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磁能与机械能转化应用

已有 426 次阅读 2020-3-22 14:06 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 磁能转化与应用

     《关于磁能源与磁能机的科学研究报告》

                  作者:王红军

        

                      上篇

                 磁能的认知与理解

    目前,世界上有各种类型的能源以及与之相对应的动力机器。诸如:煤(蒸汽机、蒸汽轮机)、石油(内燃机、燃气轮机)、电(电动机) ,包括由自然界风能、水能而驱动的风力机、水轮机。其它诸如:太阳能、潮汐能、生物质能也都有其相对应的利用方式。

    一种新能源必然对应一种新的动力机器。因为只有找到将其转化为动力的方法才能确定其是一种新的能源,这里只包括那些可以直接转化为机械动力的能源。否则,只能体现出其它能量属性(热、光、化学)或资源特性而不能作为一种重要的动力能源来加以应用。

    因为人类非一切社会活动都离不开动力,无论是工厂机器作功,还是航天宇宙飞船发射,以及人类日常家庭生活出行工作。所以说动力能源与动力机器始终是最重要最基础最能代表该种物质的基本价值与重要特性。煤石油天然气在17世纪之前早已发现但只是作为取暖做饭照明等生活应用而已或者只是作为某种原材料来使用,只有蒸汽机内燃机的发明才使得煤石油作为一种重要的动力能源并开辟了第一二次工业革命发挥出其巨大的威力与作用推动了整个社会的进步提升了整个人类的文明。

    煤石油天然气都是属于一次性不可再生的化学生物质能源不仅储量有限而且容易对人类生活环境造成污染,而且随着此类能源的逐渐耗尽其所产生的污染也日趋严重形成不可挽回的双重恶性循环,当能源耗尽之时也是人类环境遭受最严重污染之日。电能虽然清洁且使用方便,但其属于二次能源需要依靠其它一次能源转化而来,而在这转化过程中污染依然存在只不过是以间接形式存在而已仍然无法彻底消除中间转化过程中的污染,而最关键是当一次能源枯竭后由其转化的电能也将不复存在。而风能水能太阳能生物质这项可再生能由于受到地理环境气候时间资源争夺等各方面的原因也都存在各自缺陷与不足。核能虽然密度大但依然属于不可再生能源储量也有最终用尽的时刻,而且也存在着对人类及环境的污染,虽然可以通过各种手段降低封闭这种污染但依然无法彻底消除其核废料。


    那么,在当今世界能源危机日趋严重能源污染日益恶化的状态下,是否会有一种全新的既取之不尽用之不竭而且高效无污染以及能够无限重复再生利用并不受地理环境天气限制影响的动力能源与动力机器出现呢?

    如果有的话,那一定应该是磁能。磁能几乎是和地球历史一样悠久天然矿石能量,地球的南北磁极就是最好的证明。人类对磁的利用也有几千年历史,诸如:磁勺指南针。但这种利用往往比较简单体现不出磁能本身所具有的更深刻的价值。随着时代发展人类也学会制造人工永磁其强度是自然磁石的几十上百乃至上千倍。但是在利用方面往往还停留在材料应用方面诸如:导航、探矿、发射接受信号、存储信息限制了其作为能量的转化与利用,即便是能量转化也需依靠电能的参与而无法自发直接利用,这就使得磁能所具有的显著与众不同的特性无法施展开来反而受到电能的限制和制约体现不出其应有的独特价值。

    而要想将永磁能独立直接转化为机械能,首先要确定的一点磁必需是一种能量,而不管是电磁还是永磁也无论是磁场还是磁力都是一种能量不同形式的体现,磁能积这一词汇本身就说明了磁的能量特性。其次磁能应该是可以转化为机械能的,这方面也已经在现实中得以证明比如永磁电机但其必需借助电的参与电能占据绝对主导权而磁能只是附属应用而已,离开了永磁能电能可以独立转化为机械能,而离开了电能永磁能就无法直接产生动能。最后磁能是否能够真正摆脱对电的依赖而独立直接的转化为机械能,这要靠理论分析和实验研究来加以确定。如果确实可行的话磁能及磁能机将具有现有诸多能源和动力机器所无法比拟的优势与特点。

    第一、磁能量是无限的。具有不断重复磁化利用的特殊性质也可以说是磁的能量复制,【能量复制是由我本人提出的一种全新概念,它和既有的能量的转移与转化概念并称为能量三大概念,而且能量的复制概念具有更积极更现实的意义。它和以往人们熟知的生物复制即DNA遗传、化学复制即复印机技术一样都是将母本所具有的信息与能量特性传递给具有和母本相同或相似组织结构的子本继而使得子本也具有和母本相同的特点与属性。其实磁能复制就是磁化或充磁技术只不过从新的角度加以阐释并将其形成新的概念提拔到新的高度,而这不仅仅是一种新概念的诞生同时也具有实际的意义使的人们对能量的各种概念属性有了一个全新的认知,最重要的是有了这种能量复制概念人类就不会再对能源的枯竭而感到担心恐惧了,因为能量复制可以永远的产生能量做到能量永不枯竭】。虽然产生磁能的总的物质即构成磁能的各种原材料储量依然有其极限值,但正如风能水能太阳能其总储量或者总功率是一定的但由于其可以重复利用因而也可认为是无限的。而且风能水能太阳能虽然能够重复利用但都受到地域环境时间气候的限制,而磁能则可以在工厂里加工制造不受上述因素影响。

    第二、磁能是最干净零污染的。虽然有磁场但可以很容易很便捷的加以屏蔽。在整个转化应用过程中不会像核煤石油天然气产生废渣废水废气对整个人类整个世界造成不可挽回的影响。

    第三、磁能转化是最直接最方便最高效的。磁能具有天然的转化为机械能的优势。因为磁能本身就是以一种力的形式来加以体现只需找到将其自动转化为机械动力的方法及规律即可。而且转化过程不会像电动机内燃机燃气轮机需要各种介质复杂结构及繁琐程序与装置以及精确高难度加工和昂贵的材料并不可避免的产生电能或热能损耗降低其有效功率。

    第四、磁能在生产、传输、移动、储存应用方面都具有显著不可替代的优势。比如,在生产制造方面,只需一台磁能复制机就可以将无数事先加工好的未被磁化的磁能量块给逐一磁化复制使其具有磁能量,而磁能复制机瞬间所消耗的磁化能量比起被磁化的磁能块长期所持有的能量相比是可以忽略不计的,而且还可以利用磁能块产生的叠加能量对磁化复制机反向供能形成相互不竭循环利用。在传输过程方面,由于磁能块具有长期自发保持能量特性随时随地就可以应用,不必像煤石油天然气那样需要不断从生产地向应用地运输中间也无需设置加油站充气站,也不需要像电能那样需要架设高压输电传输设备也无需维护看管,省却了整个中间运输环节或者说只需一次性运输到位即可无需后续补充连续供应。在移动使用方面,比起水能风能太阳能可以自由移动不受地理环境时间的限制,甚至可以在地下室内隧道内无风无水太阳的情况下也可以自发使用。在能量储存应用方面,由于磁能具有长期自发保持能量的特性其年自然衰减度很小,在科学使用的情况下可以长期转化利用并可以不断充磁以恢复其正常工作能量,不像煤石油天然气那样需要不断的消耗不断地补充呈现愈用愈少的趋势。

    而在磁能机方面也有着诸多方面的优势。

    由于上述所有一切都取决于磁能量是否真的能够被转化为机械能来加以利用,是否真的能够成为一种全新的独立直接使用的动力能源并由此诞生一种全新类型的动力机器。

    所以,对磁能本身转化规律及具体转化技术的研究才是最根本最重要的前提性制约性因素。它决定着所有相关假设是否能够成立抑或只是一种幻想并不存在实际应用的可能性。

    但科学总是在未知的前提性进行在黑暗中不断探索。许多原本以为不可能实现的发明成果在历经无数次的失败甚至许多代人的参与接力后最终被证实可行。因为这其中很可能蕴含着新的规律以及更深层次的原因而在这之前是不为人所知晓的。当然也有从根本上就违背自然法则与科学规律因而无论再怎么研究也不会出成果的也都是枉然的。但在这两者尚未明确之前,还是需要通过努力研究以甄别其究竟是违背自然规律还是缺少正确的研究方法。

    我只希望,我能够以一种科学的态度科学的精神科学的方法以及科学的实验来验证自己的理论是否可行,却不能最终确定其真实的存在性。因为大自然所蕴含的深奥秘密与潜在规律并不是直接呈现在人们面前的,而是深刻隐藏在各种错综复杂相互矛盾覆盖叠加动态随机的无序现象之中。需要人们去伪存真由表及里不断深入研究实验排错才能最终将其给肯定或否定。这是个艰难而漫长充满曲折坎坷甚至意料不到无法预测的过程需要极强的耐心与韧劲和坚强不屈的意志与决心,更重要的是需要极高的科学素养以及极强的科学洞察辨别能力。即便如此也还是为事在人成事在天不可强求只可顺其自然。

                     下篇

                磁能的转化与利用

    以下是关于磁能源与磁能机的具体相关研究成果,无论对错都希望人们以科学的视角科学的眼光去看待和理解。为了便于对比以及有更好的现实参照,可以结合现有的永磁直流有刷电机从工作原理、结构组成、转化过程、应用材料、能换关系等各方面来进行比较分析考察验证,因为两者在上述各方面都具有共同或相似之处更容易找出差别与对错。因为永磁直流电动机是人们所熟知的而且其中也部分采用了永磁体能量通过同样类似的参考体更容易得出正确或错误的结论。

   下图是永磁直流有刷电机与磁能机对比图,仅仅作为参考因为电与磁毕竟有相似之处也有不同之点在转化过程中也必定存在着各自规律不能一概而论,只能相互借鉴而已:

   1.作原理:永磁直流电机工作原理是建立在电导体在通电后在磁场中受到力的作用,磁能机工作原理是建立在磁导体在磁化后在磁场中受到力的作用。两者都是两个磁场相互作用的结果,但永磁电机的电导体磁场由电流产生,磁能机的磁导体磁场由磁化而来。

   2.结构组成:永磁直流电机是由定子转子两大部分以及电刷与电换向器组成。定子是由永磁体构成,而转子是由电磁体或电导体构成。定子永磁磁场能够自发保持磁场能量不需外界能量补充,转子电磁铁磁场需要依靠外界电源持续提供能量无法自保持,而这也恰恰电磁转子可以通过变换电流方向从而将外界电能持续转化为机械能的关键。 磁能机也是由定子转子两个基本部分以及磁刷与磁换向器采取构成。定子也是由永磁体构成,而转子是由磁导体构成而不是直接采用永磁体,磁导体只是用来接受外界磁场的磁化从而产生不断变化地磁场最终持续将磁能转化为机械能。

   3.转化步骤:永磁直流电机之所以能够连续旋转不断对外作功,就在于其电磁转子在转过半圈或者说在越过平衡位置后可以通过电刷与换向器位置改变而实现电磁转子中电流方向的改变继而使定子磁场对电磁转子的作用方向能够持续下去即逆时针或顺时针连续旋转。而磁能机也具有同样转化过程与步骤,即当磁导体转子在越过定子磁场中轴线后通过磁刷与磁换向器的配合而自发的使磁导体转子中的磁场发生反向改变从而使得定子磁场对磁导体转子磁场的作用力能够连续朝同一方向进行下去并不断地对外作功。

   4.应用材料

   5.能换关系

   现在电动机按照应用能源的不同主要分为两大类型,一是半磁半电式电动机(比如:永磁直流有刷和无刷电机其中定子或转子部分采用永磁体而另一部分仍采用电磁体电能量,这里主要与有刷电机对比因为两者结构原理更为相似)、二是全电式电动机(三相感应同步异步电机及其它定子转子全部采用电磁励磁线圈和电能的),现在所需要证明的就是是否存在第三种全磁型的磁能机,即定子转子全都采用永磁体与永磁能而不再有电磁铁与电能的参与。我们知道,永磁直流有刷电机是一种局部利用永磁能来代替电能的动力机器,其中作为定子的永磁磁体所具有的磁场能量可以用来代替励磁线圈所消耗的电能,两者具有同等效果。既然可以用定子永磁磁场来部分代替电能那么是否能够全部采用永磁场即转子也采用永磁磁场而不在需要励磁线圈来完全取代电能形成一种全新能源全新类型的磁能动力机器。


   首先,我们要确定永磁直流有刷电机的工作原理。永磁直流电机的工作原理是建立在通电导体在磁场中受到力的作用的基础之上。而永磁直流有刷电机之所以能够连续作功旋转,则是因为转子励磁线圈中的电流是可以自动改变方向的,而这又是依靠换向器与电刷的配合来完成的。而如果我们直接采用永磁体来作为转子则无法连续旋转因为永磁转子的磁场是自发产生的方向及强度都是固定不变的。这样,在定子磁场与转子磁场都采用永磁体的情况下就失去了磁场连续变化继而连续旋转的效果了。

 


   《这是我们以往习惯性所采取的对比效果即将电磁铁与永磁体不同材料作为转子来加以对比,这样自然而然的就会得出电磁铁由于可以通过电流改变磁场方向因而可以在固定定子磁场的作用下形成持续的旋转,而永磁体由于其磁场固定不变因而不能在同样属于固定磁场的定子磁场作用下形成连续旋转。而其实这只是一种错误习惯性的对比角度而已,即将永磁材料与电磁材料来进行材料与材料间的对比,而要知道永磁体不仅是一种普通材料而已其还具有能量特性这和电磁铁仅属于材料不同,也就是说在对比时应该是能量与能量对比材料与材料对比这样才可以得出正确的结果也才更容易找出彼此相同之处。我们知道永磁电机的电磁转子的电流可以自发改变方向但这只是电刷与换向器配合作用的结果,而其所提供转化电能本身性质也是直流的其方向也是固定不变的,这一点和永磁体是一样的即永磁体与直流电源在性质上是一样的都是固定极性,永磁体的南北磁极与直流电源的正负电极都是固定不变的其磁场方向与电流方向也不会自发产生变化。为了从形状上便于比较我们可以将干电池与条形永磁来进行比较更容易看到彼此的一致之处。

   那么怎样才能使永磁转子也能像电磁转子那样不断改变方向呢?直接采用永磁体显然是不可能的,因为永磁体的特性是无法改变的。唯一的方法就是找到一种材料既可以具有磁性的效果又能够不断自动改变方向。这种材料就是磁导体也就是软磁性材料更直接的来说就是除却电磁铁线圈的铁芯。电磁铁线圈(电导体)中的电流可以随着外界电流的变化而变化,同样道理,电磁铁铁芯(磁导体)里的磁场也能够随着外界磁场的变化而变化。只不过这里不再采用励磁线圈里的电流磁场的变化来使铁芯磁场发生变化,而是直接采用永磁体磁场来使铁芯磁场发生变化。

  


   那么这种变化是如何自动实现的,在永磁直流有刷电机中的电磁铁转子的电流变化是依靠电换向器和电刷互相配合来实现的;那么,在全磁型磁能机里,磁导体转子中的磁场的变化也应该是依靠磁换向器与磁刷的相互作用来完成磁场方向。具体原理与结构如下:先看一下电导体在磁场中所产生的力的作用这一永磁电动机基本工作原理以及通过换向器来改变电导体电流方向来产生连续同一方向旋转运动的效果。然后再看一下磁化导体在磁场中所产生的力的效果这一基本的磁能机的运行原理以及借助换向器来改变磁导体里的磁场变化继而来形成连续同向的旋转运动过程。

      



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