Двигатель на постоянных магнитах без использования электроэнергии: Двигатели на магнитах без электроэнергии — возможно ли это? | Электрик Инфо — Мир Антенн

Содержание

Двигатели на магнитах без электроэнергии — возможно ли это? | Электрик Инфо

Кто из нас в детстве не пытался или хотя бы не размышлял о том, чтобы построить вечный двигатель на постоянных магнитах? Казалось бы, если магниты отталкиваются друг от друга одноименными полюсами, то, наверное, можно найти такую конфигурацию магнитов, когда отталкивание станет действовать непрерывно, и сможет, например, вращать ротор «вечного» двигателя.

Однако, стоило нам попробовать реализовать эту идею практически, как тут же выяснялось, что в реальности ротор все равно находит такое положение, в котором останавливается. Словно ротор и вращался лишь для того, чтобы в конце концов найти эту точку и остановиться в ней. То есть неизбежно наступало устойчивое равновесие ротора.

Стремление термодинамических систем к равновесию

И это вовсе не удивительно, ведь ученым давно известно, что термодинамические системы стремятся к равновесию, и в конце концов пребывают в устойчивом равновесии (статическом или динамическом).

Из механики мы знаем, что тело покоится либо движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют никакие внешние силы, либо если действие этих внешних сил на тело скомпенсировано, то есть суммарная сила равна нулю (результирующее внешнее воздействие отсутствует).

Как вы понимаете, принцип стремления термодинамических систем к равновесию относится и к чисто механическим системам. Так, если система изначально пребывает в устойчивом равновесии (и конструкция с постоянными неодимовыми магнитами не является исключением), то при воздействии на такую конструкцию внешнего фактора, выводящего систему из равновесия, неизбежно возникнет реакция со стороны данной системы.

Это значит, что в системе начнут усиливаться процессы, стремящиеся уменьшить влияние внешнего фактора, который систему из равновесия вывел (Принцип Ле Шателье — Брауна).

Чтобы вызвать стремление к равновесию, необходимо создать условия не равновесия

Известный пример из электродинамики — правило Ленца. Если бы правило Ленца не работало, то электродвигатели не могли бы функционировать.

В электродвигателе электрический ток создает магнитное поле, которое заставляют ротор непрерывно искать равновесие, и чтобы ротор не останавливался, магнитное поле все время действует таким образом, что вынуждает ротор (даже под механической нагрузкой) постоянно догонять точку, в которой должно будет наступить равновесие.

Но при этом электрическим полем, действующим в проводниках, совершается работа, то есть расходуется энергия источника, ведь в двигателе есть как минимум трение вала о подшипники, на преодоление которого, даже если ротор не нагружен и двигатель работает вхолостую, требуется работа, то есть расход энергии.

Если бы трения (даже о воздух) не было, и вал не был бы нагружен, то ротор бы вращался очень долго, например в полном вакууме в отсутствие силы притяжения к Земле. Но тогда никакая работа этим ротором бы уже не совершалась, и это был бы уже не двигатель, а вращающийся без сопротивления кусок металла.

Вернемся теперь к постоянным магнитам. Для системы с постоянными магнитами предсказать направление протекания процесса уравновешивающей реакции несложно.

Так, еще в 90-е годы японский экспериментатор Кохеи Минато исследовал возможность создания непрерывного вращения используя постоянные магниты на роторе и статоре своего мотора. В конце концов он был вынужден также создавать изменяющееся магнитное поле, которое заставляло бы ротор искать равновесие.

Минато демонстрировал, как приближая или отдаляя постоянный магнит, можно вынудить ротор с постоянными магнитами вращаться. Но в итоге он просто дошел в экспериментах до двигателя с постоянными магнитами на роторе.

Никакого вечного двигателя не получилось. На изменение внешнего магнитного поля, от которого бы отталкивался ротор с магнитами, требуется энергия извне. То есть, для создания условий, в которых ротор с магнитами будет искать равновесие, необходимо параллельно совершать работу.

Динамическое равновесие при низкотемпературной сверхпроводимости как частный случай

Рассмотрим крайний случай. Многие знают, что свинцовая катушка с током, помещенная в жидкий гелий, способна поддерживать ток (и магнитное поле тока) на протяжении многих лет, поскольку сопротивление проводника исчезает.

Почему сопротивление исчезает? Потому что колебания атомов в металле, обуславливающие электрическое сопротивление металла, прекращаются при критической температуре. Две такие катушки будут вести себя по отношению друг к другу как постоянные магниты. Но опять же, они найдут устойчивое равновесие и остановятся.

Движения под действием силы не будет, то есть двигателя совершающего работу не получится. Движущиеся в сверхпроводнике электроны также работы не совершают, хотя и пребывают в устойчивом динамическом равновесии.

Чтобы двигатель совершал работу — он обязан расходовать энергию, но откуда ей взяться?

Допустим, что двигатель на постоянных магнитах реально возможен. Тогда для совершения механической работы, то есть на перемещение какого-нибудь объекта под действием силы со стороны вала такого двигателя (даже на преодоление силы трения при вращении ротора вхолостую), необходимо преобразование некой энергии внутри двигателя.

А что это за энергия, если не энергия постоянных магнитов или не энергия подводимая извне? Раз по условию задачи энергия извне не подводится, значит остается энергия постоянных магнитов.

Однако, будучи просто расположены на роторе и статоре, магниты энергию не отдадут. Чтобы заставить магнит размагничиваться, необходимо совершить работу, то есть опять же подвести к устройству энергию извне. Остается делать выводы…

Андрей Повный, редактор Электрик Инфо

Блог Интернет для электрика

Бестопливный генератор зарядное устройство для мобильного телефона. Как сделать ручной генератор для зарядки мобильного телефона

Невозможно представить современный мир без использования электроэнергии. В связи с её повсеместным применением разрабатываются и выпускаются бестопливные генераторы. В статье объясняется, что это такое, где и как используется, освещены особенности конструкции, а также имеются инструкции, как сделать устройство самостоятельно. Прилагаются схемы генераторов разных видов.

Что это такое бестопливный генератор

Это несложное устройство создано для генерации электроэнергии без использования различных видов топлива. Работает по принципу неодимовых магнитов. В простом двигателе магнитное поле создается электрическими катушками, обычно из меди или алюминия. Эти двигатели постоянно нуждаются в электропитании для создания магнитного поля. Потери энергии колоссальны. Но бестопливный генератор не содержит катушек из таких материалов. Следовательно, потери будут минимальными. Он использует постоянное магнитное поле для создания необходимой силы для перемещения двигателя.

Эта концепция генерации магнитного поля от постоянных магнитов стала применяться на практике только после введения неодимовых магнитов, которые работают лучше на полную мощность, чем предыдущие ферритовые магниты. Главное преимущество заключается в том, что устройство не требует постоянного электроснабжения или подзарядки.

Чтобы найти альтернативные способы генерации электроэнергии, существует ряд альтернатив из нетрадиционных источников энергии, которые также являются возобновляемыми. Одной из таких альтернатив является выработка электроэнергии из бестопливного двигателя в изолированной системе выработки электроэнергии с низкими затратами на техническое обслуживание.

Бестопливный двигатель (как и генератор) – это двигатель, который вырабатывает электроэнергию круглосуточно без топлива (бензин, дизель, масло, газ, солнце). Приводным механизмом является двигатель постоянного тока, который приводится в действие аккумулятором (12 В или более). Батарея приводит в движение электродвигатель постоянного тока, который в свою очередь вращает генератор переменного тока для выработки электроэнергии и в то же время с помощью диода заряжает батарею.

К числу источников энергии, которые могут работать без углекислого газа, относятся ветер, волны или прилив фотоэлектрической и осмотической энергии. Но бестопливные генераторы электроэнергии по-прежнему являются наиболее надежными источниками энергии с низкими эксплуатационными расходами, которые даже в некоторых случаях превосходят солнечные батареи.

Использование недорогих традиционных источников энергии, таких как топливо, будет оставаться основным источником энергии до следующих десятилетий, несмотря на их неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Применение бестопливного двигателя (или генератора) для выработки электроэнергии ограничено мощностью двигателя постоянного тока и генератора переменного тока. Это подразумевает, что наличие двигателя постоянного тока и генератора большой мощности дает бестопливному двигателю свои возможности. Исследования показали, что потенциал бестопливного двигателя во всем мире более чем в пять раз превышает потенциал ветра и солнца, потому что он работает 24/7, ежедневно, в любой точке планеты.

Где и как используется БТГ генератор

Существует множество разнообразных способов генерировать энергию от бестопливного двигателя или генератора. В каждой сфере применение это устройство, вне всяких сомнений, принесёт пользу. Ниже приведены краткие описания некоторых этих сфер.

На дорогах

Бестопливный генератор может спокойно заменить дизельные двигатели, используемые в подавляющем большинстве современных тяжелых транспортных средств, таких как грузовые автомобили, автобусы, поезда, крупногабаритные переносные силовые двигатели. А также в этот перечень входит большинство сельскохозяйственных и карьерных транспортных средств.

В воздухе

И бензиновые, и дизельные двигатели, используемые в самолетах, могут быть заменены на , в том числе на бестопливные электрогенераторы.

На воде

Бестопливные генераторы также могут служить заменой для высокоскоростных двигателей, которые имеются у яхт, кораблей и линий вдоль открытого моря.

Под землей

Бестопливные двигатели и генераторы также могут заменить дизельные двигатели, а также двигатели, которые используются при добыче полезных ископаемых во всем мире. Аналогичным образом бестопливные устройства заменяют двигатели, которые применяются для добычи и природных ресурсов, таких как разные драгоценные металлы, железная руда, уголь и попутный нефтяной газ.

В медицинских учреждениях

Устройства также могут заменить аварийные резервные генераторы, которые должны быть в каждом крупном медицинском учреждении или больнице, в связи с наличием возможных критических ситуаций.

В центрах обработки данных

Бестопливные генераторы могут быть использованы для компьютеров, а также если не заряжается телефон, то генератор может служить хорошим зарядным устройством для мобильного аппарата. Когда серверы и системы выходят из строя, связь может быть потеряна, рабочий процесс останавливается, данные могут быть утеряны и даже весь рабой процесс может быть полностью остановлен.

Также бестопливные генераторы электроэнергии можно устанавливать на боковых сторонах двухколесного транспортного средства. Это надо делать таким образом, чтобы по мере движения транспортного средства вентилятор начинал вращаться и вырабатывал дополнительную энергию.

Когда двигатели постоянного тока мощностью более 500 л. с. подключены к генератору переменного тока, мощность которого ниже, чем у двигателей постоянного тока, можно получить максимальную выходную мощность генератора.

Особенности конструкции

Простой бестопливный электрогенератор состоит из ротора и статора.

Статор машины не двигается и обычно является внешней рамой машины. Ротор может свободно двигаться и обычно расположен во внутренней части машины. Они оба, как правило, состоят из ферромагнитных материалов. Прорези сделаны по внутренней периферии статора и внешней периферии ротора. Проводники размещены в соответствующих пазах статора или ротора. Они связаны между собой, образуя круглые обмотки. Обмотка, в которой индуцируется напряжение, называется обмоткой якоря, а также это название носит ток, передающийся по ней. Постоянные магниты используются в некоторых машинах для обеспечения основного потока машины.

Устройство TPU Стивена Марка кардинально отличается от других бестопливных аппаратов своей оригинальной конструкцией. Такой генератор не является обладателем резонаторов радиочастотного типа. Рабочая часть устройства состоит из кольца из металла (диаметр приблизительно 20 см), на которое надеты катушки, сделанные из многожильного толстого провода. Автор не раз демонстрировал своё изобретение на публике, однако потом оригинальную разработку строго засекретили.

И всё же благодаря его последователям в свет вышла новая версия – Ottp Ronette, которая уже имела отличия от оригинальной версии. У неё уже было два кольца из пластика, к которым прикреплялся толстый парный провод. Сами же провода соединялись крест-накрест.

Как сделать бестопливный генератор своими руками

Существует два самых распространённых способа, как сделать БТГ своими руками:

Для мокрого метода понадобится аккумулятор, в то время как при использовании сухого нужны будут батареи.

Мокрый способ

Необходимые составляющие:

зарядное устройство нужного калибра;
аккумулятор;
усилитель мощности;
трансформатор для переменного тока.

Аккумулятор служит в качестве накопителя энергии и также сохраняет её. Трансформатор необходим для генерации постоянных сигналов электрического тока. Усилитель, в свою очередь, повышает уровень подачи тока, так как изначальная мощность аккумулятора составляет порядка 12 или 24 В. Зарядное устройство понадобится для постоянной и бесперебойной работы аппарата.

Сначала необходимо подключить трансформатор к постоянной сети или к батарее, а затем и к усилителю мощности. После чего нужно будет подключить датчик для расширения к схеме зарядного устройства. Затем требуется подключить датчик обратно к аккумулятору.

Сухой способ

Принцип работы сухого устройства состоит в использовании конденсатора.

Для создания такого устройства нужны:

трансформатор;
прототип генератора.

Такой способ изготовления устройства является наиболее оптимальным, так как его срок работы может насчитывать минимум 3-4 года без зарядки.

Прежде всего необходимо соединить трансформатор и прототип с помощью специальных проводников (незатухающих). Рекомендуется это делать при помощи сварки для создания максимально прочного соединения. Чтобы проконтролировать выполненную работу, нужно использовать динатрон.

Схема БТГ:

Рабочая схема того, как сделать БТГ своими руками:

Также сегодня выходят новые схемы БТГ, которые предусматривают подключение к нескольким батареям и другим генераторам.

Использование бестопливных генераторов является современным, более экономичным и экологичным решением, однако изготовление и их выбор – задача, требующая особого внимания и ответственности.

Если Вы сам деятель науки или просто любознательный человек, и Вы частенько смотрите или читаете последние новости в сфере науки или техники. Именно для Вас мы создали такой раздел, где освещаются последние новости мира в сфере новых научных открытий, достижений, а также в сфере техники. Только самые свежие события и только проверенные источники.

В наше прогрессивное время наука двигается быстрыми темпами, так что не всегда можно уследить за ними. Какие-то старые догмы рушатся, какие-то выдвигаются новые. Человечество не стоит на месте и не должно стоять, а двигателем человечества, являются ученые, научные деятели. И в любой момент может произойти открытие, которое способно не просто поразить умы всего населения земного шара, но и в корне поменять нашу жизнь.

Особая роль в науке выделяется медицине, так как человек, к сожалению не бессмертен, хрупок и очень уязвим к всякого рода заболеваниям. Многим известно, что в средние века люди в среднем жили лет 30, а сейчас 60-80 лет. То есть, как минимум вдвое увеличилась продолжительность жизни. На это повлияло, конечно, совокупность факторов, однако большую роль привнесла именно медицина. И, наверняка 60-80 лет для человека не предел средней жизни. Вполне возможно, что когда-нибудь люди перешагнут через отметку в 100 лет. Ученые со всего мира борются за это.

В сфере и других наук постоянно ведутся разработки. Каждый год ученые со всего мира делаю маленькие открытия, потихоньку продвигая человечество вперед и улучшая нашу жизнь. Исследуется не тронутые человеком места, в первую очередь, конечно на нашей родной планете. Однако и в космосе постоянно происходят работы.

Среди техники особенно рвется вперед робототехника. Ведется создание идеального разумного робота. Когда-то давно роботы – были элементом фантастики и не более. Но уже на данный момент некоторые корпорации имеют в штате сотрудников настоящих роботов, которые выполняют различные функции и помогают оптимизировать труд, экономить ресурсы и выполнять за человека опасные виды деятельности.

Ещё хочется особое внимание уделить электронным вычислительным машинам, которые ещё лет 50 назад занимали огромное количество места, были медленными и требовали для своего ухода целую команду сотрудников. А сейчас такая машина, практически, в каждом доме, её уже называют проще и короче – компьютер. Теперь они не только компактны, но и в разы быстрее своих предшественников, а разобраться в нем может уже каждый желающий. С появлением компьютера человечество открыло новую эру, которую многие называют «технологической» или «информационной».

Вспомнив о компьютере, не стоит забывать и о создании интернета. Это дало тоже огромный результат для человечества. Это неиссякаемый источник информации, который теперь доступен практически каждому человеку. Он связывает людей с разных континентов и молниеносно передает информацию, о таком лет 100 назад невозможно было даже мечтать.

В этом разделе, Вы, безусловно, найдете для себя что-то интересное, увлекательное и познавательное. Возможно, даже когда-нибудь Вы сможете одним из первых узнать об открытии, которое не просто изменит мир, а перевернет Ваше сознание.

Как то раз, мне достались в подарок от знакомого два мегаомметра в нерабочем состоянии — у обоих были повреждены измерительные головки.

При вскрытии одного из них, обнаружилось что помимо двух плат с радиодеталями и измерительной головкой, прибор содержит в своем составе динамо-машину переменного тока с ручным приводом.

Генератор оказался в рабочем состоянии — при не слишком быстром вращении (порядка 40-50 оборотов в минуту) он выдавал напряжение около 25В (без нагрузки).

Дальнейшая разборка агрегата показала что это достаточно добротная однофазная электрическая машина с ротором на постоянных магнитах.

Единственный недостаток-пластиковый корпус и втулки (хотелось бы подшипники) в местах установки ротора. Решения, о том куда этот агрегат применить, долго искать не пришлось — проведение экспериментов по зарядке мобильных устройств в полевых условиях. Прогрессивные китайцы уже давно выпустили в продажу похожее устройство и сбывают его в своем небезизвестном магазине Дилэкстрим.

Для начала нужно было выпрямить и стабилизировать напряжение выхода генератора. С первой задачей прекрасно справился 2-х амперный диодный мост. В качестве стабилизатора было решено применить всем известную схему с интегральным стабилизатором К142ЕН12А (LM317). Схема типового включения представлена на рисунке.

Выбор данного стабилизатора не случаен. Для экстренной подзарядки мобильного телефона достаточно напряжения 4,5-5,5 В при токе 100мА и казалось бы логичным применение стабилизатора К142ЕН5. Но не все так просто. Так как генератор выдает даже при медленном вращении более 10В, то было решено применить стабилизатор входное напряжение на котором может лежать в пределах от 8 до 35В — стабилизатор КР142ЕН5А просто бы перегревался из-за высокого входного напряжения. Итак, стабилизатор собран и пришло время первых нагрузочных испытаний.

Для этих целей применил лампу накаливания на 26В 230мА и получил достаточно яркое и ровное свечение нити накала при номинальных оборотаз ручки этой импровизированной динамо машины. Далее было решено применить в качестве нагрузки пятиваттный резистор. При этих испытаниях и при максимальной скорости вращения ротора (раскрутил на столько быстро, на сколько смог!) было выяснено что в определенный момент (видимо когда перенасыщается статорная обмотка) генератор переходит в режим генерации тока. Наконец пришло время испытаний по заряду аккумулятора мобильного устройства. Дачный сотовый телефон Samsung GT-E1081T как нельзя лучше подошел для этих целей-если что-то и сломается, то не так жалко будет. Итак, аккумулятор телефона был полностью разряжен, все было готово для проведения эксперимента. Подключив аппарат к импровизированному зарядному устройству, стал вращать ручку генератора не прилагая практически никаких усилий. Примерно через сорок секунд телефон включился и показал индикацию заряда. Покрутив ручку динамки еще около двух трех минут, отключил телефон от зарядки и попробовал позвонить — получилось, дозвон прошел.

Выводы. Применение подобного устройства в условиях похода весьма оправданно — на случай экстренной ситуации всегда можно совершить дозвон в нужную экстренную службу независимо от погодных условий (см. применение солнечных батарей), хотя полностью зарядить аккумулятор мобильного устройства этим генератором невозможно (хотя может и найдется кто нибудь более терпеливый, кто сможет крутить ручку до полного заряда батареи!). А вообще на базе такой запчасти от мегаомметра можно собрать еще множество полезных конструкций. Для примера-аварийное освещение в подвале, чулане или в жилом помещении, или применение динамо машины без блока повышающей шестеренчатой передачи в качестве минигенератора при экспериментах с использованием энергии ветра и так далее-вариаций на эту тему может быть великое множество. Удачных вам экспериментов и конструкций! Автор — Элетродыч.

Сейчас трудно представить свою жизнь без мобильного телефона или планшета. Но иногда бывают такие моменты, когда нужно позвонить или выйти в интернет, а гаджет разрядился и поблизости нет розетки. В этой ситуации меня выручает компактный ручной генератор.

Поэтапное изготовление генератора для мобильного

От старого механического карманного фонаря позаимствовал динамомеханизм и блок зарядки (фото 1). Из пластиковой коробки нерабочего модема удалил все внутренние детали. На одной из стенок короба на внутренней стороне закрепил термопистолетом динамо-механизм (фото 2), просверлил напротив его штока отверстие и прикрепил к нему снаружи ручку (фото 3)

Во второй части корпуса зафиксировал две аккумуляторных батарейки, блок зарядки и USB-разъем с платой (фото 4). Соединил все элементы по схеме (см. рис. на) (по схеме вместо лампы подсоединены батарейки) и подключил блок зарядки к динамо-механизму. Дополнительно на торце корпуса рядом с USB разъемом закрепил тумблер (фото 4. п. 1), подключил его к USB-плате и контактам блока зарядки. Он служит переключателем: в одном положении гаджеты можно заряжать вручную, а во втором — предварительно заряженными этим же устройством батареями.

Аккуратно собрал корпус в обратном порядке. Для зарядки подключаю телефон или планшет к устройству и начинаю вращать ручку. Компактный генератор уже не раз выручал меня и родных в походе и на даче, где часто бывают перебои с электричеством.

Устойчивое, надежное и экологичное магнита двигателя свободной энергии генератор

С наступлением века альтернативные источники энергии стремительно расширяются во всех секторах. магнита двигателя свободной энергии генератор производят электроэнергию, не причиняя вредных последствий сжигания ископаемого топлива. Они эффективно преобразуют возобновляемые источники энергии в электрическую. Найдите все типы генераторов альтернативной энергии, такие как ветряные турбины. магнита двигателя свободной энергии генератор и т. д. на Alibaba.com. Неважно какой. магнита двигателя свободной энергии генератор по вашему выбору, оно будет засчитано в вашу долю вклада в мир без углерода.

магнита двигателя свободной энергии генератор помогают в выработке надлежащей электроэнергии без использования каких-либо ископаемых видов топлива. Они экологически чистые. С ростом уровня развития было изобретено несколько генераторов альтернативной энергии. Поговорим о солнечных батареях. магнита двигателя свободной энергии генератор или любые другие категории производителей энергии, все одинаково профессиональны. В дальнейшем,. магнита двигателя свободной энергии генератор бывают разных типов в зависимости от того, где они будут использоваться или сажаться.

магнита двигателя свободной энергии генератор имеют большие мощности. Они снабжены многофункциональными системами управления. Почему бы не уменьшить свой углеродный след с помощью. магнита двигателя свободной энергии генератор ни за что? Однако с увеличением потребности в энергии мы не можем долго полагаться на исчерпаемые источники энергии. Итак, переходите на зеленый цвет с. магнита двигателя свободной энергии генератор найдено на Alibaba.com.

Чтобы удовлетворить ваши требования к электричеству, перейдите на Alibaba.com. Он предлагает уникальные. магнита двигателя свободной энергии генератор варианты для всех розничных и оптовых продавцов. В ближайшие дни улучшение альтернативных источников энергии будет одним из основных направлений предотвращения дальнейших резких изменений климата на нашей материнской планете. Сделайте шаг в сторону сохранения окружающей среды прямо сейчас!

Вечный двигатель | ЗАО «МПО Электромонтаж»

В прошлом году, в период разнузданной подготовки к концу света, СМИ были взбудоражены ещё одной сенсационной вестью: в инновационном центре Сколково, в рамках десятилетнего юбилея международной премии Глобальная энергия, при участии двух Нобелевских лауреатов, десятка отечественных и зарубежных академиков, и просто выдающихся учёных из 9 стран состоится дискуссия о перспективах создания вечного двигателя с демонстрацией конкретных проектов.

Но ведь perpetuum mobile, производящий полезной работы больше, чем сообщаемая ему энергия, принято считать невозможным — в силу противоречия уже известному нам закону сохранения и превращения энергии.

Может, в Сколково решили, что мы накануне каких-то открытий, которые «разрешат» вечное движение? Удалось же, как официально сообщили учёные ЦЕРН, на Большом адронном коллайдере разогнать нейтрино быстрее скорости света — вопреки специальной и общей теориям относительности Эйнштейна!

Между тем, изобретатели игнорируют запреты теорий и творят проекты если не повергающие их, то хоть приближающиеся к осуществлению недостижимого. Ни одна Академия наук не признаёт вечных двигателей. Но в Международной патентной классификации имеются разделы для них, поскольку заявки рассматриваются с точки зрения научной и технологической новизны, а не практической осуществимости — а порой предлагаются интересные, реальные конструктивные решения, способы снижения энергопотерь, новые материалы.

Давайте посмотрим некоторые из них.

Самые примитивные и абсолютно неработоспособные — системы, где электродвигатель приводит во вращение генератор, энергия которого идет на питание двигателя и, одновременно, внешних потребителей. Вариант: маломощный мотор движет генератор большой мощности с помощью умножителя мощности, например, гидравлического пресса.

Модели, использующие взаимодействие электрического, магнитного и гравитационного полей, конечно — не вечный двигатель, но некоторые реально работают некоторое время.

Генератор А. Хаббарда — вокруг центрального электромагнита расположены катушки, в которых после первичного импульса поочередно возникают импульсы, генерирующие в центральной катушке вращающееся магнитное поле, инициирующее последующее самовозбуждение всей системы.

Л. Дж. Гендершот построил генератор, использующий «ток Земли» при правильной ориентации относительно земного магнитного поля (наилучшие результаты в направлении север-юг).

Конвертор Г. Колера из постоянных магнитов с катушками и двух соленоидов, вложенных один в другой, запускается их смещением относительно друг друга. Мощность, потребляемая нагрузкой, намного превышает мощность, потребляемую устройством от батарей. Предполагается, что источником энергии является магнитная система.

Двойной соленоидальный генератор японского ученого Ш. Сеика на основе электрического эквивалента ленты Мёбиуса с диском из специального сплава и ферритовым блоком. На вход подаётся трёхфазное напряжение, создающее вращающееся электромагнитное поле — на выходе наблюдается постоянное увеличение потенциала (от 3 В до 40 В за 3 месяца), которое автор объясняет поглощением энергии гравитационного поля Земли.

Т. Браун получил патент на тележку, которая развивала скорость 600 миль в час, используя энергию электрического поля в 2 000 электронвольт.

В 1990 году американец Ф. Свит изобрёл «вакуумный триодный усилитель» на бариевых магнитах, генерировавший мощность до 50 кВт. При работе системы Флойд отмечал антигравитационный эффект — уменьшение её веса, и охлаждение магнитов. Источником энергии он назвал некое интенсивное некогерентное излучение, которое существует в любой точке Вселенной.

Многие проекты содержат идеи вращения роторов электрического двигателя постоянными магнитами, вращающегося магнитного экрана, магнитного отталкивания постоянных магнитов, конструкций с внешним магнитным ротором и центральным статорным электромагнитом.

Группа товарищей написала новые законы электродинамики, в том числе Правило Черногорова-Скомороха-Тришина: «Электромагнитные двигатели, в которых момент вращения определяется силами Кулона при взаимодействии магнитных полей полюсов системы, расположенной на роторе, с магнитными полями полюсов системы, расположенной на станине, называются двигателями с системой взаимодействия. Такие двигатели принадлежат к необратимым двигателям, поскольку у них полностью отсутствует противо ЭДС и с них невозможно получить генераторы» — это цитата. Далее: «Можно построить непрерывно действующую электрическую машину, которую один раз запустив, выполняла бы работу без получения энергии извне. Это не противоречит законам Кулона и правилу Черногорова-Скомороха-Тришина».

В области радиотехники и электроники разработана идея резонансного вечного двигателя, основанная на использовании энергии резонирующего колебательного контура (индукционная катушка и конденсатор), возбуждённого частотой, равной его собственной, для стабилизации амплитуды и частоты его колебаний, тем самым сделав его независимым от внешних источников.

Наиболее смелым в электроперпетууммобилестроении надо признать проект, согласно которому, под воздействием особых электромагнитных полей физический вакуум, подобно воде или воздуху, будет двигаться и вращать турбинку, а если присоединить к турбинке электрогенератор, то вырабатывать электроэнергию в 50–100 раз больше, чем было затрачено вначале. Авторы уже готовы организовать продажу вакуум-генераторов мощностью 100 кВт в шкафчике 2×0,7×0,7 м по цене 6000 евро. (Философы и физики, пока на давшие определения физическому вакууму, в рабочем порядке считают его просто состоянием материи, явившимся первоосновой мира).

Очень интересны, в смысле вечного движения, перспективы сверхпроводниковой (СП) энергетики. Полученные в СП электромагнитах поля сверхмощны, сверхмощные СП трансформаторы сверхкомпактны. Изобретены работающие при СП управляющие и запоминающие приборы для сверхскоростных систем. СП используется в ЯМР-томографах, накопителях энергии, установках для идеальных магнитного и радиационного экранирования, в Большом адронном коллайдере.

Коль скоро при температуре, близкой к абсолютному нулю (-273,16 °C), сопротивление некоторых металлов (их 24, и более тысячи сплавов) падает почти до нуля, в электрической цепи ток при отключении от источника питания продолжает протекать в течение нескольких дней — при поддержании этой температуры. А недавно открыты сверхизоляционные свойства некоторых… сверхпроводников. Так если по контуру из сверхпроводника ток может бегать бесконечно, а сверхизолятор бесконечно будет хранить запасённый в нём заряд, то и получится вечный двигатель! Правда, нужен вечный охладитель.

Кстати, а что такое — вечный? Мы же можем говорить только о каком-то, пусть большом, периоде, в котором действуют конкретные физические условия…

А Международная энергетическая неделя в Сколково, действительно, проходила, собирался весь цвет российской и международной науки, действительно, состоялась бурная дискуссия: российские ученые твёрдо настаивали на развитии атомной энергетики, а европейцы — на использовании энергии ветра, солнца и биотехнологий. И ни слова о perpetuum mobile, невозможность которого, в рамках нынешних представлений о времени, пространстве, веществе и энергии — действительно большое открытие (как и заявляет наша рубрика). Видимо, утку в СМИ запустил кто-то из Сколковских пиарщиков, как когда-то майя пошутили насчёт конца света.

Что же касается недостижимых целей — они вечно были, есть и пусть будут. А жажда одолеть неподвластное — и упрямство, проявленные на пути к ним — порой приближают нас к новым большим открытиям.

Магнитный двигатель своими руками

В чем преимущества и минусы работающих двигателей на магнитной энергии.

Практически все происходящее в нашем быту целиком зависит от электроэнергии, однако существуют некоторые технологии, позволяющие совсем избавиться от проводной энергии. Давайте вместе рассмотрим, можно ли изготовить магнитный двигатель своими руками, в чем состоит принцип его работы, как он устроен.

Принцип работы магнитного двигателя

Сейчас существует понятие, что вечные двигатели могут быть первого и второго вида. К первому относятся устройства, производящие самостоятельно энергию – как бы из воздуха, а вот второй вариант – двигатели, получающие эту энергию извне, в ее качестве выступает вода, солнечные лучи, ветер, а затем устройство преобразовывает полученную энергию в электричество. Если рассматривать законы термодинамики, то каждая из этих теорий практически неосуществима, однако с подобным утверждением совершенно не согласны некоторые ученые. Именно они начали разрабатывать вечные двигатели, относящиеся ко второму типу, работающие на получаемой от магнитного поля энергии.

Разрабатывали подобный «вечный двигатель» множество ученых, причем во разное время. Если рассматривать конкретнее, то наибольший вклад в такое дело, как развитие теории создания магнитного двигателя совершили Василий Шкондин, Николай Лазарев, Никола Тесла. Помимо них хорошо известны разработки Перендева, Минато, Говарда Джонсона, Лоренца.

Все они доказывали, что силы, заключенные в постоянных магнитах, имеют огромную, постоянно возобновляемую энергию, которая пополняется из мирового эфира. Тем не менее, суть работы постоянных магнитов, а также их действительно аномальную энергетику никто на планете до сих пор не изучил. Именно поэтому так никто не смог пока достаточно эффективно применить магнитное поле для того, чтобы получить действительно полезную энергию.

Сейчас еще никто не смог создать полноценного магнитного двигателя, однако существует достаточное количество весьма правдоподобных устройств, мифов и теорий, даже вполне обоснованных научных работ, которые посвящены разработке магнитного двигателя. Всем известно, что для сдвига притянутых постоянных магнитов требуется значительно меньше усилий, нежели для того, чтобы их оторвать один от другого. Именно это явление чаще всего используется, чтобы создать настоящий «вечный» линейный двигатель на основе магнитной энергии.

Каким должен быть настоящий магнитный двигатель

В общем, выглядит подобное устройство следующим образом.

Катушка индуктивности.
Магнит подвижный.
Пазы катушек.
Центральная ось;
Шарикоподшипник;
Стойки.
Диски;
Постоянные магниты;
Закрывающие магниты диски;
Шкив;
Приводной ремень.
Магнитный двигатель.

Любое устройство, которое изготовлено на подобном принципе, вполне успешно может быть использовано для выработки по-настоящему аномальной электрической и механической энергии. Причем, если применять его как генераторный электрический узел – то он способен вырабатывать электроэнергию такой мощности, которая существенно превышает аналогичное изделие, в виде механического приводного двигателя.

Теперь разберем подробнее, что вообще представляет из себя магнитный двигатель, а также почему множество людей пытаются разработать и воплотить в реальность эту конструкцию, видя именно в ней заманчивое будущее. Действительно настоящий двигатель этой конструкции должен функционировать исключительно только на магнитах, при этом используя непосредственно для перемещения всех внутренних механизмов их постоянно выделяемую энергию.

Важно: основной проблемой разнообразных конструкций основанных именно на использовании постоянных магнитов, становится то, что они склонны стремиться к статическому положению, именуемому равновесием.

Когда рядом привинтить два достаточно сильных магнита, то они двигаться будут только до момента, когда будет достигнуто на минимально возможной удаленности максимальное притяжение между полюсами. В реальности они просто друг к другу повернутся. Поэтому каждый изобретатель разнообразных магнитных двигателей пытается сделать переменным притяжение магнитов за счет механических свойств самого двигателя или использует функцию своеобразного экранирования.

При этом магнитные двигатели в чистом виде очень неплохи по своей сущности. А если добавить к ним реле и управляющий контур, использовать гравитацию земли и дисбаланс, то они становятся действительно идеальными. Их смело можно именовать «вечными» источниками поставляемой бесплатной энергии! Есть сотни примеров всевозможных магнитных двигателей, начиная от наиболее примитивных, которые можно собрать собственноручно и заканчивая японскими серийными экземплярами.

В чем преимущества и минусы работающих двигателей на магнитной энергии

Преимуществами магнитных двигателей является их полная автономия, стопроцентная экономия топлива, уникальная возможность из средств, находящихся под руками, организовать в любом требуемом месте установку. Также явным плюсом выглядит то, что мощный прибор, изготовленный на магнитах может обеспечивать жилое помещение энергией, а также такой фактор, как возможность гравитационному мотору работать до тех пор, пока он не износится. При этом даже перед физической кончиной он способен выдавать максимум энергии.

Однако у него имеются и определенные недостатки:

доказано, что магнитное поле весьма негативно воздействует на здоровье, особенно этим отличается реактивный движок;
хотя имеются положительные результаты экспериментов, большинство моделей совсем не функционируют в естественных условиях;
приобретение готового устройства еще не гарантирует, что оно будет успешно подключено;
когда появится желание купить магнитный поршневой или импульсный двигатель, стоит быть настроенным на то, что он будет иметь слишком завышенную стоимость.

Как самостоятельно собрать подобный двигатель

Подобные самоделки пользуются неизменным спросом, о чем свидетельствуют практически все форумы электриков. Из-за этого следует подробнее рассмотреть, каким же образом можно самостоятельно собрать дома работающий магнитный двигатель.

То приспособление, которое сейчас мы вместе попробуем сконструировать, будет состоять из соединенных трех валов, причем они должны скрепляться так, чтобы центральный вал был прямо повернут к боковым. По центру среднего вала необходимо прикрепить диск, изготовленный из люцита и имеющий диаметр около десяти сантиметров, а его толщина составляет немногим больше одного сантиметра. Наружные валы также должны оснащаться дисками, но уже вдвое меньшего диаметра. На этих дисках закрепляются небольшие магниты. Из них восемь штук крепят на диск большего диаметра, а на маленькие — по четыре.

При этом ось, где расположены отдельные магниты, должна располагаться параллельно плоскости валов. Их устанавливают так, чтобы концы магнитов проходили с минутным проблеском возле колес. Когда эти колеса приводятся руками в движение, то полюсы магнитной оси станут синхронизироваться. Чтобы получить ускорение настоятельно рекомендуется в основании системы установить брусок из алюминия так, чтобы конец его немного соприкасался с магнитными деталями. Выполнив подобные манипуляции, можно будет получить конструкцию, которая будет вращаться, выполняя полный оборот за две секунды.

При этом приводы необходимо устанавливать определенным образом, когда все валы будут вращать относительно других аналогично. Естественно, когда выполнить на систему сторонним предметом тормозящее воздействие, то она прекратит вращение. Именно такой вечный двигатель на магнитной основе впервые изобрел Бауман, однако у него не получилось запатентовать изобретение, поскольку в то время устройство относилось к той категории разработок, на которые патент не выдавался.

Этот магнитный двигатель интересен тем, что совершенно не нуждается во внешних энергетических затратах. Только магнитное поле вызывает вращение механизма. Из-за этого стоит попробовать самостоятельно соорудить вариант подобного устройства.

Для выполнения эксперимента потребуется заготовить:

диск, изготовленный из оргстекла;
двухсторонний скотч;
заготовку, выточенную из шпинделя, а затем закрепленную на стальном корпусе;
магниты.

Важно: последние элементы необходимо слегка подточить с одной из сторон под углом, тогда можно будет получить более наглядный эффект.

На заготовку из оргстекла в виде диска по всему периметру требуется наклеить с помощью двухстороннего скотча кусочки магнита. Располагать их необходимо наружу сточенными краями. При этом следует обязательно проследить, чтобы все сточенные края каждого магнита обязательно имели одностороннее направление.

В результате полученный диск, на котором расположены магниты, необходимо закрепить на шпинделе, а затем проверить, насколько свободно он будет вращаться, чтобы не допустить ни малейшего цепляния. Когда к выполненной конструкции поднести маленький магнит, аналогичный тем, которые уже наклеены на оргстекло, то ничего не должно измениться. Хотя если попробовать сам диск немного покрутить, то станет заметен небольшой эффект, хотя и весьма незначительный.

Теперь следует поднести больший размерами магнит и понаблюдать, как изменится ситуация. При подкручивании рукой диска механизм останавливается все равно в промежутке, имеющемся между магнитами.

Когда взять только половинку магнита, который поднести к изготовленному механизму, зрительно видно, что после легкого подкручивания он немного продолжает движение из-за воздействия слабого магнитного поля. Осталось проверить, каким будет наблюдаться вращение, если поочередно убирать магнитики с диска, делая между ними большие промежутки. И этот эксперимент обречен на фиаско — диск неизменно будет останавливаться точно в магнитных промежутках.

Проведя длительные исследования, каждый сможет воочию убедиться, что подобным образом не получится изготовить магнитный двигатель. Следует поэкспериментировать с иными вариантами.

Заключение

Магнитомеханическое явление, заключающееся в необходимости применять действительно незначительные усилия, чтобы сдвигать магниты, если сравнивать с попыткой их отрыва, использовано повсеместно для создания, так называемого, «вечного» линейного магнитного мотора-генератора.

Многие верят, что очень скоро наступит время, когда мощную энергию человечество сможет получать без использования газа и нефтепродуктов. На самом деле гигаватты электроэнергии, которая будет совершенно бесплатной, можно получать, если руководствоваться только магнетизмом, законами электростатики, силы тяготения и постулатами Архимеда. опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Сервомоторы серии RS Parker Hannifin в ответственных применениях

Работа бесщеточного сервомотора основана на принципе теории магнетизма: одноименные полюса взаимно отталкиваются, разноименные притягиваются. В серводвигателе имеются два магнитных источника. Это — постоянные магниты, расположенные на роторе мотора, и стационарные магниты, которые расположены вокруг ротора. Электромагнитом служит статор из пластин электротехнической стали, связанных между собой, и на которых установлена медная обмотка.

В соответствии с принципами магнетизма при пропускании тока через медный проводник образуется магнитное поле с северным и южным полюсом. Каким образом создать состояние, чтобы разноименные полюса притягивались, а одноименные взаимно отталкивались?

Рисунок 1.

Ключом к решению является используемое преимущество магнитных полей, создаваемое токопроводящими катушками, которое заключается в возможности менять местами полюса магнита посредством изменения направления тока. Именно эта возможность смены полюсов и используется для преобразования электрической энергии в механическую. Рисунок 1 демонстрирует базовое условие.

Полюса магнитов ротора притягиваются к противоположным полюсам статора. Полюса ротора, установленные на валу двигателя, будут вращаться до тех пор, пока не выровняются по положению с противоположными полюсами статора. Если состояние не меняется, ротор будет оставаться в стационарном положении.

На Рисунке 2 (слева) показано чередование полюсов статора. Такое действие происходит каждый раз когда полюс ротора притягивается отрицательным полюсом статора в результате изменения направления протекания тока через определенный участок статора. Постоянное чередование полюсов статора создает условие, при котором постоянные магнитные полюса ротора «преследуют» противоположные полюса статора, в результате чего происходит непрерывное вращение вала ротора / двигателя.

Чередование полюсов статора известно как коммутация. Возникает вопрос: каким образом направлять ток в определенное время для поддержания вращения вала? Переключение тока выполняется инвертором или приводом, который подает питание на двигатель.

При использовании привода с определенным двигателем, угол поворота конфигурируется программно в приводе, наряду с другими параметрами, такими как индуктивность, сопротивление и др. Устройство обратной связи двигателя (энкодер, резольвер) обеспечивает информацию о положении вала ротора / магнитного полюса относительно привода.

При достижении магнитным полюсом ротора положения, которое соответствует углу поворота, привод реверсирует ток, проходящий через обмотку статора, тем самым изменяя полюс статора с северного на южный и с южного на северный (см. Рисунок 2). Из этого следует, что если полюса совмещаются, вращение вала двигателя останавливается; или изменение последовательности приводит к вращению вала в одном или другом направлении; а быстрое изменение обеспечивает высокую скорость вращения и, наоборот, медленное изменение ведет к медленному вращению вала.

По материалам статьи Джеффа Наззаро (Jeff Nazzaro), Руководителя продуктовой линии Подразделения электромеханики и приводов.

Стремление термодинамических систем к равновесию

модель магнитного генератора индийского блогера с канала Creative Think:

Чтобы вызвать стремление к равновесию, необходимо создать условия не равновесия

Еще одна модель магнитного генератора с Интернета:

Динамическое равновесие при низкотемпературной сверхпроводимости как частный случай

Чтобы двигатель совершал работу — он обязан расходовать энергию, но откуда ей взяться?

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_svoimi_rukami

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

В бесконтактном электродвигателе Mahle мощность достигает ротора по беспроводной связи

Автопроизводители за пределами Китая изо всех сил пытаются разработать конструкции электродвигателей, в которых не используются постоянные магниты, отчасти потому, что для магнитов требуются редкоземельные элементы, а их добыча вызывает загрязнение. Отчасти это также связано с тем, что добыча полезных ископаемых ведется в Китае, грозном автомобильном конкуренте.

Эти альтернативные двигатели вращают ротор только за счет электромагнитной силы; в последнее время мы рассмотрели более одного такого двигателя.Одна проблема: конструкции с медными обмотками в роторе должны передавать электричество движущейся цели, а точка контакта — контактное кольцо — подвержена износу.

Сегодня немецкая компания по производству автозапчастей Mahle представила двигатель, не содержащий редкоземельных элементов и не имеющий физического контакта. Мощность передается в ротор по беспроводной связи через индукцию катушкой, по которой проходит переменный ток. Это индуцирует ток в приемном электроде внутри ротора, который возбуждает там медные обмотки, создавая электромагнитное поле.

Это означает, что практически нет ничего, что могло бы изнашиваться. «Нет контактов для передачи электричества, нет истирания, образования пыли и механического износа», — заявил в среду на онлайн-пресс-конференции Мартин Бергер, руководитель отдела исследований Mahle. «Также я должен сказать, что если нужно обслуживать немагнитный ротор, его несложно заменить».

Может показаться странным пытаться минимизировать износ электродвигателей, поскольку они уже славятся своей простотой и долговечностью.В отличие от двигателей внутреннего сгорания, электродвигатели практически не имеют движущихся частей, их довольно легко разобрать и снова собрать. Возможно, инженеры Mahle почерпнули эту идею из своей многолетней работы в области технологии беспроводной зарядки. Возможно, бесконтактная конструкция ротора обеспечивает не только долговечность, но и преимущества.

Ротор получает энергию через переменное поле, которое затем преобразуется в постоянный ток для электромагнитных катушек. Изображение: Mahle

Бергер говорит, что новый двигатель сочетает в себе лучшие черты нескольких двигателей, например, предлагая хорошую эффективность как при низком, так и при высоком крутящем моменте.В целом, утверждает компания, двигатель достигает КПД не менее 95% при типичном использовании электромобиля и достигает КПД 96% во многих рабочих точках. В сообщении Mahle говорится, что ни один электромобиль, за исключением гоночных автомобилей Формулы E, не показал себя лучше.

По словам Бергера, эту машину можно легко масштабировать от использования в малолитражных легковых автомобилях до небольших грузовиков. Однако он не идеален для сверхкомпактных автомобилей, таких как электровелосипеды, или для больших грузовиков, которые обычно работают при постоянной нагрузке.

«Очень быстрым или тяжелым транспортным средствам потребуется трансмиссия», — добавляет он.«Но в большинстве случаев, например, в легковых автомобилях, достаточно одной передачи».

Mahle не сообщает, какие компании заинтересованы в новом двигателе, только то, что образцы уже поставлены, а до массового производства осталось около двух с половиной лет.

Индукция против. КПД двигателя с постоянным магнитом

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

Может быть трехфазный асинхронный двигатель или двигатель с постоянными магнитами? Оба мотора в настоящее время используются в электромобилях. Оба предлагают высокую эффективность и хорошую производительность. Но что лучше?

Существует веский аргумент в пользу того, что двигатель с постоянными магнитами превосходит по сравнению с асинхронным двигателем. Неотъемлемые преимущества порошковой металлургии — возможность повышения производительности двигателя и снижения общей стоимости — могут быть эффективным инструментом при производстве этих приводных систем.

Давайте проведем несколько сравнений эффективности асинхронных двигателей с двигателями с постоянными магнитами, чтобы увидеть их преимущества и потенциальные недостатки. Мелкие детали конструкции электродвигателя более сложны, чем описано ниже, но это отличное начало для тех, кто взвешивает свои варианты.

КПД двигателя с постоянным магнитом

Как следует из названия, электромотор с постоянными магнитами использует постоянные магниты на роторе (см. Рисунок ниже). Переменный ток, приложенный к статору, приводит к вращению ротора.Поскольку магниты постоянно намагничены, ротор может работать синхронно с коммутируемым переменным током. Исключается проскальзывание, необходимое в асинхронных двигателях, повышает тепловую эффективность.

Собственный КПД двигателя с постоянными магнитами выше, чем у асинхронного двигателя. Оба двигателя имеют трехфазную конструкцию благодаря полностью оптимизированной производительности. Однако асинхронные двигатели были разработаны для работы в основном на частоте 60 Гц. При увеличении частоты потери на вихревые токи в асинхронных двигателях будут намного больше, чем в двигателях с постоянными магнитами, использующих технологию порошкового металла.

Независимо от того, как вы изгибаете или формируете асинхронный двигатель, хорошо спроектированный синхронный двигатель с постоянными магнитами обеспечит увеличенный диапазон, лучшую производительность и т. Д.

Использование материала двигателя с постоянным магнитом

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

( Сравнение асинхронного двигателя переменного тока идвигатель с постоянными магнитами)

Необязательно делать из листовой электротехнической стали! Ротор из порошкового металла может иметь прорези, которые вы видите на изображении выше, разработанные за счет чистой формы порошкового металла, что устраняет необходимость в дорогостоящей механической обработке. Используя спеченный магнитомягкий материал, силовой металлический ротор для двигателя с постоянными магнитами может достигать прочности, аналогичной конкурирующим процессам.

Однако индукционный ротор по-прежнему требует штамповки и ламинирования.В процессе штамповки образуется гораздо больше отходов, чем при порошковой металлургии.

Использование постоянных магнитов в двигателях

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

Использование двигателей с постоянными магнитами в автомобильной промышленности включает Chevy Volt (производство прекращено), Chevy Bolt и Tesla Model 3.

Chevy Bolt — это конструкция мощностью 200 л.с. с магнитами внутри ротора.В нем используется односкоростной редуктор с соотношением 7,05: 1 для привода колес. Общедоступных оценок веса нет.
Tesla Model 3 также использует двигатель с постоянными магнитами. Доступно очень мало деталей, но ходят слухи, что магниты расположены в виде массива Halback. Этот массив фокусирует магнитные линии потока для полной оптимизации производительности.

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

Нс = 120 * частота / количество полюсов

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

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

Стоимость против. Производительность

Одно из основных соображений в двигателях с постоянными магнитами — это стоимости магнитов. Если вы использовали высокоэнергетические магниты (такие как железо, неодим, бор), вы почувствовали боль в своем бюджете (или у вашего начальника). Потенциальные потери при штамповке ламинирующего материала только усугубляют проблему.

Возможности для порошковой металлургии в этих типах двигателей изобилуют. Роторы двигателя с постоянными магнитами могут быть изготовлены из спеченного порошкового металла, независимо от того, выбираете ли вы внутреннюю или внешнюю конструкцию. Статор также может быть изготовлен из магнитомягких композитов. При ожидаемых высоких частотах переключения потери в SMC ниже, чем в ламинированном 3% кремнистом железе, еще больше повышает эффективность этой конструкции. Проще говоря, магнитомягкие композиты созданы специально для высоких частот.

Металлический порошок может повысить эффективность двигателя с постоянными магнитами по сравнению с асинхронным двигателем. Возможности порошковой металлургии создавать трехмерные формы позволяют формировать статор, полностью покрывающий весь провод магнитно-мягким композитом, чтобы исключить потери на конце витка. .

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

(Кривая КПД двигателя с постоянным магнитом в зависимости отасинхронные двигатели. Эта диаграмма характеристик была разработана для частоты сети около 60 Гц. По мере увеличения частоты ожидайте, что производительность станет еще лучше. График любезно предоставлен Empowering Pumps & Equipment )

Вышеупомянутое обсуждение было сосредоточено на рассмотрении двигателей с постоянными магнитами, в которых используются конструкции статора, аналогичные тем, которые используются в асинхронных двигателях переменного тока. Тем не менее, претерпели значительные изменения в конструкции двигателей нового типа , в которых также используются постоянные магниты для повышения эффективности электродвигателя.

Linear Labs разработала новую схему двигателя, сочетающую высокую эффективность с прочной конструкцией. Это устраняет некоторые из дорогих редкоземельных магнитов, с которыми вы привыкли годами.

Мы думаем, что двигатели с постоянными магнитами — это волна будущего. Для полноты картины давайте теперь посмотрим на конструкцию асинхронного двигателя, с которой работают 90% инженеров.

КПД трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

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

Его основной принцип работы заключается в том, что магнитное поле, создаваемое в статоре, создает встречный ток в стержнях ротора. Индуцированный ток ротора затем создает магнитное поле в пластинах ротора. Это противоположное поле заставляет ротор вращаться — при переключении тока статора ротор всегда отстает и заставляет ротор вращаться.

Преимущества этого индуцированного магнитного поля заключаются в том, что не нужны ни щетки, ни обмотка ротора.Двигатели этого типа:

Надежный
Прочный
Низкие эксплуатационные расходы

Выше представлена типичная конфигурация асинхронного двигателя. Обратите внимание, что ротор имеет пластинки в сердечнике и электропроводящий материал (медь или алюминий) в пазах ротора, так называемые стержни ротора.

Для большинства промышленных применений (более 1 л.с.) и для автомобильных трансмиссий трехфазный асинхронный двигатель является самым распространенным явлением.В этой конструкции три фазы обернуты вокруг статора таким образом, чтобы обеспечить более плавную работу и высокий КПД. Трехфазные двигатели переменного тока самозапускаются при подаче напряжения на обмотки статора. Во многих случаях так называемые стержни ротора расположены под углом для увеличения крутящего момента.

КПД асинхронного двигателя переменного тока на практике

Трехфазное использование в промышленных приложениях относительно просто, поскольку входящее напряжение уже является трехфазным. Однако в автомобильной промышленности вам необходимо преобразовать мощность постоянного тока аккумулятора в трехфазный переменный ток.Это происходит через преобразователь постоянного тока в переменный.

В асинхронных двигателях переменного тока необходимо учитывать скорость ротора относительно входящей частоты переменного тока. Первоначально это определяется так называемой синхронной скоростью. Для асинхронного двигателя переменного тока синхронная скорость рассчитывается следующим образом:

Нс = 120 * частота / количество полюсов

(Помните, что Ns — это синхронная скорость. Число полюсов — это общее число полюсов на фазу, включая как северный, так и южный полюса.)

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

КПД трехфазных асинхронных двигателей может варьироваться от 85% до 96%. См. Таблицу ниже для зависимости крутящего момента отсоскальзывать.

(Типичный крутящий момент в зависимости от скольжения для асинхронных двигателей переменного тока — любезно предоставлено All About Circuits )

Асинхронные двигатели мощностью 50–100 л.с. для промышленного применения различаются массой от 700 до почти 1000 фунтов. Слишком тяжело для автомобильной промышленности, не так ли?

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

Этот двигатель представляет собой трехфазный двигатель с восемью полюсами на фразу, что означает, что частота переменного тока, используемая для выработки этой мощности, составляет около 1200 Гц. На этих рабочих частотах вихретоковый нагрев ламинирующего материала будет довольно высоким. Этот автомобильный двигатель Tesla требует значительного охлаждения, чтобы не допустить его перегрева. Также немного иронично, что GM дебютировала в своем автомобиле EV1 в середине 90-х годов с асинхронным двигателем, который был ограничен тем фактом, что он использовал свинцово-кислотные батареи вместо литий-ионных батарей.

Стоимость асинхронных двигателей

Ключевым преимуществом асинхронных двигателей переменного тока для электромобилей является стоимость. Они относительно дешевы в сборке.

В индукционных конструкциях

переменного тока используются стальные листы как в статоре, так и в роторе; их можно штамповать почти одновременно из одного листа материала. Другими словами, процент брака намного ниже, чем у вашей средней работы по штамповке.

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

Индукция против. Эффективность двигателя с постоянным магнитом: победитель …

Несмотря на преимущества использования магнитомягких материалов в двигателе с постоянными магнитами — SMC не являются фактором в индукционных конструкциях — выбор типа двигателя для вашей трансмиссии затруднен.У каждого есть свои преимущества и недостатки.

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

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

Мы пользуемся услугами уважаемого дизайнера двигателей, чтобы помочь клиентам с такими проектами. Если вам нужна помощь в разработке компонентов, чтобы в полной мере использовать весь потенциал порошковой металлургии для магнитных приложений переменного или постоянного тока, посетите наш новый ресурсный центр или свяжитесь с нами!

C2I 2019: Великобритания разработала безмагнитный электродвигатель, готовый к работе

Победитель автомобильной категории этого года и обладатель трофея Гран-при C2I 2019 — безмагнитный электродвигатель, разработанный в Великобритании, который имеет огромные перспективы для растущего сектора электромобилей.

Сотрудничайте для инноваций 2019
Категория: Автомобильная промышленность

Победитель: Двигатели без магнитов для коммерческого транспорта: HDSRM
Партнеры: Advanced Electric Machines Limited с Tevva Motors, Университет Ньюкасла, Motor Design Limited
Спонсор: Comsol

Новая конструкция электродвигателя без магнитов обещает объединить характеристики существующих тяговых двигателей с большей экологичностью.

Кульминация шестилетних исследований, электродвигатель с коммутируемым сопротивлением высокой плотности (HDSRM) недавно был запущен в производство и через несколько месяцев будет использоваться в коммерческих транспортных средствах на дорогах.

Проект возглавляется Advanced Electric Machines (AEM), дочерней компанией из Университета Ньюкасла, в сотрудничестве с производителем коммерческих автомобилей Tevva Motors, самим университетом и специалистом по программному обеспечению Motor Design.

Одним из основных атрибутов двигателя является отсутствие как редкоземельных постоянных магнитов, так и меди, которые затрудняют утилизацию по окончании срока службы.

Ожидается, что двигатель будет использоваться в широком диапазоне применений, но первоначальная разработка была сосредоточена на рынке коммерческих автомобилей.

Коммерческие автомобили должны справляться с более высокой загрузкой, чем легковые автомобили. Они часто часами работают на пике своей производительности, преодолевая большое количество миль по автомагистралям. Поэтому необходима надежная технология, которая может работать с максимальной эффективностью в течение длительного времени. Сектор коммерческих автомобилей также сильно ориентирован на общую стоимость владения.AEM считает, что успешными технологиями для электромобилей будут те, которые обеспечат экономию затрат, а также экологические преимущества. Это означает учет эффективности эксплуатации, затрат на обслуживание и утилизацию.

До сих пор в электромобилях использовались двигатели с постоянными магнитами. Генеральный директор Advanced Electric Machines доктор Джеймс Видмер сказал: «Нас поразило то, что автомобильная промышленность движется по пути создания электромобилей будущего с использованием материалов с соответствующими проблемами в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе.К ним относятся редкоземельные элементы, используемые в постоянных магнитах, а также медь для обмоток двигателя.

Генеральный директор Advanced Electric Machines д-р Джеймс Видмер

Идея HDSRM возникла в результате докторской диссертации в конце 2000-х годов и, по словам д-ра Видмера, «имела реальный потенциал, особенно для коммерческих автомобилей».

Импульсные реактивные электродвигатели существуют почти столько же, сколько и двигатель внутреннего сгорания, но страдают из-за слабых характеристик, которые ограничивают их использование в электромобилях.

В отличие от обычных двигателей постоянного тока, в реактивном реактивном двигателе мощность подается на обмотки статора, а не на ротор. Это упрощает механическую конструкцию, поскольку не требуется подводить мощность к движущейся части.

Прорыв AEM, который является предметом патента, заключался в том, чтобы дать возможность управлять двигателем SR, используя ту же силовую электронику, что и двигатель с постоянными магнитами

Ротор изготовлен из «мягкого» магнитного материала, такого как многослойная сталь, с выступающими магнитными полюсами.Статор также имеет несколько полюсов. Когда питание подается на обмотки статора, ротор перемещается, чтобы совместить полюс ротора с ближайшим полюсом статора. Чтобы ротор продолжал двигаться, электронная система управления включает обмотки последовательных полюсов статора перед ротором, поэтому он продолжает вращаться.

Однако вентильные реактивные двигатели приобрели репутацию шумных. Они также страдали от пульсаций крутящего момента — колебаний крутящего момента при вращении ротора — что делало их непригодными для тяговых приложений.Для управления ими требовалась силовая электроника, отличная от машин с постоянными магнитами, что без экономии на масштабе было дорогостоящим.

Прорыв

AEM, который является предметом патента, заключался в том, чтобы дать возможность управлять двигателем SR, используя ту же силовую электронику, что и двигатель с постоянными магнитами. И хотя силовой электронике он кажется стандартным трехфазным двигателем, на самом деле это шестифазная конструкция, которая решает проблемы пульсации крутящего момента и шума.

По словам д-ра Видмера, реактивный реактивный двигатель более устойчив по трем параметрам.

Во-первых, с экологической точки зрения добыча и переработка редкоземельных элементов создает значительные проблемы, если не управляется должным образом, а также приводит к образованию большого количества диоксида углерода. Во-вторых, Китай контролирует более 90% мировых поставок редкоземельных минералов. В-третьих, редкоземельные элементы дороги — обычно 100 долларов за кг (для двигателя такого автомобиля, как Nissan Leaf, требуется около 2 кг), а цены нестабильны, особенно с учетом нынешней торговой войны между США и Китаем. «Таким образом, наш двигатель обеспечивает сопоставимые характеристики, экологические преимущества и экономию средств», — говорит Видмер.

AEM также разработала запатентованный производственный процесс, который позволяет использовать алюминий для обмоток

Медь традиционно использовалась в двигателях, потому что она является хорошим проводником и проста в использовании. Алюминий не такой хороший проводник, его труднее наматывать, и он по-другому твердеет. Однако AEM также разработала запатентованный производственный процесс, который позволяет использовать алюминий для обмоток. Алюминий стоит в десять раз дешевле меди, и его легче утилизировать — поскольку он плавится при более низкой температуре, чем сталь, его можно восстановить отдельно в конце срока службы двигателя, тогда как медь загрязняет сталь.

Еще одним недостатком постоянных магнитов в обычных двигателях является то, что они размагничиваются, если становятся слишком горячими. В гибридном транспортном средстве для электродвигателя требуется отдельный охлаждающий контур от двигателя внутреннего сгорания. Коммутируемый реактивный двигатель может работать в более горячем состоянии и охлаждаться системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

Еще одно отличие состоит в том, что двигатели с постоянными магнитами никогда не выключаются. Двигатель всегда будет генерировать ток или крутящий момент во время вращения. Когда HDSRM не приводится в движение, он действительно выключен, и команда AEM запатентовала конструкцию с несколькими двигателями, которая позволяет включать или выключать один или несколько двигателей в соответствии с требованиями к характеристикам автомобиля в любой момент времени — электрический автомобильный эквивалент отключения цилиндров.Таким образом, многомоторная система может работать с максимальной эффективностью в течение гораздо более широкой части цикла движения транспортного средства.

Тем не менее, несмотря на то, что в Университете Ньюкасла в течение нескольких лет работали над этой технологией с крупными компаниями, прогресс в ее внедрении был медленным. Выделяющаяся компания была создана для ускорения темпов развития.

Нашла партнера и ведущего клиента в лице Tevva Motors. «Нам был нужен такой партнер, как Tevva — бизнес, основанный на инновационных технологиях, ориентированный на электромобили для рынка коммерческих автомобилей средней грузоподъемности», — сказал д-р Видмер.

Tevva разработала и произвела ряд технологий — от заказных систем управления батареями до расширителей диапазона, автономно управляемых облачным программным обеспечением, — разработанных для обеспечения решений для электрификации городской распределительной отрасли средней грузоподъемности. Основанная в 2013 году, компания Tevva осознала, что ужесточение требований к выбросам означает, что этот сектор созрел для электрификации.

Расширитель диапазона

Tevva Rex устраняет одно из основных препятствий на пути внедрения технологии электромобилей в этом секторе — беспокойство по поводу дальности полета — в то время как его интеллектуальная система геозон автоматически включает и отключает систему в зависимости от того, где движется автомобиль.

Другими ключевыми участниками проекта являются Университет Ньюкасла, который является акционером AEM и продолжает тесно сотрудничать с ним. «Без университета технология никогда бы не была разработана», — сказал д-р Видмер.

And Motor Design, инновационная компания среднего размера, предоставляет программное обеспечение, которое ускоряет разработку, позволяя быстро моделировать характеристики двигателя, в частности, для прогнозирования того, насколько он нагреется.

Производственная мощность

AEM составляет 12 000 единиц в год, и его двигатели проходят испытания в других областях, таких как вспомогательная судовая энергетика — для лебедок и т.п. — и в промышленности, где они могут заменить асинхронные двигатели, работающие со стандартными промышленными приводами.«Все, что может вращать двигатель с постоянными магнитами, будет приводить в движение наш двигатель», — сказал д-р Видмер.

Текущая модель — это только первое поколение, и рассматриваются возможности применения в легковых автомобилях, тракторах и сельскохозяйственных транспортных средствах, а также в аэрокосмической отрасли.

Автомобильная категория спонсируется Comsol

Главный спонсор C2I 2019 — Frazer-Nash Consultancy

Двигатель с постоянным магнитом — Net Zero Guide

Электродвигатель всегда работает на принципах электромагнетизма.Магнитное поле, создаваемое электрическим током, заставляет приводное колесо вращаться, что передает движение через приводной механизм тому или иному инструменту. Этим движением можно управлять автомобилем, работать насосом, вращать ротор на лодке, работать с мусоропроводом и т. Д.

Двумя основными типами электродвигателей являются асинхронный электродвигатель (который использует электромагниты в обеих частях своей работы) и электродвигатель с постоянными магнитами, в котором вместо обмоток намагничивающего поля используются постоянные магниты. Постоянный магнит — это магнит, который сохраняет свой магнетизм без искусственного пропускания через него намагничивающего тока.Электрическая конфигурация двигателя с постоянными магнитами менее сложна, чем у асинхронного двигателя.

Он работает холоднее, более эффективен с точки зрения потерь энергии, быстрее набирает максимальную скорость и способен работать на более высокой скорости, чем асинхронный двигатель. Также он занимает меньше места для данной мощности. С другой стороны, двигатель с постоянными магнитами дороже в изготовлении из-за дорогостоящих материалов, которые идут на изготовление постоянных магнитов.

Применение для двигателей с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами предпочтительны в ряде приложений.Одно из них — изготовление производственного оборудования и высокоточных станков. Это связано с их большей надежностью, эффективностью, компактностью и потенциальной скоростью вращения. С развитием робототехники для станков , использование двигателей с постоянными магнитами в этой области выросло в геометрической прогрессии.

Двигатели с постоянными магнитами широко используются в производстве, где жесткий контроль, высокая скорость, небольшие размеры и эффективность более ценны, чем экономия на стоимости оборудования.

Двигатели с постоянными магнитами и производство электроэнергии

Вариантом двигателя с постоянными магнитами является генератор с постоянными магнитами.Генератор использует тот же принцип, что и электродвигатель, но работает в обратном порядке. Вместо того, чтобы начинать с электрического тока и использовать электро-магнитные принципы для создания движения из него, генератор начинает с движения и использует те же принципы для генерации электричества. Некоторые варианты этого устройства используются почти во всех коммунальных предприятиях энергетики. Движение может быть обеспечено горячими газами, такими как пар, как в обычной электростанции, работающей на ископаемом топливе, или атомной электростанции, или солнечной тепловой электростанции.В качестве альтернативы, это может быть проточная вода, как в гидроэлектростанции, или
ветром, как в ветроэнергетической турбине. Не все генераторы сделаны с постоянными магнитами; однако это обычная конструкция, используемая для выработки электроэнергии в домашних условиях с помощью ветряных турбин.

Как и во всех двигателях с постоянными магнитами, по сравнению с конструкциями асинхронных двигателей, компромисс с выработкой электроэнергии заключается между стоимостью строительства и энергоэффективностью. Там, где эффективность имеет большое значение, как в случае с ветроэнергетикой, конструкция с постоянными магнитами дает явные преимущества.

Двигатели с постоянными магнитами и «Бесплатное электричество»

Поскольку постоянные магниты демонстрируют источник движения, который, кажется, исходит из ниоткуда и является неисчерпаемым, это естественным образом порождает идею производства электричества из окружающей среды или из магнитного поля Земли. К сожалению, никакого существенного производства энергии этим методом никогда не было продемонстрировано, равно как и нет теоретического обоснования этой концепции в каких-либо известных принципах физики. Магнитное поле Земли включает в себя значительное количество энергии, но в основном это статическое поле, которое нельзя использовать для выработки полезной энергии.Колебания магнитного поля Земли, а не поля как такового, должны быть источником энергии, а это гораздо меньший источник до точки бесполезности.

Инновационный безмагнитный электромотор Mahle

Mahle: как он работает и почему это выгодно свои ресурсы для улучшения существующих технологий.

Возможно, это не первый производитель, который разработал такой двигатель, но новый безмагнитный двигатель, созданный Mahle, является первым в своем роде, в котором используется масштабируемая конструкция, что означает, что его можно использовать для питания транспортных средств многих размеров, от небольших легковых автомобилей. на более крупные коммерческие автомобили.

Он работает путем создания необходимого магнитного поля с помощью медных катушек возбуждения, расположенных внутри ротора, которые заменяют традиционно используемые постоянные магниты. Мощность передается по беспроводной связи, бесконтактно и, следовательно, без износа.

Ключевой частью сборки является беспроводной передатчик, который использует переменное поле для передачи энергии ротору. Это поле затем преобразуется в постоянный ток для вышеупомянутых катушек, создавая дополнительное магнитное поле, которое позволяет двигателю создавать крутящий момент.
Согласно Mahle, возможность регулировать параметры магнетизма ротора вместо того, чтобы ограничиваться использованием традиционных магнитов, привела к максимальной производительности во всем диапазоне рабочих скоростей.Таким образом, он способен достигать КПД выше 96%, чего в настоящее время могут предложить только силовые агрегаты Формулы E.
Этот высокоэффективный электродвигатель может стать лекарством от беспокойства по поводу дальности полета, поскольку автомобили, оснащенные им, смогут покрыть большую площадь при полной зарядке. Компания заявляет, что будет поставлять его по относительно низкой цене, что может означать более дешевые электромобили.
Как мы все знаем, электродвигатели чрезвычайно надежны из-за минимального количества движущихся частей. Поскольку он работает бесконтактно и практически не подвержен механическому износу, новаторская версия Mahle еще более надежна.Однако, если он нуждается в обслуживании, двигатель можно легко разобрать и собрать обратно.
Еще одно преимущество этой силовой установки, на которое обращают особое внимание, заключается в том, что она снижает воздействие на окружающую среду при добыче редкоземельных материалов. Постоянные магниты, используемые в большинстве современных двигателей, доступных на рынке, сделаны из таких минералов, как неодим, диспрозий или иттрий. Без использования этих надоедливых магнитов нет необходимости искать эти материалы.
На мой взгляд, тот факт, что подавляющее большинство известных месторождений находится в Китае, является еще одной причиной, по которой многие автопроизводители ищут альтернативные технологии. В 2011 году азиатская страна ограничила экспорт этих материалов. По данным greencarcongress.com, в результате цены на неодим выросли примерно на 750%, а диспрозий стал на 2000% дороже.
Mahle уже отправила прототипы нескольким автопроизводителям для тестирования и оценки и ожидает, что массовое производство начнется к концу 2023 года.
Хотя этот безмагнитный двигатель не является полностью новым, он основан на инновационных технологиях, которые могут произвести революцию в отрасли. Это показывает, что небольшие улучшения могут ускорить и без того стремительное развитие электромобилей.
Асинхронные двигатели
переменного тока и синхронные двигатели с постоянными магнитами
* Изображение предоставлено New Energy и Fuel.com
Авторы : Стив Бистак, региональный менеджер по продажам — NE, отдел приводов переменного тока / HMI, Fuji Electric Corp.of America, и Sun Y. Kim (Sean), старший региональный менеджер, ACDR / HMI, Fuji Electric Corp of America
Большинство насосов и вентиляторов, работающих в промышленных и коммерческих целях, в настоящее время приводится в действие асинхронными двигателями переменного тока. «ACIM», что означает «асинхронный двигатель переменного тока», представляет собой асинхронный тип двигателя, который использует электрический ток для вращения ротора. Крутящий момент создается электрическим током в роторе. Электрический ток создается за счет электромагнитной индукции магнитного поля обмоток статора.В ACIM ротор всегда вращается с меньшей скоростью, чем магнитное поле. «PMSM», что означает «синхронный двигатель с постоянными магнитами», полагается на магниты, вращающие ротор, который вращается с той же скоростью, что и внутреннее вращающееся магнитное поле PMSM.
Есть несколько ключевых различий между асинхронными двигателями переменного тока и синхронными двигателями с постоянными магнитами.
Двигатели с постоянными магнитами ДОЛЖНЫ работать с приводом.
Асинхронные двигатели
переменного тока могут использоваться без частотно-регулируемого привода для привода насоса или вентилятора, но часто устанавливаются с частотно-регулируемыми приводами (VFD) в насосных или вентиляционных системах, чтобы повысить эффективность системы.Синхронным двигателям с постоянными магнитами для работы требуется привод. PMSM не могут работать без привода. Частотно-регулируемый привод необходим для точного управления скоростью PMSM в соответствии с требованиями приложения по давлению, расходу, объему и т. Д. Некоторые новые частотно-регулируемые приводы уже поставляются с опциями управления двигателем с постоянными магнитами в качестве стандартной функции, что позволяет операторам управлять двигателем с постоянными магнитами. для более эффективного управления вентилятором и / или насосом.
Двигатели с постоянными магнитами обеспечивают значительное повышение эффективности по сравнению с асинхронными двигателями переменного тока.
Эффективность полной нагрузки двигателя с постоянными магнитами выше, чем у асинхронного двигателя переменного тока. На рисунке 1 ниже показаны диапазоны эффективности между двумя стандартами асинхронных двигателей переменного тока и известными опубликованными двигателями с постоянными магнитами.
Рисунок 1 . Эффективность двигателя с постоянными магнитами на мощности частотно-регулируемого привода. ACIM на синусоиде. Двигатели ACIM теряют 0,5–1,5 балла кпд при работе с частотно-регулируемым приводом.
Важно отметить, что частотно-регулируемые приводы не повышают КПД двигателя; ЧРП помогают повысить эффективность системы в диапазонах рабочих скоростей, поскольку большинство систем не работают на максимальных скоростях все время.Добавление частотно-регулируемого привода помогает повысить эффективность вашей системы, поскольку он может замедлять двигатель и вентилятор или насос, а не поворачивать клапан для дросселирования насоса или закрывать заслонку, чтобы блокировать поток воздуха.
Взгляните на рисунок 2, на котором сравнивается 10-сильный синхронный двигатель с постоянным магнитом 1800 об / мин и двигатель NEMA Premium, работающий с переменной нагрузкой по крутящему моменту в диапазоне скоростей от 3 до 1. Вы можете видеть, что в обоих случаях эффективность обоих типов двигателей падает. КПД двигателя NEMA Premium падает с примерно 90% до примерно 72% при 600 об / мин, а ECPM падает примерно с 94% до 83%.Хотя работа системы влияет на эффективность оборудования, было доказано, что двигатели с постоянными магнитами показывают более высокий КПД по сравнению с асинхронными двигателями переменного тока.
Рисунок 2 . Сравнение относительной эффективности двигателя PMSM и ACIM с диапазоном изменения 3: 1.
Преимущества и недостатки двигателей с постоянными магнитами
Хотя асинхронные двигатели переменного тока чаще встречаются в системах с моторным приводом, они часто больше по размеру и менее эффективны, чем двигатели с постоянными магнитами.Хотя решения с двигателями с постоянными магнитами обычно имеют более высокую начальную стоимость, они могут предлагать меньший размер для более компактных механических блоков и, что более важно, более высокую эффективность.
Двигатели с постоянными магнитами обычно дороже, чем асинхронные двигатели переменного тока, и, как известно, их труднее запускать, чем асинхронные двигатели переменного тока. Однако преимущества двигателей с постоянными магнитами включают в себя более высокий КПД (как обсуждалось выше), меньшие размеры (двигатели с постоянными магнитами могут составлять до одной трети от большинства размеров двигателей переменного тока, что значительно упрощает установку и обслуживание) и способность PMSM поддерживать полный крутящий момент на низких оборотах.
Тенденция меняется
Использование PMSM в сочетании с VFD не новость; однако инженеры-конструкторы и владельцы оборудования начинают устанавливать больше двигателей с постоянными магнитами для вентиляторов и насосов из-за их меньшего размера и более высокой эффективности. До этого момента частотно-регулируемые приводы требовали специальной формулы для управления двигателем с постоянными магнитами; Сейчас на рынке доступно несколько новых частотно-регулируемых приводов, которые имеют встроенную стандартную функцию для управления двигателями с постоянными магнитами без дополнительных затрат.
По мере того, как все больше производителей частотно-регулируемых приводов начинают добавлять функции для более эффективного управления модулями управления двигателем, владельцы и операторы приобретают тенденцию к установке систем двигателей, которые работают более эффективно, в меньших корпусах и с меньшими затратами.
Mahle разрабатывает безмагнитный двигатель для электромобилей
Поставщик автомобилей первого уровня Mahle разработал электродвигатель для электромобилей, в котором не используются постоянные магниты. Это не первая компания, которая сделала это, но она первая, кто создал двигатель, который можно масштабировать, чтобы он соответствовал потребностям автомобилей многих размеров, от малолитражных автомобилей до грузовиков средней грузоподъемности.Mahle говорит, что возможность настраивать и изменять параметры магнетизма ротора вместо того, чтобы зацикливаться на том, что предлагает постоянный магнит, позволила его инженерам достичь КПД выше 95% во всем диапазоне рабочих скоростей. По данным New Atlas , только двигатели, используемые в автомобилях Формулы E, обеспечивают такую эффективность.
Двигатель Mahle также особенно эффективен на высоких скоростях, что может помочь расширить диапазон электромобилей при движении по шоссе.«Наш безмагнитный двигатель, безусловно, можно назвать прорывом, потому что он обеспечивает несколько преимуществ, которые еще не были объединены в продукте такого типа», — говорит д-р Мартин Бергер, вице-президент Mahle по корпоративным исследованиям и передовым технологиям. «В результате мы можем предложить нашим клиентам продукт с выдающейся эффективностью по сравнительно низкой цене».
Беспроводная индукция
Беспроводной передатчик передает энергию на ротор, используя переменное поле, которое преобразуется в постоянный ток для катушек магнита.Изображение предоставлено: Mahle
.
Безмагнитные двигатели не являются чем-то необычным, но для большинства из них требуется какое-то устройство с вращающимися контактами для передачи электричества на медные катушки в роторе. Это увеличивает вероятность большего износа двигателя, чем у сопоставимого двигателя, использующего постоянные магниты.
Но инженеры Mahle позаимствовали идеи из мира беспроводной зарядки, чтобы решить проблему с контактами. Мощность передается на ротор по беспроводной связи посредством индукции катушкой переменного тока.Это индуцирует ток в приемном электроде внутри ротора, который возбуждает медные обмотки, заменяющие постоянные магниты, и создает электромагнитное поле.
В результате практически нечего изнашивать, говорит IEEE Spectrum . «Нет контактов для передачи электричества, нет истирания, образования пыли, нет механического износа», — сказал Бергер в среду во время онлайн-пресс-конференции. «Также я должен сказать, что если нужно обслуживать немагнитный ротор, заменить ротор несложно.Он добавляет, что новый двигатель сочетает в себе лучшие черты нескольких двигателей, предлагая хорошую эффективность как при низком, так и при высоком крутящем моменте.
По словам Бергера, он не идеален для сверхкомпактных транспортных средств, таких как электровелосипеды или большие грузовики, которые обычно работают с постоянной нагрузкой. «Очень быстрым или тяжелым транспортным средствам потребуется трансмиссия, но для большинства случаев применения — например, легковых автомобилей — достаточно одной передачи».
Дилемма редкой земли
В большинстве электродвигателей используются постоянные магниты из редкоземельных минералов, таких как неодим, диспрозий или иттрий.На самом деле редкоземельные минералы не так уж и редки. Проблема в том, что Китай контролирует 97% мировых поставок. Даже те, которые добываются в других местах, должны обрабатываться в Китае, который является единственной страной, которая может сделать их коммерчески пригодными для использования. Недавно Китай ввел экспортный контроль, который повысил цены на неодим на 750% и неодим на 2000%. Дело не в том, что цена на медь не выросла так же хорошо, как революция в электромобилях, но она далеко не так дорога, как эти редкоземельные минералы, а это означает, что двигатель Mahle должен стоить дешевле в производстве.
Из-за экономических и геополитических последствий зависимости от Китая в отношении редкоземельных минералов несколько компаний, включая BMW, Audi и Renault, уже производят некоторые из своих электродвигателей без постоянных магнитов. Любая другая компания по производству электромобилей тоже присматривается к новым технологиям. Компания Mahle не сообщила, какие компании заинтересованы в ее новом двигателе, но сообщает, что образцы уже были доставлены нескольким компаниям для тестирования и оценки. Ожидается, что массовое производство безмагнитных двигателей начнется к концу 2023 года.
Являются ли новые двигатели Mahle потрясающими новостями? Нет, но это пример крошечных улучшений, благодаря которым переход на электромобили происходит быстрее, чем мы, возможно, осмеливались надеяться всего несколько лет назад. Двигателю внутреннего сгорания потребовалось 100 лет, чтобы достичь той мощности, эффективности и долговечности, которой он обладает сегодня.
Темпы изменений в электрических трансмиссиях намного быстрее в начале эры электромобилей.