ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ. НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПОЛОВИНУ ПРАВ НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ЧАРЛЬЗУ Ф



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

КОЛЛЕКТОР ДИНАМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 382845 ОТ 15 МАЯ 1888 Г. ЗАЯВКА ОТ 30 АПРЕЛЯ 1887 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 236711 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

Я, Никола Тесла из Смилян Лики (провинция Австро-Венгрии), в настоящее время проживающий в городе и штате Нью-Йорк, изобрел некоторые новые и полезные усовершенствования для коллекторов динамо-машин и двигателей, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

Данное изобретение касается динамо-машин или двигателей и представляет собой усовершенствование устройств для выпрямления и сбора токов.

Цели изобретения: во-первых, избежать искрения и, как следствие, постепенного износа и разрушения сегментов коллектора, щеток или токосъёмников; во-вторых, устранить необходимость дополнительных юстировок коллектора, щеток или токосъёмников и прочие последствия износа названных деталей; в-третьих, обеспечить практичность конструкции очень больших динамо-машин и двигателей с минимальным числом сегментов коллектора; в-четвертых, увеличить эффективность и безопасность машины и уменьшить ее стоимость.

Чтобы реализовать эти цели, я конструирую коллектор и токосъемники из двух подогнанных друг к другу частей схожей конструкции. В качестве иллюстрации приводится описание коллектора из двух сегментов, адаптированного к работе с якорем, обмотки которого имеют только два свободных конца, соединенных соответственно с названными сегментами, несущей поверхности [коллектора] — лицевая сторона диска. Коллектор состоит из двух металлических сегментов-квадрантов и двух сегментов-квадрантов из изоляционного материала, а его рабочая поверхность должна быть отшлифована, чтобы металлические и изоляционные сегменты находились на одном уровне. Элемент, располагающийся на месте обычных щеток, то есть то, что я именую токосъёмником, представляет собой схожий с коллектором диск, поверхность которого также состоит из двух изолирующих и двух металлических сегментов. Две эти части контактируют своими рабочими поверхностями таким образом, что вращение якоря заставляет коллектор поворачиваться к токосъёмнику, в результате чего индуцируемые в обмотке токи снимаются сегментами токосъёмника, откуда отводятся посредством соответствующих проводников. Такова общая схема изобретенной мной конструкции. Не считая некоторых случайных свойств, природа и действие которых будут разобраны ниже, эти устройства токосъёма обладают многими важными преимуществами. Во-первых, закорачивание и размыкание обмотки якоря, подсоединенной к сегментам коллектора, происходят одновременно, и в силу самого характера конструкции это происходит с большой точностью; во-вторых, длительность и размыкания, и закорачивания сводится к минимуму. Первое позволяет уменьшить искру почти до полного ее подавления, поскольку размыкание и короткое замыкание производят на обмотку противоположное действие. Второе снижает вредоносные последствия искры, размеры которого пропорциональны длительности искры, а сокращение длительности короткого замыкания очевидно повышает эффективность машины.

Механические преимущества легко понять, если использовать прилагаемые чертежи.

Рисунок 1 представляет собой центральное продольное сечение конца вала с насаженным на него усовершенствованным коллектором. Рисунок 2 - вид внутренней или несущей поверхности токосъемника. Рисунок 3 - вид модифицированного коллектора с торца, со стороны якоря. Рисунки 4 и 5 - виды деталей, представленных на рисунке 3. Рисунок 6 - продольное центральное сечение другой модификации, а рисунок 7 - ее поперечное сечение.

А - конец вала якоря динамо-машины или двигателя. А' - муфта из изоляционного материала вокруг оси, крепящаяся при помощи винта а' или иным удобным способом.

Сам коллектор имеет форму диска, состоящего из четырех сегментов D£),GG,, схожих с представленными на рисунке 3. Два этих сегмента, например ИО’, сделаны из металла и соединены с концами обмотки якоря. Два других сегмента состоят из изоляционного материала. Эти сегменты удерживаются на своем месте бандажом В из изоляционного материала. Диск удерживается в своем положении силой трения или винтами, например д'д' на рисунке 3, которые накрепко соединяют диск с муфтой А'.

Токосъёмник имеет ту же форму, что и коллектор. Он также состоит из двух металлических сегментов ЕЕ' и двух изоляционных сегментов ЕЕ', соединенных бандажом С. Металлические сегменты ЕЕ’ имеют ту же или схожую ширину и объем, что и изолирующие сегменты или участки коллектора. Токосъёмник скреплен с муфтой В1 винтами дд', а муфта способна свободно вращаться на валу А. Конец муфты В' заглушен при помощи пластины р, которую прижимает конусообразный винт к, регулируемый пружиной Н, что поддерживает токосъёмник в тесном контакте с коллектором и компенсирует люфт вала. Для удержания токосъёмника и недопущения его вращения вместе с валом применяется любое подходящее средство. В качестве примера демонстрирую пластину с разрезом К, предназначенную для прикрепления к стационарной опоре, и рычаг, идущий от токосъемника и оснащенный зажимным винтом Ь, при помощи которого токосъемник может быть отрегулирован и приведен в желаемое положение.

В схеме на рисунках 1 и 2 предпочтение отдаю свободной подгонке изолирующих сегментов коллектора и токосъемника, обеспечивая определенными средствами, к примеру, легкими пружинами ес, скрепленными соответственно бандажами А' и В' и прижимающими сегменты, для оказания легкого давления на эти сегменты, сохранения между ними тесного контакта и компенсации износа. Металлические сегменты коллектора можно двигать вперед, ослабляя винт а'.

Цепь или линейный проводник отводится от металлических сегментов токосъемника, будучи прикрепленным к нему любым удобным способом; схема соединений показана в виде приложения к модифицированной форме коллектора на рисунке 6. Коллектор и токосъемник на рисунке представлены в виде двух ровных несущих поверхностей, механическим воздействием предотвращая появление искр, что наиболее эффективно достигается предложенной конструкцией, то есть помещением изолятора между разделительными пластинами или сегментами коллектора и токосъемника, чем каким-либо иным механическим устройством из известных мне.

Изолирующие сегменты изготовлены из любого твердого материала, пригодного для шлифовки, и с острыми гранями. Предпочтение можно отдать стеклу, мрамору или стеатиту, если их снабдить фаской или гранью из твердого материала, типа платины или подобного, где вероятно искрение.

На рисунке 3 представлена несколько модифицированная схема моего изобретения, предназначенная для облегчения конструкции и замены частей. Здесь коллектор и токосъемник изготовлены в целом так же, как описано ранее, за исключением того, что бандажи ВС могут отсутствовать. Далее: четыре сегмента каждого элемента соединены с соответствующими муфтами винтами д'д', а один край каждого сегмента отклонен в сторону, что позволяет вставить в образовавшееся пространство небольшие пластины а и 6. Пластины аа — из металла и контактируют с металлическими сегментами О иО' соответственно. Две другие пластины ЬЬ — из стекла или мрамора, они предпочтительно квадратные, как показано на рисунках 4 и 5, чтобы их можно было повернуть на другую сторону, если первоначальная грань износится. На этих пластинах расположены легкие пружины ёс1, прижимающие пластины на коллекторе к пластинам на токосъемнике, а к краям дисков прикреплены изолирующие полоски сс как препятствие выбросу пластин под действием центробежной силы. Эти пластины, разумеется, нужны по краям сегментов только там, где вероятно возникновение искр, а поскольку их легко заменить, они дают большое преимущество. Я предпочитаю покрывать их платиной или серебром.

На рисунках 6 и 7 показана применяемая мной конструкция, когда вместо твердых сегментов используется жидкость. В этом случае коллектор и токосъемник состоят из двух изолирующих дисков 5Т, а вместо металлических сегментов с каждой стороны из каждого диска вырезан участок, подобный /?/?', по форме и размеру соответствующий металлическому сегменту. Оба элемента хорошо пригнаны друг к другу, а токосъёмник Т прижимается винтом /г и пружиной Я к коллектору 5. Как и в других случаях, коллектор вращается, в то время как токосъёмник остается стационарным. Концы обмотки соединены с клеммами 55, которые соединены с металлическими пластинами И, располагающимися в пазах обоих элементов БТ. Эти полости или выемки наполнены ртутью, а в элементах токосъёмника располагаются трубки ]¥\¥ с винтами гютю, на которых находятся пружины X и поршни X', компенсирующие расширение и сжатие ртути при меняющихся температурах, но достаточно сильные, чтобы не уступать давлению жидкости, обусловленному центробежными силами, и которые одновременно служат зажимами.

Во всех этих случаях я описал коллекторы, приспособленные для одиночной обмотки, и данное устройство более всего адаптировано для подобных целей. Но, как легко понять, можно увеличить число сегментов или использовать больше одного коллектора с единственным якорем.

Хотя я представил несущие поверхности в виде плоскостей под прямым углом к оси или валу, очевидно, что в этой части конструкция может быть значительно модифицирована без отклонения от сути изобретения. Поэтому, не ограничиваясь деталями конструкции, представленными на иллюстрациях, формулой изобретения считаю:

1. Сочетание в динамо-машине коллектора й, имеющего проводящие выводы или сегменты и промежуточные изолирующие участки, с токосъёмником, адаптированным для контакта с поверхностью коллектора и оснащенного проводящими выводами или сегментами, равными по размеру изолирующему промежутку между сегментами коллектора.

2. Сочетание коллектора, изготовленного или составленного из чередующихся участков или сегментов проводника и изолятора, с токосъёмником, адаптированным для контакта с поверхностью коллектора и состоящим из проводящих участков или сегментов такой же ширины или размера, как и изолирующие сегменты коллектора, и отделенных друг от друга промежуточными участками или изолирующими сегментами.

3. Сочетание коллектора в форме диска, имеющего попеременные выводы или сегменты проводника и изолирующего материала, с токосъёмником схожей конструкции, рабочая поверхность которого контактирует с рабочей поверхностью коллектора.

4. Сочетание коллектора, несущая поверхность которого состоит из попеременных сегментов проводника и изолятора, с токосъёмником со схожей и симметричной поверхностью и механизмом, позволяющим использовать давление пружины для прижатия друг к другу обеих несущих поверхностей.

5. Сочетание коллектора и токосъёмника, несущие поверхности которых одинаковы по параметру расположения проводящих и изолирующих сегментов, с механизмом, позволяющим использовать давление пружины для поддержания контакта обеих несущих поверхностей, а также средствами для удержания токосъёмника от вращения.

Никола Тесла.

Свидетели: Р.Ф. Гейлорд, Ф.Э. Хартли.

Н.ТЕСЛА

КОЛЛЕКТОР ДИНАМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ № 382845      15 МАЯ 1888 Г.

 

Н.                        ТЕСЛА

КОЛЛЕКТОР ДИНАМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

15 МАЯ 1888 Г.

16

10

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПРАВА НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ФИРМЕ «ТЕСЛА ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ», НЬЮ-ЙОРК

ДИНАМО-МАШИНА

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 390414 ОТ 2 ОКТЯБРЯ 1888 Г. ЗАЯВКА ОТ 23 АПРЕЛЯ 1888 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 271646 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

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

В ряде патентов, предоставленных Чарльзу Ф. Пеку и мне, а именно в патентах № 381968 и № 382280 от 1 мая 1888 г., я продемонстрировал и описал схему приведения в действие двигателей, трансформаторов и т.д. посредством переменных токов, направляемых по двум или более независимым цепям от генератора, соединенного с двигателем или трансформатором таким образом, чтобы вызывать в них поступательное движение магнитных полюсов или силовых линий. В названных приложениях описания и иллюстрации генераторов были ограничены теми типами машин переменного тока, в которых генерирующие обмотки независимы или отдельны; однако я обнаружил, что используемые ныне типы динамо-машин постоянного тока можно легко и дешево приспособить к моей системе или использовать одновременно в качестве генераторов и переменного, и постоянного тока лишь с небольшими изменениями их конструкции. Создание этих динамо-машин является предметом данной заявки.

В общих чертах схема данного изобретения такова: на валу генератора либо в дополнение, либо вместо стандартного коллектора я закрепляю столько пар изолированных коллекторных колец, сколько будет цепей. Как известно, при работе любого электрогенератора при движении обмоток через силовое поле токи обмоток проходят различные фазы, то есть в различных положениях обмоток токи имеют определенные направления и определенные силы, и в усовершенствованных мной двигателях или трансформаторах необходимо, чтобы токи силовых обмоток варьировались по силе и направлению. Таким образом, следующий шаг, а именно: соединение между индукционными или генерирующими обмотками машины и контактными кольцами, с которых снимается ток, будет определяться единственно тем, какая последовательность изменений силы и направления тока желательна для достижения заданного результата в электропередающем устройстве. На рисунках я привел типичные примеры наиболее экономичных способов применения изобретения в трех самых известных типах машин.

На рисунке 1 представлена схема, иллюстрирующая способ применения изобретения в известных типах машин с замкнутыми или непрерывными контурами. Рисунок 2 является сходной схемой, где представлен якорь с отдельными обмотками, соединенными диаметрально, то есть то, что обычно именуется машиной с разомкнутой цепью. На рисунке 3 представлена схема, показывающая применение изобретения в машине, якорная обмотка которой имеет общее соединение.

Пусть на рисунке 1 А — один из моих усовершенствованных двигателей, или трансформаторов, который я для удобства обозначу конвертером и который состоит из кольцевого сердечника В, имеющего четыре независимые обмотки С и D, диаметрально противоположные из которых соединены друг с другом таким образом, что попарно участвуют в образовании свободных полюсов на кольце, и каждая пара стремится зафиксировать полюса перпендикулярно к другой. Внутри кольца может находиться якорь Е с обмоткой, замкнутой на самой себе. Цель заключается в том, чтобы пропустить через обмотки С и D токи такой относительной силы и направления, которые вызывали бы непрерывное движение точек максимальной силы магнитного потока по кольцу и тем самым поддерживали вращательное движение якоря. Поэтому я закрепляю на валу F генератора четыре изолированных контактных кольца abed, на которые установлены коллекторные щетки a'b'c'd' , соединенные соответственно проводниками GGHH с выходами обмоток С и D.

Предположим, что в один и тот же момент обмотки DD должны получить максимальный, а обмотки СС — минимальный ток, чтобы линия полюсов проходила посередине обмоток DD. Тогда кольца ab будут соединены с замкнутой якорной обмоткой в точках, нейтральных по отношению к полю или к точке, соответствующей точке соединения обычных коллекторных щеток, между которыми существует наибольшая разность потенциалов, тогда как кольца cd будут соединены с двумя точками обмотки, между которыми нет разности потенциалов.

Наилучшие результаты будут получены при расположении этих соединений в равноудаленных друг от друга точках, как и показано на рисунке. Для этих соединений удачнее всего использовать проводник L между кольцами и витками или проводником J, который, в свою очередь, соединяет обмотку I с сегментами коллектора К. При таком исполнении конвертеров очевидно, что фазы тока в секциях обмотки генератора будут дублироваться на обмотке конвертера. К примеру, после поворота по дуге в 90° проводники LL, до этого проводившие максимальный ток, теперь получат ток минимальный из-за изменения положения их обмоток, и понятно, что по той же причине ток в указанных обмотках постепенно снизится от максимума до минимума при прохождении по дуге в 90°. При такой схеме соединений вращение магнитных полюсов конвертера синхронизировано с вращением якорной обмотки генератора, а результат окажется аналогичным независимо от того, отводятся ли силовые цепи от непрерывной обмотки якоря или от независимых обмоток, как в моих предшествующих установках.

На рисунке 1 пунктиром показаны щетки ММ в их обычном положении. На практике их можно убрать от коллектора и обмотка генератора будет возбуждаться внешним источником тока; или же щетки могут оставаться на коллекторе и снимать конвертированный ток для возбуждения обмоток, или выполнять иную работу.

В одном известном типе динамо-машины якорь включает некоторое число обмоток, концы которых соединены с сегментами коллектора, причем эти обмотки соединены через якорь попарно. Такой тип динамо представлен на рисунке 2. В такой машине каждая пара обмоток проходит те же фазы, что и обмотки на представленных генераторах; очевидно, что их необходимо использовать парами или группами для приведения в действие одного из моих конвертеров посредством увеличения на нем сегментов, соединенных с каждой парой обмоток, и контакта коллекторной щетки с расширением каждого сегмента. Таким путем от генератора можно отводить две и более цепи, каждая из которых включает одну или несколько пар обмоток в зависимости от потребности.

На рисунке 2 II — обмотка якоря, ТТ' — полюса индуктора, a F — вал с расположенными на нем коллекторами, удлиненными и образующими непрерывные элементы abed. Щетки, расположенные на них для снятия переменных токов, обозначены a'b'c'd'. Коллекторные щетки или щетки, которые могут быть использованы для снятия постоянного тока, обозначены ММ. На рисунке показано использование двух пар якорных обмоток и их коллекторов, но подобным образом можно использовать все обмотки.

Существует еще один хорошо известный тип машины, где Три ИЛИ более обмоток А'В'С' на якоре имеют общее соединение, а свободные концы подключены к секциям коллектора. Этот тип генератора представлен на рисунке 3. В этом случае каждый вывод генератора соединен непосредственно или через ответвление с непрерывным кольцом abc, а расположенные на них коллекторные щетки а'Ь'с' снимают переменный ток, приводящий в движение двигатель. В этом случае предпочтительно использовать двигатель или трансформатор с тремя силовыми обмотками возбуждения А"В"С", расположенными симметрично по отношению к обмоткам генератора, причем цепи последнего соединены с выводами таких обмоток или непосредственно, когда они стационарны, или при помощи щеток с' и контактных колец с. В этом, а также других случаях обычный коллектор можно использовать на генераторе, а снятый с него ток использовать для возбуждения индукторов генератора или для иных целей.

Эти примеры служат объяснению принципа моего изобретения. Следует заметить, что во всех случаях достаточно лишь добавить непрерывный контакт или коллекторные кольца и установить связь между ними и соответствующими обмотками.

Разумеется, это изобретение может быть использовано и в других типах машин, например, в таких, где индукционные обмотки неподвижны, а щетки и магнит вращаются; но способ его применения очевиден для специалиста.

Формула изобретения:

1. Сочетание конвертера, имеющего независимые силовые обмотки, с динамо-машиной или машиной магнето постоянного или переменного тока и промежуточными цепями, постоянно соединенными в подходящих точках с индукционными или генерирующими обмотками генератора.

2. Сочетание конвертера, имеющего независимые силовые цепи возбуждения, и генератора переменного тока с непрерывными коллекторными кольцами, соединенными через ответвление с якорной обмоткой для образования выводов цепей, соответствующих выводам конвертера.

Никола Тесла.

Свидетели: Р.Ф. Гейлорд, Ф.Б. Мерфи.

Н.                                        ТЕСЛА ДИНАМО-МАШИНА

№ 390414                                                                2 ОКТЯБРЯ 1888 Г.

 

Н.                                        ТЕСЛА ДИНАМО-МАШИНА

№ 390414                                                               2 ОКТЯБРЯ 1888 Г.

 

11

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПРАВА НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ФИРМЕ «ТЕСЛА ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ», НЬЮ-ЙОРК

ДИНАМО-МАШИНА, ИЛИ ДВИГАТЕЛЬ

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 390415 ОТ 2 ОКТЯБРЯ 1888 Г. ЗАЯВКА ОТ 15 МАЯ 1888 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 273994 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

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

Данное изобретение представляет собой улучшение конструкции динамо- или магнитоэлектрических машин или двигателей, заключающееся в новой форме каркаса и индуктора, что обеспечивает большую прочность, компактность конструкции, простоту и экономичность производства.

Изобретение можно использовать для любых генераторов и двигателей, не только для описанных в прошлых патентах и имеющих независимые цепи, которые адаптированы для использования в запатентованной мной системе переменного тока, но и в других машинах постоянного или переменного тока, использовавшихся до сих пор.

В прилагаемых чертежах рисунок 1 представляет собой торцевой вид машины, рисунок 2 — вертикальный разрез индукторов и каркаса и концевой вид якоря; рисунок 3 — горизонтальная проекция одной из частей каркаса и якоря, причем часть последнего срезана.

Индукторы и каркас я отливаю из двух частей. Эти части идентичны по размеру и форме, каждая состоит из цельных пластин или наконечников А п В, с внутренней стороны которых выступают сердечники С и О, а снизу — пластины или соединительные элементы ЕР. Точная форма этих частей, строго говоря, произвольна: каждая отливка, как я указал, имеет форму, близкую к прямоугольной, но может быть близкой к овалу, кругу или квадрату, что вовсе не означает отхода от сущности изобретения. Я предпочитаю также уменьшить ширину боковых пластин ЕР в центре и соблюсти такое соотношение частей, чтобы при соединении каркаса расстояние между полюсными наконечниками было практически равно дугам, занимаемым поверхностями полюсов.

Подшипники в для вала ротора установлены в боковых пластинах Обмотки возбуждения располагаются предпочтительно на каркасе, а затем устанавливаются на полюсные наконечники. Нижняя часть, или отливка, крепится к подходящему основанию. Якорь К на валу нижней части монтируется на опорах нижней отливки, другая часть каркаса помещается в установленное положение, а установочные штифты ЬЬ или иные средства используются для закрепления обеих частей в требуемом положении.

Чтобы облегчить стыковку, я отливаю боковые пластины ЕР и концевые детали АВ такими, чтобы при соединении обеих частей установки образовались щели М.

Эта машина имеет ряд преимуществ. К примеру, я намагничиваю сердечники попеременно, как указывают символы ЫБ, и очевидно, что магнитная цепь между полюсами каждой части отливки замыкается цельными металлическими боковыми пластинами. Опоры для вала расположены в нейтральных точках поля, так что сердечник ротора не подвергается воздействию магнитного поля.

Мое улучшение не ограничивается использованием четырех полюсных наконечников, поскольку каждый из них может быть подразделен, или отливка может иметь такую форму, что их образуется больше четырех.

Формула изобретения:

1. Динамо- или магнитоэлектрическая машина или двигатель с каркасом из двух литых частей, каждая из которых состоит из концевых пластин с направленными внутрь полюсными наконечниками, соединяющими боковые пластины.

2. Каркас для генераторов или двигателей, составленный из двух расположенных друг на друге отливках, каждая из которых состоит из прямоугольного каркаса с полюсными наконечниками, выступающими с его краев.

3. Каркас и индуктор для генераторов и двигателей, состоящий из двух прямоугольных отливок, с их концов направлены внутрь полюсные наконечники, наружные поверхности которых выгнуты так, что образуют зазор с якорем, и снабжены обмотками возбуждения.

Никола Тесла.

Свидетели: Р.Ф. Гейлорд, Ф.Э. Хартли.

 

Н.     ТЕСЛА

ДИНАМО-МАШИНА, ИЛИ ДВИГАТЕЛЬ № 390415 2 ОКТЯБРЯ 1888 Г.

 

12

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПРАВА НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ФИРМЕ «ТЕСЛА ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ», НЬЮ-ЙОРК

ДИНАМО-МАШИНА

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 390721 ОТ 9 ОКТЯБРЯ 1888 Г. ЗАЯВКА ОТ 26 АПРЕЛЯ 1888 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 272153 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

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

Настоящее изобретение касается прежде всего системы переменного тока, изобретенной и описанной мной в предшествующих патентах: № 381968 и 382280 от 1 мая 1888 г., где двигатели, трансформаторы или в целом конвертеры приводятся в действие при помощи поступательного сдвига, или смещения их магнитных полюсов, производимого совместной работой независимых подмагничивающих обмоток с проходящим через них переменным током с установленной периодичностью и направлением. В названной системе, как я показал ранее, использовался генератор переменного тока с независимыми индуцирующими или генерирующими обмотками, соответствующими силовым обмоткам конвертера, причем отношения генератора и конвертера были такими, что скорость вращения магнитных полюсов конвертера равнялась скорости вращения ротора генератора.

Для максимальной эффективности машина должна быть запущена на высоких оборотах, что верно не только для генераторов и двигателей, специально приспособленных для использования в моей системе, но и для иных. Однако практическая возможность запуска на очень высоких скоростях, особенно для больших генераторов, ограничена механикой, и потому я разработал некоторые схемы построения системы максимальной эффективности, которая позволяет получить токи высокой частоты при работе генератора на сравнительно малой скорости.

Мое нынешнее изобретение позволяет достичь этого результата другим способом, что в некоторых отношениях обеспечивает ряд преимуществ. Вместо вращения ротора генератора с высокой скоростью я вызываю вращение магнитных полюсов одного элемента генератора, вращая другой с отличающейся скоростью, что позволяет достичь результатов, сходных с теми, что возникают при быстром вращении одного из элементов.

Для описания изобретения я буду ссылаться на прилагаемые чертежи.

Генератор, подающий ток для управления двигателями или трансформаторами, состоит из разделенного кольцевого сердечника с четырьмя диаметрально противоположными обмотками ЕЕ'. Внутри кольца смонтирован цилиндрический сердечник ротора с двумя независимыми продольными обмотками FF,, концы которых соединены соответственно с двумя парами изолированных контактных или коллекторных колец ОО'СС на валу якоря. На этих кольцах установлены коллекторные щетки с1(1'дд' соответственно, которые передают ток по двум независимым линейным цепям ММ'. В основную цепь может входить один или несколько двигателей или трансформаторов, или и те, и другие. Если используются двигатели, то они, в соответствии с моим изобретением, оснащаются независимыми обмотками или группами обмоток //', которые входят в цепи ММ' соответственно. Эти силовые обмотки находятся на кольцевых обмотках, или на полюсных наконечниках, и за счет действия переменного тока, проходящего через них, вызывают последовательный сдвиг магнитного поля от одного полюса к другому. Цилиндрический ротор Н двигателя имеет две расположенные под прямыми углами обмотки, которые образуют независимые замкнутые цепи.

При использовании трансформаторов подключаю одну группу первичных обмоток, к примеру NN. намотанную на кольцевой сердечник, к одной цепи, скажем М', а другие первичные обмотки ЛГЛГ к цепи М. Вторичные обмотки КК' можно использовать для подачи тока к лампам накаливания РР'.

Вместе с генератором / я использую возбудитель, который состоит из двух полюсов АА из постоянно намагниченной стали или железа, возбуждаемого батареей или иным генератором постоянного тока, и цилиндрического якорного сердечника, надетого на вал В и несущего две продольные обмотки СС'. Один конец каждой из этих обмоток соединен с коллекторными кольцами Ьс соответственно, тогда как оба других конца соединены с кольцом а. Коллекторные щетки Ь'с' крепятся к кольцам

Ьс соответственно, а проводники ЬЬ передают от них ток по обмоткам Е и Е' генератора. Г — общий обратный провод к щетке а'. Так образуются две независимые цепи, одна из которых включает обмотки С возбудителя и ЕЕ генератора, другая — обмотки С' возбудителя и Е'Е' генератора. Из этого следует, что работа возбудителя вызывает последовательный сдвиг магнитных полюсов кольцевой обмотки возбуждения генератора, причем сдвиг, или вращательное движение, указанных полюсов синхронно вращению ротора возбудителя. Учитывая условия работы системы, очевидно, что, когда возбудитель запускается таким образом, чтобы возбуждать обмотку генератора, ротор последнего, если он способен свободно вращаться, будет вращаться практически с той же скоростью, что и ротор возбудителя. Если в таких условиях обмотки ротора генератора будут замкнуты на самих себе или закорочены, то в них, по меньшей мере теоретически, не возникнет никаких токов. На практике я наблюдал возникновение слабых токов, которые можно приписать более или менее отчетливым колебаниям напряженности магнитных полюсов на кольце генератора. Так, если обмотки ротора FF, замкнуть на двигателе, то последний не будет вращаться, пока движение ротора генератора не синхронизуется с движением возбудителя или магнитных полюсов его обмотки возбуждения. Если же, наоборот, скорость ротора замедлится тем или иным образом, так что сдвиг, или вращение полюсов обмотки, станет сравнительно более быстрым, то в обмотке ротора индуцируется ток. Это с очевидностью следует из того, что силовые линии пересекают проводники ротора. Чем больше скорость вращения магнитных полюсов по отношению к скорости ротора, тем быстрее будут сменяться токи в обмотках ротора и тем быстрее будет вращаться двигатель, и этот эффект продолжится до тех пор, пока генератор ротора не остановится полностью, будто заторможенный, условием чего является вращение правильно сконструированного двигателя со скоростью вращения магнитных полюсов генератора.

Действующая сила токов, развиваемых в обмотках ротора генератора, зависит от силы токов, возбуждающих генератор, и от числа оборотов магнитных полюсов генератора за единицу времени; следовательно, скорость ротора двигателя будет во всех случаях зависеть от соотношения скоростей ротора генератора и его магнитных полюсов. К примеру, если полюса делают две тысячи оборотов в единицу времени, а ротор — восемьсот, то двигатель - тысячу двести или примерно столько. У хорошо сбалансированного двигателя различия в скорости окажутся минимальны.

Теперь предположим, что ротор генератора приводится в движение в направлении, противоположном направлению вращения его магнитных полюсов. В этом случае эффект будет сходен с тем, что производят генератор, ротор, индукторы которого вращаются в противоположных направлениях, вследствие чего ротор двигателя будет вращаться со скоростью, равной сумме скоростей ротора и магнитных полюсов генератора, и сравнительно низкая скорость ротора генератора вызовет высокую скорость двигателя.

По поводу этой системы следует заметить, что при уменьшении сопротивления внешней цепи якоря генератора посредством замедления скорости двигателя или добавления во вторичную цепь — или цепи — трансформатора параллельных ветвей, сила тока в цепи ротора значительно увеличится. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, значительной разницей скоростей двигателя и генератора, во-вторых, тем, что данное устройство работает по аналогии с трансформатором: пропорционально уменьшению сопротивления ротора или вторичных обмоток возрастает сила тока в обмотке возбуждения или первичных цепях генератора, и соответственно возрастают токи в роторе. Подобные причины ведут к очень быстрому росту силы токов в обмотках ротора генератора, когда скорость ротора уменьшается при вращении в одном направлении с магнитными полюсами или наоборот.

Из вышесказанного ясно, что ротор генератора можно запускать в направлении движения магнитных полюсов, но более быстро, и в таком случае скорость двигателя будет равна разности между обеими скоростями.

По сравнению со многими устройствами, назначением которых является преобразование и распределение тока, эта система обладает весомыми преимуществами - практичностью, экономичностью и высоким КПД.

Формула изобретения:

1. Сочетание генератора переменного тока, имеющего независимые возбуждающие и независимые индуцированные, или якорные, обмотки с возбудителем переменного тока, имеющим возбуждающие или индуцированные обмотки, соединенные с возбуждающими обмотками генератора.

2. Генератор переменного тока, в котором элементы соединены следующим образом: индуктор с независимыми обмотками, каждая из которых соединена с источником переменного тока, причем магнитные полюса названных обмоток последовательно сдвигаются или смещаются в пределах поля, и сердечник ротора с независимыми обмотками, каждая из которых имеет выводы, от которых ток подается на независимые внешние цепи.

3. Система распределения тока, состоящая из сочетания генератора переменного тока, имеющего независимые обмотки возбуждения, и ротор с независимыми индуцированными обмотками, с возбудителем переменного тока, имеющим индуцированные обмотки, соединенные с возбуждающими обмотками генератора, и одного или нескольких электрических конвертеров, имеющих независимые обмотки возбуждения, соединенные с соответствующими якорными обмотками генератора.

4. Сочетание генератора переменного тока, имеющего индуктор с независимыми обмотками возбуждения, и ротор, способный вращаться в поле магнита индуктора, с возбудителем, имеющим индуцированные обмотки, соответствующие и соединенные с возбуждающими обмотками генератора.

Никола Тесла.

Свидетели: Р.Ф. Гейлорд, П.У. Пейдж.

Н. ТЕСЛА ДИНАМО-МАШИНА

№ 390721                                                                9 ОКТЯБРЯ 1888 Г.


 

13

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПРАВА НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ФИРМЕ «ТЕСЛА ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ», НЬЮ-ЙОРК

РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 390820 ОТ 9 ОКТЯБРЯ 1888 Г. ЗАЯВКА ОТ 21 АПРЕЛЯ 1888 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 271682 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

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

Мое изобретение представляет собой усовершенствование систем электрической передачи энергии и состоит из устройств для регулирования скорости и мощности двигателя или двигателей. Система, для которой разработано данное изобретение, включает двигатели или то, что в определенных случаях может быть их эквивалентом, например, электрические трансформаторы с двумя или более независимыми силовыми цепями, которые, получая ток из соответствующих источников, вызывают поступательное смещение или сдвиг магнитных полюсов двигателя. Изобретение, однако, может служить и другим целям, как будет показано далее. Для изменения скорости этих двигателей я использую регулятор.

Собственно регулятор представляет собой конвертер или трансформатор, один элемент которого подвижен относительно другого, причем соотношение индуктивных элементов можно менять вручную или автоматически с целью варьирования силы индуцированного тока. Предпочтительна такая конструкция, чтобы индуцированный или вторичный элемент мог двигаться по отношению к первичному; а усовершенствование, что касается самого устройства, состоит прежде всего из сочетания двух магнитных полюсов разного знака с якорем, имеющим изолированную обмотку и смонтированным на валу так, что он способен поворачиваться в поле полюсов в желаемых пределах. Нормальное положение сердечника вторичного элемента — то, в котором он полностью замыкает магнитный контур между полюсами первичного элемента, и именно в таком положении его обмотка подвергается наиболее эффективному индуцирующему воздействию со стороны первичных обмоток; однако при поворотах подвижного сердечника в любом направлении наведенный ток, создаваемый его обмоткой, слабеет, пока в результате передвижения названного сердечника и обмотки на 90 градусов ток не прекратится.

В широком плане я не считаю конструкцию этого устройства своим изобретением; собственно предметом изобретения является способ его применения, что я и объясню ниже с помощью ссылок на прилагающиеся чертежи.

Рисунок 1 — торцевой вид регулятора. Рисунок 2 — ломаное сечение по линии хх на рисунке 1. Рисунок 3 — схема, иллюстрирующая предпочтительный способ использования регулятора для обычных типов двигателя, а рисунок 4 — схожая схема, иллюстрирующая применение устройства для моих улучшенных двигателей переменного тока.

Для достижения желаемого результата регулятор может иметь несколько разновидностей, но лучшая модификация представлена на рисунках 1 и 2. А — железный каркас (подчеркну, что при конструкции данного устройства следует придерживаться неизменной схемы и разделять все железные сердечники, подверженные влиянию переменных токов). ВВ' — сердечники индуцирующих или привычных обмоток СС, причем названные сердечники составляют единое целое с каркасом А или прикручены к нему болтами одним из известных способов. И — вал, установленный на наружных пластинах £)', на которых закреплен сегментированный железный сердечник Е, имеющий индуцированную или вторичную обмотку і7, витки которой параллельны оси вала. Оконечности сердечника Е закруглены так, чтобы вплотную подходить к обоим полюсам и обеспечивать ему возможность поворота. Для этой цели имеется рычаг Є, прикрепленный к выступающему концу вала И.

Для удержания сердечника и вторичной обмотки в положении, в которое они приведены посредством рычага, могут использоваться любые механизмы.

Принцип работы устройства становится понятен из иллюстрирующих его работу схем.

Пусть на рисунке З Н — обычный генератор переменного тока, индукторы которого возбуждаются соответствующим источником тока /. Пусть / — обычный тип электромагнитного двигателя с якорем К, коллектором Ь и индукторами М. Хорошо известно, что, если индукторы подобного двигателя разделены на изолированные секции, то управление им посредством переменного тока вполне экономично; но при использовании моего регулятора в сочетании с таким двигателем только один элемент двигателя — скажем, обмотку якоря — подключаю к основной цепи генератора, соединяя их через щетки и коллектор обычным способом. Включаю также один элемент регулятора — скажем, стационарную обмотку — в ту же цепь, а к цепи со вторичными или подвижными обмотками регулятора подсоединяю возбуждающие обмотки двигателя. Для соединений вторичной обмотки регулятора я предпочитаю использовать гибкие проводники, так как это позволяет избежать скользящих контактов или колец без помех необходимому движению кольца Е.

Если регулятор окажется в своем обычном положении, или том, в каком его магнитный контур практически замкнут, то он дает максимальный индуцированный ток, фазы которого так соотносятся с фазами первичного тока, что двигатель будет работать, будто и обмотка возбуждения, и якорь питаются основным током.

Для изменения скорости двигателя в любом диапазоне между минимальным и максимальным значениями сердечник Е и обмотки F поворачиваются в обоих направлениях настолько, насколько это необходимо для желаемого результата, поскольку в рабочем положении витки обмотки F охватывают максимальное число линий силы, каждая из которых воздействует на названную обмотку с одинаковым эффектом, в результате чего она будет генерировать максимальный ток; но если отвести обмотку .Р из этого положения максимального воздействия, то число силовых линий, пересекаемых ею, уменьшится. Тем самым индуктивный эффект ослабнет, а ток от обмотки Т7 продолжит уменьшаться пропорционально углу ее поворота, пока не достигнет угла 90°, витки обмотки не окажутся под прямым углом к виткам обмотки СС, и индуктивный эффект не будет сведен к минимуму.

Отметим, что в некоторых устройствах иные причины могут влиять на изменение силы наведенного тока. В данном случае в начале движения обмотки некоторая часть ее витков окажется вне направления прямого влияния линий силы, и линии магнитной индукции, или магнитная цепь этих линий, будут ослаблены, что вызовет ослабление эффекта индукции. Далее: после движения под определенным углом, очевидно определяемом относительными размерами катушки или обмотки Т7, диагонально противоположные участки обмотки будут одновременно включены в цепь, но в таких положениях, что линии, дающие в одном участке обмотки импульс тока в определенном направлении, в диагонально противоположных участках будут вызывать аналогичный импульс в противоположном направлении; таким образом, импульсы тока будут взаимно нейтрализовываться.

Как было сказано раньше, исполнение механических элементов данного устройства может значительно отличаться, но основные принципы изобретения будут реализовываться в любом устройстве, в котором движение элементов относительно друг друга вызывает те же эффекты благодаря варьированию индуктивных отношений между двумя элементами.

Приходишь к убеждению, что сердечник Е не является необходимым звеном для работы регулятора, но его присутствие очевидно производит положительный эффект. Этот регулятор, имеет еще одно ценное свойство - способность к реверсированию двигателя: когда обмотка F повернется на пол-оборота, то расположение ее витков по отношению к двум обмоткам СС и силовым линиям реверсируется, следовательно, реверсируются и фазы тока. Это приведет к вращению двигателя в противоположном направлении. Такой тип регулятора с большим успехом применяется в моей системе переменного тока, где магнитные полюса обмотки двигателя непрерывно перемещаются вследствие объединенного воздействия на поле намагничивающих обмоток, включенных в независимые цепи, через которые с установленными интервалами и в надлежащем соотношении проходят переменные токи.

Представим, что на рисунке 4 Р — один из моих генераторов с двумя независимыми якорными обмотками Р' и Р", а Т — двигатель с двумя независимыми силовыми обмотками или парами обмоток RR'. В одну из цепей генератора, например S'S', входит одна пара силовых обмоток двигателя, а в другую цепь SS — первичная обмотка регулятора. Во вторичную обмотку регулятора входит другая обмотка RR двигателя.

Когда вторичная обмотка регулятора находится в исходной позиции, она производит максимальный ток, а двигатель получает максимальный вращательный эффект; но этот эффект уменьшится пропорционально углу, на который поворачивается обмотка F регулятора. При реверсировании расположения обмотки относительно обмоток С С двигатель также реверсируется. Это изменяет направление движения смещающихся полюсов, за которыми следует якорь.

Одно из основных преимуществ такой схемы регулирования — экономия энергии. Когда индуцированная обмотка производит максимальный ток, первичная обмотка поглощает максимальное количество энергии; но когда индуцированная обмотка оказывается под углом к своему нормальному положению, индуктивность первичных обмоток уменьшает расход энергии и таким образом снижает мощность.

Очевидно, что на практике в качестве первичной или вторичной можно использовать или обмотки СС, или обмотку Е, и естественно, их относительные размеры можно варьировать для производства любого необходимого различия или сходства в возбуждающих и наведенных токах. Мне известно, что нет ничего нового в варьировании тока вторичной обмотки индукционной катушки посредством перемещения одной обмотки относительно другой и, следовательно, в изменении индуктивных связей, обычно существующих между обеими. Это не входит в формулу изобретения.

Формула изобретения:

1. Сочетание двигателя, имеющего независимые силовые цепи, с регулятором переменного тока, состоящим прежде всего из индуцирующих и индуцированных обмоток, способных двигаться относительно друг друга, что изменяет силу тока, причем индуцированные обмотки приспособлены для подвода тока к одной из цепей двигателя и включены в нее.

2. Сочетание двигателя, приспособленного для работы на переменном токе и оснащенного независимыми силовыми обмотками, с регулятором, состоящим из стационарных индуцирующих и индуцированных обмоток, способных вращаться и поворачиваться на больший или меньший угол по отношению к первичным обмоткам или реверсироваться по отношению к ним, причем индуцированная обмотка или обмотки приспособлены для подвода тока к одной из цепей двигателя и включены в нее.

Никола Тесла.

Свидетели: Р.Ф. Гейлорд, Ф.Б. Мерфи.

Н. ТЕСЛА

РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА № 390820 9 ОКТЯБРЯ 1888 Г.


 

Н.     ТЕСЛА

РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА № 390820 9 ОКТЯБРЯ 1888 Г.


 

14

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

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

МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 401520 ОТ 16 АПРЕЛЯ 1889 Г. ЗАЯВКА ОТ 18 ФЕВРАЛЯ 1889 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 300220 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

Я, Никола Тесла, подданный Австрийской империи, родившийся в Смилянах Лики (провинция Австро-Венгрии), в настоящее время проживающий в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк, изобрел новые и полезные усовершенствования в методе управления электромагнитными двигателями, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

Хорошо известно, что некоторые типы машин переменного тока при подключении к генератору переменного тока приобретают способность работать в качестве двигателя синхронно с генератором; но переменный ток будет приводить двигатель в движение лишь после достижения им скорости, синхронной скорости генератора, но не запустит его. Поэтому вплоть до настоящего времени во всех случаях, когда запускались так называемые синхронные двигатели, применялись определенные методы, способствующие полной или приблизительной синхронизации двигателя с генератором, прежде чем от генератора подавался переменный ток для их вращения. В некоторых случаях для этой цели использовались механические устройства. В других — конструировались особые, усложненные типы двигателей. Я открыл более простой метод, то есть схему включения синхронных двигателей, которая фактически не требует иных механизмов, кроме самого двигателя. Иными словами, посредством некоторых изменений в коммутации цепи двигателя я по своему усмотрению преобразую его из двухконтурного двигателя, описанного мной в предшествующих патентах и заявках и запускаемого переменным током, в синхронный двигатель, запускаемый генератором лишь в том случае, когда он достигает определенной скорости вращения, синхронной скорости вращения генератора. Таким образом я приобрел возможность значительно расширить применение своей системы и сохранить все преимущества обоих типов двигателей переменного тока.

Выражение «синхронизированной со скоростью генератора» используется здесь в своем обычном значении: подразумевается, что двигатель синхронизируется с генератором, сохраняя определенную относительную скорость, определяемую числом его полюсов и числом их изменений за один оборот генератора. Поэтому его действительная скорость может быть больше или меньше скорости генератора; но он считается синхронизированным до тех пор, пока сохраняет ту же относительную скорость.

Для реализации своего изобретения я строю двигатель с отчетливой тенденцией к синхронизации с работой генератора. Предпочтительная конструкция: якорь с полюсными наконечниками, индукторы с двумя группами обмотки, выводы которой соединены с переключателем, посредством которого общий ток можно направить прямо через обмотки или в обход по контурам, модифицирующим его фазы.

Чтобы запустить такой двигатель, переключатель передвигается к группе контактов, включающих в одной цепи балластный резистор, во второй — индуктивность, а поскольку обе цепи разветвляются, то очевидно, что различие в фазе тока в таких цепях вызовет вращение двигателя. Когда скорость двигателя таким способом достигает требуемой величины, переключатель сдвигается, чтобы основной ток протекал непосредственно по цепям двигателя, и, хотя токи в обеих цепях будут теперь в одной фазе, двигатель продолжит вращение, став настоящим синхронным двигателем. Для большей эффективности я наматываю на якорь или его полюсные наконечники обмотки, замкнутые на себя. У этого метода есть различные модификации; но основной принцип изобретения можно понять из сказанного выше.

На иллюстрациях схематично представлены основные особенности конструкции и принципы ее работы: на рисунке 1 показаны детали вышеописанной конструкции, а на рисунках 2 и 3 — ее модификации.

Обратимся к рисунку 1: пусть Л — индукторы двигателя, полюсные наконечники которых имеют обмотки ВС, включенные в независимые цепи, а И — якорь с полюсными наконечниками, несущими замкнутые на себя обмотки Е, причем двигатель в этом плане схож конструкцией с двигателями, описанными в моем патенте № 382279 от 1 мая 1888 г., но благодаря наличию полюсных наконечников на сердечнике якоря или других подобных и известных особенностей обладает свойствами синхронного двигателя.

ЬЬ' — линия от генератора переменного тока С. Рядом с двигателем расположен переключатель, действие которого соответствует действию переключателя на иллюстрациях, его конструкция такова: FF' — две проводящие пластины или рычаги, смонтированные у концов и соединенные изолирующей поперечиной Н так, что двигаются параллельно друг другу. На траектории пластин ^7*" находится контакт 2, образующий один вывод цепи обмоток С, и контакт 4, являющийся одной клеммой цепи обмоток В. Противоположный конец витков обмоток С соединен с проводником Ь или пластиной F', а соответствующий конец обмоток В соединен с проводником Ь' и пластиной Р, следовательно, если пластины сдвинуть так, чтобы они находились на контактах 2 и

4, то обе группы обмоток ВС будут включены в цепь ЬЬ' параллельно или через ответвление. На траектории рычагов FF, также находятся два других контактных вывода 1 и 3. Контакт 1 соединен с контактом 2 посредством резистора I, а контакт 3 с контактом 4 обмоткой индуктивности У, поэтому, когда рычаги переключателя сдвинутся в точки 1 и 3, цепи обмоток В и С окажутся соединены с цепью ЬЬ' последовательно или в ответвлении и будут включать резистор и обмотку индуктивности соответственно. Третья позиция переключателя — рычаги FF, теряют контакт с обеими парами точек. В этом случае двигатель полностью выключен из цепи.

Цель и способ управления двигателем при помощи этих устройств таковы: когда двигатель выключен из цепи, обычная позиция переключателя — вне точек контакта. Предположим, что генератор работает и необходимо запустить двигатель, тогда переключатель сдвигается, пока его рычаги не окажутся на точках 1 и 3. Таким образом два контура двигателя оказываются соединены с контурами генератора, однако из- за наличия резистора / в одном контуре и обмотки У в другом фазы тока разошлись достаточно, чтобы вызвать движение полюсов и привести двигатель во вращение. Когда скорость двигателя хотя бы приблизительно синхронизировалась со скоростью генератора, переключатель перемещается к точкам 2 и 4, выключая тем самым обмотки / и У, так что токи в обеих цепях имеют одинаковую фазу; но двигатель теперь работает как синхронный, а это, как известно, является действенным способом преобразования и передачи энергии.

Очевидно, что двигатель, когда его приводят во вращение, будет работать только с одной из цепей В или С, соединенных с главной цепью, или же обе цепи могут быть соединены последовательно. Последняя схема предпочтительна, когда для вращения двигателя используется ток с большим числом колебаний за единицу времени. В этом случае запустить двигатель сложнее, а активное и индукционное сопротивление поглощает значительную часть эдс цепей. Обычно я создаю такие условия, чтобы эдс, развиваемая в каждой из цепей двигателя, равнялась требуемой для работы двигателя при последовательном соединении его контуров. Используемая мной в таких случаях схема представлена на рисунке 2. Здесь двигатель имеет 12 полюсов, а якорь — полюсные наконечники £) с замкнутой обмоткой Е. Используемый переключатель имеет в общем ту же конструкцию, что и изображенный на предыдущей иллюстрации. Здесь у него, однако, 5 контактов, которые я обозначил цифрами 5, 6, 7, 8 и 9. Цепи двигателя ВС, включающие знакопеременные обмотки, соединены с выводами в следующем порядке: один конец цепи С соединен с контактами 9 и 5 через балластный резистор /. Один конец цепи В соединен с контактами 7 и 6 через катушку индуктивности J. Противоположные выводы обеих цепей соединены с контактом 8.

Один из рычагов, например переключателя, имеет удлинение Д или, иными словами, выполнен так, чтобы касаться обоих контактов 5 и 6, когда он приводится в положение для запуска двигателя. Отметим, что в этой позиции и с рычагом Т7' на контакте 8 ток разветвляется между двумя цепями ВС, которые вследствие различия в электрических характеристиках вызывают движение полюсов, что и приводит двигатель во вращение. Как только двигатель достигает собственной скорости, переключатель сдвигается так, чтобы рычаги касались контактов 7 и 9, соответственно, тем самым соединяя цепи В и С последовательно. Я обнаружил, что подобная схема поддерживает синхронное вращение двигателя и генератора. Такой принцип работы, заключающийся в преобразовании посредством смены контактов или иным способом двухконтурного двигателя или двигателя, действующего за счет последовательного движения полюсов, в обычный синхронный двигатель, может быть реализован и иными способами. К примеру, чтобы запустить двигатель, я вместо переключателя, изображенного на предшествующих иллюстрациях, могу использовать временную цепь заземления между генератором и двигателем, приблизительно так, как это представлено на рисунке 3.

Пусть С — обычный генератор переменного тока, например, с двумя полюсами ММ' и якорем с двумя обмотками Л/ЛГ, расположенными под прямыми углами и соединенными последовательно. Четыре полюса двигателя, например, имеют соединенные последовательно обмотки ВС и якорь с полюсными наконечниками D, на которых намотаны замкнутые на себя обмотки ЕЕ. Общая точка соединения цепей генератора и двигателя заземляется, в то время как выводы или концы названных цепей соединены с общей цепью. Предположив, что двигатель синхронный или обладающий способностью работать синхронно с генератором, но не запускается, он может быть запущен вышеописанным устройством путем заземления и генератора, и двигателя. Таким образом система становится системой с двухконтурными генератором и двигателем, а земля образует общий возвратный контур для токов в цепях £и£'. Когда благодаря такому устройству контуров двигатель приводится в движение, цепь между землей, с одной стороны, и двигателем или генератором или обоими, с другой, размыкается посредством переключателей РР'. После чего двигатель работает как синхронный.

При описании основных особенностей моего изобретения я опустил иллюстрации устройств, используемых в соединении с электрическими приборами или подобными системами, такими, например, как приводные ремни, неподвижные и холостые шкивы для двигателя, и т.д., но это всё давно известно.

Описывая свое изобретение при помощи отсылок к конкретным конструкциям, мне бы не хотелось, чтобы сложилось мнение, будто я ограничиваюсь представленными конструкциями; в объяснение моего изобретения добавлю, что в типы устройств, представленные на рисунках 1 и 2, я могу включить балластный резистор и катушку индуктивности, что различными путями продемонстрировано в заявке № 293052 от 8 декабря 1886 г. Также можно использовать переключатель любого типа, как ручной, так и автоматический, и достигать требуемого изменения контактов его перестановкой, а для необходимого различия фаз в двух контурах двигателя при запуске пользуюсь любым известным методом.

Я полагаю, что первым предложил управление электромагнитными двигателями переменными токами любым из описанных здесь способов, то есть вызывая переменным током непрерывное движение или вращение полюсов или точек наибольшего магнитного притяжения двигателей до тех пор, пока они не достигли заданной скорости, а затем обеспечивая простое чередование их полюсов теми же токами: иными словами, для описанной цели изменяю порядок или характер контактов для преобразования двигателя, основанного на одном принципе, в двигатель, основанный на другом.

Я не отношу к формуле изобретения сам метод управления двигателем, составляющий часть этого изобретения и включающий принцип изменения или модификации токов, пропускаемых по возбуждающим контурам для того, чтобы между ними возникла разность фаз, поскольку всё это описано мной в других заявках, но оставляю за собой право на изложенный здесь метод в широком смысле.

Формула изобретения:

1. Вышеописанный метод приведения в действие двигателя переменного тока посредством, во-первых, движения или вращения полюсов или точек наибольшего притяжения, а затем, по достижении двигателем заданной скорости, перемены названных полюсов.

2. Вышеописанный метод приведения в действие электромагнитного двигателя, заключающийся в пропускании по независимым силовым цепям двигателя независимых токов, различающихся по фазе, а затем, по достижении двигателем заданной скорости, перемены токов, совпадающих по фазе.

3. Вышеописанный метод приведения в действие электромагнитного двигателя, заключающийся в пуске двигателя посредством пропускания переменных токов, различающихся фазой, по независимым обмоткам, а затем, по достижении двигателем заданной скорости, последовательном подключении обмоток и пропускании по ним переменного тока.

4. Метод приведения в действие электромагнитного двигателя, заключающийся в пропускании переменного тока по независимым обмоткам двигателя и подключении к ним резистора и катушки индуктивности, что позволяет получить различие в фазах между токами в этих цепях, а затем, когда скорость двигателя синхронизируется со скоростью генератора, удалении резистора и катушки индуктивности.

Никола Тесла.

Свидетели: Дж. Н. Монро, У.Г. Лемон.

Н.     ТЕСЛА

МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ № 401520 16 АПРЕЛЯ 1889 Г.


 

15

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПРАВА НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ФИРМЕ «ТЕСЛА ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ», НЬЮ-ЙОРК

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 405858 ОТ 25 ИЮНЯ 1889 Г. ЗАЯВКА ОТ 8 ЯНВАРЯ 1889 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 295745 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

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

Чтобы более ясно определить отношения между двигателем, являющимся предметом моего настоящего описания, и другими двигателями класса, к которому он принадлежит, я кратко перечислю типы двигателей переменного тока, изобретенные мной и более детально описанные в прошлых патентах и заявках. Можно выделить два основных типа или вида: во-первых, двигатели, содержащие две или более рабочие цепи, через которые пропускаются переменные токи, отличающиеся фазой, по величине достаточной для постоянного движения или перемещения полюсов или точек наибольшего магнитного действия, что позволяет поддерживать вращение подвижного элемента двигателя; во-вторых, двигатели с полюсами или элементами с различной магнитной восприимчивостью, которые под воздействием одного тока или двух токов, совпадающих по фазе, покажут различие в своих магнитных периодах или фазах. В первом типе двигателей вращающий момент обусловлен магнитной силой, созданной в различных элементах двигателя токами от одного или нескольких независимых источников имеющихся сдвиг фаз. Во втором типе вращающий момент вызван силовым воздействием тока на различные части двигателя, отличающиеся магнитной восприимчивостью — другими словами, части, одинаково реагирующие на действие тока, но не синхронно, а через различные промежутки времени.

В настоящем моем изобретении, однако, вращающий момент не является исключительно результатом временной разности периодов или фаз магнитных полюсов, или притягивающих элементов, а производится угловым смещением элементов, которые, хотя и подвижны по отношению друг к другу, намагничиваются одними и теми же токами синхронно или почти синхронно. Такой принцип работы я практически реализовал в двигателе, в котором требуемое угловое смещение между точками наибольшего магнитного притяжения двух элементов двигателя — якоря и обмотки возбуждения — достигается направлением набора магнитных сердечников этих элементов, и лучший способ достижения этого результата из известных мне в настоящее время я показал на прилагаемых рисунках.

Рисунок 1 — вид двигателя сбоку с сегментом его якорного сердечника. Рисунок 2 — вид двигателя с торца или ребра. Рисунок 3 — центральный разрез двигателя, причем якорь показан преимущественно в профиль.

Пусть АА — две пластины, набранные из тонких сегментов или пластин из мягкого железа, более или менее изолированных друг от друга и скрепленных болтами а или любыми другими подходящими средствами, и привинченных к основанию В. Внутренние поверхности этих пластин содержат выемки или пазы, в которых закреплена обмотка или обмотки £) под углом к направлению набора. Внутри обмоток И находится диск Е, предпочтительно из спиралевидной железной проволоки или ленты, или серии концентрических кругов, насаженный на вал F, с подшипниками в пластинах АА. Когда на подобное устройство действует переменный ток, оно приходит во вращение и становится двигателем, работу которого я объясню следующим образом: ток или импульс тока, проходящий по обмотке £), стремится намагнитить сердечники АЛ и Е, каждый из которых находится в зоне влияния магнитного поля обмоток. Установленные таким образом полюса будут, разумеется, находиться на одной линии под прямыми углами к обмоткам £), но на пластинах А они отклоняются из-за направления набора и оказываются на оконечностях названных пластин или близ них. Однако на диске, где эти условия отсутствуют, полюса или точки наибольшего притяжения находятся на линии под прямыми углами к плоскости обмоток; следовательно, это угловое смещение полюсов или магнитных линий вызовет вращающий момент, который приведет диск в движение, причем линии магнитной индукции якоря и обмотки будут стремиться к параллельности. Это вращение продолжается и поддерживается реверсированием тока в обмотках £Ш, что попеременно меняет полярность сердечников АА. Эта тенденция, или эффект вращения, значительно увеличится, если обмотать диск проводниками С, замкнутыми на себя и имеющими радиальное направление, причем интенсивность магнитного поля полюсов диска значительно увеличится за счет возбуждающего эффекта токов, индуцированных в обмотках в переменными токами в обмотках £). Схема обмотки и принцип действия были полностью изложены в моем патенте № 382279 от 1 мая 1888 года.

Сердечники диска и обмотки возбуждения могут иметь различную магнитную восприимчивость — хотя и не обязательно, то есть оба они могут быть из одного типа железа, чтобы намагничиваться обмотками £) примерно синхронно; или же один из них может быть из мягкого железа, а другой — из твердого, чтобы периоды их намагничивания не совпадали по времени. Вращение будет происходить в любом случае; но, если диск не имеет замкнутых обмоток, желательно, чтобы указанное различие магнитной восприимчивости использовалось для усиления его вращения.

Сердечники рабочей обмотки и якоря, разумеется, можно изготавливать различными способами; единственное требование заключается в том, чтобы они были набраны в таком направлении, чтобы обеспечивать необходимое угловое смещение точек наибольшего притяжения. Далее: поскольку диск можно рассматривать как состоящий из бесчисленного количества радиальных элементов, очевидно, что верное для диска при соответствующих условиях, подходит и для многих других типов якоря, и мое изобретение в этом отношении ни в коем случае не ограничивается специфическим типом представленного якоря.

Я полагаю, что первым вызвал вращение якоря — по меньшей мере такое, что оно может быть использовано для общих или практических целей, — посредством переменного тока, проходящего через единственную обмотку или несколько обмоток, действующих как одна, и оказывающего непосредственное намагничивающее воздействие на сердечники и якоря, и обмотки, что и является формулой изобретения в самом широком смысле.

Я считаю также, что при помощи переменного тока первым непосредственно намагнитил сердечники двух элементов двигателя, а направлением набора одного или обоих элементов произвел угловое смещение полюсов магнитных линий соответствующих сердечников.

Итак, формула изобретения такова:

1. Электромагнитный двигатель, состоящий из индуктора, вращающегося якоря и единственной обмотки, приспособленной для соединения с источником переменного тока и намагничивания как якоря, так и индуктора с угловым смещением магнитных полюсов.

2. В электромагнитном двигателе сочетание обмотки, приспособленной для соединения с источником переменных токов, индуктора и вращающегося якоря, сердечники которого установлены по отношению к обмотке так, что возбуждаются ею, и подразделены или набраны так, чтобы происходило угловое смещение их полюсов или магнитных силовых линий.

3. В электромагнитном двигателе сочетание обмотки, приспособленной для соединения с источником переменного тока, индукторов с направлением набора под углом к плоскости названной обмотки, и якоря в форме круга или диска, смонтированного для вращения между индукторами, причем и рабочая обмотка, и якорь находятся под намагничивающим воздействием обмотки.

4. В электромагнитном двигателе сочетание обмотки, приспособленной для соединения с источником переменного тока, индукторов с направлением набора под углом к плоскости обмотки, и якоря в форме круга или диска со спиральным или концентрическим набором пластин, смонтированного между индукторами, причем и якорь, и возбуждающая обмотка находятся под намагничивающим воздействием обмотки.

5. В электромагнитном двигателе сочетание обмотки, приспособленной для соединения с источником переменного тока, индуктора и вращающегося якоря с замкнутыми на себя обмотками, причем и возбуждающая обмотка, и якорь находятся под намагничивающим воздействием названной обмотки и набраны так, чтобы вызывать угловое смещение полюсов обоих сердечников.

Никола Тесла.

Свидетели: Э.Т. Эванс, Дж. Н. Монро.

Н.                                          ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ


№ 405858


25 ИЮНЯ 1889 Г.


 

16

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

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

И АЛЬФРЕДУ С. БРАУНУ, НЬЮ-ЙОРК, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК

ДИНАМО-МАШИНА

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 406968 ОТ 16 ИЮЛЯ 1889 Г. ЗАЯВКА ОТ 23 МАРТА 1889 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 304498 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

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

Данное изобретение относится к типу электрогенераторов, известных как униполярные, где проводник в форме диска или цилиндра монтируется между магнитными полюсами, которые должны генерировать приблизительно однородное поле. В машинах с дисковым якорем токи, генерируемые во вращающемся проводнике, текут от центра к краю или наоборот, в зависимости от направления вращения или силовых линий, задаваемых знаком магнитных полюсов, и эти токи обычно снимаются контактами или щетками, прилагаемыми к диску в точках по краям и ближе к центру. В том случае, когда якорь цилиндрический, развиваемые в нем токи снимаются щетками, касающимися граней у его концов.

Для максимально эффективного генерирования эдс, применяемой для практических целей, необходимо либо вращать проводник с очень высокой скоростью, либо использовать диск большого диаметра, или цилиндр значительной длины, однако в обоих случаях сложно создать и сохранить надежный электрический контакт между коллекторными щетками и проводником из-за высокой окружной скорости.

Для получения значительной эдс предполагалось последовательно соединять два или более дисков, но учитывая применявшиеся ранее контакты и другие параметры скорости и размеров диска, необходимые для обеспечения хороших результатов, эта задача по-прежнему остается трудноразрешимой при использовании указанного типа генератора. Я решил обойти эти помехи, для чего конструирую машину с двумя источниками поля, каждый из которых имеет вращающийся проводник, смонтированный между полюсами, этот же принцип используется в работе двух типов машин, описанных выше, а в данном типе машины использую диски в качестве роторов. Диски снабжены фланцами, обычными у шкивов, и соединены друг с другом подвижными проводящими лентами или ремнями.

Меня устраивает такая конструкция, когда направление магнитной силы или расположение полюсов в одном поле было противоположно их расположению в другом, чтобы вращение дисков в одном направлении развивало в одном диске ток от центра к краю, а в другом — от края к центру. Клеммы валов, на которые насажены диски, образуют выводы цепи, суммирующей эдс обоих дисков.

Обращаю внимание на тот очевидный факт, что направление магнитной силы в обоих источниках поля будет одинаково, и аналогичный предыдущему результат будет получен при вращении дисков в противоположных направлениях и пересечении соединительных ремней. Таким образом, проблема создания и сохранения надежных контактов с внешней поверхностью дисков решена, и создана дешевая и надежная машина, используемая в качестве возбудителя для генераторов переменного тока, в качестве двигателя и любой иной цели, для которых используются динамо-машины.

Особенности конструкции данной машины, описанной выше в общих чертах, я показал на прилагаемых чертежах, где: рисунок 1 — вид сбоку машины, частично в разрезе, рисунок 2 — вертикальный разрез машины, перпендикулярно валам.

Чтобы создать несущую конструкцию с двумя силовыми полями, я отливаю из одной формы опору А с двумя полюсными наконечниками ВВ'. К ним болтами Е присоединяю отливку И с двумя схожими и соответствующими полюсными наконечниками СС'. Наконечники ВВ' имеют намотку или соединены так, что образуют силовое поле заданной полярности, а наконечники С С’ имеют намотку или соединены так, что производят поле противоположной полярности. Через полюса проходят приводные валы ЕС, закрепленные в изолированных подшипниках в отливке АО, как показано.

НК — диски, или генерирующие проводники. Они состоят из меди, латуни или железа и прикреплены к соответствующим валам, по краям имеют широкие фланцы J. Разумеется, в случае необходимости диски могут быть изолированы от своих валов. Гибкий металлический ремень / пропускается над фланцами обоих дисков и при желании может быть использован для вращения одного диска. Но я предпочитаю использовать этот ремень исключительно как проводник, поэтому изготавливаю его из листовой стали, меди или другого подходящего материала. Каждый вал имеет приводной шкив М, посредством которого энергия подается от промежуточного вала.

NN — выводы. Для наглядности они показаны с пружинами Р, закрепленными на концах валов. Если такая машина является самовоз- буждающейся, то имеет ремни из меди на полюсах, альтернативно можно использовать проводники любого типа, например проволоку, показанную на рисунках.

Я не ограничиваю свое изобретение только той конструкцией, что описана выше. Например, не все детали обязательны в машине, и нет необходимости строго придерживаться указанных материалов и пропорций. Также очевидно, что приводной ремень или лента могут состоять из нескольких лент меньшего размера, а описанный принцип соединения может быть применен более чем для двух машин.

Формула изобретения:

1. Электрический генератор, сочетающий два вращающихся проводника, смонтированных в однополюсных полях, и гибкий проводник или ремень, пропущенный по краям названных проводников.

2. Сочетание двух вращающихся проводящих дисков с фланцами по краям и смонтированных в однополюсном поле с гибким приводным ремнем или лентой, пропущенной по фланцам обоих дисков.

3. Сочетание независимых пар индукторов, предназначенных для поддержания однополюсных полей, приводящих дисков, смонтированных для вращения в этих полях, независимых приводящих устройств для каждого диска и гибкого приводного ремня или ленты, пропущенной по краям дисков.

Никола Тесла.

Свидетели: П.У. Пейдж, Р.Ф. Гейлорд.

Н.ТЕСЛА ДИНАМО-МАШИНА


№ 406968


16 ИЮЛЯ 1889 Г.


 

17

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

НИКОЛА ТЕСЛА, ПРОЖИВАЮЩИЙ В НЬЮ-ЙОРКЕ, ШТАТ НЬЮ-ЙОРК, ПЕРЕУСТУПАЮЩИЙ ПРАВА НА ДАННОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ФИРМЕ «ТЕСЛА ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ», НЬЮ-ЙОРК

МЕТОД ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ОПИСАНИЕ, ЯВЛЯЮЩЕЕСЯ ЧАСТЬЮ ПАТЕНТА № 416192 ОТ 3 ДЕКАБРЯ 1889 Г. ЗАЯВКА ОТ 20 МАЯ 1889 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 311414 (МОДЕЛЬ НЕ ПРИЛАГАЕТСЯ)

Всем заинтересованным лицам:

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

В патенте № 401520, выданном мне 16 апреля 1889 г., я показал и описал метод запуска и приведение в действие синхронных двигателей, заключавшийся в преобразовании двигателя с большим пусковым моментом в синхронный. Ранее я достигал этого посредством изменения схемы соединений, причем при запуске полюса результирующего магнитного поля индукторов перемещались или вращались под действием тока, пока двигатель не достигал синхронной с генератором скорости, после чего полюса лишь периодически менялись знаками. Настоящая заявка основана на другом способе достижения этого эффекта, и основной принцип таков: если переменный ток пропустить только по индуктору двигателя, имеющему две рабочие обмотки различной индуктивности, а якорные обмотки закоротить, то двигатель получит сильный вращающий момент, но тенденция к синхронизму с генератором или будет отсутствовать, или будет выражена очень слабо; но если ток, возбуждающий обмотку индуктора, пропустить по обмотке якоря, то тенденция к сохранению синхронизма значительно усилится. Это обусловлено тем, что максимальные магнитные эффекты в обмотке возбуждения и на якоре практически совпадают. Эту закономерность, открытую мной, я применил в управлении двигателем. Другими словами, я конструирую двигатель с независимыми цепями возбуждения различной индуктивности, соединенными в ответвлении с источником переменного тока. Якорь имеет одну или несколько обмоток, соединенных с возбуждающими обмотками контактными кольцами и щетками, а в обход обмоток якоря делается шунт, снабженный переключателем для замыкания и размыкания. При запуске такого двигателя я замыкаю шунт в обход обмоток якоря, которые, таким образом, оказываются в замкнутой цепи. Когда по двигателю пускается ток, он разделяется между двумя цепями (нет необходимости рассматривать случаи, когда используется более двух цепей), что, ввиду различия их индуктивности, обеспечит сдвиг фаз между обоими токами в двух ответвлениях, а это вызовет сдвиг или вращение полюсов. Посредством периодического изменения тока в замкнутых или закороченных обмотках якоря наводятся другие токи, и двигатель получает мощный вращающий момент. Когда желаемая скорость достигнута, параллельная цепь вокруг якорных обмоток размыкается и ток направляется по обмоткам и якоря, и индуктора. В этих условиях двигатель приобретает сильную тенденцию к синхронизму.

На прилагаемых чертежах я привел некоторые модификации изложенной схемы управления двигателями. Предлагаемые чертежи будут объясняться в их последовательности.

На рисунке 1 А и В — возбуждающие обмотки двигателя. Поскольку цепи с этими обмотками обладают различной индуктивностью, я представил это в виде обмотки сопротивления Л, подключенной к А, и обмотки индуктивности 5, подключенной к В. Аналогичный результат, разумеется, можно получить намоткой витков. С — цепь якоря, ее выводами являются кольца а и Ь. Щетки с и ё контактируют с этими кольцами и соединены с главной цепью и обмотками возбуждения. И — шунт или закороченная цепь вокруг якоря, Е — переключатель в ней. Работу этих элементов я описал выше.

Следует заметить, что при комбинации, представленной на рисунке 1, когда возбуждающие обмотки А и В обладают различной индуктивностью, ток в одной всегда имеет большую задержку, чем в другой, и в обычном случае фазы якоря будут соответствовать не одной из них, а результирующим обеих. Поэтому при укладке якорной обмотки необходимо придерживаться определенных правил. Например, если двигатель имеет восемь полюсов — по четыре в каждой цепи, то результирующих полюсов будет четыре, и, следовательно, якорная обмотка должна быть такой, чтобы образовались четыре полюса, что сделает двигатель действительно синхронным.

Рисунок 2: этот чертеж отличается от предшествующего только последовательностью соединений. В данном случае обмотка якоря, вместо последовательного подключения к возбуждающей обмотке, соединена с ней параллельно. Обмотка якоря может быть подобна возбуждающей обмотке, то есть якорь может иметь две или более обмоток различной индуктивности, предпочтительно дающих тот же сдвиг фаз, что и возбуждающие обмотки. При запуске двигателя параллельная цепь замыкается в обход обеих обмоток. Это изображено на рисунке 3, где Т7 и С — якорные обмотки. Чтобы продемонстрировать различие их электрических характеристик, в цепи с ними я показал соответственно резистор Я' и обмотку индуктивности 5'. Обе якорные обмотки подключены последовательно к обмоткам возбуждения, и используется прежняя схема параллельного соединения или закорачивания £). Для управления такими двигателями выгодно делать якорь или его обмотку такими, чтобы при закорачивании во время пуска им сообщалась тенденция к скорости, превосходящей синхронную. Например, данный двигатель с восемью полюсами при закороченной якорной обмотке должен совершать две тысячи оборотов в минуту, чтобы достичь синхронизма. Однако при обычных условиях эта скорость будет недостижима, поскольку между токами якоря и обмотки возбуждения соответствие неполное, и поэтому, когда ток пропускается по якорю (а двигатель еще не синхронизовался целиком), велика вероятность того, что тот «не вытянет». Поэтому я предпочитаю конструировать двигатель так, чтобы при запуске, когда якорные обмотки закорочены, двигатель стремился к скорости больше синхронной, превышающей ее примерно в два раза. В таком случае это затруднение не ощущается, так как двигатель будет постоянно синхронизирован, если синхронная скорость — в данном случае две тысячи оборотов — будет достигнута или превышена. Это может быть реализовано несколькими путями, но для любой практической цели будет достаточно такого: на якорь наматываются две группы обмоток, при запуске закорачивается только одна и тем самым на нем образуется несколько полюсов, которые будут стремиться развить скорость, превышающую синхронную. Когда эта граница будет достигнута или преодолена, ток пойдет по другой обмотке, которая, увеличивая число полюсов якоря, стремится сохранить синхронизм. Эта комбинация представлена на рисунке 4. Двигатель, имеющий, например, восемь полюсов, содержит две возбуждающие цепи А и В различной индуктивности. Якорь имеет две обмотки ^ и б. Первая замкнута на себя, вторая соединена с обмоткой возбуждения и основной цепью контактными кольцами а и Ь, щетками с (I и переключателем Е. При запуске активна только обмотка Т7, и двигатель стремится вращаться со скоростью больше синхронной; но когда к цепи подключается обмотка С, число якорных полюсов возрастает, а двигатель становится действительно синхронизированным. Такая компоновка имеет то преимущество, что замкнутая цепь якоря сообщает двигателю вращающий момент, когда скорость уменьшается, но в то же время двигатель легче выходит из синхронного состояния. Для усиления тенденции к синхронизму на якоре можно использовать две цепи, одна из которых закорачивается при запуске и обе соединяются с внешней цепью после достижения или превышения синхронизирующей скорости. Такая компоновка представлена на рисунке 5. Здесь присутствуют три контактных кольца аЬе и три щетки сё(, соединяющие якорные цепи с внешними цепями. При запуске переключатель Н перемещается, чтобы замкнуть соединение между клеммой Р и обмотками возбуждения. Это закорачивает одну из якорных обмоток, к примеру С. Другая обмотка Т7 выключена из цепи и разомкнута. Когда двигатель достигает необходимой скорости, переключатель Н перемещается назад, так что соединение между клеммой Р и возбуждающими обмотками происходит через обмотку в, а переключатель К замыкается, и обмотка Т7 тем самым включается параллельно с возбуждающими обмотками. Таким образом, обе якорные обмотки становятся активными.

Из приведенных примеров очевидно, что возможно множество других комбинаций для реализации этого изобретения.

Я не претендую на метод и средства, описанные и продемонстрированные для приведения в действие двигателя путем искусственного сдвига фаз тока в независимых рабочих обмотках; я также не претендую на двигатель с независимыми рабочими цепями различной индуктивности и соединенными с ним цепями якоря, поскольку эти особенности были предметом других заявок, представленных мной.

Формула изобретения:

1. Описанный метод приведения в действие двигателей переменного тока с независимыми рабочими цепями, состоящий в закорачивании якорной цепи или цепей до тех пор, пока двигатель не достигнет или не превзойдет синхронную скорость с последующим соединением названных якорных цепей с внешними.

2. Метод приведения в действие двигателей переменного тока с возбуждающими обмотками различной индуктивности, заключающийся в направлении переменного тока от внешнего источника по обмоткам возбуждения только до тех пор, пока двигатель не достигнет заданной скорости, и последующее пропускание этих токов как по цепям возбуждения, так и по одной или нескольким якорным цепям.

3. Метод приведения в действие двигателей переменного тока с возбуждающими обмотками различной индуктивности, заключающийся в направлении переменного тока от внешнего источника по обмоткам возбуждения и закорачивании части якорных цепей, а по достижении двигателем заданной скорости пропускании переменных токов как по обмоткам возбуждения, так и по одной или нескольким якорным цепям.

Никола Тесла.

Свидетели: Р.Ф. Гейлорд, Ф.Э. Хартли.

Н. ТЕСЛА МЕТОД ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 194; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ