silnik magnetyczny minato

Silnik magnetyczyny Minato

Zadziwiający magnetyczny silnik KOHEI MINATO
John Dodd

Kiedy po raz pierwszy zadzwonił do nas nasz podekscytowany kolega, który twierdził, że właśnie widział wręcz niezwykły wynalazek magnetyczny silnik, który prawie nie używa elektryczności byliśmy nastawieni tak sceptycznie, że odrzuciliśmy zaproszenie do jego obejrzenia. Skoro rzecz jest tak dobra, to jakim cudem nie ma na nią amatorów?

O tym zaproszeniu przypomnieliśmy sobie dopiero klika miesięcy później, kiedy nasz kolega zadzwonił ponownie.

- No widzicie - powiedział - właśnie sprzedali 40000 sztuk do głównej sieci sklepów z artykułami gospodarstwa domowego. I co wy teraz na to?

W Japonii nikt nie kupi 40000 wentylatorów nie będąc pewnym, że będą dobrze działały.

Techno-maestro

Ulice wschodniej części Shinjuku są pełne wnęk z małymi fabryczkami i warsztatami. Aż trudno sobie wyobrazić, że może się tam mieścić światowej klasy firma technologiczna. Właśnie tam. przed warsztatem Kohei Minato, przywitała nas Nobue Minato, żona i współwłaścicielka rodzinnej firmy wynalazcy.

Sam warsztat wygląda, jakby został żywcem wyjęty z hollywoodzkiego filmu o wynalazcy pracującym we własnym garażu. Wszędzie wokół pełno było różnych urządzeń elektrycznych, drutów, przyrządów pomiarowych i akumulatorów. Na ścianach pokrytych schematami wisiały wiertarki, wiązki zapasowych cewek, obudowy z perspeksu oraz inne akcesoria, zaś w głębi, z głową pogrążoną w myślach, siedział 58-letni techno-maestro we własnej osobie.

Minato nie jest nowicjuszem i wie, co znaczy być w świetle reflektorów. Jest artystą i przez większość swojego życia zarabiał robiąc muzykę i aranżując śpiewaczą karierę swojej córki w USA. Ma trochę ponadprzeciętne wymiary, niski basowy głos i drugi kucyk. Krótko mówiąc łatwiej go sobie wyobrazić na scenie lub jadącego kabrioletem wzdłuż wybrzeża Kalifornii, niż zgarbionego nad drutami i cewkami w ciasnym pomieszczeniu tokijskiej ubogiej dzielnicy.

Przyłączają się do nas jego bankier, mężczyzna w średnim wieku, i doradca finansowo-księgowy Yukio Funaki. Bankier przedstawia krótkie podsumowanie inwestycji, podczas gdy reszta nie może doczekać się pokazu dowodzącego, że silniki Minato rzeczywiście działają.

Leżący na ławie prototypowy samochodowy klimatyzator, który wygląda, jakby miał pasować do modelu Toyoty Corolli szybko przykuł naszą uwagę.

Zobaczyć to znaczy uwierzyć

Potem Nobue objaśnia nam funkcje i działanie każdej z maszyn, rozpoczynając od prostych wyjaśnień dotyczących praw magnetyzmu i odpychania. Demonstruje działanie Koła Minato uruchamiając magnetyczny rotor przy pomocy magnetycznej różdżki.

Przyglądamy się uważnie rotorowi i widzimy, że ma 16 magnesów umocowanych pod kątem. Aby działały, maszyny Minato muszą mieć najwyraźniej odpowiednio rozmieszczone i pochylone magnesy. Raz uruchomione koło obraca się bez przerwy, dowodząc, że konstrukcja nie cierpi na magnetyczny bezruch.

Potem Nobue prowadzi nas do następnego urządzenia, ciężkiej maszyny podłączonej do malutkiego akumulatora. Widać wyraźnie, że jej rotor waży co najmniej 35 kilogramów wygląda na taki, który można by z powodzeniem zastosować w pralce. Kiedy nasza przewodniczka naciska włącznik, ogromny rotor zaczyna obracać się z prędkością 1500 obrotów na minutę i to bez wysiłku i jakiegokolwiek hałasu.

Okazuje się źródło zasilania o mocy 16 watów napędza urządzenie, które powinno wymagać zasilania o mocy od 200 do 300 watów.

Nobue tłumaczy nam, że to oraz pozostałe urządzenia zużywają energię elektryczną tylko po to, aby przepchać dwa elektromagnetyczne statory umieszczone po obu końcach rotora przez jego martwy punkt ku kolejnemu łukowi magnesów.

Wygląda na to, że kąt i rozmieszczenie magnesów jest takie, że kiedy rotor zostanie już wprawiony w ruch, odpychanie między statorami i biegunami rotora utrzymuje rotor w płynnym ruchu przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Następnie przechodzimy do urządzenia składającego się z silnika napędzającego generator prądu. To, co widzimy, robi ogromne wrażenie. Mierniki pokazują zasilanie elektromagnesów statora na poziomie około 1,8 V i 150 mA, zaś na wyjściu generatora mamy 9,144 V i 192 mA, to znaczy 1,8 x 0,15 x 2 = 540 W na wejściu i 9,144 x 1,192 = 1,755 W na wyjściu.

Jednak zgodnie z prawami fizyki nie można uzyskać więcej z jakiegoś urządzenia, niż się do niego wkłada. Mówimy to Kohei Minato i jednocześnie sprawdzamy, czy pod stołem warsztatowym nie ma jakichś ukrytych przewodów.

Minato upewnia nas, że tu nie chodzi o naruszenie praw fizyki. Siła dostarczająca dodatkowej mocy jest generowana
przez siłę stałych magnesów wbudowanych w rotor.

- Po prostu wykorzystuję jedno z czterech podstawowych praw natury - twierdzi.

Chociaż uczyliśmy się w szkole, że magnesy są zawsze dwubiegunowe i magnetycznie indukowany ruch zawsze kończy się zatrzymaniem w stanie równowagi, Minato wyjaśnia, że bardzo precyzyjnie dostroił rozmieszczenie magnesów i czasy impulsów zasilających statory do stanu, w którym odpychanie między rotorem i statorem (to stały zewnętrzny magnetyczny pierścień) ma charakter przejściowy (patrz "Jak to działa").

Prawdziwe produkty

Nobue Minato prowadzi nas do dwóch urządzeń zdolnych do przekonania potencjalnego inwestora, że to wszystko jest realne.

Najpierw pokazuje nam prototyp chłodzącego wentylatora wytwarzanego z przeznaczeniem do sprzedaży w sieci sklepów z artykułami gospodarstwa domowego posiadającej 14000 punktów sprzedaży (to daje trzy wentylatory na jeden sklep). Wentylator wygląda niemal identycznie jak model Mitsubishi, który stoi obok, i jest obecnie w powszechnym użytku. Test dowodzi, że wydajność tłoczenia powietrza jest w przybliżeniu taka sama w przypadku obu wentylatorów.

Kolejne urządzenie to prototyp klimatyzatora samochodowego, który zwrócił naszą uwagę na samym początku wizyty. To prototyp przeznaczony dla Nippon Denso, największego japońskiego producenta klimatyzatorów samochodowych. Urządzenie jest bardzo kompaktowe i ma ten sam kształt i wymiary co urządzenie konwencjonalne. Najwyraźniej umiejętności wytwórcze Minato ulegają doskonaleniu.

Bankier i jego inwestycja

Minato ma powody, by narzekać na japoński uniformizm społeczny i kuiturowy. Od lat ludzie traktują go jak dziwaka, który grą na pianinie zarabia na życie, zaś bankierzy i inwestorzy unikają go, ponieważ z uporem utrzymuje, że sam wynalazł przełomową technologię bez jakiegokolwiek formalnego wykształcenia w tym kierunku.

Mimo ogólnej obojętności uczestniczący w naszym spotkaniu bankier z Osaki oznajmił, że dołoży do puli inwestycyjnej 100 milionów jenów (czyli około miliona dolarów).

Minato odwraca się do nas i uśmiecha. Przynieśliśmy mu szczęście. To był już trzeci inwestor, którego zainteresowanie przekłada się na konkretną liczbę.

Udostępnianie technologii

Kiedy inni wyszli, pytamy Minato, jak planuje skomercjalizować swój wynalazek. Okazuje się, że jego biznes plan jest prosty. Chce utrzymać kontrolę i skomercjalizować wynalazek najpierw w Japonii, gdzie, jak uważa, może dopilnować, aby wszystko szło jak należy. Czemu nie próbuje najpierw w Stanach Zjednoczonych lub Chinach? Otóż jego doświadczenia z obu tych krajów są dalekie od zadowalających.

- Pierwsza faza jest najistotniejsza, jeśli chodzi o stworzenie dobrego produktu i ulepszanie technologii. Nie chcę tracić czasu na zajmowanie sie problemami natury prawnej i zagadnieniami dotyczącymi kradzieży dóbr intelektualnych.

Mimo to eksport i licencjonowanie znajdują się w jego planach i Minato prowadzi rozmowy z szeregiem potencjalnych partnerów za granicą.

Podczas gdy innego wynalazcę mogłoby kusić związanie się z większą korporacją, Minato częściowo kieruje się własną wizją sprawiedliwości społecznej i odpowiedzialności. 40 000 silników przeznaczonych do sprzedaży w sklepach ze sprzętem gospodarstwa domowego wyprodukowała grupa małych wytwórców w Ohtaku i Bunkyoku, dzielnicach północnej części Tokio, które stają się powoli regionalnym podupadającym okręgiem przemysłowym.

Minato jest owładnięty wizją ożywienia tych małych warsztatów, które do lat osiemdziesiątych były podstawą japońskiego cudu gospodarczego. Poziom ich kompetencji zapewnia, że silniki będą równie dobre, jak pochodzące z wielkich przedsiębiorstw. Mi ę dzynarodowe przygotowania

Pomimo planów rozkręcania interesu najpierw w kraju Minato jest dobrze przygotowany do działania na rynkach międzynarodowych. Jego orężem są doświadczenia, jakie zdobył podczas sześcioletniego pobytu i prowadzenia interesów w Los Angeles na początku lat dziewięćdziesiątych oraz ochrona patentowa w 48 krajach.

Doświadczenia Minato są owocem zarabiania przez piętnaście lat na życie grą na pianinie. Pomysł magnetycznego silnika przyszedł mu do głowy w przypływie inspiracji, jakiego doznał w trakcie gry na pianinie, i wkrótce potem, w połowie lat siedemdziesiątych, zaczął pracować nad tym wynalazkiem.

W roku 1990 postanowił jednak zostawić to wszystko, aby pomóc swojej córce Hiroko, która w wieku dwudziestu lat zdecydowała, że chce zostać gwiazdą rhythm and bluesa w Ameryce. Minato jest człowiekiem bardzo rodzinnym. Skoro Hiroko chciała zdobyć sławę i fortunę w USA, ojciec uznał, że powinien być tam razem z nią i pomóc jej. No i udało się w roku 1995 Hiroko zdobyła pierwsze miejsce na liście przebojów tanecznych w Wielkiej Brytanii.

W roku 1996 wrócił do Japonii i swojego projektu magnetycznego silnika. W następnym roku na pięciodniowej konferencji w Mexico City zaprezentował swoje prototypy firmom zajmującym się wytwarzaniem energii, przedstawicielom rządów oraz innym zainteresowanym. Zainteresowanie było ewidentne i Minato zdał sobie sprawę, że jego wynalazek wychodzi naprzeciw globalnemu zapotrzebowaniu na urządzenia energooszczędne.

Kolejne pokazy i odczyty, które odbyły się w Korei i Singapurze, jeszcze bardziej umocniły go w przekonaniu, że należy sfinalizować wynalazek i udało mu się pozyskać kilku inwestorów do etapu wstępnego.

W latach dziewięćdziesiątych kontynuował ulepszanie swoich prototypów.

Pozostał również w stałym kontakcie ze swoim prawnikiem, rejestrując patenty w większych krajach świata. W rezultacie doświadczeń zdobytych w Stanach Zjednoczonych zdał sobie sprawę, że prawna ochrona wynalazku jest sprawą zasadniczą, nawet jeśli oznacza to opóźnienie wprowadzenia technologii o kilka lat.

Na ironię zakrawa fakt, że kiedy już opatentował swój wynalazek w 47 krajach, japoński urząd patentowy odrzucił jego podanie o patent, motywując odmowę tym, że to "urządzenie nie może działać" oraz że jego twierdzenia są wymysłem, jednak kilka miesięcy później tenże sam urząd został zmuszony do odwołania swojej decyzji, po tym jak Urząd Patentowy Stanów Zjednoczonych uznał wynalazek i udzielił Minato pierwszego z dwóch patentów (Patent USA nr 5594289).

- To, że ograniczeni biurokraci japońscy potrzebowali przyznania patentu przez Stany Zjednoczone, aby uznać oryginalność tego wynalazku, jest dla nich typowe - zauważył z goryczą Minato.

Do roku 2001 państwo Minato udoskonalili swoje silniki i uzyskali wystarczającą liczbę potencjalnych inwestorów, aby nawiązać współpracę międzynarodową, początkowo z firmą saudyjską, a następnie z firmami amerykańskimi i innymi, jednak los ściągnął na inwestorów i przedsięwzięcie państwa Minato złą passę. Po ataku na World Trade Center w Nowym Jorku Saudyjczycy wycofali się i plany Minato skurczyły się.

Obecnie Minato jest znowu gotów pójść do przodu. Przy pierwszym zamówieniu ulokowanym w warsztatach i dalszymi zamówieniami na udane modele uznał, że inwestorzy nie muszą być głównymi partnerami. Stara się zainteresować inwestorów korporacyjnych, którzy mogą przynieść mu korzyści strategiczne.

Firma państwa Minato o nazwie Japan Magnetic Fan (Japońskie Wentylatory Magnetyczne) nosi się z zamiarem przystąpienia do całej serii wiążących inwestycji w pierwszym i drugim kwartale roku 2004.

Implikacje technologii

Silniki Minato zużywają około 20 procent lub jeszcze mniej energii niż silniki konwencjonalne o tym samym momencie obrotowym i mocy. Pracują praktycznie nie wydzielając ciepła oraz niemalże żadnego hałasu, poza tym są znacznie bezpieczniejsze i tańsze (w kategoriach zużywanej energii), są również przyjaźniejsze dla środowiska.

Implikacje tego są ogromne. Tylko w Stanach Zjednoczonych prawie 55 procent energii elektrycznej zużywa się do napędzania silników elektrycznych.

Podczas gdy fabryki kupują najtańsze dostępne na rynku silniki, są ciągle przekonywani przez takie ciała jak NEMA (National Electrical Manufacturers Association Krajowe Stowarzyszenie Producentów Urządzeń Elektrycznych), że koszt zakupu silnika stanowi w całkowitym koszcie eksploatacji silników w typowym okresie ich trwałości wynoszącym 20 lat zaledwie 3 procenty. Reszta to koszt energii zużywanej przez silnik. Nie powinno więc dziwić, że silnik kosztujący na przykład 2000 dolarów zużywa w ciągu swojego życia energię elektryczną o wartości 80000 dolarów (cena kilowatogodziny w USA wynosi 0,06 centa).

Od roku 1992, kiedy w USA weszło w życie prawo o wydajności, wydajność silników stała się pierwszoplanowym zagadnieniem i silniki oszczędzające około 20 procent kosztów są uważane za bardzo wydajne.

Minato chce wprowadzić silnik, który oszczędza 80 procent energii, co stwarza zupełnie nową klasę wydajności. Koszt eksploatacji w wysokości 80000 dolarów spadnie do zaledwie 16000 dolarów. To bardzo znaczna oszczędność, zwłaszcza jeśli pomnoży się ją przez miliony silników używanych w USA, Japonii i pozostałych krajach świata.

Wydajność silników Minato

Wynalazek Minato i jego zdolność do zużywania znacznie mniejszej ilości energii i pracy bez wydzielania ciepła i hałasu czyni go doskonałym do zastosowań domowych, osobistych komputerów, telefonów komórkowych (miniaturowy generator jest w trakcie opracowania) i innych produktów przeznaczonych dla indywidualnego użytkowania.

Produkcja silnika magnetycznego będzie tańsza niż standardowego silnika, ponieważ zestaw rotora i statora może być zamknięty w plastykowej obudowie, jako że układ wydziela bardzo mało ciepła.

Przy wydajności tego silnika będzie on odpowiedni wszędzie tam, gdzie jest ograniczona dostawa energii do jego napędzania. Podczas gdy obecne badania wciąż ogniskują się na ulepszaniu istniejących urządzeń, Minato twierdzi, że jego silnik posiada wystarczający moment obrotowy do napędzania samochodu.

Przy zastosowaniu magnetycznego napędu jest realna możliwość dołączenia do silnika generatora i produkowania większej ilości energii elektrycznej, niż zużywa całe urządzenie. Minato twierdzi, że średnia sprawność jego silników wynosi 330 procent.

Wspominanie o urządzeniach charakteryzujących się współczynnikiem sprawności większym od jedności w wiciu naukowych kołach budzi lodowaty sceptycyzm. Jeśli jednak zaakceptuje się pogląd, że urządzenie Minato może wytwarzać ruch i moment obrotowy w wyniku unikalnego odnawialnego systemu napędu ze stałymi magnesami, wówczas staje się sensownym uzyskiwanie więcej niż się wkłada, w kategoriach energii elektrycznej. Jest oczywiste, że jeśli urządzenie jest zdolne do wytwarzania w dłuższym okresie czasu nadwyżki energii, każde gospodarstwo domowe będzie chciało je posiadać.

- Wcale nie zależy mi aż tak bardzo na pieniądzach - mówi Minato.
- W czasie mojej muzycznej kariery zarabiałem zupełnie nieźle. Chciałbym jednak coś dać społeczeństwu, pomóc
producentom z ubogich dzielnic tu w Ja ponii i w innych krajach. Chcę odwrócić trend narzucony przez ponadnarodowe
korporacje. Jest też miejsce dla nich, lecz przemysł petrochemiczny udowodnił, że energia jest tym obszarem, w którym
przełomowego wynalazku, takiego jak ten, nie można powierzyć dużym firmom.

W swoim czasie Minato był bliski zawarcia umowy z firmą Enron, ale obecnie obstaje twardo przy wersji wspierającej małych i niezależnych wytwórców oraz wyjścia z nimi i swoją niezwykłą maszyną na cały świat.

- Nasz plan zakłada wspieranie małych firm, zjednoczenie ich talentów, tak aby pewnego dnia można było zastoso
wać tę technologię w wielu dziedzinach z korzyścią dla wszystkich.

Zasada działania magnesy w ruchu

Magnetyczny Motor Minato różni się od czterech podstawowych typów produkowanych dziś silników. Najnowocześniejsze modele na prąd zmienny, stały, z serwomechanizmem lub skokowe bazują w zasadzie na tej samej zasadzie elektromagnetycznej siły przyciągania odkrytej około 200 lat temu. Wszystkie cierpią na znaczny spadek sprawności powodowany przez cewki, rdzeń i w konsekwencji straty magnetyczne (prądy wirowe). Straty te przejawiają się głównie w postaci ciepła wydzielanego przez urządzenie.

Silnik magnetyczny Minato wykorzystuje magnetyczne odpychanie jako podstawowe źródło energii i charakteryzuje się bardzo niewielkimi stratami. Prawie nie wytwarza ciepła i jest znacznie wydajniejszy (do 330%) niż silniki konwencjonalne.

Większość testowych jednostek Minato składa się z trójwarstwowego niemagnetycznego rotora wyposażonego w potężne magnesy typu Sumitomo Neomax (neodyrnowo-żelazowo-borowe) umieszczone (na przestrzeni 5 stopni) w odległości 175 stopni od siebie na obwodzie rotora. Magnesy posiadają potężną siłę 5000 gausów i oddziałują odpychająco z dwoma umieszczonymi po przeciwległych stronach elektromagnetycznymi statorami.

Rotor porusza się w wyniku odpychania jego magnesów od statorów w kierunku, w jakim magnesy rotora są pochylone. Elektromagnesy statora są aktywizowane impulsowo w określonych interwałach i na określony czas (około dziesięciu milisekund przy ruszaniu z redukcją do 2 milisekund, kiedy rotor osiągnie swoją normalną prędkość obrotową), tak by zapewnić ich uaktywnienie tylko wtedy, gdy naprzeciw nich znajdują się odchodzące magnesy rotora.

Minato musiał pokonać szereg trudności, które zniechęciły innych wynalazców próbujących wcześniej zbudować silnik magnetyczny (a było wiele takich prób).

Po pierwsze, magnesy rotora wykorzystują odpychanie a nie przyciąganie, aby zredukować ilość koniecznej energii. Po drugie, rozmieszczenie i kąt magnesów na rotorze są bardzo istotne w zapewnieniu prawidłowego "pochylenia" ruchu pól statora i rotora odbijających się od siebie, aby wytworzyć siłę odpychającą (czyli napędową), Magnesy muszą być bardzo silne. Takie magnesy stały się dostępne dopiero w latach osiemdziesiątych po wynalezieniu magnesów neodymowych.

Utrzymanie struktury N-S każdego z magnesów jest możliwe dzięki zbudowaniu rotora z trzech warstw, górnej warstwy z biegunem N magnesów Neomax zwróconym na zewnątrz, warstwy niemagnetycznej i warstwy bieguna S zwróconego w przeciwną stronę. Warstwy te są ułożone w płaszczyźnie przeciwnych biegunów obu elektromagnesów. Dokładna czasowa synchronizacja uaktywniania elektromagnesów stanowi kluczowe zagadnienie w tworzeniu odpowiedniego miejsca dla odpychania między rotorem i statorem i jest realizowana przy zastosowaniu sensorów wyłapujących znaczniki synchronizacyjne pojawiające się tuż przed nadejściem magnesu rotora. Rotor jest uruchamiany i zatrzymywany poprzez dostarczenie energii do dwóch elektromagnesów statora. Po wyhamowaniu magnesy rotora ustawiają się naprzeciw żelaznych rdzeni elektromagnesów statora.

Źródło: John Dodd; przedruk za zgodą J@pan Inc. Magazine,
marzec 2004, http://www.rexresearch.com/minato/minato.htm