Новости науки в области альтернативной энергетики и передовых аэрокосмических систем
 Скачать 2.62 Mb.
|
|
www.firewood.net.ru 16 Самое первое упоминание двигателя Адамса было опубликовано в австралийском журнале Nexus Magazine в 1992 г. В дальнейшем англичанин Харольд Аспден (Harold Aspden) предложил немного исправленный вариант двигателя, оформив патент Великобритании №282708 [4], который очень похож на оригинальную статью, опубликованную в этом журнале. Машина Адамса представляет собой электрический двигатель и/ или генератор, включающий в себя ротор с радиально ориентированными постоянными магнитами и статор из нескольких также радиально ориентированных, периодически намагничиваемых сердечников вместе с обмоткой (Рис 1). В некоторых конструкциях используется также осевая ориентация магнитов и катушек. Постоянно намагниченные полюса ротора могут включать любое, даже нечетное число полюсов. Магниты ориентированны одноименными полюсами наружу, всеми северными или всеми южными. Возможна также конструкция с чередующимися полюсами, что обеспечивает увеличение вращающего момента. При этом после прохождения очередного полюса ротора статор размагничивается импульсом тока и начинает притягиваться магнитом противоположной полярности. Эта схема требует несколько более сложного управления, но в некоторых конструкциях она себя неплохо проявила. Полюса с обмоткой на статоре радиально ориентированы. Они расположены таким образом, чтобы получать питание от энергии, возникающей вследствие действия противо- э.д.с. от полюсов ротора. В полюсах статора с обмоткой используются стальные или железные сердечники. Возможно применение также и других материалов, при этом сердечник должен иметь высокую магнитную проницаемость и малые потери на перемагничивание. На статоре навита обмотка, содержащая несколько сотен витков. Ток, индуцированный в этой обмотке магнитом, будет иметь такую полярность, которая вызовет отталкивание магнита. Поскольку электромагнитное состояние статора меняется весьма значительно и быстро, то сердечник статора можно считать наиболее критичным элементом этой машины. Непонимание этого факта было одной из распространенных ошибок людей, пытавшихся воспроизвести машину Адамса. Индуцированный в статоре ток является функцией: · величины поля, · числа витков обмотки, · скорости изменения магнитного потока. Результирующие характеристики этой установки таковы, что если ротор сдвинут из положения равновесия, каждый полюс при определенных положениях ротора притягивается или отталкивается статорными полюсами. Для этого по сигналу от датчика положения ротора требуется переключение входного тока в управляющих катушках. В качестве датчика Р. Адамс использовал механический переключатель. В моей конструкции и в ряде других используется сигнал от двух датчиков Холла, но лучшие результаты, судя по сообщениям экспериментаторов, получаются при наличии оптодатчика положения. Время переключения импульсов определяется размерами самого двигателя, т.е., скоростью вращения двигателя, положением магнитов ротора относительно обмоток статора, а также расстоянием, которое магниты ротора проходят мимо полюсов со статорной обмоткой. Следует иметь в виду, что любая часть этого двигателя может быть достаточно хорошо промоделирована на основе существующей электромагнитной теории, и никакая часть двигателя не противоречит любому из законов электромагнетизма. Существует так много способов собрать двигатель Адамса, что можно считать любой из возможных вариантов правильным. Можно сказать, что быстро пульсирующий электромагнитный процесс в сердечнике статора – это именно то, что позволяет машине Адамса функционировать как своеобразному диоду, который на время берет энергию из поля постоянного магнита, но потом не возвращает эту энергию полностью. В периодическом процессе в статоре можно выделить 5 стадий: 1. Притяжение магнита к сердечнику статора: Постоянный магнит притягивается к железному сердечнику статора с обмоткой. Потребления электрического тока в это время нет. Кинетическая энергия как бы берется взаймы из внутреннего ферромагнитного источника и впоследствии должна www.firewood.net.ru 17 быть возвращена в статор. 2. Намагничивание сердечника статора: В промежуток времени, когда магнит устанавливается напротив сердечника статора, их обоих можно представить как один магнитопровод с воздушным промежутком, и сердечник статора превращается в продолжение обращенной к нему стороны магнита. В этом положении энергия, взятая «взаймы» на первой стадии, как предполагается обычно, должна возвращаться обратно. 3. Размагничивание сердечника статора: Когда сердечник статора становится продолжением магнита ротора, цепь становится замкнутой, и импульс тока поступает в обмотки статора. Я встречал указание о том, что угол между осями статора и магнитом ротора должен составлять 7-8 градусов, как показано на рисунке 1. Однако, как я убедился на своей модели, при увеличении скорости вращения во время пуска надо включать катушку немного раньше, когда ось магнита еще не дошла до оси статора. Возможно, что это относится к схеме с датчиком Холла, а при наличии в ней оптопереключателя угол включения будет другой. Магнитное поле этого тока работает в направлении компенсации намагничивания статора, которое вызвано полем магнита ротора. Следовательно, суммарный ток в значительной степени компенсирует силу притяжения между ротором и статором, и ротор получает возможность свободного вращения, используя инерцию, приобретенную на стадии 1. Особенностью данного процесса является то, что этот импульс тока дополняется током, индуцированным в обмотке статора магнитом ротора, который, в соответствии с законом Ленца (1834), противодействует вызвавшей его силе. Следовательно, кинетическая энергия, полученная в результате притяжения ротора к статору на стадии 1, в промежуток времени, когда ротор совмещается по направлению со статором, преобразуется в электрический размагничивающий импульс в обмотке статора. Это и есть специфическая сверхъединичная особенность данной конструкции машины. Однако, как можно видеть, вместо того, чтобы вернуть эту энергию, двигатель преобразует ее в электромагнитное размагничивающее поле. 4. Восстановление: Теперь, когда ротор отодвигается из зоны притяжения статора, последний теряет энергию и возвращается к своему исходному размагниченному состоянию. Спадающее электромагнитное поле создает волну тока обратной полярности, которая может быть запасена в конденсаторе. 5. Повторение процесса: Данный периодический процесс затем возобновляется в соответствии с описанием стадии 1 во время следующего намагничивания статора, за исключением того, что э.д.с., запасенная предварительно в конденсаторе, при наличии подходящей электрической цепи, может быть теперь использована для улучшения размагничивания статора или даже отдана для питания нагрузки. Кратко можно сказать, что быстро пульсирующий электромагнитный процесс в сердечнике статора – это именно то, что позволяет машине Адамса функционировать как своеобразному диоду, который на время берет энергию из поля постоянного магнита, но впоследствии не возвращает ее полностью. Важная особенность, свойственная таким двигателям, заключается в том, что обмотки статора выполняют размагничивающую роль, а не предназначаются для намагничивания, как может вначале показаться. Следует иметь в виду, что существует небольшая задержка времени между притяжением к статору и отталкиванием от него. Эффект притяжения к сердечнику имеет место за долю секунды до того, как заметно проявляется эффект отталкивания. Эта задержка во времени является именно тем, что создает электромагнитную асимметрию и условия для возникновения сверхъединичного эффекта. Если бы притяжение к сердечнику и отталкивание за счет токов Ленца происходили бы с одинаковой силой одновременно, не было бы никаких сверхъединичных свойств. Поэтому ротор должен быть как можно легче. С этой точки зрения, конструкция Т. Харвуда – наиболее легкая из всех известных. В ней магниты расположены между двумя CD-дисками, закрепленными на валу с помощью пластмассовых шайб и клея. Моя модель получилась тяжелее, что можно отнести к ее недостаткам. Принцип работы машины Адамса основан на балансе, который создает электромагнитную асимметрию. Для того, чтобы двигатель работал, вначале магнит должен притянуться к сердечнику статора, который должен иметь меньшую площадь сечения, чтобы создать притяжение, без какого-либо значительного отталкивающего эффекта со стороны обмоток статора, о котором говорилось выше. При совпадении осей статора и ротора индуцированный ток Ленца должен быть достаточным, чтобы скомпенсировать естественное притяжение магнита к сердечнику статора. Поэтому статорные обмотки должны иметь достаточно витков для размагничивающего эффекта, но не настолько, чтобы этот эффект полностью появился до того, как ротор достигнет оси статора, когда ток Ленца имеет максимальное значение. В моих экспериментах при напряжении питания 12 В и наличии двух независимо управляемых катушек статора www.firewood.net.ru 18 частота вращения достигала 3400 об/мин. Надо иметь в виду, что при самостоятельном изготовлении такой машины следует принять меры для того, чтобы обезопасить себя при ее возможной поломке. Оторвавшийся от ротора магнит может быть опасен! Технологические рекомендации сводятся к следующему: 1. Машина должна быть небольшой мощности. Лучше не пытаться сразу изготовить двигатель, работающий в киловаттном диапазоне. Это можно было бы сделать, только при наличии всей необходимой технологической документации, которая пока недоступна. 2. Лучше, если напряжение питания для первой модели будет равно 12 В. При меньшей величине напряжения частота вращения слишком медленная, что не позволяет обнаружить ожидаемых свойств машины. 3. Лучше всего подойдут ферритовые магниты с соотношением сторон 4х4х5, где 5- длина магнита. При напряжении питания 12 В неодим-железо- борные (NdFeB) магниты приводят к толчкообразному вращению ротора, что проверено экспериментально. 4. Обращенная к ротору сторона сердечника статора должна иметь площадь в 4 раза меньше соответствующей стороны магнита. При большей площади поперечного сечения статора все большая часть поля магнита проходит в сердечник статора, когда их оси совпадают, и ничего не остается для индуцирования токов Ленца в обмотках статора. Обычно считается, что следует стремиться к минимальному объему машины и к тому, чтобы получить максимальный момент при наименьших затратах материалов. Практически всегда при проектировании электрических машин стремятся к уменьшению потерь в статоре I 2 R, а машина Адамса требует сама по себе не только непропорциональных магнитов, но и обмоток статора с непропорциональным числом витков, специально сконструированных для получения максимальных токов Ленца, что достигается намоткой сотен витков. 5. Необходимо приближенно определить эффективную зону влияния магнитного поля. Если имеющее практическое значение поле магнита простирается, например, на 8 см, а статор навит на длину 10 см, в этом случае более 20% витков не будут эффективно пересекаться магнитными силовыми линиями и только создадут лишнюю массу Рис. 2 www.firewood.net.ru 19 конструкции. Можно оценить размеры эффективного действия магнита, если положить канцелярскую скрепку на стол и постепенно начать сдвигать ее в направлении магнита, до тех пор, пока она не притянется к нему. Фактически, с учетом потерь на трение, зона влияния магнита будет несколько больше. Поэтому, обмотка статора в о с е в о м н а п р а в л е н и и м о ж е т б ы т ь н а 1 0 % больше, чем в этом эксперименте. Описание этого теста я нашел на сайте Тима Харвуда (http://www.geocities.com/theadamsmotor/cdmotor.html). 6. Величина воздушного зазора между статором и ротором не должна превышать 1-1,5 мм. 7. Надо использовать как можно меньше металла в конструкции. Лучше всего, если он останется только в сердечнике и обмотках статора. Чтобы увеличить эффективность этого двигателя, его надо сконструировать таким образом, чтобы убрать противо-э.д.с. из статорных обмоток. Для этого можно отвести эту э.д.с. и запасти ее в конденсаторе. В статье из журнала Nexus и в патенте Великобритании №282708 рассмотрены специальные генераторные обмотки, однако не приводится достаточно подробных сведений о законе управления ими. В одном из писем в мой адрес Майкл Смит (Австралия, сайт http://wwww.Fortunecity.com/greenfield/bp/16/content1.htm) прямо сообщил, что генерация избыточной энергии в такой системе ему не удалась. Более эффективной в его экспериментах оказалась двухбатарейная система, где в течение части периодического процесса энергия запасается в конденсаторе, а затем подается сигнал управления на тиристор, разряжающий его во вторую батарею. При этом ее емкость должна быть не менее, чем в 4 раза больше емкости первой. Иначе избыточная энергия не успевает запастись во время разряда. Мне также удалось обеспечить заряд второй батареи, но схема управления пока не была собрана полностью, как показано ниже на Рис. 4. После окончательной ее отладки вместе с программой для контроллера AT90s2313 следует ожидать лучших результатов. Первый раз мне удалось запустить собственную модель двигателя в апреле 2002 года. После этого примерно полгода ушло на повышение его частоты вращения с 750 до 3200-3400 об/мин, уменьшение вибраций и совершенствование схемы управления. Чтобы достичь лучшей балансировки ротора, мне пришлось переделывать его два раза. Очень важно как можно лучше совместить оси подшипников, иначе появляется большой тормозной момент. Вал входит в нижнее подвижное основание, которое можно поворачивать на Рис. 3 www.firewood.net.ru 20 небольшой угол для точного совмещения осей и затем закрепить винтами с гайками. Чтобы уменьшить аэродинамические потери, между магнитами помещены две фанерные детали, их относительно легко вырезать. Таким образом, удалось также увеличить скорость, хотя вес ротора и увеличился. Сердечники статора сделаны из пластин, полученных при разборке радиотехнического трансформатора. Тим Харвуд использовал гвозди с обмоткой, но мои результаты с таким сердечником оказались неважными. Сердечник имеет размеры10x11x50 мм. Тип использованного источника питания также имеет значение. Вначале я последовательно соединял 9- вольтовый аккумулятор типа “Кроны” с тремя металл- гидридными аккумуляторами напряжением по 1,2 В. Скорость вращения не превышала 1500 об/мин. Но когда я использовал свинцово-кислотный аккумулятор емкостью 1,3 Ач, она возросла до 2600 об/мин при наличии одной катушки на статоре. Четыре закрепленных на роторе магнита имеют размеры 20x20x35 мм и закреплены на 105-миллиметровом диске из стеклотекстолита. При этом импульсы тока получались слишком широкими – до 40%. Чтобы уменьшить их до величины 25-30%, пришлось использовать схему управления (Рис. 2) с двумя датчиками Холла. По сигналу от первого датчика ток статора включается, второй датчик его выключает. Многие экспериментаторы при работе с машиной Адамса вместо этого использовали управление длительностью импульсов с помощью таймера, что более рационально, поскольку во время пуска импульсы должны быть шире. Я учел этот фактор при разработке схемы с контроллером. Импульсы тока показаны на Рис. 3. Предположительно их фронты должны быть короче – видимо, катушка имеет большую индуктивность, чем необходимо. Импульсы имеют некоторый разброс в амплитуде, что объясняется как различием в величине индукции магнитов, так и сложностью обеспечения одинаковых воздушных зазоров в домашних условиях. В своей двухбатарейной системе мне удалось обеспечить режим заряда второй батареи. После 75 минут работы двигателя источник потерял в величине напряжения 0,17 В, тогда как вторая батарея зарядилась на 0,36 В. Но емкость батарей в этом опыте была одинаковой. К тому же, после такого заряда вторая батарея начала быстро разряжаться. Схему, в которой ток статора непосредственно заряжает батарею, как показано на Рис. 1, следует признать неудачной. Чтобы получить более определенные выводы относительно величины полученного заряда в негерметичных аккумуляторах можно измерять плотность электролита. Чтобы получить более равномерный момент вращения, я включил в конструкцию вторую катушку с независимым управлением. Для этого потребовалось установить еще два датчика Холла и дополнительный силовой транзистор. Угол между осями катушек составляет 135° (180-90.2=135). Когда в одной части статора протекает ток, во второй его нет и наоборот. Скорость увеличилась до 3200-3400 об/мин, и я решил, что дальнейшее увеличение этой характеристики не требуется. Разрастание числа элементов схемы едва ли удачно. К тому же, усложняется настройка. Совершенствование схемы заряда батареи требует введения схемы таймера. Поэтому, я принял решение о переходе к контроллерной схеме. Разработана простая программа на языке Бейсик для контроллеров AVR. Данная программа работает подобно транзисторной схеме, но при использовании встроенных таймеров процессора ее возможности можно существенно увеличить. В настоящее время именно совершенствование программы может дать более определенный ответ на вопрос о возможности генерации избыточной энергии в этой системе. Основной смысл этой статьи заключался в том, чтобы ознакомить читателей с принципом работы одной из самых простых установок- кандидатов на звание “сверхъединичного устройства”, “машины, использующей свободную энергию”, “вечного двигателя”- кому как нравится. Возможно, что кто- нибудь попытается самостоятельно изготовить такой двигатель-генератор. Тогда, надеюсь, моя статья даст некоторые ориентиры и позволит избежать тех ошибок, которые множество экспериментаторов, и я в том числе, успели допустить, прежде чем создали собственную модель. Литература 1. Puthoff H.E. Source of vacuum electromagnetic zero-point energy. Phys. Rev. A 40.4857-4862; also 44. 3385-3386 2. Bernard Haich, Alfonso Rueda, Puthoff H.E. Physics of the zero-point field: implications for inertia, gravitation and mass. Speculation in Science and Technology, Vol.20, p.p. 99-114, 1997 (preprint version) 3. Miller, Switched Reluctancу Motors & Their Controls, ISBN: 10881855-02-03 4. Patent No. GB 2,282,708 (from NEN,Vol. 4, No. 8, December 1996, pp. 1-7 |