Недавно попалась на глаза статья об униполярных машинах Фарадея. Написал короткие комментарии. По совету и с участием канала "Научный Румяный критик" и канала "Андрей Юрьевич Болдин 1965" - подготовили данную статью. Разной информации о таких машинах много. В этой статье, возможно, мало нового. Но кому-то может быть интересно и полезно.
Ниже рассмотрены особенности Униполярных двигателей и генераторов.
Способы повышения эффективности Униполярного двигателя Фарадея.
Надо сделать силу Ампера «чистой» (по геометрии и магн.полям) и максимальной при заданном токе.
На рис1 показано, что плохо использовать один или несколько таблеточных магнитов. От главного тока1 вращение по часовой стрелке. При другом положении токов2, и при обратном магн.потоке – будет снижение вращающего момента.
Переходим к непрерывному по окружности (кольцевому) магниту, см. рис2. Плохо использовать магнит с большим отверстием. Радиальный ток над магнитом крутит диск вверх1 плоскости чертежа. Этот же ток над дыркой давит вглубь2, ослабляя момент.
Возьмём основной сплошной дисковый магнит (возможно, с малым отверстием под ось ротора) – рис3. Главный радиальный ток1 в роторе создаёт моментМ1 вверх рисунка. Возможный участок тока4 по валу - не влияет. Но нельзя закреплять на роторе участки цепи 2, 3, или 5. Даже при попытке разогнать ротор, они полностью зануляют суммарный момент. Кстати, в такой цепи не появится напряжение в униполярном генераторе.
Участок тока2 и участок тока3 должны быть неподвижными, см. пунктирную цепь на рис4. Подача тока на ось – не проблема. Трудности в съёме тока на краю диска ротора. Любые щётки дают большое трение и быстро изнашиваются. Чтобы не усложнять с контактами через жидкость, предлагается использовать ролики качения. Ролики на «спицах» ротора – упираются и катятся по неподвижной металлической кольцевой дорожке. Все детали токопроводящие, и из разным металлов (возможно, закалённых) для снижения трения, т.к. смазка исключена.
Отдельный важный вопрос формы ротора «в плане» (см. рис5). Обычно делают простой сплошной диск. Тогда ток от оси до спицы ролика будет идти не только точно по радиусу, но и (пусть менее интенсивный) по пунктирным дугам на рис5. Ниже в статье будет предположение, что такая «размытость» тока снижает силу Ампера по сравнению с узкой токопроводящей рейкой. Рейки могут быть закреплены на диэлектрическом диске, или в виде явных спиц с роликами на концах. На рис6 показана оптимальная разводка цепи постоянного тока.
Важное замечание. При росте оборотов ротора, на электроны в спицах начнёт действовать сила Лоренца. От неё противоЭДС будет снижать эффективное питающее напряжение батареи. На максимальный оборотах ротора (без полезной механической работы) – эффект.напряжение и ток двигателя будут минимальными, обеспечивающими просто баланс с силами сопротивления вращению.
____________________________________________________
В заключение, не только технический, но и научный вопрос.
Начнём издалека. Первый пример. Есть длинный прямой «рельс» постоянного магнита с вертикальным магн.потоком внутри. Над магнитом горизонтально и поперёк - кусок тонкого провода с током (типа рельсотрона). Его собственное магн.поле искажено полем рельса (которое одинаковое вертиальное слева и справа до самых концов длинного рельса), что создаёт силу Ампера. Одинаковость поля рельса не обнуляет силу Ампера перемещения провода вдоль рельса.
Не столь очевидный второй пример. Пусть ток течёт по горизонтальной широченной ленте - вдоль её длины, которая ещё больше - для равномерности постоянного тока в срединном сечении ленты. В нём магн.поле вероятно будет таким (длина ленты вглубь чертежа):
..________________________>________________________
(…..+++++++++++++++++++++++++++…..)…..........Рис.7.
..________________________<________________________
…………...........…………………N
………...............…………………S
Под лентой вдоль её ширины может перемещаться влево-вправо маленький пальчиковый магнит. Можно предположить, что из-за симметричности Горизонтального поля тока – магнит даже не захочет двигаться влево-вправо. Но возможно, будет вертикальная сила к/от ленты (которая нам не интересна и ограничена направляющими у магнита).
А что произойдёт, если и магнит под лентой будет такой же широкой (до бесконечности) и длинной пластиной? Или, как для нас актуально: ленту проводника и пластину магнита – развернём как веер и замкнём концы. Магнит приобретёт форму обычного дискового магнита. Проводник тоже станет плоским диском над магнитом. Но особенность в том, что теперь токи в диске будут по радиусам сходиться в центр с абсолютной равномерностью вдоль любой окружности диска. Магн.поле наверно будет в виде горизонтальных концентрических окружностей: например по часовой стрелке «над» и против стрелки «под» проводником.
Полная окружная симметрия диска проводника, совместно с симметричностью нижерасположенного дискового магнита – возможно, приведут к тому что даже при наличии сходящихся токов – не появится сила Ампера, и не будет вращающего момента на роторе (или момент будет минимальным). Окончательные ответы даст прямой эксперимент. Для его чистоты придётся делать электрический контакт по краю диска – не дискретным, а именно через токопроводящую жидкость.
Для чего всё это нужно? Если для униполярного двигателя – бессмыслица - снижать крутящий момент при токе. То для униполярного генератора – дело оборачивается совсем другой стороной. В типичном генераторе при вращении – выходной радиусный ток (его магн.поле) силой Ампера тормозят ротор. Поэтому при работе с током к Потребителю – приходится увеличивать мощность приводного двигателя генератора, по сравнению с «холостым ходом» генератора без выходного тока.
Если же описанный принцип уменьшения силы Ампера подтвердится, то даже при токе нагрузки, торможение ротора генератора будет лишь немного больше минимального. Приводному двигателю «будет одинаково» - мало потреблять энергии без тока генератора, или чуть больше при максимальном выходном токе. Если приводной двигатель электрический с высоким КПД, то будет идеально объективным общий КПД с униполярным генератором. И этот общий КПД может оказаться заметно больше 100%.
А тогда это – Вечный двигатель первого рода.