Сегментные магнитные двигатели с коммутацией магнитного потока

Для магнитных машин тоже справедлив общий принцип обратимости их режимов работы, т.е. любая работоспособная магнитная машина на ПМ может работать как в генераторном(получение электроэнергии при наличии индуктивной обмотки), так и в двигательном режимах. Кроме того, в такой сегментном магнитном преобразователе-машине возможен и совмещенный мотор-генераторный режим работы, что является принципиальным отличием от известных электромагнитных машин. Генераторный режим сегментного магнитного преобразователя описан выше. 

Как показывают эксперименты с кольцевыми магнитами, разрезанными на сегментные части, эти сегменты самопроизвольно выталкиваются из кольцевого магнита, при этом получается всплеск (коммутация) магнитного поля. 

Принцип работы простейшего сегментного магнитного мотора состоит в коммутации — прерывании магнитного потока кольцевого магнита путем циклического перемещения(вдвигания– выдвигания) подвижного магнитного сегмента кольца (рис.1). 

Поясним упрощенно принцип работы такого сегментного магнитного мотора. В таком необычном МД используется эффект самопроизвольного выталкивания магнитного сегмента из кольцевого постоянного магнита . Для этого изготавливаем кольцевой магнит с вырезанным заранее одним или несколькими сегментами, помещает над ним кольцо с таким же вырезанным сегментом. Поскольку кольцо намагнитится магнитом, то получим систему из двух магнитов друг над другом в параллельных плоскостях ( обозначено кольцо) из первой части. У такой системы рис. 4 (Fe) есть два устойчивых положения B и D и два неустойчивых A и С из которых магнит-ротор стремиться провернуться в положение D или В. Как видно из рис. 3 железное кольцо сверху магнита порезано на сегменты. Алгоритм управления коммутацией магнитного поля в таком МД- достаточно прост. 

По мере вращения магнита из неустойчивого положения в устойчивое, на подходе к устойчивому положению , выдергиваем следующий сегмент ( если смотреть по направлению вращения а выдернутый вставляем обратно(на рис. 3 показана такая циклограмма ). Таким образом, магнит опять оказывается в неустойчивом положении и разгоняется к следующей устойчивой точке. Для непрерывного вращения основного магнита этот процесс нужно повторять циклически, т.е. поочередно коммутировать сегменты МД (выдергивать- вставлять сегменты магнита) по ходу вращения специальными механическими устройствами. Поясним теперь конструкцию этого МД более подробно. 

Магнит 1 предварительно разрезаем на четыре одинаковых сегмента(рис. 2), поместим собранное из сегментов кольцо над полукольцевым магнитом. В результате, кроме взаимного притяжения сегментированного металлического кольца к постоянному полукольцевому магниту ( поворота не будет – система симметрична – металлическое кольцо из сегментов цельно – сегменты сдвинуты друг к другу ) получим вторую силу: так как постоянный магнит обращен к кольцу одной стороной и соответственно полярностью, то и все сегменты намагнитившись одной полярностью будут друг от друга отталкиваться и если позволить лишь одному сегменту стать свободным то теперь он просто вытолкнется наведенным магнитным монополем из окружности(рис. 3). Стрелками условно указаны векторы сил противостояния монополя. 

Теперь, когда один сегмент вытолкнут наведенным полем полу- кольцевого магнита то симметрия кольца нарушается и оно за счет размыкания общей магнитной линии кольца – воздушными зазорами А и В рис. 3 – преобразуется в линейный, согнутый магнит,а он имеет максимум напряженности поля на краях – в зазорах А и В и минимум напряженности в точке С рис. 3, то есть теперь система: магнит – разрезное кольцо является не симметричной и магнит на подшипнике куллера довернется, затратив свою энергию -до точки равновесия системы, магнит будет пытаться вложить свой синус напряженности поля по телу магнита в косинус наведенного на разрезном кольце магнитногополя. 

Теперь рассмотрим циклограмму силовых магнитных взаимодействий этих двух магнитов с сегментами (рис. 4) за один оборот магнита 1. Если мы поместим над магнитным полукольцом – металлическое полукольцо – составленное из двух 45 градусных сегментов, то возникнет четыре положения равновесия системы(рис. 4): два – устойчивых B и D, и два не устойчивых – вершины горок — A и C, естественно , что система предпочтет устойчивые варианты. По принципу Ла-Шателье любая энергетическая системав природе вообще всеми силами стремиться стать устойчивой – с минимальной энергией состояния. Если магнит поз. А рис. 4, подтолкнуть с магнитной горки, то он стремясь установиться в положение устойчивого равновесия – будет совершать работу, поворачиваясь например в позицию В рис. 4и т.д., то есть – манипулируя с помощью сегментов целостностью металлического кольца – мы заставляем магнит работать при его переустановке и если сегменты рис. 3позиция 1 и 2 по очереди ставить на место, выталкивая таким образом друг друга, то точка устойчивого углового равновесия магнита будет менятся с С на D рис. 3, и так далее провоцируя магнит работать на нас. — вращаясь по кругу. Теперь задача сводится к тому – как поменьше тратить своей энергии, заставляя сегменты 1 и 2 рис. 3 ставать по очереди на место в кольцо, заставляя опосредованно- через изменение позиционирование наведенного силового магнитного поля вызывать работу магнита в этой системе. 

Рассмотрим основные движущие и противодействующие силы в этой конструкции МД (рис. 3) – в зазорах А и В. Итак, суммарно в зазорах А и В рис. 3 на отталкивание сосредоточено основное наведенное магнитное поле , тогда чтобы вставить на место сегмент 2 рис. 3 ,и за счет этого вытолкнуть сегмент 1 рис. 3 – необходимо затратить столько же энергии , сколько дает магнит , минус потери на трение и т.д. Тогда где энергетический выигрыш? 

Циклограмма работы сегментов следующая (по рис. 5). Сделаем активными сегменты 1 и 2 рис. 5 , тогда сегмент 2 – со всей силой притягивается к полукольцу , а сегмент 1 – завис на расстоянии баланса сил полей, получается неуравновешенная магнитная система – магнитный триггер , но если активные сегменты связать рычагом 3 рис. 5 , то для полного уравновешивания системы необходим демпфер – накопитель импульса в виде например промежуточной пружины и рис. 5с нелинейной – квадратичной характеристикой сжатия , теперь мы скомпенсировали нелинейную характеристику магнитного поля зазоров обратной характеристикой сжатия пружин и ( рис. 5 ), так , что в сумме энергозатрат на коммутацию сегментов получаем линейную уравновешенную и встречно скомпенсированную систему управления сегментами и в свою очередь предельно малозатратное управление силовым магнитным полем постоянного полукольцевого магнита с помощью например соленоида – задатчика  выходных оборотов поз. 5 рис. 5 . В результате –обеспечиваем предельно длительное вращение магнита за счет его внутренней потенциальной энергии. 

Более простой способ управления сегментами показан например на рис. 6. Здесь показан вид с боку, где: 

1 – полукольцевой магнит;
2
– активные сегменты;
3
– рычаг из пружинной проволоки – то есть он рычаг-пружина-накопитель импульса управления;
4
– упорные катушки управляющего соленоида,
5 – опорная ось качели рычага.  

Можно также просто обеспечить управление сегментами за счет установленного на основном валу кривошипно – шатунного механизма.  

В этом варианте исполнения устройства коммутации сегментов МД нужно возвратные пружины недокомпенсировать так, чтобы остался слегка тригерный эффект , то есть сегменты должны реверсировать положение скачком . Практика показывает, что тяговый магнит ротора должен иметь в идеале форму трапеции, плоскости граней которой совпадают с линиями радиуса магнитного кольца. Для экспериментов допустимо применение магнита, имеющего форму параллелепипеда. 

Дата: 30.01.2008 г.
Автор: Валерий Дудышев
Правила републикации материала

Реклама

~ от energy21x на Март 24, 2010.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s

 
%d такие блоггеры, как: