Магнитный двигатель: миф или реальность.
Магнитный двигатель – один из наиболее вероятных вариантов «вечного двигателя». Идея его создания была высказана ещё очень давно, однако до сих пор он не был создан. Существует множество устройств, которые на шаг или несколько шагов приближают ученых к созданию этого двигателя, однако ни одно из них не доведено до логического завершения, следовательно, о практическом применении еще нет речи. Существует и множество мифов, связанных с этими устройствами.
Магнитный двигатель – это не обычный агрегат, так как он не потребляет никакой энергии. Движущей силой являются только магнитные свойства элементов. Конечно, электромоторы тоже используют магнитные вещества ферромагнетиков, однако в движение магниты приводятся под действием электрического тока, что уже противоречит главному принципу вечного двигателя. В магнитном двигателе задействуется влияние магнитов на другие объекты, под воздействием которых они начинают двигаться, вращая турбину.
Прообразом такого двигателя могут стать многие офисные аксессуары, в которых непрерывно двигаются различные шарики или плоскости. Однако для движения там тоже используются батарейки (источник постоянного тока).
Никола Тесла был одним из первых ученых, серьезно занявшихся созданием магнитного двигателя. Его двигатель содержал турбину, катушку, провода, соединяющие данные объекты. В катушку вкладывался небольшой магнит таким образом, чтобы он захватывал как минимум два её витка. После придания турбине небольшого толчка (раскручивания) она начинала двигаться с неимоверной скоростью. Это движение будет вечным. Магнитный двигатель Теслы является практически идеальным вариантом. Единственным его недостатком является то, что турбине необходимо придать первоначальную скорость.
Магнитный двигатель Перендева – другой возможный вариант, однако он гораздо более сложный. Он представляет собой кольцо из диэлектрического материала (чаще всего древесина) с вмонтированными в него магнитами, наклоненными под определенным углом.
В центре располагался ещё один магнит. Такая схема тоже является неидеальной, ведь для запуска двигателя нужен толчок.
Основной проблемой создания такого вечного двигателя является склонность магнитов к постоянному механическому движению. Два сильных магнита будут двигаться до тех пор, пока их противоположные полюса не соприкоснутся. Из-за этого магнитный двигатель не может правильно работать. Эту проблему невозможно решить при современных возможностях человечества.
Создание идеального магнитного двигателя привело бы человечество к источнику вечной энергии. В таком случае все существующие виды электростанций можно было бы с легкостью упразднить, так как магнитный двигатель стал бы не только вечным, но и самым дешевым и безопасным вариантом получения энергии. Но нельзя определенно сказать, будет ли магнитный двигатель лишь источником энергии или его можно будет использовать не только в мирных целях. Этот вопрос существенно меняет положение дел и заставляет задуматься.
17‐летний парень разработал двигатель, потенциально способный изменить индустрию электромобилей / Хабр
Исследование Роберта Сэнсона может проложить путь к производству электромобилей без редкоземельных магнитов. Подробности — к старту нашего флагманского курса по Data Science.
Роберт Сэнсон — прирождённый инженер. Изобретатель из Форт‐Пирса, Флорида, посчитал, что в свободное время завершил не менее 60 инженерных проектов: от аниматронных рук до скоростных беговых ботинок и картинга, который может развивать скорость более 112 километров в час. И ему всего 17.
Роберт Сэнсон со своим новым синхронным реактивным двигателемПару лет назад Сэнсон наткнулся на ролик о преимуществах и недостатках электромобилей. В видео объясняли, что для большинства двигателей электромобилей нужны магниты, изготовленные из редкоземельных элементов, добыча которых может стоить дорого как с финансовой, так и с экологической точки зрения. Необходимые редкоземельные материалы могут стоить сотни долларов за килограмм.-1200.jpg)
Для сравнения: медь стоит 7,83 доллара США за килограмм.
«Интерес к электродвигателям у меня врождённый, — рассказывает Сэнсон, который использовал их в различных проектах по робототехнике. — Я хотел разрешить проблему экологичного производства и разработать другой двигатель».
Старшеклассник слышал о типе электродвигателя — синхронном реактивном двигателе, в котором эти редкоземельные материалы не используются. Этот тип двигателя используется для насосов и вентиляторов, но он недостаточно мощный для электромобиля. Сэнсон начал мозговой штурм, чтобы повысить его мощность.
За год Сэнсон создал прототип нового синхронного реактивного двигателя с крутящим моментом и эффективностью больше, чем у существующих двигателей. Прототип изготовлен из пластика, медных проводов и стального ротора и протестирован различными измерителями мощности. Скорость вращения двигателей определялась лазерным тахометром. В этом году работа принесла Сэнсону первую премию и $75 000 на Международной научно‐технической ярмарке Regeneron (ISEF) — крупнейшем [в США] конкурсе в науке, технологиях, инженерии и математике для старшеклассников.
Постоянные магниты двигателей состоят из неодима, самария и диспрозия. Эти материалы используются во многих продуктах широкого потребления, включая наушники и наушники‐вкладыши, объясняет профессор электротехники и вычислительной техники в университете Мичигана Хит Хофманн. Хофманн много работал над электромобилями, в том числе консультировал Tesla в области разработки алгоритмов управления их силовым приводом.
«Кажется, количество приложений магнитов становится всё больше и больше, — говорит он. — Многие материалы добываются в Китае, поэтому цена часто может зависеть от нашего торгового статуса с Китаем». Хофманн добавляет, что Tesla в своих двигателях недавно начала использовать постоянные магниты.
Для вращения ротора электродвигатели задействуют вращающиеся электромагнитные поля. Эти электромагнитные поля создаёт статор — катушки проволоки в неподвижной внешней части двигателя. В двигателях с постоянными магнитами магниты, прикреплённые к краю вращающегося ротора, создают магнитное поле, которое притягивается к противоположным полюсам вращающегося поля.
Это притяжение раскручивает ротор.
В синхронных реактивных двигателях магнитов нет. Стальной ротор с прорезанными в нём воздушными зазорами выравнивается с вращающимся магнитным полем. Ключ к такому выравниванию — магнитное сопротивление. Крутящий момент создаётся, когда ротор и магнитное поле вращаются вместе, а увеличивается, когда увеличивается разница в магнетизме материалов — здесь это сталь и немагнитный воздушный зазор.
Сэнсон решил, что вместо воздушных зазоров может включить в двигатель другое магнитное поле. Это увеличило бы соотношение предельной и наименьшей индуктивности и, в свою очередь, увеличило крутящий момент. В конструкции есть и другие компоненты, но изобретатель не может раскрыть больше: в будущем он надеется запатентовать технологию.
В тестах на крутящий момент и эффективность новый двигатель превзошёл традиционный синхронный реактивный двигатель аналогичной конструкции.
«Как только у меня появилась эта первоначальная идея, мне пришлось сделать несколько прототипов, чтобы проверить, будет ли эта конструкция работать на самом деле, — говорит Сэнсон.
— У меня нет огромного количества ресурсов для создания очень продвинутых двигателей, поэтому мне пришлось сделать уменьшенную версию — модель в масштабе — с помощью 3D‐принтера».
Прежде чем он смог проверить конструкцию, потребовалось несколько прототипов.
«На самом деле у меня не было наставника, который мог бы мне помочь, поэтому каждый раз, когда двигатель выходил из строя, мне приходилось проводить массу исследований и пытаться устранять неполадки, — говорит он. — Но в итоге я смог получить работающий прототип на 15‐м двигателе».
Сэнсон проверил крутящий момент и эффективность своего двигателя, а затем — для сравнения — изменил его конфигурацию так, чтобы он работал как более традиционный синхронный реактивный двигатель. Он обнаружил, что при 300 оборотах в минуту его новая конструкция даёт крутящий момент больше на 39% и на 31% повышает эффективность.
При 750 об./мин эффективность увеличилась на 37%. Он не мог тестировать прототип при более высоких оборотах: пластиковые детали перегревались.
Этот урок он усвоил на собственном горьком опыте, когда один из прототипов расплавился прямо на столе, рассказывает он подкасту Top of the Class.
Для сравнения: двигатель Tesla Model S может развивать скорость до 18 000 об./мин, объяснил главный конструктор двигателей компании Константинос Ласкарис в интервью 2016 года Кристиану Руоффу для журнала об электромобилях Charged.
Сэнсон подтвердил свои результаты во втором эксперименте, где «выделил теоретический принцип, согласно которому новая конструкция создаёт явно выраженные магнитные полюса». По сути, этот эксперимент исключил все другие переменные и подтвердил, что улучшения крутящего момента и эффективности в его конструкции коррелируют с бо́льшим отношением предельной и наименьшей индуктивностей.
«Он определённо правильно смотрит на вещи, — говорит Хофманн о Сэнсоне. — Есть потенциал, это может стать следующей вехой». Однако он добавляет, что многие профессора работают над исследованиями всю свою жизнь, и «в конечном счёте они довольно редко завоёвывают мир».
Хофманн говорит, что материалы для синхронных реактивных двигателей недороги, но машины сложные и, как известно, производить их трудно. Таким образом, препятствие для их широкого применения и основное ограничение для изобретения Сэнсона — высокие производственные затраты.
Сэнсон соглашается с Хофманном, но говорит: «с новыми технологиями (например, 3D‐печатью), в будущем создать двигатель было бы проще».
Сейчас Сэнсон работает над расчётами и трёхмерным моделированием 16‐й версии своего двигателя, которую он планирует построить из более прочных материалов, чтобы протестировать её на более высоких оборотах. Если его двигатель продолжит работать с высокой скоростью и эффективностью, Сэнсон продвинется вперёд в процессе патентования.
Вся экспериментальная установкаБудучи старшеклассником Центральной средней школы Форт‐Пирса, Сэнсон мечтает поступить в Массачусетский технологический институт. Его выигрыш от ISEF пойдёт на оплату обучения в колледже.
Сэнсон говорит, что изначально не планировал участвовать в конкурсе.
Но когда он узнал, что одно из его занятий позволило ему завершить годовой исследовательский проект и статью по выбранной им теме, то решил воспользоваться возможностью и продолжить работу над своим двигателем.
«Я подумал, если смогу вложить в это много энергии, то смогу также сделать это проектом научной выставки и участвовать с проектом в конкурсах», — объясняет он. После хороших результатов на районных и государственных соревнованиях он перешёл к ISEF.
Сэнсон ждёт следующего этапа испытаний, прежде чем обратиться к какой‐либо автомобильной компании, и даже надеется, что однажды его двигатель станет для электромобилей предпочтительным.
«Редкоземельные материалы в существующих электродвигателях — основная причина, подрывающая производство электромобилей. — утверждает он. — Увидеть день, когда производство электромобилей станет проще благодаря помощи моей новой конструкции двигателя, — это было бы сбывшейся мечтой».
А мы поможем прокачать ваши навыки или с самого начала освоить профессию, актуальную в любое время:
Профессия Data Scientist
Профессия «Белый» хакер
Тесла публикует патент на двигатель с постоянными магнитами с углеродной оболочкой
Главная / Блог Tesmanian
Предыдущий / Next
by Eva Fox 08 декабря 2021 г.
Model S Plaid Патент Tesla
Фото: Tesla
Tesla представила модель S Plaid, в которой есть несколько сногсшибательных инноваций, в том числе магнитный двигатель с углеродной оболочкой. Теперь Бюро по патентам и товарным знакам США опубликовало новый патент Tesla «Двигатель с постоянными магнитами с обмоткой».
В начале июня на церемонии передачи владельцам первого Model S Plaid генеральный директор компании Илон Маск представил основные технические элементы автомобиля. В то время как некоторые впечатляющие изменения уже были известны, детали инновационного двигателя содержали некоторые очень интересные новости.
До этого, в марте 2021 года, компания Tesla подала и опубликовала в ноябре 2021 года патент «Двигатель с постоянными магнитами с оберткой». Хотя в патенте в качестве обертки указаны различные материалы, особое внимание уделяется углеродной обертке. Именно это указывает на то, что патент описывает мотор, который используется в Model S Plaid.
РИС. 3 показан вид в перспективе компонентов ротора, содержащихся внутри втулки ротора, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
Новый электродвигатель, который используется в модели S Plaid, является первым в своем роде серийным двигателем с роторами из углеродных гильз. Чтобы намотать углерод на ротор, нужно преодолеть несколько очень сложных препятствий. Маск объяснил, что углерод и медь имеют разную скорость теплового расширения, и для достижения желаемого результата ротор должен быть намотан с чрезвычайно высокой интенсивностью — очень трудный подвиг.
«Насколько нам известно, это первый серийный электродвигатель с ротором с углеродным покрытием. Это чрезвычайно сложная вещь, потому что углерод и медь имеют очень разные скорости теплового расширения. Чтобы иметь ротор с углеродным покрытием, вам нужно намотать его с чрезвычайно высокой интенсивностью, и это чрезвычайно сложно сделать».
Для изготовления таких роторов Tesla разработала новую производственную машину.
По сути, инженеры компании создали двигатель с электромагнитным полем, который является сверхэффективным и имеет тесный зазор даже при сверхвысоких оборотах в минуту (об/мин), и является односкоростным от 0 до 200 миль в час. Итак, поскольку число оборотов в минуту для этого двигателя совершенно безумно, центробежная сила хочет расширить ротор, но именно углеродное перекрытие удерживает все это вместе.
© 2021, Ева Фокс | Тесманян. Все права защищены.
_____________________________
Мы ценим вашу читательскую аудиторию! Пожалуйста, поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже.
Статью отредактировал @SmokeyShorts, вы можете следить за ним в Твиттере
Следите за @EvaFoxU
Ева Фокс
Ева Фокс присоединилась к Tesmanian в 2019 году, чтобы освещать последние новости в качестве автомобильного журналиста.
Подписывайтесь на меня в Твиттере
Включите JavaScript для просмотра комментариев с помощью Disqus.
Также в блоге Tesmanian
Tesla добавила 43 станции Supercharger в материковом Китае в октябре, планирует добавить еще 26 городов на ноябрь
от Eva Fox 12 ноября 2022 г.
Илон Маск примет участие в саммите G20 на Бали виртуально
Ева Фокс 12 ноября 2022 г.
SpaceX запускает пару спутников Intelsat Galaxy, предназначенных для обслуживания 100 миллионов телезрителей
Эвелин Джанейди Аревало 12 ноября 2022 г. / Далее
Добро пожаловать в Мемориальное общество Теслы нью-йоркского веб-сайта |
Никола Тесла в Страсбурге, Франция, где он построил первый асинхронный двигатель
В 1882 году Никола Тесла открыл
вращающееся магнитное поле, фундаментальный принцип физики и один из
величайшие открытия всех времен. Электромагнитный двигатель Теслы основан на принципе вращающегося магнитного поля. В 1975 году Никола Тесла был введен в должность Национальный зал славы изобретателей в Соединенных Штатах Америки за Открытие электромагнитного двигателя. В 1983 году Соединенные Почтовая служба Штатов представила награду американскому изобретателю. Марки, где Тесла присутствует рядом со своим асинхронным двигателем. Согласно в журнал Electrical Review, с марта 1896 г.: . «В 1893 году трое мужчин, которые с тех пор стали мировыми
знамениты, были в Страсбургском университете, хотя тогда были
неизвестны ни друг другу, ни славе. Это были Падеревский, Рентген
и Тесла.  |
В феврале 1882 года Никола Тесла
гулял со своим другом по городскому парку в Будапеште,
Венгрия. Тесла читал строфы из «Фауста» Гёте, солнце
только установка, как вдруг неуловимое решение вращающегося магнитного
поле, которое он давно искал, пронеслось в его
разум. В этот самый момент он ясно увидел в своем воображении железный ротор.
быстро вращается во вращающемся магнитном поле, создаваемом
взаимодействие двух переменных токов не в ногу друг с другом.
В этом славном месте родилось одно из десяти величайших открытий всех времен.
момент. Тесла был одарен огромной силой визуализации и
исключительная память с ранней юности. Он смог полностью
конструировать, развивать и совершенствовать свои изобретения полностью в своем уме
перед тем, как зафиксировать их на бумаге. По его воспоминаниям он построил
первый асинхронный двигатель. Летом 1883 года Тесла работал в
Страсбург, Франция, где он построил свою первую настоящую модель асинхронного двигателя.
