработка мотора на неодимовых магнитах, создание которого понятно из видео

Третий вариант двигателя на магните. Неодимовые магниты в этом магазине.

Можно и так, не обязательно ставить магниты на батарейку:

Четвертая модель двигателя на неодимовых магнитах на видео, в котором вращается сама батарейка вместе с магнитом.

МАЙКЛ ФАРАДЕЙ (1791-1867)

Английский физик и химик. Майкл Фарадей родился в 1791 году в Ньюингтоне, Англия. Он происходил из бедной семьи и в значительной степени был самоучкой. Посвященный в возрасте четырнадцати лет изучению переплетчика и книготорговца, он использовал эту возможность и много читал. В возрасте двадцати лет он присутствовал на лекциях известного британского ученого сэра Хамфри Дэви, который его очаровал. Он написал Дэви и, наконец, получил работу в качестве помощника.

Несколько лет спустя Фарадей уже делал важные открытия самостоятельно. Ему не хватало хорошей математической основы, но он был непревзойденным как физик-экспериментатор. Первое важное открытие в области электричества, Фарадей сделал в 1821. Два года назад Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка отклоняется, когда электрический ток течет через проводник, расположенный близко. Фарадей подумал, что если магнитная стрелка будет прикреплена, шнур будет двигаться. Во время работы над этой идеей ему удалось построить устройство, в котором шнур вращается вокруг магнита, пока электрический ток проходит через кабель. Фактически, Фарадей изобрел первый электродвигатель, первое устройство, которое использует электричество для перемещения объектов. Хотя он очень примитивен, Двигатель Фарадея был прародителем всех электродвигателей, которые в настоящее время используются. Это был огромный прорыв, но его практическое значение оставалось ограниченным, поскольку единственным известным источником электрического тока были примитивные химические батареи. Фарадей был убежден, что должен быть какой-то способ, чтобы использовать магнетизм для генерирования электрического тока, и упорно искал такого метода. Оказалось, что неподвижный магнит не генерирует электрический ток в соседнем проводнике, но в 1831 году Фарадей обнаружил, что если магнит проходит через замкнутую проволочную петлю, ток течет через кабель. Это явление называется электромагнитной индукцией, и открытие закона, регулирующего это явление (закон Фарадея), широко рассматривается как величайшее достижение Фарадея. Открытие Фарадея имело большое значение по двум причинам. Прежде всего, закон Фарадея имеет фундаментальное значение в теории электромагнетизма. Во-вторых, электромагнитная индукция может быть использована для генерации электрического тока, как показал сам Фарадей, построив первый генератор. Современные электрогенераторы, которые обеспечивают электроэнергией наши города и фабрики, конечно, гораздо сложнее, но все они основаны на одном и том же принципе электромагнитной индукции.

Фарадей также внес большой вклад в химию. Он изобрел метод сжижения газов и обнаружил множество различных химических веществ, включая бензол. Еще важнее его открытия в области электрохимии (изучение влияния электрического тока на химические соединения). В результате тщательно проведенных экспериментов Фарадей установил два закона электролиза, которые были названы в его честь. Эти законы составляют основу электрохимии. Он также популяризировал многие важные термины, используемые в этой области, такие как анод, катод, электрод и ион. Фарадей представил такие важные понятия для физики, как линии напряженности магнитного поля и линии напряженности электрического поля. Подчеркивая важность не столько магнитов, сколько полей между ними, он подготовил почву для многих достижений современной физики, в том числе уравнений Максвелла. Фарадей также обнаружил, что изменяется плоскость поляризации света, проходящего через магнитное поле. Это открытие было важно, потому что это был первый сигнал, что есть связь между светом и магнетизмом.

Фарадей был не только очень талантливым человеком, но и очень красивым. Он также был очень хорошим научным пропагандистом. Тем не менее он оставался скромным и не придавал значения славе, деньгам и почестям. Он не принял титул дворянина или позицию председателя Британского королевского общества, которую он предложил. Его брак был долгим и счастливым, но бездетным. Он умер в 1867 году недалеко от Лондона.

В чем принципиальные различия между биполярным и униполярным шаговым двигателем, какой стоит выбрать?

В данной статье будут рассмотрены два типа двухфазных шаговых двигателя - униполярный и биполярный . Подобные названия появились благодаря тому, что в двухфазных шаговых двигателях встречаются два основных типа обмотки катушек, один - биполярный, другой - униполярный. Далее - рассмотрим оба типа подробнее, чтобы разобраться какой из них является более эффективным.

Униполярный шаговый двигатель

Униполярные шаговые двигатели, так же как и биполярные, имеют две обмотки, и каждая из них имеет центральный отвод. В зависимости от требуемого направления магнитного поля, в работу включается соответствующая половина обмотки, что достигается простым переключением ключей и существенно упрощает схему драйвера. Подобный механизм позволяет в качестве управляющей системы использовать простейший униполярный драйвер с четырьмя ключами.

Униполярный двухфазный шаговый двигатель имеет шесть выводов. Но так же бывает, что средние отводы катушек внутри соединены, что позволяет шаговому двигателю иметь только пять выводов. Благодаря простоте в эксплуатации, данные двигатели имеют широкую популярность среди как новичков любителей, так и во многих промышленных отраслях, поскольку униполярный шаговый двигатель является самым примитивным и дешевым способом получить высокоточные угловые движения.

Биполярные шаговые двигатели

С биполярными шаговыми двигателями дело обстоит немного иначе. Данные двигатели имеют только одну обмотку в одной фазе. Управляющая схема биполярного двигателя должна быть намного сложнее, чтобы менять направление магнитного поля с целью изменить направление тока в обмотке. Этого можно достигнуть с помощью схемы H-bridge. К тому же, для упрощения задачи можно приобрести несколько драйверных чипов, которые вам помогут. Биполярные шаговые двигатели, в отличие от униполярных имеют два вывода на одну фазу, ни один из которых не является общим. Иногда H-brigde сопровождают статические эффекты трения, что происходит с определенными приводными топологиями, однако это легко можно исправить, сгладив сигнал шагового двигателя на более высоких частотах.

Униполярные шаговые двигатели, в отличие от биполярных, имеют два вывода за фазу, ни одна из которых не является общей. Иногда H-brigde сопровождают статические эффекты трения, что происходит с определенными приводными топологиями, однако это легко можно исправить, сгладив сигнал шагового двигателя на более высоких частотах.

Выводы

Биполярные шаговые двигатели немного сложнее в управлении, но при схожих габаритах, биполярный двигатель способен обеспечить больший момент, в сравнении с униполярным. Однако униполярный двигатель, в противовес биполярному, проще в эксплуатации, и вполне сгодится для привода устройств с небольшой мощностью - бытовая техника (стиральная машина, холодильник), магнитофоны и т.д.