Соленоидный двигатель схема


Электромагнитный двигатель Radial Solenoid Engine своими руками

В этом видео показан электромагнитный двигатель Radial Solenoid Engine, изготовленный своими руками. Это радиальный электромагнитный мотор, проверяется его работа в разных режимах. Показано, как расположены магниты, которые не приклеены, они прижаты диском и обмотаны изолентой. Но при больших оборотах все же происходит смещение и они склонны к тому, чтобы отойти от конструкции.

В данном тесте участвуют три катушки, которые соединены последовательно. Напряжение АКБ 12V. Положение магнитов определяется с помощью датчика Холла. Ток потребления катушки измеряем при помощи мультиметра.

Проведем тест на определение количества оборотов на трех катушках. Скорость вращения приблизительно 3600 оборотов в минуту. Схема собрана на макетной плате. Питание от аккумулятора 12 вольт, в схему включены стабилизатор, два светодиода, подключенные к датчику холла. 2-канальный датчик холла AH59, причем один канал открывается при прохождении рядом южного и северного полюсов магнита. Светодиоды периодически моргают. Управляющий мощный полевой транзистор IRFP2907.

Работа датчика Холла

На макетной плате расположены два светодиода. Каждый подключен к своему каналу датчика. На роторе стоят неодимовые магниты. Их полюса чередуются по схеме север — юг — север. Южный и северный полюса проходят поочередно рядом с датичком Холла. Чем выше частота вращения ротора, тем чаще мигают светодиоды.

Регулировка частоты вращения двигателя осуществляется датчиком Холла. Мультиметр определяет ток потребления на одной из катушек, перемещая датчик Холла. Изменяется количество оборотов. Чем выше обороты мотора, тем выше ток потребления.

Теперь все катушки соединены последовательно и участвуют в тесте. Мультиметр также снимет ток потребления. Измерение частоты оборотов ротора показало максимум 7000 оборотов в минуту. Когда все катушки подключены старт происходит плавно и без внешнего воздействия. Когда три катушки подключены, нужно помогать рукой. При торможении ротора рукой ток потребления увеличивается.

Подключены шесть катушек. Три катушки в одной фазе, три в другой. Прибор снимает ток. Каждой фазой управляет полевой транзистор.

Измерение количества оборотов ротора. Стартовые токи выросли и номинальный ток тоже возжрос. Двигатель быстрее достигает предельных оборотов приблизительно 6900 оборотов в минуту. Затормозить мотор рукой очень сложно.

К трем катушкам подключено питание 12 вольт. Другие 3 катушки замкнуты проводом. Двигатель набирать обороты стал медленее. Прибор снимает ток потребления. К трем катушкам подключено питание 12 вольт. Данные три катушки замкнуты проводом. Ротор раскручивается более медленно, но доходит до максимальных оборотов и работает нормально.

Мультиметр снимает ток замыкания с трех катушек. Ток короткого замыкания. Четыре катушки соединены последовательно.  Их сердечники находятся параллельно магнитам ротора.

Прибор измеряет ток потребления. Разгоняется медленее, но у этого расположения катушек нет момента залипания. Ротор вращается свободно.

izobreteniya.net

Соленоидный двухтактный двигатель | Банк патентов

Двигатель, состоящий из соленоида, установленного в нижней части качающейся планки, рабочий цикл которого осуществляется за два такта движения сердечника соленоида, нижний торец которого жестко соединен с шатуном, а верхний с направляющим штоком, который двигаясь между обжимными направляющими роликами, в верхнем плече качающейся планки, обеспечивает качание самой планки и движение сердечника соленоида без трения о стенки катушки при подаче в катушку соленоида импульса постоянного тока малой длительности. Момент подачи очередного импульса задается оптронным датчиком. Двигатель прост по устройству, не загрязняет окружающую среду, может найти применение в автомобилестроении и в приборах, работающих в агрессивных средах.

Полезная модель относится к двигателям, в которых один оборот коленчатого вала совершается за два такта движения рабочего органа.

Известен двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий цикл осуществляется за два хода поршня (2 такта), при этом совершается 1 оборот коленчатого вала (см Политехнический Словарь. М., «Советская энциклопедия» 1989 г. стр.143, схема работы стр.141),содержащий кривошипную камеру (корпус), кривошип, шатун-прототип. К недостаткам двухтактного двигателя внутреннего сгорания следует отнести сложность конструкции, недостаточную надежность из-за термических нагрузок, применение легкого жидкого и газовое топлива, токсичные продукты сгорания которого загрязняют окружающую среду.

Цель полезной модели: упрощение конструкции, использование электричества вместо жидкого топлива, повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что весь рабочий цикл осуществляется в соленоиде, жестко закрепленном в нижнем плече двухплечной маятниковой планки, которая колеблется на оси в подшипнике вертикальной стойки, закрепленной на корпусе, при этом ось выполнена совместно с фланцем, с помощью которого крепится в центре тяжести двухплечной маятниковой планки. Внутри катушки соленоида под действием импульса постоянного тока малой длительности возникает однородное магнитное поле параллельное оси соленоида, которое воздействует на сердечник соленоида цилиндрической формы из электротехнической стали, установленный в катушке с зазором относительно внутренних стенок катушки. Нижний торец сердечника жестко соединен с шатуном, который сочленен с кривошипом, а верхний - с направляющим штоком цилиндрической формы, скользящим между обжимными роликами, установленными в верхнем плече двухплечной маятниковой планки, что обеспечивает ее колебания и перемещение сердечника внутри соленоида без трения, при этом шатун и направляющий шток выполнены из немагнитного материала (бронзы, латуни, нержавеющей стали). В верхней части планки на определенном расстоянии устанавливается и закрепляется оптронный датчик, фиксирующий верхнюю мертвую точку (вмт) рабочего цикла. Сигнал датчика определяет момент подачи очередного импульса постоянного тока малой длительности в катушку соленоида, когда

верхний конец направляющего штока перекрывает световой поток светодиода оптронного датчика. Альтернативно датчик может быть установлен на корпусе, а на маховике - флажок, перекрывающий световой поток (на чертеже не показано), что дает возможность регулировать момент подачи очередного импульса тока в катушку соленоида при работающем двигателе. Цепи питания катушки соленоида и оптронного датчика выводятся на уровне центра тяжести качающейся двухплечной маятниковой планки или с помощью щеток.

На Фиг.1 показано полусхематическое изображение соленоидного двухтактного двигателя, который состоит из: корпуса - 1, на котором закреплена Г-образная стойка - 2, в подшипнике которой вставлена ось (см. на чертеже Фиг - 2), установленная в центре тяжести качающейся двухплечной маятниковой планки - 3, кривошипа - 4, шатуна - 5, сердечника соленоида - 6, катушки соленоида - 7 с обмоткой из изолированного медного провода - 8, соленоид жестко закреплен в нижнем плече качающейся двухплечной маятниковой планки - 3, в верхнем плече которой симметрично на определенном расстоянии на подшипниках закреплены направляющие обжимные ролики - 9, охватывающие направляющий шток - 10, оптронный датчик вмт - 11, закрепляемый на верхнем конце качающейся маятниковой планки, сигнал которого определяет момент подачи очередного импульса постоянного тока малой длительности в обмотку соленоида, световой поток которого в вмт перекрывается верхним концом направляющего штока - 10, а нижний конец направляющего штока жестко соединен с торцом верхней части сердечника соленоида - 6, нижний торец которого жестко соединен с шатуном - 5 из нержавеющей стали, который сочленен с кривошипом - 4, при этом направляющий шток - 10, двигаясь между обжимными роликами - 9, обеспечивает перемещение сердечника внутри катушки соленоида - 6 без трения, качание самой маятниковой планки - 3 с соленоидом и фиксацию момента вмт в процессе рабочего цикла.

На рис. Фиг.2 показано полусхематическое изображение соленоидного двухтактного двигателя, вид сбоку, где ось - 12 в подшипнике вертикальной стойки - 2 с фланцем, с помощью которого она крепится в центре тяжести двухплечной маятниковой планки - 3, и установленная в подшипнике вертикальной Г-образной стойки - 2, закрепленной на корпусе.

Работа соленоидного двухтактного двигателя.

Исходное положение: сердечник соленоида - 6 вблизи вмт (верхней мертвой точки), при подаче в обмотку соленоида - 8 импульса постоянного тока малой длительности возникающее в нем электромагнитное поле втягивает сердечник, который при достижении нижней мертвой точки, нмт, будет намагничен (например, конец соединенный с шатуном - N и, следовательно, конец соединенный с штоком - S), по спаду запускающего импульса сердечник в обратном направлении втягивается магнитным полем, создаваемым э.д.с самоиндукции катушки, а также из-за инерции кривошипа в соленоид, в сторону вмт, при этом шток - 10, двигаясь между обжимными роликами - 9, смещает маятниковую планку с соленоидом на определенный угол в первом такте влево, а во втором - вправо, величина данного угла определяется конструктивными размерами деталей двигателя. В момент достижения сердечником соленоида (вмт) луч светодиода оптронного датчика перекрывается верхним концом штока - 10 и сигнал датчика дает разрешение на подачу очередного импульса постоянного тока малой длительности в катушку соленоида. При этом ось кривошипа (коленчатый вал с маховиком - 14 см. фиг. - 2) совершает один оборот за два такта, а при подаче серии таких импульсов тока в катушку соленоида, ось кривошипа вращается со скоростью, зависящей от частоты следования импульсов постоянного тока малой длительности, например, от аккумуляторной батареи или батареи конденсаторов, предварительно заряженных до определенного напряжения.

Формула полезной модели

1. Двухтактный двигатель, в котором один оборот коленчатого вала совершается за два такта движения рабочего органа, содержащий корпус, кривошип, шатун, отличающийся тем, что рабочий цикл совершается в соленоиде при подаче в катушку соленоида импульсов постоянного тока малой длительности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит двухплечную маятниковую планку, которая совершает колебания на оси, проходящей через ее центр тяжести и закрепленную в подшипнике, установленном в стойке на корпусе.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соленоид жестко закреплен в нижнем плече качающейся двухплечной маятниковой планки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в верхнем плече качающейся двухплечной маятниковой планки установлены на подшипниках обжимные направляющие ролики.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на конце верхнего плеча качающейся двухплечной маятниковой планки установлен оптронный датчик верхней мертвой точки рабочего цикла.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сердечник соленоида изготовлен с зазором относительно внутренних стенок катушки из намагничиваемого материала, например электротехнической стали, нижний торец сердечника жестко скреплен с шатуном из немагнитного материала, например из нержавеющей стали, а верхний - с направляющим штоком цилиндрической формы из немагнитного материала, например нержавеющей стали, который проходит между обжимными направляющими роликами.

ФАКСИМИЛЬНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

Реферат:

Описание:

Рисунки:

MM1K Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.11.2009

Дата публикации: 10.12.2011

bankpatentov.ru

Электромагнитный двигатель

Подробности Категория: Патенты Никола Тесла

 

 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

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

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

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

Всем заинтересованным лицам:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Для иллюстрации других модификаций моего изобретения опишу остальные рисунки.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Формула изобретения такова:

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

Никола Тесла.

Свидетели: Ф.Э. Хартли, Ф.Б. Мерфи.

 

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ № 381968     1 МАЯ 1888

 

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ № 381968     1 МАЯ 1888

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ .№ 381968    1 МАЯ 1888

radiofanatic.ru

Электромагнитный двигатель

Подробности Категория: Патенты Никола Тесла

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 № 416195 ОТ 3 ДЕКАБРЯ 1889 Г. ЗАЯВКА ОТ 20 МАЯ 1889 Г., НОМЕР ЗАЯВКИ 311419 (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 электромагнитных двигателях, описание которых со ссылками на прилагающиеся чертежи приводится ниже.

Данное изобретение касается разновидности двигателя переменного тока, изобретенного мной и имеющего две или более рабочие обмотки, через которые пропускаются переменные токи, отличающиеся фазой. В предыдущих патентах и заявках я показал различные типы и модификации этого двигателя: во-первых, двигатели с двумя или более рабочими обмотками с одинаковыми электрическими характеристиками, для запуска которых используются токи, различающиеся главным образом фазой; во-вторых, двигатели с несколькими рабочими обмотками с различными электрическими характеристиками, в которых или посредством которых искусственно достигается разность фаз; в-третьих, двигатели с несколькими рабочими обмотками, когда токи в одной цепи наводятся токами в другой.

Далее я покажу применение настоящего изобретения для этих различающихся модификаций. Что касается условий работы и конструкции первой: якорь, смонтированный так, чтобы вращаться в результате объединенного влияния или воздействия рабочих обмоток, которые замкнуты на себя, ток в них наводится индуцирующими токами, целью и результатом чего является возбуждение якорного сердечника; но при условиях, заданных для этих двигателей, очевидно, что должно пройти некоторое время между появлением возбуждающего импульса в обмотках индуктора и соответствующим магнитным состоянием или фазой в якоре, вызываемым индуцированным током; следовательно, данное магнитное воздействие или эффект в рабочих обмотках, являющийся непосредственным результатом импульса первичного тока, в большей или меньшей степени ослабевает или исчезает, прежде чем соответствующий эффект в якоре, обусловленный косвенно, достигнет своего максимума. Это отрицательно сказывается на эффективности работы в определенных случаях, например, когда скорость сдвига результирующих полюсов или точек максимального притяжения очень велика, или число перемен знака очень высоко, поскольку очевидно, что более сильная тенденция к вращению будет поддерживаться в случае, когда максимальное магнитное притяжение в якоре и обмотке возбуждения совпадают, поскольку вырабатываемая двигателем энергия определяется как произведение магнитных значений якоря и обмотки возбуждения.

Таким образом, предметом данного изобретения являются двигатели, сконструированные или собранные так, чтобы максимумы магнитных эффектов двух элементов, а именно якоря и обмотки возбуждения, совпадали в максимально возможной степени. Я достигаю этого различными способами, что лучше всего объяснить при помощи чертежей, где представлены различные схемы достижения желаемых результатов.

Рисунок 1 представляет собой схему двигателя, схожего с описанными в моих предшествующих патентах: здесь переменные токи текут от независимых источников и различаются главным образом фазой.

А — индуктор или магнитный контур двигателя; В В — противоположные полюсные наконечники, предназначенные для обмоток одной рабочей цепи, СС — подобные полюсные наконечники для обмоток другой рабочей цепи. Эти цепи обозначены соответственно ИЕ, а проводник И" образует общую обратную цепь к генератору С. Между этими двумя полюсами монтируется якорь, например, кольцевой формы с серией обмоток Е, образующих замкнутый контур или контуры. Таким образом, принцип работы подобного двигателя вполне очевиден. Тем не менее следует заметить, что магнитное поле полюсов В, например, созданное импульсом тока на полюсные обмотки, предшествует магнитному полю, созданному в якоре индуцированным током в обмотках Т7. Следовательно, взаимопритяжение якоря и полюсов индукторов значительно уменьшается. Те же самые условия можно обнаружить, если не рассматривать воздействие полюсов В и С как независимое друг от друга, а считать идеальную результирующую итогом их совместного воздействия, что и является истинным условием. Для этого я снабжаю обмотку двигателя вторичными полюсами В'С', расположенными между другими полюсами. Эти полюсные наконечники я снабжаю обмотками £)'£", причем первая находится в ответвлении к обмоткам И, вторая — к обмоткам Е. Основные, или первичные, обмотки И и Е имеют индуктивность, отличающуюся от индуктивности обмоток И' и £", причем отношение установлено таким образом, что если токи Ои£ различаются, например, на четверть фазы, то и токи в каждой вторичной обмотке, например И'Е', будут отличаться от токов в соответствующих первичных обмотках £) или Е, скажем, на сорок пять градусов, или одну восьмую периода.

Работу этого двигателя я объясню следующим образом. Предположим, что импульс или периодическое изменение тока в цепи или ветви Е только начинается, в то время как в ветви О оно как раз миновало максимум, что является условием различия в четверть периода. Поэтому можно считать, что идеальная результирующая сила притяжения двух пар полюсов ВС движется от полюсов В к полюсам С, в то время как импульс в цепи Е достигает максимума, а импульс в цепи И ослабевает до нуля или минимума. Однако установление полюсов на якоре отстает от полюсов на обмотке возбуждения, и, следовательно, максимальные точки притяжения на якоре и в обмотке вместо совпадения располагаются под углом друг к другу. Этому эффекту противодействуют дополнительные полюса В'С'. Магнитные фазы этих полюсов следуют за фазами полюсов ВС почти через тот же промежуток времени, который проходит между действием полюсов ВС и соответствующим индуцированным эффектом на якоре; следовательно, магнитное состояние полюсов В'С' и якоря более близко, тем самым достигается лучший результат. Поскольку полюса В'С' действуют совместно с полюсами якоря, созданными обмотками ВС, так и полюса СВ, в свою очередь, действуют подобным образом вместе с полюсами, создаваемыми обмотками В'С' соответственно. При таких условиях замедление магнитного эффекта якоря и вторичных обмоток сблизит максимумы обоих и обеспечит, соответственно, более сильный вращающий момент или магнитное притяжение.

Относительно изображенной на рисунке 1 схемы заметим, что, поскольку расположенные рядом полюса каждой цепи имеют сходную полярность, они будут оказывать друг на друга ослабляющий эффект. Поэтому я предпочитаю освободить вторичные полюса от непосредственного воздействия других. Этого можно достичь, сконструировав двигатель с двумя независимыми парами обмоток и одним или двумя якорями на каждой, электрически соединенными друг с другом, или же используя два якоря и одну рабочую обмотку. Эти модификации будут проиллюстрированы ниже.

Рисунок 2 — чертеж двигателя и системы, в которой искусственно достигается разность фаз. Две обмотки находятся в одной ветви, а обмотки ЕЕ — в другой ветви главной цепи генератора С. Эти две цепи или ветви имеют различную индуктивность, причем одна, например И, выше другой. Я представил это на иллюстрации, изобразив обмотки О гораздо больше обмоток Е. В силу различия электрических свойств обеих цепей фазы тока в одной отстают больше, чем в другой. Пусть это различие составляет тридцать градусов. Двигатель подобной конструкции будет вращаться под воздействием переменного тока; но, как и в вышеописанном случае, соответствующие магнитные эффекты якоря и рабочей обмотки не совпадают по времени магнитных импульсов. Поэтому я использую вторичные или вспомогательные полюса В'С'. Поскольку между токами в обмотках ВЕ разница составляет 30 градусов, магнитные эффекты полюсов В'С’ должны соответствовать эффектам, вызванным током, отличающимся от тока в обмотках П или Е на 15 градусов. Этого можно достичь, намотав на каждый дополнительный полюс В'С' две обмотки НН'. Обмотки Н включены в ответвленную цепь, имеющую ту же индуктивность, что и цепь £), а обмотки Н' — в цепь той же индуктивности, что и цепь Е, так что если эти цепи различаются на тридцать градусов, магнитные свойства полюсов В'С' будут соответствовать магнитным характеристикам тока, отличающегося от тока в обмотках И или Е на 15 градусов. Это верно для всех остальных случаев. Например, если на рисунке 1 обмотки D'£', заменить обмотками НН', включенными в ответвленные цепи, то магнитные свойства полюсов В'С' будут соответствовать своим эффектом или фазой — если можно так выразиться — току, отличающемуся от тока в цепи И или Е на 45 градусов, или одну восьмую периода.

Это изобретение в применении к двигателю с ответвленной цепью представлено на рисунках 3 и 4. Рисунок 3 — торцевой вид двигателя с двумя якорями в разрезе и схемой соединений, а рисунок 4 — вертикальное сечение в рабочей обмотке. На иллюстрациях представлено также одно из положений двух рабочих обмоток, которое можно избрать при реализации изобретения. Полюса ВВСС — в одной обмотке, остальные полюса — в другой. Первые имеют первичную обмотку Ц и вторичную обмотку ГУ, вторые — обмотку КЬ. Две первичные обмотки Ц находятся в ответвленных цепях, которые из-за различия в индуктивности имеют сдвиг фаз, например, в тридцать градусов. Обмотки ГК соединены в цепь друг с другом, как и обмотки УЬ, между токами в обмотках К и Ь и соответствующими первичными обмотками должен существовать сдвиг фаз, например, в 15 градусов. Если полюса ВС находятся под прямым углом, то обмотки якоря должны быть соединены между собой, или можно намотать единственный якорный сердечник от начала до конца; но, если полюса ВС будут в одной цепи, то якорная обмотка, как легко понять, будет иметь угловое смещение.

Из сказанного выше становится понятным принцип работы. Условия максимального магнитного эффекта для пары полюсов, например В'В', близки к максимальному эффекту на якоре, который, в свою очередь, отстает от магнитных условий на полюсах ВВ. Есть много других способов реализации этого изобретения, но все они включают тот же общий принцип конструкции и работы.

Говоря о совпадении магнитных фаз или эффектов в одной паре индукторов с эффектами, вызванными на якоре другой парой, я имею в виду лишь приблизительные результаты, и, думаю, это вполне понятно.

Формула изобретения:

  1. В двигателе переменного тока сочетание якоря с замкнутыми обмотками, основных и дополнительных индукторов или полюсов, одна группа которых предназначена для достижения максимального магнитного эффекта одновременно с эффектом, вызванным на якоре другой группой.
  2. В электромагнитном двигателе сочетание якоря, нескольких возбуждающих обмоток, подключенных соответственно к главным цепям и предназначенных генерировать заданное различие фаз, и вспомогательных или вторичных цепей, предназначенных для генерирования промежуточного различия фаз.

Никола Тесла.

Свидетели: Р. Дж. Стоуни Младший, Дж. Гиллеспи.

Н. ТЕСЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ   3 ДЕКАБРЯ 1889 Г

Электромагнитный двигатель

 

radiofanatic.ru