约翰瑟尔发电机.docx

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约翰瑟尔发电机

约翰瑟尔发电机【设计与制造】

瑟尔效能机（3D软件绘制的照片）

   有关瑟尔效能机中四环材质层的代表性观点：

    瑟尔效能机呈扁平状，由三个固定的磁环和相应的许多被磁化的磁滚筒组成。

这些磁滚筒一起围绕固定的磁环旋转，随着速度的加快，稳定地浮在距离磁环表面1~2毫米的圆轨道上运动，与内、中、外三个环相互作用。

每个环会使它外围的磁滚筒绕着它旋转，由于环的直径越来越大，第一个环有12个磁滚筒，第二个环有22个，第三个环有32个，具体结构为：

环—滚筒—环—滚筒—环—滚筒。

瑟尔效能机的磁环和磁滚筒均由四种不同的材料从内到外按一定顺序组成：

第一层：

铷，一种银白色光泽的稀土金属，用于收集和存储来自一个开放系统的自由电子，是整个装置的核心，据说它作为电子对（译者注：

两个自旋运动方向相反的电子）转移到下一层的门

第二层：

永磁材料，作为电子加速器，其机制是磁滚筒绕磁环旋转产生变化的Sin波形磁场

第三层：

铜，作为从铷中获得的高速电子的发射器，产生涡电流，从而使磁环与磁滚筒发生磁耦合。

    瑟尔效能机的设计与制造过程

    本文的目的是重建约翰•瑟尔在1946至1956年间的实验品，涉及到瑟尔效能机的几何设计、材料和制造过程。

这里给出的信息是基于本文作者（S.GunnarSandberg）和瑟尔的私下交流，人们应该把这些信息当做进一步研究的基础，并对它加以改进。

    瑟尔效能机的基本驱动装置叫回转电池。

根据应用来划分，它可以作为发电线圈或转换机械功率的，也可以当做高压电源。

另外还有一个重要的特点就是可以升空。

回转电池可以看成是一个电子发动机，它由条形圆柱环状的永磁体组成。

    图1回转电池的核心，是最简单的形式

        圆盘（Plate）—单位固定的环形磁体

        磁滚筒（Runner）—运动的圆柱形棒状体

    在运行期间，每个磁滚筒绕自身的中心轴自转，同时绕圆盘中心点，在圆盘表面做无相对滑动的纯滚动，如图2所示，P点随磁滚筒绕圆盘一周后回到原来的位置，所经历的轨迹需等于摆线的整数倍。

    测量表明，产生的电势差为圆盘和磁滚筒的径向，圆盘为正极，磁滚筒为负极（如图1）。

原则上，磁滚筒和圆盘发生电磁偶尔后，不需要什么来保持回转电池的运转。

然而，作为一个扭矩发生装置，它的管道和外壳必需适合于转移产生的能量。

而且，在应用上，它是内置在主结构里的，磁滚筒应该比圆盘要短，以防止磁滚筒被卡住。

装置运行时，为防止圆盘和磁滚筒间的机械和流电接触，电磁相互作用和离心力使它们之间产生间隙，从而将摩擦几乎降低为零。

实验表明，输出的能量随着磁滚筒数量的增加而增加；为了保证系统稳定运行，圆盘直径Dp与磁滚筒直径Dr之比应为一个大于等于12的正整数：

（Dp/Dr）=N>=12（N=12,13,14,.....），而磁滚筒之间的间隙δr应该等于磁滚筒的直径（如图1）。

    在之前的基础上加更多的圆盘和磁滚筒可以做成复杂的回转电池。

    图3由A,B,C三个部分构成，每个部分又由一个圆盘和相应的磁滚筒构成。

实验表明，为了保证系统稳定运行，每个部分应该有相等的重量。

    磁场形状

    由于磁化过程是直流和交流电的共同结果，每个磁体需要特定的磁极取向，来记录一些单独的南极和北极排列成的极线（如图4）。

    对磁场的测量表明，磁极均匀分布在大约1毫米跨度的空间内；另外，磁极密度（定义为：

单位极线上北极强度的总和）必需为常数，即δ=（Np/πDp）=（Nr/πDr）=常数

    并且，圆盘与磁滚筒上两极线的距离（dT）应相等。

两极线可以自动交换，从而产生协调的运动。

至于为什么可以获得能量，其中的原理并不清楚，同样，能量的源头也无从得知。

这些都有待进一步研究，来建立输出功率、速度、几何、材料参数之间的数学关系，例如质量密度和材料的电磁特性。

   磁性材料

    最初用于实验的磁体是由美国出口的两种磁性铁粉混合而成的。

现存的磁体之一包含以下元素：

铝、硅、硫、钛、钕、铁。

其光谱如图5所示

    感应线圈

    如果把SEG作为发电机，感应线圈必需由C形的软钢（瑞士钢）或高铁酸盐猛合金构成，以适合回转电池，绕圈数和导线直径应根据使用来确定。

基本装置如图6所示

 制造过程

    图7简略的表明了制造的主要过程

    第一步磁性材料和黏合剂

    未来的深入研究应该可以找到比原始实验中更加便宜、高效的材料和其他的黏合剂来改善它的性能。

    第二步权衡比重

    通常，为了得到高效的磁体，将适当种类的元素和磁性铁粉混合是关键。

找到一个最佳的质量比，就可以产生“最好的”磁场。

然而，目前并不知道瑟尔在他的实验中所用铁粉的质量比，新的磁性材料和最佳的几何设计都是未来值得努力的研究领域。

    第三步混合

    混合是一个很重要的过程，它决定了材料的可靠和均匀程度。

可以在混合容器里通强气流使混合均匀。

实验还表明，如果一个组成发电机的磁体都是同一批造出来的，性能会更好。

    第四步铸模

    在铸模过程中，由磁性铁粉和热塑性的黏合剂组成的混合物在加热使会被压缩，同时又反弹。

图8所示的是用于黏合未被磁化的圆滚筒或圆盘（或部分圆盘）的工具。

当制造直径Dp大于30厘米的圆盘时应把整个部分放进去。

铸模过程对瑟尔效应会有很大影响，下面给出的数据应该当做参考，因为这些数据并不可行。

    1.压力:

200-400bars.

    2.温度:

1500-2000摄氏度

    3.时间:

至少20分钟

    注：

在释放压力前必需先降温！

    第五步加工

    如果权衡比重和铸模过程是正确无误，此步可以跳过。

但是，有必要抛光滚筒和圆盘的表面。

    第六步尺寸和外观的检查

   第七步磁化

    滚筒和圆盘应在直流场与交流场的结合下分别磁化，磁化电路如图9所示。

    自动控制开关的作用是同时打开直流电流idc和交流电流iac，在任意时刻，总磁（势所产生的）力总是为正值，即MMF=idcN1+iacN2>=0

    其中N1为直流导线的绕圈数，N2为交流导线的绕圈数。

总磁力随时间的函数图10所示

磁化线圈大约由200圈铜丝导线围成，交流线圈大约由附着在直流线圈之外的10圈螺铜导线围成，如图11所示。

   建议参数值：

        直流强度,idc=15OAto180A

        交流强度,iac=0.1to0.2A

        频率f=1-3MHz.

    第八步检查

    目的是通过磁能密度计来测量两个极线的存在和位置是否正确。

    第九步组装

    根据应用需要来组装，如果用用发动机，必须把磁体内置在主结构内，以适应驱动；如果用来发电，感应线圈必需适合主结构。