Мой прототип генератора Серла


Автор:  Sunktor (12.02.2013)


Предлагаю первый вариант генератора, который мог построить Серл .
Действительно ли у меня такое устройство как в оригинальном генераторе Серла, или это только моя идея, пока не известно.
На мой взгляд данная модель имеет право на существование.
На данную конструкцию меня натолкнули высказывания Джона Серла в его статье "Магнитная база 1946г."

Поскольку сборная модель генератора вероятно оказалась не понятной.
Я привожу теорию этого эффекта поэтапно, что бы те, кто плохо представляет что происходит в магнитных системах, мог постепенно вникнуть в суть вопроса.
Надеюсь у вас достаточно развито пространственное воображение, что бы представить все на плоских рисунках....

p.s.  На данный момент (август 2013), изучив собранные данные, я полагаю, что данная идея генератора очевидно к Джону Серлу отношения не имеет.
Лучшая теория генератора пока предложена только Полом Брауном, поэтому рекомендуется для изучения.
В этой статье я ввожу понятие магнито-изолятор (диамегнетик) по аналогии с электро-изолятором (или диэлектриком).
Понятия парамагнетик и диамагнетик будут путать вас во время этого рассказа, поэтому название магнито-изолятор и магнитопровод будет весьма к стати.
Прошу не путать с магнитным экраном.
В отличие от магнитного экрана, который является по сути магнитопроводом и просто сдвигает магнитные линии в нужную нам сторону, магнито-изолятор наоборот не оказывает влияния на магнитные линии.
Это может вызывать некоторое замешательство, так как он по сути не влияет на магнитные линии и никак их не изолирует, вроде-бы, но на самом деле это не так.
Проблема в том, что мы думаем, если основная среда (например воздух) так же плохо проводит магнитные поля как и указанный изолятор, то он ничего не изолирует.
Это и так и нет, магнитная проницаемость всех материалов колеблется и имеет конкретные значения, но это только говорит о качествах материалов по прониканию магнитного поля.
Когда мы говорим, что для электричества воздух является изолятором, то это воспринимается нормально, и когда что-то изолирует лучше или хуже воздуха, то это все равно изолятор, в отличии от проводника, который проводит ток.
Поэтому у вас не должно быть установки на то, что если материал не искривляет магнитные силовые линии, то он не изолятор.
Это настолько просто и очевидно, что требуется дополнительное пояснение, что-бы уловить суть.

Дополнительное пояснение.

Возьмем к примеру обычный постоянный магнит любой формы и силы.
Взяв в руки компас, и поднося его к магниту, вы заметите, что наступит момент, когда магнитная стрелка начнет отклонятся полем магнита.
Допустим это произойдет на расстоянии 10 сантиметров от магнита.
Это расстояние вы будите считать нормальным полем магнита, точнее границами распространения силовых линий.
Теперь возьмите стальной стержень длинной в 30 сантиметров, опять же к примеру, и прижмите его к одному из полюсов магнита. Стержень желательно брать по больше в диаметре, например 5-10 мм.
Теперь поднесите компас к свободному концу стержня.
Что мы видим?
Стрелка отклоняется, и это при том, что расстояние до нашего магнита уже 30 с лишним сантиметров.
Улавливаете суть?
Нет?
Где границы нашего магнитного поля, точнее силовых линий?
Именно, границы там, где силы поля не достаточно, что-бы проникнуть через магнито-изолятор.
Поэтому в нормальном состоянии, находясь в магнито-изоляторе воздухе, магнитные силовые линии как бы упираются в стену и приобретают привычную нам овальную форму.
Когда рядом магнитопровод, они стремятся проникнуть в него и форма магнитных линий вытягивается.
Я так долго объясняю казалось-бы очевидные вещи, но увы, многие не осознают, что как для электрического так и для магнитного поля, есть проводники и диэлектрики.
Просто поведение в этих средах несколько иное.
Для электрического поля нужна замкнутая цепь, что бы потек ток в проводнике, для магнитного, цепь не обязательна, но магнит теряет своё поле в незамкнутой цепи.
Если замкнуть полюса магнита магнитопроводом, он не будет слабеть со временем.
О чем вам и рассказывали как Джон Серл, так и Лидскалнин.
Надеюсь понятно объяснил.
Ладно, идем дальше.


Итак начнем с самого простого.
Почему один магнит движется относительно другого пока не достигнет  точки равновесия?
В самом простом варианте, можно изобразить это на таком рисунке, как рисунок 1.


Допустим у нас есть магнитный брусок, намагниченный диаметрально.
У него есть два полюса А- южный и Б - Северный.
И есть два цилиндрических магнита, намагниченных радиально, такой тип магнита выбран просто, что-бы легче было представить все в одной плоскости.
Известно и ребенку, что противоположные полюса притягиваются, а одинаковые - отталкиваются.
В результате взаимодействия бруска и цилиндрических магнитов, последние начнут движение по стрелке на рисунке 1.
На этом рисунке не рассматриваются взаимодействия силовых линий магнитов, а только показывается их направление движения.


Теперь рассмотрим случай, немного сложнее.
У нас есть магнит в виде бруска, который состоит из множества полюсов, называемый многополюсным.
Магнитные силовые линии в таком случае для самого бруска распределяются как на рисунке 2.


В этом случае ролики тоже стремятся занять центр противоположного себе полюса.
Равновесие достигается, когда ролики занимают положения в точках А, Б, В как на рисунке 3.
Но так как ролики имеют собственное магнитное поле и могут влиять на окружающее пространство, то они образуют с бруском дополнительные силовые линии, которые распределяются как на рисунке 3.
Это высказывание справедливо для всех случаев взаимодействия именно магнитов.
На рисунках 1 и 2 это не изображено для простоты.
Как видно, силовые лини как бы упираются друг в друга, образуя уплотнения.
Именно эти уплотнения удерживают магнит в этих точках равновесия, обозначенных как А, Б, В, потому что в них они компенсированы с обоих сторон.
Причем в этом положении плотность этих линий соответственно с обоих сторон максимальна.
Именно поэтому с этих точек цилиндрический магнит сдвинуть труднее всего, в обе стороны создано значительное уплотнение силовых линий.
Надеюсь вы до конца поняли значение силовых линий во всех этих процессах взаимодействия магнитов.

Конечно если нам нужно, что-бы кольцевой магнит не останавливался в этих точках равновесия, нам нужно как-то нарушить этот баланс уплотнений силовых линий в ту или иную сторону.
Этого можно достичь простым способом, как показано на рисунке 4 и 5.

Изменив форму сегмента магнита Б северного полюса, мы меняем изначальный баланс магнитных линий нашего бруска.
Срезав верхнюю площадку сегмента северного полюса как на рисунке, мы получаем искривление магнитных линий меду полюсами бруска, как показано на рисунке 4.
Когда ролик достигает геометрической середины Северного полюса Б по горизонтали,  он перемещается несколько дальше этой точки, на расстояние дельта.
Поскольку ролик движется по опоре, которая не оказывает влияния на силовые линии бруска магнита, предположим она сделана из дерева или пластика и является магнито-изолятором, магнит поколебавшись остановится в точке Б+дельта.
Мы конечно достигли некоторого прогресса, но он мизерный, и главное, наш цилиндр все равно остановится.
Что бы понять, что нужно делать, что бы цилиндрическому магниту негде было остановиться, нужно пройти несколько усложнений конструкции.


Можно попытаться увеличить толщину бруска магнита, как показано на рисунке 6 и 7.



Это конечно увеличит дальность пробега нашего цилиндра (дельта),  но он все равно остановится.
Еще одним шагом можно срезать переднюю грань следующей секции противоположного полюса, как на рисунках 6 и 7.
Но это все равно только увеличит длину пробега нашего цилиндрического магнита, но мертвой точки ему и не миновать, и сообщенный ему толчек позволит проскочить эту толчку столько раз, сколько силы вы вложите в этот толчек.
Если вы хотите толкать ролик и далее, можете его просто швырнуть, дальность будет куда больше :)
Но нам нужно другое, нам нужно, что-бы он и без толчка сам катился не останавливаясь, разве не так?
Мы видим, что срезать грани магнита можно еще немного, добиваясь некоторого удаления от мертвой точки Б на длину дельта.
Но проблема остается, эта точка никуда не денется.
Если мы срежем полюса вообще, то наш цилиндр будет останавливаться в тех же точках, что и ранее, только увеличив расстояние до ролик, мы добились ослабления связи полей ролика и магнита, но вам будет легче толкать, а ролику легче преодолевать эти мертвые точки.
Ну и последней стадией увеличения этого расстояние будет то, что магнитный брусок уже вообще не будет связан с роликом, и он может катиться, пока его не остановит сила трения...
Именно по пути придания разных форм магнитам идут все изобретатели магнитных двигателей, которые не работают.

Что бы сделать еще один шаг, мы должны ввести магнитопровод или магнито-проводник.
Это показано на рисунках 8 и 9.



Магнитопровод дает нам два важных преимущества.

Первое это то, что мы теперь селективно можем связывать полюса.
Это важнейший момент.
На рисунке  магнитопровод показан серым.
До того, как ролик повлияет на магнитные линии внутри магнитопровода, они выглядят примерно так, как на рисунке 8.
Магнитные линии стремятся обогнуть линию раздела полюсов как можно выше, и в то-же время стараются вовлечь в процесс формирования магнитных линий из своих доменов как можно больше структуры магнита, чем домены и являются в данном случае.
Кривая поверхности магнитопровода влияет при этом на прохождение силовых линий через его тело так, как примерно показано не рисунке.
 
Это было первое.
Второе это то, что проводя силовые линии, магнитопровод как-бы отбирает их у магнито-изолятора.
Это сказано образно, но суть в том, что свойства магнито-изолятора начинают лучше всего проявляться вблизи магнитопровода.
Магнитным линиям легче создавать связи между магнитными доменами магнитопровода чем воздуха потому, что сформировав эти цепочки, эти цепочки полюсов доменов сами начинают влиять на магнитный поток, усиливая его.
И наружу, в окружающий воздух магнитное поле практически не выходит.
Потому считается, что магнитные экраны являются барьерами для поля, но это абсолютно не верно.
Когда к магнитопроводу поднести в плотную еще один магнитопровод, он притянется, так как магнитные линии проникнут и в его, но пока есть зазор из воздуха, это затруднительно.
Это опять же важно понимать для дальнейшего.

Таким образом у нас воздух (или дерево, пластик) стал изолятором, который прекрасно защищает ролик от влияния противоположного южного полюса бруска, обозначенного на рисунке 8 и 9 буквой В.
Это нам дало второе преимущество использования магнито-изолятора.
Теперь наш брусок может катиться практически не упираясь в силовые линии Южного магнитного полюса, обозначенного буквой В.
Но так ли это?
Увы нет.
Первое преимущество магнитопровода стает и проблемой, так как теперь наш ролик стал сильнее притягиваться к северному полюсу Б.
И хоть при хорошем разгоне он его проскочит, но рано или поздно остановится все в той-же точке Б+дельта.
И хоть на самом деле это преимущество, и оно дает нам гораздо большую силу взаимодействия нужных полюсов на притяжение, и практически ничего не отталкивает наш ролик, он остановится.
Вам кажется нет выхода из сложившейся ситуации?


Наверное если бы не Джон Серл, мне бы то-же казалась эта ситуация тупиковой.
Но нужно сделать третий шаг, и мы выйдем из этого тупика.
Готовы?
Предупреждаю, он потребует от вас пространственного мышления, так как я не умею делать трехмерные анимации.
Но надеюсь воображение у вас на высоте и мы продолжаем разрывать этот неразрывный круг неудач.

Что бы представить всю картину, нужно сопоставить рисунки 10 и 11, так как на рисунке 10 изображены ряду магнитопроводов по ходу движения нашего ролика, который теперь состоит из
9 магнитных полюсов, соединенных вместе в один ролик.
Как число полюсов, его четность и нечетность, да и форма намагничивания, в целом не важны, в дальнейшем мы проведем усовершенствование этой модели, что потребует новых шагов усложнения.
Но это позже.
Сейчас вам нужно понять, как работает и взаимодействует то, что изображено на рисунках 10 и 11.


Штриховыми как и прежде показаны магнитные силовые линии, серым - магнитопроводы.
Некоторые магнитопроводы изображены ярче, некоторые темнее.
На рисунке 10, а мы видим магнитопроводы, которые соединяют Южные полюса статора, обозначенные буквами А и В только с Северными полюсами магнитов роликов.
На рисунке 10, б мы видим магнитопроводы, которые соединяют Северные полюса статора (магнитного бруска), только с Южными полюсами магнитов роликов.
Это условие соблюдается всегда, меняется только сила этих связей по мере движения роликов.
Если вы это себе представили, тогда идем далее.
Иначе подумайте еще.
Магнито-изоляторы между магнитопроводами практически не оставляют там силовых линий статора и роликов.
Из рисунков 10, а и 10, б видно, что поля распределяются так, что ролик само центруется на этих магнитопроводах, что не дает ему провернуться.

Первая поправка, на практике обнаруживается то, что соседние противоположные полюса ролика пытаются замкнуться через магнитопровод и разворачивают ролик.

Этого можно избежать, разнеся магниты в ролике на большее расстояние, что бы связь ролика и статора преобладала над полем соседнего полюса ролика.
Кроме того, лучше замкнуть полюса магнитов роликов магнитопроводами, как показано на рисунке 10а.

Кроме того можно уменьшить высоту магнитопровода и увеличить его ширину.
Основная цель - связь статора и нужного полюса ролика должна быть сильнее, чем связь соседних полюсов ролика через магнитопровод.




Поля южных полюсов ролика на рисунке 10, а и поля северных полюсов ролика на рисунке 10, б упираются в уплотнения, созданные магнитопроводами.
Если вы это поняли и с этим согласны, остался один маленький шажок.

На рисунке 11, а мы видим как бы все магниты Южного полюса сразу, но с боку.
То-же самое на рисунке 11, б но для всех магнитов Северного полюса.
Допусти у нас только один единственный ролик и рисунок 11 показывает просто два его разных положения в разное время.
Этот момент вам до конца ясен?
Ролик не меняется и не поворачивается, он один и тот-же, что и на рисунке 10, только изображен по разному для наглядности.

Итак, повторюсь,что Северные полюса ролика взаимодействуют только с Южными полюсами статора.
А Южные полюса ролика, только с Северными полюсами статора, будучи связаны силовыми линиями через магнитопроводы.


Что это нам дает?

Это дает две вещи.
Первое это то, что когда цепь через магнитопровод для Южных полюсов ролика начинает разрываться, начинает расти сила притяжения, которая тормозит наш ролик.
Он начинает притягиваться в обратную сторону, проще говоря, что-бы опят замкнуть цепь и прийти в равновесие, как и это было ранее на рисунке 9.
И поскольку он получил некоторое ускорение в процессе прохода точки Б+дельта, где сила притяжения максимальна, он вернется в исходное положение, в эту точку Б+дельта немного проскочив далее а затем поколебавшись в зад и вперед, как на рисунке 9.
Не забывайте, что у нас асимметричное поле, и ролик притягивается в точку Б+дельта сильнее, чем покидая её на время, так как плотность магнитных линий слева и справа уже не одинакова, то линии справа легче разорвать чем линии слева, потому что они длиннее и менее плотны, так как не уплотняются полем Южного полюса, обозначенного буквой В в той-же степени, просто по определению геометрии.
И хоть их достаточно, что-бы вернуть ролик назад, если ему не было сообщено дополнительное усилие от нашего толчка например, их не достаточно, что бы удержать ролик от следующего этапа, что показан на рисунке 11,б, когда в действие вступает сила взаимодействия двух других пар полюсов.
Что вместе с приобретенным ускорением дает силу, позволяющую таки преодолеть эту мертвую точку.



 
Подводя итог.
Все эти манипуляции были нужны для того, что просто можно сказать так:
Мы создали условия, в которых сила, разгоняющая ролик и сила, тормозящая его, не равны.
В таких условиях сила инерции, зависящая от массы ролика, уже сама по себе может разорвать эту более слабую силу и заставить ролик катиться, пока он не остановится под действием силы трения.
Но поскольку каждый раз после разгона, эта сила вступает в действие снова и снова, такая остановка возможна только при действии внешних сил.
Иначе ролик будет разгоняться, пока не оторвется от статора за счет центробежных сил, если брусок статора замкнут в кольцо.
Постоянное замыкание силовыми линиями плюсов магнита не дает ослабевать его полю значительно большее время, что называется Магнитным хранителем.
Замыкание магнитных линий в цепь Магнитного хранителя дает еще дополнительный прирост силы магнитного поля, по сравнению с исходным полем магнита.



Ниже приводится рисунок, объясняющий  работу первого варианта генератора и пояснения к нему.
В дальнейшем эта модель может быть доработана с целью получения статических эффектов при вращении роликов и конечно левитации.
В этой-же схеме первая модель, которая на мой взгляд может обеспечить само разгон роликов.
Статор тут изображен в плоском виде для наглядности.
Для увеличения эффекта ролики могут быть намагничены диаметрально, вместо аксиального намагничивания, как на рисунке.
В принципе возможно и секторное аксиальное намагничивание.
Для применения другого типа роликов, потребуется только изменение формы магнитопровода между магнитами роликов и статора.
Итак, вот рисунок:

На данном рисунке магнитопроводы окрашены в серый цвет, предполагаемый материал - наборы пластин из трансформаторного железа, расположенные перпендикулярно осям магнитов роликов и вдоль плоскости статора, хотя можно и в параллель, что правда несколько усложнит конструктив.

Для выравнивания поверхности и заполнения пустых участков между магнитопроводами, можно использовать пластик (Он показан желтым цветом).
Пластик конечно желательно должен быть с низкой магнитной и электропроводностью.

Толщина и ширина слоев показана условно.
Очевидно она будет зависеть от свойств магнитов статора и роликов.
Все пластины однотипны по форме и могут быть изготовлены в одном производственном процессе, меняется только их положение на статоре.

Принцип действия:

В устройстве созданы условия, при которых на ролик по ходу его движения действуют две силы:
  1. Сила притяжения магнитов через замкнутый магнитопровод, как его называет Джон Серл и Эдвард Лидскалнин - Магнитный хранитель.
  2. Сила инерции, за счет массы роликов.
Сила притяжения двух противоположных полюсов магнитов статора и роликов производится по цепи замкнутых магнитных линий магнитного хранителя.

Эта цепь замкнута в таком порядке (для первого ролика слева на рисунке):
  1. Стальной стержень или набор пластин внутри ролика + Северный полюс (показан синим) второй секции сверху на общем рисунке ролика
  2. Южный полюс (показан красным) 3 полюс сверху на рисунке ролика, Северный полюс (4 полюс сверху на рисунке) 
  3. Клинообразный сердечник магнитопровода между роликом и статором (Второй с верху за первым роликом) 
  4. Южный полюс статора - Магнитопровод статора
  5.  этот-же Южный полюс статора 
  6. магнитопровод между роликом и статором (1 сверху за роликом)
  7. и опять-же Северный полюс (второй полюс ролика, с которого мы и начали описание)

Возможно роль магнитопровода статора не значительна и без него можно будет обойтись.

Таким образом для каждого ролика образуется 3 и 4 замкнутых магнитный цепи, причем в варианте с 3 цепями, два крайних полюса оказывается не задействованными, как для первого ролика на рисунке, впрочем если на краях ролика расположить стальные шайбы, то и эти полюса будут замкнуты через магнитопровод ролика.

Таким образом для первого ролика на рисунке одна из 3 замкнутых цепей,  имеет последовательность:

  • Магнитопровод ролика + Северный-Южный-Северный полюса ролика
  • Магнитопровод между роликом и статором
  • Южный полюс статора + Общий магнитопровод статора (если он нужен)
  • Другой магнитопровод между роликом и статором

Для второго ролика картина меняется (его можно рассматривать как второй ролик или как то-же ролик в новом положении, ролики одинаковы) и он образует 4 замкнутых магнитных цепи:

  • Магнитопровод ролика + Южный-Северный-Южный полюса ролика (Начиная сверху ролика, на рисунке)
  • Магнитопровод между роликом и статором
  • Северный полюс статора + магнитопровод статора (Опять же если он нужен)
  • Магнитопровод между роликом и статором

Сила инерции.

После достижения роликом середины полюса статора, сила притяжения цепи начинает тормозить ролик.
Простым решением является разрыв или постепенное ослабление этой цепи.
В данном случае выбран путь постепенного ослабления, так как ролик желательно удерживать на своей траектории по отношению к статору.
Это не единственное решение, так как во втором варианте будут показаны ролики с диаметральным намагничиванием или да-же с аксиальным многосекционным, что просто изменит форму и расположение магнитопроводов между магнитами роликов и статора.

Итак когда магнитная цепь начинает постепенно размыкаться, наш ролик начинает начинает тормозиться, поскольку сила притяжения, которая возрастала по мере движения ролика к центру южного магнита, сейчас работает в обратном направлении, поэтому конструкция магнитопровода между статором и роликом такова, что эта сила остается примерно равномерной на всем участке, который на рисунке обозначен как участки движения по инерции.

На этом участке, ролик продолжает движение только по инерции.
Мне уже ясно, какими способами можно получать ускорение и на этом участке, это будет рассмотрено во втором и третьем варианте конструкции.
Внимательный читатель может заметить, что если переднюю часть магнитопровода между роликом и статором сделать такой, какую имеет Магнитоизолятор, то притяжение ролика начнется уже на этой стадии движения.

Но есть более совершенный вариант решения этой проблемы, это изменить тип намагниченности ролика, об этом в продолжении развития конструкции.

Второй прототип.

Итак, представляю второй вариант генератора, основанный на том-же принципе, но использующий ролики с  Диаметральным намагничиванием.
В таком варианте становятся критичны размеры его элементов.
Длинна магнитопровода и магнита статора должна равняться половине длинны окружности ролика, или иначе, дуге одного полюса магнита ролика.
Моё мнение в том, что кроме дисбаланса силы поле впереди и позади ролика, тут в действие вступает еще и взаимное отталкивание роликов, которое стремиться выровнять расстояние между ними.
При одинаковом расстоянии между роликами видно, что ролики находятся в разных условиях взаимодействия со статором.
Баланс данной системы возможен только строго в точках близких к середине полюсов статора и при появлении силы инерции легко преодолевается, далее ролик должен получать некоторое ускорение, из чего делаю вывод, что система после разгона роликов должна продолжать вращение.
Система сложна в расчетах и трудно предугадать все силы, действующие на ролик.
Конечно есть вероятность, что на практике обнаружатся непредвиденные мной эффекты, которые не позволят этому прототипу работать как задумано.
Практика - критерий истины.


Вопросы по конструкции, или замеченные изъяны теории, прошу писать в соответствующую ветку форума >>>