Японский магнитный двигатель схема

Магнитный двигатель Минато: существует ли «рог изобилия» магнитной энергии?

На примере двигателя Минато и аналогичных конструкций рассмотрена возможность использования энергии магнитного поля и трудности, связанные с ее практическим применением.

В своей повседневной жизни полевую форму существования материи мы редко замечаем. Разве что, когда падаем. Тогда гравитационное поле становится для нас болезненной реальностью. Но есть одно исключение – поле постоянных магнитов. Практически каждый в детстве играл с ними, с пыхтением пытаясь разорвать два магнита. Или, с таким же азартом, сдвинуть упрямо сопротивляющиеся одноименные полюса.

С возрастом интерес к этому занятию пропадал, или, наоборот, становился предметом серьезных исследований. Идея практического использования магнитного поля появилась задолго до теорий современной физики. И главным в этой идее было стремление использовать «вечную» намагниченность материалов для получения полезной работы или «дармовой» электрической энергии.

Изобретательные попытки практического использования постоянного магнитного поля в двигателях или электрических генераторах не прекращаются и в наши дни. Появление современных редкоземельных магнитов с высокой коэрцитивной силой подогрел интерес к подобным разработкам.

Обилие остроумных конструкций разной степени работоспособности заполонили информационное пространство сети. Среди них выделяется движитель японского изобретателя Кохеи Минато.

Сам Минато по специальности музыкант, но много лет занимается разработкой магнитного двигателя собственной конструкции, изобретенного, по его словам, во время концерта фортепьянной музыки. Трудно сказать, каким музыкантом был Минато, но бизнесменом он оказался хорошим: свой двигатель запатентовал в 46 странах и продолжает этот процесс сегодня.

Необходимо отметить, что современные изобретатели ведут себя довольно непоследовательно. Мечтая осчастливить человечество своими изобретениями и остаться в истории, они с не меньшим старанием стараются скрыть детали своих разработок, надеясь в будущем получить дивиденды с продажи своих идей. Но стоит вспомнить Николу Тесла, когда тот, для продвижения своих трехфазных двигателей, отказался от патентных отчислений фирмы, осваивавшей их выпуск.

Вернемся к магнитному двигателю Минато. Среди множества других, аналогичных конструкций, его изделие выделяется очень высокой экономичностью. Не вдаваясь в детали конструкции магнитного двигателя, которые все равно скрыты в патентных описаниях, необходимо отметить несколько его особенностей.

В его магнитном двигателе наборы постоянных магнитов расположены на роторе под определенными углами к оси вращения. Прохождение «мертвой» точки магнитами, которая, по терминологии Минато, называется точкой «коллапса», обеспечивается за счет подачи короткого мощного импульса на электромагнитную катушку статора.

Именно эта особенность и обеспечили конструкции Минато высокую экономичность и бесшумность работы при высоких оборотах вращения. Но утверждение, что КПД двигателя превышает единицу, не имеет под собой никакого основания.

Для анализа магнитного двигателя Минато и похожих конструкций, рассмотрим понятие «скрытой» энергии. Скрытая энергия присуща всем видам топлива: для угля она составляет 33 Дж/грамм; для нефти – 44 Дж/грамм. А вот энергия ядерного топлива оценивается в 43 миллиарда этих единиц. По разным, противоречивым оценкам, скрытая энергия поля постоянного магнита составляет около 30% потенциала ядерного топлива, т.е. это один из самых энергоемких источников энергии.

А вот воспользоваться этой энергией далеко не просто. Если нефть и газ при воспламенении отдает сразу весь свой энергетический потенциал, то с магнитным полем все не так просто. Запасенная в постоянном магните энергия может совершать полезную работу, но конструкция движителей при этом очень сложна. Аналогом магнита может служить аккумулятор очень большой емкости с не менее большим внутренним сопротивлением.

Поэтому сразу возникают несколько проблем: получить большую мощность на валу двигателя при малых его габаритах и массе затруднительно. Магнитный двигатель со временем, по мере расходования запасенной энергии, будет терять свою мощность. Даже предположение о том, что энергия восполняется магнитным полем Земли, не может устранить этот недостаток.

Главным же недостатком является требование прецизионной сборки конструкции двигателей, которое препятствует его массовому освоению. Минато до настоящего времени работает над определением оптимального расположения постоянных магнитов.

Поэтому его обиды на японские корпорации, которые не хотят осваивать изобретение, необоснованны. Любой инженер, при выборе двигателя, в первую очередь поинтересуется его нагрузочными характеристиками, деградацией мощности в течении срока эксплуатации и еще рядом характеристик. Подобной информации по двигателям Минато, как, впрочем, и остальным конструкциям, до настоящего времени нет.

Редкие примеры практического воплощения магнитных двигателей вызывают больше вопросов, чем восхищение. Недавно фирма SEG из Швейцарии объявила о готовности выпускать под заказ компактные генераторы, приводом в которых служит разновидность магнитного двигателя Серла.

Генератор вырабатывает мощность около 15 кВт, имеет размеры 46х61х12см и ресурс работы до 60 МВт-часов. Это соответствует среднему сроку эксплуатации 4000 часов. Но каковы будут характеристики в конце этого периода?

Фирма честно предупреждает, что после этого необходимо повторное намагничивание постоянных магнитов. Что стоит за этой процедурой – неясно, но скорей всего, это полная разборка и замена магнитов в магнитном двигателе. А цена такого генератора составляет более 8500 евро.

Фирма Минато тоже объявила о заключении контракта на изготовление 40000 вентиляторов с магнитными двигателями. Но все эти примеры практического применения единичны. Причем, никто не утверждает при этом, что их устройства имеют КПД больше единицы, и они будут работать «вечно».

Если традиционный асинхронный двигатель выполнить из современных дорогих материалов, например, обмотки из серебра, а магнитопровод из тонкой стальной аморфной ленты (стеклометалл), то при сравнимой с магнитным двигателем цене получим близкий КПД. При этом, асинхронные двигатели будут иметь значительно больший срок службы при простоте изготовления.

Подводя итоги, можно утверждать, что пока удачных конструкций магнитных двигателей, пригодных для массового промышленного освоения, не создано. Те образцы, которые работоспособны, требуют инженерной доводки, дорогих материалов, прецизионной, индивидуальной настройки и не могут конкурировать с уже освоенными типами двигателей. И уж совсем безосновательны утверждения, что эти двигатели могут работать неограниченное время без подвода энергии.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

  • Управление синхронным электродвигателем с постоянными магнитами
    • Трапециидальное управление
    • Полеориентированное управление

Главное отличие между синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ) и асинхронным электродвигателем заключается в роторе. Проведенные исследования 1 показывают, что СДПМ имеет КПД примерно на 2% больше, чем высоко эффективный (IE3) асинхронный электродвигатель, при условии, что статор имеет одинаковую конструкцию, а для управления используется один и тот же частотный преобразователь. При этом синхронные электродвигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими электродвигателями обладают лучшими показателями: мощность/объем, момент/инерция и др.

Конструкции и типы синхронного электродвигателя с постоянными магнитами

Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

Обычно ротор располагается внутри статора электродвигателя, также существуют конструкции с внешним ротором — электродвигатели обращенного типа.

Ротор состоит из постоянных магнитов. В качестве постоянных магнитов используются материалы с высокой коэрцитивной силой.

Читать еще:  Что такое реверсирование асинхронного двигателя

Электродвигатель с неявно выраженными полюсами имеет равную индуктивность по продольной и поперечной осям Ld = Lq, тогда как у электродвигателя с явно выраженными полюсами поперечная индуктивность не равна продольной Lq ≠ Ld.

    Также по конструкции ротора СДПМ делятся на:
  • синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
    (англ. SPMSM — surface permanent magnet synchronous motor);
  • синхронный двигатель со встроенными (инкорпорированными) магнитами
    (англ. IPMSM — interior permanent magnet synchronous motor).

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Наиболее распространены конструкции с двух- и трехфазной обмоткой.

    В зависимости от конструкции статора синхронный двигатель с постоянными магнитами бывает:
  • с распределенной обмоткой;
  • с сосредоточенной обмоткой.

Распределенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 2, 3. k.

Сосредоточенной называют такую обмотку, у которой число пазов на полюс и фазу Q = 1. При этом пазы расположены равномерно по окружности статора. Две катушки, образующие обмотку, можно соединить как последовательно, так и параллельно. Основной недостаток таких обмоток — невозможность влияния на форму кривой ЭДС [2].

    Форма обратной ЭДС электродвигателя может быть:
  • трапецеидальная;
  • синусоидальная.

Форма кривой ЭДС в проводнике определяется кривой распределения магнитной индукции в зазоре по окружности статора.

Известно, что магнитная индукция в зазоре под явно выраженным полюсом ротора имеет трапециидальную форму. Такую же форму имеет и наводимая в проводнике ЭДС. Если необходимо создать синусоидальную ЭДС, то полюсным наконечникам придают такую форму, при которой кривая распределения индукции была бы близка к синусоидальной. Этому способствуют скосы полюсных наконечников ротора [2].

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип действия синхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора. Концепция вращающегося магнитного поля статора синхронного электродвигателя такая же, как и у трехфазного асинхронного электродвигателя.

Принцип работы синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и постоянного магнитного поля ротора.

Магнитное поле ротора, взаимодействуя с синхронным переменным током обмоток статора, согласно закону Ампера, создает крутящий момент, заставляя ротор вращаться (подробнее).

Постоянные магниты, расположенные на роторе СДПМ, создают постоянное магнитное поле. При синхронной скорости вращения ротора с полем статора, полюса ротора сцепляются с вращающимся магнитным полем статора. В связи с этим СДПМ не может сам запуститься при подключении его напрямую к сети трехфазного тока (частота тока в сети 50Гц).

Управление синхронным двигателем с постоянными магнитами

Для работы синхронного двигателя с постоянными магнитами обязательно требуется система управления, например, частотный преобразователь или сервопривод. При этом существует большое количество способов управления реализуемых системами контроля. Выбор оптимального способа управления, главным образом, зависит от задачи, которая ставится перед электроприводом. Основные методы управления синхронным электродвигателем с постоянными магнитами приведены в таблице ниже.

Управление Преимущества Недостатки
Синусоидальное Скалярное Простая схема управления Управление не оптимально, не подходит для задач, где нагрузка меняется, возможна потеря управляемости
Векторное Полеориентированное управление С датчиком положения Плавная и точная установка положения ротора и скорости вращения двигателя, большой диапазон регулирования Требуется датчик положения ротора и мощный микроконтроллер системы управления
Без датчика положения Не требуется датчик положения ротора. Плавная и точная установка положения ротора и скорости вращения двигателя, большой диапазон регулирования, но меньше, чем с датчиком положения Бездатчиковое полеориентированное управление во всем диапазоне скоростей возможно только для СДПМ с ротором с явно выраженными полюсами, требуется мощная система управления
Прямое управление моментом Простая схема управления, хорошие динамические характеристики, большой диапазон регулирования, не требуется датчик положения ротора Высокие пульсации момента и тока
Трапециидальное Без обратной связи Простая схема управления Управление не оптимально, не подходит для задач, где нагрузка меняется, возможна потеря управляемости
С обратной связью С датчиком положения (датчиками Холла) Простая схема управления Требуются датчики Холла. Имеются пульсации момента. Предназначен для управления СДПМ с трапециидальной обратной ЭДС, при управлении СДПМ с синусоидальной обратной ЭДС средний момент ниже на 5%.
Без датчика Требуется более мощная система управления Не подходит для работы на низких оборотах. Имеются пульсации момента. Предназначен для управления СДПМ с трапециидальной обратной ЭДС, при управлении СДПМ с синусоидальной обратной ЭДС средний момент ниже на 5%.

Для решения несложных задач обычно используется трапециидальное управление по датчикам Холла (например — компьютерные вентиляторы). Для решения задач, которые требуют максимальных характеристик от электропривода, обычно выбирается полеориентированное управление.

Трапециидальное управление

Одним из простейших методов управления синхронным двигателем с постоянными магнитами является — трапецеидальное управление. Трапециидальное управление применяется для управления СДПМ с трапециидальной обратной ЭДС. При этом этот метод позволяет также управлять СДПМ с синусоидальной обратной ЭДС, но тогда средний момент электропривода будет ниже на 5%, а пульсации момента составят 14% от максимального значения. Существует трапециидальное управление без обратной связи и с обратной связью по положению ротора.

Управление без обратной связи не оптимально и может привести к выходу СДПМ из синхронизма, т.е. к потери управляемости.

    Управление с обратной связью можно разделить на:
  • трапециидальное управление по датчику положения (обычно — по датчикам Холла);
  • трапециидальное управление без датчика (бездатчиковое трапециидальное управление).

В качестве датчика положения ротора при трапециидальном управлении трехфазного СДПМ обычно используются три датчика Холла встроенные в электродвигатель, которые позволяют определить угол с точностью ±30 градусов. При таком управление вектор тока статора принимает только шесть положений на один электрический период, в результате чего на выходе имеются пульсации момента.

Полеориентированное управление

Полеориентированное управление позволяет плавно, точно и независимо управлять скоростью и моментом бесщеточного электродвигателя. Для работы алгоритма полеориентированного управления требуется знать положение ротора бесщеточного электродвигателя.

    Существует два способа определения положения ротора:
  • по датчику положения;
  • без датчика — посредством вычисления угла системой управления в реальном времени на основе имеющейся информации.
Полеориентированное управление СДПМ по датчику положения
    В качестве датчика угла используются следующие типы датчиков:
  • индуктивные: синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), редуктосин, индуктосин и др.;
  • оптические;
  • магнитные: магниторезистивные датчики.

Полеориентированное управление СДПМ без датчика положения

Благодаря бурному развитию микропроцессоров с 1970-х годов начали разрабатываться бездатчиковые векторные методы управления бесщеточными электродвигателями переменного тока. Первые бездатчиковые методы определения угла были основаны на свойстве электродвигателя генерировать обратную ЭДС во время вращения. Обратная ЭДС двигателя содержит в себе информацию о положении ротора, поэтому вычислив величину обратной ЭДС в стационарной системе координат можно рассчитать положение ротора. Но, когда ротор не подвижен, обратная ЭДС отсутствует, а на низких оборотах обратная ЭДС имеет маленькую амплитуду, которую сложно отличить от шума, поэтому данный метод не подходит для определения положения ротора двигателя на низких оборотах.

    Существует два распространенных варианта запуска СДПМ:
  • запуск скалярным методом — запуск по заранее определенной характеристики зависимости напряжения от частоты. Но скалярное управление сильно ограничивает возможности системы управления и параметры электропривода в целом;
  • метод наложения высокочастотного сигнала – работает только с СДПМ у которого ротор имеет явно выраженные полюса.
Читать еще:  Двигатель ahl технические характеристики

На текущий момент бездатчиковое полеориентированное управление СДПМ во всем диапазоне скоростей возможно только для двигателей с ротором с явно выраженными полюсами.

Шаговый двигатель

  • Типы шаговых двигателей
    • Реактивный шаговый двигатель
    • Шаговый двигатель с постоянными магнитами
    • Гибридный шаговый двигатель

Предшественником шагового двигателя является серводвигатель.

Шаговые (импульсные) двигатели непосредственно преобразуют управляющий сигнал в виде последовательности импульсов в пропорциональный числу импульсов и фиксированный угол поворота вала или линейное перемещение механизма без датчика обратной связи. Это обстоятельство упрощает систему привода и заменяет замкнутую систему следящего привода (сервопривода) разомкнутой, обладающей такими преимуществами, как снижение стоимости устройства (меньше элементов) и увеличение точности в связи с фиксацией ротора шагового двигателя при отсутствии импульсов сигнала.

Очевиден и недостаток привода с шаговым двигателем: при сбое импульса дальнейшее слежение происходит с ошибкой в угле, пропорциональной числу пропущенных импульсов [2].

Поэтому в задачах, где требуются высокие характеристики (точность, быстродействие) используются серводвигатели. В остальных же случаях из-за более низкой стоимости, простого управления и неплохой точности обычно используются шаговые двигатели.

Конструкция шагового электродвигателя

Шаговый двигатель, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

Шаговые двигатели надежны и недороги, так как ротор не имеет контактных колец и коллектора. Ротор имеет либо явно выраженные полюса, либо тонкие зубья. Реактивный шаговый двигатель — имеет ротор из магнитомягкого материала с явно выраженными полюсами. Шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет ротор на постоянных магнитах. Гибридный шаговый двигатель имеет составной ротор включающий полюсные наконечники (зубья) из магнитомягкого материала и постоянные магниты. Определить имеет ротор постоянные магниты или нет можно посредством вращения обесточенного двигателя, если при вращении имеется фиксирующий момент и/или пульсации значит ротор выполнен на постоянных магнитах.

Статор шагового двигателя имеет сердечник с явно выраженными полюсами, который обычно делается из ламинированных штампованных листов электротехнической стали для уменьшения вихревых токов и уменьшения нагрева. Статор шагового двигателя обычно имеет от двух до пяти фаз.

Характеристики

Так как шаговый двигатель не предназначен для непрерывного вращения в его параметрах не указывают мощность. Шаговый двигатель — маломощный двигатель по сравнению с другими электродвигателями.

Одним из определяющих параметров шагового двигателя является шаг ротора, то есть угол поворота ротора, соответствующий одному импульсу. Шаговый двигатель делает один шаг в единицу времени в момент изменения импульсов управления. Величина шага зависит от конструкции двигателя: количества обмоток, полюсов и зубьев. В зависимости от конструкции двигателя величина шага может меняться в диапазоне от 90 до 0,75 градусов. С помощью системы управления можно еще добиться уменьшения шага пополам используя соответствующий метод управления.

Типы шаговых двигателей

    По конструкции ротора выделяют три типа шаговых двигателей:
  • реактивный;
  • с постоянными магнитами;
  • гибридный.

Реактивный шаговый двигатель

Реактивный шаговый двигатель — синхронный реактивный двигатель. Статор реактивного шагового двигателя обычно имеет шесть явновыраженных полюсов и три фазы (по два полюса на фазу), ротор — четыре явно выраженных полюса, при такой конструкции двигателя шаг равен 30 градусам. В отличии от других шаговых двигателей выключенный реактивный шаговый двигатель не имеет фиксирующего (тормозящего) момента при вращении вала.

Ниже представлены осциллограммы управления для трехфазного шагового двигателя.

Осциллограммы управления для четырехфазного шагового двигателя показаны на рисунке ниже. Последовательное включение фаз статора создает вращающееся магнитное поле за которым следует ротор. Однако из-за того, что ротор имеет меньшее количества полюсов, чем статор, ротор поворачивается за один шаг на угол меньше чем угол статора. Для реактивного двигателя угол шага равен:

,

  • где NR — количество полюсов ротора;
  • NS – количество полюсов статора.

Чтобы изменить направление вращения ротора (реверс) реактивного шагового двигателя, необходимо поменять схему коммутации обмоток статора, так как изменение полярности импульса не изменяет направления сил, действующих на невозбужденный ротор [2].

Реактивные шаговые двигатели применяются только тогда, когда требуется не очень большой момент и достаточно большого шага угла поворота. Такие двигатели сейчас редко применяются.

    Отличительные черты:
  • ротор из магнитомягкого материала с явно выраженными полюсами;
  • наименее сложный и самый дешевый шаговый двигатель;
  • отсутствует фиксирующий момент в обесточенном состоянии;
  • большой угол шага.

Шаговый двигатель с постоянными магнитами

Шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет ротор на постоянных магнитах. Статор обычно имеет две фазы.

По сравнению с реактивными, шаговые двигатели с активным ротором создают большие вращающие моменты, обеспечивают фиксацию ротора при снятии управляющего сигнала. Недостаток двигателей с активным ротором — большой угловой шаг (7,5—90°). Это объясняется технологическими трудностями изготовления ротора с постоянными магнитами при большом числе полюсов. Если угол фиксации находится в диапазоне от 7,5 до 90 градусов скорее всего это шаговый двигатель с постоянными магнитами нежели гибридный шаговый двигатель.

Обмотки могут иметь ответвление в центре для работы с однополярной схемой управления. Двухполярное управление требуется для питания обмоток без центрального ответвления.

    Таким образом по виду обмоток выделяют два типа шаговых двигателей:
  • униполярный (однополярный),
  • биполярный (двухполярный).

Униполярный (однополярный) шаговый двигатель

Униполярный шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет одну обмотку на фазу с ответвлением в центре. Каждая секция обмотки включается отдельно.

Таким образом расположение магнитных полюсов может быть изменено без изменения направления тока, а схема коммутации может быть выполнена очень просто (например на одном транзисторе) для каждой обмотки. Обычно центральное ответвление каждой фазы делается общим, в результате получается три вывода на фазу и всего шесть для обычного двухфазного двигателя.

Легкое управление однополярными двигателями сделало их популярными для любителей, они возможно являются наиболее дешевым способом чтобы получить точное угловое перемещение.

Биполярный шаговый двигатель

Двухполярные двигатели имеют одну обмотку на фазу. Для того чтобы изменить магнитную полярность полюсов необходимо изменить направление тока в обмотке, для этого схема управления должна быть более сложной, обычно с H-мостом. Биполярный шаговый двигатель имеет два вывода на фазу и не имеет общего вывода. Так как пространство у биполярного двигателя используется лучше, такие двигатели имеют лучший показатель мощность/объем чем униполярные. Униполярный двигатель имеет двойное количество проводников в том же объеме, но только половина из них используется при работе, тем не менее биполярный двигатель сложнее в управление.

Управление шаговым двигателем с постоянными магнитами

Для управления шаговым двигателем на постоянных магнитах к его обмоткам прикладывается сфазированный переменный ток. На практике это почти всегда прямоугольный сигнал сгенерированный от источника постоянного тока. Биполярная система управления генерирует прямоугольный сигнал изменяющийся от плюса к минусу, например от +2,5 В до -2,5 В. Униполярная система управления меняет направление магнитного потока катушки посредством двух сигналов, которые поочереди подаются на противоположные выводы катушки относительно ее центрального ответвления.

Читать еще:  Что такое цгп в двигателе

    Существует несколько способов управления:
  • волновое,
  • полношаговое,
  • полушаговое.
Волновое управление

Простейшим способом управления шаговым двигателем является волновое управление. При таком управлении в один момент времени возбуждается только одна обмотка. Но такой способ управления не обеспечивает максимально возможного момента.

Шаговый двигатель с постоянными магнитами может иметь разную схему соединения обмоток статора.

На рисунке выше представлены схема биполярного шагового двигателя и двухполюсные осциллограммы управления. При таком управлении обе полярности («+» и «-«) подаются на двигатель. Магнитное поле катушки поворачивается за счет того, что полярность токов управления меняется.

На рисунке выше представлены схема униполярного шагового двигателя и однополюсные осциллограммы управления.Так как для управления униполярным шаговым двигателем требуется только одна полярность это существенно упрощает схему системы управления. При этом требуется генерация четырех сигналов так как необходимо два однополярных сигнала для создания переменного магнитного поля катушки.

Необходимое для работы шагового двигателя переменное магнитное поле может быть создано как униполярным так и биполярным способом. Однако для униполярного управления катушки двигателя должны иметь центральное ответвление.

Шаговый двигатель с постоянными магнитами может иметь разную схему соединения обмоток статора. Схемы соединения шагового двигателя показаны на рисунке ниже.

В Германии создали автомобильный электродвигатель без постоянных магнитов — дешевле, экономичнее и эффективнее

Немецкая компания Mahle разработала автомобильный электродвигатель без постоянных магнитов. Это позволит снизить зависимость от китайских поставок редкоземельных металлов и сделает электромоторы дешевле. Также отсутствие постоянных магнитов позволило повысить КПД электродвигателей на всех режимах работы. Для индустрии электромобилей новый двигатель обещает заметный прорыв в характеристиках машин и снижение стоимости обслуживания.

Источник изображения: Mahl

В подавляющем большинстве современных электродвигателей для электрического транспорта используются постоянные магниты преимущественно из редкоземельных металлов. Всё бы ничего, только руку на пульсе поставок этого сырья держит Китай и довольно жёстко регулирует этот рынок.

Руду с содержанием редкоземельных металлов добывают во многих частях мира, но производство по переработке в основном сосредоточено в Китае, где рабочая сила дешевле, а экологические нормы не такие строгие. Как результат, за последнее десятилетие цена на неодим выросла на 750 %, а стоимость диспрозия выросла на 2000 % и, очевидно, это не предел. Подобная ситуация заставляет разработчиков создавать электродвигатели без постоянных магнитов, заменяя их катушками индуктивности в составе ротора двигателя. Однако это тянет за собой массу проблем.

Источник изображения: Mahl

Для передачи электрического тока на катушки в роторе требуется создать надёжные и долговечные скользящие контактные передачи. Высокие токи и постоянная нагрузка делают такие узлы менее надёжными, что недопустимо для электротранспорта с высокой эксплуатационной нагрузкой. Инженеры компании Mahle смогли обойти эту проблему, предложив схему индукционной (беспроводной) передачи тока на катушки в роторе. Это практически как беспроводная зарядка смартфона.

Источник изображения: Mahl

По словам создателей, предложенная конструкция показала высочайшую эффективность, поскольку позволяет регулировать силу магнитного поля, генерируемую катушками в роторе, в соответствии с рабочей нагрузкой и режимом работы электродвигателя. Получился своего рода «умный» электродвигатель, КПД которого на высоких оборотах достигает 95 %. Также двигатель без скользящих контактов можно обслуживать гораздо реже, что экономит время и деньги на поддержание транспортной системы в порядке.

Источник изображения: Mahl

Как уверяют в Mahle, новые электродвигатели пригодны как для легковых автомобилей, так и для грузового и пассажирского транспорта. Образцы электродвигателей уже рассылаются заинтересованным автопроизводителям, а внедрение в массовое производство ожидается примерно через два с половиной года.

Как работает магнитный двигатель Минато?

Двигатель Минато – удивительная конструкция, основанная на магнитной энергии, которая буквально перевернула представления об альтернативных источниках энергии. Наверняка в детстве для многих было «делом чести» попытаться «объегорить» одноименные полюса, сдвигая их, или напротив – растянуть в стороны упорно «слипающиеся» кусочки магнита.

Так появилась идея использования намагничивания для получения электроэнергии. Множество конструкций, основанных на магнитной силе, были представлены исследователями. Однако японский изобретатель Кохея Минато придумал нечто особенное. Музыкант по образованию, Минато много лет отдал разработке магнитного двигателя. В результате генератор запатентовали в сорока шести странах!

Главное преимущество двигателя – высокая экономичность. На роторе под различными углами к оси вращения расположены магниты. Точка «коллапса» — это мертвая точка, которая обеспечивается мощным импульсом на статор. Чтобы уравновесить вращение ротора, имеются стабилизаторы. Конструкция дает возможность эффективного энергополучения с помощью вращения при помощи постоянных магнитов. Этого можно достичь путем максимального снижения тока, потребляемого электромагнитом.

Получилось, что двигатель Минато бесшумный и экономичный одновременно. Недостатками двигателя является отсутствие сведений по нагрузочным характеристикам, а также деградацией мощности устройств. Чтобы применять магнитный двигатель, придется позаботиться о повторном намагничивании устройства.

Сравнивая магнитные генераторы с традиционным асинхронным двигателем, можно сказать, что если производство его выполнить из дорогих материалов, то получится близкий магнитному изобретению КПД. Допустим, обмотку выполнить из серебра, а магнитопровод – из стеклометалла. При всем этом асинхронные машины будут иметь более долгий срок эксплуатации.

Изобретение Минато функционирует без выработки тепла, что делает его незаменимым для использования в бытовых приборах, ПК, телефонах. Кстати, миниатюрный генератор сейчас находится в процессе разработки. Магнитный электродвигатель будет намного дешевле в производстве, так как ротор и статор заключают в корпус из пластика из-за малой выработки тепла. Минато считает, что электрический мотор может привести в движение автомобиль. Безусловно, магнитный генератор – удивительно удобное устройство, но если вы пока не уверены в производительности изобретения, стоит обратить внимание на бензиновые и дизельные электростанции. На сайте www.dinamotimal.ru вы найдете полезную информацию о генераторах. По иронии судьбы Минато не признали на родине: патентное бюро Японии отказало ему под предлогом, что генератор «неработоспособен», а заявки сфальсифицированы. Тем не менее, несколько месяцев спустя решение отменили, так как патентное бюро США выдало Минато первый патент на изобретение. Электромотор Минато позволит снизить расходы на электричество в пять раз. В среднем, со слов Минато, КПД моторов – 330%.

Минато утверждает, что занимается изобретениями не ради денег, так как он смог неплохо заработать еще на музыкальном поприще. Просто он хотел принести пользу обществу всего мира. Цель изобретателя – изменить традиционные тенденции мировых компаний, причем Минато не «ставит» на крупных производителей, а стремится помочь мелким предпринимателям, которым и так приходится нелегко. Такое изобретение является более экологичным, чем традиционные разновидности генераторов, поэтому вполне вероятно, что вскоре магнитный двигатель «возьмут на вооружение» и в нашей стране.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector