Вернуться к оглавлению книги 2.

 

Глава 9.

 

МагнитоЭлектрический Вентиль МЭВ (MEV) – ПМ 121206.

 

Раздел 1. От автора.

 

К каким последствиям могут привести размышления над взаимодействиями двух магнитов и куска стали, вы узнаете, прочитав предлагаемый материал.

 

Итак, однажды у меня в руках оказались вышеупомянутые предметы. Я долго их крутил в руках и так и сяк. Наконец решил проверить бытующие в Интернете следующие утверждения:

 

1. Величина напряженности магнитного поля магнита в свободном пространстве уменьшается пропорционально, по крайней мере, второй степени расстояния (встречались упоминания даже о четвертой степени) от магнита.
2. Величина напряженности магнитного поля индуцированного в удлиненном ферромагнитном сердечнике уменьшается пропорционально первой степени расстояния от магнита, присоединенного к этому сердечнику.

 

Поскольку проверку я производил без приборов, на глазок, за объективность полученных результатов особо не ручаюсь. Но думаю, что в общих положениях они достаточно верны.

 

Прежде всего – действительно оба вышеприведенных утверждения, соответствуют реалиям.

 

 

А раз они в принципе правильны, значит, опираясь на них можно, абстрактно, в уме, продолжить исследование поведения магнитов и сердечника, в ключе, который нам необходим.

 

Первый мысленный опыт (точнее – картинка, составленная на базе проверенных руками утверждений 1 и 2) приведен на Рис. 1.

На нем изображена механически жесткая система «Магнит-Сердечник-Магнит», в которой магниты присоединены к сердечнику одинаковыми (Северными) полюсами. Снизу к системе примагничены маленькие одинаковые пробные ферромагнитные шарики с прикрепленными к ним через нити немагнитными грузиками. Величина грузиков (их высота) и длина нитей пропорциональны между собой и соответствуют силе притяжения конкретных шариков.

 

 

 

                                                                                      Рис. 1.

 

 

                                                                                      Рис. 2.

 

В итоге, на Рис. 2. мы видим одновременно и анфас опыта и график величины сил магнитного притяжения, как функцию расстояния от одного края системы «Магнит-Сердечник-Магнит» к другому (огибающая снизу по грузикам).

Видно, что в рамках тел левого и правого магнита, силы магнитного притяжения изменяются нелинейно (пропорционально второй или более – степени).

В рамках же сердечника – линейно.

 

И что самое интересное – в центральной поперечной секущей плоскости сердечника магнитное притяжение минимально (если быть точным – равно нулю).

 

Последнее замечание очень важное, наталкивающее на мысль, что встречные магнитные силовые линии, проходящие через сердечник, в его центральной зоне «сталкиваются лбами» и вытесняют друг друга из сердечника в пространство.

Т.е. ведут себя так же как, в свободном пространстве.

 

Сам сердечник, при этом, снаружи, имеет на торцах максимальную намагниченность южной полярности, а в центре - слабую - северной, причем между двумя слабыми северными полюсами существует тонкий ненамагниченный пограничный слой.

Внутри сердечника магнитное поле относительно равномерное, обратной полярности, почти линейно убывающее по величине к центру.

При этом внутренние и внешние магнитные поля находятся в очень жесткой и чуткой взаимосвязи.

 

 

                                                                                            Рис. 3.

 

Второй мысленный опыт приведен на Рис. 3.

Это система «Магнит-Два Параллельных Сердечника-Магнит» (в динамике – магниты синхронно смещаются относительно неподвижных сердечников).

Сердечники своими торцами магнитозамкнуты в области полевого контакта с магнитами.

 

Интерес представляет распределение магнитных силовых линий в пространстве и в сердечниках.

 

При сравнении верхней и нижней частей Рис. 3, видно, что картины расположения магнитных силовых линий в сердечниках для разных динамических позиций (в разные моменты времени) относительно магнитов, резко отличаются.

 

На верхней части: (Момент наиболее плотного полевого контакта торцов сердечников с магнитами) - магнитные линии хорошо упорядочены, их много и они плотно расположены, симметричны и ориентированы вдоль сердечников к их торцам.

 

На нижней части: (Момент определенного удаления магнитов от сердечников) - магнитные линии имеют каждая свое направление, причем несимметрично, под углом к продольной оси сердечников, и количество их намного меньше.

 

Это позволяет сделать важный вывод:

 

 

Выделенный фрагмент текста – есть одно из главных условий генерации электроэнергии. Это условие когда-то вывел еще Фарадей.

 

Наша задача – сделать техническую надстройку над вышеописанной системой обладающей таким свойством, причем такую, что бы она максимально использовала преимущества именно такой системы. Какие будут результаты – мы проясним в дальнейшем материале.

 

Раздел 2.  Наращивание электрических мускулов.

 

Намотаем вблизи попарно противоположных торцов сердечников медным проводом две одинаковые катушки (индуктивности L1 и L2) и замкнем их концы на одинаковые нагрузочные резисторы (Rн1 и Rн2 соответственно). Все… Электрические мускулы готовы.

 

Теперь при синхронном перемещении одинаковых встречно ориентированных магнитов, вдоль торцов сердечников, вследствие наличия изменяющегося количества и углов наклона силовых магнитных линий, в катушках L1 и L2 появятся ЭДС индукции, которые обусловят появление токов через эти катушки и нагрузочные резисторы Rн1 и Rн2. Наличие этих токов вызовет синхронное появление встречно направленных ЭДС и токов самоиндукции.

 

Токи самоиндукции создадут магнитные поля, направления и динамика которых, согласно законам электромагнитных взаимодействий, будут препятствовать любому изменению токов индукции.

В конечном итоге через нагрузочные резисторы Rн1 и Rн2 будут протекать токи равные алгебраической сумме токов индукции и самоиндукции.

Иными словами - на резисторах Rн1 и Rн2 выделятся порции полезного тепла (энергии – если вместо резисторов присоединить, например, электромоторы) пропорциональные алгебраической сумме интегральных произведений функций ЭДС и токов индукции и самоиндукции, т.е. в системе произойдут два синхронных акта генерации полезной энергии.

Если такой цикл сделать повторяющимся, то соответственно будет производиться порционная генерация энергии.

 

 

На Рис. 4 и 5 в упрощенном виде показаны все вышеописанные перипетии взаимодействий магнитных силовых линий и токов.

 

Внимательный читатель, взглянув на эти рисунки, уже, наверняка, заметил тот нюанс, ради которого «стоило городить весь предыдущий огород»:

 

 

Примечание: Под термином «первичные взаимодействия» здесь имеются в виду механо-магнитные взаимодействия, т.е. механические усилия по перемещению магнитов относительно сердечников для создания изменяющегося МП в сердечниках.

Под термином «вторичные взаимодействия» – электрические и магнитные реакции системы на присутствие первичных  взаимодействий.

 

А раз вторичные взаимодействия, вследствие изначально оригинальной конфигурации, противофазны в зонах пересечения с первичными взаимодействиями, значит они в них взаимокомпенсируются.

А раз взаимокомпенсируются, то перемещающиеся магниты, вызывающие все электрические и магнитные явления в системе, не будут ощущать силового (имеется в виду магнитного) противодействия со стороны других элементов этой системы (кроме чисто магнитного притяжения к сердечникам, эта сила полпериода будет работать на ускорение и полпериода на замедление, - т.е. колебаться около нуля) при любом уровне генерируемой мощности.

 

 

 

Рис. 4. Направления и величины силовых линий (условно показаны одиночными стрелками) магнитных полей возникающих при наличии индуктивностей L1 и L2 образующих замкнутые электрические контуры через Rн1 и Rн2 от токов ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции.

 

Вверху – момент наибольшей плотности силовых линий МП в сердечниках.

Внизу – момент убывания плотности силовых линий МП в сердечниках.

 

И на верхней части рисунка, и на нижней видно, что все вторичные силовые линии в любой момент времени:

 

А) Попарно встречно направлены.

Б)  Попарно одинаковой величины.

 

Примечание:  

На нижней части рисунка приведено несколько некорректное взаиморасположение магнитов и параллельных сердечников – т.е. получается, что верхний сердечник уже входит в зону максимального магнитного взаимодействия, а нижний еще только подходит к этой зоне, соответственно силовые линии в сердечниках несимметричны. Симметрия расположения силовых линий магнитного поля полностью будет соблюдаться при повороте сердечников на 90 градусов относительно плоскости текста.

 

Из рисунка 5 видно, что в областях соединения сердечников (обведены красными эллипсами) все магнитные силовые линии возникающие при вторичных взаимодействиях, сходясь взаимокомпенсируются, и соответственно не взаимодействуют с магнитами. Для простоты на рисунке не показаны L1 и L2, Rн1 и Rн2.

 

 

Рис. 5. Направления силовых линий магнитных полей индуцированных токами ЭДС индукции (для МП ЭДС самоиндукции направления противоположны). Для простоты на рисунке сердечники развернуты на 90 градусов и не показаны L1 и L2, Rн1 и Rн2. Из рисунка видно (в центре), что силовые линии дополнительно еще и закольцованы.

 

 

 

Рис. 6. Схематичный внешний вид, дублирующий графическое пояснение на Рис. 5. Справа внизу показана возможная конфигурация наборных пластин сердечников, обеспечивающая алгебраическое сложение магнитных силовых линий.

 

 

Раздел 3.  Возможные направления развития.

 

 

 

МагнитоЭлектрический Вентиль МЭВ (MEV) – ПМ 121206 может быть использован в качестве основного элемента в следующих электрогенерирующих устройствах:

 

      А) Генератор электроэнергии с механическим приводом (слева на Рис. 7).

Б) Безмеханический резонансный (противофазный резонанс) электрогенератор (в центре на Рис. 7).

В) Безмеханический электрогенератор с противофазным возбуждением - трансгенератор (справа на Рис. 7).

                                                                                                                            

 

Рис. 7. Схематичные виды электрогенераторов на базе МЭВ. Все синие диски – магнитопроводы.

 

 

На рисунке 8 отдельно изображен МЭВ (механический вариант).

На рисунке 9 схематично изображен генератор электроэнергии с механическим приводом.

На рисунке 10 схематично изображен трансгенератор (резонансный, с противофазным возбуждением, трансформаторный).

 

На всех рисунках все нагрузочные резисторы условно показаны в своих индивидуальных электрических контурах. На самом деле все индуктивности (катушки) с помощью несложной диодной развязки (или другим способом) можно заставить работать на единую нагрузку. Это вопрос чисто конструкторский, не принципиальный для данного материала.

 

Наборные пластины сердечников могут иметь самую разную геометрию. Главное, что бы они выполняли свои функции. Причем конструктивно-конфигурационно (формой наборных пластин и конфигурацией сборки их в пакет) силовые линии можно свести так, что бы при нулевом взаимодействии с магнитами, обеспечить:

 

А) Полную магнитную изоляцию плеч (сердечников с катушками) друг от друга.

Б) Полную магнитозамкнутость плеч (сердечников с катушками) друг на друга.

 

Анализом последствий магнитной изоляции плеч или их магнитозамкнутости предлагаю заняться читателю. 

 

 

                                                                  

Рис. 8. МЭВ. Механический вариант.

 

 

Рис. 9. Механический электрогенератор на базе МЭВ.

 

 

Рис. 10. Трансгенератор на базе МЭВ (резонансный, с противофазным возбуждением, трансформаторный).

 

В отличие от механических электрогенераторов, работающих за счет механического перемещения постоянных магнитов относительно сердечников, трансгенераторы работают за счет изменения магнитного поля центрального массивного сердечника под действием двух противофазно (по магнитному полю) синхронно возбуждаемых (нерезонансно или резонансно, в последнем случае обмотки являются элементами LC контуров с одинаковой резонансной частотой) переменным напряжением обмоток установленных на нем. Причем магнитные потоки распределяются по сердечникам генерирующих обмоток массивными магнитопроводящими дисками (или звездообразными магнитопроводами).

 

Один из возможных вариантов конфигурации наборных пластин сердечников показан на Рис. 11.

 

 

Рис. 11.

 

 

 Раздел 4. PS.

 

Рассматривая работу МЭВ несколько отвлеченно, невольно ловишь себя на том, что она в принципе очень похожа на механизм возникновения токов Фуко в магнитопроводах. Те же закольцованные вихревые магнитные поля, те же закольцованные токи.

 

Но, токи Фуко циркулируют в магнитопроводах, каждый сам по себе, без противофазного своего отражения, следовательно - взаимодействуя с первичным магнитным потоком. Соответственно на их поддержку уходит часть энергии первичного магнитного потока.

В конце концов эта энергия выделяется в виде бесполезного (а точнее – вредного) тепла.

 

В МЭВ же конструктивно созданы максимально удобные условия для закольцовывания вторичных магнитных потоков. А токи, возникающие от закольцованных вторичных магнитных потоков, работают с пользой на электрическую нагрузку. Причем с увеличением количества МЭВ в конкретном энергопроизводящем устройстве, общий КПД только увеличивается, т.к. закольцованные вторичные магнитные потоки не взаимодействуют с первичными магнитными потоками (не отнимают их энергию).

 

Естественно, для генераторов на основе МЭВ существует ряд требований обеспечивающих ожидаемый результат:

1. Сердечники конкретных МЭВ должны иметь сечение, обеспечивающее беспрепятственное циркулирование магнитного поля требуемой величины.
2. Электрические обмотки должны иметь соответствующие нагрузке параметры.
3. Величины электрических нагрузок в плечах конкретных МЭВ должны быть одинаковыми.
4. Количество МЭВ в конкретном механическом генераторе д.б. (желательно) равно удвоенному количеству плеч ротора.
5. Магниты (электромагниты) должны иметь соответствующие габаритные и магнитные параметры.

 

Примечание: Для каждого уровня производимой мощности необходимы магниты определенных размеров и силы. Так, например, совершенно абсурдно требовать от генератора, в котором применяются магниты размером с пачку сигарет, выдавать мощность 1,0 Мегаватт. Хотя и такое в принципе возможно, если раскрутить, например ротор до миллиона оборотов в секунду. Но это уже за гранью разумного и реально возможного.

 

 

 

  Устройство простейшего безмеханического генератора на базе МЭВ (Ш-образные магнитопроводы), пригодного для проведения экспериментов по выяснению реального КПД проиллюстрировано на Рис. 12.

 

 

 

 

Рис. 12. Схематический вид трансгенератора на базе МЭВ.

 

 

 

 Вернуться к оглавлению книги 2.