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.

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.

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

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.

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

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.

ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СОЕДИНЁННЫХ ШТАТОВ

КОЛЛЕКТОР ДИНАМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Поиск по сайту