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Schema di principio del motore magnetico.

04.03.2013 14:55

 

Schema di principio del motore ad attrazione e repulsione magnetica.

 

Teoria

 

Due magneti, si respingono o si attraggono se i poli contrapposti sono dello stesso segno o segno contrario (poli, nord con nord e sud con sud si respingono; poli, sud con nord si attraggono).

Qualsiasi polo magnetico (sud o nord) attrae lamierini di ferro.

Cerchiamo di idealizzare una soluzione che ci permette di sfruttare queste due condizioni contemporaneamente.

Fig. 25 (a): due magneti contrapposti con poli dello stesso segno si respingono (repulsione).

Fig. 25 (b): se a due magneti, contrapposti con lo stesso segno, interponiamo un lamierino, i magneti si attraggono al lamierino (attrazione).

Fig. 25 (c): il magnete si sposta sul piano inclinato fino alla sommità. 

 

 

L’unione di questi due principi ci portano a idealizzare un motore a repulsione e attrazione magnetica di estrema semplicità.

In Fig. 26, è riportato lo schema di principio del funzionamento di questo tipo di motore.

Come nel motore a scoppio, i magneti sono collegati con biella e manovella ai rispettivi alberi.

Le ruote dentate, servono per il sincronismo e movimento.

Quando i due magneti sono alla massima distanza, il lamierino metallico del bicchiere, si interpone fra i due magneti creando una forza di attrazione (magnete ferro) e quando i magneti raggiungono la minima distanza, passaggio in ottone, si ha la massima repulsione (l’ottone o alluminio, può essere omesso, è solo per una questione di equilibrio).

L’unico punto critico si ha nella minima distanza dei magneti, nel passaggio da ferro a ottone o da ferro a vuoto e sarà necessario dimensionare il lamierino in modo che la forza di attrazione, magneti-lamierino, sia uguale alla forza di repulsione dei magneti (Fm1,lam + Fm2,lam = Fm1,m2).

Il sistema somiglia al funzionamento del motore a scoppio, col vantaggio di poter sfruttare sia la repulsione che l’attrazione (scoppio compressione).

Guide e magneti si identificano con cilindro e pistone del motore a scoppio.

È facile capire che si possono mettere più calamite per ogni sistema.

Intorno alla puleggia principale (porta-bicchiere), si possono collegare più ingranaggi con relativi magneti ed avere un

 

sistema con una forza attiva data dalla risultante di tutti i magneti.

Esempi di Fig. 26 e Fig. 27; sistemi semplici e multipli con ingranaggi opportuni.

Le bielle dei relativi magneti, costituenti il sistema, devono collegarsi al perno della puleggia porta-bicchiere. Sistemi più complessi, sono frutto di studio e ricerca.

 

 

 

 

 

 

 

 

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Motore ad attrazione e repulsione magnetica con semidischi.

 

 

            Fig. 31  Schema di principio e di movimento, di motore a repulsione e attrazione magnetica

 

In Fig. 31 è riportato un nuovo sistema di principio che ci permette di ottimizzare il più possibile il nostro motore a repulsione e attrazione magnetica.

Questo è un motore concettualmente semplice e facile da realizzare.

In Fig. 31, alle due barre (a) e (b) sono montati una serie di magneti; magneti pari sulla barra (a) e magneti dispari sulla barra (b).

I magneti sono montati in modo che hanno sempre gli stessi poli contrapposti.

Le due barre, porta magneti, si muovono in senso inverso e collegate all’albero a gomito mediante le due bielle.

Sull’albero a gomito è montato un pignone conico che dà il movimento all’altro pignone montato sull’albero motore che porta i semidischi.

I pignoni hanno lo stesso numero di denti.

Quando i semidischi si trovano fra i due magneti, si ha una forza di attrazione ferro-magnete.

Si ha una forza di repulsione fra tutti i magneti che non hanno i semidischi interposti.

 

Queste forze di attrazione e repulsione, spingono le due bielle e fanno girare l’albero a gomito che da il movimento all’albero motore che porta i semidischi.

Da ricordare che l’albero a gomito e i semidischi sono sincronizzati mediante i pignoni dentati.

Osservando la figura, si ha immediatamente la percezione dell’insieme e del funzionamento dell’intero sistema e quindi del nostro motore.

Il volano montato sull’albero motore, prima della puleggia, contribuisce a rendere uniforme la rotazione e superare con più facilità il punto critico.

Questo sarà presente su tutti i tipi di motori.

Questo, è un nuovo concetto di motore che ha come base di evoluzione un semidisco.

 

In Fig. 32 è schematizzato il semidisco montato su una puleggia.

Il semidisco è realizzato con un lamierino ferromagnetico a semiluna.

Lo spessore del lamierino va trovato sperimentalmente in modo da avere nel punto critico il massimo equilibrio e la minima forza di attrazione ferro-magnete.

La puleggia è di qualsiasi materiale non ferromagnetico (plastica, ottone, alluminio, ecc.).

In Fig. 29 si è messo in evidenza il punto critico relativo alla minima distanza del magnete dal lamierino (attrazione lamierino magnete) e nella Fig. 32 è riportata una possibile soluzione da sperimentare fra tante idee possibili.

 

Il semidisco, è la parte più importante dell’intero motore.

Da questo dipende il buon funzionamento, il rendimento e la funzionalità.

Si può pensare di realizzare il semidisco, in materiale ferromagnetico, (lamierini per trasformatori) con spessore decrescente fino a ridursi a una lamierino sottilissimo dopo il punto critico.

Quando i magneti sono alla massima distanza, inizio interposizione semidisco, uno spessore maggiore ottimizza la forza di attrazione magneti-semidisco e dal punto critico in poi, uno spessore sempre più decrescente diminuisce la forza di attrazione, semidisco-magneti, favorendo un miglior equilibrio tra la forza di repulsione fra i due magneti e la forza di attrazione magneti–semidisco.

Da ricordare che nel punto in cui i magneti sono alla minima distanza (punto critico), si deve avere l’equilibrio delle forze di attrazione e repulsione (Fm1,lam + Fm2,lam = Fm1,m2 ); (forza magnete m1 ed m2 col lamierino uguali alle forze di repulsioni che si hanno attraverso il lamierino tra i due magneti m1 ed m2). Se il lamierino è leggermente più spesso, come nell’equilibrare le ruote dell’auto, si può creare una macchina, che in modo automatico crea dei piccoli fori  in cui il flusso magnetico passa per avere l’equilibrio delle forze.

Per il calcolo esatto dello spessore del lamierino, si possono usare le equazioni di Maxwell.

Si può pensare, anche, di far terminare il semidisco con una lega di materiale ferromagnetico e diamagnetico per facilitare l’uscita dei magneti dal semidisco e iniziare il ciclo di repulsione.

Nella figua, "Diagramma delle forze F per il tempo T", è riportato l'andamento delle forze agenti, per un intero ciclo.

É da notare che la massima intensità delle forze, si ha, quando i magneti sono alla minima distanza.

Alla massima distanza , le forze sono minime, perchè sono inversamente proporzionali al quadrato della distanza fra i magneti.

Possiamo immaginarle, come quelle agenti in un motore a scoppio per la fase di repulsione.

Lo studio per rendere minimo o eliminare il problema del punto critico, è il problema fondamentale, che richiede idee brillanti e una sperimentazione accurata che l’uomo intelligente e colto saprà dare per aprire un nuovo capitolo della storia dell’uomo.

In Fig. 32 è riportata, anche, una schematizzazione delle barre porta magneti che mette in risalto la disposizione dei magneti e la loro polarità.

 

 

Questi schemi ci suggeriscono idee molto semplice, concettualmente avanzate e di facile realizzazione.

Principio di motore a repulsione e attrazione magnetica a semidischi con due alberi a gomito contrapposti.

È una evoluzione di facile realizzazione e concettualmente avanzata che ci permetterà di costruire motori di qualsiasi dimensione e potenza.

Possiamo notare che:

  • Quando i semidischi incominciano a inserirsi fra i magneti, (magneti alla massima distanza), si dà inizio a una forza di attrazione (magnete-semidisco) che fa avvicinare il magnete al semidisco (i due magneti si avvicinano); fase di attrazione.
  • Quando i semidischi lasciano i due magneti, (minima distanza dei magneti), opposti l’uno all’altro, incomincia la fase di repulsione, allontanandosi.
  • In figura, è facile immaginare che i magneti si trovano nella posizione intermedia dei semidischi e dello spazio vuoto.


Poiché la forza di repulsione e attrazione è direttamente proporzionale all’energia magnetica generata dai magneti e inversamente proporzionale al quadrato della distanza, è facile capire che la distanza massima raggiungibile dai due magneti contrapposti è solo di qualche centimetro o più.

In queste condizioni, l’albero motore solidale con la puleggia, farà spostare la biella di solo qualche centimetro, nei due sensi.

Un esempio chiarirà le idee:

  • Distanza massima fra i due magneti è di 2 cm:
  • La biella, collegata alla barra porta magneti, subirà un’escursione massima di un centimetro. La distanza minima (magnete semidisco) sarà di appena un millimetro o più.

Naturalmente, con magneti molto potenti, queste distanze possono aumentare.

 

Questa, Fig. 34, è una schematizzazione di ingranaggi per motore con quattro alberi a gomito.

 

È possibile utilizzare un doppio semidisco per ogni supporto semidischi se l’ingranaggio 5 ha esattamente il doppio dei denti degli ingranaggi 1, 2, 3, e 4, ed eliminare il riduttore 5’, 6 e 7.

 

 

È facile capire che si possono creare motori con N alberi a gomito e un numero molto alto di calamite attaccate alle rispettive barre.

Per realizzare un motore con N alberi a gomito, è opportuno dimensionare il pignone 9, in modo che il campo magnetico (opportunamente schermato) non interferisce con le relative barre porta magneti.

I rapporti di trasmissione dei motori aventi quattro alberi a gomito sono validi per qualsiasi motore ad N combinazioni.

Nel caso di 8 alberi a gomito:

I pignoni 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 devono avere lo stesso numero di denti dell’ingranaggio 7 del motore a 4 alberi.

Il pignone 5, (es. motore a 4 alberi)  deve avere lo stesso numero di denti della corona interna 5.

L’ingranaggio 6, (es. motore a 4 alberi) è solo un satellite.

Il numero di giri dell’albero motore è lo stesso dei pignoni 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8.

 

L’attrazione e repulsione, viene fatta con magneti permanenti che hanno una elevata capacità magnetica e generano flussi magnetici di notevole intensità.

La potenza generata dal motore, dipende dal numero di magneti e dal flusso magnetico generato dai singoli magneti.

 

 

Il funzionamento di motore con 1, 2, 4, 8 o più alberi a camme è semplice, ma complesso nei meccanismi e ci si chiede se è possibile semplificare l’intero sistema di trasmissione.

La fig. 36 evidenzia una evoluzione dei motori precedenti, concettualmente semplice, che utilizza due dischi opportunamente sagomati (camme) che con sistema a slitte o cuscinetti, per ridurre gli attriti al minimo ed evitare lubrificazioni, ricevono movimento dalla spinta delle barre porta magneti.

È facile immaginare che possiamo montare N coppie di barre con un numero elevato di magneti.

Per motori molto lunghi e di potenza, con numero di magneti enormi e più coppie di barre, è possibile realizzare motori con albero a gomito e camme, alle due estremità delle barre.


 

 

Motore a repulsione ed attrazione magnetica con semidischi e magneti a “ doppia T”

Possiamo realizzare un motore, Fig. 40, in cui i magneti basculanti ad U sono doppi, a forma di T, per ogni polo.

 

Si ha con questo sistema, contemporaneamente una forza di repulsione e di attrazione di tutti i poli dei magneti.

 

Magneti con avvolgimento

 

Il concetto di motore, ad attrazione e repulsione magnetica, ci porta a pensare, con semplicità, a un motore ideale, di facile utilizzo e realizzazione.

I magneti permanenti hanno grandi problemi di flussi magnetici dispersi e difficoltà di montaggio, anche se le barrette che costituiscono i magneti, possono essere magnetizzate dopo il montaggio dell’intero motore.

Con semplici nuclei magnetici in ferrite o altro, di facile realizzazione, con bobine aventi avvolgimento in rame o con fili superconduttori, per diminuire le perdite, è possibile realizzare questi tipi di motore che sono concettualmente ideali per qualsiasi utilizzo.

I magneti, con avvolgimenti, sono come in Fig. 41.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Motore ideale.

 

Tutti i modelli di motori, schematizzati fin ora, possono essere realizzati col concetto di magneti generati dal semplice campo magnetico ottenuto da bobine alimentate a corrente continua.

Il motore può essere:

  • Spento con semplicità, togliendo corrente alle bobine.
  • Con progettazione di combinazione efficienti, può essere anche auto-avviante quando si alimentano le bobine e avere motori a potenza variabile.
  • Realizzato col principio di Fig. 33 e Fig. 38.

Da ricordare che, per avere un flusso magnetico costante e senza variazione di polarità, le bobine devono essere alimentate a corrente continua (variazioni controllate, influiscono sulla potenza e velocità).