Проекты

Магнитный бестопливный генератор энергии

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Альтернативная энергетика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1231
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Загрязнение окружающей среды, проблемы истощения ресурсов, повышение их стоимости приводят к тому, что необходимо искать способы получения энергии, которые будут одновременно доступными и безопасными для экологии планеты. Человечество уже давно успешно использует энергию солнца, ветра, воды, но остаётся ещё множество вариантов, позволяющих получать энергию альтернативными способами. В работе рассматривается возможность использования магнитной энергии.

Цель

Изготовить работающий прототип магнитного бестопливного генератора энергии и использовать прототип как зарядное устройство.

Задачи

  • Изучить свойства ферритовых и неодимовых магнитов.
  • Изучить законы электромагнитной индукции.
  • Спроектировать модель генератора:
    • произвести расчёты для создания деталей конструкции;
    • начертить чертежи деталей вручную;
    • на базе чертежей смоделировать 3D-модель в программе Avtodesk Inventor.
  • Изготовить детали корпуса путём распечатки на 3D-принтере.
  • Произвести сборку генератора и крепление конструкции к колесу самоката.
  • Провести измерения силы тока и рассчитать напряжение с использованием мультиметра.
  • Провести анализ полученных результатов и перспективы использования.

Описание

Изначальный прототип генератора был собран из подручных средств. Конструкция генератора представляла собой основание с установленным на нём валом, на которое надет диск с установленными катушками с намоткой из медной проволоки диаметром 0,1 мм, по 500 оборотов на катушку.

На втором диске размещались неодимовые магниты диаметром 30 мм, диск тоже надевался на вал и был закреплён на некотором расстоянии от катушек.

При вращении верхнего диска магниты, проходя над катушками, вызывают явление электромагнитной индукции. При замыкании выведенных от катушек проводов на клеммах, ведущих к мультиметру, можно было зафиксировать возникающее напряжение. Далее на базе прототипа была разработана и реализована посредством печати на 3D-принтере конструкция, которая должна крепиться на колесо самоката:

  • магниты устанавливаются на подвижной части самоката – переднем колесе;
  • катушки устанавливаются таким образом, чтобы при вращении колеса магниты проходили над катушками;
  • для повышения получаемого напряжения используется повышающий DC DC-преобразователь с USB.

Таким образом, конструкция представляет собой две независимые друг от друга детали, закреплённые на устройстве (самокате).

Такое устройство практически не подвержено поломкам, т. к. сами детали не взаимодействуют друг с другом.

Результат

Испытания подтвердили работоспособность конструкции.

При разгоне самоката до 10 км/час получаемое напряжение достигает значения от 3 до 5 V.

Устройство надёжно закрепляется на самокате.

Наличие USB позволяет заряжать телефон и другие устройства.

Оснащение и оборудование

1. Неодимовые магниты 30х5 − 5 штук.

2. Провод эмалированный лудящийся (обмоточный), d=0.1 мм

3. Катушки для намотки провода − 4 штуки.

4. Повышающий DC DC-преобразователь (0.9 ~ 5В – 5В, 600 мА).

5. Портативный мультиметр DT830B.

6. Клеевой пистолет Bosch РКР 18.

7. Набор для пайки.

8. 3D-принтер – UlTi.

9. PLA – пластик.

Перспективы использования результатов работы

Конструкция генератора может использоваться на таких транспортных средствах, как велосипеды, автомобили.

Увеличение количества витков на катушке позволит увеличить получаемое напряжение.

В дальнейшем автор планирует использовать в конструкции Power bank для максимального использования получаемой энергии.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

РТУ МИРЭА

Особое мнение

«Участие в проекте «Инженерный класс в московской школе» предоставило мне возможность заниматься в лаборатории РТУ МИРЭА и в технопарке при МГТУ им. Баумана. Под руководством опытных наставников у меня получилось воплотить идею в реальное изделие, которое работает. А участие в конференции мотивирует к новым проектам и изучению новых областей физики»