Russian Arabic English French German Hungarian Japanese Romanian Turkish Ukrainian

Электромагнитный двигатель

 

 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПОЛОВИНУ ПРАВ НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ЧАРЛЬЗУ Ф. ПЕКУ, ЭНГЛЬВУД, НЬЮ-ДЖЕРСИ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 381968 ОТ 1 МАЯ 1888 Г. ЗАЯВКА ОТ 12 ОКТЯБРЯ 1887 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 252132 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

Я, Никола Тесла из Смилян Лики (провинция Австро-Венгрии), в настоящее время проживающий в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, изобрел некоторые новые полезные усовершенствования в электромагнитных двигателях, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

Практическое решение проблемы преобразования электрической энергии и передачи механической энергии выдвигает ряд требований, которым ныне существующие машины и системы не соответствуют. Во- первых, необходима постоянная скорость двигателя вне зависимости от нагрузки в пределах его обычной рабочей мощности. С другой стороны, необходимо достичь большего КПД преобразования, чем был получен до настоящего времени, сконструировать более дешевые, надежные и простые машины и, наконец, сделать их легко управляемыми и безопасными при использовании токов высокого напряжения, необходимых для экономичной передачи энергии.

Цель моего настоящего изобретения — создание и улучшение машины, в большей мере отвечающей перечисленным требованиям, чем известные до сих пор. Хотя мной и описаны различные средства, в их основе лежат те же базовые принципы конструкции и функционирования, которые можно изложить следующим образом: используется двигатель с двумя или более независимыми цепями, через которые в определенное время проходит переменный ток описываемым ниже образом, целью чего является поступательное движение сил притяжения, или силовых линий, в соответствии с известной теорией и принципом работы двигателя. Очевидно, что поступательное движение силовых линий можно использовать для приведения в движение или вращение любого элемента двигателя, якоря или индуктора, и если протекающие по различным цепям двигателя токи имеют необходимый сдвиг фаз, коллектор оказывается лишним; но чтобы избежать в системе любого обычного переключателя, я предпочитаю соединить цепи двигателя непосредственно с цепями подходящего генератора тока. Полная картина практических результатов подобной системы, способов ее конструкции и функционирования будет полно представлена благодаря ссылкам на сопровождающие схемы и рисунки.

Рисунки с 1 по 8 и 1а по 8а включительно иллюстрируют принцип действия моего изобретения. Остальные рисунки — различные модификации машины, в которых изобретение может быть реализовано, и их описание.

Обратимся к рисунку 9, представляющему собой схему двигателя, генератора и соединительных цепей в соответствии с моим изобретением. М — двигатель, а С — генератор для привода его в движение. Двигатель включает кольцо Л, предпочтительно из тонких изолированных железных колец или кольцевых пластин для максимальной восприимчивости к изменениям его магнитного состояния. Это кольцо окружено четырьмя сегментами обмотки из изолированного провода, расположенными симметрично и обозначенными ССС'С'. Диаметрально противоположные сегменты соединены так, чтобы попарно образовывать свободные полюса на противоположных сторонах кольца. Остальные четыре свободных конца, как показано на рисунке, соединены с выводами ТТТ'Т'. Близ кольца, предпочтительно с внутренней его стороны, на ось или вал а насажен магнитный диск И, обычно круглой формы, но с двумя вырезанными сегментами, как показано. Этот диск насажен так, что может свободно вращаться в кольце К. Генератор С может быть любого типа; изображенный на данном рисунке имеет электромагниты N и 5 и цилиндрический сердечник якоря А, на который намотаны две обмотки В и В'. Свободные концы каждой обмотки продеты в вал а' и соединены, соответственно, с изолированными контактными кольцами ЬЬЬЪ'. С каждым кольцом может быть соединена любая удобная модификация токосъемника или щетки, и она образует вывод, по которому идет ток к кольцу и от него. Эти выводы соединены с выводами двигателя проводниками Ь и Ь', как указано на рисунке, причем формируются две замкнутые цепи: одна из них включает, например, обмотку В генератора С'С' двигателя, а другая — обмотки В' и С С генератора и двигателя.

Теперь остается объяснить режим работы этой системы, и я отсылаю к рисункам с 1 по 8 и 1а по 8а, иллюстрирующим различные фазы, которые проходит обмотка генератора при работе, и соответствующие им изменения магнитного поля в двигателе. Очевидно, что вращение якоря генератора между полюсами N и 5 индуктора производит в обмотках ВВ' переменный ток, напряжение и направление которого зависят от известных законов. При расположении обмоток, указанном на рисунке 1, ток в обмотке В практически отсутствует, тогда как ток в обмотке В' в это же время достигает максимального значения, и упомянутым при описании рисунка 9 способом в цепь с этой обмоткой В' может также входить, например, обмотка СС двигателя (рисунок 1). При правильном соединении результатом станет намагничивание кольца /?', при этом полюса находятся на линии N5. Когда та же последовательность соединений соблюдается между обмотками В и С', последняя при обтекании ее током стремится зафиксировать полюса под прямым углом к линии ЫБ (рисунок 1а). Поэтому, когда обмотки генератора совершат 1 /„ оборота и достигнут положения, представленного на рисунке 2, обе пары обмоток С и С' будут обтекаться током и действовать в противоположных направлениях, что касается положения полюсов. Поэтому положение полюсов будет определяться намагничивающими силами обмоток, то есть они будут перемещаться по кольцу в положение, соответствующее '/8 оборота якоря генератора. На рисунке 3 якорь генератора совершил четверть оборота. В указанной точке ток в обмотке В максимален, а в В' — равен нулю, поскольку последняя находится в нейтральной позиции. Полюса кольца 7? на рисунке 3, следовательно, окажутся сдвинуты в 90 градусов от исходного. Подобным же образом на остальных рисунках я показал состояние цепи в каждой восьмой части оборота. Краткого пояснения будет достаточно для понимания их значения.

Рисунки 4 и 4а иллюстрируют состояние цепи в момент, когда якорь генератора совершил 3/8 оборота. Здесь обе обмотки производят ток, но обмотка В', вступив в противодействующее поле, производит ток в противоположном направлении и оказывает намагничивающий эффект в противоположном направлении. Следовательно, результирующий полюс будет находиться на линии N5, как показано. На рисунке

4                       якорь генератора совершил половину оборота, здесь же показано и результирующее магнитное состояние кольца. В этой фазе обмотка В находится в нейтральном положении, в то время как обмотка В' производит максимум тока, направленного так же, как и на рисунке 4. Следовательно, полюса окажутся сдвинуты наполовину кольца: на рисунке

5                       якорь совершил 5/6 оборота. В этом положении обмотка В' развивает менее сильный ток, но в том же направлении, что и раньше. Обмотка В, со своей стороны, оказалась в области противоположной полярности и генерирует ток противоположного направления. Поэтому результирующие полюса окажутся на линии N5 (рисунок 6) или, другими словами, полюса кольца сдвинутся на 5/8 его периметра. Рисунки 7 и 7а таким же образом иллюстрируют фазы генератора и кольца при 3/4 оборота, а рисунки 8 и 8а — те же параметры при 7/8 оборота якоря. Из предшествующего можно легко понять эти схемы. По совершении полного оборота исходное состояние будет восстановлено, и тот же процесс повторится при следующих оборотах: очевидно, что каждый оборот якоря вызывает соответствующий сдвиг полюсов, или силовых линий, вдоль кольца. Этот эффект я использую при вращении тела или якоря разнообразными путями — к примеру, применяя вышеописанный принцип в машине, изображенной на рисунке 9. Диск D вследствие тенденции принять положение, в котором он пересекает максимальное число магнитных линий, приводится во вращение, следуя за движением линий или точек наибольшего притяжения.

На рисунке 9 диск £) показан со срезанными краями, но это, как я обнаружил, не существенно для его вращения, поскольку круговой диск, обозначенный пунктиром, также вращается. Это явление приписываю определенной инерции или сопротивлению, возникающему в металле при быстром сдвиге проходящих через него силовых линий, результатом чего становится постоянная сила, направленная по касательной к диску и вызывающая его вращение. Со всей очевидностью это подтверждается тем, что круглый диск из стали вращается более эффективно, чем диск из мягкого железа, по причине, что первый, видимо, обладает большим сопротивлением к сдвигу магнитных линий.

Для иллюстрации других модификаций моего изобретения опишу остальные рисунки.

Рисунок 10 — профиль и часть вертикального сечения двигателя. Рисунок 12 — вид двигателя сверху с сечением обмотки и схемой соединения. Рисунок 11 — вид генератора с торца с сечением обмоток. Этот тип двигателя может быть использован вместо вышеуказанного. £) — сердечник якоря в виде цилиндра или барабана, который по понятным причинам должен быть снабжен прорезями настолько далеко, насколько это возможно, во избежание протекания в них индукционного тока. На сердечник продольно намотаны две обмотки Е и Е', концы которых соединены соответственно с изолирующими контактными кольцами с1(1с1'ё', надетыми на вал а с насаженным на него якорем. Якорь приводится во вращение внутри железного кожуха Я', где находится индуктор или иной элемент двигателя. Этот кожух желательно снабдить пазом или выемкой г, но он может быть и непрерывным, как показывают пунктирные линии, и в этом случае предпочтительно изготовить его из стали. Желательно также, чтобы этот кожух подразделялся подобно якорю и по тем же соображениям. В качестве генератора для приведения этого двигателя в действие я могу использовать устройство, изображенное на рисунке 11. Оно представляет собой кольцевой якорь А с четырьмя обмотками FFF'F', из которых противоположные соединены последовательно, то есть остаются четыре свободных конца, соединенных с изолированными контактными кольцами bbb'b'. Якорь соответствующим образом смонтирован на валу а' между полюсами NS. Контактные кольца каждой пары обмоток соединены с соответствующими кольцами двигателя посредством контактных щеток и двух пар проводников LL и L'L', как показано на схеме (рисунок 12).

Учитывая предшествующие схемы, становится очевидно, что вращение колец генератора вызывает ток в обмотках FF', который передается в обмотки двигателя и, намагничивая их, вызывает постоянное движение или вращение магнитных полюсов вокруг сердечника. Этот эффект вызывает вращение якоря вследствие силы притяжения между его полюсами и кожухом, но, поскольку обмотки в этом случае движутся относительно кожуха или индуктора, движение обмоток происходит в направлении, противоположном поступательному движению полюсов.

Возможно иное расположение обмоток как генератора, так и двигателя, и можно использовать большее число цепей, как будет показано на двух следующих рисунках.

На рисунке 13 представлена схема двигателя и генератора, сконструированных и соединенных вместе в соответствии с моим изобретением. Рисунок 14 представляет собой вид генератора с торца, индукторы даны в сечении.

Поле двигателя М образуется шестью магнитными полюсами G'G', прикрепленными к кольцу или контуру Н, или сделанными в форме выступа. Эти магниты или полюса обмотаны изолированным проводом, а диаметрально противоположные соединены попарно с таким расчетом, чтобы каждая пара образовывала противоположные полюса. Шесть свободных концов выведены к зажимам           Якорь, вращающийся между полюсами, является цилиндром или диском D из чугуна, насаженным на вал а. На рисунке видно, что из него вырезано два сегмента. Генератор для этого двигателя имеет в данном случае якорь А с тремя обмотками К, К' и К", расположенными под углом 60° друг к другу. Концы этих обмоток соединены соответственно с изолированными контактными кольцами еее'е'е'е". Эти кольца соединены с кольцами двигателя в определенном порядке с помощью щеток и шести проводников, образующих три независимые цепи. Изменения в силе и направлении токов, передаваемых по этим цепям и протекающих по обмоткам двигателя, вызывают постоянное поступательное движение результирующих сил притяжения со стороны полюсов G' на якорь D и, следовательно, поддерживает постоянное вращение якоря. Особое преимущество такого расположения в том, что оно позволяет получить более концентрированное и сильное поле. Использование этого принципа в системах, включающих сложные контуры, может быть понято из принципа действия такой машины.

Рисунок 15 представляет собой схему модицификации моего изобретения. Рисунок 16 является горизонтальным поперечным сечением двигателя. В этом случае диск О из магнитного металла, предпочтительно со срезанными противоположными концами, как показано пунктиром на рисунке 15, смонтирован так, что свободно вращается внутри двух неподвижных обмоток ЛГЛГ, размещенных под прямым углом друг к другу. Обмотки предпочтительно наматывать на каркас О из изоляционного материала, а их концы соединять с выводами ТТТ'Т'. Генератор С является представителем класса машин переменного тока, в которых используется постоянный индуцирующий элемент. Изображенный на рисунке состоит из вращающегося постоянного магнита или электромагнита А и четырех независимых стационарных магнитов РР’ с намотанными на них катушками, противоположные из которых соединены последовательно, а их концы соединены с выводами Ш'£. От них токи отводятся к выводам двигателя, как показано на рисунках. Способ функционирования в целом тот же, что и в предшествующих случаях: токи протекают по обмотке двигателя, вращая диск D. Такой способ реализации изобретения имеет то преимущество, что позволяет обойтись без скользящих контактов в цепи.

В вышеописанных модификациях двигателя только один элемент, то есть якорь, или индуктор, имеет обмотку возбуждения. Остается показать, каким образом выполнить обмотку на обоих элементах. Для этого обратимся к рисункам 17, 18 и 19. Рисунок 17 представляет собой торцевой вид такого двигателя, рисунок 18 — схожий вид генератора с индуктором в сечении, а рисунок 19 — схему соединений цепи. На рисунке 17 индуктор двигателя состоит из кольца Я, предпочтительно из тонких изолированных листов железа или колец с восемью полюсами С и соответствующими пазами, где намотаны четыре пары обмоток V. Диаметрально противоположные пары обмоток соединены последовательно, а свободные концы соединены с четырьмя выводами т. Эту последовательность следует соблюдать при соединении, которое не отличается от описанного выше. Якорь О с двумя обмотками ЕЕ', расположенными под прямым углом друг к другу, вращается сбоку от индуктора Я. Концы обмотки якоря соединены с двумя парами контактных колец йёё'й' (рисунок 19). Генератор для этого двигателя может быть любого типа из тех, что способны вырабатывать желаемый ток. В данном случае генератор состоит из индуктора с полюсами и якоря А с двумя обмотками под прямым углом, концы которых соединены с четырьмя контактными кольцами ЬЬЬ'Ь', расположенными на общей оси. Цепь между кольцами на оси генератора и кольцами на оси двигателя образована щетками и проводниками, как описано выше. Однако для питания обмотки возбуждения двигателя соединения якорной обмотки или подходящих туда проводов делают такими, что при движении точек наибольшего притяжения или наибольшей плотности магнитных силовых линий на якоре в одном направлении соответствующие точки на индукторе вынуждены двигаться в противоположном направлении. В других отношениях работа машины принципиально та же, что и в разобранных выше примерах. Такая конструкция обеспечивает увеличение скорости вращения. На рисунках 17 и 19, например, выводы каждой пары обмотки возбуждения соединены проводниками, ведущими к обеим обмоткам якоря таким образом, что обмотка возбуждения будет менять полюса раньше якоря.

На рисунках обмотка возбуждения подключена параллельно с якорем, но они могут быть соединены последовательно или образовывать независимые контуры. Очевидно, что этот принцип можно применять для различных типичных форм двигателей, описанных ранее.

Теперь, описав природу моего изобретения и некоторые его модификации, объясню некоторые особенности эксплуатации и его преимущества.

Следует заметить, что в моем двигателе (в качестве удобства будем рассматривать представленную на рисунке 9 его модификацию) диск И имеет тенденцию постоянно перемещаться к точкам наибольшего притяжения, а эти точки перемещаются вокруг кольца один раз за каждый оборот якоря, из чего следует, что движение диска И будет синхронным с движением якоря Л. Путем практических испытаний я обнаружил, что эта особенность присуща и всем иным типам, в которых оборот якоря генератора на 360 градусов вызывает сдвиг полюсов двигателя.

В модификации, представленной на рисунке 15 или других конструкциях подобного типа, число колебаний импульсов, возникающих при одном обороте якоря генератора, вдвое больше числа в рассмотренных примерах, и полюса двигателя меняются дважды за один оборот якоря. Поэтому скорость двигателя будет вдвое превосходить скорость генератора. Аналогичный результат будет получен на машине, представленной на рисунке 17, где полюса обоих элементов движутся в противоположных направлениях.

Затем: если считать аппарат на рисунке 9 типичной конструкцией изобретения, становится очевидно, что, поскольку действующая на диск £) сила притяжения наиболее велика, когда диск находится в своей обычной позиции по отношению к полюсам кольца И, то есть когда его выводы или полюса непосредственно следуют за полюсами кольца, скорость двигателя при любых нагрузках в его рабочих пределах будет практически постоянной. Очевидно, что эта скорость никогда не сможет превысить произвольный предел, установленный генератором, и что, по крайней мере в определенных пределах, скорость двигателя будет независима от силы тока.

Из сказанного выше становится ясным: в какой мере в моем изобретении реализованы требования экономичной системы передачи электрической энергии. Оно обеспечивает: во-первых, неизменную скорость при любых нагрузках в рабочих пределах двигателя без использования дополнительного регулятора; во-вторых, синхронность двигателя и генератора; в-третьих, значительную эффективность при более прямом применении тока, причем ни на двигателе, ни на генераторе не требуются переключающие устройства; в-четвертых, дешевизну и простоту механической конструкции и экономичность в обслуживании; в-пятых, легкость эксплуатации; в-шестых, уменьшение риска для людей и самого аппарата.

Эти двигатели можно эксплуатировать при последовательном соединении, при параллельном или смешанном соединении, в условиях, известных специалистам.

Средства или устройства для реализации основного принципа можно варьировать в гораздо большей степени, чем я обозначил; но считаю, что мое изобретение, которое намерен зафиксировать патентной грамотой, включает в себя двигатели с двумя или более независимыми контурами, по которым описанным образом протекает рабочий ток. Определение «независимые» не означает, что они обязательно изолированы друг от друга, поскольку в некоторых примерах между ними может быть электрическое соединение для регулирования или модификации работы двигателя без обязательного совершения дополнительной или новой работы.

Мне известно, что раньше вращение якоря двигателя с двумя обмотками, расположенными под прямым углом друг к другу, осуществлялось за счет периодического сдвига возбуждающего действия обеих обмоток, через которые постоянный ток посредством механических устройств передавался попеременно в противоположных направлениях; но такой метод или план я считаю абсолютно неприменимым для целей, которым служит мое изобретение, — по крайней мере, в широких масштабах, и главным образом потому, что это неизбежно влечет за собой значительный расход энергии, если только число питаемых цепей не будет велико, а прерывание и реверсирование сколько-нибудь сильного тока посредством любого известного механического устройства весьма сложно и требует значительных затрат.

В данной заявке я не претендую на используемый здесь способ управления двигателями, поскольку он является предметом отдельной заявки.

Формула изобретения такова:

  1. Сочетание двигателя, с которым соединены отдельные или независимые цепи на якоре или индукторе или обоих элементах, с генератором переменного тока, имеющим цепи с индуцированным током, которые подключены независимо к соответствующим цепям двигателя, причем вращение генератора производит непрерывное движение полюсов двигателя.
  2. В системе электрической передачи энергии сочетание двигателя, имеющего две или более независимые намагничивающие обмотки, с генератором переменного тока, содержащим индуцированные обмотки, соответствующие обмоткам двигателя, и цепей, непосредственно соединяющих двигатель и обмотки генератора в такой последовательности, что производимые генератором токи протекают по соответствующим обмоткам двигателя и тем самым приводят к непрерывному движению полюсов двигателя.
  3. Сочетание двигателя, имеющего кольцевой индуктор и цилиндрический или подобный якорь, независимых обмоток на индукторе или якоре или на обоих, генератора переменного тока, имеющего соответствующие независимые обмотки, и цепей, содержащих обмотки генератора и соответствующие обмотки двигателя, таким образом, что вращение генератора вызывает непрерывное движение полюсов двигателя вышеописанным образом.
  4. Сочетание следующих средств в системе электрической трансмиссии энергии: двигателя, состоящего из диска или его эквивалента, смонтированного внутри кольцевого индуктора и соединенного с намагничивающими обмотками, которые соединены диаметрально противоположными парами или группами с независимыми выводами, генератора с индуцированными обмотками или группами обмоток, равными по числу парам или группам обмоток двигателя, и цепей, соединяющих выводы названных обмоток с соответствующими выводами двигателя и в таком порядке, что вращение генератора и выработка переменного тока в соответствующих цепях вызывают непрерывное движение полюсов двигателя.

Никола Тесла.

Свидетели: Ф.Э. Хартли, Ф.Б. Мерфи.

 

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ № 381968     1 МАЯ 1888

 

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ № 381968     1 МАЯ 1888

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ .№ 381968    1 МАЯ 1888

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика