Всем привет! Сегодня попробуем поразмышлять на тему генераторов, основанных на принципе униполярной индукции. Конечно мы будем исследовать работы именно Теслы, причём всегда будем держать в голове потаённый вопрос: «Как Тесла сделал свой само поддерживающийся генератор электроэнергии, — по сути, вечный двигатель?»(меня, например, этот вопрос не оставляет вообще никогда).
Для начала закройте этот документ и откройте и ознакомьтесь с другим, — в котором дан перевод патента US 406968, — т.е. конструкция униполярной машины Тесла.

Патент US 406968

Dragons’ Lord

Рассмотрим ещё один из ранних патентов великого Теслы, — его «динамо электрическую машину» или иначе
«генератор с самовозбуждением», в основе которого лежит принцип униполярной индукции. Именно
это изобретение пророчат на место «сверхединичного генератора», который, якобы, придумал Тесла.

Как ни странно, но эта «электрическая машина» действительно легко дорабатывается
до «вечного двигателя». И гениальный Тесла, не якобы, а действительно придумал, как сделать свой
генератор сверх единичным. Что конкретно нужно изменить в устройстве, — я рассказываю в отдельной
статье «Секреты униполярной индукции» (найдёте её в этом же разделе). Видится, что со времён,
когда Тесле не дали закончить его супер-антену для обеспечения планеты халявным электричеством,
— его стали активно «пасти», и затыкать рот в особо «опасных» случаях. Но тем не менее, Тесла
просто патентовал элементы одного устройства в разных патентах, указывая не ту цель, для которой,
действительно, он и изобретал тот или иной элемент. Плюс, добавим сюда отрывочные сведения, которые
Тесла «толкал» в своих статьях (конечно завуалировано). Осталось пораскинуть мозгами, маленько
подумать и сложить единое целое из разрозненных кусочков. Что мы и сделаем (в указанной статье).
А пока ознакомьтесь с самим патентом, являющимся базой для наших дальнейших рассуждений.
Извлечение
Да будет известно, что я, Nikola Тесла, из Smiljan, Lika, на границе Австро-Венгрии, подданый Императора Австрии, и резидент города Нью-Йорка, штата Нью-Йорк, изобрел некоторые новые и полезные усовершенствования в генераторе с самовозбуждением или для электрических машин «магнето», которые следуют из спецификации и сопровождающих рисунков.
Это изобретение касается класса электрических генераторов, известных как «униполярные», в которых диск или цилиндрический проводник установлены между магнитными полюсами, приспособленными, чтобы произвести приблизительно однородное поле. В вышеназванных устройствах или в машинах с дисковым якорем токи, наведенные во вращающемся проводнике, текут от центра к периферии, или наоборот, согласно направлению вращения или силовых линий в зависимости от знаков магнитных полюсов. Эти токи снижаются, проходя соединения или щетки, приложенные к диску в точках на его периферии и около его центра. В случае машины с цилиндрическим якорем токи, наведенные в цилиндре, снижаются щетками, приложенными к сторонам цилиндра на его концах. В порядке повышения эффективности ЭДС возможной для применения в практических целях, необходимо или вращать проводник с очень высокой скоростью или использовать диск большого диаметра или цилиндр большой длины; но в любом случае становится трудно гарантировать, и сохранять хороший электрический контакт между коллекторными щетками и якорем, вследствие высокой взаимной скорости.
Было предложено соединить два или больше дисков вместе последовательно с целью получения более высокой электродвижущей силы; но с соединениями, применяемыми прежде и использующими другие скорости и размеры диска, необходимого для обеспечения хороших результатов эта трудность — все еще чувствительна, чтобы быть серьезным препятствием к использованию этого вида генератора. Я попытался это преодолеть и для этой цели я сконструировал машину с двумя областями, каждая из которых имеет вращающийся проводник установленный между магнитными полюсами, но с применением того же принципа, описанного выше для обеих форм машины, и поскольку я предпочитаю использовать форму диска, я опишу здесь именно такую машину. Диски изготовлены с фланцами, на манер шкивов, и связаны вместе гибкими проводящими лентами или ремнями.
Я предпочитаю конструировать машину так, чтобы направление магнетизма или направления полюсов в одном силовом поле является противоположным другому, так, чтобы вращение дисков в том же самом направлении развивало ток в одной форме от центра к окружности и в другой от окружности к центру. Поэтому контакты, приложенные к валам, на которые установлены диски имеют вид клемм и электродвижущая сила на них является суммой электродвижущих сил двух дисков.
Я привлек бы внимание к очевидному факту, что, если направление магнетизма в обеих областях, то же самое то будет получен тот же самый результат как выше, при вращении дисков в противоположных направлениях и при пересечении соединительных лент или ремней. Этим способом избегают трудности обеспечения и поддержания хорошего контакта с перифериями дисков, и дешевая и долговечная машина сделана, она является полезной для многих целей — для возбуждения генераторов переменного тока, для двигателя, и для любой другой цели, для которой используются машины генераторы с самовозбуждением.
Специфику конструкции машины, которую я только что, в общем описал, я иллюстрировал в сопровождающих рисунках, в которых — Fig.1 является видом сбоку, частично в сечении, моей улучшенной машины. Fig.2 — вертикальное сечение того же самого перпендикулярно к валам.

Чтобы сделать корпус с двумя силовыми магнитными полями, я отливал основание с интегрированными двумя частями магнита — полюсами B и B’ . К корпусу я присоединял болтами E к отливке D, с двумя подобными и соответствующими частями магнита — полюсами C и C’. Части полюса B и B’ предназначены для производства силового поля определенной полярности, а части полюса C и C’ предназначены для производства силового поля противоположной полярности. Валы управления F и G пронзают полюсы и вращаются в изолированных подшипниках в отливке D, как показано.
H и K — диски или генерирующие проводники. Они изготовлены из меди, латуни, или железа и прикреплены к соответствующим валам. Они снабжаются широкой периферийной, отбортовкой J. Конечно, очевидно что диски могут быть изолированными от их валов, если нужно. Гибкий металлический пояс L проходит через фланцы двух дисков, и, если нужно, может использоваться, чтобы вращать один из дисков. Я предпочитаю, однако, использовать этот пояс просто как проводник, и для этой цели может использовать тонколистовую сталь, медь, или другой соответствующий металл. Каждый вал, снабжается шкивом управления М, через который передается мощность извне. N и N — клеммы. Ради четкости их показывают, как предусмотрено с пружинами P, которые касаются концов валов. Чтобы эта машина само возбуждалась, могут использоваться медные полосы вокруг ее полюсов, или проводники любого типа, показанные на рисунках.
Я не ограничиваю мое изобретение только показанной здесь конструкцией. Например, не обязательно, чтобы строго соблюдались указанные материалы и размеры. Кроме того, очевидно, что проводящая лента или ремень могут быть скомпонованы из нескольких меньших лент и что правило соединения описанное здесь может применяться на более чем два диска.
Я патентую следующее:
1. Электрический генератор, состоящий из комбинации, с двумя вращающимися проводниками смонтированных в униполярных полях, гибкого проводящего ремня или пояса, проходящего вокруг периферий вышеназванных проводников, как здесь сформулировано.
2. Комбинации, с двумя вращающимися проводящими дисками, имеющих отбортовку на периферии установленных в униполярных полях, гибкого проводящего ремня или пояса, проходящей вокруг фланцев обоих дисков, как сформулировано.
3. Комбинация независимых наборов возбуждающих магнитов, приспособленных, чтобы сохранить униполярные области, проводящих дисков, установленных, чтобы вращаться в указанных полях, независимого механизма передачи для каждого диска, и гибкого проводящего ремня или пояса, проходящего вокруг периферий дисков, как сформулировано.

Никола Тесла.

В патенте, действительно, не объяснено, как сделать генератор самоподдерживающимся. Тесла
попытался восполнить этот информационный вакуум через публикацию своей статьи «ПРИМЕЧАНИЯ
ОТНОСИТЕЛЬНО УНИПОЛЯРНОГО ДИНАМО» в газете «Инженер — электрик», Нью-Йорк, 2 сентября 1891.
Точный перевод этой статьи я привожу ниже. Огромное спасибо Sib’у, который любезно подготовил
перевод заметок Теслы. Итак:

* * *
Что характерно для фундаментальных открытий, для больших достижений интеллекта, так это то, — что они сохраняют большую власть над воображением мыслителя. Я имею в виду незабываемый эксперимент Фарадея с вращением диска между двумя полюсами магнита, который принес такой великолепный результат, который долго проверялся в каждодневных опытах; все же есть некоторые топологические элементы в этом зародыше существующих динамо и двигателей, которые даже сегодня обращают на себя внимание, и достойны самого осторожного изучения.
Рассмотрим, например, случай диска из железа или другого металла, вращающегося между двумя противоположными полюсами магнита, и полярными поверхностями, полностью покрывающих обе стороны диска, и примем, что электрический ток снимается и передается контактами равномерно от всех точек края диска. Возьмите сначала случай двигателя. Во всех обычных двигателях вращение ротора зависит от некоторого смещения или изменения общего магнитного притяжения, действующего на ротор, это достигается технологически или некоторым механическим приспособлением на двигателе или воздействием электрических токов надлежащей полярности. Мы можем объяснить вращение такого двигателя так же, как мы можем это сделать для водяного зубчатого колеса.
Но в вышеупомянутом примере диска, окруженного полностью полярными поверхностями, нет никакого смещения магнитного действия, никакого изменения вообще, насколько мы знаем, — и все же вращение происходит. Здесь не работают обычные доводы; мы не можем дать даже поверхностное объяснение, как в обычных двигателях, и принцип действия будет ясен нам только тогда, когда мы поймем саму природу задействованных сил, и постигнем тайну невидимого взаимодействия.
Рассмотренный как динамо машина, диск — довольно интересный объект изучения. В дополнение к его особенности порождения электрических токов одного направления без использования коммутирующих приборов, такая машина отличается от обычных динамо, в которых нет никакого взаимодействия между ротором и полем статора. Ток ротора вызывает намагничивание перпендикулярное направлению электрического тока, но так как электрический ток истекает равномерно из всех точек края, а так же если быть точным, внешняя схема может также разместиться совершенно симметрично к постоянному магниту, никакое взаимодействие просто не может произойти. Это, однако, истинно только для слабых магнитов, поскольку, когда магниты более мощные, оба намагничивания под прямым углом, по-видимому, взаимодействуют друг с другом.
По вышеупомянутой причине, логичен вывод, что для такой машины, для того же самого веса, отдача должна быть намного больше, чем для любой другой машины, в которой ток, протекающий в роторе имеет тенденцию размагничивать поле, создаваемое статором. Экстраординарный вывод Форбеса об униполярном динамо и опыт с устройством подтверждают это представление.
Итак, главный принцип, исходя из которого, такая машина может быть сделана само возбуждающей — поразителен, но это может быть естественным — поскольку налицо отсутствие взаимодействия ротора, и соответственно свободное от возмущений течение электрического тока и отсутствие самоиндукции.
(Dragons’ Lord: Здесь и далее под термином «самовозбуждение» Тесла имеет в
виду сам эффект появления электрического тока в устройстве, т.к. в устройстве его «униполярки»
нет постоянных магнитов, а есть электромагниты. Таким образом «самовозбуждение» не есть (!) аналог
появления СВЕРХЕДИНИЧНОЙ ЭНЕРГИИ, — здесь вообще об этом не упоминается).
Если полюса не закрывают (не охватывают) диск полностью с обеих сторон, то, конечно, если диск должным образом не разделен, механизм будет очень неэффективен. Опять же, в этом случае есть моменты, достойные внимания. Если диск вращается и полевой поток прерван (разорвана цепь, питающая электромагнит), поток через диск ротора продолжит течь и поле магнитов потеряет силу сравнительно медленно. Причина для этого сразу найдётся, когда мы рассмотрим направление токов в диске.
Взгляните на Рис.1, d представляет диск со скользящими контактами B и B’ на оси и периферии. N и S представляют два полюса магнита.


Если полюс N выше, как обозначено на рисунке, диск, предполагаем находящимся в плоскости бумаги, и вращающимся в направлении стрелки D. Ток, установившийся в диске будет течь от центра к периферии, как обозначено стрелкой A. Так как магнитное действие более или менее ограничено зазором между полюсами N и S, другие части диска можно счесть бездействующими. Установившийся ток не будет поэтому полностью проходить через внешний контур I’, но замкнется через диск непосредственно, и вообще, если расположение подобно показанному, безусловно, большая часть произведенного потока не будет проявляться вовне, поскольку контур F фактически короткозамкнут бездействующими частями диска.
Направление результирующих токов в диске может быть принято таким, чтобы быть, как обозначено пунктирами и стрелками m и n; и направление потока поля возбуждения, обозначаемого стрелками a, b, c, d, анализ фигуры показывает, что одно из этих двух ответвлений вихревого тока, то есть A-B’-m-R, будет иметь тенденцию размагничивать поле, в то время как другое ответвление, то есть A-B’-n-B, будет производить противоположный эффект. Поэтому, ответвление A-B’-m-B, то есть то, которое приближается к полю, оттолкнет линии, в то время как ответвление A-B’-n-B, то есть оставляющее поле, соберет силовые линии на себя.
Из-за этого имеется постоянная тенденция уменьшения течения тока в дорожке B’-m-B, в то время как с другой стороны такая оппозиция не будет существовать в дорожке, B’-n-B, и эффект ответвления или дорожки будет более или менее преобладающий над первым. Объединенный эффект обоих ответвлений потоков мог бы быть представлен одним единственным потоком того же самого направления как возбуждение поля. Другими словами, вихревые токи, циркулирующие в диске, будут дополнительно усиливать магнит. Этот результат весьма противоречит тому, что можно было бы предположить сначала, поскольку мы естественно ожидали, что результирующие роторные токи будут противодействовать току наведенному магнитами, поскольку так обычно происходит, когда первичный и вторичный проводник имеют индуктивное взаимодействие.
Но следует помнить, что это следствие специфического взаимного расположения, а именно, наличия двух путей, предоставляемых наведенному и противодействующему току, каждый из них выбирает тот путь, который предлагает наименьшее количество противодействия. От этого мы видим, что вихревой ток втекающий в диск частично возбуждает поле магнита, и по этой причине когда наведенный ток прерывающий токи в диске, продолжит течь, и полевой магнит будет терять свою силу сравнительно медленно и может даже сохранить некоторую силу, пока вращение диска продолжается.
Результат будет, конечно, в значительной степени зависеть от сопротивления и геометрических измерений пути вихревого тока и от скорости вращения; — и именно эти элементы определяют замедление этого тока и его позицию по отношению к полю. Для определенной скорости существует максимум, возбуждающего действия; тогда как при более высоких скоростях, оно постепенно уменьшилось бы, стремясь к нулю и наконец полностью изменило направление, то есть, эффект вихревого тока должен будет ослабить поле.
Реакцию можно лучше продемонстрировать экспериментально, располагая полюсы N и S, а также N’ и S’, на свободно подвижной оси, концентрической с осью диска. Если бы последний вращался как прежде в направлении стрелки D, поле действовало бы в том же самом направлении с моментом, который, до некоторого значения, будет расти со скоростью вращения, потом уменьшаться, и, проходя через нуль, наконец становится отрицательным; то есть магнит начал бы вращаться в противоположном направлении к диску.
В экспериментах с альтернативными электродвигателями, в которых поле изменяется токами разных фаз, наблюдался интересный результат. Для очень низких скоростей вращения поля двигатель показал момент 900 фунтов, или больше, замеренный на шкиве 12 дюймов в диаметре. Когда скорость вращения полюсов была увеличена, момент уменьшался и, наконец убывал до нуля, и становился отрицательным, а затем якорь начинал вращаться в противоположном руководстве направлении к полю.
Возвращаясь к основной идее, примите, что условия такие, что вихревые токи, произведенные вращением диска усиливают поле, и предполагают что последнее, постепенно увеличивается, в то время как диск остается, вращающимся по нарастающей (Dragons’ Lord: однако здесь проскакивает нужная мысль). Ток когда-то начался, и может быть достаточен, чтобы поддержать себя и даже увеличиться в силе, и затем мы имеем случай «аккумулятора тока сэра Вильяма Томсона».
Но из вышеупомянутых соображений, казалось бы, следует, что для успеха эксперимента сопротивление сплошного диска будет существенно, поскольку, если бы имелось радиальное разбиение, вихревые токи не могли бы формироваться, и их вредное воздействие прекратилось бы. Если бы использовался, такой звездообразный радиально составной диск было бы необходимо соединить спицы по краю проводником или любым другим образом, чтобы формировать симметричную систему замкнутых цепей.
Действие вихревых токов может использоваться, чтобы возбудить машину любой конструкции. Например, на Рис.2 и 3, показаны устройства, в которых машина с ротором-диском могла бы быть возбуждена вихревыми токами.


Здесь множество магнитов, N-S, N-S, помещено звездообразно радиально на каждой стороне металлического диска D и в продолжение его периферии набор изолированных катушек, C и C. Магниты формируют две отдельных области, внутреннюю и внешнюю. Имеется твердый диск, вращающийся на оси, и катушки в области удаленной от нее. Примем что магниты, немного возбуждены при запуске; они могли бы усилить действие вихревых токов в твердом диске, чтобы предоставить более сильную область для периферийных катушек. Хотя нет сомнения, что при таких условиях машина могла бы быть возбуждена этим или подобным образом, достаточно экспериментальных свидетельств, чтобы гарантированно утверждать, что такой режим возбуждения будет расточителен.
Но униполярный генератор с самовозбуждением или двигатель конструкции, показанной на Рис.1 могут быть возбуждены эффективно, просто посредством разделения диска или цилиндра, в котором наводятся токи, и удаления катушек возбуждения, которые обычно используются. Такая схема показана на Рис.4.

Диск или цилиндр D, как предполагается, будут вращаться между этими двумя полюсами N и S магнита, которые полностью охватывают диск с обеих сторон, контуры диска и полюсов, представляемых кругами d и d’ соответственно, верхний полюс, не показан для наглядности. Сердечники магнита, как предполагается, имеют отверстия в центре, вал C диска пронзает их. Если немаркированный полюс — ниже, и диск вращается, ток винтовой формы, будет, как прежде, течь от центра к периферии, и может быть снят соответствующими скользящими контактами, B и B ‘, на вале и периферии соответственно. В этом устройстве ток, текущий сквозь диск и внешняя цепь не будут иметь никакого заметного влияния на возбуждающий магнит.
Но позвольте теперь предположить, что диск разделен на сектора, по спирали, как обозначено сплошными или пунктирными линиями на Рис.4. Разность потенциала между точкой на вале и точкой на периферии останется неизменной, в знаке так же как в количестве. Единственная разница будет в том, что сопротивление диска будет увеличено и будет большее падение потенциала от точки на вале до точки на периферии, когда тот же самый ток протекает по внешней цепи. Но так как ток вынужден следовать по линиям разбиения, мы видим, что он будет или содействовать полю возбуждения или сопротивляться ему и это будет зависеть, при прочих равных условиях, от направления линии разбиения. Если разбиение реализовано как обозначено сплошными линиями в Рис.4, то очевидно, что, если ток имеет то же самое направление как прежде, то есть от центра до периферии, его эффект должен будет усилить возбуждающий магнит; тогда как, если разбиение реализовано как обозначено пунктирами, произведенный ток будет иметь тенденцию ослаблять магнит. В первом случае машина будет способна к возбуждению, когда диск вращается в направлении стрелки D; в последнем случае направление вращения должно быть обратным.
Два таких диска могут быть объединены, однако, как обозначено выше, эти два диска, могут, как вращаться в противоположные стороны, так и в одну. Подобное расположение может, конечно же, быть реализовано в машине, в которой, вместо этого диска, вращается цилиндр. В таких униполярных машинах, подобного типа, обычные катушки возбуждения и полюсы могут быть опущены, и машина может быть сделана, так чтобы состоять только из цилиндра или двух дисков, окруженных металлическим корпусом.
(Dragons’ Lord: что конкретно имеет в виду Тесла, — я расскажу ниже по тексту).
Вместо того, чтобы подразделять диск или цилиндр по спирали, как обозначено в Рис.4, более удобно вставить один или более витков между диском и контактным кольцом на периферии, как показано на Рис.5.

Генератор с самовозбуждением Форбеса может, например, быть возбужден вышеописанным образом. В опыте автора вместо снятия тока с двух таких дисков скользящими контактами, как обычно, использовался гибкий приводной проводящий ремень для повышения эффективности. Диски в таком случае, снабжаются большими фланцами, предоставляя большой контакт с поверхностью. Пояс должен быть сделан, так чтобы сцепляться с фланцами в натяг, чтобы компенсировать неплотность прилегания. Несколько машин с контактным поясом были построены автором два годы назад, и работали удовлетворительно; но из-за отсутствия времени работа в этом направлении была временно остановлена. Множество особенностей, указанных выше также было использовано автором в некоторых типах двигателей переменного тока.

* * *
Собственно, — вот и вся статья. Я вообще, долгое время не мог понять, как работает униполярка.
Но однажды я набрёл на сайт Евгения Арсентьева http://evg-ars.narod.ru . Есть у него там
малюсенький раздельчик, «Электродвигатель» называется. Описывается в нём — магнитогидродинамический
двигатель. Вот где я и «просёк фишку». Только там вращается вода, а в нашем случае металлический
диск, — но сила, заставляющая вращаться рабочее тело, — одна и та же 😉 .
В общем, умудрился я в один и тот же день сложить три разных ниточки в одну. И озарило меня, —
догадался, как Тесла сделал свой сверхединичный генератор, о котором так много слухов. Ниточка
первая, — это сайт Арсентьева. Вторая, — перевод «заметок» от Sib’а. И третья, — посетил я тогда
же ещё один сайт http://energy.org.ru , где раскопал интереснейшую статью. Оригинал статьи был
опубликован в журнале «Изобретатель и рационализатор», № 2, 1962 г. Называлась «Туман над
магнитным полем», — имеется в виду недоссказанность некоторых моментов в классической физике.
Чтобы Вам стало всё понятно, приведу её здесь:

* * *
— Я к вам по поводу статьи «Противозаконная статика». Моя фамилия Родин.
— Еще один.
Призыв калужских изобретателей объяснить, что происходит с двигателем, ротор которого вращается под действием электростатического поля (ИР, 6, 81), затронул умы необычайно. Звонят и пишут в редакцию беспрерывно. Предполагаем в будущем дать обзор наиболее интересных объяснений.
Собрался я было направить и Родина к авторам изобретения, как он вдруг: «у меня самого есть кое-что не менее интересное. Поехали?»
Приятная, со вкусом обставленная квартира Александра Леонтьевича — не типично изобретательское жилье. Но он ведет меня в какой-то безоконный закуток, явно бывший стенной шкаф. «Мой кабинет». Тут верстак, выпрямитель, приборы, инструменты. На верстаке некая конструкция. На одной оси сидят два кольцевых постоянных магнита, между ними медный диск. К диску подсоединены щетки, провода которых выведены на микроамперметр.
— Такую же модельку я собрал несколько лет назад, когда по работе понадобился униполярный двигатель — это вращающийся между магнитами диск или цилиндр, ток с которого снимают щетками. Вот так. — Родин закрепил магниты и начал ручкой вращать ось, а вместе с ней и диск. Стрелка амперметра поползла вправо — есть ток.
— Вы меня пригласили для демонстрации опыта Фарадея? Я, знаете, еще в школе…
— А что будет, если мы станем вращать магниты, а диск будет неподвижен? — как бы не замечая моего раздражения, спросил Родин.
— То же и будет. Какая разница? Извините, но у меня, к сожалению, время… — я осекся. Хозяин квартиры с солидной скоростью вращал магниты около неподвижного диска, а стрелка стояла на нуле.
— Вот и я тогда так же рот раскрыл, — рассмеялся Родин. — Стал искать, проверять контакты — все в порядке. Да убедитесь сами, шевельните слегка диск. По сравнению с бешено вращающимися магнитами движение диска было ничтожным, но стрелка тут же шелохнулась.
— Ну а теперь, если вращать магниты и диск вместе, соединив их в единый ротор?
— Да вроде бы не должно быть тока, — уже неуверенно сказал я. — Ведь они относительно неподвижны…
Однако вращающиеся вместе диск и магниты ток дали.
А затем Родин продемонстрировал мне двигатель без статора, подсоединив один из проводов, идущих от выпрямителя, к оси, на которой сидят диск и магниты, а другой поднес прямо к диску — вся система закрутилась.


— Понимаете, почему меня заинтересовал ротор калужан? Но у них другое. А для моих опытов у меня есть вот какое объяснение.
Я предполагаю, что традиционное представление о магнитном поле, как непременной принадлежности магнита неверно. В этом случае действительно не играло бы роли, что относительно чего мы перемещаем. Как ни странно, никто не двигал «бесконечный» магнит вдоль проводника, по крайней мере, в литературе я этого не встречал. Куда проще двигать проводник по скользящим контактам, чем магниты, сохраняя при этом их плоскопараллельное перемещение. Я же не только двигал магниты параллельно столу, на котором лежал проводник, но и вращал их в разные стороны и в направлении обратном перемещению диска — результат тот же самый: величина и направление тока в цепи зависят только от скорости и направления вращения диска. Значит, поле неподвижно? Я делаю вывод: оно, не пугайтесь, магниту не принадлежит, а как бы разлито по вселенной. Магнит лишь возбуждает его, как корабль возбуждает волны, не увлекая их за собой. И как у корабельного винта они наиболее велики, так и наибольшее возбуждение возникает вблизи магнита. Теперь понятно, почему, вращаясь вместе с магнитами, проводник пересекает неподвижное магнитное поле.
Что же касается движения ротора без статора, то единственное здесь объяснение — работа сил Лоренца, действующих на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле. Электроны под их влиянием приобретают тангенциальное направление движения и увлекают за собой диск вместе с магнитами. Кстати, реактивного момента на магнитах не возникает: я устанавливал магнит между дисками, подводил к нему ток — не шевельнулся.
Пока другого объяснения этому эффекту я не нахожу, хотя искал очень долго, обращаясь за помощью в весьма высокие научные инстанции. Высказывались, например, предположения, что при одновременном вращении магнитов и проводника ток наводится в щетках и их проводах, идущих к амперметру. Это, разумеется, не так, в противном случае он наводился бы и при неподвижном диске. Или изменялся бы при перемещении самих проводников, Но я на всякий случай собрал схему без щеток и проводов — эффект тот же.
Полагали, что возможно влияние магнитного поля Земли. Малоправдоподобно, но попробуем. Перемещал систему так и эдак в пространстве, вращал один диск без магнитов — никакого тока, естественно. Так что если найдутся более правдоподобные объяснения — только спасибо скажу.
Итак, еще одна задача читателям: попробуйте найти другое объяснение результатов опытов Родина, кстати, легко воспроизводимых…
И второе: как их практически использовать? Подобные без роторные и вообще униполярные двигатели и генераторы пока маломощны и имеют невысокий КПД. Но уже сегодня просматриваются области их применения, например, в приборостроении. Особенно привлекает то, что двигатель не имеет статора и реактивного момента. А кроме того, если эти двигатели и генераторы действительно изменят наше представление о магнитном поле, практическая ценность их может оказаться огромной.

* * *
Ну как? — Самое реальное знание из последнего текста, это то, что мы можем магниты
непосредственно на диск прилепить. Таким образом получим ЦЕЛЬНОЕ устройство, без
взаимодействующих частей. Так я подумал сразу же, мечтая, как я «напрягу» спонсоров
на тонкие (а значит и лёгкие), но очень мощные кольцевые магниты из редкоземельных металлов.
Мощные магниты нам нужны, т.к. общий КПД униполярного генератора довольно мал. Естественно, что
радиус и магнитов и диска нужно сделать побольше, чтобы увеличить полезную площадь, а значит и
уровень получаемого напряжения.
Но это всё детский лепет. Моя мысль, конечно, поползла дальше. Оказалось важным само знание о том,
что нам наплевать «вращается» магнитное поле или нет и, соответственно, вращаются катушки
электромагнитов (а у Теслы, обратите внимание, — именно электромагниты) или стоят на месте.
Я обращаю Ваше внимание на описание технологии, показанной на Рис.5 самим Теслой. Он предложил
вообще отказаться от внешних возбуждающих магнитов (на что я указывал по тексту «заметок») и
получать магнитное поле в диске, посредством прохождения генерируемого тока по внешнему
контуру. — Он называет этот контур «одним или более витком», но я Вам скажу больше, — этот контур,
в усовершенствованном варианте, сам Тесла запатентовал отдельно, спустя четыре года
исследований, — в ДРУГОМ патенте! Это его
бифилярная катушка «ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ» !!! Это и было моё озарение. Теперь становится понятным,
почему же Тесла запатентовал этот «странный» патент именно в тот период своей творческой
деятельности (как и замечал в своей знаменитой статье Oliver Nichelson). И становится понятно
само предназначение, сформулированное в названии патента бифилярки.
Просто так догадаться, что можно обойтись без внешних магнитов весьма сложно, т.к. эта мысль
описана самим Теслой очень туманно. Тут же становится понятным, как применить супер свойства
бифилярки. Ведь почему Тесла говорит о «одном или более» витке, а не о полноценной
катушке? Потому, что у обычной плоской катушки велико сопротивление току, что заметно снижено
в конструкции бифилярки, посредством увеличения разности потенциалов в соседних витках (о чём тоже,
практически, не возможно догадаться, не прочитав сам патент в русском варианте). Здесь стоит
заметить, что катушка работает НЕ В РЕЗОНАНСЕ, т.к. ток не переменный, а постоянный. Но тем не
менее, её свойства на порядок эффективнее, чем у обычной плоской катушки, намотанной в один провод.
А значит и магнитное поле, создаваемое такой бифилярной катушкой будет гораздо сильнее!
Но, постойте, — скажут читатели. О какой «целостности» устройства может идти речь, если известно,
что диск нужно вращать, а значит нужно иметь соединение с мотором, а значит и от подшипников для
оси устройства не уйти, не говоря уже о «передаточных» механизмах внутри самого электродвигателя?
— Самая ценность униполярной индукции в том, что если подать напряжение на такой диск, то диск
начинает вращаться. И как мы видим из последней статьи, катушка, создающая магнитное поле для этого
диска, тоже может вращаться с самим диском и быть на нём закрепленной, т.е. составлять с ним одно
целое.
Маленько прервусь и замечу следующее. В своём патенте к униполярному генератору, принимая
во внимание трение о боковую поверхность диска внешнего съёмного контакта (а значит и огромный
момент торможения, — и чем больше радиус, тем он больше), гениальный Тесла предлагает
использовать устройство, состоящее из ДВУХ дисков. Через гибкий проводящий ремень ток
передаётся от внешней поверхности одного к внешней поверхности другого, а снимающие напряжение
контакты он предлагает упирать в центра осей каждого диска, чем обеспечивает минимальное
трение, какое только возможно. Единственное неудобство, как мы видим, заключено в самом
гибком ремне. Рискну заглянуть дальше, чем позволил себе сам Тесла (он просто ещё не знал
в то время, что магниты можно вращать вместе с диском). — Очевидным
усовершенствованием является такой путь: насадить оба диска НА ОДНУ ОСЬ! Понятно, что обе
полуоси (для двух дисков) изолированы друг от друга не проводящим соединителем. Получаем
генератор, где не нужен гибкий ремень, т.к. электричество от одного диска на другой (внешние
контуры) передаём через обычный провод. Ясно, что оба диска, хоть и вращаются вместе с
осью, но друг относительно друга неподвижны (провод тоже). Дальше по описанию патента.
Ладно, вернёмся к размышлению о нашем «вечном движке». Я уже сказал, что униполярный эффект,
возникающий в диске можно использовать и наоборот, т.е. в качестве мотора. Ни что не мешает
нам посадить и диск, генерирующий ток, и диск, служащий мотором, — на единую ось. Оба диска
относительно друг друга — неподвижны. Итак избавились ещё от одного соединения (между
двигателем и генератором). Остаётся проблема токосъёмных контактов, идущих как от генератора,
так и к электродвигателю. Выход из проблемной ситуации лежит на поверхности. — Не нужны нам
контакты вообще! Передаём полученное напряжение с генератора на двигатель НАПРЯМУЮ!!! — Через
пару проводов. Нет, даже через один провод, т.к. вторым проводником служит общая, в
данном случае, для двух дисков ось 😉 .
Оставшийся единственный контакт самого устройства (ЦЕЛЬНОГО) с внешним миром, — это подшипники на
концах оси. Всё просто. — делаем «магнитный завес» всего устройства (как это сделать я потом,
как ни будь, расскажу), в результате чего ВЕСЬ наш генератор получается
висящим в воздухе!!! И никакие провода к нему не подходят и не отходят! Это уже круто…
Главная изюминка такого спаривания в том, что по свойствам самого процесса униполярной индукции,
— нет противодействия действию, т.е. нет самоиндукции (полностью отсутствует). Более того,
как нас научил Тесла, — мы не то, чтобы ослабляем действие противодействием, а даже наоборот,
— прибавляем наше противодействие к действию, чем его всё время наращиваем! С обычными
двигателем и генератором такое бы не получилось. Итак, имеем устройство, которое будет бесконечно
наращивать свою скорость (трение равно нулю, — наш магнитный завес), делая самого себя всё сильнее
и сильнее!!! Вот ведь сатанизм какой 😉 .
Очень внимательный читатель заметит, что осталась не решённой одна маленькая деталька. Как
сделать устройство полезным. То есть, как снимать напряжение в нагрузку. — Очень просто, —
нагрузка должна быть тоже помещена на само устройство генератора (например, лампочка), и
составлять с ним единое целое 😉 .
С нагрузкой, кстати, как указал Oliver Nichelson в своей статье (редакция от 91-го года мне
нравится даже больше, чем от 93-го), тоже имеем великий прикол. Добавление в цепь генератора
внешней нагрузки не только не ослабляет его, а даже усиливает и заставляет, работая интенсивнее,
вырабатывать больше тока!!! Это вообще отпад.
Хе-хе, если действительно сделать такую штуковину, то её просто разорвёт от мегасуперскорости,
которую она достигнет, поэтому предлагаю не делать магнитный завес, а использовать обычные
подшипники. Более того, давайте снимать напряжение с обоих торцов (центра осей), как я и
предложил в своём усовершенствовании униполярного генератора Теслы, т.е. теперь мы можем
использовать получаемое напряжение в своих целях (произвольная внешняя нагрузка). Таким
образом скорость вращения нашего генератора не будет стремиться к бесконечности, а сила тока
к тому, чтобы спалить провод катушек 😉 . При достижении определённых оборотов генератор, наконец,
успокоится, и не будет набирать более быстрые обороты (из за трения качения в подшипниках и
контактах). Ну вот, — вроде, уговорили генератор не обгонять наш дремучий век слишком на много.
Общую мощность нашего генератора мы можем увеличить посредством установки на общую ось
дополнительных дисков с катушками. Ведь скользящих контактов не станет больше (соединяем
проводами непосредственно). Что ещё хорошо, так это очень низкая себестоимость такого
генератора. Всё, что нам нужно, так это несколько металлических (можно медных) дисков и
немного толстого провода (диаметр провода должен равняться толщине диска).
Позже, как предполагают, Тесла «забил» на механический сверх единичный генератор (так поступают
все изобретатели, когда добиваются полной реализации идеи) и, по видимому, придумал полностью
электростатический генератор, в котором ничего не крутится вообще. Если такое устройство
существовало, то со временем, я обязательно приду к подобной идее и изобрету повторно,
после Теслы, эту штуковину 😉 . До встречи.

* * *
Спустя 5 лет могу сделать уточнения по данным этой статьи. Не буду изобретать велосипед, а просто зацитирую правильные данные:
«Униполярный генератор (кольцевой однородный по окружности магнит и проводящий диск, ЭДС снимается с оси и края диска) имеет особенности:

— магнит вращается, диск стоит — ЭДС=0,

— диск вращается, магнит стоит — ЭДС=Е1,

— диск и магнит вместе вращаются — ЭДС=Е1,

— диск вращается, магнит вращается в любом направлении с любой скоростью — ЭДС=Е1.
Униполярный мотор той же конструкции (напряжение подается на ось и край диска):

— диск закреплен, магнит имеет возможность вращаться — при подаче напряжения на диск магнит стоит,

— магнит закреплен, диск может вращаться — при подаче напряжения на диск он (диск) вращается,

— диск закреплен на магните — при подаче напряжения на диск магнит с закрепленном на нем диске вращается (в своем поле!).
Два однородных магнита имеют возможность независимо вращаться вокруг одной оси. Начинаем вращать один магнит, другой стоит (магнитный подшипник). На любой магнит, помещенный рядом с вращающимся однородным магнитом ОКРУЖНЫЕ СИЛЫ НЕ ДЕЙСТВУЮТ!
Таким образом, перемещение (вращение) носителя ОДНОРОДНОГО магнитного поля не проявляется никак НИ В КАКОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ и не может быть обнаружено никакими приборами! Носитель движется — поле стоит!
Магнитное поле НЕ ПРИНАДЛЕЖИТ НОСИТЕЛЮ, не является «особой формой материи», а является искажением некой среды (эфира?). Получается, что для наведения ЭДС проводник должен двигаться относительно этой среды, а не относительно носителя поля. Эти эффекты должны проявляться в окрытом космосе, где среда не за экранирована. Такой эффект и был обнаружен в эксперименте на шаттле в программе «Electrodynamic tether» когда наведенные в 20-и километровом кабеле силы и ЭДС разорвали в клочья кабель и шаттл получил сильнейший разряд на корпус.
А большому сожалению физические основы электрического и магнитного поля неизвестны. Моделирование магнитного поля вихревым потоком идеальной жидкости (общепринятое в современной физике) — возмутительное и безграмотное (простительное, впрочем для 19-го века)! Соответственно, «житейские воззрения» по поводу электромагнетизма больших теоретиков и профессоров — Тамма и Ландау — описанные в их учебниках не стоят и сушеной мухи.»
Отмечу лишь самое важное: токоснимающий провод ОБЯЗАН быть подвижным относительно токогенерирующего диска, иначе работать не будет.
В виду этого необходимо дать коррекцию на описанные выше теоретические усовершенствования, то есть в обязательном порядке ток пропускать
через неподвижные проводники, закреплённые на корпусе устройства.

Е. И. Вараксина ,
ГГПИ им. В.Г.Короленко, г. Глазов, Удмуртская респ.;
Проф. В. В. Майер ,
, ГГПИ им. В.Г.Короленко, г. Глазов, Удмуртская Респ.

Учебные униполярные электродвигатели

Предлагаются учебные экспериментальные исследования униполярных электродвигателей. Подробно описаны конструкции приборов и технологии их изготовления. Внимание читателя обращается на богатейшую информацию о моделях униполярных двигателей в интернете. Статья написана так, что её можно непосредственно рекомендовать учащимся для изучения и последующего планирования исследовательского проекта. При необходимости учитель может давать школьникам отдельные задания, используя для их формулировки соответствующие фрагменты статьи.

В школе изучают коллекторный электродвигатель постоянного тока. Он состоит из неподвижного статора, вращающегося ротора и коллектора, обеспечивающего питание двигателя электрическим током. В качестве статора используют двухполюсный постоянный магнит или электромагнит. Ротор представляет собой электромагнит, ток на который подаётся через полукольца и щётки, образующие коллектор. Однако первый электродвигатель, созданный в 1821 г. великим Фарадеем, был униполярным: в нём использовался только один полюс магнита, коллектор вообще отсутствовал. Экспериментальным исследованиям униполярных электродвигателей и посвящена настоящая статья.

1. Униполярный электродвигатель

Рис. 1. Демонстрационный униполярный электродвигатель

Известно немало различных конструкций униполярных электродвигателей. Один из приборов, применявшихся для демонстрации принципа действия униполярного электродвигателя, изображён на рис. 1. В нём вокруг северного полюса постоянного магнита 1 вращается проволочная рамка 2 . Середина рамки соединена с остриём, которое погружено в чашечку со ртутью 3 , концы рамки опущены в кольцевой сосуд с ртутью 4 .

Электрический ток от правой клеммы проходит через центральную металлическую стойку, ртутный контакт 3 , ветви рамки 2 , кольцевой сосуд с ртутью 4 и боковую металлическую стойку к левой клемме. Воспользовавшись правилом левой руки, нетрудно сообразить, что для указанных на рисунке положения северного магнитного полюса и направления тока на рамку действует пара сил, заставляющая её вращаться в направлении, показанном стрелками.

2. Обсуждение конструкции униполярного двигателя

Рассмотренную модель униполярного двигателя в настоящее время нельзя использовать для воспроизведения в школе или дома. Дело не только в том, что она конструктивно сложна. Главная причина в том, что пары ртути ядовиты, поэтому применение ртути в учебных опытах неприемлемо.

Ртуть в описанных приборах выполняет две функции. Во-первых, обладая хорошей проводимостью, ртуть обеспечивает надёжный электрический контакт с небольшим электрическим сопротивлением между подвижными и неподвижными проводниками. Во-вторых, являясь при комнатной температуре жидкостью, создаёт сравнительно небольшое механическое сопротивление движущимся в ней проводникам.

Отсюда следует, что для создания пригодного для учебных опытов прибора нужно решить проблему хорошего контакта и малого сопротивления между движущимися проводниками.

Сразу приходит в голову идея использовать в кольцевом сосуде вместо ртути доступный электролит, например, водный раствор медного купороса. А как быть со ртутным контактом 3 ? Нужно, чтобы сила трения, возникающая при вращении рамки на острие, была мала, а контакт тем не менее был надёжным.

Нетрудно сообразить, что этим противоречивым требованиям может удовлетворить магнитный контакт, состоящий из постоянного стального магнита и примагниченного к его полюсу стального острия.

3. Учебная модель униполярного двигателя

Рис. 2. Основные элементы учебной модели униполярного двигателя

Для изготовления учебной модели униполярного двигателя придётся немного потрудиться. Все элементы, необходимые для сборки модели и выполнения экспериментального исследования, изображены на рис. 2.

Из медной проволоки диаметром около 1 мм согните П-образную рамку размером примерно 80 × 200 мм. Середину рамки и концы медной проволоки очистите от изоляции. От стального гвоздя диаметром 3–4 мм отрежьте кусок длиной 2–3 см и хорошо заострите один его конец. Получившийся стальной сердечник припаяйте к середине рамки из медной проволоки и подвесьте его к полюсу зажатого в штативной лапке стального полосового или подковообразного магнита. К другому полюсу магнита примагнитьте стальную шайбу с прикрученным к ней многожильным медным проводом в полихлорвиниловой изоляции. Толкните рамку, и вы увидите, как легко она колеблется и крутится на магнитном подвесе.

Подберите цилиндрический пластиковый сосуд диаметром примерно 110 мм и глубиной 40 мм. В центре дна сосуда сделайте круглое отверстие и посредством резинового колечка герметично закрепите в нём медный электрод диаметром 4–6 мм. Вместо медного можно использовать угольный электрод, в качестве которого подойдёт анод одного из элементов батареи карманного фонаря. С частью электрода, выступающей из дна сосуда вниз, соедините многожильный медный провод в изоляции. Сосуд установите на кольцевой керамический магнит диаметром 80 мм от старого динамика.

Статья подготовлена при поддержке салона свадебной и вечерней моды «моя Леди». Если Вы решили приобрести качественный и надежный костюм или платье, то оптимальным решением станет обратиться в салон «моя Леди». На сайте, расположенном по адресу www.salonmylady.ru, вы сможете, не отходя от экрана монитора, заказать офисные платья и костюмы по выгодной цене. Более подробную информацию о ценах и акциях действующих на данный момент вы сможете найти на сайте www.salonmylady.ru.

Рис. 3. Учебная модель униполярного двигателя в работе

Из пенопласта или другого материала малой плотности сделайте диск с отверстием в центре так, чтобы он мог свободно плавать на поверхности жидкости вокруг угольного электрода. Возьмите также две батарейки карманного фонаря на 4,5 В и соедините их последовательно. В стакане воды приготовьте насыщенный раствор медного купороса. Теперь всё готово для эксперимента.

В стоящий на магните пластиковый сосуд налейте раствор медного купороса. Над сосудом в магнитном держателе подвесьте проволочную рамку так, чтобы её оголенные концы погрузились в электролит. Провода, идущие от магнитного держателя и от угольного электрода, соедините с полюсами одной батарейки так, чтобы на прибор было подано напряжение 4,5 В. Если всё сделано правильно, вы увидите, что рамка начинает медленно вращаться вокруг своей оси!

Увеличьте напряжение – рамка начнёт крутиться значительно быстрее. Понятно, что если у вас под руками имеется источник, дающий большее напряжение, вы можете ещё увеличить скорость вращения ротора своего униполярного двигателя. Смените полярность напряжения – и рамка начнёт крутиться в противоположную сторону.

Посмотрите в сосуд с жидкостью: вы видите, что электролит также вращается, но в сторону, противоположную вращению рамки. Чтобы лучше продемонстрировать это явление, поместите на поверхность электролита плавающий диск: он будет крутиться в одну сторону, а рамка – в противоположную (рис. 3)!

4. Современные постоянные магниты

Успех построенной вами модели униполярного электродвигателя в значительной мере обеспечен мощным магнитным полем, создаваемым кольцевым керамическим магнитом. Основой этого магнита является феррит – керамический ферромагнитный материал, получивший широкое распространение около полувека назад.

Рис. 4. Внешний вид неодимовых магнитов

Однако за прошедшие после создания ферритовых магнитов десятилетия техника шагнула далеко вперёд. Современные неодимовые магниты, которые изготавливаются из сплава редкоземельного металла неодима c железом и бором (NdFeB), не идут ни в какое сравнение с керамическими. Они обладают огромной остаточной магнитной индукцией и весьма значительной коэрцитивной силой. Кроме того, поверхности этих магнитов покрыты защитным проводящим слоем. Сфера применения неодимовых магнитов настолько обширна, что легче указать те области, в которых эти магниты пока не используются.

Неодимовые магниты небольших размеров (рис. 4) вполне доступны по цене, и нет ничего проще, как приобрести их в интернет-магазине. Будем считать, что в вашем распоряжении имеется несколько неодимовых магнитов с продольной поляризацией в виде никелированных дисков или шайб диаметром 8–19 мм и толщиной 2–8 мм. На всякий случай напомним, что небольшие неодимовые магниты цилиндрической формы можно извлечь из вышедших из строя миниатюрных динамиков, телефонов и другой электронной техники.

5. Современные модели униполярного двигателя

Теперь приступим к созданию неодимового аналога двигателей, изображённых на рис. 1, 3.

Рис. 5. Униполярный двигатель с неодимовыми магнитами: а – верхний контакт отсутствует, т.к. на катоде элемента лежит изолирующая прокладка; б – прокладка убрана, двигатель работает

К положительному полюсу гальванического элемента 1 примагнитьте один или несколько неодимовых магнитов 2 (рис. 5, a ). Из медной проволоки диаметром около 1 мм согните рамку 3 , форма которой понятна из фотографии. Очистите от изоляции середину и концы рамки. Установите середину рамки на отрицательный полюс элемента так, чтобы её концы слегка касались боковой поверхности магнита. Как только вам удастся уравновесить рамку и обеспечить такой электрический контакт, что по ней пойдёт ток, рамка начнёт вращаться вокруг оси гальванического элемента (рис. 5, б )!

Чтобы вращение было заметно издали, к рамке можно приклеить полоски разноцветной изоленты.

6. Впечатляющая демонстрация униполярного двигателя

Размышляя об униполярном двигателе, мы пришли к выводу, что было бы интересно разработать такую конструкцию, которая обеспечивает вращение массивного ротора. Но такой ротор нужно ещё сделать. А что, если вместо металлического ротора использовать массивные гальванические элементы?

Рис. 6. Демонстрационный униполярный двигатель с массивным ротором

На рис. 6, а показано, к чему привели мысли о мощном униполярном двигателе. Демонстрационную модель униполярного двигателя соберите так. В муфте универсального штатива горизонтально закрепите стальной никелированный стержень 1 и к нему через стальной шарик 2 диаметром 8 мм от подшипника подвесьте неодимовый магнит 3 диаметром 10 мм и толщиной 2 мм. К магниту присоедините анод гальванического элемента 4 на 1,5 В. К первому гальваническому элементу посредством такого же неодимового магнита 5 присоедините второй элемент 6 так, чтобы оба элемента были включены последовательно. На катод второго элемента навесьте 2–3 неодимовых магнита 7 диаметром 19 мм и толщиной 6 мм. С помощью стальной шайбы на магнитах закрепите изогнутую из толстой бумаги П-образную полоску 8 , служащую индикатором вращения. На стержне 1 изолентой закрепите оголённый конец многожильного провода 9 в полихлорвиниловой изоляции, скрученного в спираль для придания ему упругих свойств.

Второй оголённый конец многожильного провода приведите в соприкосновение с боковой поверхностью неодимовых магнитов, висящих на последнем элементе. При этом батарея из последовательно соединённых элементов приходит в быстрое вращение вокруг своей оси (рис. 6, б )!

На зрителей опыт производит сильное впечатление, поскольку, на первый взгляд, отсутствует причина, заставляющая массивную батарею вращаться столь энергично. Вместо двух элементов в опыте можно использовать один, три или четыре последовательно соединённых неодимовыми магнитами гальванических элементов.

В заключение заметим, что нет физических явлений, которые не нашли бы практического применения. Из самых общих соображений вам должно быть ясно, что униполярный электродвигатель может служить и электрогенератором. В производствах, для которых нужны токи силой в сотни тысяч и даже миллионы ампер используют униполярные генераторы, подобные тем машинам, с которыми вы имели дело. Но подробности в следующий раз.

7. Для самостоятельного исследования

1. Магниты и магнитное поле. Какие бывают магниты и как их изготавливают? Что такое остаточная магнитная индукция? Что понимают под коэрцитивной силой? Чему равна магнитная энергия? Ответы на эти и многие другие вопросы вы найдёте на сайте www.valtar.ru/ , где очень интересно и вполне доступно рассказано о современных магнитах и магнитном поле.

2. Неодимовые магниты. Узнать, какие неодимовые магниты имеются в продаже, вы сможете на сайте www.magnitos.ru.

3. Униполярные двигатели. На сайте www.youtube.com/results?search_query=homopolar+motor&search=Search имеется видеоинформация о многочисленных моделях униполярного двигателя, построенных зарубежными учёными-физиками и любителями физики. С этими моделями полезно познакомиться, если вы хотите придумать что-нибудь новенькое.

4. Направления вращения элементов униполярного двигателя. Пользуясь правилом левой руки, определите направления силы Лоренца, действующей на положительные и отрицательные ионы электролита, рис. 3. Определите направление силы Лоренца, действующей на электроны, перемещающиеся в проволочной рамке. Сопоставьте полученные выводы с результатами эксперимента.

5. Сила Ампера. Допустим, что остаточная магнитная индукция вашего неодимового магнита 1,2 Тл, его диаметр 19 мм, сила тока, проходящего по поверхности магнита, 1 А. Оцените модуль силы, приводящей во вращение ротор униполярного двигателя, рис. 6.

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к электротехнике, в частности к униполярным двигателям высокого напряжения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известны униполярные двигатели (генераторы)

Недостатком таких двигателей является то, что они работают при низких напряжениях (4 20 В)постоянного тока, вследствие чего для получения значительной мощности необходим большой ток. В связи с этим эти двигатели почти не используют.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является униполярный двигатель высокого напряжения Особенностью этого двигателя является то, что ротор выполнен в виде диска, его обмотка в виде радиально расположенных, последовательно соединенных проводников, находящихся в секторовидных участках с сильным и слабым магнитным полем, направление тока в которых (от оси ротора или в ней) обеспечивается коллектором, расположенным вблизи оси ротора. Подвод постоянного тока к коллектору обеспечивается контактными щетками, число которых равно числу секторовидных участков с сильным магнитным полем.

Главным недостатком этого двигателя-прототипа является сложность обмотки ротора, которая должна быть выполнена подобно тому, как она изготавливается в традиционных многополюсных машинах постоянного тока. В мощных двигателях эта обмотка очень трудоемка и нередко изготавливается вручную вследствие своей сложности.

Предлагаемый в вариант изготовления обмотки ротора в виде печатной схемы при сохранении конструктивной сложности упрощает изготовление обмотки, однако, делает двигатель маломощным, что является дополнительным недостатком.

Второй дополнительный недостаток двигателя-прототипа сложная конструкция коллектора, обусловленная сложностью обмотки ротора, изготавливаемого подобно коллекторам в традиционных многополюсных машинах постоянного тока.

Третьим дополнительным недостатком двигателя-прототипа является сложная конфигурация магнитного сердечника обмотки возбуждения, формирующего секторовидные участки с сильным и слабым магнитным полем.

Цель изобретения упрощение конструкции униполярного двигателя высокого напряжения (и устранение перечисленных недостатков) путем упрощения обмотки ротора, конструкции коллектора, конфигурации сердечника обмотки возбуждения и уменьшение числа контактных щеток до двух. Это обеспечивает создание униполярных двигателей высокого напряжения с упрощенной конструкцией, как большой так и малой мощности.

Это достигается тем, что униполярный двигатель (генератор) высокого напряжения, содержащий систему возбуждения статора с одинаковыми секторовидными участками сильного и слабого магнитных полей, установленный на валу двигателя дисковый ротор с обмоткой из радиальных проводников, соединенных последовательно, начало и конец обмотки соединены с коллектором и токоподводящими к нему щетками, отличается тем, что обмотка ротора выполнена таким образом, что проводники с противоположным направлением тока расположены соответственно в сильном и слабом магнитных полях системы возбуждения статора, а коллектор выполнен в виде двух групп пластин, расположенных по кругу, причем, число пластин в каждой группе равно удвоенному числу участков с сильным магнитным полем, пластины в каждой группу электрически соединены друг с другом и с одним из концов обмотки ротора, а расстояние между пластинами на 5 10% больше поперечного размера каждой из двух токоподводящих щеток, что необходимо, чтобы избежать короткого замыкания через щетки в момент переключения на коллекторе.

Униполярный двигатель (генератор) отличается тем, что система возбуждения статора выполнена в виде тороидальной обмотки и цилиндрических сердечников с секторовидными выступами, установленных с двух сторон ротора выступ к выступу.

Сущность изобретения состоит в том, что радиально расположенные и последовательно соединенные проводники, образующие обмотку дискового ротора, находятся в неоднородном магнитном поле в виде секторовидных участков с сильным и слабым магнитными полями. При этом обмотка может быть выполнена из одинаковых секторовидных катушек, токоподвод к коллектору осуществляется с помощью всего двух контактных щеток, а неоднородное магнитное поле создается двумя ферромагнитными сердечниками с секторовидными выступами.

Такой двигатель по конструкции проще двигателя-прототипа и по рабочим характеристикам близок к традиционным многополюсным машинам постоянного тока, но значительно проще их по конструкции.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого двигателя в продольном разрезе; на фиг. 2а принципиальная схема обмотки дискового ротора; на фиг. 2б схема конструкции коллектора; на фиг. 3 конструкция одного из двух ферромагнитных сердечников, создающих неоднородное магнитное поле в виде секторовидных областей с сильным и слабым полем.

Предлагаемое устройство (фиг. 1 3) содержит статор 1, тороидальную обмотку 2 возбуждения статора, два ферромагнитных сердечника 3 с секторовидными выступами фиг.3), ротор 4, обмотку 5 ротора, секторовидные области 6 слабого магнитного поля (фиг. 2), секторовидные области 7 7 7 сильного магнитного поля, коллектор 8, пластины 9 коллектора, контактные графитовые щетки 10, ось 11 ротора (вал двигателя).

Хорошо известно, что в соответствии с законом Ампера, сила, действующая на проводник с током в магнитном поле предлагаемого двигателя описывается уравнением (система СИ)

f IBl, (1) где I сила тока; l длина проводника, магнитная индукция.

Действие предлагаемого двигателя (генератора) основано на зависимости от .

Конструкция статора двигателя представлена на фиг. 1. Статор имеет общепринятый для униполярных двигателей вид. Это соленоид 2 в виде тороидальной катушки, на оси которой расположена ось двигателя 11. Внутри соленоида расположены два ферромагнитных сердечника 3. Как указано выше, принципиальная особенность конструкции статора состоит в том, что обмотка возбуждения должна создавать неоднородное магнитное поле, состоящее из секторовидных участков, где магнитная индукция имеет большую величину, и подобных же участков, где она в несколько раз меньше. Форма и расположение этих областей показаны на фиг.2а. Области с малым значением заштрихованы.

Для повышения мощности несколько описанных двигателей можно соединить общим валом с таким расчетом, чтобы переключения на коллекторах двигателей происходили в разные моменты времени, что обеспечит более равномерное вращение.

Предлагаемый двигатель имеет два основных преимущества по сравнению с ранее известными двигателями постоянного тока.

По сравнению со всеми ранее известными униполярными двигателями предлагаемый двигатель может работать при значительно более высоких напряжениях, и при этом двигатель будет иметь больший коэффициент полезного действия вследствие меньших потерь мощности на щетках, вследствие их меньшего количества. Двиатель будет иметь также очень широкий диапазон скоростей вращения. Изменение скорости вращения осуществляется так же, как в традиционных двигателях постоянного тока, а именно изменением величины в области с сильным магнитным полем посредством вариации тока в обмотке 2 возбуждения (фиг. 1). За счет большого значения N двигатель может быть низкооборотным, что дает возможность использовать двигатель без механического редуктора.

По сравнению с ранее известными коллекторными двигателями постоянного тока большим достоинством предлагаемого двигателя является простота обмоток возбуждения и ротора. Обмотка возбуждения состоит всего из одной тороидальной катушки. Обмотка ротора может состоять из 4 8 одинаковых секторовидных катушек. Проволока на эти катушки может наматываться на очень простых устройствах (например, на токарном станке), поэтому изготовление наиболее трудоемкой части двигателя постоянного тока (обмотки, которую часто делают вручную) значительно упрощается.

Очень важным дополнительным достоинством предлагаемого двигателя является очень простая конструкция коллектора.

Предлагаемый двигатель большой мощности может быть использован для привода на электрическом транспорте (трамваях, троллейбусах, электровозах, электромобилях, дизель-электроходах). Двигатель может быть применен для привода разнообразных маломощных устройств: магнитофонов, холодильников, стиральных машин и т. п.

Экономический эффект от использования предлагаемого двигателя будет значительным, но количественного его в настоящее время оценить трудно.

Формула изобретения

1. Униполярный двигатель (генератор) высокого напряжения, содержащий систему возбуждения статора с одинаковыми секторовидными участками сильного и слабого магнитных полей, установленный на валу дисковый ротор с обмоткой из радиальных проводников, соединенных последовательно, начало и конец обмотки соединены с коллектором и токоподводящими к нему щетками, отличающийся тем, что обмотка выполнена таким образом, что проводники с противоположным направлением тока расположены соответственно в сильном и слабом магнитных полях системы возбуждения статора, а коллектор выполнен в виде двух групп пластин, расположенных по кругу, причем число пластин в каждой группе равно удвоенному числу участков с сильным магнитным полем, пластины в каждой группе электрически соединены друг с другом и с одним из концов обмотки ротора, а расстояние между пластинами на 5 10% больше поперечного размера каждой из двух токоподводящих щеток.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система возбуждения статора выполнена в виде тороидальной обмотки и цилиндрических ферромагнитных сердечников с секторовидными выступами, установленных с двух сторон ротора выступ к выступу.

Имя изобретателя:
Имя патентообладателя: Цивинский Станислав Викторович
Дата начала отсчета действия патента: 1993.11.23

Магнитные двигатели (двигатели на постоянных магнитах) являются наиболее вероятной моделью «вечного двигателя». Еще в давние времена была высказана эта идея, но так никто его не создал. Многие устройства дают ученым возможность приблизиться к изобретению такого двигателя. Конструкции подобных устройств еще не доведены до практического результата. С этими устройствами связано много различных мифов.

Магнитные двигатели не расходуют энергию, являются агрегатом необычного типа. Силой, двигающей мотор, является свойство магнитных элементов. Электродвигатели также применяют магнитные свойства ферромагнетиков, но магниты приводятся в движение электрическим током. А это является противоречием основному принципиальному действию вечного двигателя. В двигателе на магнитах используется магнитное влияние на объекты. Под действием этих объектов начинается движение. Небольшими моделями таких двигателей стали аксессуары в офисах. На них двигаются постоянно шарики, плоскости. Но там для работы применены батарейки.

Ученый Тесла занимался серьезно проблемой образования магнитного двигателя. Его модель была выполнена из катушки, турбины, проводов для соединения объектов. В обмотку закладывался маленький магнит, захватывающий два витка катушки. Турбине давали небольшой толчок, раскручивали ее. Она начинала движение с большой скоростью. Такое движение называлось вечным. Двигатель Тесла на магнитах стал идеальной моделью вечного двигателя. Его недостатком стала необходимость начального задания скорости турбине.

По закону сохранения электропривод не может содержать более 100% КПД, энергия частично тратится на трение в двигателе. Такой вопрос должен решать магнитный двигатель, у которого постоянные магниты (роторный тип, линейный, униполярный). В нем осуществление механического движения элементов идет от взаимодействия магнитных сил.

Принцип работы

Многие инновационные магнитные двигатели применяют работу трансформации тока во вращение ротора, являющееся механическим движением. Вместе с ротором вращается вал привода. Это дает возможность утверждать, что всякий расчет не даст результата КПД равного 100%. Агрегат не получается автономным, он имеет зависимость. Такой же процесс можно увидеть в генераторе. В нем крутящий момент, который образуется от энергии движения, создает выработку электроэнергии на пластинах коллектора.

1 — Линия раздела магнитных силовых линий, замыкающихся через отверстие и внешнюю кромку кольцевого магнита
2 — Катящийся ротор (Шарик от подшипника)
3 — Немагнитное основание (Статор)
4 — Кольцевой постоянный магнит от громкоговорителя (Динамика)
5 — Плоские постоянные магниты (Защелки)
6 — Немагнитный корпус

Магнитные двигатели применяют другой подход. Необходимость в дополнительных источниках питания сводится к минимуму. Принцип работы легко объяснить «беличьим колесом». Для производства демонстративной модели не нужны специальные чертежи или прочностной расчет. Нужно взять постоянный магнит, чтобы его полюса находились на обеих плоскостях. Магнит будет главной конструкцией. К ней добавляется два барьера в виде колец (внешний и внутренний) из немагнитных материалов. Между кольцами располагают стальной шарик. В магнитном двигателе он станет ротором. Силами магнита шарик притянется к диску противоположным полюсом. Этот полюс не будет менять свое положение при движении.

Статор включает в себя пластину, изготовленную из экранируемого материала. На нее по траектории кольца закрепляют постоянные магниты. Полюса магнитов находятся перпендикулярно в виде диска и ротора. В итоге, при приближении статора к ротору на некоторое расстояние, появляется отталкивание и притяжение в магнитах поочередно. Оно создает момент, переходит во вращательное движение шарика по траектории кольца. Запуск и торможение осуществляется движением статора с магнитами. Такой метод магнитного двигателя действует, пока магнитные свойства магнитов будут сохраняться. Расчет делается относительно статора, шариков, управляющей цепи.

На таком же принципе работают действующие магнитные двигатели. Самыми известными стали магнитные двигатели на тяге магнитов Тесла, Лазарева, Перендева, Джонсона, Минато. Так же известны двигатели на постоянных магнитах: цилиндровые, роторные, линейные, униполярные и т.д. У каждого двигателя своя технология изготовления, основанная на магнитных полях, образующихся вокруг магнитов. Вечных двигателей не бывает, так как постоянные магниты утрачивают свои свойства через несколько сотен лет.

Магнитный двигатель Тесла

Ученый исследователь Тесла стал одним из первых, кто изучал вопросы вечного двигателя. В науке его изобретение называется униполярным генератором. Сначала расчет такого устройства сделал Фарадей. Его образец не произвел стабильности работы и должного эффекта, не достиг необходимой цели, хотя принцип действия был сходным. Название «униполярный» дает понять, что по схеме модели проводник находится в цепи полюсов магнита.

По схеме, обнаруженной в патенте, видна конструкция из 2-х валов. На них помещены 2 пары магнитов. Они образуют отрицательное и положительное поля. Между магнитами находятся униполярные диски с бортами, которые применяются как образующие проводники. Два диска друг с другом имеют связь тонкой лентой из металла. Лента может использоваться для вращения диска.

Двигатель Минато

Этот тип двигателя также использует магнетическую энергию для самостоятельного движения и самовозбуждения. Образец двигателя разработан японским изобретателем Минато более 30 лет назад. Двигатель обладает высокой эффективностью, характеризуется бесшумной работой. Минато утверждал, что магнитный самовращающийся двигатель такого исполнения выдает КПД более 300%.

Ротор изготовлен в форме колеса или дискового элемента. На нем находятся магниты, расположенные под определенным углом. Во время приближения статора с мощным магнитом создается момент вращения, диск Минато вращается, применяет отторжение и сближение полюсов. Скорость вращения и крутящий момент мотора зависит от расстояния между ротором и статором. Напряжение мотора подается по цепи реле прерывателя.

Для предохранения от биения и импульсных движений при вращении диска применяют стабилизаторы, оптимизируют расход энергии управляющего электрического магнита. Негативной стороной можно назвать то, что нет данных по свойствам нагрузки, тяге, которые применяются реле управления. Также периодически необходимо производить намагничивание. Об этом Минато в своих расчетах не упоминал.

Двигатель Лазарева

Русский разработчик Лазарев сконструировал действующую простую модель двигателя, применяющего магнитную тягу. Роторный кольцар включает в себя резервуар с пористой перегородкой на две части. Эти половины между собой сообщаются трубкой. По этой трубке поступает поток жидкости из нижней камеры в верхнюю. Поры создают перетекание вниз за счет гравитации.

При расположении колеса с расположенными на лопастях магнитами под напором жидкости возникает постоянное магнитное поле, двигатель вращается. Схема двигателя Лазарева роторного типа применяется при разработке простых устройств с самовращением.

Двигатель Джонсона

Джонсон в своем изобретении применял энергию, которая генерируется потоком электронов. Эти электроны находятся в магнитах, образуют цепь питания двигателя. Статор двигателя соединяет в себе множество магнитов. Они располагаются в виде дорожки. Движение магнитов и их расположение зависит от конструкции агрегата Джонсона. Компоновка может быть роторной или линейной.

1 — Магниты якоря
2 — Форма якоря
3 — Полюса магнитов статора
4 — Кольцевая канавка
5 — Статор
6 — Резьбовое отверстие
7 — Вал
8 — Кольцевая втулка
9 — Основание

Магниты прикрепляются к особой пластине, обладающей большой магнитной проницаемостью. Одинаковые полюса магнитов статора поворачиваются в сторону ротора. Этот поворот создает отторжение и притяжение полюсов по очереди. Совместно с ними смещаются элементы ротора и статора между собой.

Джонсон организовал расчет воздушного промежутка между ротором и статором. Он дает возможность коррекции усилия и магнитной совокупности взаимодействия в направлении увеличения или снижения.

Магнитный двигатель Перендева

Двигатель самовращающейся модели Перендева так же является примером применения работы магнитных сил. Создатель этого мотора Брэди оформил патент и создал фирму еще до начала уголовного дела на него, организовал работу на поточной основе.

При анализе принципа работы, схемы, чертежей в патенте можно понять, что статор и ротор выполнены в форме внешнего кольца и диска. На них по траектории кольца располагают магниты. При этом соблюдают угол, определенный по центральной оси. Из-за взаимного действия поля магнитов образуется момент вращения, осуществляется их перемещение друг относительно друга. Цепь магнитов рассчитывается путем выяснения угла расхождения.

Синхронные магнитные двигатели

Главным видом электрических двигателей является синхронный вид. У него обороты вращения ротора и статора одинаковые. У простого электромагнитного двигателя эти две части имеют в составе обмотки на пластинах. Если изменить конструкцию якоря, вместо обмотки установить постоянные магниты, то получится оригинальная эффективная рабочая модель двигателя синхронного типа.

1 — Стержневая обмотка
2 — Секции сердечника ротора
3 — Опора подшипника
4 — Магниты
5 — Стальная пластина
6 — Ступица ротора
7 — Сердечник статора

Статор сделан по привычной конструкции магнитопровода из катушек и пластин. В них образуется магнитное поле вращения от электрического тока. Ротор образует постоянное поле, взаимодействующее с предыдущим, и образует момент вращения.

Нельзя забывать о том, что относительное нахождение якоря и статора имею возможность изменяться в зависимости от схемы двигателя. Например, якорь может быть сделан в форме наружной оболочки. Для запуска двигателя от сети питания применяется схема из магнитного пускателя и реле тепловой защиты.