Самоходный инерционный генератор

Вероятно вы много слышали об автономных электрогенерирующих системах с маховиками и без таковых,  мотор-генераторного типа. Смотрели массу роликов. Слышали многочисленные заключения экспертов. Вам будут многочисленно врать про противоЭДС, и закон сохранения энергии, что сие невозможно. Да и действительно возьми мотор и генератор подключи к друг другу механически и электрически и в результате ничего не будет.  

Есть такой эпизод в 2019 году американская компания Inductance Energy Corporation (IEС) презентовала свой Earth Engine (земной двигатель). 

[В настоящее время IE разработала, изготовила и устанавливает от 7,5 до 25-киловаттные двигатели/генераторы, способные приводить в движение до 4000 фунтов инерционной мощности и производить свыше 25 киловатт.]. 

Конструкция состоит из двух массивных маховиков, разгонной электромагнитной системы, и съема через магнитную без контактную передачу на генератор.  Они не продают свои "двигатели", они продают энергию производимую на установках.  

Описание работы самих авторов: «Мы “толкаем” большую массу, управляя магнитным полем. Когда два противоположных источника топлива (магнитные поля), приводящие в движение массу маховика, находятся в правильном положении, двигатель запускает небольшой электромагнитный заряд мощностью около 52 Вт. Этот заряд позволяет противоположным источникам топлива “видеть” друг друга и может создавать значительную силу для вращения большой маховой массы. Эта инерция вращающейся массы затем передается через отдельную магнитную связь к генератору, который производит электрическую энергию. Эту силу можно также использовать механически.»

К примеру вот такие установки

 https://www.youtube.com/watch?v=KgfZy6KllcE     https://www.youtube.com/watch?v=Az0v79-vG_E&t=229s

имеют все тот же принцип, отличается только или генератор на одной оси и разгонный модуль без контактный магнитной передачи, или разгонный модуль с генераторами. Американцы и не скрывают, что у них особый алгоритм работы генератора.  Все мои изыскания пришли именно к данной конструкции. Там нет новых знаний, все сугубо на основании академической физики и инженерного расчета. 

Допустим, у нас есть однофазный генератор, аксиального типа без сердечников, катушки статора залиты полимерной смолой. Параметры: напряжение 27В, мощность 1,47 кВт, частота вращения 600 об / мин, диаметр осевой линии витков 0,39 м. Мы можем рассчитать его электромагнитный момент:

T = 9550 * Вт / об / мин = 9550 * 1,47 кВт / 600 об / мин = 23 Нм.

Если мы проверим по другим формулам  исходя из  формул Силы Ампера и Электромагнитной Силы катушек.   Рассчитать  электромагнитный момент так просто не выйдет т.к.  нужно использовать  формулы СИЛЫ АМПЕРА [Fа = B*I*L*sin] и ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИЛЫ катушек генератора [Fэ = ((n*I)2* *S)/(2*lср2)]. Для этого уже необходимо учитывать конструктивные особенности. С учетом конструктивных особенностей    мы получим следующие параметры:  Fa =  16 Ньютонов, и  Fэ = 103 Ньютона.  Зная радиус вектор R  (1/2D) = 0.39/2=0.195 метров получим значение электромагнитного момента генератора:      

T = (Fа  + Fэ)  * R , получаем  T = (16 + 103) * 0,195 = 23,2 Нм

Мы видим, что результаты расчетов такие же. Если амперная сила никуда не денется при взаимодействии с магнитным потоком полюса, то электромагнитная сила катушек может быть нейтрализована. Снизим его до значения силы тока (силы Ампера) в жгуте проводов катушки:

T = (16 + 16) * 0,195 = 6,24 Нм, при этом общая мощность генератора остается прежней 1,47 кВт

Чисто теоретически остается рассчитать мощность приводного двигателя для преодоления полученного электромагнитного момента генератора:

W = T * об / мин * 1,2 / 9550 = 6,24 * 600 * 1,2 / 9500 = 0,47 кВт

При этом традиционно для вращения классического генератора потребуется приводная минимальная мощность, равная:

W = T * об / мин * 1,2 / 9550 = 23 * 600 * 1,2 / 9500 = 1,73 кВт

В своей книге я рассматриваю несколько вариантов создания таких энергогенерирующих машин. В приложении есть калькулятор в Excel для самостоятельных расчетов

Если кто то подумает что я открываю что то новое, ошибаетесь это все  уже давно изобретено, и производится идут попытки поисков. Я же отработал вариант расчета оптимальной конструкции. Потому что  нет универсального генератора, его можно рассчитать только на одну частоту вращения, при которой у него будут самые оптимальные показатели.  

Основным на мой взгляд является генератор с конструктивными решениями по снижению такого параметра как электромагнитный момент генератора. 

Вторым немаловажным моментом является затраты на вращение.  И тут мы обращаем наш взор к инерции массы, к такому элементу как маховик. Для конструкторов далеко не секрет, что инерционный ротор электромотора уменьшает затраты на вращение при выполнении работы с нагрузкой. Справедливости ради, нужно отметить что массивный ротор имеет и свои недостатки это пуск и торможение.   Основные моменты работы электродвигателя. Пуск требует большие мощности а торможение сопряжено с реактивной ЭДС, которая начинает генерироваться в пусковой цепи электромотора.    

Момент инерции инерции ротора и маховика можно определить различными расчетными методиками, к примеру инженерная для ротора электромотора:  Jэм = GD2 /4 (N*m^2), и момент инерции массивного диска  Jмax = 1/2 mR^2 (kg*m^2).  Особенность на которую не специалист  мало обращает внимания: Суммарный момент инерции механизма состоит из момента инерции двигателя и момента инерции механической части механизма (к примеру маховика).  Момент инерции с моментом силы связан выражением M = J, а суммарный момент силы (крутящий момент) системы равет сумме моментов силы.  

Так же имеет значение инерционная масса роторных элементов так собственно и маховика, в книге привожу пример использования в этого феномена промышленности в конструкциях кривошипных прессов. Главное условие это переменный режим работы. Экзомеханический эффект. Разгон и съем. Маховик не работает при постоянном режиме скорости, только при разгоне и торможении.