Как работают двигатели на постоянных магнитах. Какие существуют типы магнитных двигателей. Где применяются магнитные двигатели. Каковы преимущества и недостатки двигателей на магнитах.
Принцип работы магнитных двигателей
Магнитные двигатели работают за счет взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов и электромагнитов. Основой их работы является сила Лоренца, возникающая при движении заряженных частиц в магнитном поле. Как это происходит?
При подаче электрического тока на обмотки статора создается переменное магнитное поле. Оно взаимодействует с постоянными магнитами ротора, вызывая его вращение. Изменяя направление тока в обмотках, можно управлять направлением и скоростью вращения ротора.
Ключевые компоненты магнитного двигателя:
- Статор с электромагнитными обмотками
- Ротор с постоянными магнитами
- Подшипники для крепления ротора
- Корпус двигателя
- Система управления
Основные виды магнитных двигателей
В зависимости от конструкции и принципа действия выделяют следующие основные типы магнитных двигателей:
1. Двигатели с цилиндрической звуковой катушкой
Состоят из цилиндрического магнита и катушки, движущейся в его магнитном поле. Отличаются компактностью и высокой динамикой. Применяются для точного позиционирования на малых перемещениях.
2. Линейные двигатели
Представляют собой развернутый в линию электродвигатель. Обеспечивают прямолинейное перемещение. Бывают с железным сердечником (высокое усилие) и без сердечника (высокая точность).
3. Моментные двигатели
Обеспечивают вращательное движение с высоким крутящим моментом. Имеют кольцевую конструкцию с большим внутренним отверстием. Применяются в высокоточных поворотных столах.
Преимущества магнитных двигателей
Двигатели на постоянных магнитах обладают рядом важных достоинств по сравнению с традиционными электродвигателями:
- Высокая удельная мощность
- Высокий КПД (до 95-98%)
- Широкий диапазон регулирования скорости
- Высокая точность позиционирования
- Компактные размеры
- Низкий уровень шума и вибраций
- Долгий срок службы
Благодаря этим преимуществам магнитные двигатели находят все более широкое применение в различных отраслях.
Области применения магнитных двигателей
Магнитные двигатели используются во многих сферах, где требуется точное позиционирование, высокая динамика и надежность:
- Промышленные роботы и манипуляторы
- Станки с ЧПУ
- Медицинское оборудование
- Аэрокосмическая техника
- Электротранспорт
- Бытовая техника
- Компьютерная техника (жесткие диски)
Особенно перспективно применение магнитных двигателей в электромобилях, где они обеспечивают высокую эффективность и динамические характеристики.
Недостатки магнитных двигателей
Несмотря на множество преимуществ, у магнитных двигателей есть и некоторые недостатки:
- Высокая стоимость постоянных магнитов
- Сложность производства
- Риск размагничивания при перегреве
- Необходимость специальной системы управления
Однако развитие технологий постепенно снижает влияние этих недостатков, делая магнитные двигатели все более доступными и надежными.
Перспективы развития магнитных двигателей
Технологии магнитных двигателей активно развиваются. Основные направления совершенствования:
- Создание новых магнитных материалов с улучшенными характеристиками
- Оптимизация конструкции для повышения КПД и удельной мощности
- Разработка более совершенных систем управления
- Снижение стоимости производства
Ожидается, что в ближайшие годы магнитные двигатели станут еще более эффективными и найдут применение в новых областях техники.
Магнитные двигатели в космической технике
Одно из перспективных направлений применения магнитных двигателей — космическая техника. Какие преимущества они могут дать в этой сфере?
- Высокая надежность и долговечность
- Низкое энергопотребление
- Точное управление положением космических аппаратов
- Возможность создания компактных систем перемещения
Магнитные двигатели уже используются в системах ориентации спутников. В будущем они могут найти применение в двигательных установках космических кораблей для дальних межпланетных перелетов.
Сравнение магнитных двигателей с другими типами
Как магнитные двигатели соотносятся по характеристикам с другими типами электродвигателей? Рассмотрим основные отличия:
| Параметр | Магнитный двигатель | Асинхронный двигатель | Коллекторный двигатель |
|---|---|---|---|
| КПД | 95-98% | 85-90% | 70-80% |
| Удельная мощность | Высокая | Средняя | Низкая |
| Регулирование скорости | Широкий диапазон | Ограниченный диапазон | Широкий диапазон |
| Надежность | Высокая | Высокая | Средняя |
Как видно, магнитные двигатели превосходят другие типы по многим параметрам, что обуславливает их растущую популярность.
На МКС испытают двигатели на суперпроводящих магнитах / Хабр
maybe_elf
Научно-популярное Энергия и элементы питания Космонавтика
Новозеландский научно-исследовательский институт и американская коммерческая фирма Nanoracks отправят на Международную космическую станцию демонстратор технологии сверхпроводящего магнита для испытания нового типа космического двигателя.
Исследовательский институт Пайхау-Робинсона намерен испытать технологию магнитоплазменно-динамических двигателей с приложенным полем (AF-MPD), в которых используется технология высокотемпературного сверхпроводящего (ВТСП) магнита, разработанная институтом.
Сверхпроводники — это материалы, которые проводят электричество с нулевым сопротивлением и, следовательно, с гораздо большей эффективностью, чем обычные проводящие материалы. Однако большинству этих сверхпроводников требуются температуры, близкие к абсолютному нулю (-273 градуса Цельсия), что усложняет их использование.
Высокотемпературные сверхпроводники могут работать при более высоких температурах (-196,2 градуса Цельсия), что удешевляет их эксплуатацию. Кроме того, они могут генерировать более сильные поля, чем низкотемпературные сверхпроводники, что позволяет получить больший рабочий диапазон и сделать двигательную установку более компактной.
Двигатели AF-MPD используют комбинацию магнитных и электрических полей для создания тяги. Исследователи считают, что потенциально они смогут стать новым решением для двигателей больших космических кораблей.
Сверхпроводящие магниты могут сыграть и ряд других важных ролей в освоении космоса. Магнитное поле Земли защищает жизнь на планете от вредного солнечного излучения и космических лучей. Сильное магнитное поле, создаваемое на борту космического корабля, могло бы точно так же защитить астронавтов в дальнем космосе.
Требования к массе и мощности магнитных компонентов были ключевым технологическим барьером для использования такого оборудования в космосе.
Именно с этой целью институт Пайхау-Робинсона разработал собственный демонстратор.
Он будет установлен на внешней платформе Nanoracks на борту МКС. Команда на земле будет управлять магнитом в течение нескольких месяцев, чтобы продемонстрировать способность генерировать магнитное поле в тысячи раз сильнее, чем у Земли.
Эксплуатация демонстратора в космической среде станет важным шагом на пути к проверке и коммерциализации этой технологии.
Теги:
- международная космическая станция
- мкс
- сверхпроводники
- магнитоплазмодинамический двигатель
- сверхпроводящий магнит
- ракетный двигатель
- испытание
Хабы:
- Научно-популярное
- Энергия и элементы питания
- Космонавтика
Всего голосов 2: ↑2 и ↓0 +2
Просмотры1.1K
Комментарии 2
@maybe_elf
Информационная служба Хабра
Комментарии Комментарии 2
Генератор на неодимовых магнитах | НПК «Магниты и системы»
Магнитный генератор
Магнитный двигатель – это реально бесплатный генератор энергии, который может эффективно заменить подключение от локальной электрической сети, и не требует сложной разработки, нужно только купить магниты.
Форум электриков утверждает, что таким образом можно создать бесшумный источник тока.
Фото — Магнитный генератор
Он работает по принципу мощных неодимовых постоянных магнитов. Когда магнитная сила достигает необходимого уровня, чтобы преодолеть трение, скорость двигателя направляется на пандусы, значение доходит до равновесия. В обычном двигателе, магнитное поле возникает от электрических катушек, которые как правило, состоят из меди (Cu), а иногда алюминия (Al).
Поскольку медь и алюминий не являются сверхпроводниками (их сопротивление не равно нулю), обычный электродвигатель должен непрерывно производить электроэнергию для поддержания магнитного поля и компенсации потерь. Этому построению сложно работать из-за высоких показателей потерь.
В магнитной конструкции не нужны катушки самоиндукции, поэтому он работает практически без потерь. Магнита использует постоянное магнитное поле, в котором генерируется сила движущегося ротора.
Недостатком магнитов является то, что он не может управлять потоком. Вы не сможете переключить магнит на резистор или реле. Но преимуществ намного больше, чем недостатков:
- Низкая себестоимость;
- Отличные показатели работоспособности;
- Практически нет потерь электроэнергии.
Инструкция по сборке магнитного генератора с фото
Практическую модель этого генератора легко построить самостоятельно. Все, что вам нужно, это подходящий набор неодимовых магнитов. Очень маленькие неодимовые магниты можно найти даже в компакт-дисках или DVD фокусирующей системе.
Простейший самодельный механический генератор энергии подходит для генерации низких и средних уровней свободной мощности. Максимальная выходная величина значительно выше, чем максимум электрического контура энергии. При более легкой конструкции, чем электромагнитный прибор, мы получаем аналоговый асинхронный генератор.
Для генерации полезной электроэнергии, есть два варианта:
- 1.
Использование мотков электродвигателя в качестве основы магнитного движка. Такой домашний прибор гораздо проще в конструировании, но в таком случае мотор должен иметь достаточно места для набора магнитов и обмотки катушек (при необходимости намотка осуществляется самостоятельно), для работы на дисбалансе. - 2.Подключить к магнитному двигателю электрогенератор. Вы можете напрямую связывать валы или использовать зубчатую передачу. Второй вариант генератора способен генерировать больше энергии, но его сложно сконструировать.
Использование мотков электродвигателя в качестве основы магнитного движка. Такой домашний прибор гораздо проще в конструировании, но в таком случае мотор должен иметь достаточно места для набора магнитов и обмотки катушек (при необходимости намотка осуществляется самостоятельно), для работы на дисбалансе.Рассмотрим самостоятельный способ сборки.
Вентилятор компьютера может быть использован для создания небольшого прототипа магнитного генератора свободной энергии.
Фото — Компьютерный радиатор как двигатель
Фото — Вентилятор от компьютера в разборке
Изначально катушки используются для создания магнитного поля. Мы можем заменить катушки неодимовыми магнитами.
Магниты должны быть помещены в тех же направлениях, в которых расположены исходные катушки. Это гарантирует, что ориентация магнитного поля, необходимая для работы двигателя, остается такой же. В этом двигателе, есть четыре катушки, поэтому нужно использовать четыре магнита.
Фото — Катушки Фото — Подключение неодимовых магнитов к катушке
Магниты, расположены в направление катушек. Двигатель работает из-за образовавшегося МП, он не нуждается в электроэнергии. Меняя направление магнитов, Вы можете изменять скорость вращения двигателя, соответственно и его энергию.
Фото — Правильное расположение магнитов
Фото — Поворот магнитов и работа двигателей
Эти генераторы свободной энергии – вечные, двигатели будут работать до тех пор, пока из цепи не уберется какой-то магнит. Если собрать такой мотор в домашних условиях из более мощного радиатора, то электричества хватит для питания лампочки или даже нескольких бытовых приборов (до 3 кВт), просто Вам понадобится прикрепить к устройству провода, которые будут передавать ток к потребителю электроэнергии.
Следите за новостями!
p.s. в статье использованы материалы с источников сети интернет
Magnetic Motor — Etsy.de
Etsy больше не поддерживает старые версии вашего веб-браузера, чтобы обеспечить безопасность пользовательских данных. Пожалуйста, обновите до последней версии.
Воспользуйтесь всеми преимуществами нашего сайта, включив JavaScript.
Найдите что-нибудь памятное, присоединяйтесь к сообществу, делающему добро.
(130 релевантных результатов)
Магнитные прямые приводы
Высокая точность
Высокая динамика
Высокая движущая сила, т.
е. высокий крутящий момент
Крупные штрихи в компактном дизайне
Долгий срок службы даже при высоких рабочих циклах
Индивидуальный дизайн ТТХ
Электричество электромеханически преобразуется в силу: с помощью «правила правой руки» можно установить направление силы относительно направления тока и магнитного поля. Приводы, такие как звуковая катушка, линейные или моментные двигатели, являются прямыми электромагнитными приводами. В прямых приводах усилие приводного элемента передается непосредственно на перемещаемую нагрузку (например, на линейный или поворотный стол без элементов механической передачи, таких как муфта, приводной винт или редуктор). Электромагнитные прямые приводы состоят из корпуса обмотки (катушки), в котором образуется магнитное поле при протекании через него тока и носителя или магнитного узла, на котором установлены магниты.
Сила или крутящий момент для ускорения груза создается силой Лоренца . Эта сила пропорциональна напряженности магнитного поля и току, протекающему через проводник с током. Электрическая энергия преобразуется здесь в механическую энергию. Генерируемая сила действует двунаправленно в зависимости от направления тока. В принципе, либо тело обмотки («подвижная катушка»), либо магнитный узел («подвижный магнит») могут перемещаться. Подвижная часть называется вторичной частью, статическая часть — первичной частью.
Компания PI предлагает множество стандартных и индивидуальных решений для позиционирования, оснащенных прямыми магнитными приводами; Компания также имеет многолетний опыт проектирования, строительства и производства необходимых системных компонентов, таких как направляющие, датчики, технологии управления и программное обеспечение. PI также может разработать собственные магнитные двигатели, если системам позиционирования необходимо достичь определенных рабочих характеристик, которых нельзя достичь с помощью компонентов привода, доступных в настоящее время на рынке, например, для достижения высокой плотности усилия или компактной конструкции.
Эти запатентованные двигатели собственной разработки обозначаются цифрой 9.Торговая марка 0149 PIMag ® и системы позиционирования, использующие эти двигатели PI, обозначены логотипом Driven by PIMag ® .
Высокая постоянная двигателя в компактном монтажном пространстве
Высокая динамика
Высокие силы
Приводы звуковых катушек представляют собой однофазные двигатели, состоящие из постоянного магнита и корпуса обмотки, которые расположены в воздушном зазоре магнитного поля. При протекании тока через тело обмотки оно движется в магнитном поле постоянного магнита. Особенно компактные размеры могут быть достигнуты при построении прямоугольных или плоских форм.
Цилиндрические звуковые катушки сконструированы по принципу плунжерной катушки (т. е. катушка устанавливается в полевой сборке).
Либо корпус обмотки, либо полевая сборка могут быть перемещены. С помощью так называемого многокатушечного принципа можно оптимизировать постоянную двигателя двигателей с цилиндрической звуковой катушкой в компактных монтажных пространствах и даже реализовать решения с полыми валами, например. Приводы звуковой катушки подходят для приложений сканирования, требующих высокая точность , высокая динамика и высокая скорость на диапазоны хода до десяти миллиметров .
также можно оптимизировать для усилие или постоянной двигателя . Постоянная двигателя обозначает отношение силы к потерям мощности.
Чем выше постоянная двигателя, тем меньше тепла выделяется при создании определенной силы. Он описывает эффективность двигателя в отношении преобразования электрической энергии в кинетическую. При повышении температуры сопротивление обмотки и, следовательно, потери мощности увеличиваются, поэтому постоянная двигателя зависит от температуры.
Сила зависит от положения, так как катушки перемещаются относительно постоянных магнитов по всему диапазону перемещения. Чтобы как можно быстрее передать усилие двигателю, напряжение может быть увеличено, так как ток становится доступным соответственно быстрее. Ускорение увеличивается в той же пропорции. Таким образом, возможны высокодинамичные приложения за счет быстрого увеличения ускорения (рывка). Цилиндрические двигатели используются, например, в решениях для позиционирования задач фокусировки для динамического перемещения измерительной головки или оптической системы по вертикали или в эндоскопах .
Классический 3-фазный линейный двигатель представляет собой серию из не менее трех (или кратных трем) двигателей со звуковой катушкой. Отдельными катушками можно управлять в соответствии с фиксированным шаблоном, зависящим от положения (т. Е. Коммутируемым). Линейные двигатели используются как для очень высоких, так и для очень низких скоростей подачи. Они работают точно в диапазоне от менее 0,1 мкм/с до более 5 м/с. В сочетании с воздушными или магнитными подшипниками возможно разрешение положения до нескольких нанометров .
Дополнительно, под вакуумом, PI может нанести на свои линейные двигатели специальную эпоксидную смолу . Это приводит к улучшенному рассеиванию тепла, посредством чего могут быть достигнуты более высокие номинальные усилия . Кроме того, герметик обеспечивает герметизацию двигателя и тем самым его защиту от внешних повреждений (например, при сборке). Для приложений, требующих высоких скоростей или быстрого нарастания тока , PI может разработать двигатели для очень высоких рабочих напряжений до 600 В постоянного тока.
Анализ магнитного поля до 5 мкТл для определения оптимального положения компонентов привода Магнитная дорожка с U-образным профилем в расположении от северного полюса к южному полюсу Магнитная дорожка с U-образным профилем в форме массива Хальбаха для высоких усилий и снижения веса.
Магнитные дорожки , используемые в линейных двигателях PI, доступны различной длины, их можно соединять последовательно, чтобы реализовать любой желаемый диапазон перемещения. Доступны односторонние или U-образные магнитные дорожки .
U-образные магнитные дорожки обеспечивают более высокую напряженность магнитного поля и, следовательно, более высокие силы, чем односторонние магнитные дорожки. Если магниты дополнительно расположены в виде массива Хальбаха , напряженность магнитного поля может быть увеличена примерно на 10% по сравнению с расположением северный полюс к южному полюсу. Кроме того, в массиве Хальбаха можно не использовать железную ответную пластину, что делает эти магнитные дорожки значительно зажигалка . Преимущества использования массива Хальбаха также применимы к односторонним магнитным дорожкам.
В этом случае использование решеток Хальбаха минимизирует поля рассеяния на тыльной стороне. PI предлагает углеродные опоры для приложений, требующих сверхлегких магнитных дорожек.
Высокая плотность силы
Высокая динамика
Компактное пространство для установки
В двигателях с железным сердечником сердечник катушки состоит из железа. Железо максимизирует магнитные силы и способствует с высокой плотностью усилия и с высокой термостойкостью . Чтобы уменьшить потери на вихревые токи, железо ламинируют и в основном изготавливают из сложенных друг на друга и изолированных пластин трансформатора.
Железо в блоке катушки вызывает силы притяжения между блоком катушки и магнитным узлом, что приводит к заклиниванию и, следовательно, к колебаниям силы подачи в диапазоне перемещения. Специально разработанные маргинальные зубы оптимизируют зазубренность. Линейные двигатели с железным сердечником подходят для приложений, требующих больших усилий и ускорений при ограниченном пространстве для установки.
Компактная высота конструкции
Стабильность на высокой скорости
Нет зубцов
Корпус обмотки безжелезных линейных двигателей не имеет железного сердечника. Это означает, что между катушкой и магнитным узлом нет сил притяжения, и зубчатого зацепления не происходит. Отсутствие железного сердечника также снижает вес самого мотора.
Так как отсутствует зубчатое зацепление, влияющее на направляющие и скорость подачи, а корпус обмотки легче, безжелезные двигатели характеризуются высокая точность хода , высокая стабильность скорости и высокое ускорение . Мощность и динамика требования могут быть выполнены за счет увеличения количества или размера катушек двигателя. В большинстве случаев двигатели без железа обеспечивают более низкие номинальные и пиковые усилия, чем двигатели с железным сердечником. Это связано с отсутствием в конструкции теплопроводных металлов и обусловленным этим ограниченным отводом тепла от змеевиков. Поэтому двигатели защищены от перегрузки с помощью датчики температуры . Линейные двигатели без сердечника
подходят для приложений, требующих высокой динамики в компактном монтажном пространстве, при этом предъявляются самые высокие требования к точности.
Компактная высота конструкции
Большие отверстия
Высокая плотность крутящего момента
В принципе, моментный двигатель представляет собой линейный двигатель, расположенный радиально. Статор моментного двигателя содержит катушки и прочно закреплен; ротор содержит узел магнита. В то время как длина магнита масштабируется линейно, крутящий момент масштабируется квадратично с диаметром. Поэтому большие крутящие моменты генерируются на большой диаметр . Кроме того, большие радиальные размеры позволяют создавать проемы для прохождения лазерных лучей или кабелей.
Из-за принципа прямого привода моментные двигатели не имеют люфта. Нулевой зазор обеспечивает высокую точность позиционирования и высокую жесткость привода, что обеспечивает высокую повторяемость . Высокий крутящий момент обеспечивает высокое ускорение и, следовательно, высокую динамику .
Дополнительные функции включают высокая жесткость на кручение , высокий пиковый крутящий момент , высокий КПД , а также очень плавный ход .
Помимо прочего, моментные двигатели подходят для высоконагруженных ступеней вращения на одноосных или многоосевых узлах благодаря их компактной конструкции с учетом крутящего момента и симметрии вращения.
PIMag®: Конструкция двигателя с плоским крутящим моментом и большой апертурой PIMag®: конструкция компактного моментного двигателя с апертурой и опциональным тормозом Компактный вращающийся столик с моментным двигателем, установленный на шестиграннике PI для высокоавтоматизированных производственных систем. Линейные приводы серии В-273 с датчиками положения (слева) и дополнительным датчиком усилия (справа) Поскольку они управляются током , а движущая сила линейно зависит от тока , прямые магнитные приводы не могут работать только на основе управления положением или скоростью, но также и управления силой.
Регулятор усилия позволяет работать с заданным усилием удержания или подачи. Датчики силы и положения могут считываться по отдельности или одновременно в двойном контуре управления. В дополнение к чистому управлению силой также возможно управление подчиненным положением и скоростью. Функция автообнуления определяет ток удержания, при котором привод создает усилие 0 Н во время работы без обратной связи.
Магнитные прямые приводы, установленные вертикально, должны удерживать как подвижную платформу, так и нагрузку приложения против силы тяжести. Это возможно благодаря компенсации силы веса . Он адаптируется к нагрузке и удерживает компоненты, которые необходимо перемещать, даже без применения силы двигателя. Это позволяет использовать силу двигателя исключительно для задачи позиционирования.
