 |
|
Autorem artykułu jest John Dodd, a wersja przetłumaczona na język polski pochodzi ze strony http://www.magnesy.tanio.net/silnik_magnetyczny.html - zamieszczam ją tutaj za zgodą autora strony. Na wymienionej stronie jak również na www.xinxin.pl/magnesy-neodymowe.html można zakupić magnesy neodymowe.
Kiedy po raz pierwszy zadzwonił do nas nasz
podekscytowany kolega, który twierdził, że właśnie widział wręcz niezwykły
wynalazek magnetyczny silnik, który prawie nie używa elektryczności byliśmy
nastawieni tak sceptycznie, że odrzuciliśmy zaproszenie do jego obejrzenia.
Skoro rzecz jest tak dobra, to jakim cudem nie ma na nią amatorów?
O tym zaproszeniu przypomnieliśmy sobie dopiero klika miesięcy
później, kiedy nasz kolega zadzwonił ponownie.
- No widzicie -
powiedział - właśnie sprzedali 40000 sztuk do głównej sieci sklepów z artykułami
gospodarstwa domowego. I co wy teraz na to?
W Japonii nikt nie kupi
40000 wentylatorów nie będąc pewnym, że będą dobrze działały.
Techno-maestro
Ulice wschodniej części Shinjuku są pełne wnęk z małymi fabryczkami i warsztatami. Aż trudno sobie wyobrazić, że może się tam mieścić światowej klasy firma technologiczna. Właśnie tam. przed warsztatem Kohei Minato, przywitała nas Nobue Minato, żona i współwłaścicielka rodzinnej firmy wynalazcy.
Sam warsztat wygląda, jakby został żywcem wyjęty z hollywoodzkiego filmu o wynalazcy pracującym we własnym garażu. Wszędzie wokół pełno było różnych urządzeń elektrycznych, drutów, przyrządów pomiarowych i akumulatorów. Na ścianach pokrytych schematami wisiały wiertarki, wiązki zapasowych cewek, obudowy z perspeksu oraz inne akcesoria, zaś w głębi, z głową pogrążoną w myślach, siedział 58-letni techno-maestro we własnej osobie.
Minato nie jest nowicjuszem i wie, co znaczy być w
świetle reflektorów. Jest artystą i przez większość swojego życia zarabiał
robiąc muzykę i aranżując śpiewaczą karierę swojej córki w USA. Ma trochę
ponadprzeciętne wymiary, niski basowy głos i drugi kucyk. Krótko mówiąc łatwiej
go sobie wyobrazić na scenie lub jadącego kabrioletem wzdłuż wybrzeża
Kalifornii, niż zgarbionego nad drutami i cewkami w ciasnym pomieszczeniu
tokijskiej ubogiej dzielnicy.
Przyłączają się do nas jego bankier, mężczyzna w średnim wieku, i
doradca finansowo-księgowy Yukio Funaki. Bankier przedstawia krótkie
podsumowanie inwestycji, podczas gdy reszta nie może doczekać się pokazu
dowodzącego, że silniki Minato rzeczywiście działają.
Leżący na ławie
prototypowy samochodowy klimatyzator, który wygląda, jakby miał pasować do
modelu Toyoty Corolli szybko przykuł naszą uwagę.
Zobaczyć to znaczy uwierzyć
Potem Nobue objaśnia nam funkcje i działanie każdej z maszyn,
rozpoczynając od prostych wyjaśnień dotyczących praw magnetyzmu i odpychania.
Demonstruje działanie Koła Minato uruchamiając magnetyczny rotor przy pomocy
magnetycznej różdżki.
Przyglądamy się uważnie rotorowi i widzimy, że ma
16 magnesów umocowanych pod kątem. Aby działały, maszyny Minato muszą mieć
najwyraźniej odpowiednio rozmieszczone i pochylone magnesy. Raz uruchomione koło
obraca się bez przerwy, dowodząc, że konstrukcja nie cierpi na magnetyczny
bezruch.
Potem Nobue prowadzi nas do następnego urządzenia,
ciężkiej maszyny podłączonej do malutkiego akumulatora. Widać wyraźnie, że jej
rotor waży co najmniej 35 kilogramów wygląda na taki, który można by z
powodzeniem zastosować w pralce. Kiedy nasza przewodniczka naciska włącznik,
ogromny rotor zaczyna obracać się z prędkością 1500 obrotów na minutę i to bez
wysiłku i jakiegokolwiek hałasu.
Okazuje się źródło zasilania o mocy 16
watów napędza urządzenie, które powinno wymagać zasilania o mocy od 200 do 300
watów.
Nobue tłumaczy nam, że to oraz pozostałe urządzenia zużywają
energię elektryczną tylko po to, aby przepchać dwa elektromagnetyczne statory
umieszczone po obu końcach rotora przez jego martwy punkt ku kolejnemu łukowi
magnesów.
Wygląda na to, że kąt i rozmieszczenie magnesów jest takie,
że kiedy rotor zostanie już wprawiony w ruch, odpychanie między statorami i
biegunami rotora utrzymuje rotor w płynnym ruchu przeciwnym do ruchu wskazówek
zegara.
Następnie przechodzimy do urządzenia składającego się z silnika napędzającego generator prądu. To, co widzimy, robi ogromne wrażenie. Mierniki pokazują zasilanie elektromagnesów statora na poziomie około 1,8 V i 150 mA, zaś na wyjściu generatora mamy 9,144 V i 192 mA, to znaczy 1,8 x 0,15 x 2(elektromagnesy) = 0,540 W na wejściu i 9,144 x 0,192 = 1,755 W na wyjściu. 1,755/0,540=3,23
Jednak zgodnie z prawami fizyki nie można uzyskać więcej z
jakiegoś urządzenia, niż się do niego wkłada. Mówimy to Kohei Minato i
jednocześnie sprawdzamy, czy pod stołem warsztatowym nie ma jakichś ukrytych
przewodów.
Minato upewnia nas, że tu nie chodzi o naruszenie praw
fizyki. Siła dostarczająca dodatkowej mocy jest generowana
przez siłę
stałych magnesów wbudowanych w rotor.
- Po prostu wykorzystuję jedno z
czterech podstawowych praw natury - twierdzi.
Chociaż uczyliśmy się w szkole, że magnesy są zawsze dwubiegunowe i magnetycznie indukowany ruch zawsze kończy się zatrzymaniem w stanie równowagi, Minato wyjaśnia, że bardzo precyzyjnie dostroił rozmieszczenie magnesów i czasy impulsów zasilających statory do stanu, w którym odpychanie między rotorem i statorem (to stały zewnętrzny magnetyczny pierścień) ma charakter przejściowy (patrz "Jak to działa").
Prawdziwe produkty
Nobue Minato prowadzi nas do dwóch urządzeń
zdolnych do przekonania potencjalnego inwestora, że to wszystko jest
realne.
Najpierw pokazuje nam prototyp chłodzącego wentylatora
wytwarzanego z przeznaczeniem do sprzedaży w sieci sklepów z artykułami
gospodarstwa domowego posiadającej 14000 punktów sprzedaży (to daje trzy
wentylatory na jeden sklep). Wentylator wygląda niemal identycznie jak model
Mitsubishi, który stoi obok, i jest obecnie w powszechnym użytku. Test dowodzi,
że wydajność tłoczenia powietrza jest w przybliżeniu taka sama w przypadku obu
wentylatorów.
Kolejne urządzenie to prototyp klimatyzatora samochodowego, który zwrócił naszą uwagę na samym początku wizyty. To prototyp przeznaczony dla Nippon Denso, największego japońskiego producenta klimatyzatorów samochodowych. Urządzenie jest bardzo kompaktowe i ma ten sam kształt i wymiary co urządzenie konwencjonalne. Najwyraźniej umiejętności wytwórcze Minato ulegają doskonaleniu.
Bankier i jego inwestycja
Minato ma powody, by narzekać na japoński uniformizm społeczny i
kulturowy. Od lat ludzie traktują go jak dziwaka, który grą na pianinie zarabia
na życie, zaś bankierzy i inwestorzy unikają go, ponieważ z uporem utrzymuje, że
sam wynalazł przełomową technologię bez jakiegokolwiek formalnego wykształcenia
w tym kierunku.
Mimo ogólnej obojętności uczestniczący w naszym
spotkaniu bankier z Osaki oznajmił, że dołoży do puli inwestycyjnej 100 milionów
jenów (czyli około miliona dolarów).
Minato odwraca się do nas i
uśmiecha. Przynieśliśmy mu szczęście. To był już trzeci inwestor, którego
zainteresowanie przekłada się na konkretną liczbę.
Udostępnianie technologii
Kiedy inni wyszli, pytamy Minato, jak planuje
skomercjalizować swój wynalazek. Okazuje się, że jego biznes plan jest prosty.
Chce utrzymać kontrolę i skomercjalizować wynalazek najpierw w Japonii, gdzie,
jak uważa, może dopilnować, aby wszystko szło jak należy. Czemu nie próbuje
najpierw w Stanach Zjednoczonych lub Chinach? Otóż jego doświadczenia z obu tych
krajów są dalekie od zadowalających.
- Pierwsza faza jest
najistotniejsza, jeśli chodzi o stworzenie dobrego produktu i ulepszanie
technologii. Nie chcę tracić czasu na zajmowanie się problemami natury prawnej i
zagadnieniami dotyczącymi kradzieży dóbr intelektualnych.
Mimo to
eksport i licencjonowanie znajdują się w jego planach i Minato prowadzi rozmowy
z szeregiem potencjalnych partnerów za granicą.
Podczas gdy innego wynalazcę mogłoby kusić związanie się z większą
korporacją, Minato częściowo kieruje się własną wizją sprawiedliwości społecznej
i odpowiedzialności. 40 000 silników przeznaczonych do sprzedaży w sklepach ze
sprzętem gospodarstwa domowego wyprodukowała grupa małych wytwórców w Ohtaku i
Bunkyoku, dzielnicach północnej części Tokio, które stają się powoli regionalnym
podupadającym okręgiem przemysłowym.
Minato jest owładnięty wizją
ożywienia tych małych warsztatów, które do lat osiemdziesiątych były podstawą
japońskiego cudu gospodarczego. Poziom ich kompetencji zapewnia, że silniki będą
równie dobre, jak pochodzące z wielkich przedsiębiorstw.
Międzynarodowe przygotowania
Pomimo planów rozkręcania interesu najpierw w kraju
Minato jest dobrze przygotowany do działania na rynkach międzynarodowych. Jego
orężem są doświadczenia, jakie zdobył podczas sześcioletniego pobytu i
prowadzenia interesów w Los Angeles na początku lat dziewięćdziesiątych oraz
ochrona patentowa w 48 krajach.
Doświadczenia Minato są owocem
zarabiania przez piętnaście lat na życie grą na pianinie. Pomysł magnetycznego
silnika przyszedł mu do głowy w przypływie inspiracji, jakiego doznał w trakcie
gry na pianinie, i wkrótce potem, w połowie lat siedemdziesiątych, zaczął
pracować nad tym wynalazkiem.
W roku 1990 postanowił jednak zostawić to
wszystko, aby pomóc swojej córce Hiroko, która w wieku dwudziestu lat
zdecydowała, że chce zostać gwiazdą rhythm and bluesa w Ameryce. Minato jest
człowiekiem bardzo rodzinnym. Skoro Hiroko chciała zdobyć sławę i fortunę w USA,
ojciec uznał, że powinien być tam razem z nią i pomóc jej. No i udało się w roku
1995 Hiroko zdobyła pierwsze miejsce na liście przebojów tanecznych w Wielkiej
Brytanii.
W roku 1996 wrócił do Japonii i swojego projektu magnetycznego silnika. W następnym roku na pięciodniowej konferencji w Mexico City zaprezentował swoje prototypy firmom zajmującym się wytwarzaniem energii, przedstawicielom rządów oraz innym zainteresowanym. Zainteresowanie było ewidentne i Minato zdał sobie sprawę, że jego wynalazek wychodzi naprzeciw globalnemu zapotrzebowaniu na urządzenia energooszczędne.
Kolejne pokazy i odczyty, które odbyły się w Korei i Singapurze,
jeszcze bardziej umocniły go w przekonaniu, że należy sfinalizować wynalazek i
udało mu się pozyskać kilku inwestorów do etapu wstępnego.
W latach
dziewięćdziesiątych kontynuował ulepszanie swoich prototypów. Pozostał również w
stałym kontakcie ze swoim prawnikiem, rejestrując patenty w większych krajach
świata. W rezultacie doświadczeń zdobytych w Stanach Zjednoczonych zdał sobie
sprawę, że prawna ochrona wynalazku jest sprawą zasadniczą, nawet jeśli oznacza
to opóźnienie wprowadzenia technologii o kilka lat.
Na ironię zakrawa fakt, że kiedy już opatentował
swój wynalazek w 47 krajach, japoński urząd patentowy odrzucił jego podanie o
patent, motywując odmowę tym, że to "urządzenie nie może działać" oraz że jego
twierdzenia są wymysłem, jednak kilka miesięcy później tenże sam urząd został
zmuszony do odwołania swojej decyzji, po tym jak Urząd Patentowy Stanów
Zjednoczonych uznał wynalazek i udzielił Minato pierwszego z dwóch patentów
(Patent USA nr 5394289).
- To, że ograniczeni biurokraci japońscy
potrzebowali przyznania patentu przez Stany Zjednoczone, aby uznać oryginalność
tego wynalazku, jest dla nich typowe - zauważył z goryczą Minato.
Do roku 2001 państwo Minato udoskonalili swoje
silniki i uzyskali wystarczającą liczbę potencjalnych inwestorów, aby nawiązać
współpracę międzynarodową, początkowo z firmą saudyjską, a następnie z firmami
amerykańskimi i innymi, jednak los ściągnął na inwestorów i przedsięwzięcie
państwa Minato złą passę. Po ataku na World Trade Center w Nowym Jorku
Saudyjczycy wycofali się i plany Minato skurczyły się.
Obecnie Minato
jest znowu gotów pójść do przodu. Przy pierwszym zamówieniu ulokowanym w
warsztatach i dalszymi zamówieniami na udane modele uznał, że inwestorzy nie
muszą być głównymi partnerami. Stara się zainteresować inwestorów
korporacyjnych, którzy mogą przynieść mu korzyści strategiczne.
Firma państwa Minato o nazwie Japan Magnetic Fan (Japońskie Wentylatory Magnetyczne) nosi się z zamiarem przystąpienia do całej serii wiążących inwestycji w pierwszym i drugim kwartale roku 2004.
Implikacje technologii
Silniki Minato zużywają około 20 procent lub
jeszcze mniej energii niż silniki konwencjonalne o tym samym momencie obrotowym
i mocy. Pracują praktycznie nie wydzielając ciepła oraz niemalże żadnego hałasu,
poza tym są znacznie bezpieczniejsze i tańsze (w kategoriach zużywanej energii),
są również przyjaźniejsze dla środowiska.
Implikacje tego są ogromne.
Tylko w Stanach Zjednoczonych prawie 55 procent energii elektrycznej zużywa się
do napędzania silników elektrycznych.
Podczas gdy fabryki kupują
najtańsze dostępne na rynku silniki, są ciągle przekonywani przez takie ciała
jak NEMA (National Electrical Manufacturers Association Krajowe Stowarzyszenie
Producentów Urządzeń Elektrycznych), że koszt zakupu silnika stanowi w
całkowitym koszcie eksploatacji silników w typowym okresie ich trwałości
wynoszącym 20 lat zaledwie 3 procenty. Reszta to koszt energii zużywanej przez
silnik. Nie powinno więc dziwić, że silnik kosztujący na przykład 2000 dolarów
zużywa w ciągu swojego życia energię elektryczną o wartości 80000 dolarów (cena
kilowatogodziny w USA wynosi 0,06 centa).
Od roku 1992, kiedy w USA
weszło w życie prawo o wydajności, wydajność silników stała się pierwszoplanowym
zagadnieniem i silniki oszczędzające około 20 procent kosztów są uważane za
bardzo wydajne.
Minato chce wprowadzić silnik, który oszczędza 80
procent energii, co stwarza zupełnie nową klasę wydajności. Koszt eksploatacji w
wysokości 80000 dolarów spadnie do zaledwie 16000 dolarów. To bardzo znaczna
oszczędność, zwłaszcza jeśli pomnoży się ją przez miliony silników używanych w
USA, Japonii i pozostałych krajach świata.
Wydajność silników Minato
Wynalazek Minato i jego zdolność do zużywania
znacznie mniejszej ilości energii i pracy bez wydzielania ciepła i hałasu czyni
go doskonałym do zastosowań domowych, osobistych komputerów, telefonów
komórkowych (miniaturowy generator jest w trakcie opracowania) i innych
produktów przeznaczonych dla indywidualnego użytkowania.
Produkcja silnika magnetycznego będzie tańsza niż standardowego
silnika, ponieważ zestaw rotora i statora może być zamknięty w plastykowej
obudowie, jako że układ wydziela bardzo mało ciepła.
Przy wydajności
tego silnika będzie on odpowiedni wszędzie tam, gdzie jest ograniczona dostawa
energii do jego napędzania. Podczas gdy obecne badania wciąż ogniskują się na
ulepszaniu istniejących urządzeń, Minato twierdzi, że jego silnik posiada
wystarczający moment obrotowy do napędzania samochodu.
Przy
zastosowaniu magnetycznego napędu jest realna możliwość dołączenia do silnika
generatora i produkowania większej ilości energii elektrycznej, niż zużywa całe
urządzenie. Minato twierdzi, że średnia sprawność jego silników wynosi 330
procent.
Wspominanie o urządzeniach charakteryzujących się współczynnikiem
sprawności większym od jedności w wiciu naukowych kołach budzi lodowaty
sceptycyzm. Jeśli jednak zaakceptuje się pogląd, że urządzenie Minato może
wytwarzać ruch i moment obrotowy w wyniku unikalnego odnawialnego systemu napędu
ze stałymi magnesami, wówczas staje się sensownym uzyskiwanie więcej niż się
wkłada, w kategoriach energii elektrycznej. Jest oczywiste, że jeśli urządzenie
jest zdolne do wytwarzania w dłuższym okresie czasu nadwyżki energii, każde
gospodarstwo domowe będzie chciało je posiadać.
- Wcale nie zależy mi
aż tak bardzo na pieniądzach - mówi Minato.
- W czasie mojej muzycznej
kariery zarabiałem zupełnie nieźle. Chciałbym jednak coś dać społeczeństwu,
pomóc producentom z ubogich dzielnic tu w Japonii i w innych krajach. Chcę
odwrócić trend narzucony przez ponadnarodowe korporacje. Jest też miejsce dla
nich, lecz przemysł petrochemiczny udowodnił, że energia jest tym obszarem, w
którym przełomowego wynalazku, takiego jak ten, nie można powierzyć dużym
firmom.
W swoim czasie Minato był bliski zawarcia umowy z firmą Enron,
ale obecnie obstaje twardo przy wersji wspierającej małych i niezależnych
wytwórców oraz wyjścia z nimi i swoją niezwykłą maszyną na cały
świat.
- Nasz plan zakłada wspieranie małych firm, zjednoczenie ich
talentów, tak aby pewnego dnia można było zastosować tę technologię w wielu
dziedzinach z korzyścią dla wszystkich.
Zasada działania magnesy w ruchu
Magnetyczny Motor Minato różni się od czterech
podstawowych typów produkowanych dziś silników. Najnowocześniejsze modele na
prąd zmienny, stały, z serwomechanizmem lub skokowe bazują w zasadzie na tej
samej zasadzie elektromagnetycznej siły przyciągania odkrytej około 200 lat
temu. Wszystkie cierpią na znaczny spadek sprawności powodowany przez cewki,
rdzeń i w konsekwencji straty magnetyczne (prądy wirowe). Straty te przejawiają
się głównie w postaci ciepła wydzielanego przez urządzenie.
Silnik magnetyczny Minato wykorzystuje magnetyczne odpychanie jako
podstawowe źródło energii i charakteryzuje się bardzo niewielkimi stratami.
Prawie nie wytwarza ciepła i jest znacznie wydajniejszy (do 330%) niż silniki
konwencjonalne.
Większość testowych jednostek Minato składa się z
trójwarstwowego niemagnetycznego rotora wyposażonego w potężne magnesy typu
Sumitomo Neomax (neodyrnowo-żelazowo-borowe) umieszczone (na przestrzeni 5
stopni) w odległości 175 stopni od siebie na obwodzie rotora. Magnesy posiadają
potężną siłę 5000 gausów i oddziałują odpychająco z dwoma umieszczonymi po
przeciwległych stronach elektromagnetycznymi statorami.
Rotor porusza
się w wyniku odpychania jego magnesów od statorów w kierunku, w jakim magnesy
rotora są pochylone. Elektromagnesy statora są aktywizowane impulsowo w
określonych interwałach i na określony czas (około dziesięciu milisekund przy
ruszaniu z redukcją do 2 milisekund, kiedy rotor osiągnie swoją normalną
prędkość obrotową), tak by zapewnić ich uaktywnienie tylko wtedy, gdy naprzeciw
nich znajdują się odchodzące magnesy rotora.
Minato musiał pokonać szereg trudności, które
zniechęciły innych wynalazców próbujących wcześniej zbudować silnik magnetyczny
(a było wiele takich prób).
Po pierwsze, magnesy rotora wykorzystują
odpychanie a nie przyciąganie, aby zredukować ilość koniecznej energii. Po
drugie, rozmieszczenie i kąt magnesów na rotorze są bardzo istotne w zapewnieniu
prawidłowego "pochylenia" ruchu pól statora i rotora odbijających się od siebie,
aby wytworzyć siłę odpychającą (czyli napędową), Magnesy muszą być bardzo silne.
Takie magnesy stały się dostępne dopiero w latach osiemdziesiątych po
wynalezieniu magnesów neodymowych.
Utrzymanie struktury N-S każdego z
magnesów jest możliwe dzięki zbudowaniu rotora z trzech warstw, górnej warstwy z
biegunem N magnesów Neomax zwróconym na zewnątrz, warstwy niemagnetycznej i
warstwy bieguna S zwróconego w przeciwną stronę. Warstwy te są ułożone w
płaszczyźnie przeciwnych biegunów obu elektromagnesów. Dokładna czasowa
synchronizacja uaktywniania elektromagnesów stanowi kluczowe zagadnienie w
tworzeniu odpowiedniego miejsca dla odpychania między rotorem i statorem i jest
realizowana przy zastosowaniu sensorów wyłapujących znaczniki synchronizacyjne
pojawiające się tuż przed nadejściem magnesu rotora. Rotor jest uruchamiany i
zatrzymywany poprzez dostarczenie energii do dwóch elektromagnesów statora. Po
wyhamowaniu magnesy rotora ustawiają się naprzeciw żelaznych rdzeni
elektromagnesów statora.
Źródło: John Dodd; przedruk z J@pan Inc. Magazine, marzec 2004, http://www.japaninc.net/article.php?articleID=1302
|
|
||
|
