滚珠轴承电动机

通常，滚珠轴承电动机是仅由两个滚珠轴承和一个金属轴组成的电动机，当在金属轴的两端都装有滚珠轴承，并且直流电或交流电通过两个滚珠轴承的支架时，轴就会旋转。普通电动机所需的磁铁和线圈不是必需的，旋转方向与电流方向无关。另外，实验表明，即使仅使用一个轴承，导线也接触轴的中心，并且即使在外圈与轴承之间通过电流，也进行相同的操作。这种现象与爱因斯坦发现的磁旋转效应非常相似。

能量效率极低，因此主要用于物理实验等教育和研究目的，目前还没有用于实际目的。

已经提出了两个主要原理来使滚珠轴承电动机旋转。一种是硬球的热膨胀理论，而硬球是轴承的组成部分。另一个是洛伦兹理论，它源于轴承是磁性材料这一事实。

热膨胀理论意味着，直到现在为止，旋转方向的矢量力是由流经轴承与硬球的接触点所产生的电流引起的焦耳热引起的硬球接触点处的微小点的膨胀所施加的 。可能是“ Trevelyan的Wieger”或“ Trevelyan摇摆器”似乎暗示了该原理。但是，特贝勒摇杆的接触点仅是振动方向上的力，没有横向力来促进旋转力。但是，当轴承旋转时，硬球的接触区域始终位于连接接触点与内圈和外圈的中心线的滚动侧，在此接触面上会产生由膨胀压力引起的应力。

应力的方向分为硬球的中心分量和切向分量，后者的切向力分量有助于硬球的旋转扭矩。但是，为了支持该理论，需要使用非磁性材料的对比实验。

另一方面，洛伦兹力理论是，当轴承的全部或部分硬球体以及外圈和内圈由铁磁材料制成时，当电流流过那里时，洛伦兹力是由电流和产生的磁通量产生的。但是，仅在轴承旋转时才产生旋转扭矩。

该理论包括涡流，集肤效应和剩余磁通量。其中，涡流理论需要重新解释，因为硬球的初始旋转和通电后硬球的旋转方向是相反的。趋肤效应的原因是硬球是导体之一，当它旋转时，会出现类似于交流电的趋肤效应，并且流经轴承的大部分电流都在硬球的表面上流动。

洛伦兹力由路径中产生的电流和磁通量产生，力的方向与旋转方向一致。但是，由于电流路径和所产生的洛伦兹力取决于电流的极性和旋转方向，因此需要对每种情况进行详细说明。

下面，按顺序列出了目前认为要详细讨论的两个理论：热膨胀理论和剩磁通量理论。

“有趣的滚珠轴承马达”（Stefan Marinov博士）：（理论上说滚珠轴承马达是热机。请注意机器翻译的不清楚之处。）传统热机中的运动被加热。在球的这种热机中​​，它垂直于被加热材料的膨胀方向。热引擎中心的整个球不会变热，只有一小部分会碰到比赛过热。球只有这个小的接触部分会膨胀。但是，膨胀很小，只有几微米。由于球和座圈是由非常硬的钢制成的，所以略微椭圆形的球在座圈旋转时会产生很大的扭矩。

通常，需要推动才能启动滚珠轴承电机。但是，有时花边表面并不完全光滑，因此有时会自发开始（孔大且可能性大）。

当球“凸起”在旋转过程中从一个座圈移动到另一个座圈时，球会吸收局部过热，并且“凸起”的半径等于整个球的半径。当电流在新的接触点处流动并产生欧姆热时，接触点的半径变得大于整个球的半径，并且驱动扭矩再次出现。因此，球由于机械运动而没有被冷却。结果，在球轴承热机中热量没有转化成动能。如果固定和旋转时球和座圈之间的欧姆电阻都相同，则在机器的金属中产生和存储的热量将保留在机器的金属部分中。休息和旋转也一样。

确认球轴承电动机在静止和旋转时具有相同的热量，如下所述。在一定时间下测量在电动机静止的情况下的热量计的温度升高，并施加张力I并记录电流I。因此，总的电机电阻为R = U /I。然后，我启动电动机，并施加张力U'，使得电流I'= U'/ R'为UI = U'I'，并带有新的电阻R'。即，在两种情况下都施加相同的功率。根据《节能法》，在两种情况下，热量计的温度升高必须相同，并且在两种情况下，向机器中注入的电能都相同。

然而，在第二种情况下，记录到热量计的温度升高更高。因此，可以得出结论，在两种情况下，由欧姆产生的热量是相同的。在第二种情况下，旋转球轴承的摩擦也会产生热量。在第二种情况下，温度升高约为输入电能的8％，机械能约为输入电能的10％。

很明显，轴承电动机没有反张力，因为没有磁铁，并且定子电流的磁场不能在“转子”金属中引起电张力。因此，可以得出一个可靠的结论，即滚珠轴承电机提供的机械能不会受到与《节能法》的重大矛盾的任何影响。

使用直流电源时，滚珠轴承马达可以左右旋转。因此，直流电磁电动机仅在预定电流方向上沿一个方向旋转，因此不应该是电磁电动机。滚珠轴承电动机同时以直流和交流旋转。更大的电流旋转更快。重要的是要注意，滚珠轴承电机的电阻取决于电流，电流越大，电阻就越小。随着电流增加一倍，施加的张力会增加例如1.3倍。在此，必须避免由于转速增加而导致的电阻增加与因电流增加而导致的电阻减小之间的混淆。显然，较高的电流导致较高的转速。当将球轴承替换为盒式轴承时，扭矩消失。对于相同数量和大小的球，如果具有相同的施加功率（即，相等的电阻），则孔较大的球轴承具有较高的扭矩。内孔球轴承的扭矩是其两倍。较大的滚珠轴承具有更多的滚珠，从而导致更高的扭矩但更高的功耗。

洛伦兹的剩余磁通量理论（轴承电动机研究人员Kumagai教授）：该研究人员关注实验报告，即轴承电动机只有经过初始旋转才能旋转，但在某些情况下可能仅通过通电而旋转。看起来像。他似乎已经断定，除了磁性之外，只能考虑存在于初始状态的东西。由于电流流过硬球，由于硬球中到处都有电流，因此必须存在剩余磁化强度，作用在磁通密度和通过该部分的电流之间的洛伦兹力始终是硬球的初始值。力的方向与滚动方向相同。详细如下。

所需的轴承材料：由于轴承的外圈通常是固定的，因此可以使用非磁性导体，例如不锈钢或铜。然而，原则上，用作旋转体的硬球和与轴接触的内圈中的至少一个必须是磁体。但是，由于作为磁性材料，它仍然是一种效率极低的电动机，因此，硬球和内圈基本上都必须是铁磁性的，才能实际检查旋转。

基本旋转原理：当轴承中的各个硬球滚动时电流流动时，随着电流矢量的变化，硬球的磁通密度会产生磁滞现象。然后，此时的剩余磁通密度与通过该路径的电流之间会产生洛伦兹力，并且矢量与硬球的滚动方向一致，从而使硬球加速了轴承的旋转和摩擦。由于轴负载的拖动，它将加速到极限值。

旋转的初始条件：仅通过使电流流过完全没有磁化的静止轴承，轴承不会旋转。此时，相对于连接与轴承外圈和内圈接触的硬球的两个接触点的中心线的中心线，外圆周是硬球的半径，并且该中心线部分的磁通密度为零。这可以从Biosavart定律和Ampere定律中看出。此时，洛伦兹力总是在硬球体中任何地方都朝向硬球体中心线的方向，向量的总和变为零。然而，如果硬球滚动得很小，则相对于硬球中心线的滚动方向侧和后侧的磁通密度分布变得不对称。因此，在硬球内的各个位置处的洛伦兹力的平衡存在差异，并且通过在硬球内的各个位置处的洛伦兹力的总和产生旋转扭矩。因此，有必要首先向轴承施加电流，并使硬球略微滚动，即借助两者使轴承旋转。

旋转过程中的磁通分布：在轴承电动机旋转过程中，硬球中心线处的磁通量不为零。这是因为旋转的硬球的中心线的每个点在半径处移动到最 大剩余磁通密度。类似地，硬球中的磁通密度的零位置也沿滚动方向移动。但是，在硬球的旋转中心处的磁通密度始终为零。此外，在作为硬球电流输入/输出部分的接触区域中，磁通密度为零。连接这些位置的磁通密度变为零的线成为BH曲线上的矫顽力Hc的一部分，这是磁滞特性。因此，旋转时的磁通密度分布全部遵循硬球的BH曲线。

内圈中的洛伦兹力：在轴承的硬球中发生的相同现象也在铁磁材料的内圈中发生。在内圈的情况下，电流从与硬球的接触点发散或会聚。但是，由于两者都具有单向电流，所以总是产生磁场，因此即使内圈也受到残留磁通密度的影响。在此，当内圈随着硬质球的滚动而旋转时，与硬质球的情况一样，通过与内圈硬球的接触点的中心线的磁通密度沉降为残留磁通密度。在内圈的旋转电流和旋转电流之间作用的洛伦兹力矢量重合。

总旋转转矩：到目前为止，在轴承的每个硬球的初始运动方向上都产生了洛伦兹力，在内圈上在轴的旋转方向上也产生了洛伦兹力。通过在轴承中所有硬球，它们的接触点以及与之接触的内圈上产生的洛伦兹力的总和，在轴承的轴上产生旋转扭矩。

微小区域内的洛伦兹力：在硬球与内圈之间的接触点的微小水平上，也可以看到由于剩磁通而产生洛伦兹力的情况。在微观层面上，硬球的接触点并不总是一个地方，实际的接触点不是一个点，而是一个很小的区域。

假设电流在平面中均匀地通过，则接触位置随着硬球的滚动而移动，但是此时的磁通密度分布在接触表面区域的中心从零移动到最 大磁通密度。结果，可以看到，使硬球滚动的力，即旋转扭矩，在大部分接触区域中起作用。

轴承电动机的缺点在于，硬球的两个接触点的允许电流容量非常低。例如，仅通过以每分钟1000转的速度向轴承施加数小时的1A电流，就可能在硬球的滚动表面上发生电解腐蚀。通常，建议使用导电油脂以应对电腐蚀。

还有报告指出，通过使用导电油脂将电解碳大 大地防止，其中微碳分散在油脂中，体积电阻率约为100-1KΩ·cm。因此，为了减少尽可能缩短轴承寿命的电腐蚀，可以一次去除轴承中的润滑脂，并且如果可能的话，可以将导电润滑脂施加到内部滚动表面上。

此外，作为改善电解腐蚀的方法，可以通过在中心轴方向上向轴承的内圈施加压力以消除硬球和座圈之间的间隙，从而使几乎所有的硬球都通电。通过这样做，可以防止电流仅流过特定的硬球，并且可以流过更多的电流。

此外，根本的改进是改为使用圆柱滚子轴承，而不是使用硬球。通过这样做，电流的接触部分变为线性，从而与硬球体的情况相比，可以大 大降低接触电阻，从而可以充分增加允许电流。

如果有太多电流流经轴承，则轴承可能会在短时间内损坏，然后停止旋转。由于轴承电动机的电路接近短路，因此为了简单的实验，电源电压必须限制在几伏。当电源电压高时，必须提供电流限制机构，例如能够在电路中发热的电阻器或镍铬合金线。直接从内部电阻极低的电池直接连接时，应格外小心，因为可能有大电流从电线的护套中流过并点燃，从而引起火灾。

从电动机本身的特性来看，似乎希望使用一个恒流电源，该电源可以在可能的情况下自由控制电流设置。

从家用交流电源插座供电时，请勿使用单绕组变压器，而在降压之前，请确保使用二次侧绝缘的变压器。