JAK TO DZIAŁA?

Rysunek, na którym pokazano łukowaty magnes rotora w trzech kolejnych pozycjach nad linią stałych magnesów stojana, przedstawia uproszczone teoretyczne wyjaśnienie dotyczące generowania siły lokomocyjnej przy pomocy stałych magnesów. Johnson twierdzi, że wygięte magnesy rotora o ostrych krawędziach są bardzo istotne, ponieważ skupiają i koncentrują energię magnetyczną znaczne lepiej niż magnesy o tępych zakończeniach. Łukowate magnesy są trochę dłuższe od łącznej długości dwóch magnesów stojana i przestrzeni między nimi – w zestawie Johnsona wynosi to 3 i 1/8 cala (79,4 mm).

Należy zauważyć, że wszystkie magnesy stojana są zwrócone biegunami północnymi ku górze i spoczywają na płycie o wysokiej przenikliwości magnetycznej, która pomaga w koncentracji pól siłowych. Z doświadczeń wynika, że najlepszą odległością między magnesami rotora i magnesami stojana jest 3/8 cala (9,5 mm).

Kiedy północny biegun rotora przechodzi nad północnym biegunem stojana jest odpychany, a kiedy przesuwa się nad przestrzenią między magnesami stojana, jest przyciągany. Dokładnie coś przeciwnego dzieje się z południowym biegunem rotora. Jest przyciągany, kiedy przesuwa się nad północnym biegunem magnesu stojana, i odpychany, kiedy przesuwa się nad przestrzenią między magnesami.

Układ różnych sił magnetycznych biorących udział w całym procesie jest niezmiernie skomplikowany. Przedstawiony rysunek uwidacznia niektóre podstawowe zależności. Linie ciągłe reprezentują siły przyciągające, linie kreskowane siły odpychające, zaś linie podwójne obu rodzajów siły dominujące.

 

 

Jak to widać na górnym rysunku, wiodący (N) biegun rotora jest odpychany przez północne bieguny obu sąsiednich magnesów, lecz w przypadku przedstawionej na rysunku pozycji magnesu rotora, te dwie siły odpychające (które działają przeciwko sobie) nie są sobie równe. Silniejsza z obu sił (kreskowana linia podwójna) przełamuje drugą i powoduje ruch rotora w lewo. Ten ruch w lewo zostaje wzmocniony poprzez siłę przyciągania między północnym biegunem rotora i południowym stojana w dolnej części przerwy pomiędzy magnesami stojana.

Ale to nie wszystko! Przyjrzyjmy się, co się w tym czasie dzieje po drugiej – południowej (S) – stronie magnesu rotora. Długość tego magnesu (około 3 i 1/8 cala) jest dobrana odpowiednio do długości par magnesów stojana, włącznie z przerwą między nimi, tak aby i w tym przypadku siły przyciągania i odpychania pchnęły magnes rotora w lewo. W tym przypadku biegun południowy rotora jest przyciągany przez północne powierzchnie sąsiednich magnesów stojana, lecz z powodu krytycznych wymiarów rotora bardziej przez magnes (podwójna linia ciągła), który usiłuje „pociągnąć” rotor w lewo. Przezwycięża on słabsze działanie „ciągnącego” w prawo magnesu stojana. W tym przypadku, podobnie jak poprzednio, dodaje się pożądane, odpychające działanie siły między południowym biegunem rotora i południowym biegunem przestrzeni między magnesami stojana.

Niezwykle istotne w tym układzie jest właściwe zwymiarowanie magnesu rotora. Gdyby był on za długi lub za krótki, mogłoby to doprowadzić do niepożądanego stanu równowagi, który uniemożliwiłby jakikolwiek ruch. Celem jest zoptymalizowanie wszystkich układów sił tak, aby uzyskać warunki jak najbardziej odbiegające od stanu równowagi, lecz zawsze w tym samym kierunku, kiedy magnes rotora przesuwa się nad rzędem magnesów stojana. Jeśli rotor obrócimy o 180 stopni i wystartujemy z przeciwnego końca szlaku, całość będzie zachowywała się identycznie jak poprzednio, z tym, że tym razem ruch będzie odbywał się z lewa na prawo. Należy również zauważyć, że kiedy już rotor znajdzie się w ruchu zyskuje bezwładność (moment bezwładności), która pomaga w utrzymaniu rotora w ruchu przenosząc go kolejno w sferę wpływów następnej pary magnesów, gdzie uzyskuje kolejne „pchnięcie” i „pociągnięcie” oraz dodatkowy moment.