Юный техник, 2012 № 01

Представим себе легкий пластиковый диск (например, компакт-диск для звуко- или видеозаписи), свободно вращающийся на оси (рис. 1). Это ротор. На диске закреплен небольшой магнитик, а на подставке — электромагнит, выполненный в виде катушки из многих витков тонкого провода. Для увеличения магнитной индукции в катушку вставлен ферромагнитный (железный) сердечник. Идеально подходит катушка с сердечником от старого или ненужного реле. Предпочтительны реле с высокоомной обмоткой, потребляющие ток не более нескольких миллиампер.

Принцип действия мотора несложен: как только магнит начнет подходить к положению, показанному на рисунке (напротив сердечника электромагнита), он будет притягиваться к сердечнику, а ротор получит некоторое ускорение вращения. Когда же магнит пройдет это положение, в катушку подается короткий импульс тока такой полярности, чтобы верхний конец сердечника также оказался северным (N) полюсом. Магнит и электромагнит оттолкнутся, и диск получит дополнительный механический импульс.

Как узнать, в какой именно момент надо подавать импульс? Сам Адамс использовал фотоэлектрические или электромагнитные датчики положения диска, но это необязательно, можно подавать импульсы с постоянной частотой повторения, а диск при запуске довести рукой примерно до нужной частоты вращения. Тогда ротор сам найдет положение синхронизма и будет вращаться с этой, постоянной, скоростью. Действительно, если диск «убежит» вперед, то его притормозит сила притяжения магнита к сердечнику, а действие отталкивающих импульсов ослабнет, если же диск «отстанет», то сила отталкивающих импульсов возрастет и «подгонит» диск. Формирователем импульсов может служить несложное устройство на одном-двух транзисторах.

Несколько слов о самом мистере Адамсе: он давно на пенсии, живет в Австралии, но когда-то занимал высокие посты в организациях, занимающихся космическими исследованиями. Его мотор произвел настоящий бум: в Интернете утверждают, что он может отдать механической энергии больше, чем потребить электрической. Споры вокруг этого утверждения не утихли до сих пор — для решения вопроса нужны тщательные и точные измерения, которые очень непросто выполнить. Мы с вами тоже не будем опровергать закон сохранения энергии, отметим только высокую экономичность двигателя. Сообщают, что мотор Адамса, изготовленный одной американской школьницей, непрерывно проработал на выставке дня три-четыре, причем 9-вольтовая батарейка (аналог «Кроны») практически не разрядилась.

Конечно, мало смысла делать мотор с одним магнитом — лучше использовать два, на диаметрально противоположных сторонах роторного диска. Диск будет механически сбалансирован, а скорость вращения понизится вдвое. Но нам желательно еще понизить частоту вращения, тогда нужна многополюсная конструкция ротора с большим числом малых магнитиков, равномерно расположенных по окружности диска.

А нельзя ли обойтись вообще без магнитов, заменив их нейтральными ферромагнитными накладками на диск, например железными или стальными пластинками? Оказывается, можно! Но это уже не мотор Адамса, поскольку принцип действия будет другим, основанным не на отталкивании магнита, а на притяжении накладки к сердечнику электромагнита. При отсутствии импульсов тока в катушке ротор будет вращаться свободно, естественным образом замедляясь из-за трения в подшипнике. Импульс тока в катушку подается заранее, при приближении очередной накладки к электромагниту. Она будет притягиваться и ускорять роторный диск.

Желательно также обеспечить «самозапуск» — не лазить же на стремянку при каждом включении! Здесь поможет многополюсная конструкция с несколькими электромагнитами. Импульсы на них должны подаваться поочередно, по кругу, создавая вращающееся магнитное поле (напомню, что это изобретение великого Николы Теслы). Поле «подхватит» ферромагнитные накладки ротора и увлечет диск в заданном направлении и с нужной скоростью. Минимальное число электромагнитов — три, и импульсы, подаваемые на них, образуют трехфазную систему. Располагаться по окружности роторного диска электромагниты должны через 120°. Вспомните трехфазные силовые сети н электромоторы переменного тока с вращающимся полем — основной и самый распространенный тип моторов в промышленности!

С помощью современных микросхем удобнее формировать четырехфазную последовательность импульсов, поэтому целесообразно выполнить мотор с четырьмя электромагнитами, расположенными через 90° по окружности диска (рис. 2).

Ротор выполнен, как и прежде, на основе пластикового диска с пятью полюсами — ферромагнитными накладками. Ничто не мешает изготовить и весь ротор из железной пластинки по форме, показанной на рисунке. Число зубьев ротора должно быть на один больше, чем число электромагнитов статора.