РОЗДІЛ 21. Використання енергії постійних магнітів

У зоні полюсів магнітів статора встановлені контакти, підключені до джерела струму. Магнітні елементи ротора виконані у вигляді пари тягових валиків, оснащених індукційними котушками й здвоєними контактами. Контакти ротора підключені до котушок валиків і розташовані на кінцях осі з можливістю періодичної взаємодії з контактами статора.

Обладнання двигуна показано на Рис. 21.8. На цьому Рис.: 1 - вал; 2 - поперечна вісь; 3 - тягові валики; 4 - індуктивні котушки; 5 - здвоєні контакти; 6 - акумулятор; 7 – пускова кнопка; 8 - колекторні контакти; 9 - магніти; 10 - кільцевий статор. Як видно з наведеного малюнка, двигун містить кільцевий статор, виконаний у вигляді пластини з діамагнітного матеріалу із закріпленими на ній із двох сторін постійними магнітами. Через отвір статора проходить ротор, що складається з вала для відбору потужності. Також є, принаймні одна поперечна вісь, на кінцях якої, з можливістю кочення по магнітах статора, установлене по два тягові валики. На Рис. 21.8. показаний ротор із двома поперечними осями, розташованими перпендикулярно один одному по різні сторони статора, і двома парами валиків. У зоні полюсів магнітів статора встановлені колектори- контакти, підключені до джерела струму. Тягові валики мають індукційні котушки, підключені до здвоєних контактів. Принцип роботи цього двигуна показано на Рис. 21.9. Для запуску двигуна через пускову кнопку подається електроенергія на котушки тягових валиків. При цьому валики намагнічуються таким чином, що на їх кінцях утворюються полюси, однойменні полюсам магнітів статора.

Рис. 21.8. Пристрій двигуна Состіна

Однойменні полюси відштовхуються, у той же час інша пара валиків, перебуваючи під впливом протилежного полюса магніту потоку, притягається до полюсів магнітів статора. У результаті валики котяться по магнітах, а вал починає обертатися. При обертанні вала, пов'язані з ним контакти періодично взаємодіють зі стаціонарними контактами. При цьому, короткочасної взаємодії контактів виявляється досить для зміни знаків магнітних полюсів, тому що в той час, коли контакти розімкнуті, ротор продовжує обертатися по інерції й без зупинки. Крутний момент вала за допомогою проміжних вузлів використовується для привода різних машин і механізмів: електрогенераторів, транспортних засобів, верстатів і т.д. Недоліками цього двигуна, на думку деяких експертів, є: складна конструкція й значні габарити. Цілком ясно, що відомі й пропоновані конструкції магнітних двигунів - генераторів і їх енергетика, не дивлячись на наявність патентів, поки ще недосконалі. Більш того в літературі практично відсутні дані про ККД описаних конструкцій. Однак, слід зазначити, що при оцінці перспективності пристроїв на постійних магнітах, неприпустимо вважати, що магнітна енергія с “дармова” - її собівартість вимагає такого ж обліку витрат, як і для будь-яких інших енергоустановок на поновлюваних джерелах енергії. Ефективність описаних вище двигунів залежить від типу використовуваних магнітів. Новітнім додаванням до раніше відомих феритовим (керамічним) і алюмінієво• нікель-кобальтовим (типу “Алніко”) магнітним матеріалам є спечені з рідкісноземельних елементів – самарій-кобальтові (Smco) і неодимові (Ndfeb) магніти. У них досягається рівень магнітної енергії до 45-50 (у мега гаусс ерстедах). Говорячи про використання постійних магнітів і про енергію магнітного поля, слід зазначити технологію магнітного охолодження. Роботи, присвячені магнітному охолодженню, ведуться в багатьох лабораторіях і університетах Європи, США, Канади, Китаю й Росії. Технологія магнітного охолодження заснована на здатності будь-якого магнітного матеріалу

Рис. 21.9. Принцип роботи двигуна Состіна

змінювати свою температуру під впливом магнітного поля, як це відбувається при стиску або розширенні газу або пари в традиційних холодильниках. Така зміна температури (або ентропії) магнітного матеріалу при зміні напруженості магнітного поля, у якому він перебуває, називається магнітокалорічним ефектом. Зміна температури магнітного матеріалу відбувається в результаті перерозподілу внутрішньої енергії магнітної речовини між системою магнітних моментів його атомів і кристалічними гратами. Максимальної величини магнітокалорічний ефект спостерігається в магнітовпорядкованих матеріалах, таких як феромагнетики, антиферомагнетики й т.п., при температурах магнітних фазових переходів - температурах магнітного впорядкування. Головна перевага пристроїв для магнітного охолодження пов'язана з високою щільністю матеріалу - твердого тіла - у порівнянні із щільністю пари або газу. Зміна ентропії на одиниці об'єму у твердих магнітних матеріалах в 7 раз вище, чим у газі. Це дозволяє робити значно більш компактні холодильники, використовуючи в якості робочого тіла магнітний матеріал. Саме магнітне робоче тіло служить аналогом холодоагентів, використовуваних у традиційних парогазових холодильних установках, а процес розмагнічування намагнічування - аналогом циклів стиску - розширення. Робочий прототип пропонованого побутового магнітного холодильника діє в області кімнатних температур і використовує в якості джерела поля постійний магніт. У цьому прототипі магнітного холодильника використовується обертова колісна конструкція. Вона складається з колеса, що містить сегменти з порошком гадолінія, а також потужного постійного магніту. На Рис. 21.10. показана сильно спрощена конструкція магнітного холодильника. На цьому Рис.: 1 - постійний магніт; 2 - магнітопровід; 3 - гарячий теплообмінник; 4 - холодний теплообмінник; 5 - колесо з магнітним порошком; 6 - вісь обертання.

Конструкція спроектована таким чином, що колесо обертається через робочий зазор магніту, у якому створена найбільша концентрація магнітного поля. При входженні сегмента з гадолінієм у магнітне поле в гадолінії виникає магнітокалорічний ефект – він нагрівається. Це тепло приділяється теплообмінником, охолоджуваним водою. Коли гадоліній виходить із зони магнітного поля, виникає магнітокалорічний ефект протилежного знака й матеріал додатково прохолоджується, прохолоджуючи теплообмінник із циркулюючим у ньому другим потоком води. Цей потік властиво й використовується для охолодження холодильної камери магнітного холодильника. Такий пристрій є компактним і працює фактично безшумно й без вібрацій, що вигідно відрізняє його від холодильників, що використовуються сьогодні, з парогазовим циклом.

Рис. 21.10. Спрощена конструкція магнітного холодильника.