Russian Arabic English French German Hungarian Japanese Romanian Turkish Ukrainian

Электрогенератор переменного тока (патент № 447921)

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 447921 ОТ 10 МАРТА 1891 Г. ЗАЯВКА ОТ 15 НОЯБРЯ 1890 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 371554 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

Я, Никола Тесла, подданный Австрийской империи, родившийся в Смилянах Лики (провинция Австро-Венгрии), проживающий ныне в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, изобрел некоторые новые и полезные усовершенствования в электрогенераторах переменного тока, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

В системах распределения электроэнергии от используемых ныне генераторов переменного тока получают, как правило, от ста до трехсот колебаний тока в секунду. Я обнаружил и продемонстрировал на практике, что во многих случаях очень выгодно использовать в таких системах генераторы, способные обеспечивать гораздо большее число колебаний в секунду, скажем, пятнадцать тысяч или еще больше. Для столь высокого числа колебаний необходимо сконструировать машину с большим числом полюсов или полюсных наконечников; но для необходимой эффективности подобная конструкция оказывается весьма сложной. В якоре без полюсных наконечников трудно получить поле необходимой силы, прежде всего ввиду сравнительно высокого рассеивания силовых линий, идущих от полюса к полюсу. Если же использовать якорный сердечник с полюсными наконечниками, то очевидно, что близок предел, при котором экономичность железа уменьшается, поскольку быстро реверсировать ток можно лишь с большими потерями энергии. Чтобы избежать названных препятствий и не только их, я разработал модификацию машины со следующими общими особенностями конструкции.

Сердечник индуктора, составленный из двух независимых элементов, имеет пазы для укладки одной или нескольких рабочих обмоток. Эта обмотка или обмотки окружены железным сердечником со всех сторон, за исключением единственной, где между полюсными поверхностями сердечника расположен зазор, настолько узкий, насколько позволяет конструкция устройства. Полюсные наконечники сердечника рабочей обмотки не гладкие, а с многочисленными выступами или зубцами, вершины которых на одной стороне или наконечнике должны быть расположены напротив вершин на другой стороне. Между такими наконечниками я монтирую или закрепляю обмотку или обмотки якоря и привожу во вращение индуктор или якорь, или оба элемента, и накладываю эти якорные обмотки или проводник таким образом, чтобы они располагались симметрично к обмоткам возбуждения, то есть так, чтобы, когда один элемент проводника проходил по полю с максимальной напряженностью, другая часть, образующая обратный провод первой, проходила по наименее напряженной части или точкам поля. Точки поля с наибольшей напряженностью, как очевидно, располагаются между выступами или вершинами полюсных наконечников, в то время как точки с наименьшей напряженностью лежат посредине между ними.

Когда по возбуждающей обмотке течет постоянный ток, сконструированный описанным образом индуктор создает поле значительной силы, напряженность которого может сильно варьироваться в точках, удаленных друг от друга не больше чем на одну восьмую дюйма. В машине подобной конструкции эффект, известный как магнитное рассеивание, выражен сравнительно слабо, а реакция якоря незначительна. Проводник на якоре либо индуктор могут быть стационарными, и вращаться тогда будет второй из этих элементов; а поскольку желательно оставлять проводники неподвижными и вращать индуктор, я разработал особую модификацию машины, и для упрощения конструкции и облегчения управления я располагаю якорные проводники и раму или опоры так, чтобы закрепить на них обмотку или обмотки для возбуждения вращающихся индукторов, что позволяет избежать применения скользящих контактов.

На прилагаемых рисунках я изобразил две типичные модели описанной машины.

Рисунок 1 — вертикальное центральное сечение машины по линии хх на рисунке 2; рисунок 2 — горизонтальный разрез по линии у у рисунка 1. На этих рисунках якорный проводник и обмотка возбуждения стационарны, а сердечник индуктора вращается. Рисунок 3 — вертикальное центральное сечение машины, сконструированной по аналогичной схеме, но со стационарным индуктором и вращающимся ротором. Рисунок 4 — схема, иллюстрирующая особенность конфигурации полюсных наконечников и ее связь с проводником или проводниками якоря.

На рисунках 1 и 2 АА — две цилиндрические отливки с кронштейнами ВВ, в последних имеются втулки С для ротора. Проводник с индуцируемыми токами может быть различной конструкции, но я предпочитаю такую: в кольцевой пластине И из меди при помощи пилы или иного режущего инструмента делаются радиальные пазы от одного края почти до противоположного, начинающиеся попеременно от противоположных краев. Так образуется непрерывный проводник зигзагообразной формы. На внутреннем краю этой пластины крепятся два кольца из немагнитного металла Е, изолированные от медного проводника, но накрепко соединенные с ним, например, посредством болтов Т7. Внутри колец Е затем размещается кольцеобразная обмотка в, представляющая собой обмотку возбуждения индуктора. Проводник И и соединенные с ним части поддерживаются цилиндрическим кожухом или отливкой АА, обе части которой скреплены болтами Т7' с внешним краем проводника

О.       Проводник И также изолирован от кожуха А.

Сердечник индуктора состоит из двух круговых деталей НН с кольцевыми пазами /, которые при соединении обеих деталей образуют пространство для рабочей обмотки в. Центральные части или втулки сердечников НН выровнены так, чтобы вплотную прилегать друг к другу, в то время как внешние части или фланцы, образующие полюсные наконечники JJ, несколько утончены и оставляют место для проводника И, а на полюсных наконечниках имеют зубцы или иные полюсные выступы. Обе части сердечника НН смонтированы и скреплены с валом К, а также соединены друг с другом винтами Ь. Число зубцов на наконечниках произвольно; но между ними и радиальными частями проводника И должно существовать определенное отношение, что можно понять из рисунка 4, где NN — выступы или вершины одного полюсного наконечника, а 55 — вершины другого наконечника. На этом рисунке проводник О изображен в разрезе, аа' — радиальные части проводника, Ь

—             изолирующие слои между ними. Относительная ширина частей аа' и расстояние между двумя любыми соседними точками NN или 55 таково, что, когда радиальные части а проводника проходят между противолежащими вершинами N5, где поле имеет наибольшую напряженность, промежуточные радиальные части а' проходят самые широкие участки посередине этих вершин, где поле самое слабое. Поскольку сердечник на разных сторонах имеет полярность противоположного знака, все вершины или выступы одного наконечника будут иметь полярность, противоположную полярности вершин другого наконечника. Следовательно, хотя пространство между двумя любыми соседними вершинами одного наконечника может быть крайне малым, магнитные линии не будут рассеиваться между двумя одноименными вершинами, но силовые линии будут проходить от одной группы вершин к другой группе. Описанная конструкция в значительной степени устраняет искривление магнитных линий посредством действия тока в проводнике D, в котором, заметим, ток в любой момент времени течет от центра к краю в одной группе радиальных элементов айв противоположном направлении — в соседних элементах а'.

Чтобы подключить обмотку возбуждения С к источнику постоянного тока, я счел удобным использовать два соседних радиальных сегмента проводника О для соединения выводов обмотки С с двумя клеммами М. Для этой цели пластина О прорезается насквозь, как показано, а сделанные таким образом прорези соединяются коротким проводником с.

Пластина £) прорезается в любой удобной точке так, чтобы образовать два вывода б/, соединенные с клеммами N. Сердечник НН при вращении приводным шкивом Р генерирует в проводниках £) переменный ток, который снимается с зажимов N. Следует заметить, что благодаря такой конструкции машина способна производить переменный ток с огромным числом знакоперемен.

Если необходимо вращать проводник между полюсами стационарного индуктора, то я использую конструкцию, представленную на рисунке 3. Проводник И в этом случае изготовлен или может быть изготовлен в принципе так же, как описано выше, посредством нанесения пазов на кольцевую проводящую пластину и ее закрепления между двумя держателями О, скрепленными болтами о и прикрученными к приводному валу К. Внутренний край пластины или проводника I) предпочтительно имеет фланцы для более крепкого соединения с держателями О. Он изолирован от названного держателя. Индуктор в этом случае состоит из двух кольцевых элементов НН с кольцевыми пазами / для обмотки. Фланцы или фаски вокруг кольцевых пазов сводятся, а внутренние фланцы снабжаются зубцами, как в предшествующем случае, и образуют полюсные наконечники. Два элемента НН соединены с основой И, на которой и расположена машина. 55 — изоляционные втулки, закрепленные или установленные в центральном отверстии сердечников. Проводник О прорезан насквозь в одной точке и там располагаются клеммы, от которых изолированные проводники Т через вал отводятся к коллекторным кольцам V.

Формула изобретения.

  1. В круговом силовом поле, сформированном противоположными полюсными наконечниками с радиальными пазами, зубцами и означенными полюсами, сочетание группы радиальных проводников, расположенных по отношению к зубцам так, что, когда одна часть радиальных проводников проходит между самыми напряженными частями поля или точками, где расстояние между двумя полюсами минимально, соседние или промежуточные проводники будут проходить по слабейшим частям поля, или точкам, где расстояние между двумя полюсами максимально.
  2. Сочетание соединенной группы радиальных проводников, образующих кольцевую обмотку, стационарной опорной рамы из двух частей, скрепленных и изолированных от наружных концов названных проводников, двухчастного кольца, прикрепленного к внутренним концам названных проводников, возбуждающей обмотки на упомянутом кольце и двухчастного сердечника индуктора, окружающего упомянутые обмотки возбуждения и соединяющего кольцевые полюсные наконечники с группой радиальных проводников.
  3. Сочетание кольцевой проводящей пластины с пазами, образующими последовательное соединение радиальных проводников, секционной опорной рамы, скрепленной с внутренним краем пластины с пазами и изолированной от этой пластины, секционного кольца, прикрепленного к внутреннему краю названной пластины и изолированной от нее, рабочей обмотки, уложенной в этом кольце, и сердечника индуктора, состоящего из двух частей, соединенных болтами и имеющих прорези для укладки в них рабочей обмотки, причем названные сердечники смонтированы на вращающемся валу.
  4. Сочетание двух кольцевых полюсных наконечников противоположного знака, имеющих расположенные напротив друг друга вершины, зубцы и проводника в виде перевитой петли (обычно с радиальными витками), расположенного в кольцевом поле, причем вращение поля или названного проводника порождает в нем переменный ток.
  5. Сочетание полюсного наконечника определенного знака, имеющего пазы и зубцы, с полюсным наконечником противоположного знака с соответствующими пазами и зубцами, причем оба наконечника располагаются своими пазами напротив друг друга, и проводника или обмотки, уложенной между названными наконечниками и способной двигаться поперек силовых линий под прямым углом к пазам и зубцам.
  6. В магнитоэлектрической машине сочетание секционированной рамы, сердечника индуктора из двух соединенных частей, вращающегося вала с надетым на него означенным сердечником, проводника с наводимыми токами и витками, расположенными радиально между полюсными наконечниками обмотки сердечника, прикрепленными к раме и поддерживаемыми ею, и возбуждающей обмотки для сердечника индуктора, поддерживаемой обмоткой индуцированного тока и находящейся в кольцевом углублении, образованном пазами на полюсах двух секций сердечника индуктора.
  7. Сочетание противоположных полюсов индуктора, образованных зубцами, причем верхние точки или зубцы одного наконечника противоположны зубцам другого, и проводника, витки которого должны под прямым углом пересекать магнитные линии между противоположными зубцами.
  8. Сочетание вращающего сердечника индуктора с двумя противоположными полюсными наконечниками кольцевой формы, имеющими радиальные пазы зубцы, регулярно расположенные так, что верхние точки или зубцы одного наконечника находятся напротив зубцов другого, и стационарного проводника с радиальными витками, смонтированного между полюсными наконечниками.

Никола Тесла.

Свидетели: Р.Ф. Гейлорд, П.У. Пейдж.

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА № 447921         10 МАРТА 1891 Г.

Электрогенератор переменного тока (патент № 447921)

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика